"통합 인간 오가노이드 플랫폼: 질병 모델링과 치료제 개발을 위하여" (Engineering Integrated Human Organoid Platforms for Disea... "통합 인간 오가노이드 플랫폼: 질병 모델링과 치료제 개발을 위하여" (Engineering Integrated Human Organoid Platforms for Disease Modeling and Therapeutic Development) 본 발표에서는 인간 오가노이드 기반 플랫폼을 활용한 질병 모델링과 치료기술 개발 연구 전반을 다룹니다. eBioMedicine (2024, Vol. 99, 104921)에 게재된 연구뿐 아니라, 뇌·장·혈관 오가노이드를 활용한 최신 멀티 오가노이드 플랫폼까지 확장된 내용을 함께 소개합니다. 연구는 장기칩 기술에서 출발하여 장·신경퇴행성 질환 모델링, 질병 메커니즘 분석, 약물 스크리닝, 그리고 신규 치료 전략 개발로 이어지고 있습니다. 이러한 통합 플랫폼은 기존 동물 모델의 한계를 보완하며 정밀 의학과 중개의학적 접근을 가속화할 수 있는 차세대 연구 인프라로 자리매김하고 있습니다. This presentation covers a broad scope of research using human organoid–based platforms for disease modeling and therapeutic development. In addition to my published study in eBioMedicine (2024, Vol. 99, 104921), the talk will highlight recent advances extending into a multi-organoid platform that integrates brain, intestinal, and vascular organoids. My research spans from organ-on-a-chip technology to modeling intestinal and neurodegenerative diseases, elucidating disease mechanisms, performing drug screening, and developing new therapeutic strategies. By more precisely recapitulating human physiological environments, these integrated platforms help overcome the limitations of animal models and serve as next-generation infrastructure for precision medicine and translational research.

지적장애(ID)는 전 세계 인구의 1–2%에서 나타나는 흔한 질환이며, TUSC3 유전자의 loss-of-function(LOF)에 의해 발생하는 사례도 ... 지적장애(ID)는 전 세계 인구의 1–2%에서 나타나는 흔한 질환이며, TUSC3 유전자의 loss-of-function(LOF)에 의해 발생하는 사례도 보고되고 있다. 그러나 그 병리 기전과 치료 전략은 거의 밝혀지지 않았다. 본 연구에서는 TUSC3가 ER 마그네슘 수송체 ERMA와 함께 ER 내 Mg²⁺ 항상성을 조절한다는 사실을 규명하였다. ER Mg²⁺가 감소하면 ER 스트레스가 증가하고 뉴런 기능이 저하되며, 이러한 현상은 TUSC3 결손 마우스 모델에서도 확인되었다. 또한 Mg²⁺ 보충으로 신경 및 인지 기능이 부분적으로 회복될 수 있음을 제시하여 치료적 가능성을 보여주었다.

본 연구는 여성의 나이가 증가함에 따라 급격히 증가하는 난자의 염색체 이상(aneuploidy)의 원인을 규명하기 위해 수행되었다. 여성... 본 연구는 여성의 나이가 증가함에 따라 급격히 증가하는 난자의 염색체 이상(aneuploidy)의 원인을 규명하기 위해 수행되었다. 여성의 생식 노화는 난자의 염색체 분리 오류율이 급격히 증가하는 시기와 맞물려 있으며, 이는 불임, 임신 손실, 유전 질환의 주요 원인으로 알려져 있다. 그러나 이러한 오류가 왜 갑작스럽게 증가하는지에 대해서는 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 본 연구는 이러한 한계를 극복하기 위해 고령 난자를 기다리지 않고 노화와 유사한 염색체 오류를 인공적으로 유도할 수 있는 synthetic oocyte aging 시스템을 확립하였다. CRISPR 기반 유전자 편집 기술을 이용해 코헤신 복합체의 핵심 단백질인 REC8을 형광 표지하고, 표적 단백질 분해 시스템(dTAG, TRIM-Away)을 적용하여 단시간 내에 정밀하게 제거함으로써 노화된 난자에서 관찰되는 염색체 응집 약화와 분리 오류를 실시간으로 재현하였다. 고해상도 3차원 라이브 이미징 분석을 통해 연구팀은 염색체 분리 과정에서 REC8 감소, actin 구조 약화, Centromere protein (CENP-A) 손실이 복합적으로 작용해 염색체 분리 오류를 일으킨다는 사실을 확인하였다. 이는 난자 노화가 단일 원인에 의해 일어나는 것이 아니라, Cohesin, cytoskeleton, centromere 등 여러 세포 시스템의 동시적 기능 저하가 임계점을 넘어설 때 오류가 급격히 증가한다는 것을 보여준다. 이 연구는 기존의 시간적 제약을 극복하여 난자 노화의 세포·분자 기전을 정밀하게 분석할 수 있는 혁신적 플랫폼을 제시하였다. 향후 이 시스템은 고령 여성의 난자 염색체 이상을 예방하거나 생식 수명을 연장하기 위한 약물 탐색 및 스크리닝(HTS) 기술로 확장될 수 있다. 따라서 본 연구는 여성 생식 노화와 난임의 근본적 원인을 규명하고, 더 나아가 건강한 생식과 삶의 질 향상에 기여할 수 있는 중요한 과학적 기반을 마련했다는 점에서 의의가 있다.

Unsupervised multi-scale clustering analysis of single-cell transcriptome 다중 스케일 비지도 학습을 통한 싱글셀 분석 세포... Unsupervised multi-scale clustering analysis of single-cell transcriptome 다중 스케일 비지도 학습을 통한 싱글셀 분석 세포 군집화는 단일 세포 RNA 시퀀싱(scRNA-seq) 데이터에서 세포 구조를 밝혀내는 데 필수적인 단계입니다. 하지만 기존의 세포 군집화 접근 방식은 복잡한 세포 환경의 구조를 더 미세한 해상도로 분석하기에는 잘 설계되어 있지 않습니다. 이에, 우리는 비지도 방식으로 다중 스케일 해상도에서 새로운 세포 유형 및 아형을 식별하기 위해 희소한 세포-세포 상관관계 네트워크를 구축하는 다중 스케일 군집화(MSC) 접근 방식을 개발하였습니다. 시뮬레이션, 실버 및 골드 스탠다드 데이터는 물론 실제 질병 관련 scRNA-seq 데이터를 기반으로 했을 때, MSC는 기존 벤치마크 방법들과 비교하여 훨씬 향상된 성능을 보였으며, 새로운 질병 관련 세포 아형 및 기전의 발견을 촉진하는 생물학적으로 의미 있는 세포 계층 구조를 식별해냈습니다. 이 결과들을 바탕으로 MSC가 여럿 질병에 실체하는 다양한 세포 구조를 효과적으로 파악하는 것을 입증하였습니다.

시냅스 전 자가포식(presynaptic autophagy)은 신경세포의 시냅스 전 말단에서 손상된 소포나 단백질을 분해하여 기능과 가소성을 유... 시냅스 전 자가포식(presynaptic autophagy)은 신경세포의 시냅스 전 말단에서 손상된 소포나 단백질을 분해하여 기능과 가소성을 유지하는 특수한 세포 기전입니다. 이 과정에서 ATG9A (autophagy related 9A) 단백질이 핵심적으로 작용하며, AP-4 복합체에 의해 골지체(trans-Golgi network)에서 시냅스 전 뉴런 말단으로 운반되는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 ATG9A가 시냅스전 뉴런 말단으로 전달되기 위한 분자적 분류(sorting) 메커니즘은 명확히 밝혀지지 않았습니다. 본 연구에서는 시냅스 소포 수송에 주요한 조절자인 SCAMP5 (secretory carrier membrane protein 5) 단백질이 이 과정에서 중요한 역할을 수행함을 새롭게 규명했습니다. SCAMP5가 PI4KB(PI4KIIIβ) 단백질을 골지체로 모집하여 PtdIns4P 생성을 조절하고, 이를 통해 AP-4의 골지체 이동 및 ATG9A의 시냅스 전 뉴런 말단 수송(trafficking)을 촉진함을 확인하였습니다. 이러한 결과는 SCAMP5–PI4KB–PtdIns4P–AP-4–ATG9A로 이어지는 새로운 경로가 시냅스 전 자가포식의 조절에 관여함을 보여주며, 시냅스 전 뉴런 단백질 항상성 유지의 핵심 분자기전을 제시합니다.

기억 CD8⁺ T세포는 바이러스 감염 시 인터루킨-15(IL-15)에 반응해 항원 비의존적으로 방관자 활성화되며, 자연살해세포(NK) 유사 세... 기억 CD8⁺ T세포는 바이러스 감염 시 인터루킨-15(IL-15)에 반응해 항원 비의존적으로 방관자 활성화되며, 자연살해세포(NK) 유사 세포독성으로 조직 손상에 기여한다. 그러나 이를 제어하는 분자적 기전은 규명되지 않았다. 본 연구는 T세포 수용체(TCR) 신호가 Ca²⁺-칼시뉴린 경로를 통해 NFATc1이 IL-15 유도 AP-1에 결합해 방관자 활성화의 대표 표지인 NKG2D와 NK 유사 세포독성 기능 및 관련 유전자 발현을 제한함을 밝혔다. 또한 칼시뉴린 억제제는 항원 유도 활성은 억제하면서 IL-15 매개 방관자 활성화는 역설적으로 활성화함을 보였다. 아울러 IL-15 특이 전사체 기반 유전자군을 정의하고, 급성 A형간염 방관자 CD8⁺ T세포에서 그 증가를 확인해 타 질환의 방관자 활성화 식별 지표로의 활용 가능성을 제시했다. 본 연구는 IL-15 매개 비특이적 활성화의 제어 원리를 규명함으로써 T세포 기반 면역병리의 기전 이해와 임상적 개입 전략에 의의를 제공한다.

본 연구는 미토콘드리아 글루타민 수송체 SLC1A5_var의 억제제를 통해서 글루타민을 미토콘드리아로 운반하여 에너지 생성과 산화환원... 본 연구는 미토콘드리아 글루타민 수송체 SLC1A5_var의 억제제를 통해서 글루타민을 미토콘드리아로 운반하여 에너지 생성과 산화환원 균형을 억제하여 암세포의 대사 재프로그래밍을 선택적으로 억제함을 규명하였다. SLC1A5_var를 선택적으로 저해할 전략이 부재한 가운데, 구조 기반 스크리닝을 통해 개발된 알로스테릭 저해제 iMQT_020이 새로운 치료 가능성을 제시한다. iMQT_020은 프로토머 간 상호작용을 억제하여 SLC1A5_var 삼량체 형성을 방해하고, 글루타민 아나플레로시스와 산화적 인산화를 붕괴시켜 암세포 대사 위기와 증식 억제를 유도한다. 또한 세포질 글루타민과 포도당을 헥소사민·아스파라긴 경로로 전환시키며, PD-L1 발현을 후성유전학적으로 증가시켜 항–PD-L1 면역치료와의 병용 효과를 높일 가능성을 보여준다. 본 연구는 SLC1A5_var를 표적으로 한 대사 기반 암 치료의 새로운 방향을 제시한다.

Severe fever with thrombocytopenia syndrome virus(SFTSV)는 동아시아에서 발생률과 치명률이 높은 신종 진드기 매개 바이러스로, ... Severe fever with thrombocytopenia syndrome virus(SFTSV)는 동아시아에서 발생률과 치명률이 높은 신종 진드기 매개 바이러스로, 현재까지 승인된 백신이나 치료제가 없습니다. 본 연구에서는 SFTSV의 주요 병원성 인자인 NSs 유전자를 제거한 재조합 바이러스를 기반으로 약독화 생백신 플랫폼을 개발하였습니다. 이 ΔNSs 바이러스는 면역세포(APC)를 효과적으로 활성화하며, 마우스와 비인간영장류 모델에서 강력한 항체 및 T세포 면역을 유도하여 여러 유전형의 치명적 감염으로부터 완전한 보호(최대 12개월)를 보였습니다. 또한 OVA나 TSA56과 같은 이종 항원을 탑재한 벡터는 암 및 세포내 세균 감염 모델에서도 보호효과를 나타냈습니다. 본 플랫폼은 바이러스·세균·암을 포괄하는 차세대 이중 백신 벡터로서 높은 잠재력을 제시합니다.

이 연구는 널리 처방되는 항경련제 **카바마제핀(CBZ)**이 오히려 결신발작(absence seizure)을 악화시키는 임상적 역설을 다루고 있... 이 연구는 널리 처방되는 항경련제 **카바마제핀(CBZ)**이 오히려 결신발작(absence seizure)을 악화시키는 임상적 역설을 다루고 있습니다. 이러한 현상의 세포 수준 기전을 이해하는 것은 간질 치료 개선에 있어 매우 중요합니다. 본 연구에서는 시상피질(thalamocortical) 절편에서의 전기생리학적 기록과 결신발작 동물모델인 SCN8a^med± 생쥐를 활용하여, CBZ가 시상망상핵(RT) 뉴런의 tonic firing과 그 시상피질 회로로의 출력을 선택적으로 억제함을 보였습니다. 특히 이 억제 효과는 SCN8a^med± 생쥐에서 더 두드러지게 나타났습니다. 이러한 발견은 CBZ가 결신발작을 역설적으로 악화시키는 기전적 설명을 제시하며, 다른 항경련제들의 약리학적 효과를 이해하고 보다 효과적인 간질 치료 전략 개발을 이끄는 데 중요한 틀을 제공합니다.

본 연구는 장–뇌 축 내에서의 엑소솜 동역학을 초고해상도로 탐구하기 위해 국소 플라즈모닉 구조화 조명현미경(NanoSIM)을 기반으로... 본 연구는 장–뇌 축 내에서의 엑소솜 동역학을 초고해상도로 탐구하기 위해 국소 플라즈모닉 구조화 조명현미경(NanoSIM)을 기반으로 한 나노포토닉 바이오센서를 제안합니다. 미세유체칩 및 코컬처 환경과 정밀하게 조정 가능한 플라즈모닉 안테나를 통합함으로써, 본 시스템은 위장관 세포와 신경세포 간의 양방향 통신을 초고해상도로 관찰할 수 있습니다. NanoSIM 기술은 금속–유전체 계면에서의 표면 플라즈몬 간섭 패턴을 이용하여 회절 한계를 초월하며, 수십 나노미터 수준의 미세 조명 간격을 구현합니다. 이러한 향상된 해상도 덕분에 장–뇌 축 플랫폼 내에서 엑소솜이 분비되고, 칩 내부를 이동하며, 수용 세포에 흡수되는 과정을 개별 엑소솜 단위로 시각화할 수 있습니다. 제어된 플라즈모닉 여기 방식은 광범위한 시야를 보장하며, 정밀한 미세유체 조작은 장거리 엑소솜 수송을 가능하게 합니다. 이러한 미세유체칩-나노포토닉 융합 접근법은 장–뇌 신호전달에 내재된 나노스케일 메커니즘과 그 신경학적 및 대사성 질환과의 연관성을 규명할 수 있는 새로운 연구 경로를 제시합니다.