[학과 연구성과 취재] 김효민 박사과정 학생

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<김효민 박사과정 학생>

이번 달에는 올해 2월 Aging Cell에 ‘Glycation-mediated Tissue-level Remodeling of Brain Meningeal Membrane by Aging’라는 제목으로 논문을 게재하신 김효민 박사과정 학생을 취재하였습니다. 현재 졸업 심사를 마치고, 올해 8월 박사과정 졸업을 앞두고 계십니다.

Q. 안녕하세요, 이달의 학과 연구 성과 취재 인터뷰에 응해주셔서 진심으로 감사드립니다. 간단한 본인 소개와 인사말씀 부탁드립니다.

A. 안녕하세요, 김필남 교수님 연구실인 생체미세환경 연구실에서 박사과정에 재학 중인 김효민입니다. 저는 카이스트 바이오및뇌공학과 11학번으로 입학하여 학사와 석사과정을 거쳐 이번에 박사과정을 졸업하게 되었습니다.

Q. 올해 2월 Aging Cell에 ‘Glycation-mediated Tissue-level Remodeling of Brain Meningeal Membrane by Aging’ 논문을 게재하셨는데, 해당 논문에 대해 간략하게 설명을 부탁드립니다.

A. 네, 본 연구는 노화로 인해 뇌를 감싸고 있는 뇌막(meningeal membrane)에 당 분자가 쌓이게 되면서 그로 인해 뇌막의 형태와 뇌막 세포의 기질 리모델링 기능이 어떻게 변화하는지를 확인한 연구입니다. 뇌막은 혈액-뇌 장벽(blood-brain barrier, BBB)과 같은 다른 뇌 방어벽에 비해 상대적으로 알려진 바가 많지 않았는데, 그나마 알려져 있던 것은 뇌막의 구조가 주로 조직의 형태를 유지시켜 주는 1형 콜라겐으로 이루어져 있다는 것이었습니다. 기존 연구들은 1형 콜라겐이 당화 반응(glycation)의 주된 표적이 되며, 노화가 진행됨에 따라 콜라겐의 당화 반응이 더욱 누적되면서 콜라겐의 구조와 기능이 완전히 변할 수 있다는 것을 보여줘 왔습니다. 이를 바탕으로, 저는 해당 연구를 통해 뇌막 내에 존재하는 콜라겐 역시 당 분자와의 자발적 상호작용으로 최종당화산물(advanced glycation end-products, AGEs)을 생성한다는 것을 확인하였고, 이러한 최종당화산물이 뇌막 세포의 세포-기질 수용체 발현과 세포를 둘러싼 기질 성분을 변화시킴으로써 노화로 인한 뇌막 물질 투과율 감소에 영향을 주는 것을 처음으로 밝혀내었습니다.

Q. 이어, 해당 연구를 시작하게 된 계기가 있다면, 무엇인지 여쭤봐도 될까요?

A. 저희 연구실은 주로 체외(in vitro)에서 세포외기질(extracellular matrix, ECM)로 이루어진 다양한 생리적/병리적 생체내(in vivo) 미세환경을 모사하고, 이들의 기계물리적/생화학적 기능과 역할에 대한 연구를 진행하는 곳입니다. 그 중에서도 저는 특히 뇌의 세포외기질 변화와 조직-외부 간 인터페이스 막에 관심이 있어 이와 관련한 연구 주제를 고민하고 있었는데, 때마침 젊은 쥐에 비해 노령의 쥐 뇌막에서 상대적으로 많은 양의 최종당화산물이 형성되어 있는 것을 관찰하게 되었습니다. 이를 계기로, 노령의 쥐 뇌막에서 최종당화산물의 축적으로 인해 어떠한 변화가 일어나는지 궁금증을 가지게 되었고, 이를 구체적으로 확인해보고자 본격적으로 연구를 시작하게 되었습니다.

Q. 논문 내용을 살펴보면, 뇌의 노화와 관련하여 콜라겐의 당화-매개 변화에 따른 뇌수막(brain meningeal membrane)에서의 구조적/기능적 변화에 대한 새로운 발견들을 보고해 주신 것으로 보입니다. 다른 조직에서도 이와 같이 노화와 관련하여 콜라겐의 당화로 인한 변화들이 있을 것으로 생각되는데, 다른 조직들과 뇌수막에서의 이러한 변화들에 공통점과 차이점이 있다면 무엇인지 궁금합니다.

A. 생체 조직 내에 존재하는 대표적인 인터페이스 막으로는 피부와 각막이 있습니다. 그리고 이러한 피부와 각막 역시 노화로 인해 많은 변화가 일어나며, 대부분이 1형 콜라겐으로 구성되어 있기도 합니다. 그러다 보니, 뇌막과 유사하게 노화가 진행됨에 따라 최종당화산물이 축적되면서 콜라겐의 감소와 주변 세포의 기능이 변화한다는 것은 이전의 연구들에 의해 잘 알려져 있습니다. 다만, 이들은 뇌막과 다르게 조직 외부에 직접적으로 노출되어 있고, 이에 따라 신체 바깥 환경과 맞닿는 부분들은 오랫동안 건조한 환경이나 자외선에도 영향을 받게 되면서 많은 요인들이 복합적으로 작용하여 결과적으로 뇌막과는 다른 변화를 유도하게 됩니다. 한편, 뇌막의 경우 뇌척수액에 존재하는 당 분자에 대한 지속적인 노출이 가장 주요한 노화 요인으로 작용하기 때문에 당화로 인한 영향이 매우 두드러지게 나타나며, 따라서 당화에 의한 노화 과정을 보다 집중적으로 관찰할 수 있는 막이라고 말씀드릴 수 있을 것 같습니다.

Q. 연구 내용과 관심 분야를 모두 고려해보았을 때, aging / brain model에 많은 흥미를 가지고 계신 것으로 보입니다. 이에 관심을 가지게 되신 특별한 이유가 있으신지 궁금합니다.

A. 중학교 때 할머니께서 파킨슨병 진단을 받으신 적이 있습니다. 그 일을 계기로 뇌질환에 대해 많은 관심을 가지게 되었고, 그 관심이 뇌과학까지 이어지면서 결과적으로 관련된 공부를 할 수 있는 카이스트 바이오및뇌공학과에 진학하게 되었습니다. 뇌는 다른 생체내 기관에 비해 많이 알려져 있지 않을 뿐 아니라, 생체 조직을 직접 얻기도 어려워 공부할 때마다 새로운 연구 사실들이 쏟아져 나오는 것이 상당히 흥미로웠습니다. 돌이켜보면, 학부에서 다양한 접근 방식으로 뇌에 대한 지식을 접했던 경험도 제 호기심을 끊임없이 자극해준 큰 계기가 되어준 것 같습니다. 사실 뇌에 대한 관심이 꼭 노화에 국한된 것은 아니었지만, 현대 사회가 고령화 사회로 접어든 만큼 노화에 따른 뇌질환에 관심이 높아지게 되면서 자연스럽게 노화에 관한 연구를 수행하게 되지 않았나 싶습니다.

Q. 본 연구를 진행하시는 과정에서 어떠한 부분이 가장 어렵고 힘드셨나요? 나아가 이를 어떻게 해결하셨나요?

A. 저희 연구실은 체외 실험을 위주로 연구를 수행하는 곳이다 보니, 쥐와 같은 동물 실험을 진행하는 것에 대한 어려움이 있는 편이었습니다. 또한, 연구실 내에서 뇌에 대한 연구와 관심을 가진 동료들이 많지 않았기에, 비슷한 연구 주제와 분야에 대해 활발한 토론과 논의를 하는 것에도 다소 아쉬움이 있었습니다. 하지만, 다행히도 이러한 부분은 동물 실험을 중점적으로 수행하는 연구실과의 공동연구를 통해 대부분 해결할 수 있었습니다. 서로 부족한 부분을 메꿔주면서 같이 연구를 발전시키는데 큰 도움을 주었던 공동연구자 덕분에 보다 깊이 있는 연구를 재미있게 지속할 수 있었던 것 같습니다.

Q. 이번 연구 결과가 어떤 의미와 의의를 가지는지, 더불어 어떠한 긍정적인 파급 효과를 기대해볼 수 있을지 궁금합니다.

A. 다른 뇌 방어벽이나 조직들에 비해 큰 주목을 받지 못했던 뇌막에서 당화 과정을 기반으로 한 노화로 콜라겐 성분 변화가 일어난다는 것을 확인해 그 중요성이 처음 관철이 됐다는 것이 큰 의의를 갖는다고 생각합니다.

Q. 현재는 어떠한 연구를 진행하고 계시는지 소개를 부탁드려도 될까요?

A. 뇌질환과 관련하여 조금 더 시스템적으로 뇌 조직 안쪽에서 단백질 분포의 변화가 존재하는지에 대해 접근해보고자 합니다. 최근 유전체 분석 기술(RNA sequencing 등)과 더불어 단백체 분석 기법(mass spectrometry 등)을 통해 뇌질환에 따른 뇌의 부위별 단백질 분포 차이에 대한 연구가 많이 진행되고 있기에, 현재는 기존 데이터들을 이용하여 어떠한 분석을 진행해 볼 수 있을지 공부하고 있는 중입니다.

Q. 앞으로 더 연구해보고 싶으신 게 있으시다면, 어떤 것이 있을까요?

A. 환자별로 유전체 정보 뿐만 아니라 생체 내 발현하는 단백질의 종류와 양 역시 차이가 존재할 텐데, 이에 따라 단백체 정보 또한 개인화하여 그에 따른 약물 효과나 잠재적인 기능 변화에 대해 예측할 수 있는 연구를 수행해보고 싶습니다.

Q. 마지막으로 이 글을 보고 있을 후배들에게 해주실 말씀이 있으신다면?

A. 본인이 좋아하는 것, 하고 싶은 것, 또 잘 할 수 있는 것이 무엇인지 분명하게 확인하고 알아갈 수 있는 대학원 생활이 되셨으면 좋겠습니다. 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.

오랜 시간 인터뷰에 응해주신 김효민 박사과정 학생분께 다시 한번 진심으로 감사드립니다.

참고 문헌: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/acel.13805

기사 작성: 용인성 (aassyt76@kaist.ac.kr)