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1. 줄기세포 및 암줄기세포의 리프로그래밍 신호전달과정 및 조절 연구

건국대학교 줄기세포재생생물학과 조쌍구 교수팀 (분자세포리프로그래밍 (Molecular & Cellular Reprogramming) 실험실) 은 발생, 세포사멸 (apoptosis), 자가소화작용 (autophagy) 및 세포리프로그래밍에 관련된 세포 신호전달 과정을 여러 가지 분자세포생물학적 방법으로 연구하고 있다. 또한, 다양한 물질을 이용한 줄기세포 및 암줄기세포 리프로그래밍 조절, 세포 신호조절을 통한 세포 내 다양한 생리 현상 연구, 세포 내 중요한 기작인 apoptosis, autophagy, cancer stem cell, iPSC (induced pluripotent stem cell) 관련 신호전달 분석 및 조절 연구를 진행하고 있다. 이들 연구를 바탕으로 얻어진 분자세포생물학적 연구 결과를 질환 치료제 및 생리활성 물질 개발, 줄기세포를 이용한 맞춤 세포 치료제 개발 등에 적극적으로 응용하여 상용화 기술 개발에 매진하고 있다.

2. 연구 내용 및 계획

2-1. 줄기세포 리프로그래밍 신호전달 조절 연구

배반포 (blastocyst)의 세포내부괴 (inner celI mass; ICM)에서 얻어지는 배아줄기세포 (embryonic stem cell; ESC)을 연구하여 ESC의 특성을 유지하기 위해 필요한 신호전달 연구를 진행하고 있다. 또한 2006년 일본 교토대 Yamanaka 교수가 somatic cell을 ESC와 유사한 만능성 세포로 리프로그래밍한 유도만능줄기세포 (induced Pluripotent Stem cell; iPSC) 연구를 진행하여 다양한 세포주에서 Lentivirus, Sendai virus, nanoparticle, RNA 등을 이용해 iPSC을 유도하고 이러한 cell들의 특성과 분화에 관련된 신호전달 조절에 대한 연구를 진행하고 있다. 본 연구팀은 Virus vector를 이용하면 잠재적으로 발생 할 수 있는 문제를 해결하기 위한 non-virus system을 이용한 iPSC 유도연구를 진행하면서 iPSC 유도 후에 각기 필요한 세포로 분화 (differentiation) 하기 위한 연구를 진행하고 있으며 직접적인 세포치료에 응용 가능한 iPSC line 구축에 심혈을 기울이고 있다. 최근에 개발된 유도만능줄기세포 제작 기술은 면역거부반응 없이 환자 맞춤형 줄기세포 제작을 통한 발생학적 연구, 환자 맞춤형 질환 모델 플랫폼 구축, 유도만능줄기세포 기반 약물 스크리닝, 독성 검사 등 효율적인 의생명적 활용이 가능할 것으로 예상된다.

2-2. 암줄기세포 리프로그래밍 신호전달 조절 연구

암줄기세포 (cancer stem cell (CSC), cancer stem-like cell (CSLC) 또는 cancer-initiating cell (CIC)) theory는 암의 발생과정 중 특정 세포에 유전자 변이가 초래돼 줄기세포처럼 무한히 분열 증식하고, 다양한 표현형을 가진 암세포를 끊임없이 만들어내는 독보적인 능력을 가진 세포를 가진다는 이론이다. 종양 조직 안에 적게 존재하고 있는 CSC는 치료에 대한 내성 및 재발, 전이를 유발시키는 주요 원인으로 밝혀지고 있다. 그러나 CSC theory는 아직 많은 의문점에 대한 해답을 제시하지 못하고 있는데, 새로운 특정 발현 마커 (marker) 또는 새로운 방법을 개발하여 CSC를 분리해 낸 후, 이를 제거할 수 있는 특이적 치료법을 개발한다면 cancer therapy의 tolerance을 극복하여 완전히 치료할 수 있을 것이다. CSC theory를 임상에 적용하기 위해서는 정확한 CSC marker의 발굴, CSC와 줄기세포와의 정확한 차이 규명 등 많은 난점을 극복해야 한다. 조쌍구 교수 연구팀은 암 환자로부터 CSC를 확인하고 줄기세포와의 신호전달 과정의 차이점 분석하여 새로운 항암 기전을 제시하기 위한 연구를 수행하고 있다.

2-4. 줄기세포 활용 당뇨병 연구 및 신호 조절 물질로서의 플라보노이드 (flavonoid) 연구

본 연구팀은 유도만능줄기세포를 베타세포로 분화하여, 당뇨병 질환 모델 동물의 질환 치료에 활용 가능함을 밝힌 논문을 발표하였으며, 줄기세포를 활용한 당뇨병과 같은 대사 질환 치료법 개발 연구를 지속적으로 수행하고 있다.

Flavonoid는 식물에서 많이 얻을 수 있는 물질로 6000여 종이 존재하는 것으로 보고되었다. 세계적으로 Flavonoid 에 대한 특허 건수가 증가하고 있는 만큼 그에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. Flavonoid는 항균, 항암, 항바이러스, 항알레르기 및 항염증 활성을 지니며, 독성은 거의 나타나지 않는 것으로 보고되고 있다. 이러한 Flavonoid를 이용하여 세포 신호전달 조절 연구를 진행하여, 줄기세포 및 암줄기세포의 리프로그래밍 조절 연구을 수행하고 있다.

3. 연구책임자 정보

4. 최근대표성과 (총 125편 논문 / 28건 국내외 특허)

* Under revision (2016, as corresponding author) : Oncogene, J. Con. Rel., J. Cell. Biochem. et al.
1. MK Hossain, AA Dayem, Jh Han, and SG Cho*. (2016) Recent Advances in Disease Modeling and Drug Discovery for Diabetes Mellitus using Induced Pluripotent Stem Cells. Int. J. Mol. Sci. 2016, 17, 256;
2. DJ Klionsky, SG Cho et al. (total 2466 authors). (2016). Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy (3rd edition). Autophagy (2016), 12(1) 1-222.
3. DW Han. HJ Kim, HY Choi, BW Kim, GM Yang, AA Dayem, HR Lee, JH Kim, KS Jeong, SH Do, and SG Cho*. (2015) 3,2`-Dihydroxyflavone-treated Pluripotent Stem Cells Show Enhanced Self-Renewal and Neuroprotective Property. Cell Transplantation. 24(8):1511-1532.
4. HY Choi, SK Saha, Ks Kim, Ss Kim, GM Yang, BW Kim, Jh Kim, and SG Cho* (2015) G protein-coupled receptors in stem cell maintenance and somatic reprogramming to pluripotent or cancer stem cells. BMB Reports. 2015; 48(2): 68-80.
5. AA Dayem, BW Kim, S Gurunathan, HY Choi, Gm Yang, SK Saha, DW Han, Jh Han, Ks Kim, JH Kim, and SG Cho* (2014) Biologically synthesized silver nanoparticles induce neuronal differentiation of SH-SY5Y cells via modulation of reactive oxygen species, phosphatases, and kinase signaling pathways. Biotechnology J. 2014, 9(7), 934-943.
6. HY Choi, SW Kim, BW Kim, HN Lee, SJ Kim, Mj Song, S Kim, Jh Kim, YB Kim, JH Kim, SG Cho* (2014) Alpha-Fetoprotein, Identified as a Novel Marker for the Antioxidant Effect of Placental Extract, Exhibits Synergistic Antioxidant Activity in the Presence of Estradiol PLoS One. 2014; 9(6):e99421
7. KS Jeon, Hj Lim, JH Kim, Dw Han, ER Lee, GM Yang, MK Song, JH Kim, and SG Cho*. Bax Inhibitor-1 Enhances Survival and Neuronal Differentiation of Embryonic Stem Cells via Differential Regulation of Mitogen-Activated Protein Kinases Activities. BBA-Mol. Cell Res. 1823(12):2190-2200.
8. KS Jeon,,,,, and SG Cho*. Differentiation and transplantation of functional pancreatic beta cells generated from induced pluripotent stem cells derived from a type 1 diabetes mouse model. Stem Cells and Development. 21(14):2642-2655.
9. KS Jeon,,,,, and SG Cho*. Self-renewal of embryonic stem cells through culture on nanopattern polydimethylsiloxane substrate. Biomaterials. 33(21):5206-5220
10. JH Kim,,,,, and SG Cho*. Role of BI-1 (TEGT)-mediated ERK1/2 activation in mitochondria-mediated apoptosis and splenomegaly in BI-1 transgenic mice. BBA-Mol. Cell Res. 1823(4):876-888.
11. CH Lee,,,,, and SG Cho*. The generation of iPS cells using non-viral magnetic nanoparticlebased transfection. Biomaterials. 32(28): 6683-6691.