제1회 아시아 Xenopus 학회는 발생생물학 연구의 중요한 모델 동물인 아프리카발톱개구리(Xenopus)를 연구하는 아시아 지역 연구자들의 첫 번째 국제 학술대회이다. 2024년 11월 24일부터 26일까지 일본 오사카대학교에서 개최된 이번 학회에는 한국, 일본, 미국의 저명한 연구자들이 참석하여 배아 발생, 세포 분화, 재생, 형태형성 등에 관한 최신 연구 성과를 공유하고 심도 있는 토론을 진행하였다. 학회는 2개의 Keynote Lecture와 7개의 전문 세션으로 구성되어, 기초 발생생물학부터 질병 모델링과 첨단 바이오 치료제 개발까지 폭넓은 주제를 다루었으며, 국제 공동 연구를 위한 협력 네트워크 구축의 장으로서도 중요한 역할을 하였다.

이번 학회의 기조 강연은 발생생물학 분야의 세계적 석학인 Ken W. Y. Cho 교수(University of California, Irvine)와 John B. Wallingford 교수(University of Texas at Austin)가 맡았다. 첫 번째 기조 강연에서 Cho 교수는 양서류 초기 발생에서의 외배엽 특이화 과정을 유전체학적 관점에서 분석한 연구 결과를 발표했다. 특히 포배기까지 히스톤 변형이 없는 순수한 상태로 유지되던 배아 유전체가 이후 히스톤 변형을 통해 특이화되는 과정과, 모계 유래 전사인자들이 이 과정을 주도한다는 사실을 밝혀내 초기 발생 과정에서 일어나는 세포 운명 결정의 분자적 메커니즘을 이해하는 데 중요한 통찰을 제공했다.

두 번째 기조 강연자인 Wallingford 교수는 25년간의 연구 성과를 바탕으로 발생 과정에서의 세포 행동과 조직 형성의 관계를 종합적으로 조명했다. 그는 배아가 스스로를 구축하는 과정에서 개별 세포들의 행동이 조직과 기관 형성을 어떻게 주도하는지를 설명했으며, 이러한 세포 행동의 결함이 선천성 기형으로 이어질 수 있다는 점을 강조했다. 특히 생체 내 이미징, 생체역학, 단백체학 등 다양한 연구 방법을 통해 평면세포극성 신호전달과 세포역학의 상호작용을 규명한 최신 연구 결과는 발생 과정에 대한 우리의 이해를 한 단계 높였다.

첫 번째 세션에서는 재생과 발생 메커니즘에 관한 최신 연구 성과들이 발표되었다. 사지 진화의 핵심 과정인 지간 세포사멸(ICD)이 산소 농도와 BMP 신호전달에 의해 조절된다는 발견은 파충류와 양서류의 형태학적 차이를 설명하는 중요한 단서를 제공했다. Xenopus 사지 재생 연구는 hoxc12와 hoxc13 유전자가 재생 과정의 핵심 조절자로 작용한다는 사실을 규명했으며, 올챙이 꼬리 재생 과정에서는 TGF-β1에 의한 Smad 신호전달 활성화와 inhba, junb 유전자의 협력적 작용이 초기 손상 반응을 세포 증식으로 전환시키는 핵심 기전임이 밝혀졌다.

한편, 척수 재생 과정에 대한 단일세포 전사체 분석을 통해 서로 다른 기능을 가진 두 가지 미세아교세포 아형이 확인되어, 재생 과정에서 면역세포의 역할에 대한 새로운 관점이 제시되었다. 또한 섬모 형성 과정에서 Clasp1 단백질이 기저소체와 세포골격 구성요소들을 연결하는 핵심 매개자로 작용한다는 발견은 발생 과정에서의 세포 구조 형성에 대한 이해를 높였다. 이러한 연구들은 개체 수준에서의 재생과 발생 현상을 분자적 수준에서 이해하는 데 중요한 통찰을 제공했으며, 향후 재생 의학 발전에도 기여할 수 있는 기반을 마련했다.

두 번째 세션에서는 발생 과정의 후성유전학적 조절과 호르몬 매개 발달에 관한 연구들이 발표되었다. 접합자 게놈 활성화(ZGA) 연구에서는 배아 발생 초기의 배엽 특이적 유전자 활성화가 크로마틴 접근성에 의해 시공간적으로 조절됨이 확인되었다. 특히 외배엽과 내배엽 유전자들의 발현 시기 차이가 크로마틴 구조 변화와 밀접하게 연관되어 있으며, 이는 공간적으로 특이적인 히스톤 변형과 연계되어 있음이 밝혀졌다. 갑상선 호르몬 연구에서는 TRα와 TRβ 수용체가 결실된 개구리에서 간 발달 이상과 철 대사 장애가 관찰되어, 이들이 변태 과정 중 적혈구 생성에 필수적임이 입증되었다.

R-루프에 관한 연구는 이 구조물이 발생 과정에서 중요한 생리적 역할을 수행함을 보여주었다. 특히 원장배 단계에서의 텔로미어 영역 R-루프 형성이 관찰되었으며, DDX41 돌연변이 분석을 통해 백혈병 관련 유전자들과의 연관성이 발견되었다. 또한 NEXTrans를 이용한 새로운 형질전환 기술은 ror2 프로모터 의존적 eGFP 발현 개구리 제작에 성공하여, 장상피 줄기세포 운명 결정 연구를 위한 도구를 제공했다.

세 번째 세션은 발생 과정에서의 세포 이동과 좌우 비대칭성 확립에 초점을 맞추었다. 척추동물 눈 형태 형성 연구에서는 등-배 방향으로 형성되는 케모카인 리간드의 농도 구배가 복측 망막 전구체의 측면 이동에 필수적이며, 이는 기존에 알려진 케모카인 수용체 매개 신호전달과는 구별되는 새로운 기전을 통해 이루어짐이 확인되었다. 평면세포극성(PCP) 연구에서는 Wnt11이 신경판에서 PCP 구성요소들과 함께 극성화된 분포를 보이며, 이들이 서로의 위치 결정에 영향을 미치는 다중 조절 회로를 형성한다는 새로운 메커니즘이 제시되었다.

아프리카발톱개구리 난모세포를 이용한 RNA 수출 기전 연구에서는 Rev 단백질이 cap-binding 복합체와의 상호작용을 통해 TAP 의존적 수출을 억제함으로써 HIV-1 바이러스 유전자 발현을 최적화한다는 사실이 밝혀졌다. 또한 좌우 비대칭성 확립 연구에서는 R-Spondin 2(Rspo2)가 좌측 유체 흐름에 의해 매개되어 FGF 수용체의 길항제로 작용하며, 이를 통해 좌우 조직 운명 결정을 조절한다는 것이 규명되었다.

네 번째 세션에서는 Xenopus 이외의 모델을 활용한 핵 구조와 크로마틴 조직화의 역할이 심도 있게 조명되었다. 본 연구자가 발표한 Matrin-3 연구를 통해 이 핵 구조 단백질이 CTCF 및 코헤신 복합체와 상호작용하여 크로마틴 구조를 안정화하고 세포 분화를 조절한다는 것이 밝혀졌다. 특히 조혈 과정에서 Matrin-3의 결실은 크로마틴 구조 변화를 통해 분화를 가속화했으며, 이러한 기능은 배아 줄기세포 분화와 근육 형성 과정에서도 보존되어 있음이 확인되었다.

CpG 섬을 매개로 한 연구에서는 CGI+ 유전자들이 핵 중심부에 위치하여 장거리 상호작용에 참여하는 반면, CGI- 유전자들은 이질염색질과 연관되어 있다가 활성화 시 핵 중심부로 이동한다는 이중 모드 조절 기전이 밝혀졌다. 도롱뇽 재생 연구에서는 히스톤 H3K27me3가 사지 분절의 위치 정보를 암호화하는 주요 표지자로 작용하며, 재생 과정에서 발생 조절 요소들의 재활성화에 앞서 재생 특이적 조절 요소들이 먼저 활성화된다는 것이 발견되었다. 또한 마우스 배아 줄기세포에서 발견된 "A-구획 통합" 현상은 S기 동안 B 구획과 약한 A 구획이 강한 A 구획으로 전환되는 새로운 크로마틴 조직화 과정을 보여주었다.

다섯 번째 세션은 기관 형성과 진화적 다양화에 초점을 맞추었다. 유문괄약근 형성 연구에서는 초식성 올챙이에서 육식성 개구리로의 변태 과정 중 이루어지는 이시성 괄약근 형성이 예상과 달리 유문부 중앙의 굴곡부에서 시작되며, 레티노산이 이 과정의 핵심 조절자로 작용한다는 것이 밝혀졌다. 케라탄 황산염(KS) 생합성 연구에서는 척삭과 이포에서 발현되는 keratan sulfate galactosyl-6-sulfotransferase 유전자들(chst1과 chst3)이 척추동물 전장 유전체 중복을 통해 생성된 평행 유전자임이 확인되었으며, 창형동물 배아 연구를 통해 이들이 척삭동물의 조상형 구성요소임이 제시되었다.

CRISPR/Cas12a-Ultra 시스템을 이용한 신경섬유종증 모델 연구에서는 nf1 돌연변이 개구리에서 두부 크기 감소, 홍채 이상, 선천성 심장 결함이 관찰되었으며, MEK 억제제인 Selumetinib의 치료 효과가 확인되었다. RFX 유전자군 연구에서는 RFX2가 Foxj1과 협력하여 다중섬모 세포 분화를 촉진하고, RFX3와 RFX7이 각각 특정 조직의 섬모 형성을 조절한다는 것이 밝혀졌다. 또한 헤파란 황산염 프로테오글리칸(HSPG) 연구를 통해 이 분자들이 Wnt11 및 핵심 PCP 구성요소들과 연계하여 역동적으로 이동하며 평면세포극성 형성에 관여한다는 새로운 사실이 발견되었다.

여섯 번째 세션에서는 섬모체의 암 연관성과 환경 요인의 역할이 주로 다루어졌다. 섬모체 연구에서는 이 세포 소기관이 수질모세포종, 교모세포종, 흑색종, 유방암, 췌장암, 전립선암 등 다양한 종양 형성을 조절할 수 있으며, mebendazole(MBZ)이 섬모 형성을 억제하여 섬모를 가진 암세포의 항암제 감수성을 증가시킨다는 새로운 치료 전략이 제시되었다. 신경능 형성 연구에서는 물리적 힘의 적용이 foxd3 발현을 증가시키고 FGF와 Wnt 신호 강도를 변화시켜 신경능 형성을 촉진한다는 것이 밝혀졌다.

기관 형태 형성 연구에서는 부화 후 올챙이의 간헐적 수영 운동이 발생 중인 조직에 ±10%의 신장과 수축을 유발하는 빠른 진동성 굽힘 응력을 가한다는 것이 고속 이미징 시스템을 통해 발견되었다. Cathepsin K 연구에서는 이 단백질이 단순한 단백질 분해 효소 기능을 넘어 embryogenesis에 중요한 역할을 하며, 단백질 분해 기능이 없는 변이체도 발생 이상을 회복시킬 수 있다는 것이 밝혀졌다. 또한 영양 상태가 갑상선 여포 형태 형성을 조절하는 과정에서 해당 작용이 세포 부착을 감소시키고 이를 통해 세포 극성과 내강 확장에 영향을 미친다는 새로운 조절 기전이 규명되었다.

일곱 번째 세션에서는 기후변화 적응 연구와 생물자원 프로젝트, 그리고 유전체 주석 데이터베이스 구축에 관한 연구 성과들이 발표되었다. 경북대학교의 3N 전략은 기후와 생태계 변화 연구, 기후적응 필수 유전자 관리 기술 개발, AI 기반 빅데이터를 활용한 예측 모델 구축을 통해 진화생태학적 접근법으로 생물다양성 위기에 대응하고자 하는 노력을 보여주었다.

일본의 국가생물자원프로젝트(NBRP)는 Xenopus tropicalis, X. laevis, Pleurodeles waltl의 근교계와 유전자 변형 계통, 그리고 이들의 유전체 및 전사체 정보를 제공하고 있으며, sox9 crispants를 이용한 campomelic dysplasia (CD) 모델 구축을 통해 그 유용성이 입증되었다. 특히 턱 관련 증후군 표현형과 유전자형 관계 연구를 통해 턱뼈 진화에 대한 새로운 통찰이 제공되었다. 미국과 캐나다 연구소의 주도로 유지되고 있는 Xenbase의 버전 10 유전체 업데이트에서는 NCBI RefSeq, EnsEMBL, 유전체 컨소시엄 버전의 세 가지 주석이 통합되었으며, 발현 특성, 예측된 단백질 구조, 계통발생학적 분석, 신테니 등 다양한 평가 기준이 적용되어 인간-개구리 상동성 평가의 정확도를 높였다.

제1회 아시아 Xenopus 학회는 발생생물학 연구의 최신 동향과 미래 방향성을 제시하는 중요한 학술적 성과를 이루었다. 특히 이번 학회에서는 크게 세 가지 주목할 만한 연구 동향이 확인되었다.

첫째, 첨단 연구 기법의 혁신적 적용이 두드러졌다. Ken W. Y. Cho 교수의 기조 강연에서 제시된 유전체학적 접근법부터 단일세포 전사체 분석, CRISPR 기반 유전자 편집, 고속 이미징 시스템 등 최신 기술들이 발생 과정의 근본적 메커니즘을 규명하는 데 효과적으로 활용되었다. 특히 NEXTrans와 같은 새로운 형질전환 기술의 개발은 질병 모델링과 치료제 개발 연구에 진전을 가져올 것으로 기대된다.

둘째, 다학제적 연구 접근이 강화되고 있다. John B. Wallingford 교수가 강조한 것처럼, 세포 행동과 조직 형성의 관계를 이해하기 위해서는 생체 이미징, 생체역학, 단백체학 등 다양한 분야의 통합적 접근이 필요하다. 이러한 맥락에서 물리적 힘이 발생에 미치는 영향, 환경-기관 상호작용, 영양 상태와 형태 형성의 관계 등을 다룬 연구들은 발생생물학의 지평을 넓히는 데 기여했다.

셋째, 기초 연구와 임상 응용의 연계가 강화되고 있다. 섬모체와 암 발생의 관계, 신경섬유종증 모델 개발, R-루프와 백혈병의 연관성 등의 연구는 기초 발생학적 발견이 어떻게 질병 치료로 이어질 수 있는지를 보여주었다. 또한 국가생물자원프로젝트(NBRP)와 Xenbase의 발전은 이러한 중개 연구를 위한 중요한 인프라를 제공하고 있다.

이번 학회는 아시아 지역 Xenopus 연구자들의 첫 번째 공식적인 만남이었다는 점에서도 중요한 의미를 가진다. 향후 이러한 학술적 교류가 더욱 활발해지면서 국제 공동 연구가 활성화되고, 이를 통해 발생생물학 분야의 혁신적인 발견들이 이어질 것으로 기대된다. 특히 기후변화와 같은 글로벌 도전 과제에 대응하기 위한 진화생태학적 연구나, 첨단 재생의학 개발을 위한 공동 연구의 가능성이 확인된 것은 큰 성과라고 할 수 있다.

학회 : 1st Asian Xenopus Conference 2024

​일시: 2024년 11월 24일-26일

장소: 오사카대학교 남부요이치로 홀 (일본 오사카)

작성자 : 차혜지