교수(연구책임자): 이기현 (kihyun.lee@ewha.ac.kr, 홈페이지: https://sites.google.com/view/kihyunlee)

연구원: (대학원생) 이유리, 심미경, 황희원, 강단비, (인턴연구원) 이하영, 신채은, 최정원

□ 연구실 개요 및 연구책임자소개

  저는 이화여자대학교 약학대학을 졸업하고 동대학원에서 면역학을 연구하여 활성산소족 Reactive Oxygen Species 이 T cell 분화에 미치는 영향을 주제로 석사학위를 받았습니다. 이후 미국 뉴욕시에 위치한 Cornell University 의대 소속의 Graduate School of Weill Cornell Medical Sciences 박사과정에 진학하여 인간만능분화줄기세포(human pluripotent stem cells)로부터 췌장 분화 과정 동안의 GATA와 FOXA 전사인자들의 유전적 필요성을 연구하였습니다. 학위를 마친 후 샌프란시스코로 이동하여 선천성 심장 기형 환자들에게서 발견된 유전변이들을 검증하는 연구를 수행하였습니다. 저는 석사, 박사 그리고 포스닥 때의 연구를 바탕으로 인간만능분화줄기세포를 이용한 다양한 질환 발병 원인 연구, 개인화된 치료법(personalized medicine) 개발  및 줄기세포 
유래 세포치료제(stem cell derived cell therapy) 개발을 수행하고자 합니다 [그림 1].

그림 1. 인간만능분화줄기세포를 이용한 연구 방법 및 치료제 개발 전략

□ 주요 연구 내용

1. 희귀 난치성 질병 발병 원인 연구
  많은 희귀 난치성 질병들은 그 발병 원인과 기전이 충분히 밝혀지지 않았기에 만능분화줄기세포를 이용하여 발병 원인을 연구하고 있습니다. 환자들에게서 나타나는 유전변이를 인간만능줄기세포에 도입한 후, 정상 세포와 분화 과정을 비교함으로써 그 기전에 대한 이해도를 높이고자 합니다. 또한, 분화 과정에서 질환 유전자에 대해 크리스퍼 단일세포 단위 유전자 스크리닝 (single cell CRISPR genetic screening, perturb-seq)과 scRNA-seq, scATAC-seq, spatial genomics 등의 최신 실험 기법을 활용함으로써 지금까지 밝혀지지 않은 유전자들의 역할을 규명하려고 합니다. 현재는 심장 오가노이드 분화를 중심으로 선천성 심장 기형 환자들에게서 발견되 유전변이들의 분자적 기전을 연구하고 있습니다.

2. 면역세포 세포치료제 개발
  암세포 특이적인 항원을 공격하는 CAR (chimeric antigen receptor)를 도입한 CAR-T 세포치료제가 높은 효능으로 각광 받고 있지만 현재까지는 본인의 면역세포를 유전조작하여 사용함으로써 1명의 환자를 치료하기 위한 치료비가 높고, 치료제 제조 시간이 오래 걸리며, 환자 면역세포의 상태에 따라서 효과가 좌지우지 되는 문제점들이 존재합니다. 건강한 공여자로부터 세포를 확립한다면 높은 품질의 세포치료제를 적은 비용으로 여러 환자들이 이용할 수 있고 따라서 많은 수의 환자들이 적은 비용으로 단시간에 치료혜택을 누릴 수 있습니다. 이와 같은 목표를 위해 만능분화줄기세포를 유전 조작하여 면역세포치료제로써 사용하기 위한 많은 노력이 이루어지고 있으나 원하는 면역세포로의 분화 효율이 낮은 높이기 어려운 점이 존재합니다. 이를 타파하기 위해 단일세포 단위에서의 분석을 바탕으로 크리스퍼 기술을 이용한 유전자 스크리닝을 통하여 분화를 억제하는 유전자를 제거하여 분화효율의 극대화를 구축하고자 합니다.

3. 당뇨병 발병 원인 연구 및 베타 세포 치료제 개발
  본 연구실에서는 당뇨병을 비롯한 췌장 관련 질환을 모델링하여 그 발병 기전을 규명하고, 이를 기반으로 치료제 개발을 목표로 하고 있습니다. 이는 미토콘드리아 이상으로 인하여 유도된 당뇨병을 포함합니다. 다양한 유전자들이 결핍된 인간만능분화줄기세포주들을 췌장 오가노이드로 분화시키고 있으며, 분화 과정에서 유전자 발현 및 후성유전체의 변화를 분석하여 질환 발병 원인을 연구하고 있습니다. 질환 모델링을 완료한 후, 유전자 교정된 베타세포들을 당뇨 마우스에 도입함으로써 치료제로서의 효과를 검증할 수 있습니다.

4.  인간발달연구
  인간 초기 발달 과정은 초기 기관 형성 등을 결정하는 아주 중요한 단계이지만 초기 임신 상태를 모체가 인지하기 어렵고 마우스의 발달과 인체의 발달 과정의 차이로 인하여 연구의 어려움이 존재합니다. 최근 인간만능분화줄기세포로부터 합성 인간 배아(synthetic human embryo) 를 형성할 수 있다는 보고를 바탕으로 인간 초기 발달에 영향을 줄 수 있는 유전적 그리고 환경적 요인 연구들을 규명해낼 수 있습니다. 특히 이는 약물의 최기형성을 확인하는 아주 좋은 플랫폼으로써 작용할 수 있습니다.

□ 주요 논문성과 (5개 내외)

1.    Pittman M*, Lee K*, Felix F, Yu H, Lee CY, Lam A, Costa MW, Srivastava D, Pollard KS. An oligogenic inheritance test detects risk genes and their interactions in congenital heart defects. (2022) bioRxiv (Revision in Genome Research). doi: https://doi.org/10.1101/2022.04.08.487704 * Equal contribution

2.    Lee K*, Cho H*, Rickert RW, Li QV, Pulecio J, Leslie CS, Huangfu D. (2019) FOXA2 is required for enhancer priming during pancreatic differentiation. Cell Reports. PMID: 31291575 * Equal contribution

3.    Shi ZD*, Lee K*, Yang D*, Amin S, Verma N, Li QV, Soh CL, Kumar R, Evans T, Chen S, Huangfu D. (2017) Genome Editing in hPSCs Reveals GATA6 Haploinsufficiency and a Genetic Interaction with GATA4 in Human Pancreatic Development. Cell Stem Cell. PMID: 28196600 * Equal contribution

4.    Reis BS*, Lee K*, Fanok MH*, Mascaraque C, Amoury M, Cohn LB, Rogoz A, Dallner OS, Moraes-Vieira PM, Domingos AI, Mucida D. (2015) Leptin Receptor Signaling in T Cells Is Required for Th17 Differentiation. J Immunol. PMID: 25917102   * Equal contribution

5. Lee K, Won HY, Bae MA, Hong JH, and Hwang ES. (2011) Spontaneous and aging-dependent development of arthritis in NADPH oxidase 2 deficiency through altered differentiation of CD11b+ and Th/Treg cells. Proc Natl Acad Sci. PMID: 21593419