한국생명공학연구원 대사제어연구센터 이상철 박사 연구팀은 줄기세포에서 유래되는 신경, 간, 심근, 뇌혈관내피 세포 분화기술을 확립하고 생산된 각각의 분화된 세포를 활용하여 독성시험 및 관련 분자지표 발굴기술 시스템구축에 활용하기 위한 연구를 진행 중이다. 본 기술은 현 신약개발 패러다임의 부작용을 획기적으로 줄이고, 부가가치를 극대화 시킬 수 있는 원천기반 기술을 개발을 목적으로 한다. 분화된 세포의 분화정도와 특성을 표준화함으로써 QA/QC의 기반을 구축하고자 하며 고효율 HTS 평가시스템을 개발함으로써 신약개발에 활용하고자 한다. 더불어, 오믹스/유전체 기법을 통해 질환 모델 세포를 이용해 발굴된 질환-특이 신규 분자표적인자 및 바이오마커를 검증하고 적용하여 선별된 양성, 음성 화합물 군을 대상으로 후보 독성/약효 에세이 기법 구축을 목표로 하고 있다. 본 연구개발을 위해 한국과학기술원 생명과학과 김세윤 교수, 부산대학교 의학전문대학원 김재호 교수, 한국생명공학연구원 면역치료제융합연구단 조이숙 박사 연구팀이 함께 하고 있다.

줄기세포 분화기술의 발달로 줄기세포로부터 조직-특이적 체세포로의 직접적인 분화가 가능해지고 분화단계에서 전구세포만을 분리하여 동결 보존하는 기술이 발달함에 따라 향후 수년 내에 줄기세포 유래의 분화세포가 기존의 in vitro실험에 사용되던 세포모델을 대체할 것으로 전망된다. 전분화능 줄기세포인 인간배아줄기세포, 인간 유도만능줄기세포는 뛰어난 분화능으로 인해 신약개발에 요구되는 인간 체세포를 공급할 수 있는 중요한 생물학적 자원으로 인정되고 있으며, 최근 줄기세포의 조직-특이적 분화 유도 기술의 발전은 분화세포의 신약 개발에의 조기 이용 가능성을 높이는데 기여할 것이다. 신약후보물질 개발 조기 단계에 인간 세포 유래의 질환모델을 적용하여 약물 설계, 약효 검증 작용 등을 진행 할 수 있음으로 인해 신약개발 과정을 획기적으로 단축, 개선한 새로운 신약 개발 플랫폼을 도출할 수 있을 것으로 기대된다. 이에 본 연구팀은 정상 및 질환-특이 줄기세포를 이용해 독성 및 약효 평가 시스템 기반을 구축했으며, 현재 정상 및 질환-특이 줄기세포 적용 독성/약효 평가 시스템 구축 및 실용화 기반 확보를 위해 연구하고 있다. 인간배아줄기세포를 이용해 신경, 간 및 심근 세포로 분화를 유도한 후 독성/약효 평가 시스템 최적화를 진행하고 있으며, 분화세포를 적용한 독성/약효 평가시스템 QA/QC, 분화세포를 적용한 신물질, 후보물질 독성/약효 평가 및 시스템 표준화, 질환모델세포를 적용한 독성/약효 평가 프로토콜 최적화, 기존 시스템과 독성/약효 평가 성능 비교, 검증 및 데이터베이스 구축을 진행 중이다.

본 연구를 위해 한국생명공학연구원 이상철, 한백수, 조이숙 박사 연구팀이 각각 뇌미세환경 구축 및 신경 독성/약효 평가 시스템 개발과 질환모델세포를 적용한 독성/약효 평가 시스템을 구축하고 있으며, 한국과학기술원 김세윤 교수 연구팀에서는 간세포를 이용한 평가 시스템, 부산대학교 김재호 교수 연구팀에서는 심근세포를 이용한 평가 시스템을 개발 중이며, 또한 총괄과제에서 각각의 연구팀에서 개발하고 있는 데이터를 종합하고 기존의 약물에 대한 독성 자료를 수집해 데이터베이스를 구축 중에 있다.

Kim SY, Oh M, Lee KS, Kim WK, Oh KJ, Lee SC, Bae KH, Han BS. (2016) Profiling analysis of protein tyrosine phosphatases during neuronal differentiation. Neurosci Lett. 612:219-24.

Kim WK, Oh KJ, Choi HR, Park A, Han BS, Chi SW, Kim SJ, Bae KH, Lee SC*. (2015) MAP kinase phosphatase 3 inhibits brown adipocyte differentiation via regulation of Erk phosphorylation. Mol Cell Endocrinol. 416:70-6

Kim EY, Kim WK, Oh KJ, Han BS, Bae KH, Lee SC*. (2015) Recent advances in proteomic studies of adipose tissues and adipocytes. Int J Mol Sci. 16(3):4581-99.

Jung H, Kim JS, Kim WK, Oh KJ, Kim JM, Lee HJ, Han BS, Kim DS, Seo YS, Lee SC, Park SG, Bae KH*. (2015) Intracellular annexin A2 regulates NF-κB signaling by binding to the p50 subunit: implications for gemcitabine resistance in pancreatic cancer. Cell Death Dis. 6:e1606.

Kim SY, Han YM, Oh M, Kim WK, Oh KJ, Lee SC, Bae KH*, Han BS*. (2015) DUSP4 regulates neuronal differentiation and calcium homeostasis by modulating ERK1/2 phosphorylation. Stem Cells Dev. 24(6):686-700.

Kim EY, Kim JW, Kim WK, Han BS, Park SG, Chung BH, Lee SC*, Bae KH*. (2014) Selection of aptamers for mature white adipocytes by cell SELEX using flow cytometry. PLoS One. 9(5):e97747.

Kim EY, Han BS, Kim WK, Lee SC*, Bae KH*. (2013) Acceleration of adipogenic differentiation via acetylation of malate dehydrogenase 2. Biochem Biophys Res Commun. 441(1):77-82.

Choi HR, Kim WK, Kim EY, Han BS, Min JK, Chi SW, Park SG, Bae KH, Lee SC*. (2013) Dual-specificity phosphatase 10 controls brown adipocyte differentiation by modulating the phosphorylation of p38 mitogen-activated protein kinase. PLoS One. 8(8):e72340.

Kim WK, Choi HR, Park SG, Ko Y, Bae KH, Lee SC*. (2012) Myostatin inhibits brown adipocyte differentiation via regulation of Smad3-mediated β-catenin stabilization. Int J Biochem Cell Biol. 2012 Feb;44(2):327-34.

Kim WK, Jung H, Kim EY, Kim do H, Cho YS, Park BC, Park SG, Ko Y, Bae KH, Lee SC*. RPTPμ tyrosine phosphatase promotes adipogenic differentiation via modulation of p120 catenin phosphorylation. (2011) Mol Biol Cell. 22(24):4883-91.