1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
Neural Crest (NC)는 peripheral neuron, Schwann cell, melanocyte와 같은 말초신경계를 구성하는 세포들을 비롯하여, mesenchymal lineage 등과 같은 다양한 세포 및 조직의 구성에 관여하고 있으며, 이러한 광범위한 영향력에 비례하여, neural crest의 생성이나 기능의 문제는 다양한 선천적 기형 또는 질병을 유발하는 것으로 알려져 있습니다. Neural crest가 초기 embryo development시에 관찰되는 transient population인 이유로 인하여 연구 대상 세포의 획득이 쉽지 않은 환경에서, 인간 fibroblst를 이용한 induced pluripotent stem cell (iPSC, 유도만능 줄기세포)을 포함하는 줄기세포 분야의 발전은 이러한 어려움을 해결할 수 있는 계기가 되었습니다.
줄기세포 관련 지식을 이용하여 neural crest의 발생학적 연구를 비롯하여, 관련 질병의 modeling과 mechanism연구, 그리고 치료약물의 탐색/개발에 이르기까지 많은 연구가 가능하게 되었으나, 유도만능 줄기세포 기술은 지속적이고 다양한 개선의 시도에도 불구하고, 아직까지 oncogenic transcription factor의 이용으로부터 야기되는 안전성에 대한 문제점, 줄기세포로부터 연구자가 원하는 단계의 세포를 얻기까지의 복잡하고 다양한 발생학적 단계를 엄격하게 제어하는 기술에 대한 어려움, 그리고 fibroblast의 유도만능 줄기세포 수립으로부터 필요로 하는 세포 및 조직을 얻는 단계에 이르기까지의 노력, 시간, 비용적인 소모가 불가피하다는 문제점을 가지고 있습니다.
이와 같은 이유로, 더 간단하고 효율적으로 연구 대상 세포 및 조직을 얻고자 하는 Direct conversion의 개념이 시작되었으며, Fibroblast에서 유도만능 줄기세포를 수립하는 '역분화' 단계와, 원하는 세포를 얻기 위한 '재분화' 단계를 생략함으로써, 시간, 비용 및 노력을 효과적으로 줄일 수 있고, 아직 완벽하지 않은 세포 분화 제어기술의 문제점을 피해 갈 수 있다는 것을 장점으로, 현재 neural stem cell 및 functional neuron, hepatocyte 등의 다양한 세포들이 fibroblast로부터 direct conversion 될 수 있다는 것이 보고되고 있습니다.
이러한 direct conversion 기술의 발전에도 불구하고, 아직까지 대부분의 연구에서는 인간이 아닌, 동물의 fibroblast를 이용한 연구라는 점, 다양한 전사인자를 이용함으로써 direct conversion의 mechanism 연구와 향후 제기될 수 있는 부작용에 대한 연구에 장애가 될 수 있다는 점이 여전히 개선되어야 할 문제점으로 남아있습니다.
본 연구에서는, 인간의 embryonic fibroblast를 이용하여 본래의 neural crest stem cell의 특성인 migration ability와 differentiation potential을 지닌 multipotent induced neural crest를 direct conversion 으로 획득 할 수 있다는 사실을 검증하였으며, 인간의 postnatal fibroblast 역시 induced neural crest로 conversion 될 수 있음을 확인하였습니다. 이들 iNC는 특정 marker를 이용하여 분리될 수 있으며, 이러한 기술을 이용하여 neural crest related neuropathy의 하나인 Familial dysautonomia (FD) 환자로부터의 iNC를 획득 및 분석함으로써, FD의 새로운 pathologic mechanism의 가능성을 제시하였습니다.
본 연구는, 그 동안 rodent fibroblast에서만 가능했던 연구가 human postnatal fibroblast에서도 가능함을 보여줌으로써, 새로운 인간 질병모델 연구의 선례가 될 수 있으며, 유도만능 줄기세포의 단점을 보완하고, 관련 질병의 mechanism에 대한 새로운 관점을 제시할 수 있는 대안 및 부가적인 방법을 개발/제안함으로써, 추후 neural crest 관련 연구에 유용하게 이용될 수 있음에 의의가 있습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
제가 소속된 Johns Hopkins university는 다양한 분야의 교육 및 연구에서 좋은 결과를 내고 있으며, 특히 biology 및 medical science관련 분야에 있어서 최고의 연구환경과 인적자원 및 교류, 그리고 결과물로 좋은 평가를 받고 있는 기관입니다. 저는 School of Medicine의 Department of Neurology와 Institute for Cell Engineering (ICE)에 소속되어 있으며, 특히 ICE의 경우 stem cell biology, neuroscience, cancer research, immunology 등의 다양한 분야의 저명한 연구진과 함께 공부하고 연구할 수 있는 환경이 갖추어져 있습니다.
제가 연구하고 있는 실험실은 이갑상 교수님을 PI로 하여, 저를 포함하여 세 분의 post doc fellow와 세 분의 technician, 그리고 M.D.-Ph.D student가, stem cell biology를 기본으로 하여 다양한 신경계의 현상 및 질병의 mechanism에 대한 연구에 매진하고 있습니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
줄기세포분야의 많은 발전이 다양한 질병 및 질환의 mechanism과 치료기술의 발전에 기여를 하고 있습니다. 그리고, 줄기세포 기술은 이제, neuroscience를 비롯한 다양한 분야와 접목되어 의학/생물학 연구에 있어 필수불가결한 기술로 인식되고 있습니다. 다양하게 응용될 수 있는 꼭 필요한 분야에서 연구할 수 있다는 점이 자부심을 갖게 해주었으며, 연구를 통하여 제가 가장 먼저 알게된 사실들이, 향후 중요하든 중요하지 않든 누군가에게 이용될 수 있고 도움이 될 수도 있다는 것은, 저와 같은 분야가 아니더라도 공부하며 연구 하시는 분이라면 모두 공감하실 수 있는 보람일 것이라고 생각합니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
저는 아직까지 도움이 되는 말씀을 드릴만큼 경험하지 못했기 때문에, 좋은 말씀을 해드리기는 어려운 것 같습니다. 다만, 저에게는 정말 감사하게도, 학부시절부터 지금까지, 항상 배우고 따를 수 있는 분들이 계셨기 때문에 지금까지 감사한 마음으로 연구할 수 있었습니다. 공부와 연구 외에도 모든 면에서 배우고, 따르고, 존경하고 싶은 분을 만나실 수 있기를 바랍니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
본 연구에서 시도되었던 Familial dysautonomia의 예와 같이, neural crest와 관련된 다양한 질병의 modeling을 시도 중이며, 그에 따른 질병 mechanism을 제시하고자 노력하고 있습니다. 또한, direct conversion에 관련된 mechanistic study에 대한 연구도 필요하다고 사료됩니다.
본 연구는 stem cell을 이용하는 연구의 단점을 개선 및 보완함으로써 새로운 가능성을 제시할 수 있었던 연구입니다. 그러나, 본 연구 역시 single transcription factor를 사용함으로써, iPSC technology에 대하여 제기되었던 안전성의 문제로부터 완전히 자유롭지는 못합니다. 따라서, single transcription factor를 대체할 수 있는 보다 안전한 방법을 개발하기 위한 연구도 수행될 것입니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
한국인은 감사의 인사에 인색하다는 얘기를 종종 듣고는 합니다. 저도 감사드리고 싶은 분들이 참 많은데, 자리와 분위기를 따지고, 쑥쓰러운 마음에 표현을 못하다가 이렇게 감사드릴 수 있는 기회를 주신 '브릭' 관계자분께 감사드립니다.
먼저, 줄기세포의 '줄'자도 모르던 저를 지금까지 지도해주신 이갑상 교수님께 감사의 말씀을 전하고 싶습니다. 때로는 advisor로, 때로는 colleague로, 듣고, 생각하고, discussion 해주시는 모습에, 능력부터 자세까지 항상 감사하며 배우고 있습니다. 더불어, 의지할 수 있고, 가족같이 대해주시는 SCCF의 김혜수 박사님을 비롯하여, 임호태 선생님, 최인영 선생님, 오요한 박사님, 김민정 박사님 등 Lee lab member분들께 깊은 감사의 인사를 전합니다.
또한, 학부시절 졸업 준비중인 예비역 학생을 잡아다가 실험실에 앉혀주셨던 건국대학교 의료생명대학의 임병우 교수님께 감사인사 전하고 싶습니다. 임병우 교수님 덕분에, 지금까지 이렇게 공부할 수 있었습니다.
변함없는 열정과 진심을 가르쳐주신 건국대학교 의료생명대학의 신화섭 교수님께도 감사의 인사를 드립니다. 강의 뿐만 아니라, 교수님의 일상적인 모습에서도 정말 많은 가르침을 마음 깊이 배울 수 있었습니다.
마지막으로 학위과정을 하면서 주변분들께 가장 많이 들었던 말은 '박재훈 교수님과 비슷해져간다' 라는 말이었던 것 같습니다. 본받고 싶고, 배우고 싶고, 존경하며 따를 수 있는 지도교수님과 함께 공부할 수 있었던 것에 부족한 제자로서 항상 감사하고 있습니다. 매번 같은 말의 반복이지만, 감사의 표현은 아무리 해도 충분하지 않은 느낌입니다. 그래서 이런 자리를 빌어 다시 한 번 감사드리고 싶습니다.
저와 모든 생각과 행동이 동일해져가는 이해심 깊은 사랑하는 아내에게 감사하고, 한국에서 응원하고 기도해주시는 가족들, 특히 제가 닮아갈 수 있다는 것이 자랑스러운 부모님, 그리고 마음의 힘이 되어주는 4개월 된 딸아이에게 감사한 마음을 항상 가지고 있음을 전합니다. 이 글을 보실 수 있을지 모르겠지만, 미국에서 만난 또 다른 가족 Lollar family와 Collins family에게도 감사드리고 싶습니다.
다시 한번, 아직 초보 연구자임에도 불구하고 '한빛사'에 연구내용을 소개 할 수 있는 기회와, 감사한 분들께 감사의 표현을 드릴 수 있는 흔치 않은 기회를 주신 '브릭' 관계자 여러분께 감사드립니다.