강원대학교 다차원유전체연구소(연구소장 화학과 박종민 교수)는 화학, 생물학, 약학, 의생명과학, 수의학, 공학 의 다양한 분야의 교원이 모여 설립되었으며, 초융합적 다학제간 연구를 통하여 국내뿐 아니라 강원도의 대표적 문제 중 하나인 노화 문제 해결에 힘쓰고자 한다. 본 연구소는 G-LAMP 사업을 통해 강원대학교를 중심으 로 태동기에 있는 면역 노화 관련 연구를 수행해 교수들과 연구원들의 연구 역량과 경쟁력을 제고하고, 교육을 통해 면역 노화 관련 창의적인 전문 연구 인력을 양성하고자 한다. 이로써 단기적으로는 면역 노화 연구의 국 내 거점 역할을 수행하고, 중장기적으로는 국제적 수준의 면역 노화 연구센터로의 발전을 위해 노력하고 있다.
1. 연구소의 비전
강원대학교 G-LAMP 사업단 다차원유전체연구소는 강원지역 거점 면역 노화 연구 클러스터 구축을 통해 노화에 중점적인 역할을 하는 면역 시스템의 노화 과정을 이해하고 조절하는 연구를 목표로 한다. 이를 위한 인프라 구축 측면에서는 강원 지역 노화 동물 전용 시설 건립과 첨단 바이오 장비 클러스터 구축을 통해 강원지역 연구소 및 바이오 클러스터와 협업을 통한 시너지 효과를 극대화한다. 인력 양성 측면에서는 면역 시스템의 노화에 따른 변화 기전을 화학, 생물학, 약학, 공학의 다양한 측면에서 이해하고, 이를 바탕으로 다양한 노인성 질환 관련 치료 전략을 개발할 국제적 경쟁력을 가지는 인재의 인큐베이터로 자리매김하고자 한다.
2. 연구 개요
본 연구소는 면역이 노화에 있어 가장 중요한 요소이며 면역의 노화에 의해서 다양한 노인성 질병이 발병되는 것에 주목하여 면역 노화에 대한 심층적 연구를 진행하고자 한다. 특히 면역 노화 단계에 따른 변화를 ‘면역 나이테’로 정의하고 면역 노화의 다층적 기전에 대한 통합적 이해를 바탕으로, 면역 나이테 지 도 완성과 노화 결정인자 발굴을 목표로 하고 있다. 이를 위해 면역 나이테의 지도화 및 제어 연구를 위해서 시공간 다차원 유전체 분석, 인공지능 기반 면역 나이테 이미징 플랫폼 구축, 그리고 면역 노화 및 노인성 질병 동물 모델 구축 연구를 수행할 계획이다. 이를 바탕으로 면역 노화를 선제적/예방적으로 제어하고 질병 상태로부터 복구할 수 있는 새로운 전략을 제시하고자 한다.
3. 연구소의 구성
본 강원대학교 G-LAMP 사업단 다차원유전체연구소는 강원대학교 화학과 교수 2인, 약학과 교수 2인, 생명건강공학과 교수 1인, 분자생명과학과 교수 2인, 수의학과 교수 1인, 화공생물공학부 교수 1인, 박사 후 연구원 9인, 그리고 참여대학원생으로 구성되어 있다. 위 구성원들은 현재 강원 면역 노화 연구 클러스 터 구축을 목표로 우수한 전문연구인력을 양성하고, 지역 내 우수 연구소 및 우수 기업과 공동 연구 체계를 완성하며, 이에 따른 국제적 연구 성과 및 산업 발전을 선도하고자 아래와 같은 세 개의 팀으로 특성화/전문화된 연구 주제를 수행하고 있다.
· [시공간 유전체 분석팀] - 전사체, 대사체, 유전체 및 오믹스 분석 연구 수행
· [면역 나이테 이미징 및 제어팀] - 형광, 나노 바이오 프로브 개발 및 유전자 교정 연구 수행
· [면역 노화 동물모델 구축팀] - 면역 세포, 대사 면역 마우스 모델 구축 및 행동 분석 연구 수행
4. 연구소의 최근 연구성과
본 연구소의 최근 대표 연구 성과는 다음과 같다. 첫째, 장-간 축에서 간의 염증 항상성을 유지하는 간문맥 병태기전을 신규 규명하였다. 미국 Washington University in St. Louis의 Randolph 교수 연구팀과 활발한 국제 공동연구를 수행하여 장에서 생성되는 특수한 HDL이 간문맥으로 유입된 내독소를 효과적으로 중화하여 간의 염증 균형을 유지시키는 새로운 선천성 면역계 병태생리 기전을 밝혀내었다. 더 나아가, 장 유래 HDL의 유도제로 핵수용체 LXR agonist인 GW3965를 경구 소량으로 투여하여 장의 HDL 생성 단백질의 유전자 전사를 활성화시켰고 이를 통해 치료제가 없는 난치성 간염증/섬유화 질환의 새로운 치료제 개발 가능성을 제시하였다. 본 연구 결과는 HDL의 새로운 역할과 장-간 축에 대한 다른 시야를 보여준 연구 결과로 의약학 최고수준 저널인 Science(상위 2.1%, IF: 56.9)에 게재되어 우수성을 인정받았다. [Science, 2021, 373, eabe6729]
둘째, 나노 구조 내 극미량 원소의 구조적 특성을 밝히는 연구에 성공하였다. 이차원 MoS2 나노시트는 전기화학촉매, 광촉매, 배터리전극 등 에너지 관련 분야뿐만 아니라 질병진단, 항암치료 등 바이오 응용분야에도 적용 가능한 핵심 재료로 활발히 연구되고 있다. 이때 결정 격자 내 다른 원소를 도핑하면 MoS2 나노시트의 물리화학적 특성을 미세하게 조절할 수 있어 도핑을 통한 기능성 향상은 많이 연구되고 있는 접근법이다.
합성 시 의도적으로 도핑하는 원소뿐만 아니라 다양한 이유로 다른 불순물 또한 구조 안에 포함될 수 있고, 그 양이 극미량이라도 이러한 효과가 나타날 수 있기 때문에 도핑 및 불순물 효과 연구를 위해서는 미량의 원소를 정확하게 검출할 수 있어야 한다. 또한 국부 구조가 중요한 나노물질 특성상 도핑된 원소가 어느 위치에 존재하는지도 구조-특성 연구에 중요한 정보로 작용한다. 하지만 구조적으로 불안정한 나노구조에 극미량 도핑된 원소의 위치와 양을 정확히 분석하는 것은 여전히 매우 어려운 일이다. 본 연구는 레늄이 도핑된 이차원 MoS2 나노시트를 합성하고 그 결정구조를 수차보정형 투 과전자현미경으로 분석하였다. 또한 원자탐침 토모그래피를 이용하여 도핑된 레늄의 정확한 양과 위치를 분석하였다. 뿐만 아니라 사용한 시약 정보에서도 분석되지 않을 정도로 극소량 섞여 있을 것으로 추정되는 텅스텐과 바나듐을 포함한 불순물들을 확인할 수 있었다.
이러한 중금속들은 몰리브데넘 전구체를 추출하는 원 광석인 몰리브데나이트로부터 유래하는 것으로, 몰리브데넘과 물리적 화학적 성질이 매우 유사 하여 완벽히 분리하기는 어렵다고 알려져 있다. 본 연구를 통해 앞으로 기존에 불가능했던 나노구조 내 극 미량 원소에 의한 구조-성능 상관관계를 도출하여 나노재료 기능성 이해 및 개발에 크게 기여할 것으로 예상되며, 그 우수성을 인정받아 Advanced Materials (상위 2.2%, IF 29.4)에 발표하였다. [Adv. Mater, 2020, 32, 1907235]
셋째, 간섬유증에 있어서 HAS2의 역할을 밝혔다. 간 섬유증은 반복적인 간 손상 후 상처 치유 과정에서 주로 발생하며, 이는 광범위한 세포외기질의 증가를 특징으로 한다. 선행 연구에서 hyaluronan synthase 2(HAS2)가 간섬유증과 간 성상세포의 활성화를 유발하는 인자임을 규명하였다. 본 연구에서는 간 경변증 환자 및 활성화된 간성상세포에서 하향조절되는 miR-200c에 의한 HAS2의 전사후조절 기전을 밝혔다. 사염화탄소 유도 급성 간손상, 사염화탄소 유도 만성 간섬유증, bile duct ligation 유도 간섬유증 의 세 가지 동물모델을 이용하여 간성상세포 특이적 HAS2의 역할과 병태생리적 기능을 보였다. 요약하 면, HAS2는 miR-200c에 의해 음성적으로 조절되며, HAS2의 과도한 증가는 CCL3, CCL4 등의 케모 카인을 증가시켜 간 손상 및 염증을 증가시켜 간섬유화에 기여하였다. 간경변증 환자에서 히알루론산 분 해효소 HYAL2의 증가와 miR-200c의 감소를 보임으로써 임상적 중요성을 보였으며, 다양한 동물모델을 적용하여 간성상세포 특이적 HAS2의 역할을 증명하여 우수 저널(상위 5.1%, IF 12.8)에 발표하였다. [Exp. Mol. Med, 2022, 54, 739-752]
5. 연구소의 국제 협력 활동
본 연구소는 세계적 연구기관과 혁신적인 공동연구를 통한 지역대학의 탑클래스 연구거점 브랜드화, 첨단바이오 분야 노화 연구를 주도하는 글로벌 인재 양성, 그리고 초고령화 사회에 국민의 삶의 질과 수명 연장을 목표로 국제 협력 연구를 추진하고 있다. 본 연구소의 교원들은 펜실베이니아대학(University of Pennsylvania), 하버드 의과대학(Harvard Medical School), 막스 플랑크 연구소(Max-Planck Institute), 그리고 시 더스 사이나이 의학 센터(Cedars-Sinai Medical Center)와의 공동 연구를 추진하고 있으며 지난 3월에는 펜실베이니아대학 수의과대학, 하버드 의과대학의 시스템 생물학 센터와 연구협력 양해각서를 체결하였다. 이를 바탕으로 본 연구소에서 구축 중인 첨단 바이오 연구장비 클러스터뿐 아니라 해외 첨단 장비의 국제 공동 활용을 통하여 전 세계적으로 태동단계인 면역 노화 연구분야의 선도적 입지를 확보하고자 한다. 또한 상호 간 인적 교류를 통한 국내 연구진 및 연구 인력의 국제 경쟁력 상승을 도모하고자 한다. 본 국제 협력 체계 완성을 통해 궁극적으로는 면역 노화 분야 있어서 국내 대표 연구소로 발돋움하고자 한다.
강원대학교 G-LAMP 사업단 다차원유전체연구소
박종민 연구책임자 강원대학교 화학과 교수
본 연구소의 소장인 박종민 교수는 서울대학교를 졸업하고, 동 대학원에서 화학생 물학 연구로 박사학위를 취득하였다. 미국 Harvard Medical School 박사 후 연구 원을 거친 후 2018년 강원대학교 화학과에 부임하여 현재 부교수로 재직 중이다. 주 요 연구 분야는 표현형 기반 스크리닝 기반 생리활성 저분자 발굴, 광화학을 이용한 생리활성 유기 저분자의 타겟 단백질 발굴, 그리고 액체생검을 통한 질병 진단 연구 로 그간 50여 편의 SCI(E) 논문을 게재하였다. 2022년부터 현재까지 대한화학회 생 명화학분과와 한국엑소좀학회 학술간사로 활동하고 있으며, 화학과 생물 간의 융합 분야의 기틀을 마련하기 위해 활발하게 활동하고 있다.
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