초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 간질, 헌팅턴병, 파킨슨병 등 운동장애의 핵심타겟인 특정 연합신경세포 (V2 GABAergic inhibitory interneurons)의 발생에서 중요한 신규 유전자 (ZC4H2) 및 그에 결합하는 또 다른 신규 유전자 (RNF220)에 대한 생체 내 기능분석을 통하여, 관련 질병의 진단 바이오마커 및 신약개발의 신규 분자타겟을 개발하는 것을 최종 연구목표로 함. 특히, 감각신경세포나 운동신경세포의 발생과 분화 연구 분야에 비교하여, 세계적으로도 연구가 매우 부진한 영역인 연합신경세포의 발생과 분화

□ 연구개요
본 연구는 간질, 헌팅턴병, 파킨슨병 등 운동장애의 핵심타겟인 특정 연합신경세포 (V2 GABAergic inhibitory interneurons)의 발생에서 중요한 신규 유전자 (ZC4H2) 및 그에 결합하는 또 다른 신규 유전자 (RNF220)에 대한 생체 내 기능분석을 통하여, 관련 질병의 진단 바이오마커 및 신약개발의 신규 분자타겟을 개발하는 것을 최종 연구목표로 함. 특히, 감각신경세포나 운동신경세포의 발생과 분화 연구 분야에 비교하여, 세계적으로도 연구가 매우 부진한 영역인 연합신경세포의 발생과 분화 연구 분야에 대한 새로운 시발점을 제시할 수 있는 독창적인 연구성과를 목표로 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
○ 본 연구진은 선행연구에서 X-염색체 연관 발달장애/지적장애의 하나인 Miles-Carpenter Syndrome (MCS)의 원인유전자로서 ZC4H2를 발굴에 성공하였었고, 녹아웃 동물모델을 이용한 기능연구를 통하여 ZC4H2가 MCS의 유전적 원인임을 검증하였으나, 보다 더 자세한 분자 기전을 밝히고자, 본 연구과제에서 발달장애/지적장애 발병의 분자기전 규명을 목표로 연구를 진행하여 다양한 연합신경세포 발생과 분화단계에서 새로운 분자기전을 규명하였음.

○ ZC4H2와 결합하는 새로운 E3 ubiquitin ligase인 RNF220을 성공적으로 동정했고, 일차적인 목표로 했던 유전자가위기술을 이용한 녹아웃 제브라피쉬 및 녹아웃 마우스를 성공적으로 제작하였음. 녹아웃 동물의 표현형 분석을 통한 기전연구를 통해 RNF220과 ZC4H2가 연합신경세포 전구세포의 발생과정에서 전사인자의 단백질 안정성 (protein stability)을 조절하여 연합신경세포 전구세포 영역 (progenitor domain)을 결정하고, 그 이후 V2 interneuron 분화에 핵심적 역할을 하고 있음을 새롭게 규명하였음.

○ 동물의 운동작용에서 반복적인 리듬운동을 조절하는 신경계 네트워크인 중추패턴발생기 (CPG, central pattern generator)에서 연합신경세포의 역할에 대한 연구는 아직 부족한 점이 많으므로, CPG 관련의 연구도 일부 목표로 하였음. ZC4H2 녹아웃, RNF220 녹아웃 제브라피쉬에서의 유전자 발현 패턴, 행동실험 등 표현형 분석을 통하여 CPG를 구성하는 핵심 신경세포의 발생과 분화과정을 세포, 분자 수준에서 새롭게 규명하였음.

○ 세계적인 관련 환자재단 설립에 기여 및 직접 참가함 (https://www.zc4h2foundation.com/)

○ 특히, 본과제의 핵심목표였던, RNF220 기전연구에 대한 연구성과는 “Faculty of 1000 Biology” 추천논문으로 독창성을 세계적으로 인정 받음 (Development 2018).

□ 연구개발결과의 중요성
○ 발달장애/지적장애 관련의 새로운 개념의 연합신경세포 발생/분화 조절 분자기전의 제시

○ 루게릭(ALS), 뇌전증 등의 운동장애를 분자 수준에서 연구할 수 있는 질환모델동물 확립

○ 반복적 리듬운동을 조절하는 중추패턴발생기(CPG) 관련 신경회로의 발생 및 조절기전 규명

○ 운동장애 환자에서 발견되는 새로운 유전변이의 생물학적 검증을 위한 생체분석계 확립

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 본 연구개발과제의 최종 목표 ... 4
• 2) 본 연구개발과제의 필요성 ... 4
• 3) 연차별 연구범위 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• 1) 제브라피쉬 RNF220 유전자의 시간적·공간적 유전자 발현양상 분석 ... 7
• 2) 제브라피쉬 RNF220 녹아웃 (knockout, KO) 동물 제작 및 표현형 동정 ... 8
• 3) 마우스 RNF220 KO 동물 제작 및 표현형 분석 ... 8
• 4) 제브라피쉬 RNF220 KO 동물에서 신경줄기세포 및 연합신경 전구세포의 발현 분석 ... 9
• 5) 제브라피쉬 RNF220 KO 동물에서 V2 연합신경세포의 분화 분석 ... 10
• 6) 제브라피쉬 RNF220 KO 동물에서 감각, 운동신경세포, 근육세포 분화 분석, 세포사멸 확인 ... 11
• 7) RNF220 KO 마우스에서 V2 연합신경세포의 분화 분석 ... 12
• 8) 제브라피쉬 RNF220 KO 동물을 활용한 뇌에서의 연합신경세포 발생 분석 ... 12
• 9) 제브라피쉬 RNF220 KO 동물 뇌에서 흥분성/억제성 신경전달물질을 생성하는 신경세포의 분화 확인 ... 13
• 10) 제브라피쉬 RNF220 KO 동물을 활용한 인간 RNF220 과오 돌연변이 (missense mutation)의 pathogenicity 검증 ... 14
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 1) 새로운 개념의 연합신경세포 발생 조절 분자기전의 제시 ... 16
• 2) 루게릭 (ALS), 간질, 헌팅턴병, 파킨슨병 등의 운동장애를 세포 및 분자 수준에서 연구할 수 있는 KO 동물 확립 ... 16
• 3) 반복적인 리듬운동을 조절하는 중추패턴발생기 (CPG)와 관련한 신경회로의 발생 및 조절기전 규명 ... 16
• 4) 운동장애 환자에서 발견되는 유전변이의 생물학적 검증을 위한 질환모델동물 확립 ... 17
• 5) 뇌전증, 루게릭 등 운동장애 발병의 기전연구에 “새로운 연구방향” 제시 ... 17
• 4. 참고문헌 ... 18
• 5. 연구성과 ... 19
• 대표적 연구실적 ... 23
• 끝페이지 ... 35