Early Development in Xenopus Laevis
본 실험실에서는 척추동물의 초기 발생과정에 관련된 연구를 수행하고 있으며, 특히 배 발달 과정에서 패턴형성(Pattern formation) 및 배엽분화의 분자적 조절 기작에 관한 연구에 관심을 가지고 있다. 동물 패턴형성의 기본구도는 일차적으로 체축이 확립됨으로써 이루어진다. 체축의 확립과정은 원시배엽 (primitive germ layer; 외배엽, 내배엽, 중배엽)의 유도(induction) 및 형성, 이들 배엽조직들 사이의 상호작용, 그 결과 각 배엽조직의 지역에 따른 차별적 세포분화, 그리고 낭배운동(Gastrulation Movement)으로 대표되는 세포이동의 조절 등이 복합적으로 관련된 복잡하고도 정교하게 조절되는 생물학적 현상이다. 본 실험실에서는 이러한 초기발생과정에서 나타나는 분자적 기작을 밝히고자 하며, 양서류(Xenopus) 모델 시스템과 다양한 Cell line을 이용하여 연구를 수행하고 있다.
Wnt/β-catenin 신호계
Wnt/β-catenin 신호는 적절한 등배축이 형성되는 과정에서 필수적인 신호로 밝혀진 바 있다. 식물극에 위치했던 Dsh 와 GBP 단백질은 수정 직후 일어나는 Cortical Rotation을 통해 장차 등이 될 부분으로 이동하게 되며, 이 과정은 Spemann’s Organizer 형성 및 그에 따른 등배축 및 앞뒤축의 형성에 있어 필수적이다. 이러한 Wnt/β-catenin 신호에 이상이 있을 경우 정상적인 체축이 형성되지 못하여, 결과적으로 머리나 등 구조가 만들어지지 않으며, 반대로 과발현 되었을 경우 체축이 두 개가 만들어진다. 따라서 초기 발생과정에서 Wnt/β-catenin 신호는 정상적인 발달과정에 있어서 매우 중요하다. 본 실험실에서는 이러한 Wnt/β-catenin 신호를 조절하는 기작에 대한 연구를 수행하고 있다.
Convergent extension
척추동물의 초기 발생과정에서 낭배운동(gastrulation)은 세포들의 이동이 아주 활발한 시기로써 기본적인 3가지 배엽 (외/중/내배엽) 및 배아 체축형성을 위해 필수적인 현상인 동시에 세포극성 (cell polarity), 세포형태 (cell shape), 그리고 세포부착 (cell adhesion)과 같은 세포의 내, 외재적 변화가 정교하게 조절된다고 알려져 있다. 이 시기에서 중요한 배아세포이동 현상 중에 하나는 convergent extension (CE) movements 라고 알려지고 있는데, 최근 3-5년 사이에 이에 대한 연구들이 많이 진행되어 왔다.
이러한 배아세포 이동현상의 조절은 초파리 모델을 이용한 유전학적 연구에서 최초로 밝혀진 planar cell polarity (PCP) 신호경로 (non-canonical Wnt pathway)와 유사한 메커니즘을 통해 조절한다고 최근 속속 규명되고 있다. 최근에 인간을 포함하는 여러 척추동물에서 이분척추 (spina bifida)와 무뇌증 (anencephaly)으로 나타나는 질환인 신경관 결손증 (neural tube defects; NTD)과 같은 여러 유전 질환의 중요한 원인으로 PCP 신호 관련 인자들이 관여한다고 알려지고 있다.
이와 관련해서, 이들 유전질환에 관련한 여러 유전자를 새롭게 동정하는 동시에 분자적 메커니즘을 밝히는 기초연구를 지속적으로 진행하고 있다.
TGF-β 신호계와 중배엽 형성과정
Activin/Nodal(Xnr) 신호로 대표될 수 있는 TGF-β 신호계는 초기 발생과정에서 매우 중요한 역할을 수행하고 있다. 내배엽에서 발현된 TGF-β 신호물질은 동물극 방향으로 전파되어 위쪽에 위치한 세포들을 중배엽으로 분화시키는 역할을 하고 있으며,이 신호물질이 정상적으로 발현 혹은 전달되지 않는 경우 중배엽의 형성이 불가능하다. 또한 TGF-β 신호계는 Wnt/β-catenin 신호에 의해 등배축을 따라 Gradient를 형성하는데, 이것은 중배엽의 등배축에 따른 패턴을 좌우하게 된다. 많은 양의 TGF-β 신호를 받은 부분은 등쪽 중배엽으로 적은 양의 TGF-β 신호를 받은 부분은 배쪽 중배엽으로 유도된다. 중배엽 형성 및 등배축 형성은 발생단계에 있어 매우 중요한 부분이므로 정교하게 조절되어야만 하며, 따라서 생체 내에서는 복잡한 조절기작을 통해 이를 해결하고 있다. 본 실험실에서는 이와 관련된 유전자를 동정하고, 구체적인 조절기작을 연구하고 있다.
기관형성과정에 대한 연구
Xenopus 를 통한 연구는 기관형성과정에 있어서도 많은 장점을 가지고 있다. Xenopus는 포유류와 같은 기관을 가지고 있으면서도, 기관형성에 이르는 기간이 훨씬 짧으며, 양서류 특유의 체외발생은 기관형성과정의 연구에 있어서 관찰 및 실험을 훨씬 용이하게 한다. 이와 더불어 형질전환 및 Cre-LoxP system / Heat-shock inducible system 등의 기술이 가능함이 보고된 바 있다. 비록 장기의 세부구조에서 차이를 보이는 부분은 있지만, 초기 발생과정에서 보이는 유전적 기작이 포유류를 비롯한 다른 종과 매우 유사함을 고려해 볼 때 기관형성과정에서의 유사성을 충분히 기대할 수 있다. 또한 최근 연구결과들 역시 중요 유전자들의 기능이 매우 유사함을 보여주고 있다. 본 실험실에서는 신장과 혈관형성과정에 필요한 유전자들을 탐색하고 그 조절기작을 연구하고 있다. 이와 더불어 Microarray 기법을 이용하여 내장기관의 패턴현성에 관한 연구도 수행하고 있다.
