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1. 연구실 소개
경북대학교 자연과학대학 생명과학부 분자유전학연구실은 척추동물 실험동물 모델인 제브라피쉬(zebrafish)를 이용하여 동물의 주요 장기(organ) 생성과정 및 유전질환 유발 유전자 기능에 대한 연구를 진행 하고 있다. 제브라피쉬는 인간을 대신할 수 있는 동물모델로서 특유의 여러 가지 실험적인 장점으로 인해 줄기세포로부터 다양한 장기의 형성과정 및 손상된 장기의 재생과정을 연구하는데 매우 유용 하다. 또한 특정 유전자 돌연변이주를 이용한 유전병 원인유전자 연구 그리고 최근에는 제브라피쉬 질환동물모델을 이용한 in vivo 약물검색 및 독성 평가 등의 전임상 분야에까지 제브라피쉬는 다양하게 이용되고 있다. 경북대학교 분자유전학 연구실은 1994년부터 미국 Oregon대학으로부터 제브라피쉬를 들여오기 시작하여 국내에서는 제일 처음 제브라피쉬를 이용한 연구를 시작하였으며 이 결과 국내 최대 규모의 다양한 돌연변이체를 보유하고 있는 제브라피쉬 소재은행(ZOMB, www.zomb.knu.ac.kr)을 운영하고 있다.

그동안 본 연구실은 약 40여명의 석ㆍ박사를 배출하였고 졸업생들은 국ㆍ내외 연구소, 대학 및 제약회사에서 근무하고 있으며, 특히 제브라피쉬를 이용한 발생학 연구 분야에서는 졸업생들이 국내외에서 핵심적인 연구자로 일하고 있다.

2. 연구분야
제브라피쉬란?
제브라피쉬는 척추동물의 발생 및 유전자 기능연구에 탁월한 장점을 가지고 있는 모델동물로서 인체의 유전자와 크기와 수가 비슷하고 유전자 및 단백질간의 상동성이 매우 높다고 알려져 있다. 또한 주요 장기의 형성과정과 형태가 인체와 매우 유사하며 수정 후 2 일 이내에 기본적인 배아의 장기 생성이 거의 완료된다. 제브라피쉬는 배아가 투명하여 장기 형성과정의 변화를 현미경을 통해 육안으로 관찰이 가능하고 형광당백질을 이용한 다양한 형질전환체의 제조가 비교적 용이한 점 등의 실험과정의 많은 장점으로 인해 지난 15년간 전세계적으로 제브라피쉬를 이용한 많은 연구가 이루어지고 있다. 한편 제브라피쉬는 인간유전체 기능연구를 위한 모델동물로서 각광을 받고 있는데 그 이유는 선충이나 초파리 등의 무척추동물에서나 가능했던 대단위 돌연변이체 선별이 가능하여 척추동물의 발생유전학적인 연구가 가능하다. 최근 들어서는 얻어진 돌연변이체들을 질환동물모델로 이용하여 유전병의 연구 뿐 아니라 신약개발과정에서 후보약물의 선별 및 생체 독성 연구에까지 광범위하게 이용이 되고 있다.

 경북대학교 생명과학부 분자유전학 연구실에서는 이러한 제브라피쉬의 장점을 이용하여 크게 두 가지 방향으로 연구가 진행되고 있다.

2.1. Mutagenesis를 통한 돌연변이체 확립과 forward genetics
제브라피쉬는 초파리와 동일하게 유전학적 연구가 용이하며 번식과 생장이 빠르고 많은 개체수를 유지할 수 있어 대규모의 mutagenesis를 통한 forward genetics 연구를 수행할 수 있다. 따라서 우리 연구실에서는 2001년 이래 국내에서는 최초로 제브라피쉬의 chemical mutagenesis의 한 방법인 ENU(N-ethyl-Nnitrosourea) mutagenesis system을 도입하여 대규모의 mutagenesis를 수행 하여 다양한 돌연변이체들을 유전질환동물모델로서 제조하고 있다. 돌연변이유발원 인 ENU를 성체수컷에 처리하여 생식세포에 point-mutation을 유발시킨 다음, 정상의 암컷과 교배하면 계대배양 후에는 많은 수의 돌연변이체를 얻을 수 있어 다양한 돌연변이체 제조가 가능하다. 이에 따라 2003년부터는 physical mapping과 positional cloning을 통해 심혈관질환 원인 유전자인 돌연변이 표적유전자를 확인하고 기능을 밝히는 연구들을 지속적으로 수행 중에 있다.


 한편 ENU를 이용한 chemical mutagenesis는 높은 빈도로 돌연변이를 유발시킬 수 있으며, 특정한 표현형을 가진 돌연변이체를 얻을 수 있다는 장점이 있지만 돌연변이를 유발시키는 변이유전자의 확인에 많은 시간과 인력을 투자하여야 하는 단점을 가지고 있다.
이러한 단점을 극복하고자 2010년부터 우리 연구실에서는 Tol2 transposon을 이용하여 insertional mutagenesis를 통한 돌연변이체 제조방법을 확립하고 있는데, 이 방법은 제브라피쉬 수정란에 trap vector와 transposase를 미세주입하면 trap vector가 삽입되는 위치에 따라 불완전한 단백질이 생성되거나 전사체의 불안정화를 유도하여 돌연변이를 제작 할 수 있다. 지속적인 Tol2 mediated-insertional mutagenesis를 통하여 향후 내배엽 유래의 간 및 췌장의 발생에 영향을 보이는 돌연변이체를 선별하여 이들 내분비 및 소화기 계통의 장기 형성과정과 재생 과정에 관련된 유전자의 기능 및 신호전달체계에 관한 연구를 중심으로 하는 연구들이 진행되고 있다.


 2.2. Reverse genetics를 통한 유전자 기능 연구
인체에서 간은 가장 큰 부피를 차지하며 알콜 및 약물대사와 콜레스테롤과 지방 합성 등의 물질 대사의 중심적인 역할을 하는 장기이다. 또한 간은 당뇨 및 비만 등의 대사질환의 유발과 직접적인 관련이 있으며 한국인들에서 간암 및 간경화 등 간에 관련된 질환의 발생빈도는 매우 높다. 이렇듯 우리 몸에서 중요한 역할을 하는 간에 대한 발생과정과 재생에 대한 연구는 많은 연구자들이 그 비밀을 밝히고자 노력하는 부분이지만 아직 연구초기 단계이다. 따라서 우리 실험실에서는 배아의 초기발생에 대표적인 신호전달체계인 Wnt signal과 그의 수용체인 Frizzled receptor이 간의 초기발생과정과 손상된 간의 재생과정에 어떤 역할을 하는지에 대한 연구를 수행하고 있다.

 

2.3. 연구소재은행을 통한 제브라피쉬를 이용한 연구의 확산
우리 연구실은 2003년부터 현재까지 교육과학기술부/한국과학재단의 지원으로 국가지정 연구소재은행지원사업(KNRRC)인 제브라피쉬 은행(ZOMB)을 운영하고 있다. 제브라피쉬 돌연변이체와 형질전환체를 자체적으로 개발하거나 기탁을 받아 유지·관리 및 분양 하고 있으며 실험기법 등에 대한 교육 실시및 국내 제브라피쉬 연구자간의 연구회 및 워크샵을 통한 교류 활동을 주최하고 있다. ZOMB는 돌연변이체들 외에도 다양한 장기에 특이적으로 형광단백질을 발현하는 형질전환 제브라피쉬, 그리고 각종 SSLP marker, morpholino 및 항체 등도 수집하여 분양하고 있으며, 현재까지 확보된 제브라피쉬는 총 44종 1,500 여 마리이며, 최근 3년간 총 436건 (17,000 여 마리)을 분양했다. 또한 초ㆍ중학생들을 대상으로 한 과학교실 등을 개최하여 자라나는 미래의 과학자들에 대한 생명과학의 관심을 유도하고 있다.


 3. 맺음말
우리 연구실은 현재 허태린 교수님의 지도 아래 2명의 연구원과 3명의 박사, 3명의 석사 그리고 1명의 학부생으로 구성되어 있습니다. 연구실이 설립된 후 벌써 20년이 다되어 가는데 그 긴 세월만큼 수많은 사람들의 땀과 노력들이 연구실 곳곳에 배어있다. 그러한 선배연구원들이 이루어 놓은 모든 열정을 본받아 오늘도 우리 연구실의 모든 구성원들은 각자의 꿈을 이루기 위하여 밤낮으로 자신의 연구활동에 매진하고 있습니다. 끝으로 이렇게 저희 연구실을 소개할 수 있는 기회를 주신 KOSEN 관계자 여러분께 진심으로 감사의 말씀을 드리고 앞으로도 KOSEN의 무궁한 발전을 기원합니다.