심장질환은 여러 다양한 원인으로 인하여 적절한 심장의 펌프기능인 원활하게 이루어 지지 않기 때문에 높은 사망률을 보이는 질환중의 하나이다. 심근비대(Cardiac Hypertrophy)는 이러한 심장질환을 일으키는 매우 초기의 자극으로 각각의 myocytes들이 늘어나면서 심장의 펌프기능이 증가되는 동시에 심실벽(ventricular well) tension이 감소하는 보상비대(compensated hypertrophy) 상태가 유지된다. 그러나 이러한 현상이 오래 지속 되면 심장기능에 무리를 주게 되고 결국, 심부전(Heart Failure), 부정맥(Arrhythmia) 및 갑작스런 심장 돌연사를 유발하게 된다. 본 연구에서는 기존 분자생물학적 방법의 접근법인 단일 유전자의 변화에 대한 질환연구 패턴과는 달리 심장질환을 유발하는 다양한 동물 및 세포주 모델에 대하여 질량분석기술 기반의 Shotgun proteomics 방법을 통하여 빠른 시간 내에 수천 개 이상의 단백질을 동정하여 이들의 발현양상을 분석하므로서 단백질 수준에서 다양한 단백질 변화 양상의 역동성을 시스템 생물학적인 방법으로 접근한다. 이는 질환 특이적 신규 표적 단백질을 발굴을 가능하게 하며 동시에 이들의 기능적 특성에 관한 정보를 제공할 수 있다.
이를 위해 기본적으로 질량분석 기술을 이용한 단백질의 동정 및 다양한 단백질 수식화현상(post-translation modification), 단백질-단백질간 상호 결합인자 발굴을 통하여 단백질의 다차원적인 변화현상을 이해할 수 있다. 현재까지는 심근비대 모델인 TAC(Transverse aortic constriction) 및 Junctate TG 마우스 모델을 대상으로 하여 단백질을 동정하고 이들의 상대적 발현 양상 및 인산화(phosphorylation) 변화 양상을 분석한 결과를 토대로 심근비대 유발에 관여하는 신규표적 단백질을 발굴하여 이들에 대한 기능적 특성 및 심근비대 관련성에 대한 연구를 진행 중이다.
신경 퇴화 질환은 나이가 들어감에 따라 발생하는 퇴행성 질환 중에서도 주로 신경과 관련된 뇌에서 발생하는 질환을 이야기하며 주요 증상과 침범되는 뇌부위를 고려해 구분할 수 있는데, 알츠하이머와 파킨슨병, 헌팅턴병, 다발성경화증, 루게릭병으로 알려진 근위축성 측삭 경화증 등이 있다. 이 중에서 알츠하이머는 가장 흔한 퇴행성 뇌질환으로 알려져있고 대개 만성적이고 진행성으로 나타나며, 점진적인 기억ㆍ판단ㆍ언어능력 등 지적 기능의 감퇴와 일상생활능력, 인격, 행동양상의 장애를 보인다. 파킨슨 질환은 알츠하이머 다음으로 발병률이 높은 질환인데, 이것 역시 만성적이고 진행성으로 나타난다.
운동성 장애뿐만 아니라 통증과 우울증, 치매 등을 동반한다. 이러한 질환들은 노화에 따른 신경퇴화뿐만 아니라 유전적ㆍ환경적 요인들로 인해 단백질이 응집돼 신경세포가 사멸해 야기되는 것으로 알려져 있지만 아직 정확한 원인은 밝혀지지 않고 있다. 현재 실험실에서는 알츠하이머 모델 마우스의 뇌로부터 추출된 단백질들을 질량분석기술을 이용하여 단백질의 발현양 변화와 단백실의 수식화의 하나인 인산화의 변화 정도를 분석하여 퇴행성 뇌질환의 원인 규명 및 치료를 위한 표적 단백질을 찾고자 하는 연구를 진행하고 있다.
인슐린 저항성은 말단 표적조직에서 인슐린에 대한 반응이 떨어지는 것을 의미하며 제 2형 당뇨병의 대표적인 특징이다. 특히 말단 표적조직 중 지방 조직은 대사 항상성 조절에 있어 중요한 역할을 하고 지방 세포에서 분비되는 여러 신호 물질이 다른 표적조직들의 인슐린 저항성을 촉진시키는 요인으로 알려져 있다. 지방세포에서의 인슐린 저항성은 glucose uptake의 저해와 lipolysis의 촉진을 유도하는 TNF-α가 중요 인자로 작용하고 있다고 알려져 있다. 본 실험실에서는 인슐린 저항성이 유도된 지방 세포 모델(TNF-α-induced insulin resistance in 3T3-L1 adipocytes)과 질량분석 기술을 이용하여 인슐린 저항성이 일어났을 때 단백질들의 상대적 발현 및 인산화(phosphorylation) 변화 양상을 분석한 결과를 토대로 인슐린 저항성과 관련이 깊은 단백질을 발굴하고 더 나아가 제 2형 당뇨병 동물 모델인 Zuker diabetic rat을 이용하여 TNF-α에 의해 유도된 인슐린 저항성과 제 2형 당뇨병과의 상관관계를 밝혀내는 연구를 진행 중이다.
인산화 단백질 시료들을 단시간 내에 소량의 시료를 이용해 재현성 있는 인산화 분석 및 동정 방법을 확립함으로써 여러 가지 생물학적 시료에서 단백질 인산화 위치를 동정하고 질병군과 정상군에서 인산화된 단백질을 동정하는 것을 일차적인 목표로 하고 있으며 더 나아가서는 두 시료간의 인산화된 단백질의 정량을 통해 발현 정도를 비교 분석하는 것을 방법을 구축하고자 한다.
단백질 인산화 현상에 의한 실질적인 기능적 조절을 이해하기 위해서는 특정 단백질에 대한 종합적인 인산화 분석이 필요하다. 본 실험실에서는 Transgelin2를 표적단백질로 정하고 질량분석을 통한 비표지 정량 방법을 통해 PKA / PKC 조건 하에서 Jurkat T cell에서 과발현된 Transgelin2의 인산화 양상 분석을 진행 중이다. 진행 중인 연구에서 PKA / PKC 조건에서 각각 특이적인 인산화 양상이 밝혀졌고 그 대부분이 actin-binding region으로 알려져 있는 도메인 내에 위치하였다.
Alzheimer's disease(AD)는 뇌조직에서 비정상적으로 신경세포의 퇴화 속도를 촉진하는 질환으로 전세계적으로는 2천만명 이상이 걸리는 것으로 추산되며 궁극적으로는 치매(dementia)를 유발하는 가장 중요한 원인으로 판단되고 있다. 고령화 사회 그리고 노인 인구의 급속적인 증가에 따라 AD의 조기 진단, 증상 완화 및 치료 방법들의 개발에 있어서 그 필요성이 매우 높다고 하겠다. 하지만 AD의 경우 질환 초기 단계에서는 특별한 자각 증상이나 임상징후가 없다는 문제점이 있기 때문에 최근에는 AD 특이적 표지/표적 단백질 발굴 연구와 뇌영상 촬영 기술을 이용한 표지인자 발굴 연구가 국내외적으로 활발히 진행되고 있다.
본 실험실에서는 신뢰성 있고 비침습성이고 시료를 쉽게 얻을 수 있으며 질병에 관련된 biomarker 후보군을 발견하기 위해 사용될 수 있는 시료인 혈장(plasma) 시료를 대상으로 Shotgun proteomics 기법을 이용한 비교 정량 분석으로 환자 시료별로 특이적인 혈장 단백질 발현 양상을 밝혀내는 연구를 진행 중이다. 다층적 비교 정량 분석을 통해 얻어진 AD 특이적 표적 단백질 후보군들의 경우 principle component analysis(PCA)와 같은 통계적 처리를 통해 환자군과 정상군간의 유의성을 측정하고 생물정보학적 분석 방법을 이용하여 질환과의 직/간접적인 연관성 여부를 확인함으로써 최종적으로AD 특이적 표적 단백질 후보군들을 확보할 계획이다. 특정 단백질 발현양의 비교 정량 분석과 더불어 가장 광범위하게 일어나는 수식화 현상이며 이미 여러 가지 질환 중 특히 암과 AD에서 직접적인 관련성이 증명되고 있는 단백질 인산화 현상의 비교 정량 분석을 진행 중이다.
