Lab of Cellomics

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

We are studying regulation of stem cell differentation, for the purpose of  developing cellular therapeutic reagents, especially with adult stem cells including HSC and MSC.

 

본 연구실은 유전자의 기능조절을 통한 줄기세포의 분화조절연구를 바탕으로, 난치성 질병 치료 및 노화 억제를 위한 세포치료제의 개발을 목표로 연구를 수행하고 있다. 특히, 조혈줄기세포(HSC)와 중간엽 줄기세포(MSC)에 관심을 갖고, 이들로부터 면역세포, 조골세포 및 심근세포로의 분화기작을 연구하고 신호전달 경로를 파악하고자한다.

이를 위하여, 분자생물학, 생화학, 세포생물학적 기법과 Proteomics, Genomic tool 등의 최신 기술을 이용하여 다음과 같은 세부 연구를 수행중에 있다.

 

☆ 줄기세포 배양조건 최적화 (Optimization of Stem cell cultivation)

☆ 성체줄기세포 분화 관련 유전자 동정 (Identification of genes regulating stem cell differentiation)

☆ Cellomics 연구를 통한 세포 기능 조절 (Regulation of cellular functions through the study of Cellomics)

☆ 파충류 피부재생기작 연구를 통한 역분화 인자 발굴

    (Identification of de-differentation factor through the study of reptile tissue regeneration mechanism)

☆ 체세포로부터 조혈줄기세포로의 역분화 기술 개발

    (Development of de-differentiation strategy for hematopoietic stem cells using peripheral fibroblast) 

☆ 미생물과 줄기세포와의 상호작용 연구 (Study of interactions between microbes and stem cells)

 

* 세부 연구 내용

 

1. 도마뱀 조직 재생 기작 연구를 통한 역분화 인자 발굴

 

역분화는 몇몇 하등한 동물 (강장 동물, 양서류, 파충류)의 조직 재생 과정 중에서 일어난다고 알려져 있으며, 도마뱀의 경우 수족, 꼬리, 망막, 장 등의 조직에 손상이 일어났을 때 역분화와 재분화의 과정을 통하여 새로운 조직으로 재생된다. 본 연구실에서는 역분화를 일으키는 생물 중에서 진화적으로 인간과 가장 가까운 파충류의 일종인 도마뱀을 택하여 연구를 수행하고 있다. 도마뱀은 자신이 위협에 처해있거나, 포식자에게 위협을 받으면 꼬리를 흔들고 적을 유인한 후, 스스로 신체의 일부분을 절단하고 도망가는 행동을 보이는데 이와 같은 행동을 자가 절단이라고 한다. 자가 절단이 일어난 후 먼저 뇌의 신호를 통해 꼬리가 절단 되었음을 인지하고, 뇌로부터 신호가 전달되면 꼬리의 상처 상피 바로 아래에 있는 간충 조직과 섬유아 세포들이 이주하여 역분화를 일으키게 되는데, 이 때 중간엽 줄기세포의 성격을 가지는 아체(Blastema)가 형성된다. 아체는 줄기세포의 특징을 가짐으로써 기존의 분화 프로그램을 통해 원래의 조직으로 재분화 된다. 이로써 자가 절단된 꼬리가 세포의 재생 기작을 통하여 완전한 꼬리로 재생될 수 있다.

본 연구에서는 proteomics 기법을 통해 도마뱀 꼬리의 아체에서 특이적으로 발현하는 단백질을 동정하였고, 이를 인간fibroblast의 역분화에 이용하여 기존의 방법에 비해 2배 이상 높은 효율을 보이는 것을 확인하였다. 현재 본 연구실에서는 이 새로운 인자를 통한 역분화의 신호 전달 기작을 연구 중에 있고, 이를 통해 보다 효율적인 역분화 기술을 확립할 수 있을 것이라고 기대하고 있다.

 

 

2. 자궁경부암에 대한 도마뱀 단백질의 항암 효과 연구 

자궁경부암은 전 세계적으로 여성에게 발병하는 암 중 두 번째로 흔한 암이며, 우리나라에서 발생하는 전체 암 중에서 4-5위를 차지하고 있다. 치료 후 5년 생존율은 1기 초의 경우100%도 가능하지만, 1기 말은 80~90%, 2기 초는 70~80%, 2기 말은 60~65%, 3기는35~45% 정도이다. 4기에 암이 발견되는 경우에는 치료에도 불구하고 5년 생존율이 15%정도이다. 자궁경부암의 치료방법으로써 약물을 이용한 화학적 치료는 약의 종류와 용량에 의존하며 환자마다 다양한 부작용을 초래하고 약물에 대한 독성과 내성의 문제점을 가지고 있다. 따라서 부작용 없이 안전하고 보다 효과적인 약물을 개발할 필요가 있고 현재까지 많은 연구자들이 다양한 재료를 이용하여 치료제 개발을 위한 연구 중에 있으며 본 연구에서는 도마뱀으로부터 추출한 단백질을 이용하여 항암제 개발을 위한 연구를 수행하고 있다. 도마뱀은 예로부터 중국에서 염증과 알레르기 반응, 부기 (detumescence)를 억제하는데 약효가 있는 약물로써 사용되어 왔다. 도마뱀 약물은 임상 실험에서도 소화기관의 악성 종양에 대해 항암 효과가 있다고 보고 되었으나 아직까지 어떠한 기작으로 암세포의 생장을 저해하는지 정확히 규명된 바가 없다. 따라서, 본 연구에서는 다른 정상 세포에는 영향을 주지 않고 암세포에서만 특이적으로 세포자살을 유도함으로써 항암 작용을 할 것이라 예측하여 연구를 진행하고 있다. 본 연구를 통하여 도마뱀 조직으로부터 추출한 단백질을 자궁 경부암 세포주인HeLa 세포에 처리하여 시간과 단백질 농도에 의존하여 세포의 수가 감소하는 것을 관찰하였고, 정상세포의 증식 및 생존에는 아무런 영향을 미치지 않음을 확인하였다. 현재 본 연구실은 도마뱀 유래 단백질 추출물로부터 암세포에만 특이적으로 세포 자살을 유도하는 인자를 발굴하고자 연구를 수행 중이고, 이를 통하여 자궁 경부암에 대한 효율적인 항암 치료제로써 응용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

 

3. 암줄기세포의 형성에 대한 종양미세환경의 효과 연구

다양한 조직에 존재하는 성체줄기세포(adult stem cell)는 niche라는 특이적인 미세환경(microenvironment)에 의해 줄기세포의 특성을 유지한다. 또한, 종양 줄기세포(cancer stem cell)의 경우에도 혈관, 간엽 세포 및 종양 줄기세포로부터 분화된 다양한 종류의 세포들이 모여 미세환경을 형성한다. 본 연구실에서는 이러한 종양 미세환경이 암줄기세포의 형성과 성장에 어떠한 영향을 미치는지 관찰하고 그 환경에 의해 유발되는 여러 가지 영향을 규명하는 연구를 수행 중에 있다.

최근 종양미세환경은 종양줄기세포의 발생뿐 아니라 종양 줄기세포 특성 유지에 중요한 다양한 신호전달 물질을 전달한다는 연구 결과들이 제시되면서 미세환경과 종양 줄기세포간의 상호 관계를 조절하는 명확한 기전규명에 대한 지속적인 연구가 활발히 수행 중에 있다. 종양 줄기세포는 종양 내에 소수로 존재하는 세포로써 실질적인 종양 형성의 원인이 되는 세포이다. 이러한 종양줄기세포는 현재 이용되는 다양한 항암치료와 방사선 치료에 저항성을 보이며 암의 전이 및 재발의 직접적인 원인이 되는 세포로 인식되고 있다. 따라서 종양 줄기세포를 조절하는 다양한 현상을 이해하고 이들 세포를 근원적으로 제거할 수 있는 특이적 인자를 발굴한다면 종양줄기세포의 특성에 대해 더욱 정확하게 이해 할 수 있으며 이를 바탕으로 종양줄기세포 분리 및 제어 기술을 개발하여 종양 발생 및 재발을 효과적으로 제어할 수 있는 방안을 제시할 수 있을 것으로 기대한다.

          

4. 중간엽 줄기세포의 노화에 대한 락토페린의 영향 연구

락토페린은 항균 작용, 항바이러스 및 항진균 작용, 면역기능 조절작용, 철 흡수 및 조절, 항산화 작용 등을 담당하는 다기능 단백질로서, 특히 락토페린과 결합한 철분이 유리 되면서 세포에 산소 공급의 촉매 역할을 함으로써 세포의 노화 방지 역할을 한다고 알려져 있다. 본 연구실은 중간엽 줄기세포를 이용하여 락토페린과 성체 줄기세포의 노화 및 증식과의 관련성을 확인하고 그 기작을 밝히는 것을 목적으로 연구를 수행 중이며, 이를 통해 노화 방지뿐만 아니라 상처 치유 및 피부 재생과 관련된 인자를 발굴하고자 한다.

 

 

5. 락토페린에 의한 대식세포 분화 및 활성화 기작 연구

락토페린은 다양한 면역 기능을 조절하는 것으로 알려져 있고, 특히 대식세포의 활성에 관여함으로써 병원균의 제거 능력을 향상시킨다고 밝혀져 있다. 본 연구실은 이러한 락토페린이 대식세포의 분화에 영향을 미치는가에 대한 연구를 진행 중에 있으며, 이에 대한 신호 전달 기작을 규명함으로써 감염 질환에 대한 면역 세포 치료제의 개발을 목표로 연구를 수행하고 있다.

 

Keywords: 줄기세포분화 연구, 세포기능조절연구, 세포치료제 개발연구.

 

*(Images are from Google search)