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

사람의 신체 대부분이 근육 (Skeletal Muscle)으로 이루어져 있다. 근육은 신체를 움직이게 돕고, 몸의 위치나 부위를 지지해 주며, 온도를 조절하고, 신체의 다른 장기조직을 지지하고, 음식의 섭취 및 배출을 용이하게 해줄 만큼 우리 몸을 구성하는 데 있어서 중요한 역할을 하고 있다. 근육 세포 (myoblasts) 및 성체 근육 줄기세포 (adult muscle stem cells also called satellite cells)는 myogenesis 과정을 거치며 근섬유 (myofibers)를 형성하고 근육의 성장 (growth)과 발달 (development)을 돕고, 근육이 재생 (regeneration)하는 데 중추 역할을 한다. 근육 세포 또는 성체 근육 줄기세포는 세포의 proliferation, movement, alignment, fusion, and differentiation의 단계를 거치면서 배아 근육 및 재생 근육을 형성하게 된다. 특히, myogenesis 중 근육세포 fusion은 근육 발달 및 재생에 있어서 중요한 단계 중 하나이다.

본 논문은 Toll-like receptors (TLRs) 이나 Interleukin-1의 시그널에 따라 조절되는 myeloid differentiation primary response gene 88 (Myd88) 단백질이 어떻게 myoblast myogenesis에 영향을 끼치고, myoblast fusion에 영향을 끼치는 것이 확실한지 증명하는데 중요한 의의가 있었다. Immunity에 중요한 역할을 하는 Myd88으로 알려져 왔기에 immune cells이 아닌 근육의 세포수준에서 어떠한 영향을 끼치는 지는 거의 알려진바 없었다. Whole body Myd88-KO 마우스 모델에서 regenerative myogenesis을 일으키는 기법을 사용했을시 Myd88이 myogenesis 중 proliferation인지 differentiation 단계인지 알아보는 데에도 많은 시간과 노력이 들어갔다. Primary 근육 성체 줄기 세포를 분리하기도 하고, muscle hind limbs 중 tribialis anterior (TA) 근육의 myofibers를 적출하여 근육 세포가 어느 단계에 깊게 관여하는 지 알아보기도 했다. 한가지씩 myogenesis의 단계들을 여러가지 molecular biology techniques 을 사용하여 체크하고, 관여하지 않은 단계들을 제하면서 fusion에 관여 할 것이라는 추정을 하게 되었다.

특히, myoblast fusion에 관여하는 단백질의 유전자들 (β1-integrin, β1D-integrin adam12, myomaker 등) 이 조절된다는 사실을 확인했을 때, myoblast chimeric 실험에서Myd88 단백질 결여가 myoblast fusion을 현저히 줄어들게 만든다는 것이 확인되었을 때, myoblast specific Myd88-KO 마우스 모델을 사용하여 Myd88의 결여가 myoblast fusion중 secondary fusion에 영향을 끼친다는 것이 증명 되었을 때, 오랫동안 묵은 체증이 내려간 듯 기뻤다. 이후, Myd88이 myogenesis를 조절하는 데 관여하는 non-canonical NF-kB 또는 canonical Wnt signaling pathways를 조절하는 것을 알게 되었다. 이후, 연구자들이 잘 아는 Gain-of-function (Overexpression) 및 Loss-of-function (Knock-down) 기법을 써서 in vivo에서 확인한 phenotype 사실들을 재 증명 하였다. 물론, 아직도 많은 질문들이 있고, 해결되지 않은 문제들이 많이 남아 있다. 예를 들면, TLRs 또는 Interleukin-1 agonists들이 myoblast fusion에 영향을 주는 것이 관찰되지 않았기 때문이다. 그럼에도 불구하고, Myd88은 receptor-mediated signaling과 관계없이 myoblast fusion을 조율하는 것을 알게 되었음을 알린다. Myoblast fusion에 단독적인 역할을 지니는 것이 아닐까 조심스레 추정해 본다.

Myd88프로젝트를 시작한 후 Nature Communications에 출판 되기까지 약 6년의 시간이 걸렸다. Dr. Kumar 랩에서 Postdoctoral Scholar로 약 2년정도 일했지만, 그 후에도 필요하면 Dr. Kumar 랩실에 여러 번 들렸고 하루 또는 2-3일 동안 랩실 동료 집이나 Inn 등에서 숙박하며 논문에 필요한 일들을 했다.

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

연구를 진행했던 소속기관은 University of Louisville School of Medicine의 Anatomical Science and Neurobiology (ASNB)과의 Dr. Ashok Kumar랩을 소개한다. 루이빌 대학은 켄터키주의 루이빌시 다운타운에 위치해 있다. Dr. Kumar는 현재 루이빌 의과대학에서 교수로 재임 중이며 Distinguished University Scholar로 Skeletal Muscle Biology분야에서 일하고 있는 저명한 학자이다. 논문의 Acknowledgements에서 볼 수 있듯이 NIH federal funds로 랩실을 꾸리고 있다.

2014년 함께 일했던 동료들은 Dr. Ogura Yugi (Current position: Associate Professor in Japan), Dr. Sato Suichi (Current position: Assistant Professor in USA), and Dr. Sajida Hindi (Current position: Postdoctoral Fellow and PI fellowship awarded in Dr. Kumar Lab) 등이 있으며, 서로 열심히 격려하고 위로하며 의논하며 랩실 생활을 열심히 했다. 그 당시, postdoctoral scholar로 일할 때 루이빌 새한 장로교회에서 재미동포가 운영하는 포도원이 있었는데, 동료들은 선교를 위해서 일을 도와줄 만큼 친하게 지냈다. Dr. Kumar의 훌륭한 팀 플레이로 모두 좋은 결실들을 맺었고, 현재 좋은 위치에서 열심히 Research를 하고 있다.

Dr. Kumar 랩은 Skeletal Muscle Biology에서 세가지 중요한 과제들을 하고 있다.

첫째는, 근육 성장, 발달, 재생에 있어서 Tweak-FN14 시그널 통로에 대해 연구하고 있다. 다양한 상황의 catabolic 조건에서 근육의 손실을 초래하는데 그에 따른 메커니즘과 시그널 이벤트를 이해하는 데 집중하고 있다. 근육의 손실 (muscle wasting)이 결국 근육의 atrophy를 이끄는데, Tweek-FN14의 리셉터-리간드 시스템이 중요한 역할을 하고 있는 것을 발견하였다. 근육에는 성체세포 (adult muscle stem cells also called satellite cells)가 존재하는 데, TWEAK 단백질이 myofiber 재생과정에서 나타나는 근육 성체 스템세포의 self-renewal을 방해하는 것을 알게 되었다. 그 외, 마이크로 RNA (miRNA)에 의해 조절되는 Tweak-FN14 시그널링 회로가 어떻게 조절되는 지 연구하고 있으며, 또한 비만, 대사활동 및 인슐린 시그널 등에 어떻게 연관되는 지 연구하고 있다.

둘째로, 근육의 발달과 재생과정에서 여러가지 시그널링 메커니즘들을 밝혀내는 것이다. Myogenesis는 다 단계의 과정으로 진행되며, 배아 발달 및 근육 성장 및 재생에 중요한 역할을 한다. 그 myogenesis 과정의 손상과정이 여러가지 성인 만성질환에서의 근육의 손실과 어린이 rhabdomyosarcoma 암의 진행에서도 발견되었다. 그 때의 근육의 성체세포의 proliferation, differentiation, 또는 survival에 어떠한 영향을 끼치는 지 연구하고 있다. TAK1 또는 Myd88 단백질 및 TNF receptor-associated factors TRAFs 등이 근육 재생의 myogenesis에 어떠한 영향을 끼치는지 염증 반응 및 물질들을 연구 하고 있다.

셋째로, Muscular Dystrophy과정에서의 다양한 병리-생리학적 메커니즘을 밝혀내는 것에 목적을 두고 있다. 과거에는 디스트로핀이라는 단백질이 결여된 mdx마우스 실험 모델에서 비정상적인 세포 시그널링 과정들과 transcription factors (전사 조절 물질들)이 문제를 일으키는 것이 아닌가 생각해 왔다. 지금은, extracellular matrix (ECM)이 부서지고 재생과정에서 재역할을 하지 못하기 때문에 생기는 문제로 초점을 돌리고 있다. 그와 관련하여 matrix metalloproteinases (MMPs)의 역할에 중점으로 muscular dystrophy 실험 모델 마우스들을 이용하여 실험하고 있다. 여러가지 genetic 모델의 마우스 실험은 MMPs의 역할이 muscular dystrophy에 어떠한 역할을 할 지 활발히 연구하며 도전하고 있다.
Dr. Kumar 랩실의 연구와 리써취에 관심이 있으면, 아래의 웹사이트로 들어가 살펴보길 바란다.
https://louisville.edu/medicine/departments/anatomy/facultylist/ashok-kumar-ph.d

Ogura Y, Hindi SM, Sato S, Xiong G, Akira S, and Kumar A (2015) TAK1 modulates satellite stem cell homeostasis and skeletal muscle repair. Nature Communications 6:10123 doi: 10.1038/ncomms10123.
Sato S, Ogura Y, Tajrishi MM, and Kumar A (2015) Elevated levels of TWEAK in skeletal muscle promote visceral obesity, insulin resistance, and metabolic dysfunction in mice. FASEB Journal 29:988-1002.
Hindi SM and Kumar A (2016) TRAF6 regulates satellite stem cell self-renewal and function during regenerative myogenesis. Journal of Clinical Investigation 126: 151-168.

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

짧은 기간 동안 해외에서 연구활동을 하면서, 모든 실험결과가 가정에 따른 예측 가능한 결과가 나올 때도 있었지만, 실험의 결과가 예측하지 못한 방향으로 나올 때도 있었다. 무엇을 실수하였을까, 무엇이 잘못 된 것 일까 등등 연구를 되짚어보고, touble-shooting하는데 시간이 많이 걸렸다. 혼자서 고민하는 것보단 PI와 함께 고민하고, 랩미팅 뿐만 아니라 개인적인 시간에도 동료들과 함께 고민했었다. 그 과정에서 연구활동에 대해 많이 생각하고 배우게 되었다.

연구활동을 해보면서 연구 방법을 많이 아는 것도 중요하지만, 연구의 실수를 바로 잡을 수 있는 것, 실수와 실패를 두려워하지 않고 인정하는 것 등이 중요하다고 느꼈다. Myd88 연구 프로젝트에 많은 시간을 투자하였고, 노력을 아끼지 않았다. In vivo 실험 결과와 in vitro 실험결과가 서로 일치한다고 생각했으며, 실험 결과에 확신이 있었지만, top-tier 저널들에서는 더 확실한 연구자료를 요구하였고, 연구의 길이 험난한 것을 또 느꼈었다. 결국, Dr. Kumar 연구팀은 muscle specific myd88-KO (넉아웃) 마우스를 이용하여 후속 실험을 1년정도 하였고, 우리가 연구하였던 whole body myd88-KO 마우스에서 관찰된 Myd88 adaptor protein이 regenerative myogenesis 과정중 myoblast fusion에 필요한 단백질임을 증명할 수 있었다. 결과의 증거가 확실해 졌고, 3-4년동안 주장해왔던 결과가 사실로 드러났을 때 연구에 대한 보람을 느끼게 되었다.

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

미국에서도 Skeletal Muscle Biology 분야에서 일하는 과학자들이 많지 않은 것으로 안다. 한국에서는 근육세포를 이용하여 세포 연구는 하지만, 따로 근육 생물학 분야를 정하지 않은 것으로 알고 있다 (혹시, 현실은 다르다면, 오랫동안 국내에 머물지 않아서 현 실상을 모르고 한말일 수 있으니 양해 해주길 바란다). 2015년 Vanderbilt University Medical Center 소속으로 Gordon Research Conference (GRC)에 개최하는 국제 Myogenesis에 PI 동의 하에 단독으로 참석 하였었다. 약, 150-200여명의 전세계 근육 생물학 과학자들이 컨퍼런스에서 리써취 정보를 주고 받았다. 개인적으로 GRC에서 실험 포스터를 게재하는 것도 영광이였지만, 1분 리서취 스피취에 스피커로 선택되어 약 1분의 리서취 스피취를 위해 약 2-3시간 동안 연습하고 또 연습했던 것으로 기억된다. 근육 생물학을 움직이는 리써취 그룹들과 만나고 교류하는 것은 5-6년차 Research Fellow로서는 쉬운 일은 아니였다. 나름대로, 열심히 준비하고 연습하고 과학자들과 나와 비슷한 동료들과 교류하였다.

이제는 후배들에게 말하고 싶다. 리서취의 자신감을 가지고, 많이 연습하고 준비하고 오랫동안 준비한 것을 발표하길 바란다. 실수하는 것은 괜찮지만, 매너 없는 것은 볼품이 없다. 평소에 학회를 통해 만나고 싶은 학자들이 있다면, 열심히 그 분들의 리서취를 읽고 질문거리 등을 만들어서 가는 것도 좋을 듯 싶다. 가보면 알겠지만, 그 분들은 후배님들과 얘기할 수 있는 시간이 없다. 따라서, 만나고 싶은 학자들의 웹사이트에 들어가서 얼굴을 꼼꼼히 익히는 것이 좋다. 개인적으로, Dr. Michael Rudnicki (오타와 병원, 캐나다)를 학회 호텔 엘리베이터 안에서 처음 만났다. 순간, 논문 학술지에서만 만나던 저명한 학자를 실제로 만난 기쁨은 "엇!"이라는 외마디였다. 엘리베이터에서 짧은 30초가 인생을 바꾸는 경우가 많다고 들었고, 그렇게 배웠다. 그제서야 선배님들과 교수님들의 말에 실감났다. 후에, 저녁식사에서 이야기할 수 있는 영광이 있었지만, 좀더 멋지게 인사하는 방법이 없었을까 아쉬움이 남았다. 스탠포드 대학의 Dr. Helen Blau 교수님과 그 리서취 그룹을 만났을 때에도 성체 근육 세포의 앞으로의 동향과 방향을 GRC:Myogenesis에서 배우게 되었다. 후배님들은 저보다 더 많은 교류와 좋은 만남을 갖길 바란다.

비단, 한국의 여러 학회에서도 마찬가지라고 생각이 든다. 국내에도 훌륭한 학자분들이 많다고 알고 있다. 후배님들은 더 잘해 줄 것으로 기대해 본다. 유학을 가고 싶다면, 위에서 말한 것을 염두해 두어 꼼꼼히 살피고 지원하여 좋은 성과 있길 (흔히 대박나길) 바란다.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

현재, Myd88 연구는 Dr. Hindi의 주도하에 연구되고 있고, 나는 루이빌 의과 대학을 떠나 온지 만 4년이 되었다. 앞으로, 기회가 된다면 근육 생물학 및 질병예방에 관련된 리써취 연구소를 설립해보고 싶다. 반드시, 랩이 있어야만 연구소가 생기는 것은 아니라고 생각한다. 연구 컨설팅도 좋은 예라고 생각한다. 여건이 되는 연구자들을 세워주고 만들어주면 된다. 거기서 얻는 교훈도 있을 것으로 생각한다. 작게 시작해서 후에는 랩이 있는 연구소를 건립하고, 훌륭한 인재들을 발굴하여 적어도 근육 조직에 형성되는 여러 가지 중요한 성체세포들이 어떻게 근육재생과정에 중요한 역할을 해내는지 조현해 내고 싶다. 미국 및 한국도 성체 줄기세포를 이용한 여러 가지 유전적 또는 만성 질병 치료에 대해 관심이 많은 것으로 알고 있다. 성체 근육 줄기세포 연구 및 치료가 확실한 정답은 아니라 할지라도 적어도 치료에 도움이 될 것으로 여겨진다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

먼저, 개인적으로 살아계신 하나님께 영광과 찬양을 돌리고 싶습니다. 그 동안 응원해준 사랑하는 나의 가족과 한국의 양가-가족들에게 감사를 드리고 싶습니다. 또한, 논문을 끝까지 낼 수 있도록 이끌어 주신 Dr. Kumar 교수님과 보충 실험을 끝까지 한 동료들 Dr. Hindi와 Dr. Yann에게 감사하며, 의과대 신경과 학장님이신 Dr. Robert Friedland 교수님께 감사 드립니다. 마지막으로, 국가 장학금 (당시: 학술 진흥 재단)의 지원을 통해 박사과정을 마칠 수 있어서 감사 드리고 싶습니다. 장학금을 위해 응원과 추천해 주셨던 연세대학교 박태선 교수님께 감사 드립니다.

여태껏 연구를 해오면서 내 인생에 있어서 한국을 빛내는 사람들 (한빛사)에 한번이라도 이름을 올릴 수 있을 까 생각해 본적이 많았다. 항상 많은 기회가 있는 것이 아니기 때문이였다. 연구 분야도 다를 수 있고, 어떤 과는 CNS (Cell, Nature, and Science)에 낼 수도 없는 분야도 있다. 최고 논문의 impact factor가 2-3점인 학과도 있다. 과연 좋은 논문은 impact factor에만 의존해야 하는 가도 생각해 본다. 지금, 한 편을 가진 사람으로서 너무 감격스럽지만, 모든 연구자들이 함께 다른 공간에서 밤새우며 연구하는 연구자들의 열정과 열심을 생각하면 조심스레 존경심을 갖게 된다. 감사합니다.