| 초록 |
연구개요 본 과제는 이온 채널 모델링을 통한 세포막상의 전기적 신호 전달에 대한 계산화학적 연구로, 이온 채널을 원자적 ( all- atom) , 코스- 그레인드적 ( coar se- gr ained) , 그리고 연속체적 ( continuum) 수준으로 모델링하여, 이온들의 이온 채널을 통한 세포내 이동 및 이온 채널들간의 상호작용을 체계적으로 이해하는데 필요한 기초적인 모델링 연구를 수행하였다. 본 연구를 통하여, 이론 연구에 필요한 이온 채널 모델링 프로토콜을 수립하였으며, 특히 분자 모델링을 통하여, 한 곳에서 다른 곳으로 분자를 수송하는 매커니즘에 대해 이론적으로 연구하였다. 또한 다수의 이온 채널들이 한 표면에 존재할 때, 이들 간의 상호작용을 체계적으로 이해할 수 있는 이론적 토대를 마련하였다. 연구 목표대비 연구결과 본 연구에서는 이온 채널의 상호작용을 통한 전기적 신호 전달을 체계적으로 이해하기 위한 이론적 발판 마련을 위해, 개별 이온 채널에 대한 모델링과 다수 이온 채널에 대한 모델링에 대한 구현 방법들에 대해 초점을 맞추었고, 이들 연구 성과물들 중 일부는 SCI 저널에 출판되었거나, 현재 심사 중인 상태이며, 또한 향후 후속 연구에도 적극 활용될 예정이다. 연구 목표로 설정된 항목들에 대해서는 체계적인 연구가 진행되어 계획대로 모두 달성하였으며, 이에 다음과 같이 여러 가지 연구 결과들을 얻을 수 있었다. 1. 이온 채널에 대한 멀티스케일 모델링 및 GPU를 이용한 시뮬레이션 수행을 통해, 멀티스케일 모델링에 대한 프로토콜을 확립할 수 있었고, 원자구조에 기반한 이온 채널 모델 개발 뿐만아니라 단순화된 이온 채널 모델도 개발할 수 있었음. 2. 분자동역학 시뮬레이션을 이용한 원자적 모델에 대한 연구를 통하여, 전압효과, 분리공간에 대한 모델링, 나노 채널을 통한 이온 이동, 삼투합 존재 하의 분자 이동, 복수 이온 채널에 대한 모델링 등 여러 가지 주제들에 대해 체계적으로 이해할 수 있었음. 3. 유한요소방법 및 화학반응속도론을 기반으로 한 연속체 모델을 통하여, 이온 채널들 간에 존재할 수 있는 간섭 및 경쟁효과 그리고 이와 관련된 매우 유용한 화학반응속도 이론을 개발할 수 있었음. 이밖에도 표면에 다중 채널들이 존재할 때, 고분자 사슬이 한 공간에서 다른 공간으로 이동할 때, 나타나는 수송 속도에 대해서도 체계적으로 연구하였다. 연구개발결과의 중요성 기존의 연구가 원자적 모델링에 기초한 단일 이온 채널에 초점을 맞추어 대부분 이루어진 반면, 본 과제에서는 단일 채널뿐만 아니라, 이러한 한계를 넘어서, 복수의 채널이 존재할 때 나타날 수 있는 일반적인 상호작용 현상에 대해서 연구를 진행했다. 따라서 본 연구는 이온 채널 연구에 있어서, 멀티스케일에 기반한 최초의 종합적인 모델링 연구라는 점에서 의의를 찾을 수 있으며, 또한 본 연구를 통하여, 앞으로 후속 이온 채널 모델링 연구에 있어서 필요한 원천적 기술을 확보할 수 있었다. 특히, 본 연구를 통해 얻어진 연구 산출물들은 다체문제에 있어서 이론 및 계산화학적 방법론 개발에 참고가 될 수 있으며, 또한 신경 생리학에 있어서 분자 수준에서의 접근을 위한 토대를 마련해주었다. (출처 : 요약문 2p) |
