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Neural Development and Function Laboratory

RESEARCH

신경계 형성 및 다양성의 이해



고차원적인 사고와 기능을 수행하는 인간의 뇌에는 천억 개 이상의 신경세포가 존재한다. 각각의 신경 세포는 고유의 기능을 수행하기 위해 특화된 반면, 시냅스라는 신경간 연결회로를 통해 전체 신경계를 구성한다. 이러한 신경세포가 탄생하고 기능적 단위로 분화되는 과정은 출생 전 발생단계에 대부분 이루어진다.

신경발생 및 기능 연구실은 신경세포의 다양성 및 세분화, 기능적 분화 에 작용하는 전사인자 간 상호 작용 및 전사 메커니즘, 유전자의 발현조절을 분자생물학, 세포생물학, 생화학, 유전학적 분석기법을 적용하여 연구한다.

  • 뇌신경세포의 형성 및 이동기작연구
  • 운동신경 특화과정과 운동회로 형성의 이해
  • 뇌 손상과 반응성 신경교증연구
  • 줄기세포, 오가노이드 기반 인간 특이적 신경 발생 및 기능 연구

연구분야

  • 1 뇌신경세포의 형성 및 이동기작연구

    신경세포의 형성 및 이동 메커니즘을 밝히기 위한 연구를 궁극적으로는 인간에서 뇌의 주름을 형성하는 메커니즘을 발견하고, 대뇌 피질을 구성하는 신경세포의 이동 기전을 밝히는 것이 뇌발생과정에서 신경전구세포는 신경세포와 같은 다양한 세포들로 분화되며본 연구실은 이러한 과정에서 신경 발생 관련 인자의 역할에 집중하여 연구를 수행한다구체적으로 닭마우스 배아에서 신경 발생 관련인자들을 억제 또는 신경전구세포의 분화 기전을 연구한다종간비교분석을 통한 인간 뇌발달이해를 바탕으로 궁극적으로 인간 고유의 고차원적 사고와 근간을 규명하고자 한다대뇌피질은 수많은 신경세포들로 구성되어 있으며 이러한 신경세포들은 정확한 위치로 이동해야 한다본 연구실에서는 신경세포가 어떠한 기전을 통해 대뇌피질에서 정확한 위치로 이동되는지 연구하며특히 자궁내 전기청공법과 같은 특수한 실험 기법을 통해 신경세포의 이동에 미치는 분자기전을 밝히기 위해 다양한 분자들을 타겟하고 있다<span style="color: black; font-family:;" 맑은="" 12pt;="" "맑은="" 고딕";="" arial;="" minor-fareast;="" 1;="" 12.0pt;="" solid;="" text1;="" black;="" 100.0%;"="" en-us;="">.

  1. 2 운동신경 특화과정과 운동회로 형성의 이해

    Neuronal migration and axon guidance

    신경세포는 신경줄기세포로 부터 분화되어 자신의 고유한 위치로 이동(neuronal migration)하여 축삭(axon)과 수상돌기(dendrite)를 뻗음으로(axon guidance) 신경연접(synapse)를 형성하고 고유의 신호전달 체계를 구축한다. 세포의 이동과 축삭의 성장에는 많은 guidance molecules이 존재하며, 각각의 신호는 이동과 정지, 방향성을 조절함으로 neural network을 형성을 유도한다. 축삭의 이동과 신경연접의 형성의 연구는 신경망 형성과정의 원리를 이해하고 신경 재생 유도 연구에 중요한 토대가 될 것이다.

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    • 대뇌 신경세포의 이동 및 신경 네트워크 형성 연구
    • 대뇌 피질의 각층을 구성하는 신경세포는 순차적으로 형성되어 inside-out pattern에 의한 고유의 위치로 이동한다. 이러한 과정의 조절신호로 Reelin, CDK5, Cadherin signaling 등에 대해 연구한다.
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    발생과정 중 대뇌의 신경세포는 생성된 순서에 따라 아래에서 위로 layer를 형성하며 이동한다. 자궁 내 전기천공법을 통한 쥐의 배아 대뇌에 GFP 유전자를 발현하게 되면 발현시기에 따른 신경세포의 위치를 추적할 수 있다.

    • 운동신경의 축삭 이동 및 운동-감각신경 회로망 연결 연구
    • 운동신경은 척수에 존재하는 세포체로부터 축삭을 뻗어 고유의 목표 근육으로 신경회로망을 연결한다. 이러한 과정의 조절신호로 lsl1, Syncam, signaling 등에 대해 연구한다.
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    sub03_img20 발생과정 중 운동신경 및 감각신경은 목표 조직을 향해 축삭을 발달시킨다. 운동신경 특이적 형광마우스를 활용하여 운동신경을 표지하고 (녹색) neurofilament 항체염색 (빨간색)을 통해 감각신경을 추적할 수 있다.
  2. 3 뇌 손상과 반응성 신경교증연구

    Reactive Gliosis and Brain Injury

    신경교세포는 중추신경계의 조직을 지지하는 세포로 뇌와 척수의 내부에서 신경세포에 필요한 물질을 공급하고 신경세포의 활동에 적합한 화학적 환경을 조성한다. 특히 성상교세포(astrocyte)는 시냅스의 기능 조절 및 항상성 유지에 작용할 뿐 아니라, 뇌손상 및 감염 등 병적 상황에서 비정상적인 증식현상(reactive gliosis)과 흉터조직(Glial scar)을 형성하여 신경질환을 조절한다. 따라서 gliar scar의 형성과정에 대한 이해는 신경질환의 완화 및 신경재생시도에 기여할 것이다.

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    • FGF signaling에 의한 신경교세포 형성 및 분화 연구
    • FGF signaling에 의한 성상교세포의 성숙 및 기능 연구
    • FGF signaling에 의한 신경교세포의 질환 연구
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    FGF signaling에 의한 성상교세포 상처회복 모습
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    GFP 바이러스로 표지된 마우스 대뇌 성상세포의 모습. FGF 수용체 활성을 중가한 결과 비정상적 증식 양상을 보인다.
  3. 4 줄기세포, 오가노이드 기반 인간 특이적 신경 발생 및 기능 연구

    Neuron-specific Gene Transcription Controlled by Enhancers

    신경 전구체(neural progenitor)는 다양한 조합의 전사인자로부터 서로 다른 종류의 신경세포를 생성함으로 신경세포의 특화(specification) 및 분화(differentiation)를 조절한다. 특히, 전사 촉진 DNA (Enhancer)는 인접한 유전자의 전사를 촉진하는 DNA의 조절 영역으로, 유전자의 발현시기나 조직 특이성을 결정하거나 자극에 의한 유도 등에 관여하며, 이러한 전사 촉진 DNA와 다양한 조합의 전사인자를 통해서 신경 전구세포는 더욱 세밀하고 정확한 신경세포 형성을 유도할 수 있다.

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