A. 저희 연구실은 Yale Stem Cell Center 에 소속되어 있으며, 2009년 11월부터 연구실을 오픈했습니다. 저희 연구실의 주 관심사는 인간 세포의 역분화가 어떻게 일어 나는가 이며, 이렇게 해서 만들어진 역분화 세포를 세포 치료제 혹은 질환 모델에 이용할 때 발생할 수 있는 후생유전적 문제점들에 대해 연구합니다. 더불어, 역분화 줄기세포를 응용하여, 인간 발달 장애에 관한 연구를 수행하고 있습니다. 저희 연구실은 4명의 박사후 연구원, 1명의 대학원생, 2명의 학부연구원으로 구성되어 있습니다.

A. 저희는 좀 더 신속하고 안전한 역분화 세포 생산을 목표로 역분화 과정 중의 신호 전달 과정과 후생유전 변화등의 연구를 수행하여 왔습니다. 그동안의 연구 결과, 역분화 중간 단계의 세포에서 변화하는 세포막 표면 단백질을 동정하여 특정 세포 단계를 구별 및 분리하여 동정할 수 있었고, 역분화 과정중의 전사체 변화를 연구하였습니다. 놀랍게도 다양한 신호 전달 경로들이 역분화 초기 단계에서 활성이 감소하였고, 역분화의 완성 단계에서 다시 활성이 증가하는 것을 확인 할 수 있었습니다. 이로부터 다양한 유전자에서의 Alternative splicing pattern의 변화, 특히 Cycline E1의 alternative splicing이 역분화에 중요한 역할을 하는 사실을 발견하였습니다. Cycline E1은 그 동안 암세포에서의 세포 주기 조절과 관련하여 많은 연구가 이루어져 왔지만 줄기세포에서의 기능은 거의 알려진 것이 없습니다. 이와 관련하여 저희 연구진에서 많은 새로운 결과를 도출하고 있습니다.

또한, 후생유전학 연구의 일환으로 성염색체에 관한 연구를 수행하고 있습니다. 인류의 반은 두 개의 X chromosome을 갖는 여성이며, X chromosome의 상태는 줄기세포의 수립과 유지, 그리고 이용에 매우 중요하다고 알려져 있습니다. 저희 연구팀은 역분화 과정 중 혹은 역분화 후 X chromosome의 상태 변화를 연구합니다. 흥미롭게도 역분화 직후에는 두 개의 X chromosome이 각각 활성화X chromosome과 불활성화 X chromosome으로 구분되지만, 몇 번의 계대배양 이후에는 불활성화 X chromosome이 예측 할 수 없는 상태로 변화하는 것을 발견하였습니다. 이러한 저희의 연구는 인간 역분화 세포를 이용할 때에, 특히 여성 세포를 이용하는 경우 X chromosome에 존재하는 유전자의 dosage compensation에 주의를 기울이며 연구해야 한다는 사실을 보여줌으로써 더욱 심오한 연구의 필요성을 제기하고 있습니다. 예를 들어, 최근에 보고된 naïve 상태의 만능 줄기세포 배양조건에서 어떻게 X chromosome의 상태가 변화하는지에 관련된 연구가 필요하다고 판단됩니다. 아마도 단세포 내에서의 전사체, 후생유전 기술들의 발달이 향후 X chromosome 연구에 많은 도움을 줄 것이라 기대하고 노력하고 있습니다.

A. 역분화와 유도만능세포의 연구는 과거 10년간 줄기세포 연구분야에서 많은 연구자들의 관심과 연구주제로 주목받아 왔습니다. 역분화에 관한 기초 연구는 분자유전학적 그리고 세포 생물학적인 관점에서의 기초 연구와 일맥 상통한다고 보고 있습니다. 이들 분야의 전문가분들의 참여로 이미 역분화 과정과 유도만능줄기세포를 분자 유전학적 수준에서 기술할 수 있는 많은 결과들이 보고되었습니다. 향후에는 이렇게 만들어진 세포를 실질적 이용에 도움이 되도록 하는 연구가 중요할 것이라 생각합니다. 특히, 퇴행성 질환이나 사고 등으로 손상받은 조직의 재생을 위하여 유도 만능 세포에서 분화된 세포를 효과적으로 이용할 수 있도록 하는 연구가 필요 할 것입니다. 저희 연구실과 같은 기초 연구실에서는 유도 만능 세포의 안정성에 관한 연구를 집중적으로 수행하여, 유도 만능 세포가 안전하게 이용될 수 있도록 해야 하겠지요. 전망이 밝은 분야로는 이종 카이메라 혹은 생물공학 등을 이용하여 필요한 장기나 조직을 직접 생산할 수 있는 분야라고 생각이 됩니다.

A. 단기적으로는 위에서 말씀드린 Cyclin E1 연구와 X chromosome 연구를 통하여 역분화 과정을 이해하는 연구에 기여하는 것입니다. 결과적으로는 조금 더 안전한 세포를 확보하여 환자에게 적용 할 수 있는 가능성을 조금 더 높여보는 것이겠지요. 중장기적으로는 인간 발달 장애에 관한 연구를 통하여, 인간 두뇌의 발달과 작용등에 관하여 연구하고자 합니다.

A. 줄기세포 연구는 분자생물학, 유전학, 발달 생물학, 생물공학, 의학, 생물정보학등 다양한 분야가 총 집합된 학문이라고 할 수 있습니다. 어떤 연구실에서 어떤 주제를 갖고 수행되는 연구라 하더라도, 학문적 중요성이 큰 연구가 될 수 있다는 것을 의미합니다. 유학 전의 학생이나 연구자라면, 현재 연구실에서 수행하는 연구에 최선을 다하셔서, 기초를 쌓으시기를 바랍니다. 무엇보다도, 창조적인 연구를 수행할 수 있도록 주변의 교수님, 선후배분들과 자주 연구 토론을 하시기를 바랍니다. 또한, 온고지신이란 말이 있듯이, 현재에 발표되는 연구 외에도, 과거에 발표되었던, 예를 들어 교과서에 나오는 연구도 현재의 관점에서 이해하고 생각하는 훈련을 하시기를 바랍니다.

• 1. Hysolli, E., Tanaka, Y., Su, J., Kim, K.Y., Zhong, T., Janknecht, R., Zhou, X.L., Geng, L., Qiu, C., Pan, X., Jung, Y.W., Cheng, J., Lu, J., Zhong, M., S.M. Weissman and I. H. Park (2016). Regulation of the DNA Methylation Landscape in Human Somatic Cell Reprogramming by the miR-29 Family. Stem Cell Reports 7, 43-54.
• 2. Tanaka, Y., E. Hysolli, J. Su, Y. Xiang, K. Y. Kim, M. Zhong, Y. Li, K. Heydari, G. Euskirchen, M. P. Snyder, X. Pan, S. M. Weissman and I. H. Park (2015). Transcriptome Signature and Regulation in Human Somatic Cell Reprogramming. Stem Cell Reports 4(6): 1125-1139.
• 3. Tanaka, Y., K. Y. Kim, M. Zhong, X. Pan, S. M. Weissman, and I. H. Park (2014) Transcriptional regulation in pluripotent stem cells by methyl CpG-binding protein 2 (MeCP2). Hum Mol Genet, 23:1045-55.
• 4. Kim, K.-Y., E. Hysolli, Y. Tanaka, B. Wang, Y.-W. Jung, X. Pan, S. M. Weissman, and I.-H. Park (2014) X Chromosome of Female Cells Shows Dynamic Changes in Status during Human Somatic Cell Reprogramming. Stem Cell Reports, 2:896-909.