서울대학교에 수의과대학은 동물과 인간의 상생을 근본적 이념으로 두고 있으며, 크게 수의생명과학분야, 수의병인생물학 및 예방 수의학분야, 임상수의학분야로 나뉘어 있다. 서울대학교 수의과대학은 영국 대학평가기관인 QS에서 실시한 2015년 세계대학평가에서 41위를 차지할 정도로 세계적인 입지를 단단히 굳혀가고 있다(아시아에서는 유일). 2015년에는 생명공학연구동이 완공되었으며, 이는 앞으로 수의과대학의 R&D 역량보유에서 핵심적인 역할을 하게 될 것으로 기대된다.

이번 시간에는 서울대학교 수의과대학의 줄기세포 기능조절연구실 지도교수인 한호재 교수를 모시고 인터뷰를 진행하였다.

사회자: 한호재 교수님 반갑습니다. 이렇게 인터뷰에 응해주셔서 먼저 감사의 말씀 드리고 싶습니다. 한 교수님의 줄기세포 기능조절연구실에 대해서 간단한 소개 부탁드리겠습니다.
한교수: 네 안녕하세요. 우선 간략히 소개드리자면, 우리 줄기세포 기능조절연구실은 인간과 동물을 비롯한 모든 생물체의 생리작용의 근본이 되는 세포생리기전 규명과 기능 조절을 주제로 하여 연구를 진행하고 있습니다. 특히, 호르몬, 싸이토카인, 신경전달물질, 미세환경이 세포기능에 미치는 영향과 병태생리학적 조건 하에 보이는 줄기세포 신호전달경로의 변화에 대해서 연구를 진행해 왔습니다.

사회자: 지금까지 진행하신 세포 기능 및 줄기세포 신호전달경로에 대한 연구로 얻은 연구 성과의 의미에 대해 자세히 소개 부탁드리겠습니다.
한교수: 그동안 저희 연구실에서는 줄기세포의 기능 조절 및 세포치료에 관한 연구와, 신장상피세포 및 간세포에서의 기능 조절법 개발, 그리고 이종장기 이식을 위한 바이오장기 생체모니터링법 개발에 대한 연구를 진행해 왔습니다. 먼저 세포 응용연구 사업단의 21세기 프론티어 사업의 일환으로 진행된 줄기세포 기능 조절연구에서는 배아줄기세포 및 성체줄기세포가 갖는 고유한 특성을 규명하고, 각종 성장인자 및 호르몬, 세포외기질, 신경전달물질, 영양물질 등 다양한 세포외 환경 구성인자에 의한 줄기세포의 기능 조절과 이를 통한 줄기세포 치료효과 증대방안에 대한 연구를 진행하였습니다. 그 결과 줄기세포의 증식 및 이동을 포함한 다양한 기능을 조절할 수 있는 인자들을 발견하였고, 이러한 인자를 이용한 줄기세포 전처리를 통해서 질병의 치료효과를 증대시킬 수 있음을 확인하였습니다. 이는 또한, 세포치료를 위해 필요한 동물 및 바이러스 유래 인자가 포함되지 않은 최적의 줄기세포 배양환경을 구축하는데 기여할 것으로 기대됩니다. 이외에도, 근위세뇨관 상피세포의 초대배양 및 삼차원 세포배양법을 확립하여 호르몬에 의한 세포증식, 산화성 손상이나 골다공증과 같은 질병에 대한 세포방어 작용 및 nongenomic 경로를 통한 세포기능 (Ca2+ uptake 또는 Na+/Pi 공동운반계) 조절기전을 규명하고 당뇨병 시 고포도당에 기인한 Na+/glucose 공동운반계와 angiotensin II 수용체 조절기전 및 angiotensin II에 의한 Na+/H+ 상호운반계 조절 (당뇨병성 고혈압)과 관련된 세포신호전달경로를 규명하였습니다. 이들 결과를 통해 골다공증, 당뇨병, 산화성 스트레스에 기인한 신장 질병발생과 관련된 기본 기전을 세포수준에서 밝히고 그 예방 및 치료대책을 세우는데 기여할 수 있을 것으로 생각됩니다. 마지막으로 이종 간 장기 이식에 가장 적합한 동물로 인식되고 있는 미니돼지에서 형태학적, 생리학적 기능 평가에 이용될 수 있는 기준치 설정을 위해 방사선, 초음파 및 핵의학적 영상기법을 활용하여 심장, 신장, 간, 폐 등 주요 실질 장기에 대한 생리학적 평가를 실시하였습니다. 이렇게 얻어진 결과는 향후 바이오 장기 생산에 있어 적합한 장기 공여 돼지를 선별하고, 인간과의 생리학적 상이성에 따른 수술법 선택과 예후 판별에 도움이 될 것으로 기대됩니다.



사회자: 그동안 활발한 연구를 바탕으로 많은 연구인프라를 구축하신 것 같습니다. 그럼 현재 한 교수님 연구실에서 진행 중인 프로젝트에 대해 자세한 소개 부탁드리겠습니다.
한교수: 현재 저희 실험실에서는 줄기세포의 대사조절기술을 이용한 허혈성 손상 예방법 개발을 통해 줄기세포의 치료 효율을 증진시키기 위한 연구를 진행하고 있고, 줄기세포 영양소센서 제어를 통한 기능성 분화세포 생산과 이를 이용한 알츠하이머 질환 세포치료법 개발 과제를 수행하고 있습니다. 이 과제들의 목표는 해당 기술들을 이용하여 세포치료에 적합한 기능성 줄기세포를 개발함과 동시에 알츠하이머 질환과 같은 난치성 질환에 효과적인 세포치료법을 개발하는 것입니다. 이 과제는 연세대학교 김형범 교수님과 박국인 교수님과 공동으로 수행하고 있습니다.

사회자: 모든 프로젝트들이 정말 흥미롭고 귀추가 주목되는 것 같습니다. 해당 연구를 진행하면서 지금까지의 연구 성과와 향후 연구방향에 대해서 간단히 말씀부탁 드리겠습니다.
한교수: 앞서 말씀드린 대로 저희 연구실에서는 줄기세포의 기능 조절을 위해서 다양한 대사 조절과 영양소센서 조절 기술을 연구해왔습니다. 최근에는 중간엽줄기세포의 저산소상태 적응과정에서 일어나는 지질대사경로의 변화와 이에 따른 세포신호전달기전의 변화가 줄기세포의 기능에 미치는 영향을 규명하였고, 이때 세포내외에서 생성되는 지질대사체를 이용하여 저산소상태에서의 줄기세포 기능을 항진시켜 치료 효율을 높이는데 성공하였습니다 (2014년, Stem Cells), (2015년, Stem Cells). 뿐만 아니라, 글루타민 대사 경로를 이용한 배아줄기세포 미분화유지 (2015년, Cell Cycle), cAMP 신호전달경로를 통한 줄기세포 이주능 항진기전규명과 같은 성과도 얻을 수 있었습니다 (2015년, Stem Cell and Development). 현재 저희는 저산소상태에서 항진되는 특이적 당화작용 (O-GlcNAcylation), 미토콘드리아 역학, 자기소화작용 (Autophagy)을 이용한 줄기세포 기능조절기술 개발 연구 및 알츠하이머 질환 모델에서의 기능항진 줄기세포의 치료 효과에 대한 연구를 진행 중 입니다.

사회자: 그간 많은 성과가 있었네요. 교수님께서 개발 중이신 줄기세포 기능 조절 기술이 어떤 기술인지 궁금해집니다. 이에 대해서 자세한 설명 부탁드리겠습니다.
한교수: 저희 연구실에서 개발 중인 줄기세포 대사조절기술과 영양소센서 제어기술은 세포 행동과 생리기능에 중요한 대사적/영양소적 요소를 찾아내어 줄기세포 기능을 비약적으로 항진시키는 기술입니다. 줄기세포를 환자의 상처부위나 손상 부위에 직접 이식 시 주변 혈관 분포가 충분치 않아 줄기세포는 저산소 환경에 노출되게 됩니다. 이때 줄기세포는 저산소 환경에 적응하기 위해 대사과정의 변화 및 다양한 신호전달 기전의 변화를 포함한 전 세포적인 변화가 일어나게 되는데 이를 생존반응이라고 합니다. 생존반응은 저산소 환경에서의 줄기세포 생존에 관여하여 줄기세포 치료제의 효율을 결정하는데 중요한 역할을 합니다. 생존반응을 유도하기 위해서는 대사과정의 변화가 수반되며, 이때 일어나는 대사과정의 변화는 세포 독성을 일으키는 활성산소종 생성을 제어하고, 세포신호전달기전의 활성을 일으키는 활성 대사유도체 등의 생성을 유도합니다. 저희 연구진이 개발 중인 대사조절기술은 줄기세포 이식 시 세포가 처하게 되는 환경에서 어떠한 대사과정의 변화가 일어나는지 탐색하고, 주요 대사조절 인자 및 대사유도체를 규명하여 이를 통한 세포 생존반응 강화 및 기능을 항진시킨 기능성줄기세포를 개발하는 것입니다.

허혈 모델에서 기능 활성화된 중간엽 줄기세포의 혈관 형성 촉진 효과

사회자: 그러면 한 교수님의 줄기세포 조절기술이 가지는 장점과 전망은 어떻게 되나요?
한교수: 이전의 많은 연구에서 특정 세포신호전달 물질을 선정하여 줄기세포 기능을 조절하는 보고가 있었습니다. 하지만 세포신호전달물질은 세포 내에서 꼭 필요로 하는 물질이기 때문에 이를 없애거나 증가시킬 경우 원하는 기능 조절이라 할지라도 줄기세포 고유의 특성을 잃어버리는 등의 부작용이 있을 수 있습니다. 하지만 저희 연구는 부분 혹은 전체적인 세포 기능조절 시스템의 전환을 유도하는 것이기 때문에 비정상줄기세포가 되는 것을 예방할 수 있을 것으로 기대됩니다. 그리고 줄기세포 치료제를 위한 세포 배양 시 동물 유래의 인자를 배제한 줄기세포 배양 기술 개발과 유전자교정 시 이용되는 바이러스 유래 물질 등을 사용하지 않고 줄기세포의 기능을 조절하는 기술을 개발함으로써 상대적으로 높은 안전성을 확보할 수 있을 것으로 생각됩니다. 또한, 세포 내에서 내부적으로 생산되는 대사물질과 영양소들을 사용하기 때문에 상용화가 된다면 매우 경제적이고 효과적인 기술이 될 것입니다.

사회자: 어서 교수님의 줄기세포 기능조절기술이 상용화되었으면 좋겠습니다. 이상으로 한호재 교수님과의 인터뷰를 마치겠습니다. 이렇게 소중한 시간 내어주셔서 정말 감사합니다. 앞으로도 줄기세포치료법 개발에 힘써주시고 좋은 결실 맺으시길 기원하겠습니다.
한교수: 감사합니다.

◆ 한호재 교수 줄기세포 기능조절 연구실 주요 연구
1) 세포대사조절 기술을 이용한 줄기세포 허혈성 손상 예방법 개발
2) 줄기세포 영양소센서 조절을 통한 기능성 줄기세포 생산법 개발