(1) 세포 리프로그래밍을 통한 안전한 유도만능줄기세포 기술 개발(환자 유도만능줄기세포 이용한 질환 연구)

  ● 포유류에서의 체세포 역분화는 1997년 최초의 체세포 복제양 '돌리‘의 탄생에 의해 입증되었다.
  ● 또 다른 방법은, 체세포가 배아줄기세포와 융합되어 하나의 세포가 되면, 체세포의 핵은 역분화를 거쳐 만능성을 획득하여 배아줄기세포의 특징을 획득 하게된다. 세포융합에 의한 역분화는 24-48시간내에 일어나는 매우 빠르고 효율적인 역분화 방법으로 역분화에 필요한 인자 및 기전 연구에 사용되고 왔다.
  ● 2006년에는 일본 야마나카 교수팀이 배아줄기세포의 도움이 없이 네 가지의 전사인자(핵내 존재하는 인자), Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc 만으로 분화 된 체세포를 배아줄기세포와 동일한 형태와 능력을 지닌 역분화 만능줄기세포(induced pluripotent stem cells)를 수립하였다 (Takahashi and Yamanaka, 2006). 배아를 사용하지 않는 유도만능줄기세포는 윤리적 문제 없이 생산이 가능한 만능줄기세포로 다양한 분야에 사용될 수 있다.
  ● 초기에는 유도만능줄기세포 생산을 위해 세포에 외래 유전자가 삽입되는 렌티바이러스 또는 레트로 바이러스를 사용하였으마, 현재는 외래 유전자가 삽입되지 않는 다양한 방법이 개발되어 임상 적용이 가능한 안전한 유도만능줄기세포 생산이 가능하다. 본 실험실에서도 다양한 방법을 이용한 외래유전자 삽입없는 유도만능줄기세포 생산기술을 확보하고 있다.
  ▷ 나노튜브(nanotube)와 단백질(Oct4, Sox2, c-Myc, Klf4, Nanog)을 이용한 리프로그래밍
  ▷ 플라스미드를 이용한 리프로그래밍 유전자 transfection을 통한 리프로그래밍
  ▷ 센다이바이러스를 이용한 외래유전자 삽입없는 유도만능줄기세포 생산 리프로그래밍 기법
  ● 프래더윌리증후군, 레트증후군 등의 뇌질환 환자의 세포를 이용한 환자 유도만능줄기세포를 수립하여, 뇌질환 연구를 하고 있다.

(2) 뇌오가노이드(Brain Organoid)

  ● 1907년 개구리 초기 배아에서 뉴론을 배양한 것을 시작으로, 이후 성체 뇌로부터 신경줄기세포를 배양할 수 있음을 밝혀지고, neurosphere형태로 신경줄기세포를 유지하는 기술이 개발되었다. 하지만, 최근에는 3차원 뇌조직을 모사하는, 조직형태의 배양 시스템인 뇌오가노이드 연구가 활발히 진행되고 있다. 줄기세포발생학 연구실에서는 인간 유도만능줄기세포를 이용하여 인간 뇌오가노이드 만들고, 이를 이용한 뇌질환 연구를 수행 하고 있다.
  ● 전뇌, 중뇌, 후퇴 및 시각 조직을 포함하는 whole-brain organoid 배양이 가능하며, 연구 목적에 따라 전체 또는 일부 뇌조직 배양이 가능하다.
  ● 염광염색으로 확인한 결과 안쪽은 신경줄기세포(Sox2+), 바깥쪽은 분화된 신경세포층을 형성하고 있는 오가노이드가 형성된다. 이를 기초로 하여, 다양한 뇌질환 환자 뇌오가노이드를 이용한 3차원 구조에서의 질환을 연구하고 있다.

 (3) 합성 배아 (Synthetic embryo) 및 자궁내막 오가노이드

  ● 포유류 발생학 연구에 있어, 난자와 정자 및 수정란 연구는 매우 기본적인 연구다. 하지만, 난자, 정자, 수정란 연구는 인간에 있어 생명윤리법에 엄격히 적용 받는 분야로 인간에서의 연구가 매우 제한적이다.
  ● 만약, 인공적으로 수정란을 생산할 수 있다면, 윤리적 제한이 없이 배아발달 연구가 가능하다.
  ● 최근 합성배아(Synthetic embryo, 또는 Embryoid) 기술이 개발되어, 인간에서의 배아발달 연구 적용이 머지 않아 가능할 것으로 예측된다.
  ● 줄기세포발생학 연구실에서는 착상전 단계의 배아인 배반포(blastocyst)를 합성하기위해, 배반포를 구성하는 3가지 세포층인 epiblast, primitive endoderm, trophectoderm에서 유래된 줄기세포 ES cells, XEN cells, trophoblast stem cells을 수립하고 이를 이용한 합성 배반포(Blastoid)와 착상후 배아인 ETX embryo 연구를 하고 있다. 아직 생쥐를 이용한 연구이지만, 인간 줄기세포를 이용한 연구도 곧 수행할 예정이다.

(4) 배양육 (Ceultured meat)

  ● 배양육은 가축을 사양하거나 도축하지 않고, 실험실에서 근육줄기세포를 배양하여 만든 고기이다. 따라서, 배양육은 기존 육류 생산대비 온실 가스 배출량 80% 감소, 토지 사용량 99% 절감, 담수 사용량 96% 점감이 가능한 친환경 생명공학 기술이다. 2040년에는 배양육이 세계 육류소비량의 35%를 차지할 것으로 예측된다.
  ● 배양육를 생산하기위해서는 다양한 줄기세포와 3차원 구조를 형성하기위한 지지체 및 3차원 배양 기술이 필요하다.
  ● 줄기세포발생학 연구실에서는 소, 돼지, 닭에서의 근육줄기세포, 지방줄기세포, 결체조직을 수립하였으며, 소, 돼지, 닭에서 만능줄기세포(ES cells, iPS cells, extended potential stem cells)를 수립하여 근육세포 및 지방세포로의 분화 연구를 진행중이다.
  ● 최근, 배양육 벤처회사인 넥스트푸드테크(NEXT Food Tech)를 설립하여, 배양육의 산업화를 위해 연구를 진행중이다.

 (5) 미토콘드리아와 질환과의 연관성 연구

  ● 미토콘드리아는 자체의 유전물질을 가지고 있으며, 세포의 생존에 관계되는 대사에 중요한 역할을 하는 세포내 소기관이며, 미토콘드리아 기능의  감소는 세포의 노화, 암, 신경계 질환, 근육 기능 약화, 간 기능 약화 등 다양한 조직 세포에 영향을 미치고 있는 것으로 알려져 있다.
  ● 미토콘드리아는 fusion과 fission을 반복하면서 세포 내에서 미토콘드리아의 형태 변화를 일으킴으로써, 세포 타입에 따라 미토콘드리아의 변형을  통한 각 세포의 대사 변화에 영향을 주며, 미토콘드리아는 세포의 분화 과정과 매우 밀접한 관계가 있음을 나타내고 있다.
  ● 또한 퇴행성 신경질환인 알츠하이머, 파킨슨, 헌팅턴 질환의 경우 모두 미토콘드리아의 이상이 관찰되고 있으며, 미토콘드리아 형태 변화에 관련  된 유전자 Drp1, Mfn2, Opa1등의 유전자 발현이 세포의 노화, 암, 신경질환 관련 단백질과의 연관관계가 있는 것으로 보고되고 있다.
  ● 본 실험실에서는 다양한 줄기세포에서의 미토콘드리아 형태 및 미토콘드리아 대사에 대한 기초 연구 및 퇴행성 신경질환에서의 미토콘드리아  연관성 연구를 통해 신경질환 환자에서의 미토콘드리아의 변화 관련 유전자의 질환과의 연관성에 대한 연구를 하고 있다.

 (6) 줄기세포의 후성유전 (Epigenetics in stem cells)

  ● 후성유전이란, 유전자의 DNA의 변화 없이 유전자의 발현을 조절하며, 세포가 분열하면서도 딸세포에도 전이가 되는 현상을 말한다. DNA 메틸화,  히스톤 메틸화 및 아세틸화, X chromosome의 활성화, 각인 유전자의 변화 등이 이에 속한다. 후성유전을 이해하는 것이 유전자 발현을 이해하는 가장 근본적인 기전 연구의 방향이 된다. 따라서, 줄기세포 및 세포역분화 과정을 이해함으로써 생명 현상에 관한 기초 정보를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 이러한 기초 정보를 통해 줄기세포가 사람을 치료하기위한 재료로써 안전하다는 것을 증명할 수 있을 것이다.
  ● 본 연구실에서는 세포 역분화 과정에서의 DNA 메틸화, 각인 유전자 변화, X 염색체 불활성화 연구를 수행하고 있다.

최근 3년, 2020~2022

 - 2022
Kim SM, Kwon EJ, Kim YJ, Go YH, Oh JY, Park S, Do JT, Kim KT, Cha HJ.Dichotomous role of Shp2 for na?ve and primed pluripotency maintenance in embryonic stem cells. Stem Cell Res Ther. 2022 Jul 18;13(1):329. doi: 10.1186/s13287-022-02976-z.

La H, Yoo H, Park YB, Thang NX, Park C, Yoo S, Lee H, Choi Y, Song H, Do JT, Hong K. Role of Transcriptional and Epigenetic Regulation in Lymphatic Endothelial Cell Development. Cells. 2022 May 19;11(10):1692. doi: 10.3390/cells11101692.

Choi EH, Yoon S, Koh YE, Hong TK, Do JT, Lee BK, Hahn Y, Kim KP. (2022.03.03.). Meiosis-specific cohesin complexes display essential and distinct roles in mitotic embryonic stem cell chromosomes. Genome Biology. 23(1):70. doi: 10.1186/s13059-022-02632-y.

Hong YJ, Lee SB, Choi J, Yoon SH, Do JT. (2022.02.28.). A Simple Method for Generating Cerebral Organoids from Human Pluripotent Stem Cells. International Journal of Stem Cells. 15(1):95-103. doi: 10.15283/ijsc21195

 - 2021

Kang M, Ahn B, Youk S, Cho HS, Choi M, Hong K, Do JT, Song H, Jiang H, Kennedy LJ, Park C. (2021. 07. 13) High Allelic Diversity of Dog Leukocyte Antigen Class II in East Asian Dogs: Identification of New Alleles and Haplotypes. Journal of Mammalian Evolutionthis. 28(2):773-784. doi: 10.1007/s10914-021-09560-x.

Lee J, Park H, Moon S, Do JT, Hong K, Choi Y. (2021. 8. 30). Expression and Regulation of CD73 during the Estrous Cycle in Mouse Uterus. International Journal of Molecular Science. 22(17):9403. doi: 10.3390/ijms22179403.

Sang Hoon Yoon, Mi Rae Bae, Hyeonwoo La, Hyuk Song, Kwonho Hong and Jeong Tae Do. (2021. 8. 3). Efficient generation of neural stem cells from embryonic stem cells using a three-dimensional differentiation system. International Journal of Molecular Science. 22(15):8322. doi.org/10.3390/ijms22158322.

Hong TK, Song JH, Lee SB, Do JT. (2021. 7. 26). Germ cell derivation from pluripotent stem cells for understanding in vitro gametogenesis. Cells. 10(8):1889. doi.org/10.3390/cells10081889.

Kim J, Baek S, Hong YJ, de Paula MN, Jahan Prima M, Oh YM, Cha SS, Do JT, Jang YJ, Choe H. (2021. 5. 31). DJ-1 Can Replace FGF-2 for Long-Term Culture of Human Pluripotent Stem Cells in Defined Media and Feeder-Free Condition. International Journal of Molecular Science. 22(11):5954. doi: 10.3390/ijms22115954.

Hong TK, Shin DM, Choi J, Do JT*, Han SG*. (2021. 5. 1) Current issues and technical advances in cultured meat production: a review. Food Science of Animal Resource. 41(3):355-372. doi: 10.5851/kosfa.2021.e14. *co-corresponding authors.

Park HJ, Lee WY, Do JT, Park C, Song H. (2021. 5. 1.). Evaluation of testicular toxicity upon fetal exposure to bisphenol A using an organ culture method. Chemosphere. 270:129445. doi: 10.1016/j.chemosphere.2020.129445.

Han MJ, Lee WJ, Choi J, Hong YJ, Uhm SJ, Choi Y, Do JT. (2021. 2. 1). Inhibition of neural stem cell aging through the transient induction of reprogramming factors. Journal of Comparative Neurology. 529(3):595-604. doi: 10.1002/cne.24967.

 - 2020
Won Ji Lee, Jeong Eon Lee, Yean Ju Hong, Sang Hoon Yoon, Hyuk Song, Chankyu Park, Kwonho Hong, Youngsok, Choi, Jeong Tae, Do. (2020. 12. 1). Generation of brain organoids from mouse ESCs via teratoma formation. Stem Cell Research. 49:102100. doi:10.1016/j.scr.2020.102100

Ryu MJ, Seo BJ, Choi YJ, Han MJ, Choi Y, Chung MK, Do JT. (2020. 11. 1). Mitochondrial and Metabolic Dynamics of Endometrial Stromal Cells During the Endometrial Cycle. Stem Cells and Development 29(21):1407-1415. doi: 10.1089/scd.2020.0130.

Gurunathan S, Qasim M, Choi Y, Do JT, Park C, Hong K, Kim JH, Song H. (2020. 8. 21). Antiviral Potential of Nanoparticles-Can Nanoparticles Fight Against Coronaviruses? Nanomaterials. 10(9):1645. doi: 10.3390/nano10091645.

Seo BJ, Choi J, La H, Babib O, Choi Y, Hong K, Do JT. (2020. 9. 1). Role of mitochondrial fission-related genes in mitochondrial morphology and energy metabolism in mouse embryonic stem cells. Redox Biology. 36:101599. doi: 10.1016/j.redox.2020.101599

Park HJ, Zhang M, Lee WY, Hong KH, Do JT, Park C, Song H. (2020. 5. 15). Toxic Effects of Nonylphenol on Neonatal Testicular Development in Mouse Organ Culture. International Journal of Molecular Science. 21(10):E3491. doi: 10.3390/ijms21103491.

Yoon SH, Choi J, Lee WJ, Do JT. (2020. 3. 31). Genetic and Epigenetic Etiology Underlying Autism Spectrum Disorder. Journal of Clininical Medicine. 9(4):966. doi: 10.3390/jcm9040966.

Choi J, Seo BJ, La H, Yoon SH, Hong YJ, Lee JH, Chung HM, Hong K, Do JT. (2020. 2. 1). Comparative analysis of the mitochondrial morphology, energy metabolism, and gene expression signatures in three types of blastocyst-derived stem cells. Redox Biology. 30:101437. doi: 10.1016/j.redox.2020.101437.

Lee JE, Seo BJ, Han MJ, Hong YJ, Hong K, Song H, Lee JW, Do JT. (2020. 1. 28). Changes in the expression of mitochondrial morphology-related genes during the differentiation of murine embryonic stem cells. Stem Cells International. Volume 2020. Article ID: 9369268. doi: 10.1155/2020/9369268.

Gurunathan S, Jeyaraj M, La H, Yoo H, Choi Y, Do JT, Park C, Kim JH, Hong K. (2020. 1. 9). Anisotropic Platinum Nanoparticle-Induced Cytotoxicity, Apoptosis, Inflammatory Response, and Transcriptomic and Molecular Pathways in Human Acute Monocytic Leukemia Cells. International Journal of Molecular Science. 21(2): pii: E440. doi: 10.3390/ijms21020440.

Yoo H, Lee YJ, Park C, Son D, Choi DY, Park JH, Choi HJ, La HW, Choi YJ, Moon EH, Saur D, Chung HM, Song H, Do JT, Jang H, Lee DR, Park C, Lee OH, Cho SG, Hong SH, Kong G, Kim JH, Choi Y, Hong K. (2020. 1. 6). Epigenetic priming by Dot1l in lymphatic endothelial progenitors ensures normal lymphatic development and function. Cell Death & Disease. 11(1):14. doi: 10.1038/s41419-019-2201-1.

지도교수: 도정태 교수

 (2022년 현재)
 Student & Researcher : 박진룡(박사), 김가연, 최규태, 오승연, 이윤주, 나승빈, 이소빈, 송재훈, 홍태경, 윤상훈

 Contact : dojt@konkuk.ac.kr , Lab: +82-2-450-3673 

 Homepage: http://www.stemism.com/index.php