사람 유전체는 RNA와 단백질이 만들어내는 정보를 담고 있는 생명 현상의 가장 근본적인 물질이자 구조체이다. 사람 유전체는 약 30억 개의 염기 쌍으로 이루어져 있는데, 세포 분열이 일어남에 따라 유전체도 정확히 두 배로 복제가 일어나야 한다 (DNA replication). 유전체의 근본적 안정성이 개체/종 내 통합성에 미치는 영향을 생각해 보면, 세포 분열 시 유전체의 복제는 매우 정확하게 이루어져야 하지만, 모든 기전이 완전할 수는 없다. 따라서 실제적으로 매 세포 분열마다 소수의 에러 (돌연변이)가 거의 무작위적으로 발생하게 된다. 덧붙여 자외선/담배/방사선 등 물리, 화학적인 외부요인에 세포가 노출됨으로써 돌연변이 누적은 더욱 빨라지게 된다. 그리고 아직 우리가 알지 못하는 다른 원인들에 의해 돌연변이가 축적되고 있을 수도 있다. 이러한 돌연변이는 특히 악성 종양 발생의 핵심 원인이 된다.

결국 사람 종양의 발생을 가장 근본적으로 이해하기 위해서는 어떠한 원인에 의해, 어느 시점에, 어떠한 세포에서, 어떠한 기전으로, 얼마나 높은 빈도로 돌연변이가 만들어 지는지 자세히 이해해야 한다. 이러한 연구는 돌연변이를 피해 암을 근본적으로 예방할 수 있는 실질적인 돌파구를 마련할 수 있다는 목적을 위해서 뿐만 아니라, 악성 종양과 관계없이 세포의 DNA 손상 및 복구 기전을 이해하기 위해 그 자체로 중요한 의미를 갖는다.

본 연구실은 전장 유전체 빅데이터의 해석을 이용하여 사람의 세포 (somatic/germline)에서 돌연변이 발생 양상을 이해하기 위한 연구를 진행하고 있다.

그림 1. 인체 내에서 돌연변이 발생 모델. Adapted from Stratton et al., Nature (2009) 

(1) 체세포 돌연변이를 이용한 인간 초기 배아세포의 발생과정 이해 (단위과제 책임)

연구기간: 2017.4.10-2021.12.31 / 주관기관: 보건복지부

소개: 인간 발생과정 중 세포분열마다 내재적으로 일어나는 돌연변이를 세포 리니지 마커로 사용하여 인간 초기 발생과정의 세포들의 움직임을 이해하고자 하는 프로젝트. 직접적인 실험적 연구가 어려운 인간의 배아 발생과정에 대한 통찰을 유전체 기술을 이용해 확보하고자 하는 실험적 연구임

(2) Origins and functional consequences of complex genomic rearrangements in cancer cells (단위과제 책임)

연구기간: 2019.1.1-2023.12.31 / 주관기관: 서경배과학재단

소개: 사람 세포내에서 발생하는 유전체 복잡 구조 변이 (complex rearrangements)의 발생 기전과 기능적 영향을 추적하는 연구. 

(3) Tracing AID/APOBEC- and MSI-mediated hyper-mutagenesis in the clonal evolution of gastric cancer (총괄책임)

연구기간: 2018.6 – 2021.6 / 주관기관: Human Frontier Scientifc Program

소개: 인간 세포내에서 내재적인 돌연변이 기전인 APOBEC-mediated hypermutation 및 MLH1 기능 이상에 의한 microsatellite instability 가 일어 났을 때 세포의 클론진화양상의 패턴을 오가노이드 수준에서 유전체 및 이미징 기술로 추적하는 국제 공동 연구 (공동 연구자: Bon-Kyoung Koo at IMBA (오스트리아), Hugo Snipper at UMC Utrecht (네덜란드)

연구책임자 주영석 교수는 의학울 전공하였고 (서울의대 의학사 2007), 박사과정 동안 차세대 초고속 유전체 기술을 이용한 인간의 전장유전체 분석을 공부하였다 (서울의대 생화학교실 의학박사 2010). 박사후연구과정에서는 암유전체 및 돌연변이 연구를 수행하였다(Wellcome Sanger Institute, 영국/캠브리지). 2015년 11월부터 한국과학기술원 의과학대학원에서 조교수/부교수로 재직하고 있다. 실험실 및 publication은 다음 링크를 통해서 확인할 수 있다. (http://julab.kaist.ac.kr)