My lab is interested in understanding how sensory experience can be accurately translated into neuronal and behavioral plasticity through genetic and epigenetic regulation. Sensory experience-evoked neural activity plays essential roles in brain development and cognition, not only by instructing structural and functional changes in individual synapses, but also by triggering various calcium-dependent signaling cascades which ultimately lead to the activation of specific gene expression programs in the nucleus. This activity-induced nuclear gene expression is the cell-wide adaptation mechanism that permits the synaptic and behavioral plasticity to be long lasting. The function of activity-dependent gene regulation is especially well established for learning and memory.
Many key players in these programs have been implicated in several human neurological disorders such as Autism Spectrum Disorder (ASD), Epilepsy, and Schizophrenia. Our overarching goal is to advance our understanding of the pathophysiology of various neurological disorders by defining new regulatory mechanisms and molecular players in genetic and epigenetic regulatory networks in the brain.
우리 연구실은 뇌에서 일어나는 인지기능을 분자적 수준에서 이해하는 데 중점을 두고 있습니다. 오감을 통해 인지되는 외부자극은 뇌에서 특정 신경회로를 전기적으로 활성화함으로써 정보를 전달하고 그에 상응한 인지행동을 유발합니다. 본 연구실에서는 각 신경세포 내에서 활성화되는 신호체계 및 유전자 발현 조절의 구성과 기능에 관심을 두고 특히 후성유전체의 역동적 변화와 기능을 밝히는 데 주력하고 있습니다.
본 연구실은 2010년에 미국 UT Southwestern Medical Center에서 설립되었고 2018년 10월부터 포항공대 생명과학과로 이전하게 되었습니다. 저희 실험실에선 다양한 정신질환의 모델을 이용해 분자 신경생물학, 후성 유전체학, 전사체 및 유전체 분석 등의 최신 기술들을 적용하여 연구를 진행하고 있어 학부생들이 다양한 연구경험을 할 수 있는 환경을 제공하고 있습니다. 현재 중점적으로 연구하는 분야는 다음과 같습니다.
1. 저희 연구실에서 최초로 발견한 enhancer RNA의 특징과 기능성을 밝히고 자폐증의 질병모델 마우스를 이용해 eRNA의 발현변화를 연구하여 향후 의생명 전반적인 연구분야에 새로운 연구분야를 제시하려고 합니다.
2. 뇌에서 외부자극에 의해 일어나는 유전자 발현조절 기작을 분자적 수준에서 연구합니다. 특히 다양한 후성유전체 단백질들의 신경세포 내에서의 기능을 밝히는 데 중점을 두고 있습니다. 유전자 조절기능 뿐 아니라 다른 연구실과의 협업을 통해 신경생리학적 변화 및 인지행동에 미치는 영향도 함께 연구합니다.
3. Enhancer 는 최근 다양한 종류의 실험모델에서 유전자 발현조절에 핵심적인 역할을 하는 것으로 알려져 있는데 저희 연구실에선 신경세포에서 특정 자극에 의해 활성화되는 enhancer들을 발굴 및 활용하여 복잡한 신경세포 네트워크를 분석하는데 유용한 새로운 분자 생물학적 도구들을 개발하고 있습니다.
4. Enhancer와 그 조절을 받는 단백질 유전자들 간의 상호 연결체계를 최신 유전체 기법을 이용해 분석하고 이를 바탕으로 유전체 돌연변이들의 질병유발에 관련된 기작을 밝히려고 합니다.
5. 최근에 활용되기 시작한 단일세포상에서의 유전체 연구기법을 도입하여 뇌에 존재하는 다양한 종류의 세포들의 이질성을 밝히고 더 나아가 eRNA같은 non-coding RNA를 단일세포 수준에서 정량분석할 수 있는 최신 기술을 개발하고 있습니다.