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생명과학의 역사를 쓰는 사람들 Research Highlights

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인터뷰 엄승민
논문 Seung Min Um, Seungmin Ha, Hyejin Lee, Jihye Kim, Kyungdeok Kim, Wangyong Shin, Yi Sul Cho, Junyeop Daniel Roh, Jaeseung Kang, Taesun Yoo, Young Woo Noh, Yeonsoo Choi, Yong Chul Bae, and Eunjoon Kim (2018). NGL-2 Deletion Leads to Autistic-like Behaviors Responsive to NMDAR Modulation. Cell Reports (Volume 23, Issue 13, p3839–3851), https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.05.087
한줄요약 시냅스 접착 단백질NGL-2의 역할 및 자폐질환 증상과의 연계성 규명
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<Three chamber test for social interaction>



1. 배경지식

   뇌의 신경 세포망에서 시냅스는 없어서는 핵심 요소이자 신경 세포들 사이에서의 중요한 소통을 담당하고 있습니다. 이러한 시냅스는 수많은 유전자들로 구성 되어 있으며, 최근 다양한 정신질환 뇌질환 임상 환자들을 상대로 bioinformatics 활발하게 이루어지는 가운데 수많은 시냅스 유전자들의 변이 (mutation) 보고가 증가되는 추세입니다. 신경생리학의 축을 담당하고 있는 시냅스의 기능을 완전히 밝혀내는 것은 미래 신경 질환의 치료에 있어서도 빠질 없는 분야 하나라고 있습니다.


 

2. 질문

   저희 연구실은 기존에 시냅스의 단백질들을 발견 하고  in vitro상에서 기능 규명이 주인 연구실이었는데 근래 시냅스의 단백질들이 뇌질환과 많은 연관성이 보고 되면서 유전자 결손 생쥐를 이용하여 in vivo에서의 단백질 기능 규명을 본격적으로 시작하게 되었습니다. 시냅스의 단백질들도 여러 카테고리로 세분화가 되는데 초기에 시냅스 형성 유지기능을 담당하는 시냅스 접착 단백질 (Synaptic Cell Adhesion Molecule) 시냅스의 꽃이라고 불릴 있습니다. 저는 접착 단백질 NGL-2라는 유전자의 in vivo상에서의 행동학적 기여 그리고 신경생리학적 기능에 관심을 가지게 되었습니다.


 

3. 발견

   NGL-2 결손쥐 (KO mouse) 이용하여 저희는 NGL-2 없어짐으로써 자폐증상과 유사한 행동학적 결함을 발견할 있었습니다. 대표적인 환자의 자폐증상으로 알려져 있는 사회성의 감소와 비정상적인 반복적 행동을 있었으며 기억능력 학습능력도 감소되어 있는 것을 확인하였습니다. 또한 신경생리학적으로 가장 중요한 현상 하나인 시냅스 가소성 (Synaptic Plasticity)에도 NGL-2 크게 기여하는 것을 밝혀내었고 흥분성 시냅스의 receptors 하나인 NMDA receptor와도 연관성이 있는 것을 밝혀내었습니다. 이러한 결과에 기반하여 저희는 NMDAR 기능을 강화시켜주는  D-cycloserine라는 약을 처리함으로써 NGL-2 결손생쥐의 자폐유사증상이  완화될 있는 것을 보여주었습니다. 이러한 발견은 앞으로 자폐스펙트럼질환 (Autism Spectrum Disorder) 기전을 밝혀내는데 있어서 시냅스 접착 단백질의 중요성 그리고 NMDA receptor기능의 중요성을 이전 연구들에 이어 재조명시켜주는 중요한 연구입니다.


 

3. 후속

     NGL-2 행동학적 역할과 생리학적 기능의 그림을 발견할 있게 되었고 여기서 나아가 어떻게 NGL-2 분자생물학적으로 NMDA receptor 기능과 연관이 있으며 이것이 신경네트워크를 결국 어떻게 조절하는 지를 발견하는 것은 중요한 실험이 같습니다. 신경과학에서의 가장 궁극적인 목표는 유전자에서부터 분자생물학적 기능 그리고 이것들이 결국 단계의 특정 신경회로망 (neural circuit) 어떻게 이루고 조절하는지 대한 complete mechanism 밝혀내는 것입니다.


 

4. 소감

   대학원 박사과정을 하다 보면 열심히 노력해도 뜻대로 결과가 나오고 좌절도 겪게 되는게 과학의 세계라고 생각합니다. 그리고 이런 점은 노력한 만큼 공부해서 성적이 보장되는 학부와는 가장 차이점이라고 봅니다. 얼마나 열심히 하느냐의 문제도 중요하지만 벽에 부딪힐 때마다 어떻게 마인드 컨트롤을 하고 끈기 있게 그리고 흥미 잃지 않고 끝까지 해낼 있느냐가 가장 중요하다고 봅니다.  일단 본인이 하는 연구에 흥미 있어야 어떤 좌절이나 벽도 뛰어 넘고 싶다는 강력한 동기부여가 생긴다고 봅니다. 의무적으로가 아닌 언제든 본능적으로 논문들을 계속 찾아 읽어보게 되고 분야에 질리지 않고 재미를 느끼는지 느끼는지 스스로에 대해서 깊게 평가해보는 것이 과학의 세계로 가는 단추라고 생각합니다.


 

5. 기타

   연구실의 많은 분들의 도움과 교수님의 성원과 지도 덕분에 논문을 무사히 마무리 있었다고 생각합니다. 앞으로도 신경과학자로서 정진할 있도록 노력하겠습니다.



  1. 신왕용 (시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

     < NMDAR 활성을 통한 NGL-3 돌연변이 생쥐의 비정상적 행동과 전기생리학적 특징 회복 > 1. 배경지식 시냅스는 신경계의 가장 작으면서도 핵심적이고 기능적인 요소로 신경세포 간의 정보전달에 필수적인 구조입니다. 시냅스는 이온통...
    Date2019.06.11 By생명과학과 Views190
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  2. 장성민 (에피제네틱스 구조생물학 연구실, 송지준 교수님)

    < Cryo Electrom Microscopy (Cryo-EM) 으로 규명한 DOT1L – 유비퀴틴 뉴클레오좀 복합체 구조 > < 정상적인 뉴클레오좀 (파란색, 녹색)과 비교했을 때, DNA가 풀려 사라지고 히스톤 2차 구조가 손실되는 불안정화 현상이 관찰됨 (빨강) > ...
    Date2019.04.19 By생명과학과 Views599
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  3. 정창욱, 하승민 (시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

     <생후 7~21일 동안 memantine을 투여한 경우 Shank2 결손 생쥐의 사회성이 개선된다.> 1. 배경지식 자폐증은 어린 나이에 발병되는 신경발달장애 중 하나로 전 세계적으로 약 1%의 유병률을 보이며 최근 점점 환자 수가 증가...
    Date2019.04.03 By생명과학과 Views691
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  4. 박진아 (대사신호전달 연구실, 김세윤 교수님)

    <흥분성 신경세포 특이적 IPMK 녹아웃에 의한 공포기억 소거증진 효과> 1. 배경지식 포유류에게 있어 다가오는 위협에 대응하여, 관련된 사건을 기억하고 적절한 반응을 하는 것은 생존에 매우 중요합니다. 또한 필요 이상으로 과도한 공포를...
    Date2019.03.28 By생명과학과 Views693
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  5. 이윤정 (에피제네틱스 구조생물학 연구실, 송지준 교수님)

     <그림. MRG15 binding to ASH1L releases the autoinhibitory loop, and activates ASH1L histone methyltransferase activity> 1. 배경지식 DNA는 히스톤 H2A, H2B, H3, H4가 각각 한 쌍씩 8개로 결합해 이루어진 octamer에 감겨, 크로...
    Date2019.03.28 By생명과학과 Views675
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  6. 김지훈 (바이오이미징 & 광유전학 연구실, 허원도 교수님)

    <형광단백질을 이용한 실시간 small GTPase 단백질 센서의 개발과 생명연구의 적용 > (a) Schematic of ddFP-based small GTPase sensor. (b) (top) Schematic depiction of KRas (G-KRas) sensor construct. (bottom) Fluorescence images s...
    Date2019.02.07 By생명과학과 Views1649
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  7. 인선아 (진핵세포전사 연구실, 김재훈 교수님)

     <RNF20/40에 의한 열충격유전자 발현 조절 메커니즘> 1. 배경지식 진핵생물에서 DNA는 히스톤 단백질과 함께 ‘뉴클레오좀’이라는 단위로 존재합니다. 히스톤에는 Methylation, Acetylation, Phosphorylation, Ubiquityla...
    Date2019.02.07 By생명과학과 Views842
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  8. 정현진 (바이오이미징 및 광유전학 실험실, 허원도 교수님)

    <광활성 Flp을 개발, 마우스 머리에 LED를 비추어 유전자 발현을 조절함> 1. 배경지식 유전자 기능 연구를 수행하는데 있어 가장 일반적인 방법인 유전자 변형 실험모델을 만드는 것은 많은 시간, 비용, 노력 등이 소요됩니...
    Date2019.01.24 By생명과학과 Views989
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  9. 유병준 (바이오나노의약 연구실, 전상용 교수님)

    < 펩타이드-항체 복합체 구성 및 항암 작용기작 > 1. 배경지식 펩타이드의약품이란, 약 40여개 이하의 아미노산으로 이루어진 물질로 주로 화학적인 합성을 통해서 생산하는 의약품을 말합니다. 펩타이드의약품은 질병 관련 표적에 ...
    Date2019.01.09 By생명과학과 Views1194
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  10. 신안나 (행동유전학 연구실, 김대수 교수님)

    <졸음 행동 모델 제작과정과 T타입 칼슘채널 결핍 마우스 모델의 졸음행동 차이분석> 1. 배경지식 일반적 수면 행동에 비해 졸음행동은 관련 연구가 면밀히 진행되지 않았다. 높은 칼로리의 식품 섭취는 수면을 유도하고, 마우스 ...
    Date2018.12.19 By생명과학과 Views1374
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  11. 유이슬 (생체분자공학 연구실, 김학성 교수님)

    <합리적 설계가 가능한 핵단백질 나노 입자와 암세포로의 표적화 및 치료 단백질 전달> 1. 배경지식 지난 수 십년 간 다양한 질병의 진행과 관련한 분자적 기작에 대한 연구 결과가 나오면서 세포 외부에 존재하는 생체 분자뿐만 아...
    Date2018.11.12 By생명과학과 Views1137
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  12. 전종철 (진핵세포전사 연구실, 김재훈 교수님)

    <효모 Set1 complex 의 H2B ubiquitylation 의존적 H3K4 methylation 기작> 1. 배경지식 핵산인 DNA와 단백질인 히스톤은 염색체의 기본 구성인자인 nucleosome을 이룹니다. DNA를 기반으로 하는 다양한 생명현상들 예컨데 DNA replication, DN...
    Date2018.10.24 By생명과학과 Views1267
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  13. 정화진, 박하람 (시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수)

    <Sexually dimorphic gene expression in Chd8-mutant mice> 1. 배경지식 자폐증은 1% 가량의 인류가 영향을 받는, 굉장히 큰 사회적 비용이 들어가는 정신질환입니다. 사회성 문제와 제한되고 반복적인 행동을 보이는 환자를...
    Date2018.08.21 By생명과학과 Views2766
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  14. 손준영 (생체리듬 연구실, 최준호 교수)

    <배고플 때 잠을 못 자는 이유: 아미노산 세린이 아세틸콜린 신호를 증진시켜 잠을 억제한다> 1. 배경지식 동물들은 성장과 신체의 다양한 대사 작용을 유지하기 위한 에너지와 영양소를 먹이로부터 얻으며, 굶게 되면 수면을 억제 ...
    Date2018.08.16 By생명과학과 Views2210
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  15. 허우성 (생체분자공학 연구실, 김학성 교수)

    1. 배경지식 빛을 이용한 세포의 다양한 신호전달 조절은 물리, 화학적 방법보다 비 침습적이고 빠르기 때문에 세포 기능 연구에 매우 효과적으로 활용될 수 있습니다. 그러나, 지금까지는 주로 자연에 존재하는 광 스위치 단백질에 의존하였기 때...
    Date2018.07.30 By생명과학과 Views2164
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  16. 박은애 (식물학 연구실, 최길주 교수)

    <그림. 파이토크롬의 힘: 숲 속, 키 큰 나무 아래 그늘에 비추는 잠깐의 빛으로도 키 작은 식물은 푸르러진다> 1. 배경지식 파이토크롬B는 빛을 인지하여 식물의 발아, 새싹 발달, 개화 등을 조절하는 광수용체이다. 파이토크롬B가 식물의...
    Date2018.07.26 By생명과학과 Views2189
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  17. 장진호 (신경회로망 연구실, 한진희 교수)

     <그림> 전두엽-편도체 뇌신경회로는 포식자 냄새에 대한 생쥐의 본능적 공포 반응을 조절한다. 1. 배경지식 “공포 반응”은 사람과 동물이 위험한 상황에서 다치는 것을 막아주고 생존할 확률을 높여주는 유익한 생물학적 ...
    Date2018.07.26 By생명과학과 Views2002
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  18. 조혜연 & 김무준 (신경회로망 연구실, 한진희 교수)

    <공포 기억 회상 시에 기억과 관련 없는 세포가 단 1%라도 활성화 되면 기억 회상 능력이 떨어진다.> 1. 배경지식 해마의 치사회는 공간에 대한 기억을 저장하는 뇌 영역이다. 치매 환자들이 치상회에 비정상적으로 높은 활동을 보인다. 옵신 ...
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  19. 엄승민 (시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

    <Three chamber test for social interaction> 1. 배경지식 뇌의 신경 세포망에서 시냅스는 없어서는 안 될 핵심 요소이자 신경 세포들 사이에서의 중요한 소통을 담당하고 있습니다. 이러한 시냅스는 수많은 유전자들로 구성 되...
    Date2018.07.17 By생명과학과 Views1788
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  20. 최지헌 (신경발생학 연구실, 김진우 교수님)

    <그림. 망막 전구세포에서의 mTORC1 과활성이 세포주기 진행 및 신경세포 발생을 촉진하다.> 1. 배경지식 척추동물의 신경계는 발생과정에서 신경전구세포 (neural progenitor cell)가 분열(proliferation)을 반복하며 점차 신경세포...
    Date2018.07.10 By생명과학과 Views1813
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