최근 해외 우수 논문 소개

Disease modeling & Therapeutics
Modeling sporadic ALS in iPSC-derived motor neurons identifies a potential therapeutic agent.

Koki Fujimori, Mitsuru Ishikawa, Asako Otomo, Naoki Atsuta, Ryoichi Nakamura, Tetsuya Akiyama, Shinji Hadano, Masashi Aoki, Hideyuki Saya, Gen Sobue and Hideyuki Okano
Nature medicine (Aug., 2018) DOI: https://doi.org/10.1038/s41591-018-0140-5

줄기세포 기술을 이용한 다양한 질환의 모델링의 시도에도 불구하고 원인이 불명확한 sporadic disease와 비교적 늦은 연령대에 발병하는 late onset disease 의 연구는 기술적으로 매우 어려운 영역으로 여겨져 왔다. 본 연구에서는 비교적 잘 알려진 Amyotrophic lateral sclerosis의 발병 원인 유전자 SOD1 외의 FUS와 TDP-43 돌연변이에 의한 환자 iPSC 유래 운동신경을 분화하였으며, 이를 분석하여 원인 유전자 특이적 발병 기전을 완화 할 수 있는 약물로서 Ropinirole을 도출하였다. 더불어, 다양한 sporadic ALS 환자의 유도만능줄기세포 유래 운동신경을 분화하여 동일한 병리학적 신경 손상 기전을 확인하였으며, 환자의 발병 시기와 연관된 표현형을 분석함으로써 향후 광범위한 ALS 환자의 치료제 개발을 위한 유용한 연구결과를 도출 한 것으로 사료된다.

Disease modeling & Therapeutics
Gene editing restores dystrophin expression in a canine model of Duchenne muscular dystrophy.

Leonela Amoasii, John C.W. Hildyard, Hui Li, Efrain Sanchez-Ortiz, Alex Mireault, Daniel Caballero, Rachel Harron, Thaleia-Rengina Stathopoulou, Claire Massey, John M. Shelton, Rhonda Bassel-Duby, Richard J. Piercy, Eric N. Olson
Science (Aug., 2018) DOI: 10.1126/science.aau15495

유전성 근위축증인 Duchenne muscular dystrophy는 다양한 연구를 통하여 원인 유전자 규명 및 발병 기전의 시도가 이루어지고 있으나, 아직까지 질환의 근본적인 치료는 요원하다. 본 연구는 CRISPR/Cas9 기술을 이용하여 발병 원인 유전자를 동물 모델 생체 내에서 수정함으로써 원인 유전자와 질환의 증상 표현형을 복구하였다. 더 나아가 환자 유래 유도만능줄기세포를 이용한 연구를 통하여 인간 세포에서의 효과를 검증함으로써 향후 해당 질환의 치료가능성을 제시하였다. 이는 최근 대두되고 있는 유전자 교정 기술의 활용과 동물모델에서의 치료 효과, 그리고 인간 줄기세포를 이용한 환자에의 적용 가능성 검증을 아우르는 질환 치료 기술 개발 단계의 흐름을 보여줌으로써, 다양한 인간 질환의 연구 및 치료법 개발을 위한 대표적인 예시라 사료된다.

Development & Organoids
Self-assembly of embryonic and two extra-embryonic stem cell types into gastrulating embryo-like structures.

Berna Sozen, Gianluca Amadei, Andy Cox, Ran Wang, Ellen Na, Sylwia Czukiewska, Lia Chappell, Thierry Voet, Geert Michel, Naihe Jing, David M. Glover and Magdalena Zernicka-Goetz
Nature cell biology (Jul., 2018) DOI: https://doi.org/10.1038/s41556-018-0147-7

포유류 배아의 발생과 성장은 다양한 연구에도 불구하고 그 단계와 기전이 명확히 규명되지 않은 생명 연구의 성역으로 여겨져 왔으며, 동물 연구와 줄기세포를 이용한 연구를 통하여 다양한 시도가 이루어지고 있다. 특히, 오가노이드를 위시한 최신 줄기세포 연구는 배아의 발생과 장기의 생성을 생체 외부에서 재현하고자 노력하고 있으나, 그 가능성 및 복합 조직간 상호관계를 규명하는데에 한계를 가지고 있다. 이에 본 연구에서는 발생 시기의 각 계통 세포를 추출하여 인위적인 조건 하에 생체 외부에서의 배아 발생 과정을 재현하였으며, 생체 외부에서 배양된 세포 구조물이 생체 내 발생 배아의 특성을 보유하고 있음을 검증하였다. 이는 단순히 생명 현상을 생체 외에서 재현함에 그치는 것이 아닌, 향후 오가노이드 기술을 활용한 장기 생성 기술과 세포, 조직, 장기 간 상호작용 연구의 가능성을 높이는 기반 연구가 될 것이라 사료된다.

Organoids & Disease modeling
Modeling Cryptosporidium infection in human small intestinal and lung organoids.

Inha Heo, Devanjali Dutta, Deborah A. Schaefer, Nino lakobachvili, Benedetta Artegiani, Norman Sachs, Kim E. Boonekamp, Gregory Bowden, Antoni P. A. Hendrickx, Robert J. L. Willems, Peter J. Peters, Michael W. Riggs, Roberta O'Connor and Hans Clevers
Nature microbiology (Jul., 2018) DOI: https://doi.org/10.1038/s41564-018-0177-8

다양한 장기의 체외 생성 및 배양을 위한 줄기세포 기술의 활용은 많은 연구 성과를 이루어 왔으나, 이를 활용한 직접적인 의학적 이용 및 과학적 발견은 아직까지 많은 노력이 필요할 것이라 여겨지고 있다. 그러나, Hans clevers의 연구진은 본 연구를 통하여 인간 오가노이드를 이용한 기생충 감염 모델을 생체 외부에서 재현하였으며, 이를 이용한 인간 장기의 면역 체계 기전을 검증할 수 있었다. 본 연구에서 다루는 Cryptosporidium감염증은 최근 개발도상국 영유아의 사망률을 높이는 원인으로 보고되고 있으며 백신 및 치료제 개발이 시급한 감염성 질환으로서, 동물 및 줄기세포를 이용한 전통적 연구로 극복하기에는 그 기전 규명과 치료제 개발을 위한 효과적인 연구 모델의 부재가 장애요인으로 작용하고 있다. 본 연구는 이와 같은 다양한 인간 감염성 질환의 기전 규명과 치료법 개발을 위한 실질적 연구 모델로서 오가노이드 기술이 효과적으로 활용될 수 있음을 보여주는 최초의 사례이며, 향후 다양한 질환 연구의 모델이 될것으로 사료된다.

Regenerative medicine
Accumulation of 8,9-unsaturated sterols drives oligodendrocyte formation and remyelination..

Zita Hubler, Dharmaraja Allimuthu, Ilya Bederman, Matthew S. Elitt, Mayur Madhavan, Kevin C. Allan, H. Elizabeth Shick, Eric Garrision, Molly T. Karl, Daniel C. Factor, Zachary S. Nevin, Joel L. Sax, Matthew A. Thompson, Yuriy Fedorov, Jing Jin, William K. Wilson, Martin Giera, Franz Bracher, Robert H. Miller, Paul J. Tesar and Drew J. Adams
Nature Nature (Aug., 2018) DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-018-0360-3

척수손상 및 다양한 유전적 뇌신경 손상 질환을 유발하는 Oligodendrocyte의 탈수초화를 극복하기 위하여 다양한 연구가 시도되어 왔으나 적절한 세포의 확보 및 기능 유도와 생체 내 세포 조절의 어려움으로 효과적인 치료법 개발이 어려운 현실이다. 본 연구는 생체 내 oligodendrocyte 전구 세포의 분화와 수초 형성 기능을 촉진하는 저분자 화합물을 발굴하고 수초 형성의 기전을 규명하였다. 또한, 인간 줄기세포 유래 신경계 세포 모델에서 해당 저분자 화합물의 동일한 작용 기전을 검증함으로써 향후 다양한 탈수초성 질환의 치료를 위한 therapeutic target과 치료제 후보 물질을 제시하였다.