세미나 Q&A 전공 관련

1) 조익훈 교수 서울 시립대 생명과학과: neutral competition에서 승자가 되는 stem cell은 초기에 같은 색으로 라벨링된 된 수가 많은 stem cell인가요?

 

구본경 박사: 되게 중요한 질문이 신데요. 초기 단계에서 bias가 있으면 절대로 안되겠죠. 그래서 labelling을 하고서 Day 2에 관찰을 해보면 Red dominance가 보이지 않아요. 처음 시작은 되게 중립적으로 시작하고 점점 점령해나가는 것은 biastic competition을 하는 것이다. 처음에는 bias가 없다는 것입니다.

 

 

2) 조익훈 교수: mutant된 stem cell이 올라가면서 crypt 윗 부분에서 다른 정상 줄기세포를 점령하는 일이 일어날 수 있는지?

 

구본경 박사: 이에 대한 직접적인 실험 데이터는 없지만, 알려진 바로는 crypt가 구획이 되어있어서 말씀하신것처럼 영향을주는 일은 없을 것으로 생각합니다만 더 연구가 필요한 부분이라고 생각됩니다. 위 crypt 부분에서는 상처가 생기거나 염증이일어나는 상황에서 더 잘 일어날 것이라 생각되지만 연구가 필요합니다.

 

 

3) 최용준 박사: 대장암의 경우, KRAS PI3K mutation에 앞서 APC mutation이 함께 있는 경우가 많은데, 차이가 있을 수 있을까요?

 

구본경 박사: APC mutation 완전히 없어지면 용종이 나오는 관찰되는 경우라 좋은 돌연변이라가 생각한다. 바로 보이고 제거가 되기 때문이다. 반면 KRAS PI3K 돌연변이가 일어나면 상피세포가 색이 달라지고 살짝 커질 수는 있지만 거의 정상과 차이가 없을 것이다. 원래 알려진 apc mutation으로부터 시작한다는 모델은 잘 보이기 때문에 이를 best sampling으로 사용하고 있지 않나하는 생각을 가지고 있습니다.

 

 

4) 최장현 광주과학기술원: crypt fusion, fission이 일어나는 것이 정상 intestine과 암화된 intestine 모두에서 일어나는 현상인지 아니면 암화된 intestine에서만 일어나는 현상이고 fusion, fission이 villus 구조 변형에도 영향을 주고 암화에 더 영향을 미치는지 궁금합니다.

 

구본경 박사: 자세하게 보지않았지만 앞으로 연구를 했으면 좋겠다고 생각하는 부분입니다. 하지만 fusion, fission은 정상intestine에서도 관찰이 됩니다. 이미 휴거스나이티?가 발표를 했다. 이 실험에 착안해서 연구를 진행하였고 암화된 조직에서더 활성화된 현상임을 관찰하였다.

 

 

5) 우현구 교수 아주의대 : mutation된 stem cell이 주변 세포와 상호작용하는 것을 보여주실때, cell마다 location 정보를 어떻게 얻으셨는지에 대한 정보에 대한 설명해 주셨으면 좋겠고, 면역시스템이 없는지, 아니면 중요한 역할을 할 것 같은데 이부분은 어떻게 생각하시는지…궁금합니다.

 

구본경 박사: 면역세포도 RNA sequencing을 했는데 STC2세포처럼 transcriptome이 유의미하게 바뀌는 것을 관찰하지 못해서 면역세포의 영향이 있을 수는 있지만 크지는 않을 것이라고 통계학적으로 결론을 내렸습니다. 

앞서 주신 질문에서대해서는 모자이크하게 라벨링하는데, Red cell, yellow cell 간의 거리가 있습니다. 거리가 떨어지면 영향을 볼 수 없을텐데 어떻게 실험을 하셨는지에 대한 질문이신 것 같습니다. 그래서 리니스트레이싱을 할 때 가능한 타목시펜 용량을 낮춰서 모자이크하게 실험을 했고 single cell RNA seq을 할 때는 타목시펜 용량을 아주 높여서 거의 모든 장세포에서재조합이 일어나고 모든 노란세포 주변에 빨간 세포가 존재하게 되는cloud형태를 볼 수 있게 됩니다. Single cell RNA seq을할 때 노란 세포에 대한 Red cell의 영향을 그 세포만 살펴서 관찰하였습니다.

 

 

7)  정태근 KAIST: Fission과 fusion이 일어나는 과정을 생각해보면, 자연스레 crypt epithelial cell들의 niche 내 위치나 niche를 구성하는 cell들의 구성 또한 바뀔 것이라 생각합니다. 이러한 맥락에서, fission, fusion 현상 자체가 이 현상을 겪고 있는stem cell들 간의 cell competition에 영향을 줄 수 있을까요?

 

구본경 박사: fusion이 일어나는 상황에서는 중립경쟁에서 어떤 식으로든 영향을 줄 수 있습니다. 정상세포만 있을 때 여전히 중립경쟁을 하고 있다고 생각하면 좋을 것 같습니다. Crypt가 평상시에 정상세포가 중립경쟁을 하는 기간은 매우 길고fission, fusion 현상이 일어나는 것은 전체 crypt 중 아주 일부만 보여주고 있고 사이클이 길어서 아주 가끔 일어나는 현상이라고 보면 됩니다.

 

 

8) 백도현 박사 Stanford: 발표 잘 들었습니다. 평소에 gut stem cell분야에서 궁금했던 것이 트랜셋 앰플르파잉,,, 다룬 세포중에 TA cell도 보시나요?

 

구본경 박사: 줄기세포의 승자가 정해지면 TA cell도 따라온다고 생각을 하고 수학적 모모델링할 때 평명화된 모델로 단순하게 생각하고 있습니다. 저절로 따라온다고 생각하시면 좋을 것 같습니다.

 

 

9) 권혜련 서울시립대 생명과학부: 본 세미나와는 어긋날 수 있는 질문이나, organoid연구가 향후 장기이식, 혹은 인공장기 개발에 어떤 기여를 할 수 있을 지에 대해 알고 싶습니다. 

구본경 박사: 오가노이드를 생각하시면 먼 미래를 생각하시는 것 같아요. 그래서 이런 질문이 나오는 것 같은데, 장기이식이나 인공장기 개발에 기여를 할 것이지만 빠른 시간 내에 개발할 것이라고는 생각하지 않습니다. IPES 쪽에서도 세포 치료를 위해 오가노이드가 활용될 것으로 10년 안에 충분히 가능하다고 생각합니다. 이미 세포 치료가 이루어 지고 있기 때문에 그렇습니다. 그리고 오가노이드 연구를 미래 지향적인 연구로 보시지만, 현재 활용가치가 매우 높습니다. 예를 들어, 암 오가노이드 같은 경우, 암세포가 전체 암세포 종류 중에 10프로만 나타낼 수 있습니다. 암환자 샘플을 키워보면 10퍼센트도 암세포화되지 않습니다. 암세포화되는 세포는 굉장히 지독한 암세포이고, 나머지 치료할 수 있는 90퍼 암은 dish에서 자라지 않습니다. 오가노이드 기법을 활용하시면, 이런 암세포를 capture efficiency가 80-90퍼세트 정도까지 올라옵니다. 그 이야기는 그동안 배양하지 못했던 여러 암들을 연구할 수 있는 시대가 열린 것으로 볼 수 있습니다. 그래서 FAMA에서 이전에 암 치료제로 개발되었던약물을 다시 오가노이드를 활용해서 떨어뜨려보고 확인해보는 그런 연구도 진행되고 있습니다. 질병 질환의 모델로 오가노이드가 활용되어 연구자들에게 좋은 모델로 사용할 수 있는 기술로 받아들이면 좋을 것 같습니다.

백도현 박사 Stanford: 저도 조금 더 덧붙이자면, 스탠포드나 저희 연구실에서도 IPS에서 만들고 있는 카리앱? 오가노이드나 엔지니어 핫티슈를 우선 in vitro 모델로 사용하고 있고, 인공장기나 장기이식쪽으로 더 발전하려면 address해야 될 부분이몇가지 있는데 이를 조금 설명하자면, 오가노이드가 오간처럼 비슷하게 작용해야하는데 이를 충족하기 위한 조건 중 하나가cell type인데, 현재는 이러한 cell 다양성을 충족하지못하고 있는 것이 문제입니다. 그래서 심장으로 말씀드리면 심근세포뿐아니라 혈관, fibroblast 등 다양한 세포들이 실제 장기와 최대한 비슷하게 만드는 것이 부족하고 두번째로, invivo의 조직의 구조부분에서 많이 동 떨어져있고, 마지막으로 오가노이드를 만들어도 장기적으로 배양하는 것이 취약한데 수개월동안 성숙한 조직들을 지속가능하게 배양할 수 있도록 기술력도 받침이 되어야한다. 가장 큰 도전 과제라고 생각하시면 될 것 같습니다. 

 

 

10) 이정우 연구원 서울대학교: 암 종류에 따른 niche 차이는 어떻게 연구하는지 궁금합니다.

 

구본경 박사: 여러 다른 조직에서 있을 수 있는 니체의 차이라고 해석해보면, 어떠한 세포에서도 활성화가 됩니다. 어떤 암에관심이 있으신지에 따라 pre cancer 암 연구에 잘 쓸 수 있는 모델이라고 생각합니다. 로사 26세포 기반으로 만들어졌기 때문에 다 활성화됩니다. 폐나 간암에서도 어떤 세포 영향을 받았는지 연구가능할 것입니다. 유방암, 전립선암 등에 대해서도 좋은모델로 나타날것이다. 

 

 

11) 김경아 연대 의대 종양내과: Single cell RNA seq을 위한 sample QC(quality control) 조건이 어떻게 되는지 궁금합니다.

 

백도현 박사: 굉장히 중요한 질문이고요, 얻은 데이터 보고자하는 조직, 샘플에 따라서 조건이 달라지기 때문에 유의해주시기바랍니다. 대표적인 예를 들자면, 저희 같은 경우에는 심장을 single cell seq을 하는데, 대부분의 다른 세포들은 미토콘드리아퍼센트가 1-5%정도일 수 있지만, 심근세포 같은 경우에는 세포의 특성상 수치가 높다. 그래서 많은 경우는 10-15% 정도 나타나게 됩니다. 그렇기 때문에 미토콘드리아 퍼센티지의 기준치를 높여서 그 세포들을 전부다 QC에 포함을 해야하는 경우도 많이 있습니다. 그리고 또 단순히 UMI count(represent the absolute number of observed transcripts (per gene, cell or sample).)의 퍼센트나 cell마다 잡혀져있는 gene에 따라서도 single cell seq을 했을때 doublet을 하지않았는지, 한마디로두 세포가 붙어서 하나인 것 처럼 잡히지 않았는지 이런 점도 유의를 해서 QC를 한다음에 분석을 하는 것이 중요하다고 생각합니다.

 

#Quality Control

Cell Capture 단계 QC

Droplet 하나에 정확히 한 개의 세포가 들어있는지 확인하는 과정이다.

시퀀싱 단계 QC

통상적인 RNA Sequencing 과정의 QC (총 리드 숫자, 리드 길이 등) 및 Single Cell RNA Sequencing 특이적인 QC (미토콘드리아 RNA의 비율, 발현 유전자 수 등) 를 포함한다.

 

 

 

12) 최용진 박사 대웅제약: 줄기세포를 활용한 오가노이드 모델을 통해 사업화하는데 있어서 가능한 분야를 추천해주신다면 어디가 있을까요? 탈모 같은 분야가 신속히 접근하는데 장점이 있을까요?

 

구본경 박사: 오가노이드 모델은 IPS 기반 모델을 말씀해주신 것 같고, 최근에 ips를 기반으로 해서 머리카락를 만들 수 있는오가노이드 모델을 만들었다고 들었습니다. Hair 에 대한 질병모델은 어느정도까지 개발되었는지 모르겠습니다. 하지만 사업모델로 이용할 때도 결국에는 질병모델이 중요하다고 생각합니다. 기존의 암세포주나 다른 것으로 모델링할 수 없는 질병모델로 만든 후에 이를 치료할 수 있는 약물을 screening을 할 수 있을까하는 것을 생각한다면 도움이 되실 것입니다. 유전병 중에cystic fibrosis라는 질병이 있는데, 이를 치료하기 위해 이제 몇 가지 약이 나왔습니다. 약 개발이 어려웠던 이유가 screening을 하기가 너무 어려웠기 때문인데, 오가노이드가 나오면서 쉽게 시각적으로 나타낼 수 있었습니다. 약물을 오가노이드를 처리해서 분석법으로 활용하고 있습니다. 오가노이드를 통해 질병모델을 만든다면 임상 전 단계에서 활용가능한 포텐셜을 가지고있다는 것을 알고 계시면 좋을 것 같습니다. 

 

 

13) 이다해 성균관대: crypt에서 fusion, fuission이 일어나야하는 생리학적인 이유가 있는지 궁금합니다.

 

구본경 박사: 핵심적인 생각인 것 같습니다. 굳이 intercrypt 경쟁이나 intracrypt 경쟁이 왜 있는지에 대해 궁금해 하시는 분들이 계십니다. 이를 역으로 생각해야 한다. 줄기세포가 노화도 일어납니다. 이를 노화된 세포를 제거하는 메커니즘이라고 보면될 것 같습니다. 이에서 오는 암이 발생할 수 있는 안 좋은 점이 있습니다. 생물은 균형이 중요한데, 이를 위한 치료 방식이 진행되면 앞으로 질병에 대해 잘 치료할 수 있을 것입니다.  

 

편집

학술2팀: 고려대학교 이원석/성균관대학교 이다해

학술 3팀: 성균관대학교 박사과정 홍요환/성균관대학교 석박통합과정 오지은/숙명여자대학교 박사과정주현정

감수 예정: 구본경 박사, 우현구 교수, 백도현 박사