손전등이나 레이저 포인터로 빛을 비추어, 살아 있는 세포와 생쥐의 뇌 속 분자를 원하는 순간에 조절할 수 있다면 어떨까요?
세포의 신호전달을 켜고, 단백질의 기능을 멈추고, RNA가 일하는 위치와 시간을 바꿀 수 있다면 우리는 생명현상을 어디까지 이해할 수 있을까요?
HeoLab은 빛에 반응하는 분자 도구를 만들어, 이 질문을 실제 실험으로 바꿉니다.
광유전학·화학유전학과 RNA 공학을 결합해 세포 안의 분자와 신호를 조절하고, 그 변화가 세포의 행동과 뇌 기능으로 이어지는 과정을 연구합니다. 2026년 노벨 생리의학상은 이온채널과 광유전학의 발견에 돌아갔습니다. 빛으로 신경세포의 활동을 조절하는 이러한 광유전학 기술이 지는 20년 이상 뇌과학 연구에서 혁명적인 기술로 활용되어 왔습니다. 우리는 그 가능성을 살아 있는 세포와 생쥐뇌에서 단백질과 세포 신호, 그리고 RNA의 정밀 제어하는 분자광유전학 기술을 지난 15년 이상 개발하고 확장하고 있습니다. 이제 분자광유전학은 세포 내 수 많은 분자, 신호전달과정, RNA 까지 확장할 수 있습니다. 무엇을 조절할지에 더해, 어디서 언제 작동하게 할지까지 설계하는 것이 우리의 목표입니다.
대표적으로 우리가 개발한 LARIAT와 OptoSTIM1은 단백질 기능과 칼슘 신호를 빛으로 조절하는 도구입니다. mRNA-LARIAT는 RNA의 위치와 번역을 제어하고, paCas13 플랫폼은 RNA 분해와 염기 편집에 빛 스위치를 더합니다. SynapShot으로는 살아 있는 뇌에서 시냅스의 구조적 변화를 관찰합니다. 분자를 설계하고, 세포에서 작동을 확인하고, 생체에서 그 의미를 밝히는 연구가 하나로 이어집니다. 이 기술들을 바탕으로 우리가 도전하는 다음 단계는 RNA 시공간 제어와 치료 응용입니다. 필요한 RNA를 필요한 세포에서 필요한 순간에 조절하여, 생명현상의 원리를 밝히고 새로운 치료 전략의 기반을 만들고자 합니다.
교과서에서 배운 단백질과 RNA를 직접 본인이 설계하고, 자신이 만든 도구가 살아 있는 세포와 살아있는 생쥐에서 작동하는 짜릿한 순간을 경험해 보세요. 우리 연구실에서 개발한 기술과 유전자는 국내외에 4,000건 무상 배포되어 다른 연구자들의 발견으로 이어지고 있습니다. 다음 생물학적 새로운 발견을 가능하게 할 도구를, HeoLab에서 만듭니다.
We integrate molecular optogenetics, mRNA optogenetics, and RNA biology to build a frontier‑level technology portfolio. Our goal is to translate these platforms into RNA editor–based and optogenetic therapeutics through strategies that are precise, reversible, and programmable.
● Molecular Optogenetics: Light‑precision control of molecules inside living cells and brains
We pioneered molecular optogenetics, moving beyond channelrhodopsin‑based neuronal depolarization to directly switch DNA, mRNA, and protein functions on and off with light. With LARIAT (Nature Methods, 2014), we introduced the first method to reversibly trap target proteins in light‑induced clusters, enabling ultrafast, high‑resolution control of cell signaling. We then showed with OptoSTIM1 (Nature Biotechnology, 2015) that endogenous calcium channels can be controlled in vivo to enhance memory in mice. Most recently, SynapShot (Nature Methods, 2024) allowed real‑time, 4D tracking of synapse formation and elimination in the live mouse brain, visualizing the molecular remodeling of synapses during learning and movement. These advances extend the concept of “optogenetic medicine” to disease models—including Parkinson’s disease, depression, and dementia—and are underpinned by 30+ representative publications, patents, and technology transfers.
● RNA Control & Editing: DNA‑sparing next‑generation therapeutics
We advance CRISPR‑Cas13 platforms that precisely cleave, modify, and regulate RNA—overcoming limitations of DNA editing. Photo‑activatable Cas13 (Nature Communications, 2024) links Cas13 to a light‑responsive module so base editing occurs only upon illumination, achieving spatiotemporally selective RNA editing with minimized off‑target effects in cells and animals. In parallel, programmable RNA acetylation (Nature Chemical Biology, 2024) equips Cas13 with catalytic enzymes to chemically modulate RNA function, establishing a first‑in‑class platform for functional RNA remodeling. With mRNA‑LARIAT (Nature Cell Biology, 2020), we optically controlled the localization and translation of endogenous β‑actin mRNA, defining a causal link between local mRNA translation, cell morphology, and plasticity. Together, these tools enable precision control, reduced side effects, and patient‑specific applications for RNA medicines.
● RNA Optogenetics (New RNA Biology): A fused paradigm for light‑switchable RNA
By combining the spatiotemporal precision of optogenetics with the target specificity of RNA editors, we are establishing “RNA optogenetics”—a new paradigm in which RNA behavior is turned on and off by light, and further tuned by chemical signals. This fusion yields reversible, cell‑type– and time‑specific RNA interventions that naturally extend into high‑precision RNA therapeutics. Beyond basic discovery, this strategy positions our work to drive Optogenetic Medicine 2.0 and RNA Editing as two pillars of next‑generation biotechnology, with strong potential to shape the future bio‑therapeutics market.
Research Areas
CRISPR-Cas-based mRNA base editing, modification, and therapy (mRNA 치료)
Protein engineering for novel and useful functions in mice and human
Cell function control and therapy (세포 치료)
Molecular/subcellular optogenetics and optogenetic medicine (광유전학의학)
2025년
12월 22일
허원도 교수님께서 과학기술정보통신부 2025 국가연구개발 우수성과 100선(최우수)에 선정되셨습니다. 축하합니다!
12월 17일
허원도 교수님께서 KAIST 연구비 기관흡수액 준우수 기여상(2023~2025)을 수상하셨습니다. 축하합니다!
12월 17일
허원도교수님께서 KAIST 글로벌 연구 협력상(우수상)을 수상하셨습니다. 축하합니다!
12월 3일
유지환 학생이 JW이종호재단 기초과학자 장학생에 선정되었습니다. 축하합니다!
11월 12일
허원도 교수님께서 2025 바이오 분야 발전 유공자로 과학기술정보통신부 장관 표창을 수상하셨습니다. 축하합니다!
8월 28일
진주애 학생이 학문후속세대 지원사업 박사과정생 연구장려금 지원사업에 선정되었습니다. 축하합니다!
8월 23일
이희영 박사님의 (INSPECT) INtracellular Separation of Protein Engineered Condensation Technique 논문이 Nature Communications지에 억셉트 되었습니다. 축하합니다!
암 이동의 비밀 https://www.youtube.com/watch?v=2C1sG-r7OBI
6월 5일
유지환 학생이 대학원 대통령과학장학생(박사 재학)에 선정되었습니다. 축하합니다!
5월 10일
신종필 학생의 Dysregulation of FGFR1 in the brain contributes to neurological disorders in human and mouse 논문이 Experimental & Molecular Medicine지에 억셉트 되었습니다. 축하합니다!
5월 10일
현보배 박사님의 Optogenetic intervention of neurolocal disorder and AI-based diagnostics 논문이 Nature Communications지에 억셉트 되었습니다. 축하합니다!
5월 7일
이채연 박사님의 Optogenetic Storage and Release of Protein and mRNA in Live Cells and Animals 논문이 Nature Communications지에 억셉트 되었습니다. 축하합니다!
2월 26일
유지환 학생의 Programmable RNA acetylation with CRISPR-Cas13 논문이 Nature Chemical Biology지에 억셉트 되었습니다. 축하합니다!
2월 25일
유정혜 박사님 (현 스탠포드대 박사후연구원)이 2025년 엔지노믹스 논문상을 수상하였습니다. 축하합니다!
2월 21일
허원도 교수님께서 KAIST 석좌교수로 임용되셨습니다. 축하합니다!
2월 13일
허원도 교수님께서 2024년 KAIST 대표연구성과 10선에 선정되셨습니다. 축하합니다!
2월 4일
허원도 교수님께서 2024년 KAIST 개교 54주년 기념 우수 교원 포상(학술상)을 수상하셨습니다. 축하합니다!
1월 10일
진주애 학생이 2025년도 KAIST 인성장학생에 선정되었습니다. 축하합니다!
