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

궤양성 대장염(Ulcerative Colitis, UC)은 만성 염증을 특징으로 하는 염증성장질환(Inflammatory Bowel Disease, IBD)입니다. UC 환자는 반복되는 염증뿐만 아니라 우울증과 같은 동반질환을 겪기도 한다고 알려져 있습니다. 최근 연구에 의하면 장염 및 우울증이 장내 마이크로바이옴 불균형과 상관성이 있음이 알려져 있지만 그 기전은 명확하지 않습니다. 본 연구는 궤양성 대장염에서 장내 마이크로바이옴 불균형이 장에서 뇌로의 신호전달에 어떠한 영향을 주어 불안 및 우울을 유발할 수 있는지 규명하고자 했습니다.

우선, UC 환자의 마이크로바이옴 분석과 함께 분변이식실험(Fecal Microbiota Transplantation, FMT)으로 UC환자의 분변 이식을 받은 쥐의 장세포의 유전자 발현 변화를 RNA-sequencing 분석법으로 조사하였고 Neuropeptide 관련 신호전달이 감소되는 것을 관찰하였습니다. UC환자의 분변 이식을 받은 쥐에서는 장에서 생성되는 Neuropeptide 후보들 중에서 Neuropeptide Y의 단백질 수준과 유전자 발현이 모두 감소되어 있었고 이는 혈액을 통한 이동으로 뇌의 해마 부위의 Neuropeptide Y의 단백질 감소로 이어져 불안 및 우울 관련 행동을 유발함을 관찰하였습니다. 그리고 이러한 과정에 장내 미생물과 유래 물질이 관여한다는 점을 밝혔습니다. UC환자의 마이크로바이옴 구성과 환자의 우울/불안 지수의 상관성 분석으로 Enterococcus 군집이 유의미한 관련성을 보임을 발견하였고 실제로 환자의 분변에서 균주를 분리하였습니다. 미생물 전장유전체 분석법으로 분리한 Enterococcus 균주들을 확인하였고, 마우스 실험을 통해 환자 유래 E. mundtii 균주와 해당 균의 독성 인자(virulence factor)인 Capsular polysaccharide가 장 Neuropeptide Y의 단백질 수준과 유전자 발현을 모두 감소시키고 불안 및 우울 관련 행동을 보임을 확인하였습니다.

본 연구를 통해 UC환자의 장내 미생물의 불균형으로 인한 장 Neuropeptide Y 발현 조절이 불안 및 우울 관련 행동을 유발한다는 점을 마이크로바이옴-장-뇌 축(Microbiome-Gut-Brain Axis)을 기반으로 밝혀내었습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

본 연구는 경희대학교 약학대학의 뉴로바이오타 연구센터의 김동현 교수님과 최정혜 교수님의 지도하에 진행되었습니다. 신경정신질환에서 장내미생물에 의한 병인기전을 연구해왔으며, 환자의 장내 미생물 분리와 분석을 중심으로 전사체 및 대사체 분석 기법을 연구에 활용하여, 불안 장애, 우울증, 조현병, 뇌 인지 장애, 파킨슨병, 치매와 같은 질환의 마이크로바이옴 기반 메커니즘 규명과 치료제 개발을 진행하고 있습니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

본 연구를 진행하면서 어려운 점도 많았지만 교수님들과 동료 연구자들과 함께 결과에 대해 토론하고 연구의 방향성을 잡아가면서 결과를 이루어 나갈 때 연구에 대한 재미와 보람을 느꼈던 것 같습니다. 그리고 저의 연구 결과가 다른 연구자들의 선행 연구로 의미를 갖게 될 때 기뻤던 것 같습니다.

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

마이크로바이옴-장-뇌 축이라는 연구 분야는 미생물 군집으로 이루어진 마이크로바이옴, 외부 환경과 맞닿아 면역계, 신경계, 내분비계를 조절하는 장이라는 기관, 그리고 뇌라는 복잡하고 신비한 기관의 상호작용을 연구하는 것으로 흥미롭지만 융합적인 분야입니다. 다른 연구 분야와 마찬가지로 지속적으로 배우려는 노력과 끈기를 갖는 것이 중요하다고 생각합니다. 특히, 학부과정에서 배우는 면역학, 미생물학 등 기초 과목들을 기반으로 미비한 부분을 계속해서 보완하면서 공부했던 것이 도움이 많이 되었습니다. 대학원에 입학하고 수많은 실패와 어려움을 경험하며 조급하기도 하고 불안해하던 순간도 있었는데 학위 과정뿐만 아니라 어떠한 일을 하더라도 누구나 겪을 수 있는 부분이고 너무 스스로를 자책하지 않으셨으면 좋겠습니다. 정신건강도 꼭 챙기시면서 연구하시길 바랍니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

저의 Microbiome-Gut-Brain Axis 연구 경험을 발전시켜 대장염, 우울증뿐만 아니라 다른 질환이나, 기관과의 상호작용 기전을 밝혀내는 연구를 지속할 예정이고 환자들의 고통을 덜어줄 수 있는 치료제 개발에 도움이 될 수 있는 연구를 하고자 합니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

이번 연구는 저의 박사학위 과정동안 해온 선행 연구를 기반으로 공동연구를 진행한 결과였습니다. 우선, 지도 교수님 이신 김동현 교수님, 최정혜 교수님, 이경태 교수님께 감사드립니다. 그리고 같이 연구를 수행한 분자생물학실 이재원 선생님과 긴 시간동안 논문이 마무리될 수 있도록 도와준 우정화 박사님께도 감사드립니다.

학창시절 실험이 좋아 방학때면 연구실 인턴 생활을 하였는데, 처음 실험실을 경험할 수 있도록 해 주신 경희대학교 의과대학 생화학실 윤경식 교수님과 김혜옥 박사님께도 감사드립니다. 제 인생의 첫 사수 언니인 김혜옥 박사님은 제가 박사과정을 무사히 마칠 수 있도록 도움을 주셨습니다.

지금 돌이켜 보니, 제가 학부 생활을 오래하였는데 대학원 진학을 망설였던 때가 생각이 납니다. 졸업을 앞두고 연구실에서 1년이 넘게 저에게 연구활동을 할 수 있도록 기회를 주셨던 중앙대학교 약학대학 생화학실 천영진 교수님께도 감사드리고 열심히 연구하라며 응원해 주셨던 천연물생명공학반 최형균 교수님께도 감사드립니다. 이 밖에도 여러 교수님들께서 다양한 경험과 성장을 하는데 있어 도움을 많이 주셨는데 지면을 통해 감사함을 전할 수 있어 행복합니다. 대학원에 진학하고 어려움들이 있었지만 버틸 수 있게 해주었던 것은 학창시절 교수님들과 동기들의 믿음과 응원이었던 것 같습니다.

그리고 마지막으로, 늘 걱정해주시고 묵묵히 지원해주신 저의 사랑하는 가족에게 감사함을 전합니다.