Q. 오요한 박사님, 안녕하세요? 한국줄기세포학회지 재외 연구자 소개 인터뷰를 수락 해 주셔서 감사드립니다. 먼저 오요한 박사님 본인 및 연구하고 계시는 소속 기관에 대해서 간단한 소개 부탁드립니다.
A. 제가 소속된 연구실(Lee lab at JHU)은 Johns Hopkins University School of Medicine, Department of Neurology 소속인 동시에 Institute for Cell Engineering (ICE) 소속으로 연구책임자인 이갑상 교수님께서 2011년 9월 문을 여신 이래, 인간 만능줄기세포 유래 neural crest cell lineage 연구분야의 선점을 통해 동 분야 최고의 연구실적들을 발표하고 있습니다. Lee lab 에서는 human embryonic stem cell (hESC), human induced pluripotent stem cell (hiPSC), neural crest cell, peripheral neural cells (sensory neuron, sympathetic neuron, enteric neuron, Schwann cell 등), mesenchymal stem cell, smooth muscle cell, skeletal muscle cell 등 다양한 종류의 세포들을 활용하여 생명현상 및 관련 질환의 발병 기전을 규명하기 위한 연구에 매진하고 있습니다. 현재 Lee lab은 이갑상 교수님을 연구책임자로 하여, 6명의 박사후연구원과 3명의 스텝, 1명의 MD/PhD 대학원생, 3명의 학부생연구원으로 구성되어 있습니다. 저는 박사학위과정 때 분자세포생물학 및 분자신경생물학, 세포신호전달 등의 분야를 전공하다가, 좀 더 인류 건강 증진에 가시적 도움을 줄 수 있는 세포 치료와 같은 분야를 연구하고 싶어 당시 줄기세포 응용 분야의 신성으로 떠오르던 Lee lab에 합류하게 되었습니다.

Q. 최근 박사님께서 연달아 발표하신 연구결과를 관심 있게 보았습니다. 좋은 결과를 얻게 되신 점 먼저 축하드립니다. 박사님의 연구는 줄기세포를 이용하여 생물학적 현상을 밝히는 일에서부터 질병 모델 수립과 같은 중개 연구에까지 이르고 있는 것으로 보이는데요, 발표하신 연구 내용에 대해서 설명을 부탁드리겠습니다.
A. 먼저 제 연구에 관심 가져주셔서 고맙고, 축하의 말씀 감사합니다. 제가 이 곳에 와서 처음 연구를 시작한 분야는 그 전까지 전인미답의 영역이었던 인간 교감신경계 발생에 관한 연구였습니다. 먼저 저는 인간 태아 교감신경세포 발달과정 때와 유사하게 세포 내 신호전달을 유도하는 방법을 개발하였습니다. 당시 최신 기술이던 CRISPR/Cas9 system을 활용하여 교감신경세포 발생 과정의 표지 유전자인 PHOX2B와 ASCL1 등에 대한 만능줄기세포 reporter line을 수립하였고, 이를 이용하여 제가 개발한 분화법에 의하여 생성되는 PHOX2B 혹은 ASCL1를 발현하는 세포를 따로 분리(cell sorting)하여 인간 교감신경세포를 획득 할 수 있음을 검증하였습니다. 나아가 분화를 통하여 확보한 인간 교감신경세포의 인체 내 기능적 연결 대상 기관 중 하나인 심실심근세포와 기능적으로 연결시킨 neuromodulation 모델 개발하였고, 이는 니코틴이나 청색광 (channelrhodopsin-2가 과발현 된 교감신경세포 이용)을 이용하여 교감신경세포만을 자극함으로써 심실심근세포의 자발적 박동수를 조절할 수 있음을 규명 한 바 있습니다. 본 연구결과는 감사하게도 2016년 Cell Stem Cell지에 단독 제1저자 논문으로 발표할 수 있었습니다. 제가 개발한 본 모델 시스템을 활용하면 인간 교감신경계 발생학적 관점의 기초연구 및 교감신경계 질환들의 모델링 연구에 큰 도움이 될 것이라 생각하며, 관련된 다양한 분야에 응용될 수 있도록 공동연구 및 후속연구를 진행하고 있습니다.



인간 만능줄기세포를 이용해 다양한 유형의 세포 및 조직으로 분화시키는 기술과 발생학적 지식이 in vitro 모델 시스템으로 활용될 수 있음을 직접 경험한 후, 확보하고 있는 말초신경관련 기술을 이용하여 당시 세계를 공포에 떨게 한 Zika 바이러스의 말초신경계 (PNS) 감염 모델 개발을 시도하였습니다. Zika 바이러스의 감염은 소두증과 같은 중추신경계(CNS) 병변 외에도 통증과 설사를 위시한 다양한 PNS 병변을 일으킬 수 있지만, 이에 대한 연구는 현재까지도 상당히 빈약한 수준입니다. 저는 인간 만능줄기세포를 고순도의 neural crest cell 혹은 PNS neuron 으로 분화시키는 독자적인 기술을 가지고 있었기에, 당시 Zika 바이러스와 관련된 다양한 연구를 시도하고자 하는 Peng Jin (Emory University School of Medicine) 및 Hengli Tang (Florida State University) 등에게 PNS 감염 모델 및 질환에 대한 공동연구를 제안하였고, Zika 바이러스가 인간 PNS neuroprogenitor 인 neural crest cell와 PNS neuron 등의 PNS neuronal cell 에 감염될 수 있는지 테스트 하는 것을 시작으로 지속적인 연구를 추진 할 수 있었습니다. 그 결과 neural crest cell 과 PNS neuron 모두 상당히 높은 수준의 지카 바이러스 감염률을 보였는데, 이는 CNS neuronal cell과는 확연히 다른 매우 놀라운 결과였고(CNS neuroprogenitor의 경우 높은 감염률을 보이지만 CNS neuron의 감염률은 매우 낮음), PNS neuron 의 세포 사멸 증가도 매우 명확하게 관찰되었습니다(CNS neuron 은 세포 사멸이 관찰되지 않음). 이후 Zika 바이러스 감염에 대한 CNS와 PNS간의 이러한 차이를 유발하는 기전에 관련한 연구를 지속적으로 수행하였고, Zika 바이러스의 감염에 의한 다양한 세포 내 신호전달 과정 등이 세포 유형에 따라 특이적으로 변한다는 것을 발견하게 되었습니다. 특히, Zika 바이러스에 의한 neural crest cell 의 사멸은 histone H3의 acetylation level의 감소에 의해 발생하는 것으로 보이며, 이와는 달리 PNS neuron의 사멸은 c-Jun의 phosphorylation level이 높아지면서 유발된다는 결과를 규명하였습니다. 본 연구결과는 올해 Nature Neuroscience지에 단독 제1저자 논문으로 발표할 수 있었고, 이를 통하여 관련 분야에서 CNS 뿐만이 아닌PNS 에도 Zika 바이러스의 감염과 조직 특이적 감염 기전 및 병리 기전이 존재함을 알게 되었기에 향후 이와 관련된 많은 후속 연구들이 기대됩니다.



Q. 소개 해 주신 연구 결과와 관련하여 현재 진행중인 후속 연구를 소개 해 주실 수 있는지요?
A. 인간 교감신경계 연구의 후속 연구는 현재 인간 교감신경계 발달 과정에서 PHOX2B 단백질의 생화학 분자생물학 수준의 기능 연구를 주제로 한국연구재단의 학문후속세대 양성 사업에 선정되어 관련 연구를 수행 중에 있습니다. 나아가 인간 만능줄기세포를 이용한 PNS 발달 과정의 분자생물학적 기전 연구는 현재 이 곳 연구실 연구원 분들 및 한국에 계신 김용준 교수님 (경희대 의대) 과의 공동연구로 진행 중입니다. 그리고, 지카 바이러스 연구의 후속 연구는 현재 인체 내에서 존재하는 다양한 발달 단계의 세포 종류에 따라 지카 바이러스 감염 양식이 왜 다양하게 일어나는지 밝히는 연구를 수행 중에 있습니다. 본 연구는 향후 Hongjun Song, Guo-li Ming (University of Pennsylvania, Perelman School of Medicine) 과의 공동연구로 진행 될 예정입니다.

Q. 향후 박사님의 단기적 연구 목표와 중/장기적 연구 목표가 있다면 말씀 해 주시겠습니까?
A. 저는 진행 중인 다양한 연구 주제 중 조만간 마무리 될 다음 세 가지 연구에 대한 논문들을 준비중에 있습니다. 파킨슨병에서 alpha-synuclein의 aggregation을 환자 유래 iPSC를 이용해 dopaminergic neuron으로 분화시킨 후 질환을 모델링한 연구, 빛으로 다양한 signaling pathways를 조절하여 인간 만능줄기세포 유래 neural crest cell및 다양한 세포들의 운명을 변화시킨 연구, Brett Finlay (University of British Columbia)와 함께 공동으로 진행중인 파킨슨병 환자의 장내 미생물 대사물에 의한 enteric neuron의 독성 효과 연구가 그것입니다. 대부분의 박사 후 과정 연구자가 그렇듯이 저의 단기적/중장기적 연구 목표는 독립 연구자로서 제가 꿈꾸는 연구를 활발하게 진행하는데에 기반하고 있습니다. 이를 위해서 최근 진행중인 연구는 현재 지도교수님이신 이갑상 교수님의 전폭적인 지원 하에 단순 연구 수행이 아닌 PI의 관점에서 수행하고 있으며, 감사한 기회가 주어져 독립연구자가 될 수 있다면 공동 연구책임자로서 향후 연구를 진행하고 좋은 결과를 낼 수 있도록 하고자 합니다. 따라서 현재 저의 단기적 목표는 독립연구자가 되는 것과 현재 수행중인 연구를 조속히 마무리 짓는 것이라고 말씀드릴 수 있겠습니다. 열정을 다하는 곳이야 어디든지 상관없지만, 한국에서 활발한 연구를 할 수 있다면 더 없이 감사한 일이라 기회가 주어진다면 대학의 임용 시기에 맞추어 지원 해 보고자 준비하고 있습니다.

중기적 관점에서는 인간 만능줄기세포를 이용해 교감신경계 발달 과정 및 PNS발달 과정에서의 특정 표지 유전자들의 생화학 분자생물학적 기능 연구를 수행하는 것이 목표입니다. 장기적 관점으로는 현재 인간 만능줄기세포 응용 세포치료법의 가장 큰 문제점으로 지적되어온 암화의 극복을 위한 기술의 개발과, 위치와 시간을 매우 정밀히 조절할 수 있어 변주가 매우 쉬운 도구인 빛을 이용하여 인간 만능줄기세포 유래 특정 세포들을 조절하고 다양한 질병 모델링을 시도 및 관련 기전을 검증해 나가는 것이 목표입니다. 인간 만능줄기세포를 이용하면 이론상 인간의 모든 세포를 만들어낼 수 있습니다. 지금까지 개발된 프로토콜로 분화 시킬 수 있는 인간 세포의 종류가 이미 수십 종류에 이르지만 그 수는 앞으로도 계속 증가할 것입니다. 그럼에도 불구하고 현재 기술 수준에서 이식 혹은 질병 모델링 등에 활용 할 수 있는 세포 제어 기술의 발전은 제약이 많은 것이 사실입니다. 저는 인간을 구성하는 세포와 가장 유사한 형태의 세포를 만들어내는 기술 개발에 관심이 매우 많습니다. 이러한 기술 개발을 통해 세포치료법을 발전을 도모하고 생리학적으로 더욱 신뢰할 수 있는 질병 모델을 수립하며, 인간 구성 세포의 발생과정을 이해하는 데에 기여하고자 합니다. 한국에서도 매우 다양한 줄기세포 연구분야가 세계적으로 두각을 나타내는 것으로 알고 있습니다. 저는 아직 부족하지만 한국 내 선배 연구자분들과의 공동연구를 통하여 이러한 목표들을 성취할 수 있도록 노력하겠습니다. 또한 저의 이런 기술을 바탕으로 다양한 분야의 연구를 수행 중이신 연구자 분들께 실질적 도움이 될 수 있다면, 저 또한 언제든지 배우는 자세로 공동연구를 진행하고 싶습니다. 감사한 기회로 좋은 연구결과를 얻을 수 있었고, 향후 국내에서도 관련 연구를 진행 할 수 있기를 기대하고 노력하고 있습니다.

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. 언제나 조언은 어렵습니다... 제 경험을 통해 얘기해주는 것이 유용한 조언이 될 수 있을지 모르겠으나, 몇가지 의견을 말해 보겠습니다. 시작부터 너무 비관적으로 말씀 드리는 것 같지만, 줄기세포 응용 기술의 한계를 분명히 인식 하시길 부탁드립니다. 기술의 진보는 더디게 이뤄질 수 밖에 없고 특히 그것이 인간의 치료와 관련된 부분이라면 더욱 더디게 진행될 수 밖에 없습니다. 그러므로 긴 호흡을 가지고 연구를 수행해야 한다는 점을 먼저 강조 드리고 싶습니다. 농담 반이지만, 그런 이유로, 논문을 낼 거리가 무궁무진하다는 것이 그 보상이 될 수 있겠습니다. 다음으로는 다양한 분야의 연구에 경험을 가져 보시라고 말씀 드리고 싶습니다. 제가 처음 줄기세포 연구실에 합류할 당시 줄기세포 관련 연구 경험이 전무했지만, 오히려 그 이외의 연구 경험들이 줄기세포 연구를 수행하는데 굉장히 큰 자산이 되었습니다. 저는 줄기세포 연구분야는 예술로 치자면 종합예술인 영화와 여러모로 닮았다고 생각합니다. 한 분야의 전문성이 훌륭한 줄기세포 연구 성과를 이루어 내기에는 한계가 있으나, 여러 요소들의 유기적 결합으로 이야기가 만들어졌을 때 다른 연구자들의 머리를 울릴 수 있는 창의적이고도 특별한 연구 성과가 탄생할 수 있을 것이라 생각합니다. 오케스트라 지휘자가 그러하듯, 다양한 악기(연구 분야)의 특성 및 연주 방법 등을 꿰뚫고 있어야 조화로운 지휘(연구 수행)가 가능할 것입니다. 이를 위해, 줄기세포 분야의 연구자를 꿈꾸는 후배들에게 다양한 장르의 연구를 훌륭히 수행해 낼 수 있는 기초 역량을 먼저 키우시라고 말씀드리고 싶습니다.

Q. 마지막으로 하시고 싶으신 말씀 있으시면 남겨주세요.
A. 먼저, 이렇게 좋은 인터뷰 기회를 제게 주신 한국줄기세포학회에 감사의 말씀 올립니다. 낯선 것을 배우는 즐거움과 새로운 것을 발견하는 기쁨, 꿈을 향해 도전하는 용기를 지닐 수 있도록 도와주신 수 많은 분들께도 진심으로 감사의 말씀 드립니다. 지면 관계상 일일이 열거할 수 없지만 여러분들의 도움이 있었기에 지금의 제가 있고, 그 은혜는 제 가슴속 깊이 각인되어 있습니다. 특별히, 마음껏 연구할 수 있도록 항상 지원해 주시고 가르쳐 주신 박사학위 지도교수님이신 정광철 교수님(연세대학교 시스템생물학과)과, 줄기세포 연구의 진수를 알려주시고 제 앞날에 대해 같이 고민해주시는 현재의 지도교수님이신 이갑상 교수님 (Johns Hopkins University School of Medicine)께 진심으로 감사의 말씀을 올립니다.

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