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

Oligodendrocyte precursor cell (OPC)는 progenitor cell population임에도 불구하고 일생 동안 central nervous system (CNS)에서 새로운 myelinating oligodendrocyte를 만들어 낼 수 있는 특별한 cell type입니다. 하지만 OPC 분화와 oligodendrocyte 형성 속도는 노화와 함께 급격히 감소하며, 이는 Multiple Sclerosis와 같은 demyelinating 질환과 신경퇴행성 질환에서의 지속적인 myelin 손실에 기여할 수 있습니다. 그러나 노화로 인한 OPC dynamics 변화에 대한 메커니즘은 여전히 잘 이해되지 않고 있는데 그 이유 중의 하나는 CNS의 다른 cell type에 비하여 OPC 비중이 적기 때문에 (뇌 세포 중 2-5%) 전체 뇌 샘플에서 수행된 RNA-seq에서는 complex transcriptional change를 보기 위한 OPC 수가 충분히 반영되기가 어렵기 때문입니다. 따라서 저는 CRISPR-Cas9 유전자 편집을 사용하여 membrane-anchored EGFP가 endogenous Matn4 promoter 제어 하에 발현되는 새로운 OPC fluorescence reporter 마우스 라인 (Matn4-mEGFP)을 만들었습니다. Matn4-mEGFP 마우스 라인을 사용하여 형광 활성화 세포 분류 (FACS)를 통해 다양한 연령 (P30, P180, P360, P720)의 마우스 cortex에서 OPC를 선택적으로 분류한 다음 single-cell RNA-seq을 수행하여 마우스 수명 주기 전반에 걸친 OPC developmental state와 dynamics를 보았습니다.
결과적으로 우리는 마우스 cortex의 OPC가 주로 네 가지 transcriptionally distinct state로 구별되는 상태로 존재한다는 것을 발견했으며, 알려진 regulatory genes의 발현을 기반으로 이를 1) Quiescent, 2) Cycling, 3) Transitioning, 4) Differentiating 상태로 명명했습니다. 또한 dynamic cell state (Cycling, Transitioning, Differentiating)에 있는 OPC의 비율은 나이가 들면서 급격히 감소하는 것을 확인하였습니다. 노화와 관련하여 upstream signaling pathway가 어떻게 변화하는지 보기 위하여 우리는 Ingenuity Pathway Analysis (IPA)를 사용하여 immune 및 cell death pathway가 노화된 마우스의 OPC에서 향상될 것으로 예측되는 반면, cell growth pathway는 감소할 것으로 예측되는 것을 확인하였습니다. 이 외에 흥미롭게도 HIF-1α 및 Wnt/β-Catenin pathway가 노화된 OPC에서 활성화될 것으로 예측되었습니다. 이러한 분석 결과를 validate하기 위하여 노화된 쥐로부터 배양된 primary OPC에서 HIF-1α 와 Wnt/β-Catenin pathway를 각각 약리학적으로 억제하였고 이를 통해 OPC가 oligodendrocyte로 분화하는 능력이 향상되었음을 확인하였습니다. 이는 뇌가 노화됨에 따라 HIF-1α와 Wnt/β-Catenin pathway가 활성화 되고 이를 통해 OPC 분화와 새로운 myelinating oligodendrocyte 생성이 제한할 수 있음을 시사합니다.

이번 연구를 통하여 생성된 마우스 OPC single-cell 데이터셋 (https://tinyurl.com/aging-opcs)을 통해 OPC가 분화하고 세포 분열하는 state transition 과정에서의 주요 transcriptional 변화를 보고 노화와 관련하여 이러한 cell dynamics가 어떻게 변화하는 지를 볼 수 있도록 하여 glial biology 분야에 기여를 하였습니다. 또한 새로운 OPC reporter 마우스(Matn4-mEGFP)를 생성함으로서 앞으로 OPC를 in vivo visualization하고 선택적으로 분류하여 myelin 형성에 대한 OPC 분화 연구 뿐만 아니라 injury와 disease에서 OPC가 어떠한 다른 기능을 수행하는 지에 대한 연구를 가능하게 하였습니다. 또한 이번 연구를 통하여 앞으로 노화에 있어 OPC의 분화와 myelin 복구 기능을 향상시킬 수 있는 새로운 molecular target을 제공할 수 있었습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

이번 연구는 제가 Johns Hopkins 대학의 Solomon H. Snyder Department of Neuroscience의 Dwight Bergles lab에서 박사 과정 대학원생이었을 때 수행되었습니다. Johns Hopkins Neuroscience Department는 이름만 들으면 굉장히 삭막하고 무서울 것 같지만 그와 정반대로 학과 내 교수님들과 구성원들이 모두 협력적이고 친근하여 같이 협업할 기회도 많고 다양한 연구 분야를 배우기에 굉장히 훌륭한 연구 환경이었습니다. Bergles lab은 astrocyte와 oligodendrocyte lineage cell을 깊고 다양하게 연구하는 데 특화된 연구실이며 Dwight Bergles 교수님은 glia 분야에서의 유명한 대가이심에도 불구하고 학생들을 언제나 따뜻하고 심도 있게 지도해 주시는 교수님이셨습니다. Dwight 교수님은 제가 졸업 후에도 언제나 저를 신경 써 주시며 커리어적으로도 조언을 아낌없이 주셔 교수님께 항상 감사한 마음이 큽니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

저는 학부 연구를 통해 glia 연구를 처음 접하게 되었고 항상 glial biology에 큰 관심을 가져왔습니다. 최근 들어 신경과학 분야 전반적으로 신경 회로 발달과 기능, 그리고 질병에 있어서의 glia의 역할이 점점 더 높이 평가하는 것을 보며 굉장히 기쁘고 glia 연구에 대해 더욱 더 자부심을 가지게 되었습니다. 앞으로도 glia가 어떻게 발달하고 어떻게 뇌 기능을 조절하는지 계속 연구하고, 학계 발표를 통하여 glia가 얼마나 멋지고 중요한 cell type인지 알리는 일에 더욱 더 힘쓰도록 하려 합니다.

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

최근 들어 많은 미국 대학원 프로그램이 학부 연구 경험을 더 큰 비중을 두어 입시에 반영하고 있습니다. 따라서 미국 박사 유학에 큰 관심이 있으시다면 학부생때부터 깊은 연구 경험을 쌓는 것을 추천드리고 싶습니다.
미국에서의 포닥 지원에 있어서는 박사 과정 중 활발한 국외 학회 참석을 통해 관심있는 랩의 교수님과 네트워킹이 개인적으로 중요하다고 생각합니다. 혹시라도 glial biology 분야에서 관심있는 랩이나 특정 연구 분야가 있으시다면 언제든 이메일을 주시면 추천해드리겠습니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

현재 저는 Oregon Health & Science University의 Kelly Monk lab과 Marc Freeman lab에서 joint 포닥으로써 glial cell 발달에 관한 연구를 수행하고 있습니다. 대학원생일 당시 여러 transcriptomics 연구를 통하여 glia 발달과 기능을 조절하는 다양한 molecular pathway를 찾았지만 마우스 모델에서는 빠른 in vivo validation이 어렵다는 한계를 경험한 후 포닥 연구로는 빠르고 효율적으로 in vivo genetic screen을 진행하고 쉽게 in vivo imaging을 수행할 수 있는 초파리와 제브라피쉬 모델을 함께 사용하고 있습니다.
앞으로는 초파리에서 발견한 genetic pathway를 제브라피쉬와 마우스 모델을 사용하여 “how do glia develop and regulate nervous system function?”이라는 중요한 질문을 답해나가는 실험실을 운영하고 싶은 바램이 있습니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

혹시라도 이번 한빛사 인터뷰를 읽으면서 어색한 점을 많이 느끼셨다면 그건 제 한국어가 많이 서툴러 파파고를 이리 저리 돌려가며 열심히 작성해 보았기 때문입니다. 하지만 이번 기회를 통하여 한국 학계에 계신 분들께도 제 연구를 소개드릴 수 있어 굉장히 유익하고 뜻 깊은 경험이었습니다. 앞으로 한국에서도 좀 더 활발히 연구 발표를 하고 학계 참여를 할 수 있는 기회가 있도록 정진하겠습니다. :)