I. 제목
맞춤의료의 유전체 원천기술 개발을 위한 기반연구
II. 연구개발의 목적 및 필요성
개인 유전체의 염기서열을 해독하는 기술의 획기적인 발전과 그에 따른 염기서열 분석비용이 급격히 하락함에 따라 개개인의 유전체정보 및 질병유전체 정보에 대한 접근성이 용이해 짐에 따라 개인의 질병에 대한 맞춤의료에 활용 가능할 것으로 예측됨에 따라 아래의 연구를 수행하여 난치성 질환의 맞춤치료 원천기술 개발을 위한 기반을 구축하고자 함
1) whole genome-seq, RNA-seq 기반으로 호르몬민감성 전립선암이 호르몬불응성 단계로 진화하는 과정에서의 다양한 유전체구조 변화를 동정하여 이를 기반으로 호르몬불응성 환자의 새로운 맞춤치료를 위한 타겟을 발굴함
2) 유전체 및 후성유전체 수준에서 후성유전조절인자의 결함 및 전사조절 이상으로 난치성 질병이 유발되는 메커니즘을 규명하여 맞춤치료를 위한 원천기술을 확보함
3) 난치성 질환 표적단백질의 삼차구조를 규명하여 구조 기반 질환 표적단백질 기능제어 원천기술 및 질환 표적의 세포내 신호전달 네트워크 규명 및 세포기능제어 원천기술 개발을 위한 기반을 구축함
III. 연구개발의 내용 및 범위
1) 호르몬불응성 전립선암의 유전체 분석
• 호르몬불응성 전립선암의 불응성 전후 시료의 전체 유전체 및 전사체 분석
• 한국인 표준게놈정보 생산 및 변이체 포맷 작성
2) 후성유전조절인자 결핍 세포에서의 후성유전체 변화 분석
• 후성유전조절인자가 결핍된 세포의 전사체 분석
• 후성유전조절인자 결핍된 세포의 히스톤변형 후성유전체 지도 작성
• 후성유전조절인자 결핍된 세포의 Whole-genome DNA 메틸화 변화 연구
3) 단백체 기반 표적단백질 기능제어 기술 개발
• 단백체 기반 세포사멸 관련 난치성 질환 타겟 발굴
• 단백체 기반 인산화/탈인산화 관련 난치성 질환 타겟 발굴
• X-선 결정법을 이용한 질환 표적단백질의 삼차구조 규명 및 기능 연구
4) 유전체 기반 발굴 타겟의 생체기반 검증 및 기능연구
• 질환특이적 신호전달 네트워크 규명을 위한 제반 기술 최적화
• 질환조직별 분화 최적화 및 세포내 유전자 기능제어 기반기술 구축
• 질환관련 신호전달기전연구를 위한 동소이식 동물모델 기술구축
IV. 연구개발결과
호르몬 불응성 전립선암의 특성을 규명하고자 RNA-seq, miRNA-seq, Exom-seq, WGS 등을 수행하여 15개의 호르몬 불응성 전립선암에서 특이적으로 고발현하는 유전자 및 호르몬불응성 기전 관련 6개의 miRNA등을 발굴하였으며 WGS 절차에 의한 유전체 구조적 변이에 대한 분석을 수행 중
후성유전조절인자 결핍세포에 대한 후성유전체 연구의 경우, H3K4 메틸화효소 6종에 대한 snRNA KD 시스템을 확립하고 이를 P19 cell 적용하여 SAetlA와 SBtlB 의 knockdown에 의해 신경세포 분화에 결함이 발생함을 발견하고, 현재 이들 결함세포에 대한 RNA-seq 및 H3K4mel ChIP-seq, MBD-seq, hMeDIP-seq 등의 분석을 수행 중
단백체 기반 표적단백질 기능제어 기술 개발의 경우, 세포사멸에 관여하며 질병 또는 암의 주요 타겟 단백질인 EndoG와 상호작용하는 Hsp70, FEN1 등의 단백질을 동정하고 실험적으로 그 상호작용을 검증하였으며, 또한 새로 발굴한 항암단백질인 MKP-8의 구조결정을 위한 을 대량발현과 공동결정화가 진행중이며, 또 다른 항암 표적단백질인 P1k2의 polo box domain의 3차 구조를 성공적으로 규명함
세포기능제어 원천기술개발의 경우, 질환 특이적 신호전달 네트워크 규명에 필요한 기반기술로써 단백질의 변형(아세틸화, 메틸화, 당화, 유비퀴틴화, 인산화)을 모니터링할 수 있는 시스템을 도입하여 질환특이단백질의 변형 및 이를 통한 신호전단 네트워크의 변화를 분석할 수 있는 최적화하였으며, 한편 전분화능 줄기세포 유래의 신경세포 분화조건을 최적화하였으며, 또한 질환 관련 신호전달 기전연구를 위한 동물모델 기반기술을 확립하였음
V. 연구개발결과의 활용계획
• 난치성 질환인 호르몬불응성 전립선암의 유전체정보는 병인의 이해 제고 및 질병 타겟의 발굴과 진단 및 치료 기술 개발을 위한 연구에 활용되며 그 기반기술은 다양한 난치성 질환의 이해 제고 및 맞춤의료 구현을 위한 원천기술로써 활용될 수 있음
• 난치성 질환의 신규 타겟 및 바이오마커의 도출이 되고 구조 기반 표적단백질제어 원천기술 창출은 효율적인 신약개발 플랫폼 제공을 통해 난치성 질환 치료제 후보물질을 개발하는 데 기여할 것임
• 본 연구에서 창의적 접근법은 후성유전조절인자에 의한 세포분화 기전에 관한 이해 및 조절기술 개발을 가능하게 할 것이며, 종국에는 난치성 질병의 맞춤 치료제 개발의 원천 기술로써 활용될 수 있을 것임
• 질환특이 신호전달 네트워크 규명 및 세포내 유전자 기능제어 기술은 유전체 기반의 맞춤의료 기술에 핵심적인 항목으로 개인 맞춤형 유전자치료나 세포치료에 널리 활용 가능할 것임
• 본 연구에서 확립된 동소이식 동물모델은 종양 및 각종 질환관련 타겟 유전자의 생체 기능 연구, 항암 치료제 (단백질치료제, 항체치료제, 화합물치료제, 유전자치료제, 세포치료제 등)의 유효성 평가, 바이오마커의 validation, 이미징 관련 기술의 validation 등 각종 질환 관련한 다양한 연구 및 개발 과정에 활용될 수 있음
• 결국 암 및 각종 난치성 질환의 치료 타겟 발굴 및 검증을 통한 고부가가치 창출에 활용되어 미래 성장 동력의 하나인 보건의료 시장에서의 국가 경쟁력 확보에 기여할 것이며, 차단계에 집중적으로 연구될 폐암, 위암, 유방암의 맞춤치료 기술개발을 위한 타겟 유전자 발굴 및 혹은 신호전달경로에 대한 심층 기능 연구에 활용될 것임