[연구실 소개]

함춘인사이드에서는 의과대학에서 활발히 연구를 수행하고 있는 여러 실험실을 소개합니다. 이 코너를 통하여 의과대학의 연구 역량과 그 다양함에 대하여 소개 해 드리고 공동연구의 장을 열어 드리려고 합니다.
여덟 번째 순서로는 생리학교실의 김상정, 이용석 교수님의 연구실을 함께 소개 해 드립니다.

김상정 교수 sangjkim@snu.ac.kr
이용석 교수 yongseok7@gmail.com

신경생리학 연구실은 서울대학교 의과대학 생리학교실 및 대학원 의과학과에 소속되어 있습니다. 실험실은 연구관 7층에 위치하고 있으며 현재 김상정, 이용석 교수와 박사후 연구원 외 17 명의 대학원생으로 구성되어 있습니다.
우리 연구실은 김전 교수님(현 명예교수님)과 김상정 교수님 두 분이 이끌어 오시다가, 김전 교수님께서 은퇴하시고, 2016년 이용석 교수님이 중앙대학교에서 서울의대로 옮겨오면서 현재 김상정, 이용석 두 분 교수님의 지도하에 랩이 운영되는 체제가 확립되었습니다. 두 명의 교수님 모두 신경계 가소성의 기전을 중심으로 정상과 비정상 뇌기능(뇌질환)을 이해하는 연구를 진행하고 있습니다. 김상정 교수님은 주로 소뇌를 중심으로 한 신경계 네트워크를, 이용석교수님은 해마를 중심으로 한 신경계 네트워크를 연구해 왔는데, 이제 두 교수님이 지도학생들과 함께 시너지를 이루어 전체 뇌 네트워크를 이해하려고 연구에 매진하는 중입니다.
본 연구실은 whole cell patch clamp와 같은 전통적인 전기생리학 실험 기법을 중심으로 하면서, two photon 현미경이나 초소형 형광현미경을 이용한 다양한 형태의 in vivo imaging 기술, 행동분석, viral vector, RNA-seq과 같은 다양한 실험 기법을 사용하고 있으며, 현재 연구실에서 진행 중인 주요 연구 주제들은 아래와 같습니다.

기억 네트워크 연구

학습과 기억은 동물의 생존 및 정체성 유지를 위해 필수적인 기능입니다. 최근 다양한 실험 기법의 개발에 의해 기억 연구는 새로운 변화의 시기를 맞고 있습니다. 기존에는 기억이 종류에 따라 특정 뇌 부위에서 형성되고 저장된다고 생각하고 있었습니다. 하지만, 최근의 연구 결과들은 모든 기억은 뇌 전체가 네트워크로 작동하며 형성, 저장되는 것임을 제시하고 있습니다. 또한, 전통적인 기억 기전 연구는 뉴런과 뉴런의 연결인 시냅스에서 일어나는 가소성이 기억 형성, 저장의 핵심 기전임을 제시하였지만, 최근 연구들은 시냅스 가소성뿐, 아니라 다양한 형태의 가소성이 기억 형성 및 저장에 중요한 역할을 함을 밝혀내고 있습니다.
본 연구실에서는 최근 학습에 따라 변화하는 뉴런 흥분성의 가소성이 소뇌의 운동기억 저장에 매우 중요한 역할을 함을 밝혀내었습니다. 또한 기존에 편도체와 같은 전뇌의 구조가 중추적 역할을 한다고 알려진 감정기억 또한 소뇌를 포함하는 전체 뇌 수준의 네트워크가 중요함을 밝혀내고 있습니다. 이러한 연구에는 전기생리학, 광유전학, 행동분석 등이 사용되고 있습니다.

세포 타입 별 기억 관련 신호전달 경로 규명 연구

뇌에는 우주의 별 만큼이나 많은 수의 세포들이 존재하는 것으로 알려져 있습니다. 절대적인 수만 많은 것이 아니라 그 종류도 다양한 것으로 알려지고 있습니다. 기존의 신경계 신호전달 연구는 대체로 세포의 다양성을 무시하고 진행되어 왔습니다. 우리 연구실에서는 학습과 기억에 중요한 역할을 하는 신호전달 경로들이 흥분성, 억제성 뉴런 등 대표적인 세포 타입들 각각의 세포에서 어떻게 다르게 구성되어 있는지, 각 세포 타입에서 벌어지는 신호전달의 문제가 어떻게 학습과 기억 장애를 유발하는지를 연구하고 있으며, 주로 RAS-MAPK 경로가 관여하는 여러 신경발달질환을 중심으로 연구를 진행하는 중입니다. 이는 소위 개인맞춤의학, 정밀의학이 화두가 되는 21세기에 매우 중요한 연구 주제라고 생각합니다. 이 연구를 위해서는 single cell RNA-seq과 같은 분자생물학적 연구에서부터 돌연변이 생쥐를 이용한 전기생리, 행동 분석에 이르기까지 광범위한 실험 기법이 사용되고 있습니다.

비정상적인 가소성과 뇌질환 모델 연구

많은 종류의 뇌질환은 신경계 가소성의 이상으로 이해할 수 있습니다. 본 연구실에서는 사회성에 문제를 야기하는 자폐증과, 중증 정신질환인 조현병의 생리학적 기전을 생쥐 모델을 이용해 연구하고 있습니다. 또한 만성통증은 원치 않는 기억이 오랫동안 유지되는 현상으로 바라볼 수 있기 때문에, 이 또한 가소성의 관점에서 연구를 진행하고 있습니다.

뇌를 이해하는 일은 역시나 쉽지 않은 길고 어려운 여정입니다. 의과대학 구성원들과 다양한 종류의 연구 네트워크를 형성하게 될 때, 우리의 연구 여정이 더 풍성해지고 즐거워질 것이라고 생각합니다. 많은 관심을 부탁 드립니다.