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조동규 교수 연구팀이 2020년 한 해 동안 Impact Factor 10 이상인 학술지에 3편의 논문을 발표하였다. 줄기세포 줄기세포 엑소좀(Exosome)을 통한 퇴행성관절염 치료 연구결과를 분야 최상위 저널인 Journal of Extracellular Vesicles (IF 14.976) 2020년 3월 9일자에, 백색지방과 베이지색 지방으로의 분화유도 엑소좀 연구결과를 세계적 학술지 Science Advances (IF 13.116) 2020년 3월 27일자에 연달아 발표하였다. 또한 알츠하이머 치매에서 보이는 신경세포사멸의 기전 및 치료 타겟을 규명하여 세계적 권위지인 Science Advances (IF 13.117) 2021년 1월 13일자에 발표하였다.

* 우수한 연구성과를 낸 조동규 교수님께 연구와 관련된 여러 가지 내용을 들어보았다.

2020년 발표한 2편의 논문은 ‘엑소좀’에 관련된 내용이다. 줄기세포는 손상된 조직 치료에 적용될 수 있기 때문에 재생의학 분야에서 주목 받고 있다. 하지만 동종줄기세포치료에는 면역거부반응의 문제와 체내 주입 시 생존율이 낮다는 문제점이 있기 때문에 줄기세포 치료의 한계점을 보완할 수 있는 연구를 진행하였다.

줄기세포는 ‘엑소좀’이라고 하는 나노소포체를 분비하는데 엑소좀은 세포가 가지고 있는 특성을 그대로 반영하고 있고, 주변 세포에 의미 있는 신호를 준다고 알려져 있다. 그리고 엑소좀은 살아있는 세포가 아니라 세포가 분비한 물질이기 때문에 대량생산과, quality control이 가능하고, 보관, 배송이 훨씬 더 자유롭다는 장점이 있다. 그리고 무엇보다도 면역원성이 지극히 낮다. 따라서 줄기세포가 재생 치료에서 사용될 때 나오는 효과가 줄기세포가 분비하는 엑소좀 때문일 것이라는 가정 하에 줄기세포 엑소좀으로 여러 가지 재생치료에 적용을 해보았다.

먼저 퇴행성 관절염 모델에서 시험을 진행하였고, 줄기세포보다 훨씬 좋은 효과로 관절염을 치료해 주는 효과를 얻어 논문을 발표하였다.

또한 원하는 조직으로의 효과적인 분화 및 재생을 유도하기 위해 분화하는 줄기세포로부터 분비되는 엑소좀을 이용해 백색/베이지색 지방세포로 분화를 유도하고, 지방조직의 재생 및 활성화를 촉진시키는 ‘분화유도 엑소좀’의 새로운 기능과 활용을 제시하였다.

베이지색 지방은 에너지 소모를 통한 열생산을 담당한다. 따라서 당뇨나 비만의 치료방법으로 베이지색 지방이나 갈색 지방을 늘리는 것도 접근되고 있다. 고지방식이를 4~5개월간 하면 비만 당뇨가 오는데 이 생쥐 모델에 베이지색 지방세포의 분화를 유도하는 엑소좀을 투여하는 실험을 진행하였다. 그 결과 베이지색 지방세포가 생기고, 혈당 감소와 체중 감소를 확인할 수 있었다.

따라서 엑소좀으로 인해 분화가 유도된 백색지방은 지방이식에, 베이지색 지방은 당뇨, 비만치료에 기여할 수 있다.

2021년 발표한 논문은 ‘알츠하이머 치매’에 관련된 내용으로 오글루넥당화(O-GlcNAcylation)라는 단백질 변형을 통해 알츠하이머 치매에서 발생하는 신경세포괴사, 아밀로이드 축적, 뇌염증 및 인지 기능 손상을 억제하는 새로운 기전을 규명하였다.

알츠하이머 치매에서 세포괴사 프로그램(Necroptosis)이 매우 활발하게 일어나는데 Necroptosis와 오글루넥당화의 상관관계에 대해서 최초로 밝혔다. 알츠하이머 치매가 진행되면 전체적으로 뇌 조직 내에서 오글루넥당화되는 단백질이 줄어드는데 그 역할을 하는 효소가O-GlcNAcase(OGA)이다. 알츠하이머 모델에서 OGA를 knockout시킨 결과 알츠하이머가 억제됐고, Necroptosis또한 억제됐다. 따라서 오글루넥당화가 덜 일어나면 Necroptosis가 많이 일어난다는 기전을 밝혔고, 오글루넥당화 유지가 알츠하이머 치매 발병을 억제하고, 신경세포 사멸을 줄일 수 있는 주요한 메커니즘이 될 수 있을 것이다.

* 우리는 교수님께 다음 연구는 어떤 것을 진행하실 계획인지 여쭤보았다.

알츠하이머 치매 치료제 개발에 집중적으로 연구할 것이다. 몇 년 전부터 극지연구소와 공동으로 연구를 진행하고 있다. 극지 지의류에서 알츠하이머 치매에 효능이 좋은 물질을 발견했는데 그 물질을 상용화시키기 위해 좀 더 깊이 있는 연구를 시작할 것이다. 또한 알츠하이머 치매나 퇴행성 뇌질환 등 뇌질환에서 엑소좀을 이용한 치료제 또한 개발 중에 있다.

신경과학 연구는 다양한 접근 방법을 적용하는 연구가 동시에 진행되어야 한다는 말씀에 연구실 운영에 대해 궁금해져 여쭤보았다.

연구실이 알츠하이머 치매랑 파킨슨과 같은 퇴행성 뇌질환을 중심으로 하고 있지만 최근에 엑소좀 관련된 연구도 많이 하고 있다. 신경과학 연구는 세포수준의 연구, chemical 수준의 연구도 필요하고 반드시 동물모델을 써야 된다. 동물모델 연구에도 조직학적 연구, 인지행동학적 연구, 생리학적 연구, 이미징 연구가 같이 진행이 되어야 한다. 따라서 많은 전문 기술들, 장비들, 그리고 전문 인력들이 필요한 연구이다. 현재 연구실에는 25명 정도가 있다. 사람이 많기 때문에 공간에 제약이 있는 점에 약간의 어려움이 있다.

* 마지막으로 학생들에게 전하고 싶은 메시지를 부탁드렸다.

교수님께서는 본인에게 의미 있고 중요한 일을 했으면 좋겠다고 하셨다. “나는 중요한 일을 하는 사람이고 싶고, 의미 있는 일을 하는 사람이고 싶다. 그래서 나는 가치 있는 사람이고, 쓸모 있는 사람이 될 것이다. 그래서 나의 삶도 그러할 것이다. 이걸 항상 머릿속에 두고 살아가시면 좋겠어요.” 이러한 자부심과 그런 목표의식을 갖고 있는 게 훨씬 더 행복한 삶을 사는데 도움이 될 것이라고 말씀해주셨다.

온라인 수업으로 인해 교수님을 만나 뵐 기회가 적었는데 직접 대면하여 좋은 말씀을 들을 수 있었던 뜻 깊은 시간이었다. 앞으로도 좋은 연구 많이 하셔서 인류 건강에 기여하는 치료제가 개발되기를 기대해본다.

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* Small extracellular vesicles from human adipose-derived stem cells attenuate cartilage degeneration, JOURNAL OF EXTRACELLULAR VESICLES

    * Cell reprogramming using extracellular vesicles from differentiating stem cells into white/beige adipocytes,SCIENCE ADVANCES

    * O-GlcNAcylation ameliorates the pathological manifestations of Alzheimer’s disease by inhibiting necroptosis,SCIENCE ADVANCES

                                                                                                                                                                                                                             성약타임지 3기 서희정, 이지은 학생기자