□ 연구개발 목표
본 연구실에서는 단일 세포 내에서 세포 물질의 변화에 따라 발생하는 현상의 관찰 및 연구를 최적화할 수 있는 신규 플랫폼을 개발하고, 정량적 분석화학을 기반으로 세포 내 기체 분자전달 역학을 연구하는 것을 목표로 함. 즉, 고전적인 생물학적 연구 방법론으로 접근하기 어려운 단일 세포에 극미량의 신호전달 기체(NO)의 정량적 공급 및 전달을 효율적으로 제어할 수 있는 시스템을 미세유체공정과 전기화학 플랫폼을 기반으로 개발하고, 이를 암 미세환경 모사 시스템에 적용하여 연구하는 솔루션을 제시하고자 함. 또한 다차원으로 존재하는 세포 내 기체분자의 시공간적 분포를 측정하고, 단일 세포 이미징과 단백체의 정량 분석을 통해 세포-기체 반응성에 대한 이해를 높이고자 함. 본 과제 수행을 통해 축적된 첨단 연구기술과 구축된 인프라는 다양한 종양세포에 관한 연구 개발과 분자 수준에서의 생명현상 이해를 촉진할 것임.
□ 연구개발 내용
본 과제는 다음의 세부 연구목표를 기반으로 진행됨.
▶ 생체모사 미세환경 내 세포-기체 반응 제어 시스템 개발
● 2차원 및 3차원 종양 모델 개발 및 배양 조건 최적화
● 미세유체공정 플랫폼에서 기체와 반응할 2차원 monolayer 세포 모형과 고형 종양 3차원 모델 제작
● 암 미세환경 모사 미세유체시스템을 플랫폼으로 하는 기체 발생 세포 반응기 구현
● 마이크로/나노 가공기술을 통해, 미세유체화학 플랫폼을 설계하고, 신경전달물질인 NO의 확산 및 투과의 차이에 따른 종양세포의 증식과 사멸 기작 이해
▶ 기체 분자 관련 신호전달체계 핵심 유전자 Knock-Out 세포주 구축
● 유전체 편집 기술을 이용한 NO 신호전달체계 핵심 유전자 Knock-Out 세포주 구축
● 동위원소 치환 단백체 정량분석법 구축을 통한 NO 신호전달 네트워크 규명
▶ 단일 세포 내 기체 분자 및 신호전달 단백질의 3차원 이미징 기술 개발
● 가역적 형광 회복 형광단백질 기반 장기간 이미징 기술 개발
● NO 센서 형광단백질을 이용한 세포 내 지속적 3차원 이미징 플랫폼
● NO 농도에 따라 표적 단백질들의 세포 내 protein trafficking 연구
▶ 단일 세포 내 및 정량기반 단백체 분석
● 동위원소 치환 단백질-단백질 상호작용 분석
● 기체 분자에 의해 유도된 단백질 변형 정량 분석
▶ 세포 내 기체 분자에 의한 세포신호전달 체계 분석 플랫폼 확립
● 세포-기체 반응에 의한 세포신호전달의 화학적 정량모델
각 세부목표 달성을 위해 물리화학/기기분석, 전기화학, 이미징/세포생명물리화학, 생분석화학/질량분석 연구 분야의 전문가 집단으로 연구팀을 구성하였음.
□ 활용 계획 및 기대 효과
▶ 현대 정밀화학분석법은 매우 복잡한 시스템 내에서도 극미량의 분자를 정성, 정량 분석할 수 있는 수준에 이르렀지만, 그에 반해 적용할 수 있는 시스템은 아직 한정적임. 본 과제를 통해, 하나의 세포에서 다양한 형태의 세포물질들을 분자 단위로 정밀분석하여 단일세포 안에서 일어나는 생명현상을 종합적으로 분석하는 플랫폼의 개발이 이루어짐.
▶ 외부 기체에 의한 단일 세포의 기체 반응성을 조절할 수 있도록 전기화학 및 분석화학적 방법을 이용한 시스템을 세계 최초로 구축하고, 단분자 장기촬영 형광 현미경을 이용한 단분자 역동성과 질량분석 기반 단백체 연구를 통한 네트워크 연구기법을 적용하여 세포 신호전달 연구를 도모함.
▶ 생체 내에는 H2S, CO, NO, O2 등 다양한 기체 형태의 신호전달물질이 존재함. 본 연구실이 개발한 방법론적 기반을 확장하여 신호 전달 기작 연구의 새로운 기법으로 제시될 수 있을 것이라 기대함. 따라서 본 기초연구실에서 개발되는 기체-세포 상호작용의 제어 및 분석 플랫폼 개발은 이를 기반으로 하는 새로운 분야를 다수 창출할 수 있을 것임.
▶ 협업을 통해 축적된 첨단 연구기술과 구축된 인프라의 활용을 통한 연구 결과를 도출하여 실제 복잡한 세포 내외의 미세환경에서 분자 수준의 기체 거동과 반응에 대한 궁극적 이해 및 기초과학 지식 제공.
(출처 : 국문 요약문 2p)
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