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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. 정지혜(시스템 및 합성생물학 연구실, 조병관 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 단감의 경우 실제로 수확 후, 2주 후부터 연화가(물러짐) 진행되어 1달이 지나면 대부분의 단감이 연화되어 먹을 수 없습니다. 이렇듯 단감이 상품성을 가질 수 있는 기간은 한정적 ...
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  2. 유다영(동물세포공학 연구실, 이균민 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 현재 mammalian 세포에서 생산되는 단백질 의약품의 70%는 Chinese hamster ovary (CHO) 세포를 이용합니다. Glutamine synthetase (GS) / Methionine sulfoximine (MSX) 시스템은 CH...
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  3. 신정환(시스템신경과학 연구실, 정민환 교수님)

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  4. 송요셉(시스템 및 합성 생물학 연구실, 조병관 교수님)

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  5. 변현종(카이스트 부설 한국과학영재학교 미생물공학실, 안정훈 교수님) - 카이스트 생명과학과 학부생

     ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 타입 I 분비 시스템(T1SS) 중 “폴리펩타이드를 수송하는 ABC 수송체”들의 단백질 분비 특성에 관해 연구한 논문입니다. 우리는 Pseudomonas fluorescens 박테리아가 보유한 ABC 수...
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  6. 이민지(바이오이미징/광유전학 실험실, 허원도 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 세포는 외부 환경으로부터 오는 변화를 수용체를 통해서 인식하고, 그 신호를 세포 내부로 전달하는데, 이를 통해서 세포 내에서 여러 기능들이 조절됩니다. 이러한 수용체 중 TGF-...
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  7. 정선혜(세포분열분화발생 실험실, 임대식 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. Non-Alcoholic Fatty Liver Disease (NAFLD, 비알콜성지방간)/ Non-Alcoholic Steatohepatitis (NASH, 비알콜성지방간염)은 이름 그대로 알코올섭취와 상관없이 생기...
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  8. 서호규(크로마틴 연구실, 이대엽 교수님)

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  9. 서호규(크로마틴 연구실, 이대엽 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요 이 논문은 제 직전 논문의 후속 연구논문입니다. 이전 논문에서 Proteasome이 fission yeast centromere에서 heterochromatin spreading을 막는 새로운 기능이 있다는 것을 밝혔고,...
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  10. 박세근, 정용철, 김대건(행동유전학 실험실, 김대수 교수님)

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  11. 김태묵(크로마틴 연구실, 이대엽 교수님)

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  14. 황순규(시스템 및 합성생물학 연구실, 조병관 교수님)

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  15. 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 ...
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  16. 김태윤(생체분자공학 연구실, 김학성 교수님)

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    <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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