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유성용
유성용(Sungyong You) 저자 이메일 보기
POSTECH, 현 Cedars-Sinai Medical Center
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Identification of key regulators for the migration and invasion of rheumatoid synoviocytes through a systems approach
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

종양(암)이나 만성 염증성 질환과 같은 난치성 질환들은 다세포간 및 특정 세포내 분자들 간의 상호작용을 기반으로하는 복잡한 다층의 네트워크를 내포하고 있으며, 이에 대한 이해는 질환의 발병 및 진행에 대한 이해와 맞닿아 있습니다. 최근 이러한 복잡한 질환 네트워크의 구성 성분 및 상호작용을 총체적인 관점에서 측정하고 분석하는 시스템 생물학적 접근방법이 놀라운 발전을 보이고 있고 그에 따른 성과물들은 질병 연구의 새로운 기폭제가 되고 있습니다. 이러한 접근방법은 임상 시료를 이용한 대량의 오믹스 (Omics) 데이터 생성과 분석 및 상호작용 데이터의 통합을 기반으로 하는 질환 네트워크의 재구성을 통해 관련 기전들을 동정하는 과정을 거치게 됩니다. 또한 질환 네트워크에서 질병의 관리 또는 치료를 위해 우선적으로 조절되어야 하는 타겟의 선별과 같은 임상적 요구에 있어 기존의 분자생물학적 접근방법에 대한 대안으로서 현재 여러 난치성 질환에 대하여 시스템 생물학적 접근방법이 적용되고 있는 것으로 알고 있습니다.

류마티스관절염은 국내 전체 인구의 1% 내외에서 발생하는 만성 염증질환으로 관절의 활막세포가 종양(암)처럼 증식해 뼈와 연골을 파괴하는 특징을 보입니다. 그러나 현재까지 류마티스 관절염의 증상을 완화시킬 수는 있으나, 이를 완치시킬 수 있는 약물은 아직 개발하지 못하고 있으며, 이는 관절에서 정상적인 활막세포가 공격성을 갖도록 전이되는 기전이 아직까지 명확하지 않기 때문이기도 합니다.

이에 본 연구에서는 환자로부터 얻은 활막세포의 전사체 (transcriptome) 데이터와 단백질 상호작용 (protein-protein interactions) 정보를 이용한 네트워크 모델을 구축하여 활막세포의 이동 (migration)과 침윤 (invasion)에 관여하는 13개의 후보유전자를 찾아냈으며, 이 중 '페리오스틴(Periostin)과 트위스트(TWIST1) 유전자가 가장 결정적인 역할을 한다는 것을 네트워크 분석을 통해 도출할 수 있었습니다. 이를 검증하기 위해 환자유래 활막세포와 마우스 모델을 통해 페리오스틴과 트위스트 유전자를 제거하였고, 류마티스 활막세포의 공격성 (migration and invasion)이 현저히 감소하는 것을 확인할 수 있었습니다. 또한 이들의 조절을 통해 활막세포의 공격성을 선택적으로 억제할 수 있는 가능성을 제시하였습니다.

이번 연구는 가톨릭대학교 류마티스내과 김완욱 교수님과 대구경북과학기술원 황대희 교수님의 공동 지도하에 대량의 오믹스 데이터 생산과 분석에서부터 임상 시료를 이용한 실험적 검증을 아우르는 학제간 공동연구를 통해 진행하였습니다. 학문 분야를 나누어 생각해 보면 이번 연구는 임상 연구자 (김완욱 교수님)와 기초 연구자 (황대희 교수님)가 임상과 기초의 간극을 조율해가며 한 초보 연구자 (본 연구자)를 통해 이룩한 결과물이라 볼 수 있을 것도 같습니다. 당연히 연구에 참여한 모두의 끊임없는 토론과 서로에 대한 이해가 없었다면 불가능한 연구였을 것이라 생각합니다. 또한 이 연구를 기획하고 실행에 옮기기까지 상당한 시간이 필요했고 이 과정은 임상과 기초 분야의 연구자들이 단순한 학문적 교류를 넘어 인간적인 소통을 통해 서로를 이해해가는 여정과도 같다는 생각이 들었습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.

본 연구자는 가톨릭대학교 김완욱 교수님 연구팀 (골관절질환연구소)과 대구경북과학기술원 황대희 교수님 연구팀 (시스템생물학연구실)에 속하여 연구를 진행하였습니다.

골관절 질환 연구소 (김완욱 교수님 연구팀)는 1997년에 설립되어 류마티스 관절염, 루프스, 경피증과 같은 류마티스 지환을 포함하여 다양한 형태의 면역반응 이상을 동반하는 면역질환을 대상으로 질병의 기전을 밝히고 이를 바탕으로 새로운 치료제를 개발하는 것을 목표로, 기초의학과 임상의학의 경계부에서 만성관절염의 병인과 관련된 이행성 연구를 수행해왔습니다. 특히 지난 5년간 폭넓고 심도 깊은 연구를 통해 류마티스 환자의 관절 세포의 활성화 기작과 류마티스 활막세포의 비정상적인 성장기전을 규명하여 그 성과가 Journal of Immunology, Journal of Experimental Medicine, 그리고 미국 류마티스학회 공식학술지인 Arthritis & Rheumatism에 모두 발표된 바 있습니다. 현재 다양한 국책 과제를 수행하면서 면역질환에 대한 임상 및 기초 의학의 연구를 왕성히 수행 중입니다.

시스템생물학연구실은 (황대희 교수님 연구팀)은 microarray, next generation sequencing, 그리고 mass spectrometry based proteomics 분석 기술을 통한 오믹스 데이터 생산과 이를 기반으로하는 전산학적 기법들을 개발하여 왔습니다. 또한 지속적으로 다양한 생명과학 분야의 연구자들과 공동연구를 통해 여러 복잡한 난치성 질병에 대한 시스템생물학적 연구를 주도하였고, 이를 Science Signaling, Briefings in Bioinformatics, Nature Reviews Cancer, Journal of Clinical Investigation 등과 같은 세계적인 학술지에 발표하였습니다. 현재까지 본 연구 외에도 김완욱 교수님 연구팀과의 공동연구를 통해 류마티스 연구에 있어 시스템생물학적 접근방법을 접목하여 의학 연구에 있어 새로운 모델을 제시하고 있습니다.

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

지금까지 연구활동을 하면서 다학제간 연구자로서 자신의 모습에 대해 꾸준히 생각해 왔던 것 같습니다. 단순하게 다학제간 연구를 두 가지 이상의 학문 분야를 아우르는 것으로 생각할 수도 있겠지만, 지금은 개인적으로 다학제간 연구를 한다는 것이 더 다양한 분야의 연구자들과 소통할 수 있는 연구자가 되어가는 과정이라 생각하게 되었습니다. 아직 연구 경험이 많지는 않지만 연구를 하며 시간을 보낼수록 연구를 위해 필요한 기술 및 지식의 습득 보다는 연구를 진행하며 소통하게되는 다른 분야의 연구자들과 어떻게 하면 내 생각을 잘 전달하고 그들의 생각을 그들과 같은 맥락에서 이해할 수 있을까 하는 고민을 더 하게 되는 것 같습니다.

학위 과정중에 두 연구실에서 수행한 종양, 류마티스 관절염 등과 같은 다양한 질병 시스템에 대한 여러 주제를 다루어본 경험은 다양성의 측면에서 보자면 다른 연구자들이 경험하지 못한 특혜가 되지 않았나 하는 생각입니다. 당연히 개별 질병에 대한 연구를 진행하시는 많은 연구자들의 연구와 깊이를 비교할 수는 없겠지만, 이러한 다양한 질병들에 대한 광범위한 분자기전을 두루 알고 이들의 유사성과 차이를 이해할 수 있다면 질환을 바라보는 새로운 관점을 제시할 수 있을 것이라 생각합니다.

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


현재 제가 몸담고 있는 translational research 분야는 대량의 임상 및 실험 정보들을 효과적으로 다룰 수 있는 시스템생물학 또는 생물정보학 연구자들의 수요가 늘고 있습니다. 이러한 수요를 단순히 대학에서만 찾으려 한다면 오히려 수요가 너무 적어 실망할 수도 있을 것입니다. 하지만 눈을 돌려 실제 임상연구를 진행하는 병원 및 임상 연구소를 찾아본다면 생각보다 더 다양한 기회가 존재한다는 것을 확인할 수 있을 것입니다.

개인적으로 유학과 진로에 있어 중요한 것은 더 자주 그리고 많은 연구자들과 소통할 수 있는 기회가 주어질 수 있는지, 자신의 연구를 주도할 수 있는 지원을 PI로부터 받을 수 있는지에 있다고 봅니다.

특정 기술을 개발하는 것도 중요하지만 현재 이용 가능한 다양한 기술과 지식들을 두루 섭렵하고 과학적 문제를 해결하기위해 그들을 하나의 framework으로 구성할 수 있는 능력을 키우는 것이 시스템생물학 연구자로서 연구를 진행하는데 도움이 될 것으로 생각됩니다.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?


저는 현재 미국의 Cedars-Sinai Medical Center에서 박사후 연구원으로 전립선암의 발병과 전이에 대한 연구를 진행하고 있습니다. 전립선암은 유방암과 폐암 등과 더불어 사망률이 가장 높은 남성 암입니다. 국소 전립선암의 경우에는 수술 또는 방사선 치료로 완치를 기대할 수 있으나 전이성 전립선암의 경우 고식적인 방법으로 남성호르몬 차단요법이 주된 치료로, 시간이 경과하면서 더 이상 호르몬에 반응하지 않는 단계인 호르몬 무반응 상태로 전환되는데, 이러한 경우 골전이가 주로 관측되며, 현재 그에 대한 치료방법은 매우 제한적인 실정입니다.

따라서 이러한 호르몬 무반응성 전립선암 연구를 통해 호르몬 무반응성으로의 이행 과정에 대한 기전 이해와 함께 골전이와 같은 특정 조직으로의 전이 과정에 있어 분자 네트워크의 교란인자를 발굴하고자 노력하고 있습니다. 특히 골전이과정에서 전립선암 세포의 경우 뼈에 침윤하는 류마티스 관절염 활막세포의 공격적인 변화과정과 유사성을 가질 것으로 생각되어, 이를 비교 분석함으로써 새로운 관점을 도출할 수 있지 않을까 기대하고 있습니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

박사과정 동안 시스템생물학과 류마티스 관절염에 관한 많은 가르침을 주신 황대희 교수님 (대구경북과학기술원)과 김완욱 교수님 (가톨릭대학교 성빈센트병원)께 먼저 감사함을 전하고 싶습니다. 본 연구에 공동 제1저자로서 같이 연구를 함께해 주신 유승아 박사님, 검증실험에 도움을 주신 골관절연구소에 최수산나, 김지영, 박수정 선생님께도 이 기회를 빌어 감사의 말씀드립니다. 그리고 항상 저를 믿고 지지해주는 아내 김윤정님에게 감사를 전합니다.
 등록일 2014-01-14
Category: Systems Biology
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