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- [16.11.03] 권호정 교수팀, 새로운 오토파지 유도 약물 발견
- 권호정 교수(생명공학과) 연구팀이 오토파지 현상을 유도하는 새로운 약물을 발견해 효과적으로 오토파지를 유도하고 관련 질환 치료제의 개발 가능성을 제시했다. 오토파지(autophagy, 자가포식)는 세포 속 소기관 중 하나인 ‘리소좀’이 다른 단백질을 분해하여 재이용하는 현상을 말한다. 오토파지 현상에 이상이 생기면 암, 당뇨병과 같은 신진대사성질환, 면역 및 혈관질환 등이 발생하는 것으로 보고 있다. 금년도 노벨 생리의학상의 오스미 요시노리(Ohsumi Yoshinori) 도쿄공업대학 교수는 ‘오토파지’ 현상을 규명한 업적으로 수상했다. 오토파지의 발견으로 최근 오토파지를 활용해 암 등의 난치병을 치료하려는 연구와 더불어 부작용 없이 오토파지를 유도하는 약물을 발견하려는 연구가 활발해지고 있다. 연구팀은 오토파지를 유도하는 새로운 약물을 발견하여 오토파지의 작용 원리를 이해하고 신약 후보 물질 개발에 활용하고자 했다. 이에 FDA 승인약물 2,400여 종을 사용하여 다양한 약물을 집중 탐색했다. 그 결과 항우울제로 알려진 약물이 오토파지를 유도하고 혈관 재협착증의 동물모델에서도 유효한 활성을 보인다는 사실을 최초로 규명하게 됐다. 이번 연구로 항우울제인 인다트라린이 오토파지 유도 활성을 통한 혈관 재협착증 방지 효과를 가지고 있음을 증명하면서 본 약물은 오토파지 조절 이상으로 유발되는 노화, 퇴행성 질환 치 료제와 멜라닌 생성 조절 약물로 개발될 수 있을 것으로 전망된다. 또한 인다트라린의 약효가 작용할 수 있게 하는 호르몬(모노아민) 수송체가 새로운 오토파지 조절 단백질로서의 가능성이 제시되었다. 이는 향후 모노아민 수송체를 표적한 오토파지 유도약물 개발에 활용될 수 있을 것이다. 아울러 모노아민 수용체의 오토파지 발생 기전에서의 역할을 규명하는 기초 연구에도 기여할 것으로 보인다. 권호정 교수는 “새로운 오토파지 유도약물 발견을 통해 기존과는 다른 작용기전으로 오토파지를 유도하여 혈관재협착증 치료제의 후보물질 개발 가능성을 제시했다.”며 “이는 기존에 알려진 치료제나 모르고 있던 새로운 약효를 발견함으로써 신약 재창출의 가능성을 제시한 것”이라며 이번 연구의 중요성과 의의를 밝혔다. 한편, 연구팀(제1저자 조윤선 박사, 교신저자 권호정 교수)은 미국 존스홉킨스 대학의 Jun O. Liu 교수팀, 이화여자대학교 강상원 교수팀과 협력연구를 통해 연구를 수행했다. 본 연구는 미래창조과학부 기초연구사업(집단연구, 글로벌연구실), 포스트게놈 다부처 유전체사업, 전통천연물기반 유전자동의보감사업 및 미래기초과학핵심리더 양성사업의 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 네이처(Nature) 자매지인 ’사이언티픽 리포츠’ 10월 3일자에 발표됐다.
- 생명공학과 2020.01.08
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- [16.09.23] 조승우 교수 공동 연구팀, 난치성 신경 질환 치료의 단초 마련
- 패치형 나노발전소자 및 유전자 전달 기술을 활용한 신경 재생 기술 개발 ‘어드밴스드 머티리얼스’에 표지 논문 게재 생명공학과 조승우 교수 공동 연구팀(진윤희 박사, 전기전자공학부 서정목 박사)이 난치성 신경 질환 치료를 위한 고효율 신경세포 직접교차분화 기술을 개발해 주목을 받고 있다. 연구진은 인체의 움직임을 통해 에너지를 발생시키는 패치형 마찰전기 발생소자의 전기 자극과 유전자 전달 기술의 융합을 통해 체세포의 신경세포로의 직접교차분화 효율을 증대시키는 기술을 개발했다. 이는 추후 알츠하이머병, 파킨슨병, 뇌경색, 척수손상 등과 같은 난치성 뇌신경 질환 환자의 치료에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 체세포로부터 다른 세포로의 전환을 유도하는 직접교차분화 기술은 면역거부반응, 암 발생, 윤리적 문제 등을 피할 수 있어 최근 새로운 환자맞춤형 세포치료제 생산 기술로 각광 받고 있다. 그러나 기존 기술은 세포 변환 효율이 매우 낮고 변환된 세포의 기능이 떨어지는 단점이 있어 이를 통해 유도된 세포들은 치료제로서의 효능을 기대하기 힘들었다. 공동 연구팀은 신체 내부의 신경세포가 전기를 통해 상호간 신호를 전달한다는 점에 착안하고 신경세포의 활동 전위와 유사한 전기적 신호를 발생시킬 수 있는 마찰전기 발생 소자를 개발해 직접교차분화 기술에 적용했다. 이로써 미세한 전기 자극이 유전자 전달을 통한 신경세포로의 변환을 촉진하고, 실제 교차분화를 통해 변환된 신경세포의 기능이 실제 신경세포와 흡사함을 확인했다. 또한 실험용 쥐에 패치형 나노발전소자를 부착하고 유전자가 주입된 부위에 전기 자극을 가했을 때 생체 내에서도 피부세포의 신경세포로의 직접교차분화가 크게 증진되었음을 검증했다. 연구팀은 “인체 내부의 전기 신호를 모방한 전기 자극이 실제 신경세포 직접분화를 통한 신경재생에 도움을 줄 수 있음을 확인한 최초의 연구”라고 밝히며 “추후 신경이 손상된 부위의 신경 재생 및 난치성 신경질환 치료에 응용될 수 있을 것으로 기대한다.”고 말했다. 한편, 본 연구는 바이오-재료 융합 연구 분야 국제 최상위 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼스 (Advanced Materials)’에 표지 논문(Front Cover)으로 출판됐다.
- 생명공학과 2020.01.08
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- [16.09.07] 이인석 교수팀, 유전자 소셜 네트워크로 암유전자 찾아낸다
- 새로운 암유전자 발굴•치료 등 유전체 연구 기여 유전체학 분야 최고 권위 학술지 ‘게놈 바이올로지’에 게재 이인석 교수팀(생명공학과)이 국제 공동연구를 통해 암유전체 빅데이터에서 유전자 소셜 네트워크를 이용해 암을 유발하는 유전자를 찾아내는 시스템을 개발했다. 유전자 소셜 네트워크란인간의 유전자들 사이의 기능적인 관계를 네트워크로 보여주는 모델이다. 널리 알려진 것처럼 암은 주요 사망원인임에도 불구하고 아직 완벽히 정복되지 못한 질병이다. 암을 유발하는 암 유전자가 철저히 규명되지 못한 까닭에 많은 연구가 암 유전자를 발굴하는데 집중되고 있는데, 그 노력의 일환 중 하나가 암유전체 빅데이터 생산이다. 차세대염기서열분석(NGS) 기술의 발달로 인간 유전자 전체의 염기서열을 보다 용이하게 읽을 수 있게 됐다. 이는 암 환자의 유전체에 적용되어 암유전체 빅데이터의 생성을 촉진했다. 차세대염기서열분석은 현재 각광받는 암유전자 발굴 방법으로서 종양부위의 유전체 염기서열을 정상조직 유전체의 염기서열과 비교•분석하여 암 유전자를 발굴하는 것이다. 하지만 돌연변이의 빈도가 낮은 암 유전자에 대한 예측이 어렵다는 한계가 있어 근래에는 추가적인 생물학적 정보를 통합하여 암 유전자들을 발굴하는 새로운 알고리즘의 개발 연구가 각광받고 있다. 이번 연구에서는 유전자 소셜 네트워크를 이용해 암유전체 빅데이터를 효과적으로 분석함으로써 새로운 암 유전자를 예측•발굴하는 웹기반 예측 시스템 ‘머핀(MUFFINN,www.inetbio.org/muffinn)’을 개발했다. 암이 단일 유전자 손상에 의한 질환이 아닌 관련 유전자 네트워크의 손상에 의한 질환이라는 암유전자 네트워크 가설에 근거해 자신의 돌연변이빈도가 낮아도 이웃 유전자의 돌연변이 빈도가 높으면 암유전자로 예측하는 방법이다. 이 같은 네트워크 기반의 방법을 기존 암유전체 빅데이터와 통합해 분석하면 현재 알려진 암유전자들 이외에 더 많은 새로운 암유전자 발굴을 기대할 수 있다. 실제로 국제유전체연구팀(TCGA: The Cancer Genome Atlas)이 발표한 18종 암유전체 빅데이터를 개발된 시스템에 적용시켜 본 결과, 잘 알려진 암유전자뿐만 아니라 새로운 암 유전자도 효과적으로 예측할수 있었다. 특히 돌연변이 출현 빈도가 낮아서 기존의 통계적 방법으로는 예측이 불가능했던 다수의 유전자들이 머핀 시스템으로 효과적으로 예측되었다는 점이 주목할 만하다. 연구팀은 지난 수년 간 유전자 소셜 네트워크를 유전체 빅데이터 분석에 효율적으로 접목시켜왔다. 특히 이번 연구에서는 대표적인 복합 질환인 암 연구에 유전자 소셜 네트워크를 성공적으로 이용함에 따라 네트워크가 복잡질환 연구의 장애물을 극복하는 데에 크게 기여할 수 있음을 보여줬다. 한편, 본 연구에는 이인석 교수 연구실에서 박사학위를 받고 현재 미국에서 연구하고 있는 조아라 박사가 주저자로 참여했다. 연구 결과는 지난 6월 23일 유전체학 분야 최고 권위 학술지 게놈 바이올로지(Genome Biology)에 게재됐다.
- 생명공학과 2020.01.08