Q. 최용진 박사님, 안녕하세요? 지면상이지만 이렇게 뵙게 되어 반갑습니다. 한국줄기세포학회 재외 연구자 소개 인터뷰에 응해 주셔서 다시 한 번 감사드립니다. 먼저 최용진 박사님과 연구하고 계시는 기관에 대해서 간단한 소개 부탁드립니다.
A. 안녕하세요. 우선 재외 연구자 소개를 통하여 이런 좋은 인터뷰 기회를 주신 한국줄기세포학회 관계자 여러분께 깊은 감사의 말씀을 드립니다.
제가 연구를 하고 있는 곳은 UC Berkeley에 MCB (Molecular and Cell Biology) Department 소속의 Lin He 교수님 실험실입니다. (http://helabucb.weebly.com) 교수님께서는 Stanford 대학에서 박사 학위 과정을 마친 뒤에 Cold spring harbor laboratory에서 포스트 닥터로 연구를 하신 후 2007년 UC Berkeley에 조교수로 임용되면서 독립적인 연구를 시작하셨습니다.
저희 실험실은 non-coding RNA, 그 중에서도 microRNA가 암과 같은 질병에서 어떤 기능을 하는 가에 대한 연구를 하였는데, 최근에는 그 범위를 다양한 분야로 넓혀서 착상 전 초기 배아 발생 단계 (pre-implantation embryo) 및 줄기세포(ESC, iPSC)에서 어떤 역할을 하는지에 대한 연구를 진행하고 있습니다. 또한 ciliogenesis 과정에서도 microRNA의 중요한 기능을 밝혀 상당히 탁월한 연구 성과를 발표하여서 아직까지 밝혀지지 않은 non-coding RNA의 중요한 기능을 계속적으로 연구하여 밝혀내고 있습니다. 현재 실험실에는 5명의 박사후 연구원과 4명의 대학원 생으로 구성되어 있으며 각 연구원들이 1-2명의 대학생 연구생들과 함께 열심히 연구에 매진하고 있습니다.
저는 2009년에 Lin He 교수님 실험실에 연구원으로 들어오게 되었는데, 연구원으로써 일을 하면서도 제가 독립적인 연구 프로젝트를 할 수 있도록 아낌없는 지원을 해주셨습니다. 사실 그 당시에 교수님께서는 microRNA가 stem cell에 우리가 알지 못하는 많은 중요한 기능들이 있을것이라 생각하시고 상당한 관심을 가지고 계셨는데, 암을 연구하는 실험실에서 선뜻 stem cell연구를 새롭게 시작하기란 쉽지 않았습니다. 그래서 저를 연구원으로 채용하시고 후에 박사 과정 학생으로도 받아주시면서 그때부터 교수님과 저 이렇게 둘이서 stem cell연구를 실험실에서 처음 시작하게 되었습니다. 수 많은 시행착오와 실패를 경험하였지만, 절대 포기를 모르는 교수님의 집념으로 인해 저 또한 끈기 있게 연구하였고 그 결과 마침내 2011년도에 Nature Cell Biology에 논문을 내는 결실을 맺게되었고, 올해 들어서도 Science에 연구 결과를 보고하는 좋은 결과를 이루게 되었습니다.


Q. 최근 박사님께서 발표하신 논문 잘 보았습니다. 좋은 결과를 얻게 되신 점 축하드립니다. 연구 내용에 대해서 설명 해 주시겠습니까?
A. Mouse의 zygote와 2-cell embryo는 embryonic lineage 로의 분화뿐만 아니라 placenta와 yolk sac과 같은 extra-embryonic lineage 분화도 할 수 있는 totipotent cell의 능력을 가지고 있는데, 초기 배아 발생과정을 거치면서 cell의 totipotency가 한정되어지고, 결국 blastocyst에 이르게 되면 어디로 분화(embryo아니면 extra-embryo)가 이루어져야 하는지 cell들의 운명이 정해집니다. 그래서, 대략적으로 Embryo lineage로 분화가 결정된 세포들은 ICM (Inner Cell Mass)이고, Placenta 혹은 Yolk sac으로 분화가 결정된 세포들은 각각TE (Trophectoderm), PE (Primative endoderm)으로 구분됩니다. 특히 ICM을 in vitro상에 isolation한 것이, 바로 많은 과학자들이 연구하고 있는 ESCs (Embryonic Stem Cells)이고, iPSCs (induced Pluripotent Stem Cells)과 더불어 pluripotent stem cell로 알려져 있습니다.
하지만 아직까지 어떠한 일련의 과정들을 거쳐서 embryo에 있는 cell들의 복잡한 운명이 정해지는지에 대해 밝혀진 mechanism이 많이 없습니다. 또한 현재까지는 in vitro상에서 포유류의 totipotent stem cell을 키울 수 있는 기술이 아직 수립되어 있지 않은 상황이어서 이에 대한 많은 연구가 필요하고, 또한 현재 전 세계의 수많은 과학자들에 의해 심도 있는 연구가 진행되고 있는 실정입니다.
제가 이번에 Science에 발표하게된 연구 결과는 tumor suppressor로 유명한 p53이라는 유전자의 direct target으로 알려진 miR-34a microRNA가 gata2라는 유전자의 발현을 저해시킴으로써 transposable element의 하나인 MERVL (Mouse Endogenous Retro Virus L)의 발현을 조절하여 stem cell의 totipotency와 pluripotency를 결정짓는 다는 것을 보여준 연구 결과로써 miR-34a가 knockout된 pluripotent stem cell은 embryonic lineage로 뿐만 아니라 placenta와 yolk sac으로 구성된 extra-embryonic lineage로도 분화가 이루어지는 것을 보여주었습니다. 이러한 연구 결과는 microRNA-transposable element 관련 mechanism이 착상 전 초기 배아 발생 단계 (pre-implantation embryo) 에서 그리고 stem cell의 능력을 결정 짓는 것에서 대단히 중요한 역할을 하는 것을 보고한 첫 연구 결과로써 의미가 있습니다.




Q. 소개 해 주신 연구 결과와 관련하여 현재 진행중인 프로젝트에 대해서 소개 해 주실 수 있는지요?
A. 우선 이번 연구 결과를 통하여 얻게된 새로운 궁금증은 miR-34a microRNA를 조절하는 유전자인 p53은 과연 pre-implantation embryo와 pluripotent stem cell에서 우리가 아직 알지 못한 어떤 새로운 기능은 없는가에 관한 것입니다. 그 가운데에서 특히 transposable element와 관련한 p53의 새로운 기능에 대해서 궁금증을 가지고 연구하고 있습니다. 또한 miR-34 microRNA whole family가 knockout된 pluripotent stem cell에서도 흥미로운 연구 결과를 얻어서 현재 진행 중에 있는데, 이를 통해서 stem cell의 totipotency와 관련한 MERVL 유전자 자체의 본질적인 기능을 규명하기 위해 중점적으로 연구하고 있습니다. 그래서 궁극적으로 stem cell의 totipotency를 조절하는 mechanism들을 이해하고 그와 관련한 필수 유전자들을 발견한다면 totipotent stem cell을 in vitro상에서 키우는 기술을 확립하거나 혹은 일반 체세포를 totipotent stem cell로 역분화하는 것도 불가능하지만은 않을 것이라 조심스레 생각합니다.


Q. 향후 박사님의 단기적 연구목표와 중/장기적 연구목표가 있으시면 말씀 해 주실 수 있으실까요?
A. 이번 연구는 microRNA와 transposable element와의 연관 관계가 stem cell fate를 결정하는 것과 embryo development 과정에서 상당히 중요한 역할을 한다는 것을 보여준 중요한 결과라고 볼 수 있습니다. 특히 transposable element같은 경우에는 1984년에 노벨상을 수상한 Barbara McClintock에 의해 'jumping gene'으로써 genetic transposition의 기능이 밝혀진 이후로 큰 주목을 받지 못하였습니다. 급기야 'junk DNA'라고도 불리게 되는 설움을 맛보다가, 최근에 들어서 특히 stem cell과 embryo development 분야에서 transposable element의 놀라운 역할들이 보고되면서 새롭게 주목받기 시작하였습니다. 앞으로는 다른 분야에서도 계속적으로 연구 결과들이 나타날 것이라 기대합니다.
Transposable element는 자기가 위치한 곳의 주변에 있는 유전자에 promoter, enhancer, transcriptional interference 혹은 alternative promoter로써 발현을 조절한다는 중요한 역할을 보여주었습니다. 또한 single cell을 이용한RNA-sequencing 기술을 통하여 transposable element들의 expression level이 embryo development과정에서 그리고 cell differentiation과정에서 굉장히 다이나믹하게 변한다는 것이 보고되었습니다.
저는 위의 두가지 연구 결과들을 바탕으로 앞으로 이러한 microRNA-transposable element 관련 mechanism이 embryo lethal이나development defect 혹은 incomplete organ development에는 어떤 영향을 미치는지에 대해서 연구해보고 싶습니다. 또한 cell differentiation 과정에서도 이러한 mechanism을 통하여 효율성 내지는 quality를 높이는 방법에 대해서도 연구해보고 싶습니다. 그리고 암이나 당뇨와 같은 질병을 유발하는 데에도 이러한 mechanism이 어떤 상관 관계가 있는지 살펴본다면 상당히 의미있는 결과들을 얻게 될 것이라 생각합니다.


Q. 최근 한국에서도 많은 줄기세포 연구진이 활발한 연구를 진행하고 있고, 좋은 결과를 발표하고 있습니다. 마지막으로, 줄기세포분야를 공부하는 국내 학생 및 학위, 박사 후 과정 등 유학을 준비하는 후배들에게 주실 조언의 말씀 부탁드립니다.
A. 다른 분야도 마찬가지이겠지만, 특히 줄기 세포 연구 분야에서 보여지는 한국 과학자 분들의 연구 영향력과 위상은 정말 놀랍습니다. 이러한 분들을 두고서 감히 조언을 한다는 것이 부끄럽지만, 제 경험을 바탕으로 짧게 제 의견을 얘기해보겠습니다.
명망있는 대가의 실험실에 들어가서 핫토픽을 연구하는 것도 분명 장점이 있습니다. 하지만, 그것에 목적을 두지 않고 다양한 연구 분야에서 열정있는 좋은 선배 과학자들을 힘써서 만나고, 그 사람들과 함께 연구를 하면서 경험도 쌓고, 또한 가능하다면 그 분들이 과학자로써 어떠한 마인드를 가지고 살아가는지 등의 이런저런 얘기를 많이하기를 추천합니다. 그래서 과학자로써에 대한 시야를 넓히면서 내가 하고 싶은 연구 분야를 찾아가고 또 어떤 마음가짐으로 연구를 해나가야 하는지 정립하는 것도 나름 장점이 있을 것이라 생각합니다.
그리고 학위 과정에 있는 분들에게는 자신이 연구한 결과나 생각한 가설들을 가지고 머뭇거리지 않고 적극적으로 지도 교수님과 discussion하기를 추천합니다. 돌이켜보면 저는 그것이 학생의 특권이라 생각됩니다. 그 특권을 맘껏 누리시기 바랍니다. Q. 마지막으로 하시고 싶으신 말씀 있으시면 남겨주세요. A. 제가 해온 연구 결과들을 소개하고 저를 소개할 수 있는 이런 귀한 자리를 허락해 주셔서 다시 한번 한국 줄기세포학회 관계자 여러분께 너무나 감사드립니다. 이런 자리를 빌어서 새로운 아이디어를 가지고 학문적 교류를 가질 수 있는 좋은 기회가 많이 마련되었으면 합니다. 감사합니다. 이상으로 최근 Science지에 좋은 연구결과를 발표하신 UC Berkeley의 최용진 박사님과의 지면 인터뷰를 마치겠습니다. 앞으로도 활발한 연구 활동과 좋은 결실 맺으시길 기원하겠습니다. 다시 한 번 소중한 시간 내어주신 박사님께 감사드립니다.

• • Yong Jin Choi*, Chao-Po Lin*, Davide Risso*, Sean Chen, Thomas Aquinas Kim, Meng How Tan, Jin B Li, Yalei Wu, Caifu Chen, Zhenyu Xuan, Todd Macfarlan, Weiqun Peng, K.C. Kent Lloyd, Sang Yong Kim, Terence P. Speed and Lin He (*; These authors contributed equally to this work) Deficiency of microRNA miR-34a expands cell fate potential in pluripotent stem cells. Science. 11.1126/science.aag1927 (2017)
• • Yong Jin Choi*, Chao-Po Lin*, Jaclyn J. Ho, Xingyue He, Nobuhiro Okada, Pengcheng Bu, Yingchao Zhong, Sang Yong Kim, Margaux J. Bennett, Caifu Chen, Arzu Ozturk, Geoffrey G. Hicks, Greg J. Hannon and Lin He (*;These authors contributed equally to this work) miR-34a miRNA provides a barrier for somatic cell reprogramming. Nature Cell Biology. Oct 23; 13(11):1353-60, 2011
• • Hyongbum Kim, Ji Woong Han, Ji Yoon Lee, Yong Jin Choi, Young-Doug Sohn, Myungjae Song, and Young-sup Yoon Diabetic mesenchymal stem cells are ineffective for improving limb ischemia due to their impaired angiogenic capability. Cell Transplantation. Nov. 8;(14):1571-1584, 2015
• • Chao-Po Lin, Yong Jin Choi, Geoffrey G. Hicks, Lin He The emerging functions of the p53-miRNA network in stem cell biology. Cell Cycle. June 1;11(11):2063-72, 2012
• • Hyongbum Kim, Hyun-Jai Cho, Sung-Whan Kim, Bianling Liu, Yong Jin Choi, JiYoon Lee, Young-Doug Sohn, Min-Young Lee, Mackenzie A. Houge, Young-sup Yoon CD31+ cells represent highly angiogenic and vasculogenic cells in bone marrow: Novel role of nonendothelial CD31+ cells in neovascularization and their therapeutic effects on ischemic vascular disease. Circulation Research Sep 3; 107(5) :602-14, 2010
• • Hyongbum Kim, Jong-Seon Park, Yong Jin Choi, Mee-Ohk Kim, Yang Hoon Huh, Sung-Whan Kim, Ji Woong Han, Jiyoon Lee, Sinae Kim, Mackengie A. Houge, Masaaki Ii,Young-sup Yoon. Bone Marrow Mononuclear Cells have neurovascular tropism and improve diabetic neuropathy. Stem Cells, Jul 27 (7): 1686-196, 2009