Research
1. 4D Nucleome 유전체 연구단 (4D Nucleome Genome Research Center)
- 유전체 기술의 비약적인 발달로 인해 인간의 질병과 연관된 수많은 유전적 변이가 알려지고 있으며, 지난 10년간 약 14,000개 (전체 유전자의 약 70%)의 유전자의 기능을 알게 되는 혁명적인 변화를 가져왔다.
- 하지만, 실제 환자들의 질환을 유발시키는 가장 근본적인 실체는 유전자가 아닌 유전자 변이이며 이러한 유전자 변이의 기능에 대한 이해도는 여전히 5%를 겨우 상회하는 수준입니다. 따라서 현재 유전체학의 당면 과제는 나머지 30%의 유전자와 95%에 육박하는 유전자 변이의 유전적 기능 규명이다.
- 이를 위해 기존의 유전체 정보(1차원)와 후성유전체 정보(2차원)를 통합하고 뛰어넘을 수 있는 새로운 방법론이 필요하며, 최근 “세포핵 내 유전체(nucleome)의 공간적(3차원) 구조와 시간적(4차원) 변화”라는 “4D-nucleome (4DN)”정보를 기반으로 생명현상을 규명하고 질환발병기전을 이해하려는 새로운 시도가 각광을 받고 있다.
- 4DN의 중요성을 인식하고, 미국을 비롯한 선진국들은 대형 공동 프로젝트를 선제적으로 진행하고 있으며, “질환 연계 4DN 정보”라는 미래의학의 컨텐츠 확보를 위해 국가 간의 치열한 경쟁이 시작되고 있다.
- 국내에서도 4DN 기술의 저변이 확대되고 있으며, 4DN 정보의 활용기술 개발을 통하여 맞춤 정밀의학 분야에서 선진국 수준에 진입하려는 노력이 시작되고 있다.
- 4DN 연구가 성공적으로 진행될 경우, 유전 변이의 프로파일에 의거한 맞춤형 진단, 치료법의 제시가 가능해질 것이며, 진정한 정밀의학 (precision medicine) 적용의 이론적 정당성 부여가 가능해질 것으로 기대된다.
- 본 연구실은 초고속 시퀀싱(NGS), 이미징, 빅데이터, 인공지능(AI) 등 다양한 방법론을 포함하는 학제간 융합을 바탕으로, 4DN을 추적할 수 있는 분석 기술을 개발하고 4DN 표준지도를 작성하여, 궁극적으로 맞춤형 정밀의학을 실현할 수 있는 기반 기술을 확보하고자 한다.
2. 크로마틴 3차 구조 기반 인핸서 네트워크 분석을 통한 크로마틴 구조 조절 단백질 CTCF의 수지상세포 면역활성 제어 기전 규명 (Deciphering the role of CTCF in three dimensional enhancer network of dendritic cells underlying immune regulatory response)
- 수지상세포는 전문적인 항원제시세포로서 T세포의 증식 및 분화를 유도하여 바이러스 또는 세균 감염 등과 같은 외래 항원에 대하여 후천성 면역반응을 유도할 뿐만 아니라 NK세포의 활성 유도와 같은 선천성 면역에 있어서 중요한 역할을 담당한다.
- 수지상세포가 전문 항원제시세포로서의 세포정체성을 유지하고 면역 활성을 조절하기 위해 필요한 수지상세포 특이적 유전자 발현 네트워크에서, 크로마틴 3차 구조 조절 단백질 CTCF의 기능적 역할과 분자적 조절기전을 규명하고자 한다.
- 이를 위해 1) CTCF 결핍 수지상세포의 유전자 발현 네트워크를 분석하고 2) 유전자 발현의 시기와 효율을 수지상세포 특이적으로 정교하게 조절하는 인핸서를 전유전체적 수준으로 탐색하며, 3) 각각의 인핸서에 대한 특이적 표적유전자를 파악할 수 있는 “크로마틴 3차 구조 기반 인핸서 네트워크”지도를 확립하고, 4) CTCF 결핍이나 감염 자극에 의해 유도되는 크로마틴 3차구조의 역동적 변화를 인핸서를 중심으로 집중 분석하여, 5) 면역활성과 면역질환 제어를 위한 수지상세포의 크로마틴 3차구조와 인핸서 리프로그래밍의 기능적 중요성을 검증하고자 한다.
3. 후성유전체 기반 자연살해세포 면역 제어 기술 개발 (Dissecting genome-wide epigenetic traits regulating immune response of natural killer cells)
- 자연살해세포는 암세포의 발생, 증식, 전이를 억제할 뿐만 아니라 암의 재발에 가장 중요한 암 줄기세포를 효과적으로 제거할 수 있으며 면역거부 반응이 극히 적어 세포치료제로 개발 시 매우 안전하다는 점 등, 항암 면역치료제 개발 측면에서 다른 면역세포들에 비해 많은 장점을 가지고 있다.
- 생명체의 정상적인 발달과 기능이 DNA에 coding되어 있는 유전자 정보 차원에서 이해되는 것을 넘어, 크로마틴 사이의 역동적인 상호작용, DNA 자체의 다양한 modification, 크로마틴을 구성하는 단백질의 다양한 modification 등을 포함하는 후성유전학적 조절이 중요한 역할을 하고 있음이 최근 주요 논문을 통해 밝혀지고 있다.
- 본 연구실은 자연살해세포의 증식과 활성을 조절하는 후성유전인자를 확보하여 난치성 암 질환에 대해 자연살해세포를 이용한 세포치료제 개발의 원천기술을 확보하고자 한다.
- 이를 위해 1) 자연살해세포 특이적 후성유전체 데이터베이스를 구축하고 2) 유전자 발현의 다양한 수준에서 전사인자와 후성유전인자가 만들어내는 조절 네트워크의 작용 기전을 규명하며 3) 시스템학적인 접근방법을 이용하여 가장 효과적인 면역치료세포를 만들어 낼 수 있는 기술을 확보하고자 한다.
- 본 연구의 성공적인 수행은 자연살해세포의 증식과 활성에 대한 이해도를 높이는데 크게 기여할 것으로 기대되며, 특히 면역세포치료제 용 자연살해세포 제조의 최적화와 그에 따른 가장 적당한 치료법을 개발하는 연구에 중요한 정보를 제공할 것으로 사료됨.