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심리적 공포기억 조절 뇌 회로 최초 규명-트라우마 치료 새 전기
자연재해, 사고, 폭력 등 위협적인 상황은 뇌에 공포 기억을 남긴다. 하지만, 과도하거나 왜곡된 공포 기억 형성은 PTSD, 불안장애, 우울증 등 심각한 정신질환으로 이어질 수 있다. 그렇다면 신체적 고통을 직접 경험했을때의 공포와, 심리적 불안으로 겪은 고통의 기억은 뇌에서 어떻게 구분되며 조절될까? KAIST 연구진은 신체적 고통 없이 심리적 불안과 공포에 의한 공포 기억 형성에 특화된 뇌 회로를 세계 최초로 규명했으며, 이 회로를 타켓으로 한 맞춤형 트라우마 치료법 개발 가능성을 열었다.
우리 대학 생명과학과 한진희 교수 연구팀은 생쥐 모델을 이용한 실험을 통해, 감각적 고통 없이 심리적 위협만으로 유도되는 공포 기억의 형성을 조절하는 핵심 뇌 회로인 pIC-PBN회로*를 규명했다.
*pIC–PBN 회로: 후측 대뇌섬엽(pIC, posterior insular cortex)에서 외측 팔곁핵(PBN, parabrachial nucleus)으로 이어지는 하향 신경 경로로, 심리적 고통 정보를 전달하는 전용 회로임을 새롭게 밝혀냄
기존에는 뇌의 외측 팔곁핵(PBN)이 척수에서 통각 정보를 전달받는 통각 상행 경로의 일부로만 알려져 있었으나, 연구팀은 비통각적 위협 자극에 의해서도 PBN이 공포학습에 필수적으로 기능한다는 새로운 사실을 밝혔다.
이번 연구는 ‘정서적 고통’과 ‘신체적 고통’이 서로 다른 뇌 신경회로에 의해 처리된다는 사실을 세계 최초로 실험적으로 입증한 사례로 평가된다. 특히, 정서적 고통을 전달하는 데 특화된 신경 회로(pIC-PBN)를 명확히 제시함으로써, 신경과학 분야에서 큰 학술적 의의를 지닌다.
이번 연구의 제 1저자인 한준호 박사는 연구의 출발점을 이렇게 설명한다.
“저희 강아지 ‘레고’는 오토바이를 무서워한다. 실제로 부딪치진 않았지만 오토바이가 빠르게 다가온 경험 이후로 오토바이 소리만 들어도 겁을 먹는다. 사람도 마찬가지로. 사고를 실제로 겪지 않더라도, 사고가 날 뻔한 경험이나 자극적인 미디어 노출만으로도 공포 기억이 생기고, 결국 PTSD로 이어질 수 있다.”
이어 “지금까지 공포 기억에 관한 연구는 신체적 고통에 기반한 실험에 의존해 왔으나, 실제 인간의 공포 기억은 신체적 고통보다는 심리적 위협에 의해 형성되는 경우가 훨씬 많다. 그럼에도 불구하고 이러한 심리적 위협을 처리하는 뇌 회로에 대해서는 거의 알려진 바가 없었다.”
연구팀은 심리적 위협을 처리하는 뇌 회로를 알아보기 위하여 전기 자극이 아닌 시각적 위협 자극을 사용하는 새로운 공포 조건화 실험 모델을 개발했다.
생쥐는 포식자가 위에서 빠르게 접근하는 상황에서 본능적으로 공포 반응을 보이는데, 연구팀은 이를 활용해 천장 화면에 빠르게 커지는 그림자를 제시함으로써 생쥐가 포식자에게 공격당하는 듯한 위협을 경험하게 하였다. 이 실험을 통해, 통각 없이도 심리적 위협만으로 공포 기억이 형성될 수 있음을 입증했다.
이 새로운 행동 실험 모델과 함께, 연구팀은 신경세포의 활성을 정밀하게 조절하는 화학유전학 및 광유전학 기법을 활용하여, 외측 팔곁핵(PBN)이 시각적 위협만으로도 공포 기억이 형성된다는 사실을 규명하였고 나아가 연구팀은 PBN으로 정보를 전달하는 상위 뇌 영역을 분석했다. 이에 따라, 부정적 정서와 고통 처리에 중요한 역할을 하는 후측 대뇌섬엽(pIC)이 PBN과 직접 연결되어 있음이 밝혀졌다.
특히 시각적 위협 자극 이후, pIC에서 PBN으로 신호를 보내는 뉴런들이 활성화되며, 이 신호가 PBN 뉴런의 활성에 필수적인 역할을 한다는 사실도 확인되었다.
연구 결과, pIC–PBN 회로를 인위적으로 억제하면 시각적 위협에 따른 공포 기억 형성이 현저히 감소하지만, 선천적인 공포 반응이나 통각 기반의 공포 학습에는 영향을 주지 않는다는 점도 규명했다. 반대로 이 회로를 인위적으로 활성화하는 것만으로도 공포 기억이 유도되어, pIC–PBN 회로가 심리적 위협 정보를 처리하고 학습을 유도하는 핵심 경로임이 드러났다.
한진희 교수는“이번 연구는 PTSD, 공황장애, 불안장애 등 정서적 고통을 주 증상으로 하는 정신질환의 발병 메커니즘을 이해하고, 맞춤형 치료법을 개발하는 데 중요한 토대를 마련할 것”이라고 밝혔다.
생명과학과 한준호 박사 (제 1저자), 서보인 박사과정(제 2저자)이 수행한 논문은 국제 학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 2025년 5월 9일 자 온라인 게재되었다.
※ 논문명 : Han, J., Suh, B., & Han, J. H. (2025). A top-down insular cortex circuit crucial for non-nociceptive fear learning. Science Advances (https://doi.org/10.1101/2024.10.14.618356)
※ 저자 정보 : Junho Han(KAIST, 제1저자), Boin Suh(KAIST, 제2저자), and Jin-Hee Han(KAIST, 교신저자)
본 연구는 과학기술정보통신부 뇌과학원천기술개발사업과 뇌기능규명조절기술개발사업의 지원을 받아 수행되었다.
2025.05.15 조회수 5349 -
운동 중 고혈압 감지, KAIST 웨어러블 광혈압계 개발
기존 커프 방식으로 혈압을 측정할 때 팔을 압박하는 불편함이 있으며, 측정 전 최소 10분의 안정이 필요했다. 최근 스마트워치에 적용된 혈압 측정 기술 역시 고혈압이나 운동 중 정확도가 떨어지고, 연속 측정이 어렵다는 단점이 있다. KAIST 연구진이 단순 휴식 상태 뿐만 아니라 계단 오르기 등 운동 중 고혈압 감지까지도 정확하게 연속 측정이 가능한 혈압 모니터링 기술을 개발했다.
우리 대학 바이오및뇌공학과 정기훈 교수 연구팀이 수십 개의 세분화된 파장의 빛을 사용해 혈관 내 혈류 변화를 광학적으로 측정하는 혁신 방법인 초분광 PPG(광용적맥파, Photoplethysmography) 기술을 활용해 운동 상태에서의 연속 혈압 모니터링에 활용될 수 있는 웨어러블 혈압 센서를 개발하는 데 성공했다.
최근 스마트워치에서 세 가지 파장을 갖는 PPG 센서를 이용해 혈압 측정 기술을 탑재했지만, 고혈압 상태 및 운동 상태에서의 낮은 정확도와 연속적인 측정이 불가하다는 문제가 있다.
연구팀은 빛의 파장을 분석해 주는 고해상도의 초박형 마이크로분광기를 포함한 초분광 PPG 모듈을 통해 다양한 파장의 PPG 신호를 동시에 측정하고, 연속적이고 정밀한 시간차를 계산해 안정적으로 혈압을 추정할 수 있는 방식을 고안했다.
연구팀이 개발한 웨어러블 초분광 PPG 센서는 연속적으로 혈압을 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라 심박수, 호흡률과 같은 다른 생리적 매개변수도 동시에 측정해 운동 전후의 혈압 변화를 세밀하게 분석할 수 있다.
이번 연구 결과는 운동 중 혈압 변화를 연속적으로 추적해 운동으로 유발되는 고혈압을 감지할 수 있다. 연구팀은 운동 중 회복기의 혈압 추정 정확도가 0.75 정도였던 다른 감지 방식보다 높은 0.95의 연관성 지표(최소 –1, 최대 1, 수치가 1에 가까울수록 예측이 실제값과 거의 일치)를 나타내는 등 높은 신뢰성을 증명했다.
KAIST 정기훈 교수는 "이번 연구는 운동 중 측정된 고혈압 실험을 통해 얻은 새로운 데이터를 기반으로, 웨어러블 초분광 PPG 센서가 운동 중의 혈압 측정과 회복기 혈압 추적에서 중요한 역할을 할 수 있음을 증명한 사례에 해당하며, 초분광 PPG 기술은 향후 개인 맞춤형 디지털 헬스케어 분야에 크게 기여할 것”이라고 연구의 의미를 설명했다.
KAIST 바이오및뇌공학과 박정우 박사 후 연구원이 주도한 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스 (Advanced Science)’에 4월 25일에 게재됐다.
※ 논문명: 웨어러블 초분광 광 혈류 측정 센서를 활용한 운동 유발 고혈압 진단, Wearable Hyperspectral Photoplethysmography allows Continuous Monitoring of Exercise-induced Hypertension, https://doi.org/10.1002/advs.202417625
이 연구는 한국보건산업진흥원 한국형 ARPA-H 사업, 한국연구재단 글로벌 중견연구사업등의 지원을 받아 수행했다.
2025.05.08 조회수 3871 -
"파킨슨병을 편집하다” 염증 RNA 편집 효소 세계 최초 발견
파킨슨병(PD)은 알파시누클린(α-synuclein) 단백질이 뇌세포 내에서 비정상적으로 응집되어 신경세포를 손상시키는 퇴행성 신경질환이다. KAIST 연구진은 파킨슨병의 핵심 병리 중 하나인 신경염증 조절에 있어 RNA 편집(RNA editing)이 중요한 역할을 한다는 사실을 세계 최초로 밝혀냈다.
우리 대학 뇌인지과학과 최민이 교수 연구팀이 영국 UCL 국립신경전문병원 연구소 및 프랜시스 크릭 연구소와의 공동 연구를 통해, 뇌를 보호하고자 염증 반응을 일으키는 교세포(astrocyte)에 대해 RNA 편집 효소인 에이다원(ADAR1)이 면역 반응을 조절하는 중요한 역할을 한다는 것을 밝혀내고 파킨슨병의 병리 진행에 핵심적인 역할을 한다는 사실을 입증했다.
최민이 교수 연구팀은 뇌 면역세포의 염증반응을 알아보고자 파킨슨 환자에게서 유래한 줄기세포를 이용해 뇌의 신경세포를 돕는 교세포와 신경세포로 구성된 세포 모델을 만들고, 파킨슨병의 원인이 된다고 알려진 알파시뉴클레인(α-synuclein) 응집체를 처리한 뒤, 뇌 면역세포의 염증 반응이 어떻게 되는지 분석했다.
그 결과, 알파시뉴클레인 응집체 초기 병리형태인 알파시뉴클레인 단량체(oligomer)가 교세포 내 세포가 위험을 감지하는 센서처럼 작동하는 통로(Toll-like receptor) 경로 및 바이러스나 병원균과 싸우는 면역 신호 네트워크인 인터페론 반응 경로를 활성화하였다. 이 과정에서 RNA 편집 효소인 에이다원이 발현하면서 기능과 구조 등 단백질 성질이 바뀌는 아이소폼으로 변형되는것을 확인했다.
특히, 바이러스 감염시 면역 반응을 조절하기 위해 기능을 발휘하던 에이다원이 수행하는 RNA의 편집 활동이 ‘A(아데노신)’를 ‘I(이노신)’으로 바꾸는, 일종의 유전자 명령 수정 작업인 ‘A-to-I RNA 편집’이 일어난다. 이는 RNA 편집 활동이 정상적인 상황이 아니라, 염증을 일으키는 유전자들에 비정상적으로 집중되어 있다는 걸 발견했다. 이 현상은 환자 유래 줄기세포 분화 신경세포에서뿐만 아니라 실제 파킨슨병 환자 뇌의 부검 조직에서도 동일하게 관찰되었다.
이는 RNA 편집의 이상 조절이 교세포의 만성 염증 반응을 유도하고, 결과적으로 신경세포 독성과 병리 진행으로 이어질 수 있음을 직접적으로 입증한 것이다.
이번 연구는 신경 면역 세포인 교세포 내 RNA 편집 조절이 신경염증 반응의 핵심 기전이라는 사실을 새롭게 밝혔다는 데 의의가 크다. 특히 에이다원이 파킨슨병 치료의 새로운 타깃 유전자로 작용할 수 있음을 제시했다는 점에서 주목된다.
또한, 환자 맞춤형 유도 줄기세포 기반의 정밀의학적 뇌 질환 모델을 통해 실제 환자의 병리 특성을 반영한 점도 주목된다.
최민이 교수는 “이번 연구는 단백질 응집으로 인한 염증 반응의 조절자가 RNA 편집이라는 새로운 층위에서 작동함을 입증한 것으로, 기존의 파킨슨병 치료 접근과는 전혀 다른 치료 전략을 제시할 수 있다”고 밝혔다. 이어 “RNA 편집 기술은 신경염증 치료제 개발의 중요한 전환점이 될 수 있을 것”이라고 강조했다.
이번 연구에는 최민이 교수가 제1 저자로 참여했으며 사이언스 어드밴스드(Science Advances)에 4월 11일 자로 게재되었다.
※ 논문 제목: Astrocytic RNA editing regulates the host immune response to alpha-synuclein, Science Advances Vol11,Issue15 DOI:10.1126/sciadv.adp8504
※ 주저자: Karishma D’Sa(UCL, 제1저자), Minee L. Choi(KAIST, 제1저자), Mina Ryten(UCL, 교신저자), Sonia Gandhi(크릭 연구소, 캠브리지 대학, 교신저자)
이번 연구는 한국연구재단의 뇌과학선도융합, 우수신진연구사업과 KAIST의 대교 인지 향상 프로그램의 지원을 받아 수행되었다.
2025.04.28 조회수 6718 -
의과학대학원 박수형 교수, SBS문화재단 그랜드 퀘스트 프라이즈 수상
우리 대학 의과학대학원 박수형 교수가 제2회 SBS문화재단 그랜드 퀘스트 프라이즈를 수상했다.
박수형 교수는 신·변종 바이러스 감염에 대한 면역반응과 백신 치료제 개발을 연구하며 감염병, 암, 자가면역질환 등 면역질환에서 병리 기전과 치료 전략을 제시해왔다. 특히, 아직 출현하지 않은 신종 바이러스에 대한 선제적 대응이라는 새로운 패러다임을 제시해 주목받았다.
박 교수는 항체와 T세포 기반 면역 반응을 통합한 범용 백신 가능성을 탐색하여 기존 기술의 한계를 극복하고 신·변종 바이러스 대응 기술력을 입증했다고 평가를 받았다.
SBS문화재단 그랜드 퀘스트 프라이즈는 과학기술 난제 해결하는 신진 과학자를 발굴하고 지원하기 위해 제정되었다. 올해는 총 21명의 후보 중 도전성, 사회적 파급력, 성장 가능성을 기준으로 서울대 화학생물공학부 서상우 교수와 함께 최종 2명이 선정되었다.
4월 24일 서울 상암동 SBS 프리즘 타워에서 시상식이 진행되었다.
2025.04.25 조회수 2990 -
KAIST-농림축산식품부와 맞손, 우리나라 농업의 미래를 바꾼다
우리 대학은 농림축산식품부와 협력하여 우리나라 농업의 미래의 이끌 첨단 과학기술 연구 수행, 창업생태계 조성, 및 융복합 인재 양성을 위해 업무협약을 체결한다.
업무협약식은 KAIST 대전 본원에서 개최되며 농림축산식품부 송미령 장관과 KAIST 이광형 총장 등 20여 명이 참석한 가운데 진행된다.
이번 협약은 KAIST 공학생물학대학원 김상규 교수가 합성생물학 등 첨단기술을 농업 분야에 적용하여 현장의 문제를 해결하기 위한 협력 연구를 계기로 추진됐다. 농업의 현장성과 과학기술의 융합 가능성을 보여주며, 농식품부와 KAIST 간 보다 체계적인 협력체계로 이어지는 중요한 전환점이 되었다.
우리 대학은 그동안 첨단바이오 기반의 디지털 농업 분야에서 혁신적인 융합연구와 창업 활동을 수행해 왔지만, 영농 분야의 창의적인 인재 양성을 위한 교육 프로그램이 부족한 실정이었다.
이를 보완하기 위해, 2023년부터 농식품부의 영농창업특성화 대학*과 KAIST 연구실을 연계하는 그린 유알피(Green URP)**를 통해 농업 문제 해결형 연구를 발굴·수행하고, 융복합 인재를 양성해 왔다.
* 영농창업특성화 대학: 충남대, 경북대, 전남대, 전북대, 연암대
**그린 유알피(Green Undergraduate Research Program): 학부 학생들의 농업 분야 연구 프로그램
이번 협약을 계기로, 우리 대학은 수요맞춤형 URP 프로그램을 강화하고, 2026년부터 공학생물학대학원 중심으로 디지털 그린바이오 석박사 트랙을 신설할 예정이다. 이를 통해 농업 현장 문제 해결을 위한 기술 개발과 함께, 창업으로 이어질 수 있는 단계별 프로그램도 함께 제공할 계획이다.
아울러 미래 농업 분야 연구 협력을 확대하고, 그린바이오 벤처캠퍼스*와의 연계를 통해 농산업 혁신 생태계를 조성하고 지속 가능한 농업기술 기반을 마련해 나갈 방침이다.
*그린바이오 벤처캠퍼스: 농림부에서 추진하는 그린바이오 분야에 특화된 벤처 창업·기업을 발굴·육성하기 위한 전문 시설
농식품부 송미령 장관은 “기후변화, 농업인력 감소 등 난제에 대응하여 농산업의 기술혁신과 융합 인력 양성이 시급한 과제가 되었다”며, “이러한 때에 KAIST와 농식품부가 업무협약을 체결하여 과학기술을 기반으로 농업현장의 문제를 해결하고 농업의 미래 성장산업화를 위해 함께 협력해 나갈 수 있게 되어 매우 뜻깊게 생각하며, 내실있는 성과들이 나올 수 있도록 농식품부도 적극 협력하겠다”고 밝혔다.
이광형 총장은 “KAIST는 첨단 바이오, AI 디지털 기술을 바탕으로 농업혁신의 허브가 되고자 한다. 공학생물학대학원을 중심으로 농업 현장의 문제를 첨단기술로 풀어내는 융합 인재를 양성 및 창업 지원을 통해서, 과학기반의 농업 생태계가 구축되도록 적극 지원하겠다”고 밝혔다.
2025.04.24 조회수 3037 -
교모세포종 암의 씨앗‘전암 세포’첫 규명·정조준했다
교모세포종(Glioblastoma)은 가장 공격적이고 예후가 나쁜 대표적 악성 뇌종양으로, 광범위한 뇌 절제술을 포함한 표준 치료 후에도 1년 이내 대부분 재발하며 생존률이 매우 낮은 치명적인 질환이다. KAIST 연구진이 교모세포종에 암세포로 발전하는 가능성을 가진 전암세포가 있다는 것을 최초로 밝혔다.
우리 대학 의과학대학원 이정호 교수 연구팀은 세계 최초로 교모세포종의 진화와 재발 및 치료 저항성의 근원이 되는 ‘전암세포(Precancerous cell)’를 규명했다.
이정호 교수 연구팀은 2018년 교모세포종이 뇌 깊은 곳에 있는 돌연변이 줄기세포로부터 시작된다는 것을 최초로 밝혀내며 ‘네이쳐(Nature)’지에 게재한 바 있다. 이번 연구에서는 암의 씨앗과 같은 ‘전암 세포’가 어디서 유래하는지, 즉, 돌연변이 기원 세포가 어떻게 분화되는지를 규명하였고 이 전암 세포가 종양 내 세부 유형의 암세포들을 만들어 암이 재발하는 중심축 역할을 한다는 사실도 밝혔다.
특히, 교모세포종 같은 악성 뇌종양에서는 암세포들이 매우 다양한 형태로 공존하고, 각각이 치료에 다르게 반응하는데, 이를 ‘종양 내 이질성’(intratumoral heterogeneity)이라고 한다. 이 이질성은 교모세포종 치료의 가장 큰 걸림돌로 꼽히는데, 이번 연구는 종양 내 이질성 현상을 일으키는 뿌리가 전암세포 때문이라는 것을 세계 최초로 밝혀낸 것이다.
이번 연구를 통해 교모세포종의 전암세포를 표적으로 삼아 암 진화와 재발을 효과적으로 억제할 수 있는 새로운 치료 패러다임의 기초를 마련할 것으로 예상된다. 이는 기존의 암 세포 자체를 겨냥한 치료에서 벗어나 악성 뇌종양의 근원인 전암 세포를 선제적으로 제거함으로써 암의 진화와 재발을 막는 정밀 맞춤형 치료가 가능할 것으로 평가된다.
이를 바탕으로, 교원창업기업 소바젠(주) (대표이사 박철원)은 암 진화와 재발을 억제하는 교모세포종 RNA 치료제 혁신 신약을 연구 개발하고 있다.
여성 의사 과학자이자 논문의 단독 제1 저자인 KAIST 의과학대학원 김현정 박사(현, 고려대학교 의과대학 교수)는 “전암세포는 종양을 더욱 복잡하고 공격적인 형태로 진화시키는 ‘암 이질성의 씨앗’과 같은 존재이다”라며, “이 전암세포를 이해하고 표적화하는 것이 교모세포종을 근본적으로 극복할 열쇠가 될 수 있다”라고 설명했다.
해당 논문은 암 분야 세계적 권위지인 ‘캔서 디스커버리(Cancer Discovery, IF=30.6)’지에 4월 16일 字로 게재됐다.
※ 논문명: Precancerous cells initiate glioblastoma evolution and contribute to intratumoral heterogeneity DOI: https://doi.org/10.1158/2159-8290.CD-24-0234
※ 저자정보: 김현정(카이스트 의과학대학원, 현 고려대학교 의과대학, 제1 저자), 이정호(카이스트 의과학대학원, 소바젠, 교신저자)
한편, 이번 연구는 한국연구재단, 서경배과학재단 등의 지원을 받아 수행됐다.
2025.04.21 조회수 5740 -
손상된 시력 회복 망막 치료제 개발 성공
시각은 인간의 가장 중요한 감각으로, 현재 전 세계적으로 3억 명 이상의 인구가 다양한 망막질환으로 시력 상실의 위험에 놓여 있다. 최근 망막질환 치료제들이 개발돼 병증의 진행을 억제하는 효과를 보이고 있으나, 이미 손상된 시력 회복까지 가능하게 하는 실효적 치료제의 개발은 부재한 상황이다. 우리 연구진이 시력 회복을 위한 신약 개발에 성공했다.
우리 대학 생명과학과 김진우 교수 연구팀이 망막 신경 재생을 통해 시력을 회복할 수 있는 치료법을 개발했다고 30일 밝혔다.
김 교수 연구팀은 망막 재생을 억제하는 프록스원(PROX1) 단백질을 차단하는 물질을 질환 모델 생쥐 안구에 투여해 망막 조직의 신경 재생과 시력 회복을 유도하고, 그 효과를 6개월 이상 지속하는 데 성공했다.
이번 연구는 포유류 망막에서 장기간 신경 재생을 유도한 세계 최초의 사례로, 치료제가 전무했던 퇴행성 망막질환 환자들에게 새로운 희망을 제시한다.
전 세계적인 인구 노령화와 함께 망막질환자의 숫자가 지속적으로 증가하고 있지만, 손상된 환자의 망막과 시력을 회복할 수 있는 치료법은 존재하지 않는다. 환자 망막의 회복이 어려운 주요 원인은 손상된 망막의 재생이 되지 않는 것과 깊은 연관성이 있다.
망막 재생이 활발한 어류와 같은 변온동물에서 연구된 바에 따르면, 망막 손상 시 망막 내부에 존재하는 뮬러글리아(Müller glia)라는 세포가 신경전구세포로 역분화한 후 새로운 신경세포를 생성하는 능력을 가지고 있는데, 인간과 같은 포유류는 이 기능이 사라져 망막 재생이 이루어지지 못하고 손상이 영구적으로 남는 것으로 알려져 있다.
김 교수 연구팀은 이번 연구를 통해 포유류 뮬러글리아 세포의 역분화를 억제하는 인자로 프록스원(PROX1) 단백질을 발견하였다. 프록스원은 망막과 해마, 척추 등의 신경 조직 내 신경세포에서 생성되는 단백질로 신경줄기세포의 분열을 억제하고 신경세포로 분화를 유도하는 단백질로 알려져 있다.
연구진은 프록스원 단백질이 손상된 생쥐 망막 내 뮬러글리아에는 축적이 되지만, 재생이 활발한 어류의 뮬러글리아에는 축적이 되지 않음을 발견하였다. 또한, 뮬러글리아에 있는 프록스원은 내부에서 생성된 것이 아니라, 주변의 신경세포가 분해하지 못하고 분비한 것을 뮬러글리아가 받아들인 것이라는 것도 증명하였다.
이러한 프록스원 단백질의 이동 현상에 착안해 신경세포에서 분비된 프록스원이 뮬러글리아로 도달하기 전에, 세포 외부에서 제거하여 뮬러글리아의 신경재생 능력을 복원하는 방법을 개발하였다.
이 방법은 프록스원에 결합하는 항체를 활용하는 것으로, 김진우 교수가 연구실 벤처로 창업한 ㈜셀리아즈에서 발굴하였으며 기존 항체들보다 탁월한 결합력을 보였다. 이 프록스원 중화항체를 투여한 질환 모사 생쥐 망막에서는 신경 재생이 활발히 일어났고, 선천성망막퇴행성질환 생쥐 망막에 유전자 치료제 형태로 전달하면 지속적인 신경세포의 생성과 시력의 회복이 6개월 이상 유지되는 것을 확인하였다.
이 망막 재생 유도 치료제는 KAIST 교원 창업 기업인 (주)셀리아즈에서 현재 마땅한 치료제가 없는 여러 퇴행성망막질환에 적용하기 위해 개발하고 있으며, 2028년에는 임상시험에 돌입하는 것을 목표로 하고 있다.
이 논문의 제1 저자인 이은정 박사는 "프록스원(PROX1) 중화항체(CLZ001)의 효능을 개선하는 작업이 마무리 되어 곧 여러 동물을 이용한 시력 회복 효능과 안전성 평가를 마친 후 망막질환자에 투여하는 것을 목표로 하고 있다ˮ 라며 "적절한 치료제가 없이 실명의 위험에 노출된 환자들에게 실질적 도움이 되도록 연구를 진행하겠다ˮ 라고 말했다.
(주)셀리아즈 이은정 박사와 KAIST 김무성 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `네이쳐 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 3월 26일자 온라인에 발표됐다. (논문명 : Restoration of retinal regenerative potential of Müller glia by disrupting intercellular Prox1 transfer. DOI: 10.1038/s41467-025-58290-8).
이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업 및 국가신약개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
2025.03.31 조회수 14740 -
암세포 사멸과 연관된 대사를 관장하는 최상위인자 규명
우리 대학 생명과학과 강석조 교수 연구팀이 3차원 종양미세환경에서 성장한 암세포에서 유래한 케모카인(Chemokine) CXCL5가 암세포의 대사 리프로그래밍(reprogramming)을 조절하며 이를 통하여 지질 과산화물의 축적으로 인해 유도되는 세포 사멸인 페롭토시스(ferroptosis)에 대한 저항성을 획득한다고 7일 밝혔다.
CXCL5는 수용체인 CXCR2와의 결합을 통해 세포의 이동(migration) 및 침습(invasion)을 촉진하는 역할을 하는 케모카인으로, 종양미세환경에서 면역세포들의 침윤에 관여함이 알려져왔다. CXCL5는 여러 암종에서 발현이 증가되어 있음이 보고되었으나 실제 3차원 종양미세환경 내 암세포에서 유래한 CXCL5의 역할에 대해서는 밝혀진 바가 없다.
강 교수 연구팀은 세포외기질의 침착과 대식세포의 침투가 특징적인 암 미세환경을 모사하는 3차원 배양 시스템을 구축해 세포 간, 세포와 세포외기질 간 상호작용 뿐 아니라 종양미세환경 내 암세포의 위치에 따라 생장에 필요한 산소와 영양분의 접근성 차이로 인한 비세포적 요소가 형성될 수 있도록 유도하였다. 연구팀은 IFNγ자극을 받은 대식세포의 분비물이 3차원 환경 특이적으로 암세포의 CXCL5 발현을 증가시킴을 확인하였고, 야생형 암세포와 CXCL5 결손 암세포의 성장을 2차원, 3차원에서 비교한 결과 암세포의 CXCL5의 발현은 3차원 성장에만 필수적임을 확인하였다.
연구팀은 2차원 배양 암세포와 3차원 배양 암세포의 유전자 발현과 대사체를 비교하여 3차원에서 광범위한 대사 과정의 리프로그래밍이 일어남을 확인하였고, CXCL5가 이런 3차원 특이적 대사 리프로그래밍을 관장하는 핵심적 역할을 수행함을 보였다. 기전적으로 CXCL5는 전사인자 HIF-1a와 MYC의 발현을 유도하여 대사 리프로그래밍을 조절하며, 특히 여러 대사 과정 중 해당과정과 1-탄소 대사과정에 영향을 주는 것을 확인하였다.
또한, 연구팀은 저해된 해당과정과 1-탄소 대사과정이 산화-환원 항상성 조절에 중요한 역할을 한다는 이전 연구결과를 바탕으로, 세포 내 산화손상 정도를 측정한 결과 CXCL5 결손 시 미토콘드리아 활성산소와 철분에 의존하여 페롭토시스를 유발하는 지질 과산화물이 증가한 것을 확인하였다. 흥미롭게도 세포자멸사(apoptosis), 염증성 세포사멸인 파이롭토시스(pyroptosis), 그리고 구리 의존적 세포사멸인 큐프롭티시스(cuproptosis)는 CXCL5 결손에 의해 영향을 받지 않는 것을 밝혔다. 또한, HIF-1a와 MYC의 과발현은 CXCL5 결손 세포에서 보이는 활성산소와 지질 과산화물의 증가를 감소시키고 효과적으로 페롭토시스를 억제함을 확인하였다. CXCL5 수용체인 CXCR2를 결손시켰을 경우 동일하게 HIF-1a와 MYC의 발현이 저해되는 것을 확인함으로써, 암세포의 CXCL5-CXCR2 경로 억제를 통한 페롭토시스의 유도는 현재 개발 중인 세포자멸사 유도제의 한계를 극복할 새로운 전략이 될 수 있음을 시사하였다.
강석조 교수는 “본 연구는 3차원 종양미세환경 특이적인 암세포 대사를 보다 광범위하게 밝히고, 암세포에서 유래한 CXCL5가 HIF-1a와 MYC의 발현을 유도하여 3차원 성장을 위한 암대사 리프로그래밍을 총괄하는 지휘자적인 역할을 수행함을 새롭게 밝힌 연구”라고 언급하면서, “본 연구 성과는 암세포 대사 과정과 세포사멸 저항성 획득의 연결고리를 끊을 수 있는 차별적인 기전을 제시함으로써 혁신적인 치료 전략을 제공할 것으로 기대한다”고 전했다.
이번 연구 결과는 세포사멸의 권위있는 국제 학술지 `셀 데쓰 앤 디퍼런시에이션(Cell Death and Differentiation)’에 3월 7일 字 온라인판으로 게재됐다 (논문명: Cancer-intrinsic Cxcl5 orchestrates a global metabolic reprogramming for resistance to oxidative cell death in 3D). KAIST 생명과학과 서라민 박사가 제 1저자로 연구를 주도하였고, 서울대학교 Arvie Camille V. de Guzman 박사와 박성혁 교수, 그리고 한국표준과학연구원의 이지연 박사가 함께 연구에 참여하였다.
이번 연구는 한국연구재단의 바이오∙의료기술개발사업과 개인기초연구사업(중견연구) 지원을 받아 수행됐다.
2025.03.07 조회수 5568 -
코로나바이러스 전염 메커니즘 규명
중증급성호흡기증후군(이하 SARS) 코로나바이러스와 같은 코로나 19(COVID-19)는 전 세계적 팬데믹으로 짧은 시간 안에 확산되었지만 왜 급격히 복제돼 빠르게 전염되는지 기전이 아직까지 규명되지 않았다. 우리 연구진이 코로나바이러스 핵심 효소 단백질(헬리케이스)의 복제과정이 급격히 촉진되어 전염되는 메커니즘을 밝혀내며 바이러스 백신 및 치료제 개발에 새로운 가능성을 제시했다.
우리 대학 생명과학과 이광록 교수 연구팀이 nsp13 단백질*은 두 가지 활성을 가지고 있어 시너지 효과를 내며, 이를 통해 SARS 코로나바이러스의 유전물질인 RNA 복제를 촉진한다는 기전을 규명했다고 17일 밝혔다.
*nsp13 단백질: SARS 코로나바이러스의 헬리케이스로, 바이러스가 증식하는 데 필수적인 유전자 복제와 전사 과정에 중요한 효소이다. 헬리케이스는 마치 지퍼를 열고 닫는 것처럼 DNA나 RNA의 꼬인 구조를 풀어주는데, 유전정보를 읽거나 복제할 때 유전물질을 먼저 풀려야 하므로 필수적이다. 쉽게 말해, 헬리케이스는 엉킨 실타래를 푸는 효소단백질이다.
여기 두 가지 활성에 해당되는 첫번째 헬리케이스 활성은 DNA 또는 RNA와 같은 이중 가닥 핵산을 단일 가닥으로 풀어주는 효소 기능이며, 복제나 전사 과정을 촉진시킨다. 두번째 RNA 샤페론 활성은 핵산 구조의 올바른 접힘(folding)과 풀림 기능을 돕는 단백질로, 잘못된 RNA를 교정하거나 안정성을 향상시켜 세포 내 RNA 대사과정을 돕는 역할을 한다.
코로나바이러스가 빠르게 전파하기 위해서는 바이러스의 유전물질을 빠르게 복제하고 구성성분인 단백질을 생산해서 이들을 조합하는 것이 필수적이다.
연구팀은 첫 번째 단계인 유전물질의 RNA 복제가 다른 바이러스에 비해 왜 빠르게 일어나는지 알려지지 않았으나, nsp13 단백질이 기존의 헬리케이스 활성과 이제까지 알려지지 않은 새로운 샤페론 활성으로 유전자 복제 과정을 빠르게 촉진한다는 것을 규명했다.
nsp13 단백질은 유전적으로 잘 보존되어 다양한 변이 코로나바이러스에 대응하는 백신이나 감염 치료의 중요 표적이지만, 정확한 작용 메커니즘에 대해서는 완전한 이해가 부족했다.
연구팀은 nsp13 헬리케이스가 ATP(아데노신 삼인산)*를 분해하여 나온 화학에너지를 이용하여 유전물질인 RNA의 꼬인 구조를 단일 가닥으로 풀어주고 부산물로 ADP(아데노신 이인산)*가 생성하게 된다. 이때 생성된 ADP가 nsp13와 재결합하게 되면 샤페론 기능을 활성화시켜 RNA 이차구조를 추가로 불안정화한다는 사실을 알아냈다.
*ATP(아데노신 삼인산)는 충전된 배터리처럼 에너지를 담고 있고 효소가 일을 할 때는 에너지를 공급해준다. ATP는 인산 3개를 가지고 있어 인산이 분해 될 때 에너지를 방출하고 인산 2개를 가진 ADP(아데노신 이인산)를 부산물로 생성한다.
결론적으로 헬리케이스 활성과 샤페론 활성이 시공간적으로 동시에 협력해 RNA 복제를 촉진하게 된다는 새로운 방식의 작용기전을 규명했다.
이광록 교수는 “이번 연구는 대표적 핵산-효소 단백질인 헬리케이스가 ADP를 통해 샤페론적 활성을 나타내는 새로운 발견이며, 이를 통해 헬리케이스의 기능 다양성에 대한 이해의 폭을 넓혀주고, SARS 코로나바이러스의 다양한 변이에 대응할 효과적 치료제 및 백신 개발의 실마리를 제공할 것으로 기대한다”라고 연구 결과의 의의를 밝혔다.
이 연구는 유정민 박사가 제 1저자로 세계적 국제학술지 ‘핵산 연구 (Nucleic Acids Research)’ (IF: 16.7, 생화학 및 분자생물학 분야 상위 1.8%) 온라인판에 1월 29일 게재됐다. (논문명 : A novel ADP-directed chaperone function facilitates the ATP-driven motor activity of SARS-CoV helicase) (doi: 10.1093/nar/gkaf034)
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구지원, 선도연구센터 지원사업, 글로벌 기초연구 지원사업과 합성생물학핵심기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
2025.02.17 조회수 6554 -
암 발생 현상 등 유전자 발현 조절 원리 규명
다양한 암 발생과 암전이 현상, 줄기세포로부터의 조직 분화 및 발생, 신경 세포의 활성화 과정 등을 근본적으로 일으키는 유전자 발현 조절 단백질의 핵심 유전자 발현 네트워크를 발견했다. 우리 연구진은 이 발견을 기초로 하여 혁신적인 치료 기술 개발에 활용 가능성을 높였다.
우리 대학 생명과학과 김세윤 교수, 이광록 교수, 조원기 교수 공동연구팀이 동물 세포의 유전자 발현을 조절하는 핵심적인 원리를 규명했다고 22일 밝혔다.
이노시톨 대사 효소에 의해 만들어지는 이노시톨 인산 대사체는 진핵 세포의 신호전달 시스템에 필요한 다양한 이차 신호전달물질로 작용하며 암, 비만, 당뇨, 신경계 질환들에 폭넓게 관여한다.
연구팀은 이노시톨 대사 시스템의 핵심 효소인 IPMK 단백질이 동물 세포의 핵심 유전자 발현 네트워크의 중요한 전사 활성화 인자로 작용함을 규명했다.
포도당과 유사한 영양소로 알려진 이노시톨의 대사 반응에 핵심적으로 작용하는 효소인 IPMK 단백질(inositol polyphosphate multikinase)은 유전자 발현을 직접적으로 조절하는 기능을 가지고 있다. 특히 IPMK 효소는 동물 세포의 대표적인 전사 인자(transcription factor)인 혈청 반응 인자(serum response factor, 이하 SRF)에 의한 유전자 전사 과정에 중요하다고 보고된 바 있으나 작용하는 기전에 대하여 알려진 바는 없었다.
SRF 전사 인자는 최소 200~300여 개의 유전자 발현을 직접적으로 조절하는 단백질로서, 동물 세포의 성장과 증식, 세포 사멸, 세포의 이동성 등을 조절하며 심장과 같은 장기 발생에 필수적이다.
연구팀은 IPMK 단백질이 SRF 전사 인자와 직접적으로 결합한다는 사실을 발견하고 이를 통해 SRF 전사 인자의 3차원적 단백질 구조를 변화시킨다는 것을 밝혔다.
연구팀은 IPMK 효소에 의하여 활성화된 SRF 전사 인자를 통해 다양한 유전자들의 전사 과정이 촉진된다는 것을 밝혔다. 즉, IPMK 단백질은 SRF 전사 인자의 단백질 활성을 높이는 데 반드시 필요한 조절 스위치와 같은 역할을 수행하는 것임을 연구팀은 규명했다.
연구팀은 IPMK 효소와 SRF 전사 인자 사이의 직접적인 결합에 문제가 발생할 경우, SRF 전사 인자의 기능과 활성이 낮아져 유전자 발현에 심각한 장애가 발생한다는 점을 최종적으로 검증하였다.
특히 SRF 전사 인자가 가지고 있는 비정형 영역(Intrinsically disordered region, IDR)이 중요한 조절 부위라는 점을 밝힘으로써 비정형 단백질의 생물학적 중요성을 제시했다. 보통 단백질은 접힘을 통해 고유의 구조를 나타내지만 비정형 영역을 포함하게 되는 경우에는 특정한 단백질 구조가 관찰되지 않는다. 학계에서는 이러한 비정형 영역을 가지고 있는 단백질들을 비정형 단백질이라고 구분하고 어떠한 기능을 수행하는지 주목하고 있다.
김세윤 교수는 “이번 연구는 이노시톨 대사 시스템의 핵심 효소인 IPMK 단백질이 동물 세포의 핵심 유전자 발현 네트워크의 중요한 전사 활성화 인자이며 이를 증명하는 핵심 메커니즘을 제시한 중요한 발견”이라며, “SRF 전사 인자로부터 파생되는 다양한 암의 발생과 암전이 현상, 줄기세포로부터의 조직 분화 및 발생, 신경 세포 활성화 과정 등을 근본적으로 이해함으로써 혁신적인 치료 기술 개발 등에 폭넓게 활용되기를 바란다”라는 기대를 전했다.
이 연구는 세계적 국제학술지 ‘핵산 연구 (Nucleic Acids Research)’ (IF=16.7, 생화학 및 분자생물학 분야 상위 1.8%) 온라인판에 1월 7일 게재됐다. (논문명 : Single-molecule analysis reveals that IPMK enhances the DNA-binding activity of the transcription factor SRF) (doi: 10.1093/nar/gkae1281)
한편 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구사업, 선도연구센터 지원사업, 글로벌 기초연구실 지원사업과 서경배과학재단, 삼성미래기술육성사업의 지원을 받아 수행됐다.
2025.01.22 조회수 7667 -
KAIST-충남대 바이오 융합연구 협력 업무협약 체결
우리 대학은 충남대학교와 ‘공동연구협력에 따른 바이오 분야 융합연구 활성화를 위한 업무협약’을 체결했다고 15일(수) 밝혔다.
첨단 바이오분야는 5000조 세계시장을 대상으로 국가간 경쟁이 치열하므로 교육 및 연구개발의 중복투자를 막고 국내 대학간 협력하는 시너지 창출 전략이 필요하다. 첨단 바이오 핵심 연구개발을 수행 중인 우리 대학은 이웃에 위치한 의학 약학 농학 수의학 등 다양한 바이오 분야의 특화된 충남대와의 본격적인 협력에 나선다.
양 대학은 협약 체결을 통해 바이오 분야 융합연구 활성화를 추진하기 위한 공동연구 협력으로 단기간에 세계적인 바이오 분야 가치 창출을 기대하며 국내 대학 간의 공동협력의 중요한 모델과 이정표를 제시하게 될 것이다.
이번 협약에 따라 양 대학은 ▲연구센터 설립을 통한 상호 관심 분야 주제 발굴 및 공동연구 추진 ▲연구 기자재, 시설물 등 인프라 공동 활용 ▲학과 신설을 통한 전문인력 교류 및 양성 ▲ 교수진 참여 공동 교육과정 개발 및 운영 등 다양한 협력 방안을 추진할 예정이다.
충남대 김정겸 총장은 “이번 협약을 통해 충남대와 KAIST가 국내는 물론 글로벌 바이오 융합연구를 위한 전략적 구심점으로 발돋음할 것으로 기대된다.”며 “충남대는 KAIST와의 이번 협력을 바탕으로 우리 연구자들이 혁신적인 연구에 도전하고, 성과를 달성함으로써 글로벌 연구자로 성장할 수 있도록 미래를 위한 지원과 관심을 아끼지 않겠다.”고 말했다.
이광형 총장은 “그동안 긴밀히 유지되어 온 양교간 상호협력을 바탕으로, 바이오 연구 역량과 인프라가 결합하여 융합연구의 새로운 지평을 열 수 있기를 기대한다”면서 “KAIST는 충남대학교와 전문인력 교류, 공동 교육과정 개발, 학생 창업 교류 확대 등을 통해 국가와 지역사회 발전에 더욱 기여할 수 있기를 바란다.”고 강조했다.
우리 대학과 충남대는 1월 15일, 충남대 대학본부 대회의실에서 이광형 총장, 충남대 김정겸 총장 등 양 기관 관계자들이 함께한 가운데 업무협약식을 개최했다.
2025.01.16 조회수 4231 -
치매 정복을 위해 (주)에이티앤씨와 연구협력
우리 대학은 미래 첨단 디지털 바이오 시대를 대비하여 연구 투자 및 산학협력을 확대하고자 1월 9일 서울 도곡캠퍼스에서 (주)에이티앤씨(AT&C, 대표 이종원)와 포괄적인 상호협력 협약을 체결한다고 9일 밝혔다.
노인성 치매는 빠르게 증가하는 뇌질환으로써 65세 노인 인구의 10%를 차지하며 85세 이상의 경우 약 38%가 치매를 앓고 있다. 알츠하이머병은 가장 많은 노인성 치매 질환이며 최근에는 40세 이상 인구에서 유병율이 빠르게 증가하고 있으나 효과적인 치료제가 없는 실정이다.
정부는 2020년부터 2029년까지 총 1조 1,054억 원을 치매 연구개발사업에 투자하여 치매 환자 증가 속도를 50% 감소시키는 것을 목표로 하고 있다. 치매치료제를 개발하는 데에는 많은 시간과 비용이 들기 때문에 보다 빠르게 치매 치료에 적용할 수 있는 디지털 치료제의 개발이 절실하다.
디지털헬스케어기업인 (주)에이티앤씨는 자기장을 이용한 경두개 자기자극술(TMS) 기반의 이미 우울증 치료기기로 식약처 승인을 받아 국내외 판매를 하고 있다. 또한, 알츠하이머 치매 치료기를 국내 최초로 개발하여 식약처로부터 임상시험 허가를 받았으며 안전성을 평가하는 1상과 일부 환자들을 대상으로 효능을 검사하는 2상을 통과한 뒤, 현재 대규모 환자들을 대상으로 효능을 검사하는 임상 3상을 진행 중이다.
이 치매 치료기는 비침습적인 전자약(TMS 전자기 자극기)과 디지털 치료제(인지 학습 프로그램)를 융합한 시스템을 갖추고 있어 인공지능 영상 분석 및 로봇 제어 기술을 적용하여 정밀하고 자동화된 치료를 제공한다.
우리 대학은 이번 협약을 통해 (주)에이티앤씨와 혁신적인 뇌 질환 디지털 치료 장비 개발 분야에 상호협력하기로 하였다. 연구 협력을 통해 (주)에이티앤씨는 자사의 장비를 파킨슨병, 뇌졸중, 경도인지장애, 수면장애 등에 폭넓게 적용하는 기술을 개발할 수 있으며, 우리 대학의 웨어러블 기술을 활용해 가정에서도 뇌 기능을 향상하고 치매를 예방할 수 있는 휴대용 장비를 개발할 예정이다.
이를 위해 (주)에이티앤씨는 3년 이내 첨단 디지털 장비 개발을 목표로 약 30억원 규모의 연구 인력 및 연구비를 지원하고 우리 대학은 디지털헬스케어 연구센터를 구축할 계획이다.
디지털 장비 시장은 2023년부터 2033년까지 연평균 성장률 22.1%로 성장하여 2033년에는 시장 규모가 1조 9,209억 달러를 넘어설 것으로 전망된다.
이종원 대표는 “(주)에이티앤씨는 TMS(경두개 자기자극) 기술을 이용하여 알츠하이머 치매 치료에 있어 선도적인 역할을 수행하고 있다. KAIST와의 이번 협약을 통해 뇌 질환 치료의 새로운 패러다임을 만들고, 미래 의료기기와 의료기술을 선도할 수 있는 플랫폼 기업으로 거듭나기 위해 최선을 다할 것이다.”고 말했다.
본 연구개발 사업을 지원하는 이기태 前 삼성전자 부회장은 “이번 KAIST 와 협약을 통해서 지금까지 (주)에이티앤씨가 개발한 기술과 KAIST의 혁신적 차별화된 기술을 서로 접목하여 새로운 미래를 준비하고자 한다.”라고 말했다.
이광형 총장은 “KAIST는 이번 협력을 통해 뇌질환 치료를 위한 세계 최고 수준의 디지털 치료제 개발 인프라를 구축하고, 한국의 바이오 의료 분야 경쟁력을 더욱 강화하는데 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대한다”라고 강조했다.
협약식에는 이광형 총장, 김대수 생명과학기술대학장, (주)에이티앤씨 이종원 대표, 이기태 前 삼성전자 부회장이 참석한다.
2025.01.09 조회수 4771