HONG LAB
후성유전학 연구를 통해
생명현상과 질병의 원인을
규명하는 연구실
후성유전체▪전사조절 연구실은 건국대학교 KU융합과학기술원 (KIT) 줄기세포재생공학과 소속으로, 홍권호 교수님 지도하에 연구를 수행하고 있습니다. 후성유전학은 전통적인 유전체 염기서열 차이에 의한 표현형의 변화가 아닌 크로마틴의 구조 변화와 그에 상응하는 유전자 발현 조절에 의한 생명 현상을 탐구하는 학문 분야이며, 저희 연구실은 이러한 후성유전학 연구를 통해 배아 발생, 장기 형성, 질환 등의 연구를 통해 질병 치료와 삶의 질을 향상시키는 것을 목표로 하고 있습니다.
Embryo Development
저희 연구실에서는 줄기세포의 유지 및 분화와 착상 전 배아 형성에 대한 연구를 진행하여 생물의 발생에 관여하는 주요 분자 기전을 규명하고자 합니다.
줄기세포 배양 및 분화유도와 다양한 분자/세포생물학적 실험을 수행하고 있으며, 체외수정 및 난자/수정란 미세조작기술을 이용하여 착상 전 배아형성과 발달을 연구합니다.
또한 모델동물을 활용한 착상 후 배아에서 세포의 운명 결정과 장기형성 등 발생 기전을 연구하고 있습니다.
착상 전 배아 발생
(Preimplantation embryo development)
착상 전 배아는 수정 후에 일어나는 maternal to zygotic transition (MZT)이 일어나기 위해 부모로부터 받은 유전체의 DNA methylation, histone modification 등과 같은 후성유전체 memory가 소실되어 배아 초기 발생에 필요한 유전자가
발현될 수 있는 형태로 새롭게 리프로그래밍 됩니다. 리프로그래밍의 분자 기전을 규명하고 배아 초기 발생에 필수적인 인자들을 규명하기 위해 마우스 모델, 체외 수정란 생산 및 미세조작 기술 등을 활용한 다양한 연구가 진행되고 있습니다.
줄기세포 활용 기술 개발
(Embryonic stem cell manipulation)
줄기세포는 생명체를 구성하는 다양한 세포로 분화할 수 있는 특징 때문에 차세대 세포 치료제 개발 기술로 각광받고 있습니다. 하지만 적합한 분화 방향성과 증식 정도가 조정되지 않는다면 줄기세포가 암세포로 분화하는 등의 안전성 측면에서 부작용이 발생할 수 있습니다. 따라서 저희 연구실에서는 이러한 줄기세포의 단점을 보완하며 특정 세포로의 분화를 효율을 향상 시키는 기술을 개발하고 있으며, 이를 통해 줄기세포의 활용도를 높이는 연구를 진행하고 있습니다.
내피세포 발생
(Endothelial cell development)
혈관 및 림프관의 내피세포는 배아 발생 중 중배엽으로부터 시작되어 신체 전역으로 퍼져나가 순환계를 형성합니다. 내피세포 운명/기능 획득, 이동, 증식 등의 과정에서 일어나는 후성유전체 조절 기전을 연구하기 위하여, 바이러스 (lentivirus 등) 및 유전자편집 (CRISPR-Cas9 등) 기술을 이용한 특정 유전자의 과발현 (overexpression), 결손 (knockdown 및 knockout)을 유도하여 표현형과의 연관성을 규명하고 있습니다. 또한, 특정 후성유전체 조절 인자가 결손 및 과발현된 mouse model에서 후성유전체 변화와 발생과의 상관 관계를 연구 하고 있습니다.
오가노이드 기반 분화 발달 연구
(Organoid-Based Differentiation and Development Research)
오가노이드는 다양한 조직을 모사할 수 있는 3차원 구조물로, 배아 발달 연구에 혁신적인 도구로 주목받고 있습니다. 또한, 질병 모델링 및 약물 스크리닝에 활용되어 배아 발달에 영향을 미치는 유전적, 환경적 요인을 분석하는 데 유용합니다. 앞으로 오가노이드를 이용한 배아 발달 연구는 재생의학, 질병 연구 등에서 더욱 중요한 역할을 할 것입니다. 특히, 저희 연구실에서는 배아줄기세포(ESC)를 활용해 다양한 림프관의 발달 과정을 재현하며 세포 분화 및 조직 형성의 메커니즘을 후성유전체 수준에서 연구하고 있습니다.
Bioinformatics
세포 수준과 동물 조직에서의 유전자 발현 양상과 크로마틴 구조 변화를 규명하기 위해 생명정보학 분석 기법을 적극적으로 활용합니다.
표본에서 추출한 DNA와 RNA를 기반으로 high-throughput sequencing (HTS)을 위한 라이브러리를 제작하며,
다양한 multi-omics 기법을 통해 sequencing 데이터를 분석하고 해석하는 실험을 수행하고 있습니다.
Transcriptome Analysis
표본에서 유전자들의 전반적인 발현 경향성을 확인하기 위해 RNA-seq분석을 수행합니다. 활용 예로서, 대조군과 특정 유전자를 Knock-out시킨 실험군에서 RNA를 추출하여 sequencing 진행한 뒤, in silico 분석을 통해 Differentially Expressed Gene (DEG)를 파악해 생물학적 현상과 타겟 유전자의 관련성을 확인할 수 있습니다
Genome-Protein Interaction Analysis
유전자의 발현은 다양한 전사 조절 인 자와 유전체 상호작용에 의한 크로마틴 구조 변화에 의해 영향을 받으며 이와 같은 단백질과 DNA의 직접적인 상호작용을 확인하기 위해 ChIP-seq 실험이 활용됩니다. ChIP-seq 실험을 통해 DNA상에 특정 전사 조절 인자의 정확한 결합 위치 및 히스톤의 변형 등을 확인할 수 있습니다. 이외에도 open 크로마틴의 변화를 추적할 수 있는 기법 (DNase-seq, ATAC-seq)들이 해당 연구에 활용되어지고 있습니다.
Single-Cell Analysis
기존의 HTS 분석 기법은 다수의 세포를 대상으로 하는 것이 일반적이며, 이와 같은 접근 방식은 조직에서 차지하는 비율이 낮은 세포들이 갖는 특징을 희석시켜 유의미함을 포착하기 어렵게 하고, 발생 단계에서 제한된 시간에 소수로 존재하는 다양한 세포들의 존재를 확인하지 못하는 단점이 있습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 개발된 단일세포 분석 기법 (single-cell sequencing)을 통해 발생 단계 별 세포가 갖는 유전자 전사 경향성, 작용하는 전사 조절 인자, 유전체 구조 등을 확인해 발생 기전을 규명하는 연구를 진행하고 있습니다.
