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박한슬
박한슬(Hanseul Park) 저자 이메일 보기
동국대학교
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In vivo neuronal gene editing via CRISPR–Cas9 amphiphilic nanocomplexes alleviates deficits in mouse models of Alzheimer’s disease

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

유전자 가위 기술은 전 세계적으로 가장 주목 받는 최신 생명공학 기술로써, 다양한 유전자 변형 동식물 제작 및 여러 질병 치료에 적용될 수 있어 전 세계적으로 많은 연구가 진행되고 있습니다. 특히 생체 내 유전자 교정 기술은 이전에 유전자 치료의 개념을 뛰어넘는 새로운 혁신 기술로, 차세대 유전자 치료 기술로써 주목을 받고 있습니다.

본 연구실에서 이번에 Nature Neuroscience 지에 발표하게 된 연구내용은 뇌 신경세포를 타깃으로 유전자 가위 나노복합체를 제작하여 성체 마우스 뇌 신경세포에 효율적인 유전자 타깃팅을 유도하였고, 이러한 기술을 알츠하이머 질환에 적용하여 새로운 유전자 치료 기술로 활용될 수 있음을 증명해 보였습니다.

신경과학 분야에서의 뇌의 신경세포, 특히 성체 뇌의 특정 신경세포를 타깃으로 한 유전자 변형 및 교정 기술은 타깃팅에 어려움 및 낮은 유전자 타깃팅 효율 등으로 인해 그 활용의 중요성에도 불구하고 현재까지 치료용으로 활용되는 경우는 무척 드물게 보고되고 있습니다. 본 연구에서는 Cas9 nanocomplex를 제작하여, 효율적인 성체 마우스 뇌 신경세포를 타깃팅 할 수 있는 시스템을 확립하였다는데 의의가 있습니다.

또한 알츠하이머 질환은 인간의 대표적인 퇴행성 뇌 질환으로 알려져 있으며, 뇌신경세포의 사멸로 뇌 손상을 유도해 인지기능의 장애를 유발하는 질환입니다. 현재 알츠하이머 환자 비율의 증가로 우리나라를 포함해 전 세계적으로 심각한 사회 문제로 나타나고 있습니다. 이를 해결하기 위해 다양한 치료 방법 중 BACE1을 inhibition 하는 drug 역시 효과적인 방법으로 고려되어 왔으나, inhibitor를 통한 BACE1 효소의 억제는 여러 가지 부작용 등으로 치료 기술로 활용될 수 없었습니다. 본 연구팀은 앞서 제작된 Cas9 nanocomplex를 활용하여 Hippocampal region 뇌신경세포에서 효율적으로 BACE1을 타깃팅 함으로써, 유전자 가위 기술 기반 유전자 교정 치료 기술이 알츠하이머 질병 치료에 효과적으로 활용될 수 있음을 확인했습니다. 본 연구는 세계 최초로 CRISPR/Cas9을 활용한 퇴행성 뇌 질환 치료용 유전자 치료 기술로 활용될 수 있다는 점을 소개 하는데 의미가 있으며, 향후 본 기술이 실용화 된다면 심각한 사회 문제가 되고있는 알츠하이머 질환 치료에 새로운 방향을 제시할 수 있을 것이라고 사료됩니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.

본 연구는 동국대학교 이과대학 화학과 김종필 교수님 지도하에 이루어 졌습니다. 본 연구실에서 지향하는 연구는 알츠하이머, 파킨슨병과 같은 퇴행성 뇌 질환 치료를 위한 신기술개발에 focus 되어있으며, 이를 위해 다양한 나노 바이오 기술을 활용한 세포 리프로그래밍 및 유전자 적중(gene targeting) 기술을 개발하는데 있습니다.

본 연구실의 지도교수님이신 김종필 교수님은 그 동안 세계적 최상위 수준의 학술지인 Science, Cell Stem Cell지 등에 주 저자로서 연구논문을 발표해 왔습니다. 또한 최근에는 교신 저자로 Nature Nanotechnology (2017), Brain (2017), Nature Neuroscience (2019) 등 상당히 임팩트 있는 연구성과를 통해, 국내외적으로 줄기세포 및 유전자 적중 분야에서 MIT 대학의 Rudolf Jaenisch 교수의 계통을 잇는 대가로서 자리 매김을 하고 있습니다.

본 연구실은 작은 규모에 비해 높은 수준의 facility와 연구환경을 갖추어 있을 뿐만 아니라, 무엇보다도 작은 MIT 대학이라고 할만큼, 한 연구실 규모에서 수행한다고 예상할 수 없는 수준의 마우스 유전학 및 마우스 제작부터, 줄기세포학, 세포 리프로그래밍, 나노 바이오 기술, 크리스퍼 유전자 적중, 싱글셀 유전학, 생물 정보학, 및 퇴행성 뇌 질환을 포함하는 다양한 연구를 수준 높게 수행함으로써 여러 생명공학 분야 연구를 접하며, 연구실내 각 파트 별로 전문성을 갖고 있는 연구원들 끼리 활발한 공동 연구를 통해 효율적으로 product를 만들어낼 수 있는 시스템을 갖추고 있습니다. 

또한 비교적 적은 수의 대학원생 연구원들을 selective 하게 집중적으로 교육 및 지원하여, 연구실의 모든 학생 연구원들이 거의 국내 최고수준의 지원을 받으며 학위 과정을 수행 하고 있습니다. 또한 최근 연구실의 좋은 연구성과들이 많이 나와 졸업하시는 분들이 좋은 곳으로 job을 잡고 나가게 되어, 대부분의 연구원들의 만족도가 높습니다. 그리고 본 연구실에서는 한국연구재단에서 지원하는 ‘글로벌 박사 펠로우십’을 3명이 지원을 받고 있는 등 대표적인 대학원생 위주의 연구실로써 연구와 교육에 대해서 상당히 우수한 조건을 갖추고 있습니다.
[동국대 줄기세포 및 세포 리프로그래밍 연구실: http://stem.dongguk.edu/]

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

이번 연구결과는 제가 박사과정을 밟으며 진행하던 프로젝트 중 하나였습니다. 큰 주제거리가 아니라고 생각했던 논문이 2년 동안 연구를 진행하며 생각보다 좋은 데이터가 나와 논문을 정리하고, submit 후 또 리뷰만 2년으로, 랩 최장 리뷰기간을 경신한 다사다난했던 논문이었습니다. 4년간 포기하지 않고 끝까지 논문을 마무리 하게 되어서 개인적으로는 뿌듯함을 느꼈던 연구였고, 또한 ‘한빛사’를 통해 국내 외 여러 연구진 분들께 인사를 드리게 되어서 영광으로 생각합니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

아직 학위과정인 제가 누군가에게 조언 하기는 부끄럽습니다. 한 가지 말씀 드리고 싶은 점은 아마 학위 과정을 진행 하면서 지치고 불안한 마음이 많이 들것입니다. 시간은 흐르는데 내 프로젝트만 잘 되지 않는 것 같고, 프로덕트도 없고, 이렇게 해서 내가 사회에 나가 박사라고 할 수 있는 당당한 위치가 될까 하는 마음이 사실 하루에 수십 번도 듭니다. 지금도 전 그렇긴 합니다. 하지만 한 가지 잃지 않았던 것은 꾸준함과 노력입니다. 아무리 똑똑해도 노력하는 자에게는 이길 수 없다는 진리를 부모님께서 늘 말씀해 주셨습니다. 좋은 논문을 내려면, 노력뿐만 아니라 많은 것들을 요하지만 가장 기본이 되는 것이 연구자의 끊임없는 노력과 탐구입니다. 기나긴 시간 동안 지치고 불안 하겠지만, 그 꾸준함과 노력 잃지 않고 백절불굴하시길 바랍니다.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

이제 막 연구를 시작하는 연구자로서, ‘내가 진짜 필요한 존재인가?’ 라는 말을 항상 되새기며, 주관적이고 옹고집스러운 마음은 버리고, 언제나 객관적으로 평가하는 연구자가 되겠습니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

먼저 연구과정 동안 많은 가르침을 주신 김종필 교수님께 진심으로 감사 드립니다. 박사과정을 시작하며 석사과정과는 다른 학문을 시작하는데 있어 많이 부족한 저를 항상 믿고 열성으로 지도해주셔서 이번 연구를 잘 마무리 할 수 있었던 것 같습니다. 항상 연구에 열정적이고, 학생들과도 스스럼없는 모습에 연구자로서, 나아가 인간적으로도 많은 가르침을 받고 있습니다.

학문을 처음 시작하는데 있어 그 길을 열어주신 경상대학교 공일근 교수님께도 많은 감사를 드리고 싶습니다. 교수님의 열정 덕분에 연구자로서 첫발을 내딛는 계기가 되었습니다. 감사합니다.
그리고 많이 힘이 되었던 줄기세포연구실 멤버들에게도 고맙다는 이야기를 하고 싶습니다. 순봉오빠, 환이오빠, 준상오빠, 홍원오빠, 유정이, 재인, 준엽, 병국, 시영이, 두리까지 옆에서 많이 힘이 되어주어서 고맙습니다.

마지막으로 서른이 넘은 큰 딸을 이때까지 믿어주시고, 항상 용기를 잃지 않게 다독여 주시는 부모님과, 동생 예슬이 그리고 유별오빠에게도 감사의 인사 남깁니다.

 등록일 2019-03-21
Category: Neuroscience
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