생화학분자생물학회

이질성기반 세포적응 연구센터

Cellular Heterogeneity Research Center

저자명    : 이명석 (센터장) 저자소속  : 이질성기반 세포적응 연구센터, 숙명여자대학교 생명시스템학부 연락처    : 02-710-9418 E-Mail    : mslee@sookmyung.ac.kr Webpage: http://chrc.sookmyung.ac.kr/

 설립배경

 이질성기반 세포적응 연구센터는 세포의 이질성 획득이 다양한 질병의 원인이 될 수 있다는 점에 착안하여 관련 연구를 수행하기 위해 2016년에 설립되었다. 

 하나의 세포는 개체로 성장하기 위하여 수많은 분열과 분화과정을 거치며, 그 동안 세포들은 고유의 역할을 수행하기 위하여 각 조직의 환경에 적응하게 된다. 한편, 비정상적인 환경자극에도 세포들은 새로운 적응을 시작하는데, 이것이 세포 이질성으로 나타나게 되어 결국 질병의 원인이 된다. 따라서 다양한 세포들이 세포 이질성을 획득하는데 관여하는 분자이질성기전을 규명하고, 이를 통해 신개념의 질병 기전, 진단, 치료의 패러다임을 수립하고자 한다. 

 이에 관한 학문 분야는 기초 단계에 머무르고 있으며, 개별적 연구의 한계를 극복할 필요가 있어 세포 이질성의 통합적인 이해를 위해 집단연구를 하고자 본 연구센터를 설립하였다. 한편, 2016년 미래창조과학부와 한국연구재단이 지정하는 ‘선도 연구센터 지원사업(SRC)’에 선정되어 7년간 국가연구비를 지원 받으며, 현재 성공적으로 2단계 연구에 진입하였다. 앞으로 세계적으로 개척되지 않은 신규 분야에 경쟁력을 갖춘 국제적 센터로 발돋움하고 국제원천기술을 확보하기 위해 연구해나갈 것이다. 

연구목표 및 연구분야​

1. 연구목표 

○ 우리 연구센터는 이질성을 기반으로 한 연구를 진행하며, 기존에는 설명하지 못하였던 다양한 세포 간 이질성을 분석하여 같은 조직 혹은 타 조직 내 이질성을 띄는 세포의 항상성 조절 인자를 발굴하고자 한다. 

 ○ 그리고 이질성 획득에 관여하는 분자적 기전을 규명하여 기존에 알려진 난치병을 타깃 치료할 수 있는 과학적 기반을 마련하고자 한다. 

 ○ 이에 따라 ‘세포이질성의 통합적 이해와 신개념 치료 패러다임 제시’라는 목표 아래 ‘부유세포 이질성 획득기전/적응 연구’, ‘부착세포 이질성 획득기전/적응 연구’, ‘이질성 연구 모델시스템 및 플랫폼 구축’이라는 과제를 제시하고 있다.  

연구과제 연계성

○ 구체적인 연구계획은 다음과 같다.

 첫째, 3D culture 시스템 구축

 3D culture 시스템을 구축을 통해 해당 세포 이질성 연구를 조직하고, 특이적 세포 이질성을 연구를 통한 질환 표적 및 약물 발굴을 위해 in vivo 및 임상 적용 시 제한 되어왔던 단점을 3D culture 시스템으로 극복하고자 한다.

 둘째, 단일 세포 연구모델을 제시

 기존 연구방법들은 임상 적용에 많은 문제점을 노출하였다. 이를 극복하기 위하여 본 센터는 세포 군집에서 비슷한 성질의 세포를 분류하고 분류된 세포들의 특징을 규명하여 이들 간의 상관관계 규명 및 외부 환경변화에 따른 반응을 확인하고자 한다.

또한 정상 조직 단일 세포 연구를 통하여 숨어있는 극소량의 세포 군집의 특징을 파악하여 모든 생명현상을 설명할 수 있는 기반을 마련한다.

 셋째, 이질성 기반 유전형에 따른 신개념 암전이 중간단계 세포주 모델을 수립

 암세포는 전이 과정 중 혈관을 타고 이동하기 때문에 항암치료 후에도 혈관 속에 소량 존재하여 휴면 상태에 존재하다가 특정 자극이 주어졌을 시 휴면상태가 깨어져 이차 암을 유도한다. 그렇기 때문에 부유 배양 시 변화되는 암세포의 이질성 연구를 위해 암전이 중간단계 세포주를 확립하여 암전이 모델에서의 이질성 연구를 통해 적극적인 암 치료 방법을 목표로 한다.

2. 연구분야

○ 연구는 그룹1과 그룹2로 나누어 진행되며, 자세한 내용은 다음과 같다.

연구센터 조직과 연구 분야

[그룹1] 부착세포의 주변 환경 특이적 이질성 유도인자 발굴/기능 및 이질성 관련 유전자의 동물 모델을 활용한 만성질환의 통합적 이해

3. 대표 연구성과

○ CTRP1이 혈관수축을 일으켜 혈압을 상승시킨다는 것을 규명 <Circulation Research (2018) 게재>

 신생 분비단백질인 CTRP1 단백질은 탈수상황에서 스테로이드 호르몬 자극에 의해 근육조직에서 분비되어, 급격한 혈압강하 현상을 방지하는 ‘혈압 항상성 지킴이’ 로써의 생리학적 역할을 갖고 있다. 또한, CTRP1 단백질은 대표적인 혈관수축 유도 분자신호체계인 Rho/ROCK을 활성화하여 혈관수축을 일으켜 혈압을 상승시키기 때문에 생체 내 과량의 CTRP1 단백질은 고혈압을 일으킴을 알 수 있었다. 실제로 고혈압 환자는 정상보다 높은 수준의 혈청 CTRP1 단백질을 보였다. 본 연구는, 복잡한 혈압조절의 새로운 기전을 규명했다는 것에 의미가 크고, CTRP1 단백질을 새로운 고혈압 바이오마커 및 고혈압/탈수성 저혈압쇼크 치료 신약 후보물질로 제안하며 이에 대한 후속 연구를 진행 중이다. 

○ 환자별 종양이질성을 정확하게 파악하고 이를 극복할 단서를 제시 <Nature Communications (2017) 게재>

 본 연구에서는 C1 microfluidic system을 사용하여 유방암 환자 11명 515개의 세포를 대상으로 단일세포전사체분석을 실시하였으며, 유전자 발현 특성으로 종양세포와 비종양세포를 구분하였다. 이를 통해 종양세포의 이질성과 극소수의 악성종양 세포들에 대한 약물 저항성 및 전이 표현형을 발굴하였고, 종양조직 내에 존재하는 면역세포 특성분석으로 면역항암제 치료의 단초를 제공하였다. 특히 환자 개개인의 종양이질성을 보다 정확하게 파악하고 이를 극복할 단서를 제시했다는 점에서 큰 의미가 있다. 단일세포전사체 분석으로 종양-면역세포를 구분하고 동시에 분석한 최초 논문으로 많은 연구자들에 의해 인용되고 데이터 재활용이 이루어지고 있기도 하다.

기대효과 및 전망​

• 이질성의 분자적, 세포생물학적 기전 규명을 통한 개념 확립

• 신규 항암 타깃 및 약물제시

• 시간-경제적 효율성이 높은 in vitro 시험법 제공

• 질병의 예측과 진단 활용으로 예후를 판단하거나 재발 예측 마커 개발 가능

• 암 예방 및 치료에서 국민 보건에 기여

• 새로운 의학 연구 기법 개발 향상

• 표적 지향적 치료법의 개발로 새로운 의료산업 및 시장 구축 가능

• 기술 습득 및 노하우 축적으로 향후 관련분야 전문가 양성

• 기술이전을 통한 신약 개발 산업 촉진