생화학분자생물학회

Laboratory of Stem Cell and Development

 

 

박인현

예일대학교 유전학과

 

 

 

 

[연구실 소개]

본 연구실은 미국 예일대학교 의과대학 유전학과에 소속되어 있으며, 현재 4명의 박사 후 연구원과 1명의 박사과정 학생으로 이루어져 있다. 본 연구실의 주 관심사는 줄기세포를 이용한 인간 두뇌 발달 연구이다. 인간배아줄기세포를 신경세포로 분화하는 방법은 이미 연구가 많이 되어 있다. 현재는 줄기세포를 3차원적으로 분화하여 좀 더 인간의 실제 두뇌와 유사하게 만들기 위한 연구를 하고 있다. 이를 이용하여 여러 가지 인간 발달 장애의 원인을 규명하고 치료제를 개발하는 연구를 진행하고 있다. 또한 인간 배아 줄기세포는 계속적으로 배양이 가능한데, 장기간 배양을 했을 때 발생하는 후생학적 문제점들을 해결하기 위하여 연구를 진행하고 있다. 특히 여성 인간 배아 줄기세포는 비활성 X 염색체가 후생적으로 불안정하다는 것이 알려져 있다. 본 연구실에서는 X 염색체를 안정적으로 유지할 수 있는 방법을 개발하고 있다.​

 

 

 

[연구 내용]

 

 

1.  Human Brain Organoids

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배아 줄기세포를 분화할 때 배지에서 3차원적 구조를 형성하게 하고 신경 외배엽으로 분화를 유도하게 되면, 인간의 두뇌와 형태적, 기능적으로 유사한 대뇌 오가노이드(Cortical Organoid)가 만들어진다. 본 연구실에서는 두뇌 발달과 유사한 대뇌 오가노이드 기술 개발에 많은 노력을 기울이고 있다. 두뇌에 존재하는 신경 줄기세포는 크게 활성 신경 세포와 억제 신경 세포가 존재한다. 이들은 발달상 기원이 다르다. 활성 신경 세포는 발달상 Palium이라 불리는 부위에서 기원하며, 억제 신경 세포는 Subpalium에서 만들어진다. 이들의 발달을 이끄는 성장 요소들은 서로 다르며 발달 생물학 연구를 통하여 잘 알려져 있다. 발달 후 억제 신경 세포는 활성 신경세포가 위치해 있는 곳으로 이동해서 두뇌의 신경 회로를 완성하게 된다. 저희 연구실(Cell Stem Cell, 2017)에서 활성 신경세포 혹은 억제 신경세포를 만드는 Organoid를 각각 만들었으며, 이들을 서로 융합하여 억제 신경세포의 이동을 연구할 수 있다는 결과를 발표하였다. 현재는 두뇌 발달 과정 중 Diencephalon에서 유래하는 Thalamus를 오가노이드로 만드는 방법을 개발하고 있다.​

 

 

그림 1. Generation of Human Cortical Organoids(hCOs) and Thalamic Organoids(hThOs).

 

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2.  X Chromosome Status in Human Pluripotent Stem Cells

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여성은 성염색체인 X Chromosome을 2개 갖고 있다. 2개의 X Chromosome 중 하나는 초기 배아 발달 중 Post-Implantation 배아의 Epiblast 상태에서 불활성화된다. 인간 여성 배아 줄기세포는 Post-Implantation Epiblast의 상태와 유사하게 X Chromosome 불활성화 되어 있어 한 개의 활성, 한 개의 불활성 X Chromosome을 갖고 있다. 여성 배아줄기세포를 오랫동안 인위적으로 배양하게 되면 불활성 상태의 X Chromosome이 후생유전적 변화에 의해서 부분적으로 활성화된다. 활성화된 염색체 위의 유전자들의 Dosage가 증가하게 되어 결국에는 발암 유전자의 발현량이 증가된다. 본 연구실에서는 이러한 인간 배아 세포의 후생유전적 변화가 어떻게 발생하는지를 연구하며, 이를 방지하기 위한 방법을 연구하고 있다. 특히 최근에 발표된 Naïve 상태의 인간 배아 줄기세포를 연구하여 다양한 Signaling Pathway의 Inhibitor들이 인간 배아줄기세포의 후생유전에 어떠한 영향을 미치는지 연구하고 있다. HiC, TAD-FISH라는 기법을 이용하여, 염색적 전체의 Interaction Map를 연구하고 있다.​

 

 

 

 

 

 

 

[연구 책임자]

 

 

 

박인현 교수

 

주소: 10 Amistad, 201B, New Haven, CT. 06520

전화: 1-203-737-4189

Email: inhyun.park@yale.edu

Homepage: https://medicine.yale.edu/lab/park/

 

 

 

[연구진구성]

 

교수: 박인현

박사과정: Benjamin Patterson

박사후 연구원: Yoshiaki Tanaka, Yangfei Xiang, Bilal Cakir, Pingnan Sun

 

 

 

 

[대표논문]

 

1.  Kim K.Y., Tanaka Y., Su J., Cakir B., Xiang Y., Patterson B., Ding J., Jung Y.W., Kim J.H., Hysolli E., Lee H., Dajani R., Kim J., Zhong M., Lee J.H., Skalnik D., Lim J.M., Sullivan G.J., Wang J., Park I.H. (2018) Uhrf1 regulates active transcriptional marks at bivalent domains in pluripotent stem cells through Setd1a. Nat Commun 9(1), 2583.

2.  Xiang Y., Tanaka Y., Patterson B., Kang Y.J., Govindaiah G., Roselaar N., Cakir B., Kim K.Y., Lombroso A.P., Hwang S.M., Zhong M., Stanley E.G., Elefanty A.G., Naegele J.R., Lee S.H., Weissman S.M., Park I.H. (2017) Fusion of Regionally Specified hPSC-Derived Organoids Models Human Brain Development and Interneuron Migration. Cell Stem Cell 21(3), 383-398.

3.  Tanaka Y., Hysolli E., Su J., Xiang Y., Kim K.Y., Zhong M., Li Y., Heydari K., Euskirchen G., Snyder M.P., Pan X., Weissman S.M., Park I.H. (2015) Transcriptome Signature and Regulation in Human Somatic Cell Reprogramming. Stem Cell Reports 4, 1125-39.

4.  Kim K.Y., Hysolli E., Tanaka Y., Wang B., Jung Y.W., Pan X., Weissman S.M., Park I.H. (2014) X Chromosome of female cells shows dynamic changes in status during human somatic cell reprogramming. Stem Cell Reports 2, 896-909.