초록 ▼

□ 연구개요
- 자폐스펙트럼장애(ASD)는 높은 유병률에도 불구하고 현재까지 원인 및 치료제가 규명되지 않은 난치성 질환임. ASD의 병인기전 연구를 위해서는 적절한 모델 시스템이 필요함.
- 본 연구의 목표는 단일 유전자 질환을 동반하는 ASD의 환자에서 얻은 1)iPSCs와 2)미니 브레인(mini brain), 그리고 3)실제 환자의 뇌 영상 이미지라는 3단계의 모델 검증 시스템을 통해 각 유전자 변이에 따른 표현형의 차이를 관찰하는 것임.
- 이러한 시스템 구축을 통해 향후 개별화된 ASD의 병인기전 연구에

□ 연구개요
- 자폐스펙트럼장애(ASD)는 높은 유병률에도 불구하고 현재까지 원인 및 치료제가 규명되지 않은 난치성 질환임. ASD의 병인기전 연구를 위해서는 적절한 모델 시스템이 필요함.
- 본 연구의 목표는 단일 유전자 질환을 동반하는 ASD의 환자에서 얻은 1)iPSCs와 2)미니 브레인(mini brain), 그리고 3)실제 환자의 뇌 영상 이미지라는 3단계의 모델 검증 시스템을 통해 각 유전자 변이에 따른 표현형의 차이를 관찰하는 것임.
- 이러한 시스템 구축을 통해 향후 개별화된 ASD의 병인기전 연구에 활용하고자 함. 또한 각 유전자 변이와 ASD 표현형의 데이터베이스를 구축하여 다양한 ASD 환자들을 유전적, 표현형적 하위유형(subtype)으로 분류하여 향후 서브타입 진단을 통한 치료적 접근에 활용하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
- 초기 계획 당시, 1차 년도에 총 10개의 iPS cell line 구축을 목표로 하였으나 전체 연구기간 동안 지속적으로 대상자를 모집하여 총 29개의 iPS cell line을 구축하였음. 또한 각 대상자들은 추가적인 유전자 검사를 통해 유전적 특성 및 양질의 임상 데이터가 모두 확보되었음.
- 1차 년도에는 환자의 피부조직으로부터 iPSCs를 성공적으로 생성하여 세포주 은행을 구축하였고, Nanog, SSEA-3, TRA-1-60 등의 marker 단백질들의 발현을 통해 안정성을 검증하여 목표를 달성하였음.
- 2차 년도에는 미니 브레인을 성공적으로 제작하였고, 계대배양 시기에 관련 없이 동등한 분화능 및 분열능을 가지고 있는 것을 통해 그 안정성을 확인하였음. 또한 미니 브레인의 절편에서 excitatory neuronal marker(glutamate) 및 mTORC1 activity marker를 통해 그룹별 표현형의 차이를 확인하였음.
- 3차 년도에는 DTI기법을 통해 실제 환자의 뇌에서 신경학적 네트워크(neural network)을 확인하였고, 이것이 이전에 관찰된 미니 브레인의 결과와 일치하는 것을 확인하였음. 추가적으로 당초 계획에는 없었으나 새로운 방식의 미니 브레인 배양방식을 통해 미니 브레인의 표현형을 이중으로 확인하여 결과의 신뢰도를 높였음.

□ 연구개발결과의 중요성
- 다양한 단일 유전자 질환 및 대조군의 iPSCs 세포주 은행 구축은 향후 ASD의 기전 연구에 다양한 방법으로 활용될 가능성이 높음. 또한 본 연구는 단일 유전자 질환을 동반하는 ASD를 연구대상으로 삼아 적은 수의 대상자로도 충분한 effect size로 연관성을 규명할 수 있어 연구의 효율성 및 연구효과를 증대시켰음.
- 본 연구를 통해 개인의 iPSCs를 이용하여 초기 신경계 발달 과정을 in vitro 및 ex vivo, in vivo 의 3단계로 재현함으로써 보다 신뢰도 높은 결과를 확인하였음. 이러한 재현성 높은 시스템은 추후 약물 스트리닝 및 치료제 개발에 활용될 수 있음. 또한 개별화된 iPSCs 모델 시스템을 통해 개별 약물 반응을 확인하여 맞춤형 치료에 활용할 수 있을 것으로 기대됨.
- 본 연구를 통해 모집된 Phelan-Mcdermid syndrome, Fragile X syndrome, Cri du chat syndrome와 같은 희귀난치성 유전자 질환을 동반하는 아동들의 cell line은 향후 난치성 질환 연구에도 활용될 수 있음. 또한 iPSCs 모델 시스템은 ASD 뿐 만 아니라 조현병, 우울증과 같은 다른 정신과적 질환의 원인 규명 및 치료 약물 스크리닝에도 활용 될 수 있음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 자폐스펙트럼 장애(Autism Spectrum Disorder, ASD)의 정의와 유병률 ... 4
• 2) ASD의 유전적 원인과 중요성 ... 4
• 3) ASD의 병인기전 연구를 위한 모델 시스템의 필요성 및 역분화 줄기세포(induced pluripotent stem cells, iPSCs)의 활용 ... 5
• 5) 연구 가설 및 최종목표 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 1) 단일유전자 질환을 동반한 ASD 및 대조군 모집 ... 6
• 2) 유전자 검사를 통한 대상자의 유전적 변이 검증 ... 7
• 3) 연구 대상자의 fibroblast로부터 iPSCs 생성 및 유지 ... 8
• 4) iPSCs의 모델로서의 안정성 검증 ... 9
• 5) 미니 브레인의 제작 및 모델로서의 안정성 검증 ... 9
• 6) 두 가지 방법을 사용하여 미니 브레인 culture 진행 및 표현형 관찰 ... 11
• 7) 미니 브레인에서의 그룹 간 표현형 비교 ... 13
• 8) DTI 기법을 활용하여 실제 환자의 뇌에서 신경학적 네트워크(neural network)를 확인 ... 13
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 15
• 1) 연구결과의 의미 및 중요성 ... 15
• 2) 연구 결과의 활용 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 16
• 5. 연구성과 ... 17
• 대표적 연구실적 ... 18
• 끝페이지 ... 20