'RITMS 세포 역학 및 살아있는 세포 물리학 센터'은 세포의 물질적 특성을 조절하고 시각화할 수 있는 중요한 새로운 기술과 개념적 프레임워크를 개척하는 것을 목표로 두고 있습니다. 특히 천식의 기류 장애, 노화 시 혈관 경직, 암 전이와 같은 질환을 뒷받침하는 물리적 과정을 밝히기 위해 노력하고 있습니다.
1. 호스트 연구원(PI) 및 연구실 개요
■ 기관/소속부서
러트거스 중개 의학 과학 연구소(RITMS) / 로버트 우드 존슨 의과대학(RWJMS) / 약리학과 / 생명공학과
■ 연구실 이름
RITMS 세포 역학 및 살아있는 세포 물리학 센터
■ 연구책임자(PI) 정보
이름: Steven S. An, PhD, ATSF
직위 : 교수, 부소장,
RITMS 생명공학 이사
전화: 732-235-9132 / 팩스: 732-235-7178
Email: sa1510@rbhs.rutgers.edu
연구실 홈페이지
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2. 연구분야 및 전문성
■ 핵심 연구분야
기계생물학, 신호전달, 생물물리학, 폐쇄성폐질환 및 암
■ 연구목표 및 비전
천식의 기류 폐쇄, 노화에 따른 혈관 경직, 암 전이 등의 상태를 뒷받침하는 물리적 과정을 공학적 관점을 통해 이해하는 것을 목표로 합니다.
■ 주요실적/대표저서
저희 연구실에서는 살아있는 세포의 물질적 특성을 조절하고 시각화하여 천식의 기류 폐쇄, 노화로 인한 혈관 경직, 암 전이와 같은 상태를 뒷받침하는 물리적 과정을 밝히는 중요한 새로운 활성화 기술과 개념적 프레임워크를 개척했습니다. 폐 생물학 및 폐의학 분야에서 우리의 연구는 기도 평활근의 생물물리학, 구조적 복잡성, 천식의 급성 기도 협착에서의 역할에 대해 우리가 알고 있는 많은 정보를 제공했습니다. 이를 통해 우리는 기도 평활근 빈속성 빈맥증(b2AR 탈감작)을 유발하기 쉬운 폐쇄성 폐 질환의 치료를 위해 b2-아드레날린 수용체(b2AR)에서 b-2AR 구속을 모집하기 위한 가스 편향 작용제 및 음성 알로스테릭 조절제의 식별 및 특성화를 포함하여 인간 기도 평활근 세포에서 천식의 기계적 엔도타입에 대한 새로운 약물 가능 표적을 발견했습니다. 우리는 고전적인 b2AR을 넘어 인간 기도 평활근 세포에서 발현되는 쓴맛 수용체(TAS2R) 계열 및 후각 수용체(OR) 계열의 감각 G 단백질 결합 수용체와 관련된 선구적인 발견을 이루어냈습니다. 주목할 만한 점은 미각과 후각 수용체의 발현이 전통적으로 혀와 코로 제한되어 왔다는 것입니다. 인간 기도 평활근 세포에서 우리는 TAS2R이 억제성 G 단백질(Gai)에 신호를 보내고 포스포리파제 Cb를 활성화하며 세포 내 칼슘 수준([Ca2+]i)을 증가시키는 것을 보여주었습니다. 우리는 TAS2R 유발 [Ca2+]i(역설적으로)가 여러 가지 다른 방법을 사용하여 기도 평활근 이완 및 기관지 확장을 유도한다는 것을 입증했습니다. 이러한 발견은 TAS2R 작용제가 효과적인 기관지 확장제이며 b-작용제와는 다른 메커니즘에 의해 작용하여 인간 기도 평활근 단축에서 흥분-수축 커플링의 주요 구성요소를 억제한다는 전제를 뒷받침합니다. 중요하게도, 우리의 연구 결과는 구획화가 인간 기도 평활근의 수축 상태에 대한 [Ca2+]i의 다방면적인 효과를 지시하고 세포 내 신호 전달 및 감각 생리학에 대한 우리의 인식/패러다임을 근본적으로 변화시켰다는 신생 개념을 크게 발전시켰습니다. 다른 주목할 만한 과학적 기여를 위해 우리는 1) 인간 기도 평활근의 후각 수용체 신호 전달을 통해 장내 미생물 군집에 대한 관찰을 천식 표현형과 연결하는 비면역 장-폐 메커니즘을 확립했습니다. 2) 공기-액체 경계면에서 분화되는 임상적으로 관련된 인간 기도 상피 세포와 인간 기도 평활근 세포의 3D 공동 배양을 재구성하는 미세 생리학적 플랫폼을 개발하여 시험관 내에서 실시간으로 천식성 기관지경련을 유발하는 기계적-화학적 커플링을 정량 분석할 수 있습니다. 3) 노화에 따른 혈관 경화의 세포 기원을 확인했습니다. 4) 세포외 기질에 존재하는 지형적 특징, 즉 '위상성'에 의해 유도되는 새로운 유형의 세포 이동을 설명했습니다. 따라서 우리는 여러 과학 분야에 중요하고 지속적인 기여를 해왔으며 공학, 생리학 및 의학 간의 인터페이스에 있는 새로운 패러다임 전환 개념을 제시했습니다.
- An SS*, Cao G, Ahn K, Lee J, Jung DY, Denlinger L, Fahy J, Israel E, Moore W, Phillips B, Mauger D, Wenzel S, and Panettieri RA. Serum cAMP levels are increased in patients with asthma. Journal of Clinical Investigation 135(5):e186937, 2025.
- Ahn K, Penn RB, Rattan S, Panettieri RA, Voight BF, and An SS*. Mendelian randomization analysis reveals a complex genetic interplay among atopic dermatitis, asthma, and GERD. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 207(2):130-137, 2023.
- Ippolito M, De Pascali F, Hopfinger N, Komolov KE, Laurinavichyute D, Reddy PAN, Sakkal LA, Rajkowski KZ, Nayak AP, Lee J, Lee J, Cao G, Donover PS, Reichman M, An SS, Salvino JM, Penn RB, Armen RS, Scott CP 및 Benovic JL. b2-아드레날린 수용체에 대한 b-arrestin 편향 음성 알로스테릭 조절제의 확인. 미국 국립과학원회보 120(31):e2302668120, 2023.
- Kim D, Tokmakova A, Lujan LK, Strzelinski HR, Kim N, Najari Beidokhti M, Giulianotti MA, Mafi A, Woo JA, An SS, Goddard WA 3rd, and Liggett SB. Identification and characterization of an atypical Gas-biased b2AR agonist that fails to evoke airway smooth muscle cell tachyphylaxis. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 118(49): e2026668118, 2021.
- Huang J, Lam H, Koziol-White C, Limjunyawong N, Kim D, Kim N, Karmacharya N, Rajkumar P, Firer D, Dalesio NM, Jude J, Kurten RC, Pluznick JL, Deshpande DA, Penn RB, Liggett SB, Panettieri RA, Dong X 및 An SS*. 기도 평활근의 냄새 수용체 OR2W3은 TMEM16A와 CFTR 사이의 협력적인 화학 감각 교환을 통해 기관지 확장을 유발합니다. 미국 국립과학원회보 117: 28485-28495, 2020.
* 주요 성과/대표 논문 리스트 전문은 본문 하단 참고
3. 인프라 및 이용 가능한 기술/장비
광자기 비틀림 세포 계측법, 푸리에 변환 견인 현미경, 일차 인간 세포 배양, 인간 정밀 절단 폐 절편
4. 연구진 방문에 대한 기대와 목표
■ 선호하는 방문 기간 및 시기
1-2 years.
■ 방문연구원 희망 배경 및 연구계획
박사. 생명 과학 또는 물리 과학 분야의 학생 및/또는 박사후 연구원.
■ 협력분야
공동 연구 프로젝트, 실험, 보조금 및 논문 공동 저자.
* 대표저서(최근 3~5년간)
1. An SS*, Cao G, Ahn K, Lee J, Jung DY, Denlinger L, Fahy J, Israel E, Moore W, Phillips B, Mauger D, Wenzel S, and Panettieri RA. Serum cAMP levels are increased in patients with asthma. Journal of Clinical Investigation 135(5):e186937, 2025
2. Ahn K, Penn RB, Rattan S, Panettieri RA, Voight BF, and An SS*. Mendelian randomization analysis reveals a complex genetic interplay among atopic dermatitis, asthma, and GERD. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 207(2):130-137, 2023.
3. Ippolito M, De Pascali F, Hopfinger N, Komolov KE, Laurinavichyute D, Reddy PAN, Sakkal LA, Rajkowski KZ, Nayak AP, Lee J, Lee J, Cao G, Donover PS, Reichman M, An SS, Salvino JM, Penn RB, Armen RS, Scott CP 및 Benovic JL. b2-아드레날린 수용체에 대한 b-arrestin 편향 음성 알로스테릭 조절제의 확인. 미국 국립과학원회보 120(31):e2302668120, 2023.
4. Kim D, Tokmakova A, Lujan LK, Strzelinski HR, Kim N, Najari Beidokhti M, Giulianotti MA, Mafi A, Woo JA, An SS, Goddard WA 3rd, and Liggett SB. Identification and characterization of an atypical Gas-biased b2AR agonist that fails to evoke airway smooth muscle cell tachyphylaxis. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 118(49): e2026668118, 2021.
5. Huang J, Lam H, Koziol-White C, Limjunyawong N, Kim D, Kim N, Karmacharya N, Rajkumar P, Firer D, Dalesio NM, Jude J, Kurten RC, Pluznick JL, Deshpande DA, Penn RB, Liggett SB, Panettieri RA, Dong X 및 An SS*. 기도 평활근의 냄새 수용체 OR2W3은 TMEM16A와 CFTR 사이의 협력적인 화학 감각 교환을 통해 기관지 확장을 유발합니다. 미국 국립과학원회보 117: 28485-28495, 2020.
6. SS* 및 Liggett SB. 폐의 맛과 냄새 GPCR: 이전에는 인식되지 않았던 광범위한 화학감각 시스템에 대한 증거입니다. 셀룰러 신호 41: 82-88, 2018.
7. Kilic O, Yoon A, Shah SR, Yong HM, Ruiz-Valls A, Chang H, Panettieri RA, Liggett SB, Quiñones-Hinojosa A, An SS*, and Levchenko A. A microphysiological model of the bronchial airways reveals the interplay of mechanical and biochemical signals in bronchospasm. Nature Biomedical Engineering 3: 532-544, 2019.
8. Haffner MC, Esopi DM, Chaux A, Gürel M, Ghosh S, Vaghasia AM, Tsai H, Kim K, Castagna N, Lam H, Hicks J, Whys N, Shinohara DB, Hurley PJ, Simons BW, Schaeffer EM, Lotan TL, Isaacs WB, Netto GJ, De Marzo AM, Nelson WG, An SS, and Yegnasubramanian S. AIM1 is an actin binding protein that suppresses cell migration and micrometastatic dissemination. Nature Communications 8: 142, 2017.
9. Park J, Kim DH, Kim HN, Wang C, Kwak MK, Hur E, Suh KY, An SS*, and Levchenko A. Directed migration of cancer cells guided by the graded texture of the underlying matrix. Nature Materials 15: 792-801, 2016.
10. Deshpande DA, Wang WCH, McIlmoyle EL, Robinett KS, Schillinger RM, An SS, Sham JSK, and Liggett SB. Bitter taste receptors on airway smooth muscle bronchodilate by localized calcium signaling and reverse obstruction. Nature Medicine 16: 1299-1304, 2010.