연구실 요약

  본 연구실은 광주과학기술원 다산빌딩에 위치하고 있으며, 2019년 10월에 문을 연 신생 연구실입니다. 노화 및 대사 스트레스로 인한 여러 질환의 병인 기전 구명을 구명하고 이를 기반으로 치료법을 찾고자 열심히 연구를 진행하고 있습니다. 환자 임상 정보, 인체유래물 및 GTEx, GEO 등의 공개데이터 분석 등을 통하여 질환의 발병 과정을 분석하고 이를 바탕으로 수립한 연구 가설을 예쁜꼬마선충, 세포 주, 마우스와 같은 연구 모델을 이용하여 검증하고 있습니다.

그림 1. 스승의 날 기념 사진 (좌), 실험실 모습 (우)

1. 비만에 따른 말초 조직 내 인슐린 저항성 조절

  비만은 지방이 정상보다 더 많이 축적된 상태를 말합니다. 비만이 진행함에 따라 우리 몸 안에서는 피하지방이나 내장지방이 과도하게 축적되며, 근육, 간 등 다른 말초 장기 안에도 지방이 축적됩니다. 이에 따라 산화 스트레스의 증가, 염증 반응의 증가와 같은 여러 대사 스트레스로 인하여 장기 자체의 고유 기능 저하가 나타나게 됩니다. 인슐린 저항성 증가 또한 비만에 따른 대표적인 말초 조직 기능 장애 중의 하나입니다. 저희 연구실에서는 잉여 에너지가 지방의 형태로 말초 장기에 축적되는 기전을 밝히고 이를 조절함으로써 비만 및 비만 관련 합병증을 치료하는 타겟을 발굴하고자 활발히 연구를 수행하고 있습니다.

  이 중 세로토닌은 신경전달물질이자 호르몬으로서 잘 알려진 물질로서, 말초 조직 내 에너지 대사에 주요한 역할을 담당하고 있습니다(그림 2). 저희 연구실에서는 지방 및 근육 내 인슐린 저항성과 관련하여 세로토닌의 역할을 밝히는 연구를 진행하고 있습니다.

그림 2. 세로토닌에 의한 조직 내 에너지 대사의 변화

2. 노화에 따른 근육의 구조적 기능적 변화 연구

  노화는 자체로 다양한 대사 질환의 원인입니다. 저희 연구실에서는 노화에 따른 말초 장기 내 대사적 기능 저하를 연구하고 있습니다. 이 중 근육에 대해서는 노화에 따른 근육의 양적, 기능적 감소(근감소증)에 대한 연구를 진행하고 있는데, 예쁜꼬마선충 및 마우스 등을 이용하여 병인 기전을 밝히고 치료 타겟을 발굴하고자 다양한 연구를 진행하고 있습니다.

  최근 노화 근육 및 봉입체근육염 환자의 골격근에서 아밀로이드가 축적되며, 예쁜꼬마선충 및 노화 마우스 모델에 NAD+ 투약하여 미토콘드리아의 기능을 회복시킴으로써 아밀로이드 축적을 줄이고 골격근의 기능을 회복시킬 수 있음을 보고하였으며(그림 3) 이에 대한 후속 연구를 진행하고 있습니다.

그림 3. NAD+ boosting에 의한 노화 근육 기능 개선 (Cell reports 34.3 (2021): 108660.)

3. 췌장 베타 세포 내 인슐린 조절 기전 연구

  췌장 소도 (pancreatic islet) 내 베타세포는 인슐린 분비를 통하여 체 내 혈당 수치를 조절하는 세포로, 베타세포 실패는 당뇨병 발병에 있어 가장 핵심적인 병인 기전입니다. 베타세포 실패에 대해서는 최근 연속혈당측정기, 인슐린 펌프 등을 이용한 인공 췌장 (Artificial Pancreas) 시스템을 통한 혈당 조절, 줄기세포나 췌장 베타세포 이식 등 다양한 치료 전략에 대한 연구가 활발하게 시도되고 있으며 일부 성과들은 실제 임상에서 적용되고 있습니다.

  저희 연구실에서는 인슐린 합성 및 분비 조절을 통한 혈당 조절 및 대사 스트레스에 대한 베타세포 보호 기전을 구명하는 연구를 진행하고 있습니다. 이를 통하여 베타세포의 인슐린 분비 기능을 강화함과 동시에 대사 스트레스에 대하여 베타세포를 보호함으로써 혈당 조절을 개선하고 베타세포 실패를 늦추고자 합니다.

  단일세포 유전체학 (Single cell genomics)의 발전으로 당뇨병 발병 과정에서 췌장 베타 세포의 기능적 변화 뿐만 아니라, 췌장 소도 내 알파, 델타 세포 등의 역할 및 면역 세포와 베타 세포 간 상호 작용에 대해서도 관찰하는 것이 기술적으로 가능하게 되었습니다. 최근에는 마우스 뿐만 아니라 사람의 췌장 소도를 단일세포 수준에서 분석한 뛰어난 연구 결과들이 지속적으로 발표되고 있습니다. 저희들은 이러한 공개데이터를 바탕으로 췌장 베타세포의 인슐린 합성 및 분비 과정을 분석하여 당뇨병에 대한 치료 타겟을 발굴하고 이를 세포 주 및 마우스를 이용하여 검증하고 있습니다.