[국내연구팀 소개] 김훈 교수 / Computational Biomedicine Lab "Our lab is all about data."
한국줄기세포학회
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Computational Biomedicine Lab
"Our lab is all about data."
"Our lab is all about data."
총괄연구책임자: 성균관대학교 약학대학 바이오의약융합전공 김훈 교수
연구실 소개
- 본 연구실은 성균관대학교 약학대학 바이오의약융합전공 소속으로, 암 생물학에 대한 깊은 이해를 바탕으로 Biomolecular data에 대한 컴퓨터 계산 분석을 통해 암과 희귀 질환 및 바이러스 관련 분야의 진단, 예측뿐 아니라 한발 더 나아가 개인별 정밀 치료까지 아우르는 의학적 난제들을 해결하는 것을 목표로 연구를 진행하고 있습니다. 이를 위해 저희는 다양한 분야 (시스템 생물학, 바이오이미징, 구조 생물학, 암 미세환경 등)의 연구진들과의 협업을 통한 시너지를 추구하고 있습니다.
연구내용
- 현재 본 연구실에서는 암 환자로부터의 대규모 생체 분자 데이터에 대한 계산 바이오 분석을 통해 암에 대한 이해를 증진하기 위한 연구를 진행 중입니다. 본 연구실 책임 교수인 김훈 교수는 기계 학습을 통한 바이오마커 발견, 종양 진화와 치료 저항의 기전, 광범위한 암 유형의 종양 세포에서 흔히 발생하는 새로운 유형의 종양을 촉진하는 DNA 변형을 감지 및 특징화 등 여러 분야에 주요한 업적을 이뤄온바, 이를 기반으로 1) extrachromosomal DNA (ecDNA)의 포괄적 특징 규명 및 ecDNA 표적 치료 연구, 2) 종양 발생 과정 속 종양 미세 환경의 역할, 그리고 3) 종양 진화 기전 연구를 진행하고 있습니다.
- 2-1 Extrachromosomal DNA (ecDNA)의 기원, 기전 및 진화에 규명 연구:
- 최근 유전체 빅 데이터 기술을 통한 특정 종양 유전자 변이를 타깃으로 한 표적 항암제가 환자 치료를 위해 개발되어 사용되고 있습니다. 하지만 아직 많은 사례에서 치료 저항성이 관측되고 있으며, 이에 대한 마땅한 해결책을 찾지 못하고 있습니다. 이러한 전통적인 유전학에 기반을 둔 암 진화론으로는 이해할 수 없는 부분을 최근 1 - 3 Mb 이상의 염기서열을 가진 원형의 DNA인 extrachromosmal DNA (ecDNA) 유전자 변이 존재로 어느 정도 설명할 수있게 되었습니다. 하지만 아직 ecDNA의 생성, 유지 및 치료에 관한 연구는 현저히 부족한 상황입니다. 현재까지의 ecDNA 연구를 통해, 소수의 암 환자에게만 존재한다는 기존의 생각과는 달리 매우 많은 암종들, 특히 난치 암에서 많이 발견된다는 것을 확인했으며, 종양 유전자 발현의 증폭 및 종양 진행의 매개체가 된다는 점과 종양 이질성을 증가시켜 환자의 생존율 저하 및 암 치료 실패의 주요 원인인 치료 내성 (therapeutic resistance)에 크게 기여하는 한다는 부분 또한 알게 되었습니다. 이러한 발견을 통해 기존 암 연구 모델에서는 설명이 불가하였던 여러 문제점을 ecDNA를 기반으로 설명할 수 있게 되었고, 이를 기점으로 기존의 암 연구의 패러다임이 빠르게 전환되고 있습니다. ecDNA가 2021년 국제 암 그랜드 챌린지 (Cancer Grand Challenges) 핵심 연구 분야로 선정되어 국내외의 연구진들에게 주목받고 있다는 사실이 이를 증명합니다. 본 연구실에서는 심층화된 분석 기법을 개발해 대량의 시퀀싱 데이터 및 생체 분자 데이터에 적용 후, 종양 및 관련 질환에서의 ecDNA 역할 및 타깃 치료에 대한 연구를 진행 중입니다.
- 2-2 종양 발생에서 종양 미세 환경의 역할 연구:
- 본 연구실은 정보 이론적 접근 방식으로 대규모 transcriptomics 코호트 분석하여 다중 종양에서의 특정 단계에서만 발현되는 gene signature들을 이전 연구에서 확인하였습니다. 이후, 여러 독립적인 연구들을 통해 암전이 및 치료에 대한 내성과 관련된 특정 유형의 암에 대하여 이 gene signature가 관련되어있음을 확인하였고, 많은 유형의 고형암 (유방암, 난소 암, 결장암, 췌장암)에서 거의 동일한 형태로 존재함를 확인했습니다. 이 gene signature는 일부 연구에서 각각 암 유형의 바이오 마커 역할을 했으며 임상 결과와 밀접한 관련이 있다고 알려져 있으나, 세포 기원과 정확한 메커니즘은 파악하기 어렵웠습니다. 이러한 생물학적 질문을 해결하기 위해 본 연구실에서는 심화된 분자 프로파일링 기술과 정보 분석을 적용하여 이 gene signature의 생물학적 기전을 밝힐 것입니다. 이 연구를 통해 지난 10년동안 해결되지 못한 질문에 대한 답을 얻을 수 있을 것이며, 여러 암 유형에 적용할 수 있는 invasion 타깃 치료제 개발을 위한 실마리를 제공할 것입니다.
- 2-3 종양 진화에 대응하기 위한 분석 인프라 개발 연구:
- 현재 치료 후 종양 재발로 인한 종양 환자의 임상 결과와 그들의 삶의 질은 여전히 좋은 결과를 보이지 않는 경향이 있습니다. 이는 종양 내 이질성으로 인하여 치료 저항성을 발달시키는 특성 때문입니다. 차세대 암 연구의 목적은 재발성 질병을 이해하는 것이지만, 이를 해결하기 위해 공개적으로 이용할 수 있는 게놈 및 기타 분자 데이터 소스와 분석 계산 기법이 현저히 부족합니다. 국제적으로 환자별 원발 및 재발 종양 검체에 대한 포괄적인 분자 프로파일링을 수행하려는 노력이 다양한 연구를 통해 이루어지고 있습니다. 예를 들어, 본 연구실 책임자인 김훈 교수가 참여하고 있는 국제 Glioma Longitudinal Analysis (GLASS; 뇌교종 종단 분석) 컨소시엄은 병리학, 환자 주석 표준 및 데이터 처리 프로토콜을 개발하고 조정된 샘플 및 데이터 처리 가이드라인을 통하여 데이터 세트를 비교하는 프로젝트를 진행하였습니다. 이러한 경험을 통해 본 연구실에서는 연구 커뮤니티의 사용 편의성을 극대화하기 위해 종단 데이터 소스와 그 기능 발전을 목표로 연구를 진행하고 있습니다. 본 연구실은 종단 분자 데이터 세트를 다양한 영역(즉, 인공지능, 생물학, 의학)에서 연구 커뮤니티가 재현하고 접근할 수 있도록 하는 것이 종양 진화 연구에 있어 중요한 역할을 할 것이라고 믿고 있습니다.
연구책임자 및 연구실 정보
- - 소속: 성균관대학교 약학대학 바이오의약융합전공
- 이메일: wisekh@skku.edu
- 연구실 홈페이지: https://hoonbiolab.github.io
- 이력- 2021.03: Associate Professor. School of Pharmacy, Sungkyunkwan University
- 2016.10: Senior Research Scientist. The Jackson Laboratory
- 2015.09: Research Faculty. MD Anderson Cancer Center
- 2011.06: Post.Doc. MD Anderson Cancer Center
- 2011.01: Post.Doc. Columbia University
- 2009.05: Research Intern. Phillips Research North America
- 2006.01: Research Assistant. Columbia University
- 2005.09: Teaching Assistant Columbia University
- 2000.11: Software Engineer, LG Electronics
- 연구실 구성원- 연구책임자: 김훈
- 석박사 통합과정:
- 정희석 (Major in Chemistry)
- 강승현 (Major in Biochemistry)
- 김소연 (Major in Biology with Minor in Bioinformatics and Comp-Science) - 학부 인턴:
- 고준용 (Major in Electrical Engineering)
- 남윤주 (Major in Chemical & Biological Engineering)
- 손지원 (Major in Molecular Biotechnology)