지난 수십년간 의약학 연구는 눈부신 발전을 거듭하여 과거에는 ‘불치’의 병으로 여겼던 몇몇 질환들이 이제는 ‘care’를 넘어 바야흐로 ‘cure’의 단계로 이행하는 성과를 얻고 있다. 그럼에도 불구하고 이제는 현실이 된 초고령사회에서, 여전히 치료가 매우 힘든 난치 질환들은 새로운 치료 전략을 요구하고 있다. 기존에 많은 질환들은 세포 단위에서 특정 유전자 또는 신호경로의 이상을 규명하고, 이러한 병리 기전을 바탕으로 진단과 치료법 발굴과 치료 전략이 수립되었다. 특히, 인간 유전체 지도의 해석과 특정 유전자 발현 조절 기술과 같은 눈부신 biotechnology의 발전은 이러한 개별 세포의 이상을 발굴·검증하고, 새로운 진단/치료 기술의 개발에 큰 공헌을 하였다. 그러나 여전히 개별 세포의 병적 변화로는 설명할 수 없는 병리 현상들로 인해 근본적인 치료가 힘든 질환들이 존재한다. 즉, 특정 질환에서 해당 조직 미세환경에서의 변화와 세포간의 상호작용 뿐만 아니라, 이러한 변화가 전신적인 병태생리의 변화를 유도할 가능성이 제기되면서 조직 미세환경 내의 세포간 상호작용과 원거리 조직간 상호작용에 대한 세포교신 연구가 최근 활발하게 이루어지고 있다.
난치 질환 중에는 여러 질환들이 극복해야 할 과제로 남아 있으나, 퇴행성뇌질환, 말초신경 손상 질환, 암 악성화는 대표적인 난치 질환이라 할 수 있다. 본 연구센터는 기초의과학자, 임상의학자, 화학자가 참여하고 있으며, 대표적 난치 질환의 극복을 위해 세포교신이라는 생명현상에 집중하여 융합연구를 통해 새로운 진단/치료 전략을 제시하고자 한다. 세포교신 연구를 위해 각 연구자들이 보유하고 있는 다양한 실험모델과 기술들을 공유, 지원하고 있다. 특히 최근 활발하게 적용되고 있는 단일세포·단일핵 전사체 분석기술, 공간전사체 분석기술을 활용하여 세포간 상호작용에 의한 미세환경의 조절과 원거리 조직간 상호작용을 집중 연구하고자 한다. 또한 근거리, 원거리 세포교신을 매개하는 다양한 분비체와 세포밖소포체의 특성 규명과 병리기전에서의 역할을 검증함으로써 새로운 진단·치료적 접근법을 제시하고자 한다. 이를 통해 본 센터가 표적으로 하는 난치 질환에 대한 새로운 병리기전을 발굴, 검증하여 질환의 원인을 밝힘과 동시에 진단과 치료법 개발과 검증을 위한 연구를 수행하고 있다. 나아가 본 센터는 세포교신 제어 융복합 연구를 통해 난치 질환의 극복기술 개발과 중개·융합 연구능력을 갖춘 의사과학자와 기초의과학자를 양성하는 세계적 수준의 연구센터로 발돋움하고자 한다.
이상의 목표를 달성하기 위해 본 연구센터는 참여 연구자들이 전문 연구분야에 따라 2개의 그룹으로 구성되어
1) 신경퇴행·암악성화 조절 세포교신 타겟 확보와 제어전략 수립
2) 세포교신 기반 신경재생·암악성화 제어기술 개발 연구를 수행한다.
각 연구그룹은 2개의 연구팀으로 구성되어 각각 신경질환과 암악성화에 대한 연구를 수행하고 있다. 이를 통해 기전연구와 개발연구가 동시에 진행되며, 각 연구그룹과 팀별로 신규 세포교신 분자와 기전의 공유 및 연구모델의 공유와 지원을 통해 연구자 간 활발한 공동연구를 수행함으로써 모범적인 집단연구를 수행하고 있다.
인하대학교 세포교신제어연구센터는 2021년 6월 과학기술정보통신부로부터 선도연구센터(기초의학연구센터, MRC)로 선정되었으며, 현재 11명의 기초의학(7명), 임상의학(3명), 화학(1명) 분야 교수가 참여하고 있다. 퇴행성뇌질환과 노화, 악성종양, 혈관·대사질환, 생물정보, 바이오센서 분야의 우수 연구진으로 구성되어 있으며 다음과 같은 연구 주제에 대해 연구 성과를 축적하고 있다.
1그룹 1팀에서는 뇌조직 미세환경내 인접 세포교신을 통한 신경퇴행 조절 기전 규명과 뇌조직 내 및 뇌-말초조직 사이 원거리 세포교신 핵심 분자 발굴과 제어를 통한 신경퇴행 억제 전략을 수립하고,
1그룹 2팀에서는 암-혈관, 암-신경 세포교신을 통한 암악성화의 타겟 발굴 및 기전 규명과 노화 혈관세포가 신경퇴행에 미치는 영향 규명을 통한 질환 제어전략을 수립한다.
2그룹 1팀에서는 급성·만성 말초신경손상 모델의 신경-혈관-근육 조직에서 세포교신에 의한 신경세포, 혈관세포, 근세포의 특이적 변화를 분석하고 이를 제어하는 치료기술을 개발하고,
2그룹 2팀에서는 암혈관·암림프관 전이 모델을 활용한 세포교신 인자의 기능 검증과 이를 제어하는 치료제를 개발하고, 암전이와 암악액질 유발 인자를 표적으로 하는 치료기술을 개발하고자 한다.
| 연구 그룹-팀 | 연구주제 | 책임연구자 | |
|---|---|---|---|
| 1-1팀 | 세포교신 기반 신경퇴행 제어 기전과 뇌-말초조직 세포교신 인자 발굴과 기전 규명 | 강주희 | 약리학교실 (MD/PhD) |
| 1-1팀 | 오토파지와 retromer 조절을 통한 세포교신 기반의 신경퇴행 제어기전 규명 | 이성주 | 해부학교실 (PhD) |
| 1-1팀 | 단일세포·단일핵 다중체 분석과 공간전사체 통합분석을 통한 신경·혈관 세포교신 예측과 검증 연구 | 신현태 | 피부과학교실 (MD/PhD) |
| 1-2팀 | 암미세환경 구성세포간 세포교신에 의한 암악성화 기전 규명과 암신경·암혈관 세포교신 연구 | 박헌주 | 미생물학교실 (MD/PhD) |
| 1-2팀 | 암치료-유도 노화 혈관의 세포교신 분비체에 의한 암악성화 기전 규명과 혈관노화에 의한 신경퇴행 세포교신 기전 연구 | 이재선 | 분자의학교실 (PhD) |
| 1-2팀 | 저산소 암미세환경에서 세포교신에 의한 암악성화 기전 연구 | 김일진 | 약리학교실 (MD/PhD) |
| 2-1팀 | 급성·만성 말초신경손상 치료를 위한 신경-혈관 세포교신 제어 기술 개발 | 류지간 | 비뇨의학교실 (MD/PhD) |
| 2-1팀 | 신경-근육 세포교신 제어를 통한 말초신경손상 제어 기술 개발 | 최정석 | 이비인후과학교실 (MD/PhD) |
| 2-1팀 | 세포교신 분자 인식 형광 센서 개발 | 이건형 | 화학과 (PhD) |
| 2-2팀 | 암혈관·암림프관 전이 세포교신 제어 기술 개발과 암악액질 치료기술 개발 | 홍순선 | 의생명학교실 (PhD) |
| 2-2팀 | 혈관 림프관 조절 세포교신 인자 규명을 통한 암전이 제어 기술 개발과 암 악액질 대사 변이 추적 연구 | 김경진 | 의생명학교실 (PhD) |
치매는 70% 이상 환자의 뇌에서 ‘복합병변’을 보이며 뉴런 병리가 핵심 신경퇴행 기전으로 제시되어 왔으나, 최근 치매, 파킨슨병 등 대표적 퇴행성뇌질환에서 미세환경 내의 혈관, 교세포의 세포교신 중요성이 부각되고 있다. 따라서 단백병리, 신경염증으로 대표되는 퇴행성뇌질환 병리기전에 더하여 뇌조직 미세환경 구성세포의 세포교신은 질환 발병을 통합적으로 이해하기 위한 주요 표적이 된다.
한편, 병리단백질 침착에 의한 퇴행성뇌질환에서 말초조직과 뇌조직 사이 상호작용에 대한 임상연구와 신경보호와 재생 효과가 있는 말초조직 유래 물질들도 보고되고 있지만, 뇌 ⇄ 말초조직 핵심 세포교신 인자 발굴
과 기전 규명 연구가 바탕이 된 치료제 개발 연구는 미진하다.
따라서 본 연구센터에서는 세포교신에 기반한 통합연구로서 기존 퇴행성뇌질환 치료 연구의 패러다임을 바꿈으로써 신규 퇴행성뇌질환 바이오마커와 치료제 개발의 토대를 마련하고자 한다. 나아가 뇌 ⇄ 말초조직 핵심 세포교신 인자를 규명함으로써 통합적인 신경퇴행 병리기전의 규명과 전신적인 노화관련 질환의 새로운 치료전략을 제시하고자 한다.
암조직 미세환경은 암세포, 암혈관내피세포, 면역세포, 신경 등 다양한 세포들이 존재한다. 이중 신경세포와 암의 악성화와 관련된 세포교신연구는 아직 초기단계이며, 최근 들어 신경을 암미세환경의 주요인자로 포함시켜야 할 필요성이 강력하게 제기되었고 신경에 의한 암의 진행 및 미세환경에 미치는 영향들의 중요성이 강조되고 있다. 또한 암미세환경에서 암혈관은 암의 증식과 전이에 매우 중요한 역할을 하지만, 암치료에 의해 유도되는 암혈관 노화의 특성과 이로 인한 암미세환경의 변화와 암 악성화에 미치는 영향에 대한 연구는 매우 미진하다. 따라서 본 센터에서는 다양한 암 악성화 조절 인자들 중에서 암신경과 노화된 암혈관에 의한 암미세환경 세포교신의 변화 기전을 규명함으로써 암 악성화를 억제할 수 있는 새로운 치료법 개발을 도모하고자 한다.
손상된 신경재생을 위해서는 다양한 세포들이 통합적으로 작용함에도 불구하고, 대부분의 연구가 손상된 신경의 물리적 재생을 겨냥한 조직재생에 치중되어 있다. 말초신경의 재생은 손상부위에 혈관신생이 먼저 일어나고 이후에 axonal growth가 일어나며, 신경재생과 관련된 인자는 혈관신생의 유도에도 중요한 역할을 한다. 따라서 손상된 신경의 재생과 기능 회복을 위해서는 신경, 혈관세포, 그리고 이들의 지배를 받는 근세포와 면역세포 간의 세포교신이 필수적이다. 이러한 신경재생을 위한 세포교신 연구를 위해 본 센터에서 확보한 다양한 연구모델과 객관적인 기능평가 기술의 유효성 평가 적용 등을 통해, 다중체학 기반의 확보된 다양한 치료 타겟에 대한 비교효능시험을 통해 최적의 치료용 후보물질을 확보하여 신경재생 치료제 개발을 모색하고자 한다.
암전이는 많은 경우 혈관 및 림프관을 통해 이루어지며, 암 혈관신생과 림프관신생 과정에 관한 연구가 꾸준히 진행되어 왔으나 아직까지 명확한 조절인자가 규명되지 않았고 혈관·림프관 세포교신 기반의 암전이 제어기술에 대한 연구는 미흡하다. 본 연구팀에서 확보한 암혈관신생 과정과 암전이를 저해하는 후보물질의 항암효능 증대 효과에 근거하여 암악성화 억제 효능을 평가, 치료제 개발 방안을 모색하고자 한다. 또한 암세포의 원거리 림프절 전이 모델을 통해 림프관에서 암세포의 침투 및 분포를 확인할 수 있는 방법을 구축하여 원거리 세포교신을 연구할 수 있는 기반을 마련하고 있다. 한편, 암환자의 50-80%에서 나타나는 암악액질(cancer cachexia)은 중추신경 (뇌하수체)에 영향을 미쳐 식욕을 감소시켜 체중을 감소시킬 뿐만 아니라 근육·지방 등의 체질량 소실이 나타나는 전신적 질환이다. 암전이와 암악액질은 암악성화의 원인과 결과를 제공하는 핵심 병리 현상이지만 지금까지 이를 극복하는 치료 전략은 수립되어 있지 않다. 따라서 본 연구센터에서는 암전이와 암악액질 진행에서 나타나는 대사과정의 변화를 식욕중추, 근육, 간 및 지방 조직을 중심으로 다각도로 분석함으로써, 암전이 및 암악액질 조절 세포교신 인자를 규명하고 대사 과정의 변이를 추적함으로써 이에 대한 신규 치료후보 물질을 개발하고자 한다.
가) 국내외 우수 연구자 초청 정기 세미나를 통한 학술정보 교류와 인적 네트워크 확대
나) 국내·국제 심포지엄을 통한 센터 연구성과 홍보와 연구 네트워크 구축
다) 매년 의과대학생과 의생명과학 전공 대학생 대상 하계·동계 방학 인턴쉽 프로그램
라) 매월 정기 연합미팅과 매년 성과발표회 개최을 통한 센터내 공동연구 활성화와 성과 공유 및 연구리소스, 연구정보·모델의 공유
Henstridge CM, et al. Nat Rev Neurosci, 2019;20(2):94-108. Beyond the neuron-cellular interactions early in Alzheimer disease pathogenesis.
Moon HY, et al. Cell Metab, 2016;24(2):332-340. Running-induced systemic cathepsin B secretion is associated with memory function.
Ben Q, et al. J Exp Clin Cancer Res, 2020;39(1):181. A nicotine-induced positive feedback loop between HIF1A and YAP1 contributes to epithelial-to-mesenchymal transition in pacreatic ductal adenocarcinoma.
Oh AR, et al. Gastroenterology, 2023;164:439-453. Hepatocyte Kctd17 inhibition ameliorates glucose intolerance and hepatic steatosis caused by obesity-induced Chrebp stabilization.
인하대학교 의과대학, 학사
인하대학교 의과대학 약리학, 석사
인하대학교 의과대학 약리학, 박사
인하대학교 의과대학 교수
인하대학교 의과대학 세포교신제어연구센터 센터장
