로저 콘버그

1. 개요

로저 콘버그는 DNA 전사 과정에서 RNA 중합효소 II와 다른 단백질의 역할을 규명하고, X선 결정학을 사용하여 단백질 클러스터의 3차원 이미지를 만드는 연구를 통해 2006년 노벨 화학상을 수상한 미국의 생화학자이다. 그는 하버드 대학교에서 화학 학사 학위를, 스탠퍼드 대학교에서 화학 물리학 박사 학위를 받았으며, 케임브리지 대학교 분자생물학 연구소에서 박사후 연구원으로, 하버드 의과대학과 스탠퍼드 의과대학에서 교수로 재직했다. 콘버그는 뉴클레오솜 발견, RNA 중합 효소 II 구조 규명, 지질 막 연구 등 다양한 연구 업적을 남겼으며, 여러 학술 단체의 회원으로 활동하고 다수의 상을 수상했다.

2. 초기 생애와 교육

콘버그는 미주리주 세인트루이스에서 노벨상을 수상한 생화학자 아서 콘버그와 역시 생화학자인 실비 콘버그의 장남으로 유대인 가정에서 태어났다. 그는 1967년 하버드 대학교에서 화학 학사 학위를 받았고, 1972년에는 하든 M. 매코넬의 지도 아래 스탠퍼드 대학교에서 화학 물리학 박사 학위를 취득했다.

3. 경력

(내용 없음)

3.1. 학계 경력

콘버그는 영국 케임브리지에 있는 분자생물학 연구소에서 박사후 연구원 펠로우가 되었고, 1976년 하버드 의과대학에서 생물 화학 조교수로 재직하다가, 1978년 현재의 스탠포드 의과대학 구조 생물학 교수로 자리를 옮겼다. 2004년부터 콘버그는 생화학 연보의 편집자로 활동하고 있다. 그는 연보의 이사로 재직하고 있다.

3.2. 산업 협력

4. 연구 업적

콘버그의 연구는 진핵생물 전사의 메커니즘과 조절에 대한 이해를 근본적으로 바꾸어 놓았다. 그는 대학원 시절 세포막의 기본 구조와 동적 특성을 밝히는 연구를 시작으로, 박사후 연구 과정에서는 DNA가 세포 핵 내에서 어떻게 포장되는지에 대한 핵심 구조인 뉴클레오솜을 발견했다.

이후 스탠퍼드 대학교에서 그는 RNA 중합효소 II를 중심으로 한 복잡한 전사 기구의 작동 원리를 규명했으며, 특히 X선 결정학을 이용해 전사 과정을 분자 수준에서 시각화하는 데 크게 기여했다. 그의 연구는 유전자 발현 조절의 핵심 요소인 매개자 복합체의 발견으로 이어졌고, 이는 생명 현상의 근본 원리를 이해하는 데 중요한 이정표로 평가받는다. 콘버그의 연구는 효모에서 인간에 이르기까지 진핵생물 전반에 걸쳐 전사 과정의 단백질 구성 요소가 놀라울 정도로 잘 보존되어 있음을 밝히는 데도 기여했다.

4.1. 뉴클레오솜 발견

콘버그는 1970년대 영국 케임브리지 대학교의 MRC 분자생물학 연구소(MRC)에서 애런 클러그와 프랜시스 크릭과 함께 박사후 연구원으로 활동하며 중요한 발견을 했다. 그는 진핵 세포의 핵 안에서 염색체 DNA를 포장하는 기본 단백질 복합체인 뉴클레오솜을 발견했다. 이렇게 단백질과 결합된 염색체 DNA는 종종 '크로마틴'이라고 불린다. 콘버그는 뉴클레오솜이 약 200 bp의 DNA가 히스톤 단백질 8개로 이루어진 팔량체(octamer) 주위를 감싸고 있는 구조임을 밝혀냈다.

또한, 콘버그는 야일리 로르치(Yalli Lorch)와 함께 뉴클레오솜의 기능적 역할도 규명했다. 그들은 프로모터 영역에 위치한 뉴클레오솜이 전사의 시작을 방해한다는 사실을 발견했으며, 이를 통해 뉴클레오솜이 일반적으로 유전자 발현을 억제하는 역할을 한다는 것을 알아냈다.

4.2. RNA 중합효소 II 구조 및 전사 메커니즘 규명

콘버그는 DNA 전사 과정에서 RNA 중합 효소 II와 다른 단백질들의 역할을 밝혀냈으며, X선 결정학 기술을 이용하여 이들 단백질 클러스터의 3차원 이미지를 만드는 데 성공했다.

콘버그와 그의 연구팀은 진핵생물의 전사 메커니즘과 조절에 관한 여러 중요한 발견을 이루었다. 1960년대 후반, 스탠퍼드 대학교 대학원생 시절 하든 맥코넬과 함께 연구하며 인지질 이중층 막에서 인지질의 플립플롭 현상과 측면 확산을 발견했다. 이후 1970년대 영국 MRC에서 애런 클러그와 프랜시스 크릭과 함께 박사후 연구원으로 활동하며 뉴클레오솜을 발견했다. 뉴클레오솜은 진핵 세포 핵 안에서 염색체 DNA를 포장하는 기본적인 단백질 복합체로, 이렇게 단백질과 결합된 염색체 DNA는 종종 크로마틴이라고 불린다. 콘버그는 뉴클레오솜 안에서 약 200 염기쌍(bp)의 DNA가 히스톤 단백질 팔량체 주위를 감싸고 있다는 사실을 밝혀냈다. 또한, 야일리 로르치와 함께 프로모터 영역에 위치한 뉴클레오솜이 전사 시작을 방해한다는 것을 발견하여, 뉴클레오솜이 일반적인 유전자 발현 억제자로서 기능한다는 중요한 역할을 규명했다.

스탠퍼드 대학교로 돌아온 콘버그 연구팀은 단세포 진핵생물인 빵 효모를 이용하여 실제 세포 내 전사 과정을 정확히 재현하는 시스템을 개발하는 데 성공했다. 이 시스템을 활용하여 전사 과정에 필요한 수십 개의 모든 단백질을 정제된 형태로 분리해냈다. 콘버그를 비롯한 여러 연구자들의 노력을 통해, 이러한 단백질 구성 요소들이 효모에서부터 인간 세포에 이르기까지 모든 진핵생물에서 놀라울 정도로 잘 보존되어 있다는 사실이 밝혀졌다.

이 시스템을 이용한 연구 과정에서 콘버그는 유전자 조절 신호가 RNA 중합 효소 기계로 전달되는 과정에 '매개자'라고 명명한 추가적인 단백질 복합체가 관여한다는 중요한 발견을 했다. 노벨 위원회는 "진핵생물의 엄청난 복잡성은 조직 특이적 물질, DNA의 인핸서, 그리고 매개자의 섬세한 상호작용을 통해 실제로 가능해진다. 따라서 매개자의 발견은 전사 과정을 이해하는 데 있어 진정한 획기적인 사건"이라고 평가했다.

콘버그는 전사 과정에 대한 생화학적 연구와 병행하여, RNA 중합 효소 및 관련 단백질들의 원자 구조를 시각화하는 방법을 개발하는 데 20년을 헌신했다. 초기에는 대학원 연구에서 얻은 지질 막에 대한 전문 지식을 활용하여 지질 이중층에서 2차원 단백질 결정을 형성하는 기술을 고안했다. 이 2차원 결정은 전자 현미경을 통해 단백질 구조의 저해상도 이미지를 얻는 데 사용되었다. 궁극적으로 콘버그는 X선 결정학을 이용하여 원자 수준에서 RNA 중합 효소의 3차원 구조를 규명하는 데 성공했다. 최근에는 이러한 연구를 확장하여 전사 조절에 관여하는 보조 단백질들과 결합한 RNA 중합 효소의 구조 이미지까지 얻어냈다. 이러한 연구들을 통해 콘버그는 분자 수준에서 전사가 어떻게 작동하는지에 대한 구체적인 그림을 제시했다. 노벨 위원회는 "콘버그가 만든 그림의 진정으로 혁신적인 측면은 전사 과정을 완전하게 포착한다는 것이다. 우리가 보는 것은 RNA 가닥이 만들어지는 과정이며, 따라서 이 과정 동안 DNA, 중합 효소, RNA의 정확한 위치를 알 수 있다"고 평가하며 그의 업적을 높이 샀다.

4.3. 지질 막 연구

콘버그는 스탠퍼드 대학교 대학원생 시절인 1960년대 후반, 하든 맥코넬(Harden M. McConnell)과 함께 연구하며 세포막의 중요한 특성을 밝혔다. 그는 인지질 이중층 막에서 인지질 분자가 한 층에서 다른 층으로 이동하는 현상과 막 내에서 옆으로 움직이는 측면 확산을 처음으로 발견하고 기술했다. 이를 통해 막 내부 지질의 동적인 움직임을 처음으로 규명했다.

콘버그는 특히 인지질 분자가 막의 한쪽 면에서 다른 쪽 면으로 뒤집히듯 이동하는 현상에 '플립플롭(flip-flop)'이라는 이름을 붙였다. 이는 그가 이전에 연구했던 전자 회로 소자인 플립플롭의 이름에서 영감을 받은 것이다. 이 용어는 이후 세포막에서 지질의 이동을 돕는 효소인 플리파아제(flippase)와 플로파아제(floppase) 등의 명명에도 영향을 미쳤다.

이 시기의 지질 막 연구 경험은 그의 후속 연구에 중요한 기반이 되었다. 그는 이 지질 막 연구 경험을 바탕으로, 이후 지질 이중층 위에 단백질을 배열시켜 2차원 결정을 만드는 기술을 개발하는 데 전문 지식을 활용했다.

5. 수상 및 영예

콘버그는 다음과 같은 상과 영예를 얻었다.