Recently we reported that the initiation of eukaryotic mRNAs occurs by 'RNA looping' rather than by 'ribosome scanning'. According to the RNA looping hypothesis, translation begins with the association of a 405 ribosomal subunit with translation enhancing elements such as 5' cap, poly(A) tail and an IRES element. The association of a 405 ribosomal subunit to an mRNA, which is called 435 ribosomal preinitiation complex formation, is mediated by translational initiation factors such as elF4E, elF4G, PABP and elF3. At this stage, various parts of the mRNA collide with the 435 ribosomal complex associated with the mRNA. The probability of collision between the 435 ribosome and a particular region on the mRNA depends on the length and the stiffness of the intervening segment between the target region and the 435 ribosome. And the effectiveness of the collision between the 435 ribosome and the initiation codon for the successful engagement of translation is affected by the single-strandedness and nucleotide sequence (Koza k's context) of around the initiation codon. We provided several lines of evidence proving the 'RNA looping hypothesis' using biochemical, molecular biological and mathematical approaches. We also investigate into the translational regulation mechanism under stress conditions. Particularly we are interested in how some of eukaryotic mRNAs are translationally active when translation of most mRNAs is repressed by various stresses. We found a new carrier of initiator tRNA (tRNAi) named elF2A that facilitates loading of tRNAi onto the 405 ribosomal subunit under stress conditions. We found that c-Src mRNA, which is refractory to translational repression by stress, utilizes elF2A for translation under stress conditions and that the elF2A-mediated translation is essential for proliferation of cancer cells under stress conditions.
HCV is a pathogenic virus causing hepatitis, liver cirrhosis, and hepatocellular carcinoma. More than 170 million people are suffering from this virus infection worldwide. We are investigating the molecular basis of the pathogenic processes of HCV including the induction of inflammatory response and fibrogenesis. Moreover, we are trying to develop an antiHCV drug based on the inhibition of NS5A activities required for viral RNA replication and virus assembly.

번역(translation) 메커니즘 연구
본 실험실에서는 Eukaryotic mRNA의 번역개시 메커니즘(translation initiation mechanism)을 밝히는 연구를 하고 있다. Eukaryotic mRNA의 번역은 여러 가지의 번역인자들이 작용하여 40S ribosomal subunit이 initiation codon을 찾는 것으로 시작되는데 본 실험실에서는 번역인자들이 mRNA에 결합하는 dynamics, 번역 인자들 간의 상호 작용, 그리고 궁극적으로 번역인자들이 어떻게 40S ribosome을 initiation codon에 결합시키는 지를 밝히고 있다. 또한 세포가 stress 상황이 놓이면 대부분의 mRNA의 번역은 저해되고 일부 mRNA의 번역은 계속되거나 강화되는데 어떤 번역인자가 stress 상황에서도 발현되는 mRNA들을 찾아내고 어떻게 번역이 계속 일어날 수 있도록 하는지에 대한 메커니즘을 규명하고 있다.

C형 간염바이러스의 복제 메커니즘과 치료제 개발 연구
C형 간염바이러스(Hepatitis C virus)는 간염, 간경변 및 간암을 일으키는 치명적인 바이러스다. 현재 전인류의 3%가 감염되어 있는 것으로 알려져 있는데, 이 바이러스의 증식 과정을 규명하고 이것을 막는 치료제를 개발하는 일이 시급하다. 본 실험실에서는 이 바이러스가 숙주 세포에서 증식하는데 필요한 숙주의 인자들을 찾아내고 그 역할을 연구함으로써 이 바이러스의 증식과정을 규명하는 일을 하고 있다. 또한, C형 간염바이러스의 복제에 필수 불가결한 바이러스 단백질인 NS5A의 활성을 저해할 수 있는 물질을 design하고 합성한 후 C형 간염바이러스 복제를 저해하는 효능과 독성 등을 조사하여 C형 간염바이러스에 대한 치료제를 개발하는 일을 하고 있다.

인플루엔자 바이러스의 감염을 진단할 수 있는 방법 개발
인플루엔자 바이러스는 독감을 일으키는데 많은 사람들이 이 바이러스의 감염으로 고생한다. 본 실험실에서는 여러 인플루엔자 바이러스의 subtype의 hemagglutinin (HA), neuraminidase (NA), 그리고 nucleoprotein (NP) 단백질들에 대한 aptamer들을 만들고 이들을 이용하여 인플루엔자 바이러스의 감염을 진단할 수 있는 시스템을 개발하고 있다.

학부생들이 참여할 수 있는 연구 주제
(1) 번역 인자들의 상호작용 조사 (번역인자들의 cloning, 대장균에서의 발현, 순수분리, protein-protein interaction 검정, single molecule dynamics 조사 등을 이용한 번역인자들의 상호작용 조사)
(2) C형 간염바이러스 NS5A 저해제의 항 바이러스 효과 조사 및 그 저해제에 대한 저항성을 가진 바이러스가 생성되는 과정 조사 (C형 간염바이러스의 증식과정 monitoring, 저항성 바이러스의 돌연변이가 일어난 아미노산 규명과 저항 메커니즘 규명).
(3) 인플루엔자 바이러스 진단 시스템 개발 (인플루엔자 바이러스의 HA, NA 및 NP 단백질에 대한 aptamer 생산, 이 aptamer들을 이용한 단백질 정량 시스템 개발 등)

• ㆍHepatitis C Virus (HCV): Development of anti-HCV drugs
• ㆍTranslation initiation mechanisms via cap and IRES elements
• ㆍDevelopment of a subtype specific diagnostic tool for influenza virus using aptamers

• ㆍKwon OS, et al., (2017) Nucleic Acids Res. 45, 296-310
• ㆍPaek KY, et al., (2015) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 112, 1041-6
• ㆍLee SH, et al., (2014) Nucleic Acids Res. 42, 2697-707
• ㆍSeo K, et al., (2013) Aging Cell 12, 1073-81.
• ㆍPaek KY, et al., (2012) Nucleic Acids Res. 40, 7541-51.
• ㆍKim JH, et al., (2011) EMBO J. 30, 2454-64.

• ㆍB.S., Seoul National University, Seoul, Korea (1982)
• ㆍM.S., Seoul National University, Seoul, Korea (1984)
• ㆍPh.D., University of New York, Stony Brook, USA (1989)

• ㆍ1989-1991 : Postdoctoral associate, University of New York at Stony Brook
• ㆍ1991-2003 : Assistant and associate professor, POSTECH
• ㆍ2001-2003 : CEO, Panbionet Inc.
• ㆍ2003-Present : Professor, POSTECH
• ㆍ2009-Present : CSO, Aptamer Sciences Inc.
• ㆍ2013-2014 : Head, Department of Life Sciences
• ㆍ2014-Present : Director, POSTECH Biotech Center
• ㆍ2018-Present : Fellow, Korean Academy of Science of Technology