본 연구실은 대구경북과학기술원 뇌인지과학 전공 소속으로 대사 질환 (Metabolic disease) 및 퇴행성 뇌질환(Neurodegenerative disease)의 예방 및 치료를 위하여 호르몬, 영양 신호에 의한 신경세포의 대사와 에너지 항상성 조절에 관한 기전을 규명하는데 연구 목표를 두고 있다.

특히 시상하부에서 식욕과 에너지 항상성 조절에 관련하는 신경펩티드 (Neuropeptide)들의 변화와 이들의 역할 및 조절 기전을 중심으로 연구하고 있다. 뿐만 아니라, 지방조직, 췌장, 위장에서 보내는 신호 (peripheral signals)인 렙틴 (Leptin), 인슐린 (Insulin), 그렐린 (Ghrelin) 등의 호르몬과 시상하부 신경세포와의 상호작용을 통한 식욕조절에서 신경펩티드 발현 조절에 관련한 새로운 조절인자와 조절기전을 밝히고, 이 호르몬들과 비슷한 효과를 가지는 새로운 조절물질이 시상하부 내에서 어떻게 에너지 대사를 조절하는지 탐색하고 있다.

더불어, 본 연구실 주도로 21세기 최대 의료산업으로 주목 받고 있는 대사체학을 연구하는 국내 최초, 최대 규모의 뇌대사체학 연구센터 (Neurometabolomics Research Center, NRC)를 유치하여 Agilent Technologies의 세계 최고의 분석 장비 및 기술력, 국내외 대학병원과 첨단의료복합사업 등 의료 인프라를 결집해 미국, 싱가포르, 호주, 한국 간의 대사체 연구를 담당하는 인력을 양성하고 질병 조기진단 융복합 기술을 개발하고자 한다.

1. 식욕과 에너지 대사조절에서 Hypothalamic AMPK의 역할 및 기전

AMPK는 serine/threonine kinase로서 AMP/ATP 비율의 증가로 활성화 되며, 당이나 지방 대사를 조절함으로써 생체 내 에너지 대사를 조절한다. 저산소증이나 당 부족, 약물 등에 의한 대사 스트레스로 세포 내 에너지가 감소 할 경우, AMPK가 인산화 되고 하위 인자들을 인산화시킴으로써 생체 내의 대사회로를 조절하는 기전이 밝혀져 있다.

최근 여러 연구에서 에너지 대사 조절에 중추적인 역할을 담당하는 AMPK와 비만, 제 2형당뇨, 심혈관계, 암과 같은 대사성 질환과의 연관성에 대해 역할과 기전에 대한 보고가 계속되고 있는데, 본 연구실에서는 지방세포와 췌장에서 각각 분비되는 렙틴과 인슐린 호르몬을 감지하여 에너지 항상성을 유지하는데 중추역할을 하는 뇌의 시상하부 신경세포에서 AMPK 활성화에 따른 식욕 조절에 관련된 신경펩티드 조절 기전을 규명함으로써 새로운 생리적 중요성을 밝히고자 한다. 또한, 본 연구실에서는 신경세포에서의 AMPK 활성화가 지방산 산화 외에 자가포식작용(Autophagy)을 조절을 하는 사실을 확인하고 이에 관한 조절연구를 진행하고 있다. 뿐만 아니라, AMPK의 활성을 조절하는 다양한 약물을 발굴하는데 주력하고 있다. 천연 추출물이나 미토콘드리아 단백질의 수용체 분자를 사용해 신경세포 내에서 AMPK를 인산화 시키고 이후 변화를 통해 대사조절에 어떠한 영향을 주는지에 대하여 중점적으로 연구하고 있다 .

2. 뇌대사체학 연구

인간 게놈 프로젝트 종료 후, 거대 유전체 데이터와 표현형과의 연계성을 효과적으로 설명하기 위해 유전체학 (Genomics), 전사체학 (Transcriptomics), 단백체학 (Proteomics) 분석 방법의 필요성이 부각되었다. 최근, 최종단계로 생성되는 물질인 대사체로, 유전자 발현과 단백체 변화의 분석만으로 설명 할 수 없는 생체 내 시스템 변화를 해석하고자 시도 되고 있다. 하지만 유전체와 전사체, 단백체의 경우 분석법의 단일화와 자동화가 가능하지만, 대사체에서는 대사산물들의 성질에 따라 화학적 다양성이 풍부하여 전체를 분석하기 위한 단일화 및 자동화 방법이 적용되기 어렵다. 대사체는 유전학의 Central Dogma에 따라 유전자가 전사와 번역과정을 통해 만든 단백질에 의해 영향을 받기도 하지만, 환경적 요인에 의해서 더 많이 영향을 받는 것으로 알려져 있으므로, 유전적 요인과 환경적 요인의 특성을 모두 포함하고 있는 중요한 생체지표이다.

본 연구실에서는 뇌 안에서 변화하는 대사체와 대사경로를 신경생물학, 의학, 통계학, 시스템 생물학의 융복합 연구를 통해 분석함으로써 대사질환, 뇌 질환을 비롯한 여러 질환을 조기 진단하거나 치료 타켓 발굴에 응용될 수 있는 기술과 데이터베이스를 구축하여 뇌대사체 융복합 분석기술력을 개발하고 있다. 신경세포, 뇌조직, 혈액 및 소변 등의 생체 시료로부터 추출된 대사체군을 다양한 질량분석기기 (UPLC, UPLC-QTOF-MS/MS, UPLC-QQQ-MS/MS, GC-QQQ-MS/MS) 을 이용하여 정밀한 데이터의 프로파일링과 분석을 통하여 통계적으로 변화된 대사체를 선별하여 대사이상과 관련된 여러 질환들의 병인기전 및 질환 마커 발굴 등 기초 및 임상 연구로의 활용이 가능하다.

2008년 이후 대표논문

• KM Chung, H Park, S Jung, S Ha, SJ Yoo, H Woo, HJ Lee, SW Kim, EK Kim, C Moon, SW Yu (2015)
  Calpain determines the propensity of adult hippocampal neural stem cells to autophagic cell death following insulin withdrawal.
  Stem cells, 33(10):3052-3064
  

  
  

• S Park, CS Krishna, EK Kim (2015)
  A metabolomic approach to understanding the metabolic link between obesity and diabetes.
  Mol. Cells, 38(7):587-596
  

  
  

• SY Kim, SJ Yoo, GV Ronnett, EK Kim, C Moon (2015)
  Odorant stimulation promotes survival of rodent olfactory receptor neurons via pi3k/akt activation and bcl-2 expression.
  Mol. Cells, 38(6):535-539
  

  
  

• S Ha, HY Ryu, KM Chung, SH Baek, EK Kim, SW Yu (2015)
  Regulation of autophagic cell death by glycogen synthase kinase-3beta in adult hippocampal neural stem cells following insulin withdrawal.
  Mol Brain, 8(30)
  

  
  

• SY Kim, A Mammen, SJ Yoo, B Cho, EK Kim, JI Park, C Moon, GV Ronnett (2015)
  Phosphoinositide and erk signaling pathways mediate activity-driven rodent olfactory sensory neuronal survival and stress mitigation.
  J Neurochem, 134(3):486-498
  

  
  

• M Jung, J Lee, HY Seo, JS Lim, EK Kim (2015)
  Cathepsin inhibition-induced lysosomal dysfunction enhances pancreatic beta-cell apoptosis in high glucose.
  PloS one, 10(1):e0116972
  

  
  

• JW McFadden, S Aja, Q Li, VV Bandaru, EK Kim, NJ Haughey, FP Kuhajda, GV Ronnett (2014)
  Increasing fatty acid oxidation remodels the hypothalamic neurometabolome to mitigate stress and inflammation.
  PLoS One, 9(12):e115642
  

  
  

• HS Jung, Y Lim, EK Kim (2014)
  Therapeutic Phytogenic Compounds for Obesity and Diabetes.
  Int J Mol Sci, 15(11):21505-21537
  

  
  

• Y Lee, EK Kim (2013)
  AMP-activated protein kinase as a key molecular link between metabolism and clockwork.
  Exp Mol Med, 45:e33
  

  
  

• DJ Klionsky et al. (2012)
  Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy.
  Autophagy 8(4):445-544
  

  
  

• J Zhu, S Aja, EK Kim, MJ Park, S Ramamurthy, J Jia, X Hu, P Geng, GV Ronnett (2012)
  Physiological Oxygen Level Is Critical for Modeling Neuronal Metabolism In Vitro.
  J neuroscience res, 90(2):422-434
  

  
  

• D Han, B Yang, LK Olson, A Greenstein, SH Baek, KJ Claycombe, JL Goudreau, SW Yu, EK Kim (2010)
  Activation of autophagy by modulation of AMP-activated protein kinase protects pancreatic beta cells from high glucose.
  Biochemial J, 425(3):541-551
  

  
  

• SH Baek, EK Kim, H Lee, SK Park, KJ Lookingland, JL Goudreau, SW Kim, SW Yu (2009)
  Autophagic cell death in adult neural stem cells.
  Cell Transplantation, 18:209
  

  
  

• SH Baek, EK Kim, JL Goudreau, KJ Lookingland, SW Kim, SW Yu (2009)
  Insulin withdrawal-induced cell death in adult hippocampal neural stem cells as a model of autophagic cell death.
  Autophagy, 5(2):277-279
  

  
  

• SW Yu, SH Baek, RT Brennan, CJ Bradley, SK Park, YS Lee, EJ Jun, KJ Lookingland, EK Kim, H Lee, JL Goudreau, SW Kim (2008)
  Autophagic death of adult hippocampal neural stem cells following insulin withdrawal.
  Stem Cells, 26(10):2602-2610

지도교수 : 김은경 교수

Researcher (MS) : 박정현
Student : 이재면, 오태석, 전윤정, 김설송, 조한채,
                  임윤, 박석재, 김경찬, 조재현

Contact : 053-785-6111 (Phone) | Homepage