Valentgenetic nanoprobe for manipulation of cell signaling 세포 신호의 조절을 위한 입자가(價) 나노유전탐침

From Course@DGIST
Jump to navigation Jump to search
Valentgenetic nanoprobe for manipulation of cell signaling 세포 신호의 조절을 위한 입자가(價) 나노유전탐침
제안자 서대하
자문교원 서대하
연도 2020
타입 A형 과제
코스 프란시스 크릭
매칭여부 Yes
참여학생수 4
소개동영상

제안 배경

외력에 의한 뉴런 손상의 병리학적 메커니즘은 다음의 순서를 거친다. 1) 외상 후 뉴런 액손 손상, 2) 회돌기교세포(oligodendrocytes) 손상, 3) 손상된 신경세포들의 만성적 뉴런 축색 절단(axotomized), 4) 말초 신경 잘린 끝 (distal nerve stump)과 표적 조직(target tissue)의 신경소멸(denervation), 5) 손상된 뉴런의 세포자살(apoptosis), 6 ) 만성적인 마비(paralysis). 하지만, 현대 의학, 의공학수준에서 신경 세포 재생, 특히 중추신경계의 경우에 매우 제한적이고, 손상 거리가 10 mm 이상의 경우, 치료는 불가능하다고 알려져있다. 치료를 위한 현재까지의 노력은 두 가지로 요약할 수 있는데, 첫째, 뉴런의 세포 자살을 방지하면서 본질적 회복 능력에 대해 연구하는 방법, 둘째, 손상된 액손 끝의 부분적인 환경 조절로 회복을 유도하는 방법이 그것이다. 하지만, 이러한 연구는 임상-수술의 기관 영역에서 이루어지고 있으며, 조직 및 세포 수준에서 이루어진 것이 아니라 정밀의학이라 볼 수 없다. 이것은 현재 세포의 기능 및 운명을 결정하는 세포막 단백질을 선택적으로 표적화하고, 시·공간적-정량적으로 조절(spatiotemporal-quantitativecontrol) 할 수 있는 도구가 없었기때문인데, 이러한 도구는, 세포재생및 세포의 기능조절을 이용한 혁명적인 치료방법으로 개발될 수 있을 뿐만 아니라, 난제로 남아있던 다양한 단백질의 메커니즘을 규명할 수 있고, 화학-생명-의료기술을 도약시킬 수 있을 것이다.

서대하1.jpg

과제 목표

1) 세포막 단백질의 형태및 다량체 단계 (multimeric state) 등을 조절 할 수 있는 제어장치 및 소재를 개발하고, 이를 이용해 2) 세포막 단백질을 단일 분자(single molecule)수준에서 관찰하면서, 3) 수용체 신호 (e.g. EGFR)를 시-공간적, 정량적 조절함으로써 4) 단일 세포수준 (single cell level)의 신호 활성도를 측정, 조절하는 것을 목표로 한다.

과제 내용

표적 물질을 전달하거나, 다량체 단계 (multimeric state)를 조절가능한 나노탐침.리간드에의해 활성화되는 세포막단백질은 (allosteric effect) 소재의 정밀한 표면 화학의 조절을 통해 그 조절이 가능하다. 구체적으로는 ErbB의 단백질을 EGF 인자가 기능화된 나노소재를 이용해,그리고 그 표면의 입자가(價)조절을 통해, 활성화메커니즘 규명, 조절하고자 한다. 세포막 단백질의 시·공간적, 정량적 조절 및 단일 세포의기능 조절. 세포는 많은 종류의 세포막 단백질이 주변과 반응하면서 그 기능을 결정하고 역할을 담당한다. 그리고 이러한 자극은 복잡하게 얽혀있는 세포 신호들에의해 세포의 행동을 결정하게 되는데, 이 신호들은 시간적, 공간적, 정량적으로 조절된 자극과 신호들에 의해 다양한경우의 수를 만들어 낼 수 있다고 가정하는 것이 본 연구의 핵심이다. 다양한 나노-제어장치를 이용해서 다양한 세포막 단백질을 시간적·공간적, 정량적으로 조절하는것은 그러한 복잡한 세포신호들을 규명해내는 시작점이 될 수 있을 것이다. 이러한 시도 및 도구의 개발은 시스템생물학 (system biology) 및 합성생물학 (synthetic biology)이라 불리는 분야에서 획기적으로 분야를 선도하는 도구적 접근방법이 될 것이다. 이러한 점에서 본 UGRP 제안서는, 신경세포재생(neuroregeneration)이라는 장기적인 목표와 함께, 세포기능조절 (cellular function control) 이라는 목표를 내포하고 있다. Notch단백질 및 ErbB 단백질의 다량체 조절과 이들 신호의 시·공간적 정량적 조절은, 망가진 슈반세포의 “치료 세포”로의 분화기술에 기술이 될 수 있다.

참고자료

1. Sangwon Shin, Jisu Choe, Youngchan Park,Donghyun Jeong, Hyunjoon Song, Youngmin You, Daeha Seo*, Jaeheung Cho* “Artificial Control of Cell SignalingUsing a Photocleavable Co-balt(III)–Nitrosyl Complex " Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 131,10232

2. Youngchan Park, Sangwon Shin, HyeonggyuJin, Jiseong Park, Yeonki, Hong, Jaemin Choi, Byunghyuck Jung*, Hyunjoon Song*,Daeha Seo* “Single-Molecule Rotationfor EGFR Conformational Dynamics in Live Cells" J. Am. Chem. Soc. 2018, 140,15161

3. DaehaSeo, Kaden M. Southard, Ji-wook Kim, Hyunjung Lee, Justin Farlow, Jung-ukLee, David Litt, Thomas Haas, Jinwoo Cheon, A. Paul Alivisatos, Zev J. Gartner,Young-wook Jun “A Mechanogenetic Toolkit for Interrogating Cell Signaling inSpace and Time” Cell, 2016, 165, 1507.

희망학생