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Dev. Cell, Published: December 14, 2020 | DOI:https://doi.org/10.1016/j.devcel.2020.11.017
Embryonic Stem Cell-Derived Extracellular Vesicles Maintain ESC Stemness by Activating FAK

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

배아줄기세포는 배반포의 내세포집단 유래로, 실험실에서 무제한 증식 가능할 뿐만 아니라 신체를 이루는 사실상 모든 세포로 분화할 수 있습니다. 이처럼 여러 종류의 세포로 분화하는 배아줄기세포의 성질을 만능성이라 하는데, 현재 만능성을 이용하여 필요한 세포를 얻고 손상된 조직을 대체하는 재생의학 연구가 활발하게 이루어지고 있습니다. 그러나 배아줄기세포를 실제로 임상에 이용하기 위해서는 아직 정확히 밝혀지지 않은 줄기세포 분화 조절 기전에 대한 이해가 선행되어야 합니다. 줄기세포가 통제를 잃고 계속해서 증식하면 종양으로 변화할 수 있고, 반대로 만능성이 유지되지 못하면 원하지 않는 시기에 비가역적인 세포 분화가 발생하기 때문입니다.

이번 논문에서는 이와 관련하여 배아줄기세포 만능성 유지 기전의 하나로 extracellular vesicle (EV)이 이용된다는 사실을 밝혀낼 수 있었습니다. EV는 세포에서 분비되는 지질막의 낭 구조물로서, 내부에는 단백질, RNA, DNA 등 다양한 생활성 (bioactive) 물질이 들어있습니다. 이 EV는 세포 간 신호전달 방법으로 간주되는데, 분비된 EV가 주변의 세포에 전달되면 생활성 물질을 통해 세포의 변화를 유발하기 때문입니다. 예를 들어, 암세포 유래의 EV는 주변 세포에서 암세포와 유사한 형질을 발현시켜 암의 전이를 가속할 수 있습니다. 이처럼 EV가 유래 세포 (cell of origin)의 형질을 발현시킨다는 점에 착안하여, 배아줄기세포 유래 EV가 줄기세포의 대표적인 특성인 만능성에 관여할 수 있는지에 대해 연구하였습니다.

배아줄기세포는 주변 환경과 자극에 매우 예민하게 반응하기 때문에 분화 없이 만능성을 유지 시키기 위해서는 배양 배지 내에 여러 첨가물을 보충해야만 합니다. 그러나 첨가물 없이도, 배지 내에 줄기세포 유래 EV를 더해줄 경우, EV 표면의 피브로넥틴을 통하여 focal adhesion kinase 신호가 전달, 줄기세포의 특이적인 형질이 유지되고 만능성 역시 지속되는 것을 발견하였습니다. 더욱이, 세포 단계를 넘어 줄기세포 유래 EV가 ex vivo 단계에서도 작용하여, 배반포의 체외 생존율을 상승시키고 배반포 내 내세포집단의 만능성 또한 지속시킴을 확인하였습니다. 해당 연구를 통해 배아줄기세포의 세포 운명 (cell fate) 조절 기전에 대해 이해하고 줄기세포 재생의학 치료법의 효율성을 높일 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

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

제가 소속된 코넬 대학교의 Cerione 실험실에서는 세포 내, 그리고 세포 간 신호 전달이 세포의 생장과 분화에 어떻게 영향을 미치는지, 그리고 잘못된 신호 조절이 어떠한 기전을 통해 암이나 기타 질병을 초래하는지에 대해 주로 연구하고 있습니다. 그러나 사실 주 연구 주제를 논하는 것이 거의 무의미할 정도로, 본 실험실에서는 연구 분야를 선택하는 데 있어서 구성원 개개인에게 매우 큰 자유가 주어집니다. 그에 대한 좋은 예 중 하나로, 이제까지 실험실의 extracellular vesicle (EV) 연구는 암세포를 모델로 하여 암세포 유래의 EV가 암의 발생 및 침습과 전이에 미치는 영향을 알아가는 것에 초점을 두었던 것에 비해, 저는 줄기세포 생물학과 발생학적 관점에서 EV를 공부해보고 싶었습니다. 연구 경험이 전무하다시피 한 박사 과정 신입생의 의견이었음에도 불구하고 교수님께서 기꺼이 허락해주셔서 새로운 세포주 (cell line) 및 마우스 모델을 확립하여 실험을 진행할 수 있었습니다. 이와 같은 실험실의 환경이, 학생들이 독립적인 연구자로 성장하는 데 밑거름이 됨과 동시에, 박사후연구원들이 자신의 연구에 책임감을 느끼고 의미 있는 결과를 내는 데 있어서도 큰 도움이 된다고 생각합니다.

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

항상 새로운 질문을 향해 나아가는 것이 연구 활동의 근간이라고 느끼고 있습니다. 내가 무엇에 대해 알아가고 싶은지, 또한 질문에 대한 답을 얻기 위해서는 어떠한 접근 방법을 택하는 것이 좋을지 등 거의 모든 것이 정해져 있지 않다는 점 때문에 길을 잃은 듯한 기분이 들 때도 있지만, 역설적으로 이 무궁무진한 자유도가 연구라는 활동의 매력이라고 생각합니다.

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

아직 학생인 제가 다른 분들께 조언을 드리기에는 제 경험이 많이 부족하다고 생각합니다. 그래도 한 말씀 드릴 기회를 주신다면, 수의학 전공자로서, 수의과대학을 재학하고 계신 분들께 임상 외에 다른 여러 분야도 체험해보실 것을 추천해 드리고 싶습니다. 저 역시 대부분의 수의대 입학생분들이 그러하셨듯, 임상 수의사의 꿈을 가지고 수의대를 선택하였습니다. 그러던 중 우연한 기회에 BK 21 학부생 연구 프로그램, 그리고 코넬 대학교에서 수의과대학 학부생을 대상으로 진행하는 연구 인턴 프로그램인 Leadership program을 통해서 연구 활동에 흥미를 느끼게 되었고 그에 맞추어 졸업 후 세포 생물학을 공부하는 연구실로 대학원에 진학하였습니다.

수의과대학 설립 및 교육의 가장 큰 목적 중 하나가 임상 수의사 육성인 만큼 보편적인 선택지는 아니겠으나, 졸업 전 진로를 정하기에 앞서 기초 과학 연구를 포함한 다양한 분야를 체험해보는 것이, 본인의 적성에 가장 잘 맞는 선택을 하는 데 도움이 될 것이라 말씀드리고 싶습니다.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

현재는 앞서 소개한 만능성 유지에 대한 후속 연구로서, 배아줄기세포 유래 extracellular vesicle (EV)이 한 단계 더 나아가 이미 분화된 세포에서도 줄기세포의 특성을 유발할 수 있지 않을까 생각하였고, 이 아이디어를 바탕으로 EV를 이용하여 임상에 사용 가능한 유도만능줄기세포 (induced pluripotent stem cell) 생성 방법을 개발 중입니다. 유도만능줄기세포는 배아줄기세포와 같이 만능성을 가지는 세포로 분화가 완료된 체세포를 역분화하는 과정을 거쳐 생성되는데, 배아줄기세포와는 달리 배아를 이용하지 않기 때문에 윤리적인 문제가 없으며, 환자의 체세포를 이용하기 때문에 면역 거부 반응도 피할 수 있어 큰 장점이 있습니다. 그러나 현 단계에서는 세포의 역분화 과정에 바이러스가 사용되기 때문에 안정성이 입증되지 않아 실제 임상에는 이용되지 못하고 있습니다. 이에 저는 줄기세포 유래 EV를 이용하여 바이러스의 도입 없이 유도만능줄기세포를 생성하는 방법에 대해 연구하고 있으며, in vitro 단계에서의 흥미로운 preliminary data를 바탕으로 현재는 in vivo 실험을 진행 중입니다. 본 연구를 통해 바이러스 이용의 위험성을 제거한 유도줄기세포 생성 방법을 확립함으로써 유도줄기세포를 임상에 도입하는 데 있어 도움이 되는 발견을 하고자 합니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

한빛사에 인터뷰 기회를 얻은 것이 부끄러울 정도로, 이제야 겨우 연구라는 것이 어떤 것인지를 알아가는 단계에 있다고 생각합니다. 그럼에도 불구하고 저를 한 사람의 독립적인 연구자로 대우해주시고, 연구 방향에 대해 저와 기꺼이 논의 해주시는 박사과정 지도교수님 Richard Cerione 교수님과 멘토이신 Marc Antonyak 박사님께, 비록 이 글을 직접 읽으실 수는 없겠지만 가장 크게 감사드리고 싶습니다. 이와 같은 환경에서 하고 싶은 공부를 하고 있다는 것이 정말 큰 행운이라고 느끼고 있습니다.

또한, 제가 연구에의 적성을 찾을 수 있도록 학부생으로서 실험실 환경을 경험할 기회를 주신 한호재 교수님과 강경선 교수님, 그리고 보다 진로를 구체적으로 정하는 데 있어 큰 도움 주신 이세중 선생님께도 감사의 말씀 전하고 싶습니다. 그리고 누구보다 제 선택을 믿어주고 지지해주는 우리 가족들, 언제나 고맙고 사랑해요.

이제 시작하는 단계에 있을 뿐이지만, 앞으로도 도움 주신 분들께 부끄럽지 않도록 제 맡은 바에 최선을 다하고 싶습니다. 감사합니다.

Category: Developmental_Biology, Cell_Biology
등록일 2021.01.19
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