한빛사 인터뷰
- 등록2024-06-03
- 조회574
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
심혈관질환 (Cardiovascular diseases)은 전세계 사망원인에서 1위를 차지하고 있으며, 우리나라에서도 1위인 암을 이어 사망률 2위 질환으로 통계되고 있습니다. 그렇기 때문에 이를 이해하고 예방하고 치료하기 위해 전세계적으로 다양한 연구들이 진행되고 이를 위한 연구비 규모도 증가하고 있는 추세입니다.
우리 몸의 혈관은 산소와 영양분을 우리 몸 곳곳의 장기와 조직으로 전달하고 여기서 만들어진 이산화탄소와 노폐물을 받아 들이는 역할을 합니다. 따라서 이러한 혈관에 문제가 생겨 혈관이 좁아지거나 막히게 되면, 조직에 산소 및 영양분 공급이 불충분하게 됨으로써 다양한 혈관성 질환들이 발생하게 됩니다. 혈관에는 혈류가 항상 흐르고 있고, 혈관내피세포 (endothelial cell)는 이러한 혈류의 흐름에 영향을 받게 됩니다. 혈관의 구조적 특징은 혈액의 혈류역학적 (Hemodynamics) 변화를 만들어 내며, 특히 단위면적에 작용하는 마찰력을 의미하는 ‘혈류 전단응력 (Shear stress)’의 변화를 야기합니다. 혈관 분기점 혹은 구부러진 영역에서는 정상적 혈류 흐름의 층류 (Laminar flow)가 아닌 와류 (Disturbed flow)가 발생됨에 따라 낮은 전단응력이 관찰되는데, 이는 혈관내피세포의 기능저하 및 염증반응을 유발한다고 알려져 있습니다. 이러한 와류의 형성에 따른 영향은 국지적 위험요소 (Local risk factor)로서 죽상동맹경화 (Atherosclerosis)를 일으키는 원인으로 인식되고 있으며, 죽상동맥경화 발생 부위를 살펴보면 이러한 와류에 노출된 부위에 집중적으로 발생되는 것을 볼 수 있습니다. 우리 연구실에서는 다른 시각으로 이 문제를 분석하고자 하였습니다. 혈류의 정상적인 층류 흐름에서는 혈관내피세포가 어떻게 정상적인 세포 기능을 하고 죽상동맥경화의 진행을 예방하는지에 초점을 맞추고, 예방인자 (Resilience factor)가 있을 것이라 가설을 세운 후 이러한 예방인자를 찾는 연구를 진행하였습니다.
본 연구에서는 층류 하에서 혈관내피세포 세포형질막 (plasma membrane) 내에 혈류변화에 민감하고 Caveolin-1 단백질의 분포가 밀집된 미세구조 (mechanosensitive Caveolin-1-rich microdomains)가 형성되어 혈류방향의 하류에 분극 (polarization) 되어 있는 현상을 발견하였습니다. 이 구조의 특성으로는 Caveolin-1 단백질의 밀집과 F-actin의 그물과 같은 형태로의 변화, 그리고 지질뗏목 (Lipid raft)과 같은 지질 분자들의 밀집 구조로 이루어져 있었습니다. 이와 더불어, 이 미세구조 (microdomains)는 Transient receptor potential cation channel subfamily V member 4 (TRPV4) 칼슘 채널의 활동성을 조절하여 칼슘의 세포 내 이동을 증가시키고, 이는 eNOS 단백질의 활동성을 향상 시킨다고 알려진 세린 1177 (serine 1177)의 인산화 (phosphorylation)를 증가시키는 것을 확인하였습니다. 또한 이 미세구조 내 TRPV4 칼슘 채널의 활동성은 혈관내피세포의 염증반응과 연관이 있는데, 특히 감소된 TRPV4의 활동성은 전염증성 (pro-inflammatory) 반응을 증가시키며, 반대로 증가된 TRPV4 칼슘 채널의 활동성은 항염증성 (anti-inflammatory) 반응을 촉진시키는 것을 세포실험 및 쥐를 이용한 동물 실험에서 확인 하였습니다. 저희 연구실은 이 혈류 하류에 분극화된 미세구조의 형성과 그에 따른 국지적 칼슘이온의 세포 내 유입되는 현상이 혈관내피세포의 예방인자 중 하나로서 층류 하에서 혈관내피세포를 위험인자로부터 보호하는 역할을 한다고 결론 지었습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
본 연구는 UCLA 의과대학 Julia J. Mack 교수님의 지도 하에 진행되었으며, 저는 포닥으로 근무하고 있습니다. 저희 연구실은 혈류 변화에 따른 혈관내피세포 (endothelial cell)의 반응을 주로 연구하고 있습니다. 특히 칼슘 신호 (Calcium signaling)와 세포형질막 (plasma membrane) 내 지질변화가 혈관내피세포의 염증 반응에 미치는 영향 및 동맥혈관질환에 대한 역할 규명에 초점을 두고 연구하고 있습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
저희 연구실에는 형광이미징 (ZEISS LSM900 with Airyscan2 GaAsP-PMT detector 등) 및 라이브셀 이미징을 위한 시스템 (IBIDI bench top CO2 incubator, Heating unit, Definite focus 2) 들이 잘 구축되어 있어, 아름다운 형광이미징 및 Timelapse video 등을 언제든 얻을 수 있습니다. 이번 연구에서도 대부분의 데이터들이 이 시스템을 통해 얻을 수 있었으며, 특히 Supplemental materials를 확인하시면 연구내용을 뒷받침하는 라이브 세포 이미징 타임랩스 비디오들이 올려져 있으니 많은 확인 바랍니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
연구자로서 배움의 길은 정말 끝이 없는 것 같습니다. 항상 배움의 자세를 가지고 자신을 낮추고, 모르는 것이 있다면 솔직하게 모른다고 인정했을 때 더욱 많은 배움을 얻을 수 있는 것 같습니다. 그리고 발전을 위해서는, 집단지성의 힘을 믿어야 한다고 생각합니다. 불가능할 것이라고 생각 했던 것들이 집단지성을 통해 실현되는 경우를 많이 보았습니다. 혼자만의 틀에 박혀 사고하는 것에서 벗어나, 다른 사람들과 함께 생각하고 토론하는 기회를 많이 가져야 한다고 생각합니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
본 연구의 후속연구로 ‘미세구조의 추가적인 역할’과 ‘혈관질환을 일으키는 위험인자들이 이 미세구조를 어떻게 변화 시키는지’ 연구해 보고자 합니다. 운동은 혈류변화를 유도한다고 알려져 있으며, 특히 층류 (Laminar flow)를 증가시키고 와류 (Disturbed flow)를 감소시켜서 혈관벽의 전단응력 (Wall shear stress)을 증가시킨다고 알려져 있습니다. 운동과 같이 혈관건강을 개선시키는 요인들이 이 미세구조 형성과 어떠한 연관이 있는지 연구해 보고자 합니다. 또한, 본 연구에서 혈관내피세포의 세포막의 지질 분포 및 구성이 저희가 발견한 미세구조의 형성과 TRPV4 칼슘 채널형성에 중요한 요인으로 작용한다는 것을 발견 하였습니다. 이를 토대로 혈관내피세포의 지질 연구를 위해 UCLA의 Tontonoz 랩과 공동연구를 진행 중이며, 이 프로젝트에서는 혈관내피세포의 불포화지방산 (Polyunsaturated fatty acid, PUFA)의 포스파티딜콜린 (Phosphatidylcholine)으로의 통합에 기여하는 LPCAT3 (Lysophosphatidylcholine acyltransferase 3) 단백질이 혈관내피세포의 염증반응에 어떠한 역할을 하는지 연구하고 있습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
연구과정에서 어려움이 있을 때 언제나 큰 도움을 주시고 인생선배로서 항상 삶에 많은 배울점을 주시는 Post-doc 멘토 Julia Mack 교수님께 감사의 말씀을 드리고 싶습니다. 그리고 항상 도움을 주는 Tontonoz Lab의 John P. Kennelly (JP)에게도 감사함을 전하고 싶습니다. 운동생리학의 길을 열어주신 서울대학교의 전태원 교수님, 그리고 Cell biology의 기틀을 마련해주시고 연구의 기쁨을 알려주신 Baylor 대학 (전 템플대학교)의 박준영 교수님께도 항상 감사의 마음을 가지고 있습니다. 마지막으로 사랑하는 우리 부모님, 아내 수진이, 그리고 새 가족이 된 우리 아들 홍민우군에게 고맙다는 말 전하고 싶습니다.
#Endothelial cell
# Shear stress
# Vascular disease
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