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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. 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 Views1298
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  2. 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 ...
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  3. 허우성 (생체분자공학 연구실, 김학성 교수)

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  4. 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 Views1184
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  5. 장진호 (신경회로망 연구실, 한진희 교수)

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  6. 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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  7. 엄승민 (시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

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  8. 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...
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  9. 이용현 (바이오나노의약 연구실, 전상용 교수님)

    <항암제가 로딩된 바이오틴-빌리루빈 나노약물전달시스템의 항암효능 메커니즘> 1. 배경지식 종양미세환경은 암발생 및 발달, 약물 저항성, 면역억제 그리고 암전이에 있어서 중요한 역할을 하고 있음이 많은 연구결과를 통해...
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  10. 정영석 (시스템신경과학 연구실, 정민환 교수님)

    1. 배경지식 해마는 우리 뇌의 대뇌 피질 안쪽, 내측 측두엽에 위치하는 뇌 구조로 새로운 사실을 학습하고 기억하는 데에 중요한 뇌로 알려져 있습니다. 해마가 손상이 되면 새로운 정보를 기억하지 못하게 되는 데, 실제로 치매환자들의 ...
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  11. 민지연 (분자세포 면역학 연구실, 강석조 교수님)

    <그림. 염증반응에 의한 두 종류의 CD64+ 염증성 수지상 세포의 분화 및 역할> 1. 배경지식 림프절(lymph node)은 항원 등의 외부 침입에 대응하는 면역 반응을 조절하는 매우 중요한 조직입니다\. 이 림프절 내에 존재하는 면역 세포들의 시...
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  12. 손유경(생체분자공학 연구실, 김학성 교수님)

    1. 배경지식 세포 내외의 신호 전달 체계를 조절하는 것은 세포 및 단백질의 기능을 이해하는 기초적인 연구 및 질병 치료제를 개발하는데 있어서 매우 중요한 부분을 차지하고 있습니다. 현재까지는 세포 내로 진입하는 방법에 어려움이 있기 때문...
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  13. 현광범(진핵세포 전사 연구실, 김재훈 교수님)

    <Rad5의 DNA replication fork reversal 모델> 1. 배경지식 다양한 DNA lesion은 replication fork를 stall할 수 있습니다. 이러한 stalling은 genome의 instability 와 cell death를 일으킬 수 있기 때문에, stalled replica...
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  14. 김종원(생체분자공학 연구실, 김학성 교수님)

    <표적 특이적 유전자 전달 복합체의 구성 및 유전자 전달> 1. 배경지식 기존의 유전자 전달체는 바이러스성과 비바이러스성 전달체로 구분할 수 있습니다. 바이러스성 전달체는 높은 형질 발현율을 보이는 반면, 면역...
    Date2018.05.14 By생명과학과 Views1376
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  15. 노수민(동물세포공학 실험실, 이균민 교수님)

    <GS/MSX시스템을 이용해서 바이오의약품 생산세포주를 만드는 과정> 1. 배경지식 바이오 의약품 (치료용 단백질, 재조합 단백질)을 생산하고자 할 때, 간단한 모양을 가진 단백질은 미생물이나 효모에서도 생산이 가능하지만 복잡한 형태...
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  16. 김태윤(생체분자공학 연구실, 김학성 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 현재 사용되고 있는 대부분의 질병 치료제들은 항체에 기반하고 있습니다. 그러나 이러한 항체 기반의 치료들은 제작이 어려우며 제조비용도 매우 높습니다. 그래서 이러한 항체들을 대신할...
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  17. 김륜희(시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

    1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 뇌가 정상적으로 기능하기 위해선 다양한 molecular process를 통해 neuronal synapse가 잘 발달 되어야 합니다. 특히나, presynapse와 postsynapse 사이의 adhesive contact은 매우 중요한 단계이며 이 ...
    Date2018.04.30 By생명과학과 Views1674
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    그림. 트랜스포존 시퀀싱 기법을 이용한 pyruvate transporter 유전자 기능 규명 1. 배경지식 Pyruvate 은 생명체에서 탄소원으로부터 에너지를 얻는 과정인 Central carbon metabolism 에서 glycolysis ...
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     <Nf2는 각 구획의 세포분열 속도를 조절하는 스위치> 1. 연구를 시작한 계기 : 신경섬유종증을 앓고 있는 환자 중 많은 수가 안과 관련 질환을 가지고 있습니다. 이번 연구는 신경섬유종증의 원인이 되는 Nf2 유전자 돌연변이가 어떤 기작으...
    Date2018.04.30 By생명과학과 Views1782
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  20. 최원영(분자종양유전학 연구실, 임대식 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. Hippo pathway의 effector protein인 YAP과 TAZ의 활성이 직접적으로 위암을 일으킬 수 있다는 것을 동물(마우스)모델로 증명하고, 분자적으로는 YAP activation이 MYC을 upregulation 하는 기전...
    Date2018.04.30 By생명과학과 Views1193
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