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

 Doxorubicin은 항암 치료에 널리 사용되는 안트라사이클린(anthracycline) 계열의 약물로, doxorubicin 유발 심근독성(Doxorubicin-induced cardiotoxicity; DICT)이라는 부작용을 동반합니다. Doxorubicin에 의해 유발되는 심근독성의 병리생리학은 아직 완전히 밝혀지지 않았으며, 이를 예방하거나 치료할 수 있는 효과적인 전략 또한 개발되지 않았습니다. 현재로서는 증상을 개선하기 위해 기존의 심근 기능 완화 치료제를 투여받으며 병의 진전도를 약화시키고, 보조기기 삽입술(LVAD)이나 심장이식을 받는 것이 유일한 치료 전략입니다. 본 연구에서는 doxorubicin 유발 심근독성에서 Transducin beta like 1-linked (TBL1X) 유전자의 새로운 역할을 규명하였습니다.

 TBL1X는 심장에서 높게 발현되며, NF-kB 신호, WNT 신호 및 유전자 전사 조절에서 중요한 역할을 한다고 알려져 있습니다. 본 연구에서는 확장성 심근병증(Dilated cardiomyopathy; DCM) 환자에서 TBL1X 단백질의 발현이 낮음을 확인하였으며, 이는 TBL1X의 단백질 절단에 의한 것임을 밝혔습니다. Rat myoblast cell line인 H9c2에서 TBL1X 단백질의 세 Aspartate를 Caspase-3가 인지하여 절단하며, 이를 Cloning 기법을 통해 Alanine 치환하여 절단되지 않게 할 경우(TBL1Xuclv), doxorubicin 처리 시 절단된 TBL1X에 의해 증가하였던 세포사멸 신호(Apoptosis)와 WNT 신호 억제가 완화되는 것을 확인하였습니다. WNT는 심장 발달과정에 매우 중요한 신호전달일 뿐만 아니라 최근에는, 질병에 의한 손상을 재생시키는 측면에서도 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 이러한 결과가 실제 사람 심근세포에서도 나타나는지 확인하기 위해 정상형 사람유도만능줄기세포 유래 심근세포(human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocyte)를 제작하고, 심근세포의 전기생리학적 기능을 평가할 수 있는 다중 전극 어레이(Multi-electrode array)와 칼슘 흐름(Calcium transient) 측정을 이용하여 확인하였습니다. 그 결과, doxorubicin에 의해 나타나는 심근 박동 능력 감소, 전도율 지연 및 불규칙성 등의 심근 기능 저하가 개선되는 것을 확인할 수 있었습니다. 또한, 생쥐(mouse) 모델에서도 doxorubicin을 반복 투여하고 심초음파(Echocardiography)와 조직섬유화를 확인한 결과, 동일한 개선 효과를 확인할 수 있었습니다.

 결론적으로, 이러한 결과를 통해 doxorubicin에 의해 TBL1X 단백질이 caspase-3에 의존적으로 절단되고, 이로 인해 WNT 신호전달이 억제되어 심근세포의 세포사멸이 유도된다는 점을 밝혔습니다. 또한, TBL1X 단백질의 새로운 역할을 규명하였으며, 환자의 암 치료 중 발생하는 doxorubicin 유발 심근독성을 완화시킬 수 있는 효과적인 치료 전략 방향을 제시하였습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

 본 연구는 연세대학교 의과대학 생화학분자생물학교실 소속 박상욱 교수님과 이승현 교수님 지도 하에 수행되었습니다. 저희 연구실은 다양한 심장 관련 질환에 대한 연구를 수행하기 위해 사람유도만능줄기세포 제작 및 유래 심근세포 분화 시스템, 유전자 편집 및 교정 기술(CRISPR-Cas9), 전기생리학적 심근 기능 평가 및 분석 기술(Multi-electrode array, Calcium transient assay), 심장 질환 동물 모델(Genetically engineered mouse model, surgery model) 등을 보유하고 있습니다. 이러한 기술을 바탕으로 세브란스 심혈관병원과의 협연을 통해 심장이식 외에는 치료 방법이 없거나 정밀의료를 필요로 하는 질병을 가진 환자들의 유전자 변이 정보를 확인하고 환자 유래 줄기세포를 제작하여 구체적인 연구 및 표현형 분석을 수행하고 있습니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

 저희 연구실은 실제 환자의 임상정보를 바탕으로 생화학·분자생물학적 연구 기법을 이용하여 질병의 진단 및 치료를 위해 연구 성과를 얻는 것을 목표로 하고 있습니다. 아직은 유전성 및 난치성 질환 유전자에 대한 기전 연구가 자세히 이루어지지 않았지만, 기술이 발달하고 다양한 세포주를 확립함에 따라 실제 병원에서 유전자 분석을 통해 정밀의료를 실현하는 날이 곧 올 것이라고 생각합니다. 그리고 그 시작점에 저희 연구실이 있어 큰 자부심을 갖고 있습니다. 현재 환자의 표현형을 나타내는 기전과의 연관성에 대한 연구들을 주로 수행하고 있지만, 이러한 노력들이 모여 언젠가는 실제 임상에 적용되어 많은 환자들에게 희망을 줄 수 있기를 기대합니다.

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

 질병 치료제를 개발하기 위해서는 질병 메커니즘에 대한 이해가 필수적이며, 이를 위한 적절한 연구 모델이 필수적입니다. 심장 관련 연구에서는 이러한 연구 모델의 부족이 큰 한계점으로 작용합니다. 성인 사람 심근세포(primary human cardiomyocytes)는 오직 심장 이식 환자에게서만 얻을 수 있으며, 국내·외 연구에 주로 사용되는 심근세포주(AC16, HL-1, H9c2)는 박동이 보이지 않아 심근세포의 기능적 특징을 확인하기에 제한적입니다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 최근 줄기세포 유래 심근세포 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 줄기세포는 분화능력(differentiation), 자가복제능력(self-renewal) 등의 특성을 가지고 있어 다양한 장기에서의 기초 연구를 가능하게 한다는 장점이 있습니다. 줄기세포를 이용하여 다양한 세포로 분화시키는 방법이 여러 논문에 소개되어있고, 키트 형태로도 세포 배양 관련 물품들을 구매할 수 있어 쉽게 도전할 수 있습니다. 또한 최근에는 유도만능줄기세포의 naive 특성에 대한 연구도 활발히 진행 중이며, 줄기세포 치료제를 이용한 임삼시험에서 효과와 안정성에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있습니다.

 이 분야에 진학하려는 후배들에게 조언을 하자면, 인내심과 끈기를 가지고 연구에 임하라는 것입니다. 줄기 세포 배양 및 분화는 하루에 2시간 이상 꾸준히 투자해야 하는 작업이며, 이를 통해 얻는 경험과 노력이 성공적인 연구 결과를 도출하는 데 중요한 역할을 합니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

 본 연구를 진행하면서 새롭게 찾은 확장성 심근병증 타겟 유전자에 대한 추가 연구를 수행하고 있으며, TBL1X 유전자에 대한 후속 연구도 진행 중 입니다. 앞으로는 심혈관 질환 관련 연구뿐만 아니라 넓은 시야를 통해 다른 난치성 질환에도 관심을 갖고 연구하여 환자에게 도움이 되는 연구 성과를 도출할 수 있도록 꾸준히 노력할 계획입니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

 이번 연구는 저 혼자만의 결과물이 아니라고 생각합니다. 가장 먼저, 늘 아낌없는 지원과 도움을 주시며 학위과정을 지도해주신 박상욱 교수님께 감사의 말씀을 드리고 싶습니다. 또한, 본 연구를 진행하며 소중한 조언과 지도를 해 주신 이승현 교수님께도 감사를 드립니다. 교수님 지도하에 줄기세포 배양과 심근세포 관련 최신 연구 스킬을 익힐 수 있었고, 힘들었던 학위과정을 알차고 긍정적으로 보낼 수 있었습니다. 본 연구를 위해 소중한 환자 샘플과 임상정보를 제공해주신 세브란스 심혈관병원 오재원 교수님께도 감사드리며, TBL1X 유전자 관련 연구에 깊은 조언을 해주시고 연구 방법에 대해 의논해주셨던 한국식품연구원 최효경 박사님, 이장호 박사님께도 감사드립니다. 연구실에서 큰 버팀목이 되어주고 기쁜 순간이나 힘든 일이 있을 때마다 늘 옆을 지켜주었던 저희 연구실 학생들에게도 감사의 인사를 전합니다.