| 초록 |
○ 단일뇌세포 오믹스 원천기술 확립 □ 사업 배경 및 사업 목표 ◦ 단일 신경세포의 유전자 발현 및 활성을 제어할 수 있는 원천 기술 개발의 필요성 - 뇌질환의 근원적 이해: 뇌질환 미세환경내 세포간 상호작용을 단일세포 수준에서 이해 - 빅데이터를 활용한 뇌질환의 정밀한 이해와 치료: 뇌질환 환자의 뇌조직을 활용, 신경세포내 유전정보를 분석, 세포 아형 및 아형 특이적 유전자 발현 변화 규명, 궁극적으로 알츠하이머 치매 진행 과정 중 신경회로 퇴행의 차이에 대한 분자 기전 이해 - 고가외산장비 및 기술서비스에 의존적인 단일신경세포 전사체 분석 원천기술 확보 : 뇌세포를 포함 세포 특이성에 따라 변형 및 조율이 가능한 형태로 단일세포전사체 기술 확보 □ 연구 결과 ◦ 단일 뇌신경세포 분석 플랫폼 개발을 통한 단일세포 오믹스 원천 기술 확보 및 개발 - 미세유체 기술을 이용한 단일 뇌세포 분리 기술 개발 - inDrop<sup>TM</sup> Platform과 호환가능한 단일 세포에 최적화 할 수 있는 전사체 분석 기술 확립 - 단일세포 전사체 분석을 위한 open source pipeline 확립 - 동물 모델로부터 얻은 단일세포 전사체 데이터와 기공개된 데이터와 통합 분석 - 뇌조직의 단일세포에 대한 질량 분석 이미징을 할 수 있는 원천 기술 개발 ◦ 뇌조직 3차원 이미징 기술 및 단백체 분석을 통한 새로운 노화/뇌질환 모델에 대한 연구 - 알츠하이머 치매 민감회로 기반의 신규 뇌인지장애 모델 개발 - 치매 민감 신경회로 및 뇌영역에 대한 질량 분석 이미징 ◦ 산-학-연/기초-임상간 공동 연구 협력을 통한 뇌연구허브 역할 수행 (출처 : 요약서 2p) ○ 사회공포증 형성 및 조절 기전 연구: 뇌 발달 단계 특이성 연구 □ 사업 배경 및 사업 목표 - 본 과제의 최종목표는 사회성 공포의 형성 및 소거 동물모델을 활용하여 사회성 공포 관련 신경기전을 밝히고, 성인기 및 청년기의 사회성 공포 형성 및 소거의 공통점 및 차이점을 분석하여,뇌 발달 시기에 따른 사회성 공포 소거 기전을 밝히는데 있음. 2020 세부목표는 다음과 같음. ◦ 성인기 및 청년기 동물을 활용한 사회성 공포 형성 및 소거 모델 확립 ◦ 전기생리학을 통한 시냅스 및 신경세포 수준에서의 사회성 공포 기전 연구 □ 연구 결과 ◦ 동물행동 모델 분석을 위한 딥러닝 기반 연구기법 확립 - 텐서플로우 및 DeepLabCut 기반의 딥러닝 기반 동물행동분석 기법 확립 - 행동 분석을 위한 python 코드 최적화 및 새로운 matlab 코드 개발완료 ◦ 사회성 공포 형성 및 소거 동물 모델 확립 - 사회성에 특이적인 공포를 형성하고, 이를 소거 훈련을 통해 제거하는 동물모델을 확립함. ◦ 성인기 및 청년기 동물의 사회성 공포 형성 및 소거 비교분석 - 사회성 공포의 형성은 성인기 및 청년기 동물간의 차이가 미비하나, 소거의 경우 청년기 동물이 상대적으로 사회성 공포의 소거가 잘 일어남을 밝힘. ◦ 전기생리학을 활용한 시냅스 수준에서의 사회성 공포 형성 및 소거 비교 분석 - 전전두엽 및 편도체 분석결과, 편도체 신경세포의 차등적 활성화가 일어남을 밝힘. (출처 : 요약서 37p) ○ 단일세포 전사체 및 나노베지클-오믹스 기반 뇌질환 원인규명 □ 사업 배경 및 사업 목표 - 1차년도(2018): 단일세포 전사체 기술 확립 및 나노베지클 오믹스 DB 정보를 이용한 병인기전 연구 - 2차년도(2019): 단일세포 및 나노베지클 오믹스 기술 확립 및 분석을 통한 발달 및 인지성 뇌질환 기전 연구 및 진단 바이오마커 도출 - 3차년도(2020): 단일세포 및 나노베지클 오믹스 기술 확립 및 분석을 통한 발달 및 인지성 뇌질환의 기전 연구 및 진단 바이오마커 도출 □ 연구 결과 ◦ 1차년도(2018): 고순도 나노베지클 오믹스 기술 확립 및 오믹스 DB 구축 ◦ 2차년도(2019): 단일세포 및 나노베지클 오믹스 기술 및 분석기술 확립,mitochondria dysfunction중심의 발달성 뇌질환 기전 연구 ◦ 3차년도(2020): 단일세포 오믹스 분석기술 기반의 발달과정중 단일세포 identity 분석 및 나노베지클성 CD81 단백질 중심의 뇌 이형성 기전 연구 (출처 : 요약서 56p) ○ 인간 iPSC로부터 특정 신경세포와 신경교세포의 분화 유도를 통하여 뇌발달 장애의 이해와 치료법 개발 □ 사업 배경 및 사업 목표 ◦인간 유래 유도만능줄기세포(hiPSC)로부터 유도한 대뇌 신경세포 및 신겨교세포 생산 기술 확립 - 최근 세포 배양 시스템에서 줄기세포로부터 신경세포 생산이 가능해졌으나, 뇌신경 질환에 대한 재생 의료 분야에 으용하기 위해서는 신경줄기시세포로부터 다양한 종류의 신경세포를 효율적으로 분화시키고 안전하게 제어할 필요가 있음 - 이러한 목적을 달성하기 위해 본 연구과제에서는 인간 유래 유도만능줄기세포로부터 보다 안전하고 효율적으로 특정 하위 유형의 신경세포 및 신경교세포를 생산하는 방법을 모색함 - 유전자 조작 및 생화학적 인자 등 지금까지 확립된 방법에 더하여 새로운 연구 방법으로서 세포를 둘러싼 물리적 환경이 신경 분화에 어떠한 영향을 미치는지 분석하여 원천 기술 확보를 목표로 함. □ 연구 결과 ◦ 인간 유래 유도만능줄기세포의 유전자 편집을 통해 신경전구세포에서 RFP를, 신경세포에서 EGFP를 발현하는 이중 리포터 세포주의 제작 및 배양 기법 확립 - 뇌질환 모델에 세포 이식 치료 및 약물 스크리닝에 대한 응용이 기대됨 ◦신경세포 및 신경교세포의 분화를 임의로 조절할 수 있는 마우스 제작 - 뇌발달 장애를 가진 마우스 모델로 활용이 기대됨 ◦ 뇌조직 각 부위의 강성도를 비교하고 생체 뇌조직의 강성도를 체외에서 재현할 수 있는 생체 재료 개발 - 특정 하위 유형의 신경세포를 안전하고 효율적으로 생산 가능 (출처 : 요약서 89p) ○ 조현병 동물모델 기반 신경회로 연구 □ 사업 배경 및 사업 목표 - 조현병은 망상, 환청, 와해된 언어, 혼란스런 행동, 정서적 둔감등의 다양한 증상(양성, 음성, 인지증상)이 복합적으로 나타나 사회성 기능 장애를 초래하는 심각한 정신질환임. 조현병 발병에 연관된 유전적 요인이 보고되었으나, 이러한 유전자의 기능이 실제 조현병 발병에 미치는 직접적인 기전을 제시하는 신경회로 수준에서의 연구는 매우 미진함 □ 연구 결과 ◦ 조현병 동물모델 구축 및 조현병 증상 특이적 행동분석기법 확립 - 휴먼 조현병에 중요한 Human 22q11.2 deletion을 반영한 [Df(h22q11)/+] mouse 도입 - 사회성 및 정서 관련 행동분석기법 확립 : 친숙한 house-mate mouse와 낮선 non-mate mouse에 대한 선호성 검사, 공포반응의 조절 (공포조건화 모델, 공포소거 모델). ◦ 편도체 및 고삐핵에서 시냅스 변화를 전기생리학적으로 측정함. ◦ 파킨슨병 동물모델에서 mitochondira기능 타겟한 약물을 처리하여 행동학적으로 운동기능 향상됨과 조직면역화학기법을 활용하여 알파 시뉴클레인의 축적 감소, 뇌염증 반응 감소됨을 확인함. (출처 : 요약서 130p) ○ 정서-인지 장애에서의 후성유전학 기반 개인 맞춤형 진단 기술 개발 □ 사업 배경 및 사업 목표 ◦ (사업배경) - 정서질환은 인지장애와도 빈번히 동반되는 특징을 보이는데, 이는 정서질환과 인지담당 신경회로가 깊게 관련되어 있기 때문임(예, 전두엽, 해마) - 유전적 요인뿐만 아니라 환경요인이 분자-생리학적 기전을 변형시키고 특정 뇌회로망의 구조 및 기능을 변화시킴으로써 궁극적으로 뇌질환을 유발함 - 정서-인지장애의 원인을 분자수준에서 규명하기 위해서는, 단순한 분자 프로파일링을 넘어서, 관련 신경회로망에 기반을 둔 분자네트워크의 역동성을 이해하는 것이 중요함 ◦ (사업목표) - 우울증, 중독 등의 정서질환과 치매 등의 인지장애 동물모델을 이용하여, 질환 관련 뇌회로망을 전뇌 수준에서 규명하고 이에 기반한 후성유전체 및 전사체 분자네트워크 분석을 통하여, 개인맞춤형 진단 기술을 개발 □ 연구 결과 ◦ 정서-인지 질환 관련 연구 모델 확립 (우울증, 중독, 치매) ◦ 정서-인지 질환 관련 뇌영역 및 뇌회로망 동정 ◦ 전사체, 후성유전체 프 |
