신인재 교수팀, 줄기세포를 신경 세포로 분화시키는 새로운 길 열어

셀 자매지 ‘케미스트리 앤드 바이올로지’에 논문 게재

신인재 화학과 교수 연구팀이 줄기세포를 신경세포로 분화시키는 고효율의 기술을 개발했다. 성균관대 의대 김경규 교수팀과 공동으로 진행한 이번 연구로 줄기세포 분화 연구 및 신경세포 재생의학 분야에 새로운 전기를 마련하게 됐다.

연구진은 줄기세포 분화를 촉진하는 활성을 지닌 단백질과 신경세포 분화 활성을 갖는 저분자 유기화합물을 줄기세포에 연속적으로 처리하면 신경세포분화 효율 및 선택성이 획기적으로 증가한다는 것을 확인했다. 본 연구 결과는 셀(Cell) 자매지인 ‘케미스트리 앤드 바이올로지(Chemistry & Biology)’ 온라인 판 11월 19일자(한국시간 기준)에 게재됐다. 

또한 미국고등과학연맹(American Association of Advanced Science, AAAS)의 과학포탈사이트인  EurekAlert (http://www.eurekalert.org)에 ‘Breaking News’로 보도됐다.

줄기세포는 생체 내 다양한 조직이나 세포로 분화할 수 있는 특징을 갖는 세포다. 줄기세포를 이용하면 손상 부위의 세포 재생이 가능하기 때문에 심근경색이나 척추 손상과 같이 치료가 어려운 난치병이나 퇴행성 질환 등을 치료하는 ‘재생의학’에 활용할 수 있다. 줄기세포를 이용한 난치병 치료를 위해서는 줄기세포를 신경세포와 같은 특정 세포로 분화시키는 기술이 필요한데, 효과적인 치료법 개발을 위해서는 줄기세포의 분화 효율과 분화 선택성을 높이는 것이 매우 중요하다.

공동 연구팀은 본 연구에서 줄기세포의 분화기전에 근거한 두 가지 기술을 접목해 신경세포로의 분화효율을 높일 수 있는 새로운 기술을 개발했다.

신인재 교수팀은 신경세포 분화 유도 뉴로다진이나 뉴로다졸이라는 저분자 유기화합물을 줄기세포에 처리하게 되면 줄기세포를 선택적으로 신경세포로 분화시킬 수 있다는 사실을 2014년에 보고한 바 있다. (Imidazole-based small molecules that promote neurogenesis in pluripotent cells. Angew Chem Int Ed 53(35): 9271-9274)

성균관대 의대 연구팀은 줄기세포 상태를 유지하는 데 핵심적인 역할을 하는 전사인자들의 기능을 SKP라는 이름의 단백질을 이용해 억제하게 되면 줄기세포의 분화를 촉진해 결과적으로 초기 분화 효율이 높아진다는 사실을 지난해 미국학술원회보에 발표한 바 있다. (Inhibition of master transcription factors in pluripotent cells induces early stage differentiation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014 Feb 14; 111(5): 1778-83)

신 교수와 김 교수는 각 연구팀에서 독자적으로 개발한 기술을 결합하면 ‘줄기세포가 높은 수율로 신경세포로만 분화될 것이다’라는 가설을 세우고 이를 증명하기 위해 ‘SKP 단백질로 줄기세포 분화를 촉진한 후 신경세포 분화 유도물질을 처리’하는 새로운 신경세포 분화 방법을 개발하고(그림 1), 이를 생쥐의 다능성 줄기세포에 적용함으로써 신경생리학적으로 활성을 갖는 신경세포를 얻을 수 있었다(그림 2).

본 연구에서는 두 가지 분화기술을 접목하면 보다 효율적인 분화기술을 개발할 수 있다는 사실을 증명함으로써 분화 연구에 새로운 패러다임을 제시했다.

연구팀은 이와 같이 분화기술을 접목해 분화 효율을 높이는 방법을 심장근육세포와 같이 난치병 치료에 필수적인 다른 세포분화에 응용함으로써 그 응용범위를 넓힐 계획이다.

본 연구에는 신인재·김경규 교수 외에 우리 대학교 정은지 교수, 데바시스 핼더 연구원, 장경은 연구원을 비롯해 성균관대학교 데보요티 데 연구원(Debojyoti De)이 공동연구원으로 참여했다.

이번 연구는 미래창조과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 창의적연구사업, 해외우수신진연구자 유치 사업 및 시스템합성농생명공학사업단(농업진흥청, 차세대바이오그린)의 연구비 지원을 받아 수행됐다.