콜라겐은 조직공학 및 재생의학에서 널리 사용되는 생체재료이나, 동물유래 콜라겐의 안전성 우려로 합성 인간 콜라겐 개발이 요구된... 콜라겐은 조직공학 및 재생의학에서 널리 사용되는 생체재료이나, 동물유래 콜라겐의 안전성 우려로 합성 인간 콜라겐 개발이 요구된다. 본 연구는 머신러닝(ESM-2)과 바이오파운드리 기반 균주개발을 결합하여, 산업균주 Corynebacterium glutamicum에서 인간 제I형 콜라겐(hCOL1) 단편을 생산하는 합성생물학 전략을 제시한다. Context-dependent 합성 신호서열(SP)을 설계·평가하여 3차 균주개량 후 24.3±3 mg/L의 분비 생산성을 달성했으며, 이는 천연 SP 대비 4.9배 향상된 수치다. 이후 5-L 발효조에서 유가식 배양을 통해 857±75 mg/L까지 생산성을 확장했다. 제작된 콜라겐 기반 생체복합 스캐폴드는 인간 지방유래 줄기세포의 증식과 줄기세포능 마커 발현을 동물유래 콜라겐보다 우수하게 촉진함을 확인했다.

뇌-신경삭 통합 커넥톰에 걸친 분산 제어 회로 유전체(genome)가 분자유전학에 혁명을 일으켰던 것처럼, 커넥톰(뉴런과 시냅스의 ... 뇌-신경삭 통합 커넥톰에 걸친 분산 제어 회로 유전체(genome)가 분자유전학에 혁명을 일으켰던 것처럼, 커넥톰(뉴런과 시냅스의 지도)은 신경과학을 변모시키고 있다. 현재까지 완전한 커넥톰이 밝혀진 생물은 선충, 멍게, 빗해파리(시냅스 10³–10⁴개 규모)뿐이다. 이에 비해 초파리는 훨씬 더 복잡하여(시냅스 연결 약 10⁸개), 학습과 공간 기억을 가능하게 하는 뇌와 척추동물의 척수에 상응하는 정교한 복부 신경삭(ventral nerve cord)을 갖추고 있다. 본 연구에서는 뇌와 복부 신경삭을 통합한, 조밀하게 재구성된 최초의 성체 초파리 커넥톰을 보고하며, 이 자원을 활용하여 신경 제어의 원리를 규명한다. 우리는 효과기 뉴런(운동뉴런, 내분비세포, 그리고 내장을 표적으로 하는 원심성 뉴런)이 주로 동일한 신체 부위의 감각뉴런에 의해 영향을 받아 국소적 피드백 회로(local feedback loop)를 형성함을 보인다. 이러한 국소 회로들은 행동 중심 모듈(behavior-centric module)로 조직된 상행 뉴런과 하행 뉴런을 포함하는 장거리 회로에 의해 서로 연결된다. 단일 상행 및 하행 뉴런은 여러 신체 부위의 수의적 운동을, 그 운동을 뒷받침하는 내분비세포 또는 내장 기관과 함께 조율할 수 있는 위치에 놓여 있는 경우가 많다. 학습과 길찾기(navigation)에 관여하는 뇌 영역들이 이러한 회로들을 감독(supervise)한다. 이 결과들은 공학적 시스템의 분산 제어 구조를 연상시키는, 분산적(distributed)이고 병렬화되어(parallelized) 있으며 신체화된(embodied) 아키텍처를 드러낸다. Distributed control circuits across a brain-and-cord connectome Just as genomes revolutionized molecular genetics, connectomes (maps of neurons and synapses) are transforming neuroscience. To date, the only organisms with complete connectomes are worms, sea squirts, and comb jellies (103–104 synapses). By contrast, the fruit fly is more complex (108 synaptic connections), with a brain that supports learning and spatial memory and an intricate ventral nerve cord analogous to the vertebrate spinal cord. Here we report the first densely-reconstructed adult fly connectome that unites the brain and ventral nerve cord, and we leverage this resource to investigate principles of neural control. We show that effector neurons (motor neurons, endocrine cells, and efferent neurons targeting the viscera) are primarily influenced by sensory neurons in the same body part, forming local feedback loops. These local loops are linked by long-range circuits involving ascending and descending neurons organized into behavior-centric modules. Single ascending and descending neurons are often positioned to influence the voluntary movements of multiple body parts, together with the endocrine cells or visceral organs that support those movements. Brain regions involved in learning and navigation supervise these circuits. These results reveal an architecture that is distributed, parallelized, and embodied, reminiscent of distributed control architectures in engineered systems.

가려움은 통증과 함께 삶의 질에 큰 영향을 미치는 감각이지만, 지금까지 대부분의 연구는 화학적 자극에 의해 유발되는 가려움에 집... 가려움은 통증과 함께 삶의 질에 큰 영향을 미치는 감각이지만, 지금까지 대부분의 연구는 화학적 자극에 의해 유발되는 가려움에 집중되어 있었습니다. 반면 옷깃이 스치거나 머리카락이 움직일 때 발생하는 기계적 가려움은 일상적으로 흔히 경험함에도 불구하고 그 신경학적 기전이 잘 알려져 있지 않았습니다. 본 세미나에서는 최근 Neuron에 발표된 연구를 중심으로, 체모(vellus-like hair)의 움직임을 감지하는 특수 감각신경과 이를 척수의 가려움 회로로 연결하는 신경망을 소개하고자 합니다. 또한 감각신경 회로 연구가 만성 가려움, 냉각 감각, 내장 감각 연구로 어떻게 확장되고 있는지 함께 논의하고자 합니다.

단백질의 기능은 전체 구조보다 활성 부위나 금속 결합 자리와 같이 소수의 핵심 잔기가 모인 '구조 모티프'에 의해 결정되는 경우가 ... 단백질의 기능은 전체 구조보다 활성 부위나 금속 결합 자리와 같이 소수의 핵심 잔기가 모인 '구조 모티프'에 의해 결정되는 경우가 빈번하다. 서열상 멀리 떨어져 있는 구조 모티프는 기존의 서열 검색으로는 탐지가 어려우며, 단백질 전체를 비교하는 방식으로는 이를 놓치기 쉽다. AlphaFold의 등장 이후 수 억 개 규모의 단백질 구조가 축적되었으나, 이 데이터에서 특정 모티프를 탐색하는 일은 여전히 쉽지 않은 과제였다. 본 발표에서 소개할 Folddisco(폴드디스코)는 단백질 전체가 아니라 바로 이 '핵심 부위'를 검색의 출발점으로 삼는 도구다. 폴드디스코는 잔기들의 국소적 기하 패턴을 빠르게 색인하고, 흔한 helix나 sheet보다 드문 기하학적 형태에 주목함으로써 기능적으로 의미 있는 자리를 효과적으로 식별하는 알고리즘을 통해 기존 최고 성능 도구 대비 약 20배 빠른 속도를 구현하였다. 본 세미나에서는 폴드디스코의 작동 원리와 함께, 기능이 규명되지 않은 단백질의 기능 추정, GPCR의 활성/비활성 상태 구분, 단백질 결합 부위 탐색 등 누구나 웹과 오픈 소스로 자유롭게 활용할 수 있는 다양한 사례를 소개하며, 단백질을 전체 구조가 아닌 기능의 핵심 단위에서 바라보는 새로운 관점을 제시하고자 한다.

세포막의 지질 조성, 특히 콜레스테롤은 막 유동성, 약물 투과성 및 다양한 세포 기능을 조절하는 중요한 요소입니다. 본 연구에서는 ... 세포막의 지질 조성, 특히 콜레스테롤은 막 유동성, 약물 투과성 및 다양한 세포 기능을 조절하는 중요한 요소입니다. 본 연구에서는 detergent liposome(DL)을 이용하여 세포막의 콜레스테롤을 선택적으로 제거하고 세포막을 리모델링함으로써 항암제의 세포 내 유입과 치료 반응을 향상시키는 새로운 전략을 제시하였습니다. 또한 DL은 지방간에서 과도하게 축적된 지질을 제거하여 간 조직의 지질 축적을 감소시키는 효과를 확인하였습니다. 본 세미나에서는 DL의 설계 원리와 세포막 콜레스테롤 조절 기전, 항암제 전달 효율 향상 효과 및 다양한 암 모델과 지방간 모델에서 검증된 연구 결과를 소개하고, 리포좀 기반 세포막 리모델링 기술의 새로운 치료 플랫폼으로서의 활용 가능성을 논의하고자 합니다.

미세조류는 지구 산소 생산량의 약 50%를 담당하는 핵심 생물군으로, 자연환경에서 이들의 주변에는 고유한 세균 군집이 형성된다. 이... 미세조류는 지구 산소 생산량의 약 50%를 담당하는 핵심 생물군으로, 자연환경에서 이들의 주변에는 고유한 세균 군집이 형성된다. 이러한 공생 세균은 숙주의 성장과 생리에 중요한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 그러나 유독 저서 와편모조류에서 특정 세균이 숙주 증식에 실제로 기여하는지에 대한 실험적 근거는 여전히 부족하다. 본 연구는 유해 와편모조류 Prorocentrum lima를 모델로, 여러 균주에 걸쳐 안정적으로 유지되는 핵심 마이크로바이옴을 규명하고, 이들이 숙주 성장에 미치는 기능적 역할을 실험적으로 검증하였다. 마이크로바이옴 이식 및 공배양 실험을 통해 핵심 세균이 숙주 성장을 유의미하게 촉진하며, 이 효과가 숙주 특이적임을 확인하였다. 특히 미량금속 제한 환경에서만 성장 촉진이 관찰되었고, 유전체 및 기능적 검증을 통해 해당 세균이 비정형 철 획득 전략을 보유함을 밝혔다. 본 연구는 독소 생산 와편모조류와 공생 세균 간의 생태학적 상호작용에 대한 새로운 실험적 증거를 제공하며, 마이크로바이옴 기반의 유해조류 모니터링 및 관리 전략 수립에 기여할 수 있음을 시사한다.

대형 세포외 소포의 생성을 통한 STING 신호전달의 전신적 전파 Systemic Propagation of STING Signaling Through the Generation o... 대형 세포외 소포의 생성을 통한 STING 신호전달의 전신적 전파 Systemic Propagation of STING Signaling Through the Generation of Large Extracellular Vesicles 종양 세포에서 유래한 대형 세포외 소포(Extracellular Vesicles, EVs)는 종양의 형성과 진행 과정에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 악성 종양 세포가 이러한 EV를 생성하는 이유와 이들이 생체 내에서 어떠한 기능을 수행하는지는 아직 충분히 밝혀지지 않았습니다. 본 연구에서는 잘 확립된 초파리(Drosophila) 암모델을 활용하여, 악성 세포에 의한 대형 EV 생성 과정이 진화적으로 보존된 현상임을 확인하였습니다. 또한 세포질 DNA에 대한 선천면역 반응의 핵심 매개체인 cyclic GMP-AMP synthase (cGAS)-stimulator of interferon genes (STING) 경로가 대형 EV 생성을 촉진하고, 종양에 대한 전신적 면역반응을 유도하는 데 필수적인 역할을 한다는 사실을 밝혔습니다. 아울러 STING은 TANK-binding kinase 1 (TBK1) 및 inhibitor of nuclear factor κB kinase β (IKKβ)와는 독립적으로 작용하면서, JNK와 FAK로 구성된 신호전달 축(signaling axis)을 활성화하여 초파리와 인간의 악성 세포 모두에서 대형 EV 생성을 유도하는 것으로 나타났습니다. 특히 초파리 종양에서 분리한 대형 EV를 정상(wild-type) 유충에 이식한 결과, 대식세포(macrophage)에서 STING 신호전달이 활성화되었으며, 이를 통해 종양 개체에서 관찰되는 전신적 면역반응이 재현됨을 확인하였습니다. 종합적으로 본 연구는 악성 세포 유래 대형 EV를 연구할 수 있는 새로운 동물 모델을 제시하며, STING 신호전달이 대형 EV 생성을 매개로 종양 세포에서 면역계로 전달되어 전신적인 항종양 면역반응을 유도하는 기전에 대한 이해를 높여줍니다.

일주기 리듬(Circadian rhythm)이란 생명체의 다양한 생리적 기능을 24시간 주기로 조절하는 내재적 시스템으로, 이러한 리듬의 교란... 일주기 리듬(Circadian rhythm)이란 생명체의 다양한 생리적 기능을 24시간 주기로 조절하는 내재적 시스템으로, 이러한 리듬의 교란은 면역 조절 이상 및 신경염증을 유발합니다. 최근 뇌혈관장벽(Blood-Brain Barrier)의 투과성 역시 일주기 리듬의 조절을 받는다는 것이 보고되었으나 그 구체적인 조절 기전은 아직 불분명합니다. 이에 본 연구는 성상교세포(astrocyte)의 핵심 일주기리듬 조절 인자인 BMAL1이 전신 염증으로부터 뇌혈관장벽을 어떻게 보호하는지 그 역할을 규명하고자 하였습니다. 환경적으로 일주기리듬이 교란되거나, 유전적으로 성상교세포의 일주기리듬이 교란된 마우스는 전신 염증에 의한 뇌혈관장벽 파괴가 더욱 악화되는 것을 확인하였습니다. Bmal1이 결핍된 성상교세포는 CXCL5를 과도하게 분비하여 뇌 실질 내 호중구 유입을 촉진하고, 이는 BBB 손상 및 신경세포의 흥분성 시냅스 기능 저하까지 초래했습니다. 결론적으로 본 연구는 성상교세포의 Bmal1이 염증 환경에서 뇌혈관장벽과 뇌 신경 시냅스를 보호하는 역할을 한다는 것을 제시합니다.

천식은 만성 기도 염증과 기도 재형성이 주요 특징으로 알려져 있지만, 폐혈관 변화에 대해서는 아직 충분히 밝혀지지 않았습니다. 본... 천식은 만성 기도 염증과 기도 재형성이 주요 특징으로 알려져 있지만, 폐혈관 변화에 대해서는 아직 충분히 밝혀지지 않았습니다. 본 연구에서는 흡기·호기 CT를 이용하여 천식 중증도에 따른 폐혈관 변화를 정량적으로 평가하고, 임상 지표 및 폐 기능과의 연관성을 분석하였습니다. 분석 결과, 천식이 중증일수록 호기 시 폐혈관 압축성(TBVcomp)은 감소하고 폐혈관 잔류(TBVEX)는 증가하는 경향을 보였습니다. 또한 폐혈관 잔류 증가는 폐기능 저하와 누적 전신 스테로이드 사용량 증가와 관련되었으며, 폐혈관 압축성 감소는 혈중 호산구 증가와 독립적으로 연관되었습니다. 이러한 연관성은 연령, 성별, 키, 체중, 흡연력 등의 교란요인을 보정한 이후에도 유지되었으며, 공기갇힘(Air trapping)과 폐 변형 정도(Jacobian)를 추가로 고려한 후에도 일관되게 관찰되었습니다. 이는 단순한 폐의 기계적 변화만으로 설명되지 않는 고유한 천식의 폐혈관 이상을 시사합니다. 본 연구는 중증 천식에서 폐혈관 적응 능력 저하를 영상학적으로 확인하였으며, 호기 CT 기반 폐혈관 지표가 천식 중증도 평가와 환자 표현형 분류를 위한 새로운 영상 바이오마커가 될 가능성을 제시합니다.

유전자 발현은 세포의 분화, 발달 및 상태 변화를 위해 정교하게 유지되는 과정으로, 다양한 전사인자와 크로마틴 조절 단백질의 DNA ... 유전자 발현은 세포의 분화, 발달 및 상태 변화를 위해 정교하게 유지되는 과정으로, 다양한 전사인자와 크로마틴 조절 단백질의 DNA 결합으로 조절됩니다. 하지만 기존 기술로는 단일세포 수준에서 이러한 DNA-전사인자 상호작용과 같은 약하거나 일시적인 결합을 정확히 측정하기 어려웠습니다. 저희 연구진이 개발한 Docking and Deamination followed by sequencing (D&D-seq)은 항체-나노바디 타게팅을 통해 표적 단백질 주변 DNA에 DddA deaminase를 위치시키는 방법으로, C->U 탈아미노화를 표적 단백질 주변 영역에 영구적으로 기록하게 됩니다. 본 연구에서는 CTCF scD&D-seq과 GoT-ChA targeted genotyping을 통하여 IDH2 R140Q 돌연변이를 갖는 T cell 내에서 나타나는 chromatin architecture 변화를 확인할 수 있었으며, GATA1 D&D-seq을 10X Multiome과 결합하여 erythropoiesis 에서 나타나는 GATA1 조절 네트워크를 멀티오믹스 수준에서 분석했습니다. 본 세미나에서는 D&D-seq을 활용한 분석사례와 함께 다양한 적용 예시 및 응용 분야를 공유하고자 합니다.