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- [연구] 이기영 교수, 새로운 폐암 바이오마커 및 치료 타겟 제시
- 새로운 폐암 바이오마커 및 치료 타겟 제시 표피 성장 인자 수용체 (Epidermal Growth Factor Receptor, EGFR)와 톨유사수용체 (Toll-like Receptor, TLR)가 폐암 진행을 조절하는 과정에서 단백질 티로신 키나제 2 (Protein Tyrosine Kinase 2, PTK2)의 새로운 기능을 규명하였으며, 이는 PTK2가 폐암 치료를 위한 잠재적인 바이오마커 및 타겟으로 활용될 수 있음을 제시하였음 의학과 이기영 교수 · 김지영, 신지혜, 김미정 연구원 폐암(Lung cancer)은 전 세계적으로 높은 사망률을 보이는 암으로, 유전적 변이와 다양한 외부 인자들에 의해 발병 및 진행이 유도된다. 특히 폐암의 대부분을 차지하는 비소세포 폐암(NSCLC)은 다양한 유전자 변이가 주요 원인이다. 따라서 폐암 환자 유전자 데이터는 폐암 발병 및 진행 원인과 인자 규명, 그리고 치료법 제시에 활발하게 활용되고 있다. Protein tyrosine kinase 2 (PTK2)는 암세포 이동, 생존, 증식, 그리고 세포외기질과의 상호작용에 중요한 역할을 하는 비수용체 단백질 티로신 키나제이다. Epidermal growth factor receptor (EGFR)은 암세포 성장, 분화, 생존 등을 조절하는 신호를 전달하는 수용체 티로신 키나제로서, 특히 비소세포폐암(NSCLC)에서 중요한 치료 타겟이다. EGFR 돌연변이는 세포 증식을 촉진하며, 이를 표적으로 하는 EGFR 티로신 키나제 억제제(TKIs)는 NSCLC 치료제로 사용되지만, 항암 치료 과정에서 EGFR TKI에 대한 저항성이 발생할 수 있다. Toll-like receptors (TLRs)는 선천 면역체계의 중요한 구성 요소로, 병원체 관련 분자 패턴(PAMPs)을 인식하고 면역 반응을 촉진한다. 암 미세환경에서 TLRs는 면역 세포와 암세포 간의 상호작용을 조절하며, 일부 연구에서는 TLRs가 암 세포의 생존과 성장을 촉진하는 것으로 보고되었다. 하지만, 이들 간의 상호 조절 기능에 대한 연구는 미흡하며, 또한 임상적 측면에서 PTK2, EGFR, TLRs의 발현 및 상호 조절 작용이 폐암 환자의 생존에 미치는 영향은 명확하지 않았다. 본 연구팀은 폐암 환자 유래의 암 조직 및 정상 조직에서 얻은 유전자 데이터를 활용하여 PTK2의 발현이 폐암 세포 증식 및 암세포 형성에 큰 영향을 미칠 수 있음을 확인하였다. 또한 유전자 발현 및 임상 정보 분석을 통해 폐암 환자 암세포에서 PTK2 발현이 EGFR 및 TLRs 발현과 연관성이 있으며, 이는 암환자의 생존과도 밀접한 관련이 있음을 확인하였다. 이러한 연관성에 관한 과학적 증거를 제시하기 위해 본 연구에서는 CRISPR-Cas9 gene editing method, in vitro cancer progression assay, 3D tumor spheroid assay, in vivo xenografted NSG mouse assay 등을 활용하였으며 (그림1), 그 결과 PTK2가 EGFR 및 TLRs에 의한 폐암 발달 및 형성을 조절함을 확인하였다. 또한 PTK2의 활성 억제제를 이용하여 이들에 의한 폐암 발달 및 형성에 미치는 효능을 검증하였다. 본 연구결과는 향후 폐암 치료 전략 수립에 있어서 EGFR 및 TLR 신호를 표적으로 하는 바이오마커 개발에 중요한 이정표가 될 수 있으며, 이는 향후 환자 맞춤형 정밀의학 분야에서 새로운 항암 치료 전략 수립에 기여할 것으로 기대된다. 본 연구는 김지영 학생(성균관대학교 의과대학 석박통합과정), 신지혜 학생(성균관대학교 의과대학 석박통합과정), 김미정 박사(성균관대학교 의과대학)가 연구에 기여하였다. 연구결과는 개인 맞춤 의학 및 바이오마커 분야 저명 국제 학술지인 Biomarker Research(IF: 11.1, JCR CATEGORY in MEDICINE 상위 7%)에 게재되었다. 본 연구는 중견연구자지원 사업 및 기초 연구실 사업을 통해 수행되었다. 논문명: PTK2 is a potential biomarker and therapeutic target for EGFR- or TLRs-induced lung cancer progression via the regulation of the cross-talk between EGFR- and TLRs-mediated signal. (Biomark Res. 2024 May 31;12(1):52) 저자: 김지영 (제1저자, 석박통합과정), 신지혜 (석박통합과정), 김미정 (성균관대학교 의과대학), 이기영 (교신저자, 성균관대학교 의과대학 교수). 그림 1 : 새로운 Protein tyrosine kinase 2 (PTK2) 폐암 치료 타겟 제시
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- 작성일 2024-10-31
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- [연구] 김재윤 교수, 염증성 장 질환 경구용 항산화 나노치료제 개발
- 화학공학/고분자공학부 김재윤 교수, 염증성 장 질환 경구용 항산화 나노치료제 개발 - 소화기관 내 높은 내구성을 유지하는 경구용 치료제 - 염증 조직 내 높은 접착성과 강력한 항산화 효과를 통한 치료 효과 검증 ▲ 김재윤 교수(왼쪽)와 민동광 석박통합과정생(오른쪽) 화학공학/고분자공학부 김재윤 교수 연구팀이 자가면역질환인 염증성 장질환 경구용 항산화 나노치료제를 개발하였다. 염증성 장 질환은 소화기관 중 소장이나 대장 내 과도한 면역반응으로 인해 생긴 자가면역질환 중 하나로 환경적, 유전적 요인 등의 복합적인 이유로 발생하며 정확한 질병의 원인이 명확하지 않다. 현재 의료계에서는 염증성 장 질환을 만성 질환으로 분류하고 지속적으로 환자의 증상을 모니터링하여 환부 부위의 염증반응을 줄이기 위한 다양한 약물치료가 행해지고 있다. 염증성 장 질환을 완치하는 치료법은 아직까지는 없는 것으로 알려져 있으며 현재는 주로 메살라진계 약물과 바이오 시밀러 약물 등으로 병의 진행이나 악화를 늦추고 증상을 조절하는 수준이다. 김재윤 교수 연구팀은 생분해성 다공성 실리카 입자에 강력한 항산화 효과를 갖는 세리아 나노입자를 탑재하고, 선별된 고분자 물질로 코팅한 경구용 치료제를 염증성 장 질환 동물에 투여하여 환부 부위 내 산화적 스트레스의 감소와 염증성 장 질환 동물 모델의 몸무게 및 대장 조직 길이의 증가를 확인하였다. 또한 환부 부위 내로 침입한 염증성 면역세포의 수가 감소하고 이를 통해 손상된 상피조직이 재생되는 것을 확인하였다. ▲ 자가면역질환인 염증성 장 질환 경구용 항산화 나노 치료제 치료 메커니즘 나아가 연구팀은 경구용 항산화 나노 치료제의 치료 메커니즘을 규명하기 위해 염증성 장 질환 동물에 치료제를 투여 후 조직을 분석해본 결과, 나노 치료제가 소화기관 밖으로 빠져나가지 않고 염증성 장 상피세포에 붙고 기저막 아래로 이동하여 조직 내 산화적 스트레스를 감소시키는 결과를 확인하였다. ▲ 나노 치료제의 염증성 조직과의 접착성 및 치료 효능 평가 김재윤 교수는 “개발된 경구용 항산화 나노 치료제 플랫폼에 다른 면역제제를 탑재하여 다양한 자가면역질환 치료에 확대 적용할 수 있을 것으로 기대된다”라고 설명했다. 연구팀의 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구사업과 혁신형미래의료연구센터육성사업의 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 국제저명학술지인 에이시에스 나노(ACS Nano)에 게재되었다. ※ 논문제목: Orally Administrated Inflamed Colon-Targeted Nanotherapeutics for Inflammatory Bowel Disease Treatment by Oxidative Stress Level Modulation in Colitis ※ 저널: ACS Nano ※ 논문링크: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c11089
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- 작성일 2024-10-31
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- [연구] 김재윤 교수 연구팀, 나무에서 추출한 친환경 소재 리그닌을 백신으로
- 김재윤 교수 연구팀, 나무에서 추출한 친환경 소재 리그닌을 백신으로 - 목재 폐기물 리그닌을 고부가가치 바이오메디컬 소재로 활용 - 자가면역질환인 다발성 경화증 치료 백신 효과 검증 ▲ (왼쪽부터) 김재윤 교수(교신저자), Ngoc Man Phan 학생(공동 제1저자), Thanh Loc Nguyen 박사(공동 제1저자) 화학공학/고분자공학부 김재윤 교수 연구팀(공동 제1저자 Ngoc Man Phan 석박사통합과정 학생, Thanh Loc Nguyen 박사후연구원)이 나무에서 추출한 친환경 소재를 백신으로 활용하는 기술을 개발하였다. 최근 기후 위기를 극복하기 위한 온실가스 감축의 중요성이 대두되고 있다. 탄소중립을 구현하기 위한 여러 접근 방법 중 천연물 소재 활용에 관한 관심이 높아짐에 따라 천연물 소재 기반의 지속가능 비즈니스에 대한 수요도 빠르게 증가하고 있다. 리그닌(lignin)은 나무의 20~30%를 차지하는 주요 구성 물질이다. 리그닌은 나무의 다른 주요 구성 물질인 셀룰로오스 섬유를 결합해 나무의 강도를 높이는 접착제 역할을 한다. 리그닌은 나무의 주요 구성 물질이지만 그동안 종이나 바이오연료를 생산하는 과정에서 부산물로 처리되어 폐기되거나 땔감으로 활용되는 수준에 머물렀다. ▲ 나무의 주요 구성 성분인 리그닌 모식도 하지만, 최근 북유럽을 중심으로 리그닌을 활용한 친환경 제품 개발에 대한 노력이 계속되고 있다. 예를 들어, 기존 석유화학제품을 대체할 수 있는 리그닌 기반 접착제를 상품화하거나, 리그닌을 활용한 배터리 양극소재 개발 연구가 진행되고 있다. 화학공학/고분자공학부 김재윤 교수 연구팀은 리그닌을 고부가가치 백신으로 활용하는 기술을 개발하여 이를 자가면역질환인 다발성 경화증의 치료에 적용하였다. 다발성 경화증은 뇌, 척수 등 중추신경계에 발생하는 자가면역질환으로 신경 통증, 마비, 시신경염, 감각장애, 운동장애, 사지마비 등의 증상을 보이는 질환이다. 현재까지 완치법은 없는 것으로 알려져 있어 주로 스테로이드제나 질병 완화제 등으로 병의 진행을 늦추고 증상을 조절하는 수준에 그치고 있다. 연구팀은 천연 폴리페놀 화합물인 리그닌이 면역세포가 과도하게 활성화하는 것을 억제한다는 사실을 확인하고, 리그닌 나노입자에 자가항원을 결합한 치료 백신을 제작하였다. ▲ 리그닌 나노입자 백신에 의한 다발성 경화증 면역치료 과정 척수를 공격하는 자가면역 반응으로 인해 뒷다리가 마비된 다발성 경화증 생쥐에게 리그닌 나노입자 백신을 접종한 결과 마비 증세가 회복되어 뒷다리를 모두 사용하여 걸을 수 있는 치료 효과를 보였다. 연구팀은 생쥐에게 백신접종 후 중추신경계에 침입한 자가반응성 면역세포가 현저히 감소하고 몸 안의 면역 균형이 회복되었음을 확인하였다. ▲ 자가항원과 면역억제약물이 결합된 리그닌 나노입자 백신의 주사전자현미경 사진 김재윤 교수는 “지속가능 천연물 소재인 리그닌을 고부가가치 면역 치료용 소재로 활용할 수 있는 가능성을 확인하였다”며 “치료 효율을 높이는 추가 연구를 통해 다양한 면역 치료를 위한 소재 플랫폼 확보에 기여할 수 있을 것”이라고 연구의 의의를 밝혔다. 이번 연구는 산림청과 과학기술정보통신부의 지원으로 수행되었으며, 연구 성과는 국제학술지 에이씨에스 나노(ACS Nano)에 게재되었다. ※ 논문제목: ROS-Scavenging Lignin-Based Tolerogenic Nanoparticle Vaccine for Treatment of Multiple Sclerosis ※ 저널: ACS Nano(IF: 17.1) ※ 논문링크: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c04497
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- 작성일 2024-10-31
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- [연구] 김인기 교수, 단분자를 실시간 관찰할 수 있는 메타렌즈 개발
- 생명물리학과 김인기 교수, 단분자를 실시간 관찰할 수 있는 메타렌즈 개발 - 상온에서 분자 하나의 움직임을 관찰할 수 있는 초고민감도 메타렌즈 개발 - 스마트폰 기반 현미경에 연동된 휴대용 단분자 센서 가능성 제시 ▲(왼쪽부터) 성균관대 생명물리학과 김인기 교수, Aleksandr Barulin 박사, 포스텍 노준석 교수, 김예슬 박사과정생, 오동교 박사과정생 생명물리학과 김인기 교수, Aleksandr Barulin 박사 연구팀은 포스텍 노준석 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 상온에서 단분자(Single molecule)의 움직임을 실시간으로 관찰할 수 있는 초고민감도 메타렌즈(Metalens) 장치를 개발해 세계적인 과학 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 논문을 게재했다. 단분자 감지 기술은 바이오센싱, 화학 분석, 분자 역학, DNA 염기서열 분석 및 정밀의학 분야의 핵심 기술로 여겨지고 있다. 단분자를 검출하기 위해 많이 사용되는 방법 가운데 하나는 형광 상관 분광 기술로(Fluorescence Correlation Spectroscopy, FCS), 분자에서 방출되는 형광 신호들의 상관 함수를 분석하여 각각의 분자의 거동을 관찰할 수 있다. 특히 FCS 기술은 렌즈의 특성에 굉장히 민감하기 때문에, 현재까지 보고된 대부분의 FCS 기술은 해상도가 높은 고배율의, 수차가 보정된 비싼 대물렌즈를 사용하였다. 현장형 감염병 진단 및 맞춤/정밀의학에 대한 수요가 높아짐에 따라 과학자들은 포터블 형태의 바이오센서 및 스마트폰에 연동 가능한 현미경과 같은 새로운 바이오메디컬 디바이스를 개발하기 위한 노력을 해오고 있다. 하지만 현재까지 기존의 대물렌즈를 소형화할 수 있는 기술의 부재로 초소형 형태의 단분자 진단 기기는 개발되지 못하고 있다. 연구진은 머리카락 굵기 1,000분의 1에 불과한 초박형 평면 광학 소자인 메타표면을 활용해 단분자의 움직임을 실시간으로 관찰할 수 있는 초고민감도 메타렌즈 장치를 개발했다(그림 1). 단분자 관찰을 위해서는 높은 집광 효율 및 큰 개구수를 가지며, 동시에 수차가 정교하게 보정된 고품질의 렌즈를 사용해야 한다. 연구팀은 이러한 모든 조건을 만족시키는 메타렌즈를 구현하기 위해 실리콘 기반의 나노 구조를 최적화하였고, 정밀한 나노공정을 통해 디바이스를 제작하였다. 연구팀은 제작된 메타렌즈를 통해 빛의 초점이 맺히는 작은 공간을 1.6nm의 크기의 Alexa 647 단분자가 통과할 때의 움직임을 실시간으로 관측하는데 성공하였다(그림 2). ▲ [그림1] 메타렌즈 기반 단분자 측정 시스템 모식도 ▲ [그림2] 메타렌즈를 통해 측정된 Alexa 647 단분자 측정 결과 그래프 더 나아가 연구팀은 FCS 분석을 통해 분자의 확산 속도, 용액의 점도를 알 수 있고, 또한 서로 다른 크기의 미세 입자들을(퀀텀닷 및 나노입자) 구분할 수 있는 기술을 구현하였다(그림 3). 이러한 메타렌즈를 통해 휴대용 단분자 측정 시스템에 대한 가능성이 처음으로 증명되었고, 향후 후속 연구를 통해 스마트폰 현미경 및 3D 프린팅된 초소형 현미경에 메타렌즈를 결합해 휴대용 단분자 측정 시스템을 실현하고자 한다. 궁극적으로는 이러한 메타렌즈와 실리콘 포토닉스 칩이 결합된 온-칩 단분자 측정 센서가 개발될 수 있을 것으로 기대된다. ▲ [그림3] 메타렌즈로 측정된 다양한 단일 미세 입자 구분 기술 본 연구 결과는 국제학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF: 16.6)에 1월 2일 출판되었다. 본 연구는 뇌과학 선도융합기술개발사업, 미래유망융합기술 파이오니어 사업, ERC 선도연구센터, RLRC 지역혁신 선도연구센터, 나노커넥트, 포스코 산학연 융합연구소 사업 및 세종과학펠로우십 사업 등을 통하여 수행되었다. ※ 논문명: Dual-wavelength metalens enables epi-fluorescence detection from single molecules ※ 저널: Nature Communications
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- 작성일 2024-10-31
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- [교수동정] 성균관대 김인기 교수, 한국광학회 젊은광과학자상 수상
- 생명물리학과 김인기 교수, 한국광학회 젊은광과학자상 수상 생명물리학과 김인기 교수가 2월 14일부터 16일까지 열린 제35회 한국광학회 정기총회 및 2024 동계학술발표회에서 젊은광과학자상을 수상하였다. 젊은광과학자상은 만 35세 미만의 연구자 중 광학 분야에서 우수한 연구 업적과 잠재성을 가진 것으로 인정되는 자에게 수여되는 상이다. 포스텍 기계공학과에서 박사학위를 받고 2021년 성균관대에 부임한 김인기 교수는 나노광학 및 메타물질 분야에서 활발한 연구를 수행하고 있으며, 메타표면 기반 평면광학 디바이스, 바이오포토닉스 및 나노리소그래피 분야에 기여한 탁월한 연구성과를 인정받아 이번 젊은광과학자상을 수상하였다. 한편, 1989년 창립된 한국광학회는 9,700여 명의 회원이 교류·활동하고 있으며 광학분야에서 가장 영향력 있는 국제적인 학술단체이다. 한국광학회가 매년 실시하는 학술발표회는 광과학, 광기술, 디지털홀로그래피 및 정보과학, 양자전자, 포토닉스, 바이오포토닉스, 디스플레이, 양자광학 및 양자정보, 리소그래피 등 9개 분과에서 최신 연구성과를 발표하고 연구 동향을 공유한다.
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- 작성일 2024-10-31
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- [교수동정] 생명물리학과 김인기 교수, 2024년 삼성미래기술육성사업 선정
- 생명물리학과 김인기 교수, 2024년 삼성미래기술육성사업 선정 - 메타포토닉스 기반 초소형 3차원 스캐너 개발 예정 - 기초과학·소재·ICT 분야 연구자 선정해 지원 생명물리학과 김인기 교수가 2024년 삼성미래기술육성사업에 선정됐다. 김인기 교수는 전자전기공학부 박은병 교수와 공동으로 메타포토닉스 기반 초소형 3차원 스캐너를 개발할 예정이다. 3차원 스캐닝 기술은 현실의 물체를 스캔해 디지털상의 3차원 데이터를 생산하는 기술로 가상·증강현실 기술이 활발하게 개발되는 최근 주목받는 기술이다. 이러한 3차원 스캐닝 기술은 의료 산업 및 제조업과 같은 전통적인 산업 분야뿐만 아니라 엔터테이먼트 분야, 초소형 로봇 SLAM 및 자율주행 자동차 등과 같은 첨단산업 분야에서도 높은 활용성이 기대된다. 기존의 3차원 스캐너나 라이다 센서는 부피가 매우 크고 비싼 단점으로 일상에서 활용성이 극히 낮았다. 본 과제에는 이를 해결하기 위해 다기능·초박형 메타렌즈와 딥러닝 기반 3차원 재구성 알고리즘인 NeRF(Neural Radiance Field)를 결합한 초소형/초박형 3D 스캐너를 개발하고자 한다. 본 연구를 통해 차세대 모바일 광학 센서 및 스캐닝 시스템의 원천 기술을 선점하고자 한다. 한편 삼성미래기술육성사업은 대한민국의 기초과학 발전과 산업기술 혁신, 사회 문제 해결, 세계적인 과학기술인 육성을 목표로 삼성전자가 2013년부터 1.5조 원을 출연해 시행하고 있는 연구 지원 공익사업으로 ▲기초과학 ▲소재 ▲ICT 분야에서 각각 연구자를 선정하여 지원하는 사업이다. 우리 대학에서는 김 교수를 비롯해 2024년 상반기 선정과제에는 의학과 임세진 교수가 소재분야에, 소프트웨어학과 서의성 교수가 ICT 분야에 함께 선정되었다.
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- 작성일 2024-10-31
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- [연구] 김인기 교수, 성균관대-포항공대-하버드메디컬스쿨, 초고속 감염병 진단 기술 개발
- 성균관대-포항공대-하버드메디컬스쿨, 초고속 감염병 진단 기술 개발 - 메타표면 칩 기반 초고속 PCR 기술 개발 - 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials) 후면 표지논문(Back Cover) 선정 ▲ (왼쪽부터) 성균관대 김인기 교수, 성균관대/하버드메디컬스쿨 루크 리 교수, 포항공과대학교 노준석 교수, 김진곤 교수 생명물리학과 김인기, 루크 리 교수(하버드메디컬스쿨) 연구팀은 POSTECH(포항공과대학교) 노준석, 김진곤 교수 연구팀과 함께 메타표면 칩을 기반으로 한 초고속 유전자 증폭기술(PCR)을 개발했다. 이번 연구는 감염병 진단을 더 빠르고 효율적으로 할 수 있는 새로운 가능성을 제시한다. PCR은 세균이나 바이러스의 DNA를 증폭해 감염병을 진단하는 기술로 기존 방식은 진단까지 몇 시간이 소요되고 고가의 장비가 필요해 현장 진단에 적합하지 않았다. 이를 개선하기 위해 연구팀은 빛을 열로 변환하는 메타표면 기술을 도입했다. 메타표면은 98% 이상의 빛을 흡수해 즉시 열을 발생시키며, 이로 인해 PCR 반응물을 빠르게 가열하고 냉각할 수 있다. 이렇게 개발된 메타표면 칩을 이용하면 30번의 가열과 냉각 주기를 3분 30초 내에 완료할 수 있으며, 바이러스 RNA 증폭도 6분 30초 내에 처리할 수 있다. ▲ [연구그림1] 메타표면 완전흡수체 기반 초고속 광 열 순환기 이 기술의 핵심은 질화타이타늄 기반 메타표면 완전흡수체를 사용했다는 점이다. 기존의 금 기반 광열효과에 비해 질화타이타늄은 더 넓은 파장 영역에서 빛을 흡수하고, 더 빠른 전자-전자 상호작용과 열 변환 속도를 보인다. 이로 인해 더욱 빠르고 효율적인 열 주기가 가능해졌으며 감염병 진단 시간을 획기적으로 단축할 수 있었다. 특히 이 기술은 콜로이달 리소그래피로 대면적 웨이퍼에 제작 가능해 향후 대량 생산에도 유리하다. ▲ [연구그림2] 10분 이내 감염병을 진단하는 메타표면 칩 기반 PCR 연구팀은 실제 실험을 통해 코로나19 오미크론 변이 바이러스 RNA를 이 기술로 효과적으로 증폭할 수 있음을 확인했다. 메타표면 칩은 대량 생산이 가능하며, 다양한 감염병을 현장에서 신속하게 진단할 수 있는 기술로 발전할 가능성이 크다. 이번 연구 성과는 재료공학 분야의 저명 국제학술지인 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)에 게재되었으며 해당 호의 뒷 표지논문(Back Cover)으로 선정되어 그 우수성을 인정받았다. ▲ 김인기 교수 연구팀의 연구성과가 Advanced Materials 후면 표지논문(Back Cover)으로 선정되었다. 이번 연구는 한국연구재단 STEAM 글로벌융합연구, 미래유망융합기술 파이오니어, 선도연구센터, 중견연구, 리더연구 및 세종과학펠로십 등의 연구지원사업을 통해 수행되었다. ※ 논문명: Ultrafast metaphotonic PCR chip with near-perfect absorber ※ 학술지: Advanced Materials(IF: 27.4) ※ 논문 링크: https://doi.org/10.1002/adma.202311931
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- 작성일 2024-10-31
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- [교수동정] 의학과 김경규 교수, 한국방사광이용자협회 회장 당선
- 의학과 김경규 교수, 한국방사광이용자협회 회장 당선 의학과 김경규 교수가 사단법인 한국방사광이용자협회 제17회 회장으로 당선되었다. 임기는 2024년 1월 1일부터 2년간이다. (사)한국방사광이용자협회는 1989년 8월 발족된 공익법인 단체로 방사광(放射光) 관련 학문과 기술의 발전을 도모하고 국내 방사광 이용자의 저변을 확대하며 회원들의 교류 촉진 및 연구활성화를 위해 설립되었다. 현재 2천여명의 정회원이 있으며 매년 방사광 이용자 연구발표회, 국제심포지움, 방사광이용 튜토리얼 등 활발한 활동을 이어가고 있다. 또한 2028년 가동을 목표로 건설 중인 오창 다목적방사광가속기 건설 관련, 연구자들의 요구사항을 반영하기 위해 워크숍과 설명회 등을 개최하고 있다. 김 교수는 서울대학교 화학과에서 학사, 석사, 박사 학위를 받았으며 미국 UC Berkeley 화학과 및 로렌스버클리국립연구소에서 박사후연구원을 수행한 바 있다. 그는 방사광을 이용한 생체고분자의 삼차원 구조를 규명하는 X선 결정학 분야의 전문가로 평가받으며 특히 핵산의 삼차원 구조연구분야에서 국제적인 연구를 리드하고 있다. 김경규 교수는 "1994년 포항가속기가 준공된 지 40년이 되는 뜻 깊은 해에 협회장이라는 중책을 맡게 되었다”라며 “지난 40년간 가속기는 바이오 물리 화학 재료 등 기초 및 응용과학의 연구인프라로서 한국의 과학발전에 가장 큰 기여를 한 거대과학시설이고, 따라서 앞으로도 더욱 많은 연구자들이 효율적으로 시설을 사용하여 세계최고의 연구를 수행할 수 있도록 협회가 최선을 다해 가속기 이용자들을 도울 것이다”라고 말했다. 아울러 “오창에 건설중인 다목적방사광가속기가 세계최고의 방사광 시설로 건설되어 이를 통해 최첨단연구가 이루어질 수 있도록 협회의 역량을 총 동원하여 다목적방사광가속기 구축사업을 지원하겠다"고 말했다.
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- 작성일 2024-10-31
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- [연구] 의학과 권영대 교수 연구팀, 새로운 차원의 노화세포 표현형 규명
- 의학과 권영대 교수 연구팀, 새로운 차원의 노화세포 표현형 규명 - 노화에 따른 핵인의 구조·물성 변형과 비정상적 단백질 응집 촉진 의학과 권영대 교수 연구팀이 노화에 수반되는 세포 내 신규 표현형을 발굴해 냈다고 밝혔다. 노화는 그간 거스를 수 없는 생명 현상으로 여겨졌으나 근래 세포 노화에 대한 연구가 축적되며 인류가 극복할 수 있는 대상으로 인식의 전환이 이루어지고 있다. 세포 노화는 유전체 불안정성, 활성산소종, 만성적 염증 등으로 인해 세포의 증식 능력이 감퇴된 상황이며 알츠하이머 병, 관절염, 망막 변성, 근감소증 등의 퇴행성 노인질환과 밀접한 관계가 있다고 알려져 있다. 핵인(Nucleolus)은 세포 내 단백질 생산을 담당하는 리보솜이 조립되는 비막성 세포소기관이다. 또한 핵인은 물질적 특성이 다른 주변의 핵질과 분리된 채 독자적인 액체상 방울의 형태로 존재하는데, 이는 기름이 물에 섞이지 않고 독립된 액체 방울로 떠있는 것과 비슷하다. 핵인과 같이 생체막을 활용하지 않은 채 물리적 성질에 의해 주변과 분리된 세포 내 구조체를 생체분자 응축상(Biomolecular condensate)라고 한다. 세포생물학 분야에서 물질적 특성 분석이라는 새로운 관점으로 생체분자 응축상을 연구하는 시도가 활발하게 이루어지고 있으나 노화 현상을 이해하는 데 이러한 연구 전략이 적용된 적은 없었다. 권영대 교수 연구팀은 세포 분열이 정지된 노화세포에서 핵인이 해체-재구성 과정을 거치지 않은 채 오랫동안 유지된다는 점에 착안하여 핵인의 형태 및 유동성 등의 특성이 변형될 것이라는 가설을 수립하였다. 연구팀은 이를 확인하기 위해 DNA 손상 및 후성유전적 변화 등 유전체 불안정성이 증대되거나 활성산소종이 처리되어 노화가 유도된 세포 모델을 활용하였다. 그 결과, 노화세포의 경우 핵인의 하위 구조 중 리보솜 RNA(ribosomal RNA)의 안정화 및 성숙화가 이뤄지는 밀집 섬유 중심(Dense fibrillar component; DFC) 영역의 형태가 정상 세포와 큰 차이를 보임을 확인하였다. ▲ 세포 노화에 의한 핵인 차원 신규 표현형 규명 이와 함께 DFC 영역 내에서 분자 확산성이 감소하는 동시에 분자 간 밀집도는 증가하는 등 물질적 특성 역시 변형되었다. 뿐만 아니라 퇴행성 질환에서 흔히 발견되는 단백질 응집이 형성되는 과정에서 나타나는 다량체 및 섬유소 등의 병리적 단백질 구조들이 노화 세포의 DFC 영역에서 증가함이 관찰되었다. 권영대 교수 연구팀은 이번 연구를 통해 노화 진행에 따른 핵인의 특성 변화를 학계에 보고하고 향후 핵인 내 노화 조절 인자 발굴 등 후속 연구를 진행할 계획이다. 권영대 교수는 “세놀리틱 혹은 세노몰픽 전략 등을 통한 항노화 연구개발이 급증하는 상황에서 약리 효능을 독창적으로 평가할 수 있는 지표를 개발하였다”며 “다수의 퇴행성 질환에 발견되는 단백질 응집 현상을 기반으로 한 질환 치료 신규 표적을 탐색해나갈 것”이라고 향후 연구 계획을 밝혔다. 본 연구는 한국연구재단의 우수신진연구사업 및 한국과학기술연구원(KIST)-성균관대학교(SKKU) 융합연구사업의 지원으로 이루어졌으며, 연구 결과는 생화학 및 분자생물학 분야의 국제학술지 Redox Biology에 7월 25일 온라인 게재되었다. ※ 논문명: Reduced dynamicity and increased high-order protein assemblies in dense fibrillar component of the nucleolus under cellular senescence ※ 저널: Redox Biology (IF: 10.7, JCR 상위 5.3%) ※ 저자명: 권영대(교신저자), 조민정(제1저자) ※ 논문링크: https://doi.org/10.1016/j.redox.2024.103279
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- 작성일 2024-10-31
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- [연구] RNA 비표적 효과를 줄인 미토콘드리아 염기 교정 효소 및 동물 유전질환 모델 개발
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의학과 정밀의학교실 및 메타바이오헬스학과 이성현 교수는 세계 최초로 미토콘드리아 DNA의 특정 서열에서 아데닌 염기를 구아닌으로 변형한 생쥐를 제작하는 데 성공했다. 해당 연구는 연세대학교 의과대학, KIST 뇌과학연구소, 고려대학교 의과대학 및 주식회사 엣진과의 공동 연구를 통해 이루어졌다. 세포 내에 존재하는 에너지 공급원, 미토콘드리아는 그 내부에 에너지대사에 필수역할을 하는 단백질의 유전정보를 가진 미토콘드리아 DNA를 가지고 있다. 이 DNA의 결함은 미토콘드리아의 고장으로 이어지게 되며, 뇌, 신경, 근육에서 다양한 병증으로 나타나게 된다. 또한 부모 중 모계 유전으로만 전달되는 미토콘드리아의 특성상 엄마의 미토콘드리아 결함이 자녀에게 유전되어 미토콘드리아 질환으로 나타날 수 있다. 현재 크리스퍼 유전자 가위 (CRISPR-Cas9) 기술이 DNA 교정 기술로 활용되지만, 특정 DNA 서열을 인식하는 것에 사용하는 가이드 RNA가 미토콘드리아 내부로 수송되지 못하기 때문에 미토콘드리아 DNA 교정에는 사용하지 못한다는 한계점이 존재한다. 이에 대해 현재까지 개발된 미토콘드리아 DNA 교정 기술로는 DNA 염기 서열 4종류 A, G, T, C 중 C를 T로 교정 가능한 DdCBE(Nature, 2020)와 A를 G로 교정 가능한 TALED(Cell, 2022)가 있다. 이 중 DdCBE를 활용하여 미토콘드리아 C-to-T 유전자 교정을 일으킨 생쥐를 제작한 연구 사례는 있지만, 미토콘드리아 A-to-G 유전자 교정을 동물실험에서 성공한 사례는 아직까지 보고되지 않았다. 연구진은 기존에 개발된 미토콘드리아 DNA 교정 기술 TALED가 세포 내에서 의도하지 않은 무작위적 DNA 및 RNA 변형을 일으킨다는 것을 확인했으며, 이로 인해 TALED가 생쥐의 수정란에 주입될 경우 배아 발달이 정상적으로 이루어지지 못함을 발견했다. 또한 TALED 구성 단백질 중 DNA 변형을 매개하는 단백질이 더욱 정밀한 활성을 나타낼 수 있게 개량한 TALED(V28R-TALED)를 개발했으며, 이를 통해 TALED의 부작용인 세포 내 무작위적 DNA 및 RNA 변형이 크게 감소된 것을 확인했다. 나아가 개량된 TALED를 생쥐의 수정란에 미세주입해 미토콘드리아 질환 중 리 증후군(Leigh syndrome)의 돌연변이를 보유, 병증을 나타내는 생쥐를 제작하는 것에 성공했다. 이번 연구는 세계적 국제학술지인 셀
| (IF=66.85)>에 2024년 1월 4일 (한국시간)에 게재되었다. 논문명: Engineering TALE-linked deaminases to facilitate precision adenine base editing in mitochondrial DNA DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.11.035 저자: 이성현 (교신저자, 성균관대학교 의학과 및 메타바이오헬스학과 조교수) 그림 개선 된 TALED의 모식도 및 작용 방식 | -
- 작성일 2024-01-19
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