Cryogenic Electron Microscopy
Laboratory of
Molecular Imaging
Molecular Imaging
Structural Biology
생명체를 구성하는 분자들은 각 분자 고유의 구조를 갖고 있고 , 이 구조는 생체 분자의 기능 및 메커니즘과 연관되어 있습니다.
구조생물학은 생체 분자 고유의 구조를 규명하고, 이 구조를 바탕으로 해당 분자의 생물학적 기능과 메커니즘을 밝혀 연관된 생명 현상에 대해 연구하는 학문입니다.
구조생물학은 생체 분자 고유의 구조를 규명하고, 이 구조를 바탕으로 해당 분자의 생물학적 기능과 메커니즘을 밝혀 연관된 생명 현상에 대해 연구하는 학문입니다.
Cryogenic Electron Microscopy (Cryo-EM)
cryo-EM(초저온전자현미경)은 전자선을 광원으로 사용하는 고분해능 영상 장치로, 재료공학, 화학, 생물학 등 다양한 분야에서 필수적인 장비로 여겨지고 있습니다.
특히 생명 과학 분야에서는 현재 cryo-EM을 이용한 구조생물학적 분석 기술이 매우 빠르게 진화하고 있습니다.
cryo-EM을 이용한 생체 분자 이미징은 생체 분자 개별 구조뿐 아니라 다양한 상태의 분자 구조, 세포 소기관, 세포 내부 구조 등 다양한 수준의 생체 시료 구조를 규명할 수 있다는 강점이 있습니다.
우리 실험실은 장기적으로 Atomic resolution cryo-EM과 Cryo-EM based dynamic heterogeneity 분석, 그리고 Cellular Tomography 기술이 cryo-EM 이미징의 발전 방향이 되리라고 보고, 생명 현상 연구와 더불어 cryo-EM 기반의 해당 기술 개발 역시 주 연구 과제로 삼고 있습니다.
특히 생명 과학 분야에서는 현재 cryo-EM을 이용한 구조생물학적 분석 기술이 매우 빠르게 진화하고 있습니다.
cryo-EM을 이용한 생체 분자 이미징은 생체 분자 개별 구조뿐 아니라 다양한 상태의 분자 구조, 세포 소기관, 세포 내부 구조 등 다양한 수준의 생체 시료 구조를 규명할 수 있다는 강점이 있습니다.
우리 실험실은 장기적으로 Atomic resolution cryo-EM과 Cryo-EM based dynamic heterogeneity 분석, 그리고 Cellular Tomography 기술이 cryo-EM 이미징의 발전 방향이 되리라고 보고, 생명 현상 연구와 더불어 cryo-EM 기반의 해당 기술 개발 역시 주 연구 과제로 삼고 있습니다.
세포막단백질의 고해상도 구조해석을 통한
세포 signaling 및 화학적 항상성 조절 기전 연구
세포 signaling 및 화학적 항상성 조절 기전 연구
세포막 단백질은 세포 / 세포 내막과 연결되어 있거나 막을 관통하며 막 내, 외부에서 기능을 수행할 수 있는 단백질을 말합니다. 이들은 다양한 세포 signaling의 receptor 등으로 기능하며 세포 내의 생화학적 항상성을 유지하거나 조절하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 따라서 세포막 단백질은 중요한 생명과학 연구 타겟이며, 다양한 질병의 약물 개발 타겟으로 활용되어 많은 약물의 개발 및 상용화에 중요한 역할을 차지하고 있습니다. 세포막 단백질의 구조적 연구는 세포막 단백질의 작용 기전을 분자 수준에서 규명할 수 있게 해 주어 이를 토대로 세포막 단백질의 메카니즘 연구, 질병 유발 원인 등 다양한 연구를 수행할 수 있습니다. 고해상도 Cryo-EM 이미징은 세포막 단백질의 구조 연구에 핵심적인 기술로 자리매김하고 있습니다. 우리 실험실에서는 cryo-EM 이미징을 이용, Molecular pump / channel protein, receptor protein 등 다양한 세포막 단백질의 구조적 연구를 진행하고 있으며 궁극적으로 세포막 단백질을 통한 signaling 및 생화학적 항상성 조절 기전 연구를 진행하고자 합니다.
Molecular chaperone network의
기계적 메커니즘 연구를 통한 노화 기전 연구
기계적 메커니즘 연구를 통한 노화 기전 연구
Molecular chaperone은 합성된 단백질의 올바른 접힘 (Folding) 및 활성에 관여하여 세포 내 단백질 항상성 조절에 중심적인 역할을 합니다. 따라서 Molecular chaperone은 다양한 종류의 암, 신경 퇴행성 질환과 밀접한 관련이 있으며 노화 기전과도 연관되어 있습니다. 이들은 복잡한 Chaperone network를 형성하여 단백질 Folding Cooperativity를 나타내며 구조적/기능적 Allosterism을 통해 특정 기질의 활성 조절을 위한 기질 맞춤형 Folding 과정을 제공할 것이라고 여겨집니다. 그러나 Molecular chaperone은 그 크기와 기능 특성상 극단적인 Dynamic Heterogeneity를 내재하고 있어 기존의 접근 방법으로는 연구에 한계가 있습니다. Cryo-EM 기술은 이러한 Molecular chaperone network의 복잡한 기계적 메커니즘을 해석하는데 아주 중요한 열쇠가 될 것으로 예상되며, 우리 실험실에서는 다양한 생화학적 기법과 고해상도 Cryo-EM 이미징 및 분석 기술 개발을 바탕으로 TRiC chaperone을 중심으로 하는 Molecular chaperone network의 구조생화학적 연구 및 노화 기전 연구를 진행 중에 있습니다.
cryo-EM 이미징을 통한 세포 및 거대분자 고해상도 입체구조 해석 기술 개발
Macromolecular allosterism 분석 기술 개발
cryo-EM 이미징은 heterogeneous한 상태의 생체 분자들도 한 번에 이미징 할 수 있다는 강점이 있습니다. cryo-EM 이미징 데이터에서 획득한 particle들을 수치화하여 분리하고, 해당 particle들을 추가 분석 과정을 통해 heterogeneous한 상태의 구조 정보로 재구성, 생체 분자의 allosterism을 분석하고 특정 allosteric state를 modulation할 수 있는 기술을 개발하고 체계화하는 것이 우리의 장기 목표 중 하나입니다.
cryo-ET (Electron Tomography) 기술 개발
cryo-EM 이미징은 정제된 단일 분자 뿐 아니라 세포 소기관, 세포 전체 등 다양한 수준의 생체 시료를 이미징할 수 있다는 강점이 있으며, electron tomography 기술은 현재 cryo-EM의 발전을 바탕으로 빠르게 발달하고 있습니다. 우리 실험실에서는 원하는 생체 분자의 위치를 세포 속에서 찾아내고, 세포 수준에서 해당 생체 분자의 위치와 상태를 파악할 수 있는 cryo-ET, cryo-CLEM(Correlative Light and Electron Microscopy), 관련 기술을 개발하고, 이를 바탕으로 in situ 생체분자 구조 해석 및 생체 분자 간의 네트워크를 연구하려 합니다.
cryo-EM 이미징은 정제된 단일 분자 뿐 아니라 세포 소기관, 세포 전체 등 다양한 수준의 생체 시료를 이미징할 수 있다는 강점이 있으며, electron tomography 기술은 현재 cryo-EM의 발전을 바탕으로 빠르게 발달하고 있습니다. 우리 실험실에서는 원하는 생체 분자의 위치를 세포 속에서 찾아내고, 세포 수준에서 해당 생체 분자의 위치와 상태를 파악할 수 있는 cryo-ET, cryo-CLEM(Correlative Light and Electron Microscopy), 관련 기술을 개발하고, 이를 바탕으로 in situ 생체분자 구조 해석 및 생체 분자 간의 네트워크를 연구하려 합니다.
PUBLICATIONS
- 2022
- Gestaut, D., Zhao, Y., Park, J., Ma, B., Leitner, A., Collier, M., ... Rho, S. H. & Frydman, J. (2022). Structural visualization of the tubulin folding pathway directed by human chaperonin TRiC/CCT. Cell, 185(25), 4770-4787.
- Choi, H. K., Kang, H., Lee, C., Kim, H. G., Phillips, B. P., Park, S., Lee, H.... Rho, S. H. & Yoon, T. Y. (2022). Evolutionary balance between foldability and functionality of a glucose transporter. Nature Chemical Biology, 1-11.
- Kim, L., Lee, B. G., Kim, M., Kim, M. K., Kwon, D. H., Kim, H., ... Roh, S. H. & Song, H. K. (2022). Structural insights into ClpP protease side exit pore‐opening by a pH drop coupled with substrate hydrolysis. The EMBO Journal, e109755.
- 2021
- Hwang, J., Park, K., Lee, G. Y., Yoon, B. Y., Kim, H., Roh, S. H., ... & Lim, H. H. (2021). Transmembrane topology and oligomeric nature of an astrocytic membrane protein, MLC1. Open biology, 11(12), 210103.
- Khan, M. M., Lee, S., Couoh‐Cardel, S., Oot, R. A., Kim, H., Wilkens, S., & Roh, S. H. (2021). Oxidative stress protein Oxr1 promotes V‐ATPase holoenzyme disassembly in catalytic activity‐independent manner. The EMBO Journal, e109360.
- Kang MH$, Park JS $, et al, Kim KI, Roh SH *, Lee WC*, Park JW*, “Graphene oxide supported microwell grids for preparing cryo-EM samples with controlled ice thickness”, Advanced Materials 2021 Oct;33(43):e2102991.
- Kim, H., Park, J., Lim, S., Jun, S. H., Jung, M., & Roh, S. H. (2021). CryoEM structures of GroEL: ES2 with RuBisCO visualize molecular contacts of encapsulated substrates in a double-cage chaperonin. iScience, 103704.
- Jeon, M., Park, J. B., Lee, H., Kim, G., Kim, E. B., Jung, M., & Roh, S. H. (2021). Integrated cryoEM imaging center at Seoul National University, Korea. Biodesign, 9, 72-77.
- Cogan DP, Zhang K,Li X, Li S, Pintilie GD, Roh SH, Craik CS, Chiu W and Khosla C, “Mapping the catalytic conformations of an assembly-line polyketide synthase module”, Science 5;374(6568):729-734, 2021
- Oliver SL, Xing Y, Chen D, Roh SH, Pintilie DG, Bushnell D, Sommer HM, Yang E, Carfi A, Chiu W, Arvin MA, "The N-terminus of varicella-zoster virus glycoprotein B has a functional role in fusion," PLoS pathogens, 17(1), e1008961, 1 2021.
- 2020
- Roh SH*, Shekhar M, Pintilie G, Chipot C, Wilkens S, Singharoy A, Chiu W*, "CryoEM and MD Infer Water-Mediated Proton Transport and Autoinhibition Mechanisms of Vo Complex," Science Advances, 6(41), eabb9605, 10 2020.
- Olivera SL, Xing Y, Chen DH, Roh SH, Pintilie G, Bushnell DA, Sommera MH, Yang E, Carfi A, Chiu W and Arvin AM, "A glycoprotein B-neutralizing antibody structure at 2.8 Å uncovers a critical domain for herpesvirus fusion initiation," Nature Communications, 11(4141), , 0 2020.
- Park JS, Park JY, Lee SW, Roh SH*, "Grid selection strategy for high-resolution cryo-EM," Biodesign, 8(2), 41-48, 0 2020.
- Huang CS, Yu X, Fordstrom P, Choi K, Chung BC, Roh SH, Chiu W, Zhou M, Min X and Wang Z., "Cryo-EM structures of NPC1L1 reveal mechanisms of cholesterol 2 transport and ezetimibe inhibition," Science Advances, 6(25), eabb1989, 0 2020.
- 2019
- Gestaut D*, Roh SH*, Ma B, Pintilie G, Joachimiak A.L. Leitner A, Walzthoeni T, Aebersold R, Chiu W, Frydman J., "The Chaperonin TRiC/CCT Associates with Prefoldin through a Conserved Electrostatic Interface Essential for Cellular Proteostasis," Cell, 177(3), 751-765, 0 2019.
- Lee S*, Roh SH*, Lee J, Sung N, Liu J, Tsai FTF., "Cryo-EM Structures of the Hsp104 Protein Disaggregase Captured in the ATP Conformation," Cell Rep, 26(1), 29-36, 0 2019.
- 2018
- Roh SH, Stam NJ, Hryc CF, Couoh-Cardel S, Pintilie G, Chiu W, Wilkens S, "The 3.5-Å Cryo-EM Structure of Nanodisc-Reconstituted Yeast Vacuolar ATPase Vo Proton Channel," Molecular Cell, 69(6), 993-1004, 0 2018.
- Walsh RW Jr*., Roh SH*, Gharpure A, Morales-Perez CL, Hibbs RE., "Structural principles of distinct assemblies of the human α4β2 nicotinic receptor," Nature, 557(7704), 261, 0 2018.
- 2017
- Roh SH, Hryc CF, Jeong HH, Fei X, Jakana J, Lorimer GH, Chiu W, "Subunit conformational variation within individual GroEL oligomers resolved by Cryo-EM," PNAS, 114(31), 8259-8264, 0 2017.
- 2016
- Roh SH, Kasembeli M, Galaz-Montoya JG, Trnka M, Lau WC, Burlingame A, Chiu W, Tweardy DJ, "Chaperonin TRiC/CCT Modulates the Folding and Activity of Leukemogenic Fusion Oncoprotein AML1-ETO," The Journal of biological chemistry,291(9), 4732-4741, 0 2016.
- Roh SH, Kasembeli MM, Galaz-Montoya JG, Chiu W, Tweardy DJ, "Chaperonin TRiC/CCT Recognizes Fusion Oncoprotein AML1-ETO through Subunit-Specific Interactions," Biophysical journal, 110(11), 2377-2385, 0 2016.
- 2015
- Roh SH, Kasembeli M, Bakthavatsalam D, Chiu W, Tweardy DJ, "Contribution of the Type II Chaperonin, TRiC/CCT, to Oncogenesis," IJMS, 16(11), 26706-26720, 0 2015.
Roh, Soung-Hun 노 성 훈Associate ProfessorSeoul National University
Major Cryo-Electron Microscopy (Cryo-EM)
Lab Laboratory of Molecular Imaging
Office 105-102
Office Phone +82-2-880-2135
Lab Phone +82-2-880-6690
Email shroh@snu.ac.kr
Lab Laboratory of Molecular Imaging
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RESEARCH
BIOCHEMISTRY BIOPHYSICS MOLECULAR BIOLOGY
Molecular machines and their assemblies range 10-100 nm in size and perform extremely complex but critical actions within the cell. Cryo-Electron microscopy (Cryo-EM) has now overcome many biophysical hurdles and finally become a major strategy in structural biology. Our research focus is driven by a diverse spectrum of challenging biological topics and to explore functional mechanism of molecular machines by achieving high resolution structures.
BIOCHEMISTRY BIOPHYSICS MOLECULAR BIOLOGY
Molecular machines and their assemblies range 10-100 nm in size and perform extremely complex but critical actions within the cell. Cryo-Electron microscopy (Cryo-EM) has now overcome many biophysical hurdles and finally become a major strategy in structural biology. Our research focus is driven by a diverse spectrum of challenging biological topics and to explore functional mechanism of molecular machines by achieving high resolution structures.
EDUCATION Ph.D. in Biochemistry and Molecular Biology, 2015Baylor College of Medicine, USA
M.S. in Life Science, 2003Gwang-Ju Institute of Science and Technology (GIST), South Korea
B.S. in Microbiology, 1994Gyung-Book National University, South Korea
SELECTED PUBLICATIONS
Park J, Kim H, Gestaut D, Lim S, Leitner A, Frydman J, Roh SH. (2024) A structural vista of phosducin-like PhLP2A-chaperonin TRiC cooperation during the ATP-driven folding cycle. Nature Communications [journal]
Lee YY, Lee H, Kim H, Kim VN, Roh SH. (2023) Structure of the human DICER-pre-miRNA complex in a dicing state. Nature [journal]
Gestaut D, Zhao Y, Park J, Ma B, Leitner A, Collier M, Pintilie G, Roh SH, Chiu W, Frydman J. (2022) Structural visualization of the tubulin folding pathway directed by human chaperonin TRiC/CCT. Cell [journal]
Gestaut D, Roh SH, Ma B, Pintilie G, Joachimiak LA, Leitner A, Walzthoeni T, Aebersold R, Chiu W, Frydman J. (2019) The Chaperonin TRiC/CCT Associates with Prefoldin through a Conserved Electrostatic Interface Essential for Cellular Proteostasis. Cell [journal]
Walsh RW Jr*., Roh SH*, Gharpure A, Morales-Perez CL, Hibbs RE. (2018) “Structural principles of distinct assemblies of the human α4β2 nicotinic receptor.” Nature
Roh SH, Stam NJ, Hryc CF, Couoh-Cardel S, Pintilie G, Chiu W, Wilkens S. (2018) “The 3.5-Å Cryo-EM Structure of Nanodisc-Reconstituted Yeast Vacuolar ATPase Vo Proton Channel.” Molecular Cell
Roh SH, Hryc CF, Jeong HH, Fei X, Jakana J, Lorimer GH, Chiu W. (2017) “Subunit conformational variation within individual GroEL oligomers resolved by Cryo-EM.” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
Roh SH, Kasembeli MM, Galaz-Montoya JG, Chiu W, Tweardy DJ. (2016) “Chaperonin TRiC/CCT Recognizes Fusion Oncoprotein AML1-ETO through Subunit-Specific Interactions.” Biophysical journal
Roh SH, Kasembeli M, Galaz-Montoya JG, Trnka M, Lau WC, Burlingame A, Chiu W, Tweardy DJ. (2016) “Chaperonin TRiC/CCT Modulates the Folding and Activity of Leukemogenic Fusion Oncoprotein AML1-ETO.” The Journal of biological chemistry
Meet the Team
Current
Alumni
Jaehyun Park
Research Scientist
Sojeong Kim
Master's Degree
Miji Jeon, Ph.D
Postdoctoral researcher
Junbae Park, Ph.D
Postdoctoral researcher
Hyunmin Kim
Postdoctoral researcher
Gallery
세포 및 거대분자 이미징 핵심지원센터
본 센터는 2020년 교육부_기초과학연구역량강화사업을 바탕으로 구축된 Cryo-EM 및 광학현미경 연계 기술을 핵심 역량으로 하는 지원 센터입니다.
기초/ 융합 생명과학 연구를 위한 유기적 공유 연구 인프라를 확립하고 미래 바이오 연구 산업의 토대 지원을 장기적 비젼으로 하고 있으며,
연구 멘토링이 가능한 전문성 기반 핵심연구지원시설로, 광학현미경과 Cryo-EM 기술을 융합하여 세포에서부터 거대분자까지 초고해상도의 3차 구조 획득을 지원하고자 합니다.
Contact
Professor's email : shroh@snu.ac.kr
Professor's office : +82-2-880-2135
Lab office : +82-2-880-6690
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