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한국실험동물학회 뉴스레터	2022년 6월
[우수연구실소개] 서울대학교 동물세포공학 연구실

서울대학교 동물세포공학 연구실 (Lab. Of Animal Cell Biotechnology) □ 연구책임자 및 구성원 교수 : 유경록 (cellyu@snu.ac.kr, http://calslab.snu.ac.kr/cellyu/) 박사 후 연구원 : 오미경 박사 과정 : 박현성 통합 과정 : 채동훈, 유아론, 허지영 석사 과정 : 안혜빈, 박재한, 한명희, 김경면 □ 교수 소개 동물세포공학 연구실의 유경록 교수는 서울대학교 농업생명과학대학 동물생명공학 전공에서 학사학위를, 서울대학교 수의학과에서 석박사학위를 취득하였습니다. 이후 미국 국립보건원(NIH) 심장, 폐, 혈액 연구기관 (NHLBI; National Heart, Lung, and Blood Institute) 내의 혈액학 연구소(Hematology branch)에서 박사 후 연구원(Postdoctoral Research Fellow)으로 영장류를 이용한 노화 연구 및 면역치료법 개발 연구를 진행하였습니다. 세계 최초로 고연령(18-25세) 영장류에 조혈모 줄기세포를 성공적으로 이식하여 노령화 시대에 걸맞은 면역치료제 개발의 가능성을 열었습니다. 또한 CRISPR/Cas9 시스템을 이용해 혈액세포 키메라 영장류 모델을 확립하고 유전자가위 기술과 CAR-T 세포를 융합한 면역치료법을 개발하여 CD33 CAR-T세포 치료제의 독성을 최소화한 백혈병 골수이식 치료의 기반기술을 개발하였습니다. 이후 2018년 9월 가톨릭대학교 의과대학 조교수로 부임하였다가, 2020년 9월 서울대학교 농업생명과학대학 동물생명공학전공 조교수로 부임하였습니다. □ 연구실 개요 및 주요 연구 소개 “동물세포공학 연구실(Lab of Animal Cell Biotechnology)”는 서울대학교 농업생명과학대학 농생명공학부에 소속되어 있는 연구실입니다. 본 연구실에서는 동물/인간 줄기세포의 면역조절 기능, CRISPR/Cas9 매개 유전자 편집을 통한 조혈작용/면역세포분석, 동물 질병 모델 확립, 엑소좀 기반 치료제, 조혈모 줄기세포를 이용한 혈액세포 및 대식세포의 분화, 키메라 항원 수용체 T 세포(CAR-T) 치료제 등 다양한 주제에 대해 연구를 수행하고 있습니다. 다양한 줄기세포들은 생체내 기원이 달라도 그 조절 기전이 유사한 부분이 있으므로 유도만능줄기세포(Induced pluripotent stem cell)와 중간엽 줄기세포 기전 연구를 수행하고 있으며, 이러한 연구에서 획득한 지식을 바탕으로 골수 내 존재하며 면역 시스템을 구성하는 조혈모줄기세포(hematopoietic stem cell)를 포함한 혈액세포 연구에도 활용하고 있습니다. 엑소좀은 30-150nm의 나노 크기 세포의 유전물질, 생체 인자 단백질 등 세포의 유효성분을 가진 커뮤니케이션 물질로, 세포의 핵심 기능을 포함하고 있어 기능적 유효성을 가짐과 동시에 높은 안전성을 지니고 있습니다. 본 연구실에서는 CRISPR/Cas9 및 세포 프라이밍을 통해 엑소좀의 기능 강화 및 생산 증대 방법, 펩타이드 클릭 화학을 통한 엑소좀의 표적세포로의 타켓팅, 치료약물(miRNA, 항염증인자)의 엑소좀 탑재 등의 연구를 통해 엑소좀을 활용한 치료제 개발 연구를 진행하고 있습니다 (그림 1). 그림 1. 동물세포유래 고효율 표적 엑소좀을 이용한 면역 치료제 개발 연구 이런 과정을 통해 개발된 면역치료제들의 검증 및 병리생리학 연구를 위해 동물질병모델(animal disease model)을 구축하여 전임상적 연구를 진행하고 있습니다. 본 연구실은 인간의 질병 연구나, 약물의 명확한 효과를 평가할 수 있도록, 인간의 시스템 일부를 마우스에 도입한 인간화 마우스(humanized mouse)를 제작하여 연구에 이용하고 있으며, 또한 장기 특성을 잘 나타내는 오가노이드(organoid)를 확립된 인간화 마우스에 생착시켜 동물질병모델을 확립하기 위한 연구를 진행하고 있습니다. (그림 2) 그림 2. 동물질병모델의 구축 연구 본 실험실은 이와 같은 일련의 연구를 통해 동물과 인간 내 세포 노화 및 병리생리학적 측면을 조절하는 메커니즘을 이해하여 유전자/세포 치료의 궁극적인 임상 적용과 함께 세포 기능의 정확한 조절에 대한 새로운 통찰력을 제공함으로써 동물 생명공학 기반의 중개연구(animal biotechnology-based translational application)를 수행하고 있습니다. □ 주요 논문 성과 (co-first authors, ^#co-corresponding authors) 1. Shin TH, Zhou Y, Chen S, Cordes S, Grice M, Fan X, Lee BC, Aljanahi AA, Hong SG, Vauhan KL, Mattison JA, Koham SG, Fabre MA, Uchida N, Dermirci S, Cora MAF, Metais JY, Calvo KR, Buscarlet M, Natanson H, McGraw KL, List AF, Busque L, Tisdale JF, Vassiliou G, Yu KR^#, Dunbar CE^#. “Macaque Clonal Hematopoiesis Model Demonstrates Expansion of TET2-Disrupted Clones and Utility for Testing Interventions.” Blood. 2022 Jun, accepted 2. Shin TH, Baek EJ, Corat MAF, Chen S, Metais JY, Aljanahi AA, Zhou Y, Donahue RE, Yu KR^#, Dunbar CE^#. “CRISPR/Cas9 PIG-A Gene Editing in Non-Human Primate Model Demonstrates No Intrinsic Clonal Expansion of PNH HSPCs” BLOOD.* 2019 Jun 6;133(23):2542-2545. 3. Kim MY, Yu KR, Kenderian SS, Ruella M, Chen S, Shin TH, Aljanahi A, Schreeder D, Klichinsky M, Shestova O, Kozlowski MS, Cumins K, Shan X, Shestov M, Bagg A, Morrissette J, Sekhri P, Lazzarotto CR, Calvo KR, Kuhns DB, Donahue RE, Behbehani GK, Tsai SQ, Dunbar CE, Gill S. “Genetic Inactivation of CD33 in Hematopoietic Stem Cells to Enable CAR T Cell Immunotherapy for Acute Myeloid Leukemia.” *CELL.* 2018 May 31;173(6):1439-1453. 4. Yu KR, Espinoza D, Wu C, Truitt L, Shin TH, Chen S, Fan X, Yabe I, Panch S, Hong SG, Koelle S, Lu R, Bonifacino A, Krouse A, Metzger M, Donahue R, Dunbar CE. “The Impact of Aging on Primate Hematopoiesis as Interrogated by Clonal Tracking.” *BLOOD.* 2018 Mar 15;131(11):1195-1205. 5. Yu KR, Shin JH, Kim JJ, Koog MG, Lee JY, Choi SW, Kim HS, Seo YJ, Lee SH, Shin TH, Jee MK, Kim DW, Jung SJ, Shin S, Han DW, Kang K. “Rapid and Efficient Direct Conversion of Human Adult Somatic Cells into Neural Stem Cells by HMGA2/let-7b.” Cell Rep*. 2015 Jan 20;10(3):441-452.

서울대학교 동물세포공학 연구실

(Lab. Of Animal Cell Biotechnology)

□ 연구책임자 및 구성원

교수 : 유경록 (cellyu@snu.ac.kr, http://calslab.snu.ac.kr/cellyu/)

박사 후 연구원 : 오미경

박사 과정 : 박현성

통합 과정 : 채동훈, 유아론, 허지영

석사 과정 : 안혜빈, 박재한, 한명희, 김경면

□ 교수 소개

동물세포공학 연구실의 유경록 교수는 서울대학교 농업생명과학대학 동물생명공학 전공에서 학사학위를, 서울대학교 수의학과에서 석박사학위를 취득하였습니다. 이후 미국 국립보건원(NIH) 심장, 폐, 혈액 연구기관 (NHLBI; National Heart, Lung, and Blood Institute) 내의 혈액학 연구소(Hematology branch)에서 박사 후 연구원(Postdoctoral Research Fellow)으로 영장류를 이용한 노화 연구 및 면역치료법 개발 연구를 진행하였습니다. 세계 최초로 고연령(18-25세) 영장류에 조혈모 줄기세포를 성공적으로 이식하여 노령화 시대에 걸맞은 면역치료제 개발의 가능성을 열었습니다. 또한 CRISPR/Cas9 시스템을 이용해 혈액세포 키메라 영장류 모델을 확립하고 유전자가위 기술과 CAR-T 세포를 융합한 면역치료법을 개발하여 CD33 CAR-T세포 치료제의 독성을 최소화한 백혈병 골수이식 치료의 기반기술을 개발하였습니다. 이후 2018년 9월 가톨릭대학교 의과대학 조교수로 부임하였다가, 2020년 9월 서울대학교 농업생명과학대학 동물생명공학전공 조교수로 부임하였습니다.

□ 연구실 개요 및 주요 연구 소개

“동물세포공학 연구실(Lab of Animal Cell Biotechnology)”는 서울대학교 농업생명과학대학 농생명공학부에 소속되어 있는 연구실입니다. 본 연구실에서는 동물/인간 줄기세포의 면역조절 기능, CRISPR/Cas9 매개 유전자 편집을 통한 조혈작용/면역세포분석, 동물 질병 모델 확립, 엑소좀 기반 치료제, 조혈모 줄기세포를 이용한 혈액세포 및 대식세포의 분화, 키메라 항원 수용체 T 세포(CAR-T) 치료제 등 다양한 주제에 대해 연구를 수행하고 있습니다. 다양한 줄기세포들은 생체내 기원이 달라도 그 조절 기전이 유사한 부분이 있으므로 유도만능줄기세포(Induced pluripotent stem cell)와 중간엽 줄기세포 기전 연구를 수행하고 있으며, 이러한 연구에서 획득한 지식을 바탕으로 골수 내 존재하며 면역 시스템을 구성하는 조혈모줄기세포(hematopoietic stem cell)를 포함한 혈액세포 연구에도 활용하고 있습니다.

엑소좀은 30-150nm의 나노 크기 세포의 유전물질, 생체 인자 단백질 등 세포의 유효성분을 가진 커뮤니케이션 물질로, 세포의 핵심 기능을 포함하고 있어 기능적 유효성을 가짐과 동시에 높은 안전성을 지니고 있습니다. 본 연구실에서는 CRISPR/Cas9 및 세포 프라이밍을 통해 엑소좀의 기능 강화 및 생산 증대 방법, 펩타이드 클릭 화학을 통한 엑소좀의 표적세포로의 타켓팅, 치료약물(miRNA, 항염증인자)의 엑소좀 탑재 등의 연구를 통해 엑소좀을 활용한 치료제 개발 연구를 진행하고 있습니다 (그림 1).

그림 1. 동물세포유래 고효율 표적 엑소좀을 이용한 면역 치료제 개발 연구

이런 과정을 통해 개발된 면역치료제들의 검증 및 병리생리학 연구를 위해 동물질병모델(animal disease model)을 구축하여 전임상적 연구를 진행하고 있습니다. 본 연구실은 인간의 질병 연구나, 약물의 명확한 효과를 평가할 수 있도록, 인간의 시스템 일부를 마우스에 도입한 인간화 마우스(humanized mouse)를 제작하여 연구에 이용하고 있으며, 또한 장기 특성을 잘 나타내는 오가노이드(organoid)를 확립된 인간화 마우스에 생착시켜 동물질병모델을 확립하기 위한 연구를 진행하고 있습니다. (그림 2)

그림 2. 동물질병모델의 구축 연구

본 실험실은 이와 같은 일련의 연구를 통해 동물과 인간 내 세포 노화 및 병리생리학적 측면을 조절하는 메커니즘을 이해하여 유전자/세포 치료의 궁극적인 임상 적용과 함께 세포 기능의 정확한 조절에 대한 새로운 통찰력을 제공함으로써 동물 생명공학 기반의 중개연구(animal biotechnology-based translational application)를 수행하고 있습니다.

□ 주요 논문 성과 (*co-first authors, ^#co-corresponding authors)

1. Shin TH, Zhou Y, Chen S, Cordes S, Grice M, Fan X, Lee BC, Aljanahi AA, Hong SG, Vauhan KL, Mattison JA, Koham SG, Fabre MA, Uchida N, Dermirci S, Cora MAF, Metais JY, Calvo KR, Buscarlet M, Natanson H, McGraw KL, List AF, Busque L, Tisdale JF, Vassiliou G, Yu KR^#, Dunbar CE^#. “Macaque Clonal Hematopoiesis Model Demonstrates Expansion of TET2-Disrupted Clones and Utility for Testing Interventions.” Blood. 2022 Jun, accepted

2.  Shin TH*, Baek EJ*, Corat MAF, Chen S, Metais JY, Aljanahi AA, Zhou Y, Donahue RE, Yu KR^#, Dunbar CE^#. “CRISPR/Cas9 PIG-A Gene Editing in Non-Human Primate Model Demonstrates No Intrinsic Clonal Expansion of PNH HSPCs” BLOOD. 2019 Jun 6;133(23):2542-2545.

3.  Kim MY*, Yu KR*, Kenderian SS, Ruella M, Chen S, Shin TH, Aljanahi A, Schreeder D, Klichinsky M, Shestova O, Kozlowski MS, Cumins K, Shan X, Shestov M, Bagg A, Morrissette J, Sekhri P, Lazzarotto CR, Calvo KR, Kuhns DB, Donahue RE, Behbehani GK, Tsai SQ, Dunbar CE, Gill S. “Genetic Inactivation of CD33 in Hematopoietic Stem Cells to Enable CAR T Cell Immunotherapy for Acute Myeloid Leukemia.” CELL. 2018 May 31;173(6):1439-1453.

4. Yu KR, Espinoza D, Wu C, Truitt L, Shin TH, Chen S, Fan X, Yabe I, Panch S, Hong SG, Koelle S, Lu R, Bonifacino A, Krouse A, Metzger M, Donahue R, Dunbar CE. “The Impact of Aging on Primate Hematopoiesis as Interrogated by Clonal Tracking.” BLOOD. 2018 Mar 15;131(11):1195-1205.

5.  Yu KR*, Shin JH*, Kim JJ*, Koog MG, Lee JY, Choi SW, Kim HS, Seo YJ, Lee SH, Shin TH, Jee MK, Kim DW, Jung SJ, Shin S, Han DW, Kang K. “Rapid and Efficient Direct Conversion of Human Adult Somatic Cells into Neural Stem Cells by HMGA2/let-7b.” Cell Rep. 2015 Jan 20;10(3):441-452.

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