iMOD
의과학대학원 서재명
iMOD 연구실은 대사, 비만, 당뇨병 등 다양한 대사질환의 분자적 기전과 치료 전략을 통합적으로 연구하는 KAIST의 선도적 연구실입니다. 본 연구실은 간, 췌장, 지방조직 등 주요 대사 기관에서의 세포 분화, 증식, 기능 유지 및 유전자 발현 조절 메커니즘을 심층적으로 탐구하며, 이를 통해 대사질환의 근본 원인과 새로운 치료 타겟을 발굴하는 데 주력하고 있습니다.
특히, 지방조직의 리모델링과 대사 유연성 조절에 중요한 역할을 하는 PPAR-FGF1 축, Hippo-YAP/TAZ 신호, 세포 노화 및 탈분화, 조직 특이적 유전자 발현 조절 등 다양한 신호전달 경로와 분자적 인자들의 상호작용을 다각적으로 분석합니다. 이를 위해 유전자 조작 동물모델, 근접 표지 기반 분비단백질 분석, 오믹스 및 이미징 등 첨단 생명과학 기술을 적극적으로 활용하고 있습니다.
연구실은 또한, 세포 및 조직 특이적 분비단백질 네트워크와 내분비 신호의 시공간적 역학을 규명하여, 조직 간 신호 네트워크의 교란이 대사질환, 암, 노화 등 다양한 질환의 발생과 진행에 어떻게 기여하는지 밝히고 있습니다. 이를 바탕으로 새로운 바이오마커 및 치료 표적 단백질을 발굴하고, 실제 환자 치료로 이어질 수 있는 혁신적 치료제 개발에도 힘쓰고 있습니다.
최근에는 지방조직의 노화와 섬유화(senofibrosis), 베타세포의 정체성 유지, 미토콘드리아 기능 조절, 방사선 손상 및 근육 재생 등 다양한 대사 및 재생의학 분야로 연구를 확장하고 있습니다. 또한, 바이오 빅데이터 및 단백질 상호작용체 분석을 기반으로 한 심혈관질환 혁신 치료제 개발, 노화세포 운명제어, 역노화 원천기술 등 국가적·미래지향적 연구 프로젝트도 활발히 수행 중입니다.
iMOD 연구실은 기초과학적 발견과 임상적 응용을 연결하는 융합연구를 통해, 대사질환 및 노화 관련 질환의 예방, 진단, 치료에 새로운 패러다임을 제시하고자 합니다. 이를 위해 국내외 다양한 연구기관 및 산업체와의 협력도 적극적으로 추진하고 있으며, 차세대 의사과학자 양성 및 바이오헬스 혁신 생태계 구축에도 기여하고 있습니다.
Metabolic Control
Obesity
Metabolic Regulation
간세포 및 베타세포의 분화와 증식 조절
본 연구실은 간세포(hepatocyte)와 췌장 베타세포(beta-cell)의 분화와 증식 조절 메커니즘을 심도 있게 연구하고 있습니다. 간세포와 베타세포는 각각 간과 췌장에서 중요한 대사 기능을 담당하며, 이들의 분화와 증식 조절은 당뇨병, 비만, 간질환 등 다양한 대사성 질환의 예방 및 치료에 핵심적인 역할을 합니다. 연구실에서는 세포 신호전달 경로, 전사인자, 성장인자 등이 세포의 운명 결정과 기능 유지에 미치는 영향을 분자생물학적, 유전학적, 생화학적 방법을 통해 규명하고 있습니다.
특히, 베타세포의 증식과 기능 유지에 관여하는 PRMT1, 세로토닌 신호, FGF1/FGF2 등 다양한 분자적 인자들의 역할을 밝히고, 이를 통해 성체 베타세포의 정체성 유지와 당 조절 능력 향상에 기여하는 연구를 수행하고 있습니다. 또한, 간세포의 분화와 증식 조절에 있어 핵수용체, 성장인자, 대사 경로의 상호작용을 분석하여 간질환의 새로운 치료 타겟을 발굴하고 있습니다.
이러한 연구는 줄기세포 기반의 인공 췌장섬 재생, 베타세포 대량 생산, 간 재생 및 이식 등 재생의학 분야에도 응용될 수 있으며, 궁극적으로는 당뇨병 및 대사질환 환자들에게 혁신적인 치료법을 제공하는 데 기여할 것으로 기대됩니다.
지방조직 리모델링과 대사 유연성: PPAR-FGF1 축의 역할
연구실은 지방조직의 리모델링과 대사 유연성(metabolic flexibility)을 조절하는 핵심 신호전달 축인 PPARγ-FGF1 및 PPARδ-FGF1의 역할을 집중적으로 탐구하고 있습니다. 지방조직은 에너지 저장뿐만 아니라 다양한 호르몬과 사이토카인을 분비하여 전신 대사 항상성에 결정적인 영향을 미칩니다. PPAR 신호전달 경로와 FGF1의 상호작용은 지방세포의 분화, 탈분화, 노화, 그리고 대사 스트레스에 대한 적응에 중요한 역할을 하며, 이 과정에서 지방조직의 구조적·기능적 변화가 일어납니다.
특히, 연구실은 고지방식이, 노화, 방사선 손상 등 다양한 환경적·생리적 스트레스 상황에서 지방조직 내 PPAR-FGF1 축이 어떻게 활성화되고, 이로 인해 지방세포의 리모델링, 지방세포 탈분화, 지방조직 내 염증 및 섬유화(senofibrosis) 등이 조절되는지를 다각적으로 분석합니다. 또한, 지방조직의 노화와 세포 노화(senescence), 지방세포의 면역세포와의 상호작용, 지방조직 특이적 분비체(secretome) 분석 등 첨단 오믹스 및 이미징 기술을 활용하여 지방조직의 미세환경 변화를 정밀하게 추적하고 있습니다.
이러한 연구는 비만, 인슐린 저항성, 지방간, 대사증후군 등 다양한 대사질환의 병태생리 이해와 새로운 치료 전략 개발에 직접적으로 연결됩니다. 궁극적으로는 지방조직의 건강한 리모델링을 유도하여 대사질환 예방 및 치료에 기여할 수 있는 혁신적 타겟과 약물 후보를 제시하는 것을 목표로 하고 있습니다.
세포 및 조직 특이적 유전자 발현 조절과 분비단백질 네트워크
본 연구실은 간, 췌장, 지방조직 등 다양한 조직에서 유전자 발현이 어떻게 조직 특이적으로 조절되는지, 그리고 이 과정에서 분비단백질이 전신 대사에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 근접 표지(proximity labeling) 기술과 오믹스 분석을 결합하여 생체 내에서 특정 조직에서 분비되는 단백질의 시공간적 역학을 추적하고, 이들이 내분비 신호로서 전신 대사 항상성에 미치는 영향을 규명합니다.
연구실은 조직 특이적 유전자 발현 조절 메커니즘을 밝히기 위해 전사인자, 후성유전학적 조절, 신호전달 경로 등을 통합적으로 분석합니다. 예를 들어, 간세포와 베타세포에서의 유전자 발현 조절, 지방조직의 노화 및 탈분화 과정에서의 유전자 네트워크 변화, 그리고 이 과정에서 분비되는 새로운 바이오마커 및 치료 표적 단백질의 발굴에 주력하고 있습니다.
이러한 연구는 대사질환, 암, 노화 등 다양한 질환에서 조직 간 신호 네트워크의 교란이 어떻게 질병을 유발하는지 이해하는 데 중요한 단서를 제공하며, 새로운 진단 및 치료법 개발에 기여할 수 있습니다. 또한, 연구실에서 개발한 분비단백질 위치 추적 및 분석 기술은 다양한 질환 모델에 적용되어 질병 특이적 내분비 신호 및 치료 타겟을 발굴하는 데 활용되고 있습니다.
1
Hippo-YAP/TAZ signalling coordinates adipose plasticity and energy balance by uncoupling leptin expression from fat mass.
Choi S, Kang JG, Tran T.H. Yen, Jeong SH, Park KY, Shin H, Kim YH, Park M, Nahmgoong H, Seol T, Jeon H, Kim Y, Park S, Kim HJ, Kim MS, Li X, Sleiman M, Lee E, Choi J, Eisenbarth D, Lee S, Cho S, Moore D. D, Auwerx J, Kim IY, Park JE, Lim DS#, Suh JM#
Nature Metabolism, 2024
2
Mitochondrial matrix RTN4IP1/OPA10 is an oxidoreductase for coenzyme Q synthesis.
Park I, Kim K, Kim J, Kim A, Bae S, Jung M, Choi J, Mishra PK, Kim T, Kwak C, Kang M, Yoo C, Mun JY, Liu K, Lee K#, Kim J#, Suh JM#, Rhee H#
Nature Chemical Biology, 2023
3
Mitochondrial matrix protein LETMD1 maintains thermogenic capacity of brown adipose tissue in male mice.
Park A, Kim K, Park I, Lee SH, Park K, Jung M, Li X, Sleiman MB, Lee SJ, Kim D, Kim J, Lim D, Woo E, Lee EW, Han BS, Oh K, Lee SC, Auwerx J, Mun JY, Rhee H, Kim WK#, Bae K#, Suh JM#
Nature Communications, 2023
1
(통합EZ)지방 조직 미세 환경 역학의 통합적인 시공간 분석을 기반으로 한대사 네트워크 재설계(2024년도)
2
노화세포 운명제어에 기반한 역노화 원천기술개발(2024년도)
3
RNA 대사에서 Ribonuclease Kappa의 기능 조사: 노화와 관련된 대사 기능 장애에 대한 결과(2024년도)