유전과 발생 연구실

우리 연구실은 분자유전학적 연구기법을 사용하여 실험동물 Caenorhabditis elegans(선충의 일종)를 재료로 텔로미어, 행동, 신경계의 발생과 진화 등에 대한 다양한 연구를 수행하고 있습니다. C. elegans는 흙에서 쉽게 찾을 수 있는 선충의 하나로 크기가 약 1mm에 불과한 비교적 간단한 형태를 가진 다세포 동물입니다. C. elegans를 실험동물로 이용하는 이유는 여러가지가 있는데, 실험실에서 쉽게 배양할 수 있다는 점, 얼려서 보관해 둘 수 있다는 점, 발생의 단계가 비교적 단순할 뿐 아니라 수정란에서 성체에 이르기까지의 세포분열 양상이 각 개체마다 동일하고 그 과정을 현미경에서 모두 관찰할 수 있다는 점, 그리고 유전학적 연구가 용이하다는 점 등을 들 수 있습니다. 특히 매력적인 점은 이 하등해 보이는 선충에서 기능하고 있는 많은 유전자들이 고등동물(사람을 포함해서)에서도 비슷하게 존재하므로 쉽게 실험적으로 접근이 가능한 선충에서 이들 유전자의 기능을 연구하여 고등동물로의 유추 및 확장이 가능하다는 점입니다. 최근에는 선충에서 얻은 연구 결과가 포유류 (생쥐 배아줄기세포)에서도 유사하게 작동한다는 사실을 발견하고 줄기세포주를 활용한 연구도 하고 있습니다. 또한 우리나라에 있는 다양한 새로운 꼬마선충을 발굴하고 그 중에서 새로운 유전학 모델을 확립하려는 시도도 하고 있습니다. 개체가 환경에 적응하여 행동적 변화를 나타내는 현상은 생물학적으로 중요한 연구 대상입니다. 예쁜꼬마선충이 열악한 환경에 적응하여 대체적으로 발생하는 다우어 유충은 닉테이션(nictation)이라는 특징적인 행동 패턴을 나타냅니다. 2차원 평면을 기어다니기만 하는 비-다우어와 달리 다우어는 몸을 세워 춤을 추듯 흔드는 행동을 보이며, 이 행동은 다른 큰 벌레 등에 부착하여 새로운 서석처를 찾아가는 편승 행동으로 알려졌습니다. 본 연구실에는 닉테이션 행동에 대한 정량적 분석 방법을 수립하였고, 다음과 같은 연구들을 수행하고 있습니다. 다우어만 할 수 있는 닉테이션 행동은 다우어의 어떤 특징 때문일까요? 다양한 이유가 있겠지만 하드웨어, 즉 신경회로 자체가 발생과정에서의 유연성을 발휘했을 가능성이 충분히 있어 보입니다. 참고로 예쁜꼬마선충의 성체의 신경계 연결망 전체 커넥톰은 1980년대에 이미 밝혀져 있습니다. 본 연구실에서는 다우어의 커넥톰을 온전하게 밝혀서 성체의 커넥톰과 비교하는 연구를 하고 있습니다. 수많은 시행착오 끝에 연속절편 전자현미경 사진들을 확보하였고, 시냅스 분석을 진행하고 있습니다. 이 과정에서 AI의 도움도 청하고 있습니다. 다우어는 커넥톰 뿐 아니라 다양한 구조적 생리적 차이를 나타냅니다. 일반적인 성체는 길어야 3주 정도 사는데 다우어는 6개월까지 아무것도 먹지 않고 견딜 수 있습니다. 이런 변화 중에서 본 연구실에서는 다우어 분화 초기에 작동하는 유전자와 다우어 신경 특성의 변화에 주목하여 연구하고 있습니다.