한국뇌연구원, 인간 신경세포 분화 과정 '실시간 모니터링'

인간 신경세포 분화 과정, 모니터링 이중 형광 만능줄기세포 개발

인간 신경세포 분화 과정을 실시간으로 정밀하게 모니터링할 수 있는 이중 형광 발현 만능줄기세포(iPSCs)를 개발한 한국뇌연구원 코소도 요이치(Yoichi Kosodo) 박사와 논문 요약 그림. [사진=한국뇌연구원]

대구시 동구 첨단로 61에 있는 한국뇌연구원 코소도 요이치(Yoichi Kosodo) 박사 연구팀이 주도한 국제 연구팀에서 최근, 인간 신경세포 분화 과정을 실시간으로 정밀하게 모니터링할 수 있는 이중 형광 발현 만능줄기세포(iPSCs)를 개발했다고 8일 밝혔다.
 
이는 신경세포의 분화를 다양한 단계별로 모니터링하는 것은 특정 신경세포로의 분화에 대한 스크리닝과 세포 치료제의 개발 및 효율적인 줄기세포 생산을 위해 필요했으나, 기존에는 신경세포 분화 별 실시간 모니터링이 불가했다.
 

이에 한국뇌연구원 코소도 요이치 박사 연구팀이 인간 유도만능줄기세포에 유전자 편집기술인 CRISPR/Cas9 시스템을 이용하여 신경 전구세포 특이 유전자(NGN2)에 붉은색 형광단백질(TagRFP)을, 또 다른 신경세포 특이 유전자(TUJ1)에는 초록색 형광단백질 (EGFP)을 각각 발현시켜 이중 형광 발현 만능줄기세포를 제작하였다.
 
이를 이용하여 성체줄기세포, 배아줄기세포, 유도만능줄기세포로부터 자가 재생 및 자가 조직화를 통해 형성된 3차원 세포 집합체인 뇌 오가노이드를 제작하였을 때, NGN2는 안쪽, TUJ1은 바깥쪽에 발현되는 것을 확인함으로써 대뇌피질의 신경세포 분화 과정을 시각화할 수 있음을 확인하였다.

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특히, 이중 형광 발현 만능줄기세포를 활용하여 신경 분화 초기에 대뇌 피질 형성과 신경세포 이동에 중요한 임무를 수행하는 유전자 HES1과 Reelin이 상호적으로 작용함을 밝힘으로써 조현병과 자폐증과 같은 신경질환의 조절 가능성을 제시하였다.
 
본 연구는 한국뇌연구원 기관 고유사업, 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원을 통해 수행되었으며, 이번 연구 결과는 줄기세포 생물학 분야의 저명한 국제 학술지 ’Stem Cell Reports‘ (IF=7.294)에 8월 5일 자로 게재되었으며, 논문명은 ’Direct visualization of the transition status during neural differentiation by dual-fluorescent reporter human pluripotent stem cells‘이며, 저자는 박광현, 신민경, 이원영, 호타 아키수(Akitsu Hotta), 코바야스 태코(Taeko Kobayas), 코소도 요이치(Yoichi Kosodo)이다.
 
교신저자인 코소도 요이치 박사는 “본 연구의 이중 형광 리포터가 도입된 세포는 인간 신경세포의 분화 및 이동에 관여하는 후보 약물을 스크리닝하고 약물의 반응성을 확인하는 데 사용할 수 있으며, 나아가 특정 유전자의 기능 분석에도 유용하다”라고 밝혔다.
 

케이메디허브, 고령화에 의한 대사질환 기전 규명 및 치료제 개발 나서

정상세포가 다양한 원인에 의하여 노화 세포가 되는 과정과 노화 세포가 되면 다양한 분비물을 배출하게 된다는 내용의 그림 [사진=케이메디허브]

케이메디허브(대구경북첨단의료산업진흥재단)는 영남대학교 선도연구센터 지원사업 기초의과학 연구 분야 (MRC) 사업에 참여하여 고령화에 의한 대사질환 기전 규명 및 치료제 개발에 나선다고 8일 밝혔다.
 
이는 인류의 불로불사(不老不死) 열망은 인간의 평균수명을 늘이는 그것뿐 아니라 오래도록 젊고 건강하게 사는 삶을 지향하며 이를 위해 끊임없이 노력하고 있으며, 과학자들은 노화된 세포를 제거하려는 노력과 제거하지 못한 노화 세포에 의해 발생하는 대사성 질환을 극복하기 위한 연구를 수행하고 있으며 이러한 노화 극복 전략을 '세노테라피 (Senotherapy)'라고 한다.
 
이에 케이메디허브 신약개발지원센터 분자설계팀은 영남대학교 ‘세노테라피 기반 대사질환 제어 연구센터’에 참여하여 노화로 인해 발생하는 다양한 대사성 질환 치료제 개발을 위한 표적 단백질 발굴 및 약물 개발 연구를 시작했다.
 
우선 노화된 세포는 여러 가지 분비물을 배출하여 생명을 유지하고 있으며, 이렇게 배출된 분비물들은 골다공증, 당뇨병 등 여러 가지 대사성 질환을 유발하는 것으로 알려져 있으며, 이렇게 유발된 대사성 질환을 극복하기 위해서는 배출된 분비물을 억제하거나 노화된 세포의 사멸을 유도해야 하며 이를 위해 분자설계팀이 앞장섰다.
 
신약개발지원센터 분자설계팀 이승주 팀장은 인공지능 및 컴퓨터를 이용한 약물 개발 연구(AI- and Computer-aided drug discovery, CADD)’를 수행하며 국내 해당 연구 분야에서 막강한 실력과 팀워크로 인정받고 있으며, 본 연구에서 분자설계팀은 영남대학교와 함께 관련 표적을 발굴하고 발굴한 표적을 대상으로 한 약물 개발을 위해 앞으로 7년간 연구를 수행할 예정이다.
 
양진영 재단 이사장은 “위급하게 생명을 위협하는 질환에 관한 연구뿐 아니라 노화 극복을 통해 삶의 질을 높이기 위한 연구 또한 매우 중요하며, 이 분야에 케이메디허브가 이바지할 수 있는 계기가 될 것이다”라고 기대감을 드러냈다.