2018년 말 “Välkommen till Sverige (welcome to Sweden)” 해외 연수기를 작성하고, 이번에 연구실을 소개할 수 있는 기회가 있게 되어 감회가 새롭다. 아직 시작단계이지만 현재 system medicine 개념의 연구 방향을 설정하고, 본 교실의 유순집 교수님 지도하에 데이터 공학 관련 GIST 생명공학부 이선재 교수님, 기초 의학 관련 KIST 생체분자인식연구센터 김지훈 박사팀과 인체 시료 기반의 근육-장내미생물 대사 연구실 (Muscle–Microbiome-Metabolism Lab. M³ Lab)을 구성해 대사질환 및 노화와 관련한 연구를 진행하고 있다.

1. 3차원 근육-신경세포 생체모방 칩 모델 개발

인슐린 저항성은 2형당뇨병의 가장 중요한 선행요인이며, 근육은 체중의 30-40%를 차지하고 인슐린 작용에 의한 포도당 흡수를 관장하는 대표적인 장기로, 당뇨병 발병 기전 규명에 매우 중요한 내분비기관이다. 그러나 기존 근육 연구는 동물 실험이나 C2C12를 포함한 설치류 세포주 기반 연구가 대부분이며, human primary skeletal muscle cell(HSkMC) 연구는 침습적 검체 채취의 한계로 활용도가 제한되어 왔다.

이러한 배경 하에, 본 연구실은 인체 근육 시료를 채취하여 HSkMC, skeletal muscle stromal cell 인 fibro/adipogenic progenitors (FAPs) 분리 배양하여 10명 대상자의 세포주를 확보하였으며, 미세유체기술 기반 3차원 근육-신경 세포 Lab-on-a-chip을 개발하여 인체 근육 대사 생리 반응을 모사한 in vitro 대사질환 연구 모델로서의 활용 가능성을 검증하는 연구를 수행하고 있다.

이와 함께, KoGES cohort에서 2형당뇨병 환자 5명과 대조군 5명을 모집하여 혈액에서 PBMC를 분리하여 Sendai virus를 이용한 human induced pluripotent stem cell(hiPSC)를 분리 배양하여 hiPSC 기원 근육세포 분화 실험을 진행 중이다.

2. 코호트 기반 건강노화 연구를 위한 한국인 장내 마이크로바이옴 데이터 구축

최근 장내 마이크로바이옴이 노화 과정과 만성질환 발생에 핵심적인 역할을 한다는 것이 밝혀지고 있다. 국외에서는 TwinsUK, Human Microbiome Project 등 대규모 코호트 연구가 활발하나, 국내에서는 한국인 특성을 반영한 노화 관련 마이크로바이옴 연구가 부족한 실정이다.

본 연구실에서는, 대규모 노령인구 마이크로바이옴 데이터 구축을 위해 질병청 과제 수행하에 한국노인노쇠코호트사업단(KFACS)과 한국인유전체역학조사사업(KoGES) 지역사회 기반 코호트 심층조사사업(안성) 참여자를 대상으로 총 800여 명의 연구대상자를 선정하여 분변시료와 관련 임상·역학 정보를 체계적으로 수집하여 국내 최대 규모의 노령인구 마이크로바이옴 데이터베이스를 구축하였다.

이를 통해, 분석 컨소시움을 활용하여 16S rRNA amplicon sequencing으로 800건의 전체 데이터를 생산하고, ASV 프로파일 데이터를 생성하여 임상·역학 정보와의 연관성 분석을 수행 중이며, 심화 분석을 위해 super-aging 그룹을 선별하여 shotgun metagenome 데이터를 생성하고, species/strain-level 정밀 프로파일링 및 whole-genome analysis 기반 functional microbiome 분석을 진행하고있다.

이와 함께, 대사체학 등 추가 오믹스 데이터를 생성하여 host-microbiome interaction의 핵심 대사체를 발굴하고자 하며, 이를 통해 인체-마이크로바이옴 상호작용 분석을 위한 표준화된 파이프라인 구축을 목표로 하고 있다. 궁극적으로는, 한국인 노화 과정에서 특이적 마이크로바이옴 프로파일에 기반한 정밀의학 및 정밀영양학 전략 개발에 기여하고자 한다.

맺음말

본 연구실 M³ Lab [M-cubed Lab]은 인체 시료에 기반한 중개 의학 연구를 통해 근육 생리와 장내미생물 연구의 융합을 바탕으로 대사질환의 새로운 연구 방향을 제시하고자 한다. 이러한 연구 과정에서 홍옥기 박사님과 여러 연구원분들, 그리고 박사과정의 문혜원 임상강사가 많은 도움을 주고 있어 이 자리를 통해 깊은 감사의 마음을 전하고 싶다.