줄기세포 분화 연구실

본 연구실의 주요 연구 분야는 사람 전분화능 줄기세포(hPSC)를 포함한 다양한 줄기세포로부터 생리학적 기능을 가지며 뇌 부위 특이적인 신경세포를 분화 유도하는 것이다. 이러한 신경세포는 파킨슨병을 비롯한 난치성 신경퇴행성 질환 극복을 위한 세포이식 치료에 활용될 수 있다. 또한, 이러한 줄기세포 유래 신경세포 분화법과 환자 유래 유도만능줄기세포를 활용한 신경퇴행성질환의 병리 기전 및 사람 뇌신경 발생에 관한 연구 역시 본 연구실의 주된 관심사이다.

중뇌 도파민 신경세포

본 연구진은 사람 전분화능 줄기세포로부터 이식 가능한 중뇌 도파민 신경세포 유도를 위한 새로운 분화법 개발에 성공한 바 있다. 사람 전분화능 줄기세포의 분화 시, SHH 과 WNT 신호전달체계를 조절하여 중뇌의 전구 조직인 floor-plate를 유도하는, 실제 뇌 발생과정을 시험관 내 환경에서 모사하는 분화전략을 통해 성공적으로 중뇌 도파민 신경세포의 분화가 가능해지게 되었다. 광범위한 분자생물학적, 생화학적, 신경생리학적 분석으로 통하여, 분화된 신경세포들이 중뇌 특이적인 특성을 발현함을 확인하였다. 또한 이러한 도파민 신경세포들은 장시간 시험관 내 환경에서 분화가 가능하며, 동물 진환 모델에 이식이 가능하였다. 동물 모델에 이식 후, 우수한 생존 및 기능이 가능한 이러한 줄기세포 유래 도파민 신경세포들을 활용하여, 향후 파킨슨병 극복을 위한 세포이식치료의 현실화에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

후뇌 세로토닌 신경세포 및 오르가노이드

후뇌의 일부인 raphe nuclei에 주로 분포하고 있는 세로토닌 신경세포는 발생과정 중 후뇌의 ventral 방향에서 주로 형성된다. 이러한 세로토닌 신경세포들은 우리 뇌 내에서 감정 및 우리 몸의 항성성을 조절하는 역할을 담당하고 있는 매우 중요한 신경세포이다. 본 연구진은 앞서 사람 전분화능 줄기세포 유래 중뇌 도파민 신경세포 분화에서 사용된 분화 전략을 응용하여, 후뇌 세로토닌 신경세포를 분화시킬 수 있는 새로운 분화법을 수립하였다. 후뇌 ventral 방향의 전구세포를 유도함에 있어 발생과정에서 강력한 caudalizing 매개체로 작용하는 retinoid acid를 활용하였으며, 이러한 후뇌 전구세포로부터 성공적으로 세로토닌 신경세포의 분화가 가능해지게 되었다. 또한 이러한 후뇌 세로토닌 신경세포 분화법을 오르가노이드 분화에 적합하도록 개선하여 사람 전분화능 줄기세포 유래 후뇌 오르가노이드의 분화 역시 가능해 지게 되었다. 본 연구진의 이러한 성과는 향후 뇌 내 세로토닌 관련 연구에 있어 매우 큰 기여가 가능할 것이다.