"성상교세포의 인지 기능 조절 기작 연구"

이창준 단장은 뇌 속의 성상교세포와 신경세포 간 상호작용 발견에 크게 기여한 세계적인 석학입니다. 2014년 한국과학기술한림원 FILA기초과학상을, 2016년에는 경암교육문화재단 경암학술상, 2017년에는 대한민국 정부로부터 과학기술포장을 수상하였습니다. 2016년부터 2018년 9월까지 한국과학기술연구원에서 창의연구단(한국연구재단)을 이끌었고 한국뇌신경과학회에서 발행하는 학술지인 Experimental Neurobiology지의 편집장을 역임하고 있습니다.

단장 : 이창준

연구분야

• 성상교세포의 신호전달물질 합성과 분비 기전 연구
• 성상교세포에 의한 신경 가소성 조절 기작 연구
• 알츠하이머병 및 기타 신경퇴행성 질환을 위한 성상교세포-표적 약물 후보 물질 개발

연구단 소개

교세포 내 GABA의 합성과 분비
본 연구단에서는 이온 통로를 통한 신호전달물질 분비 기작에 대한 연구를 활발히 진행하고 있습니다. 이전에 소뇌 성상교세포에서 나오는 GABA에 의해서 지속적 억제(tonic inhibition)가 나타난다는 사실을 보고한 바 있고, 알츠하이머병 모델의 성상교세포에서 MAO-B 효소의 putrescine-분해 작용을 통해 GABA가 생성 및 분비되는 것을 보고하였습니다. 우리는 알츠하이머병에서 더 나아가 파킨슨병, 뇌졸중, 척수 손상, 비만, 간질 등에서 나타나는 비정상적 GABA의 생성 원인 규명과 이를 통한 치료 방법에 대한 연구를 진행하고 있습니다.

교세포에서의 Glutamate 분비
본 연구단에서는 대표적인 신호전달물질로 알려진 glutamate 분비 기작에 대한 연구도 진행하고 있습니다. 이전 연구에서 우리는 성상교세포에서 TREK-1 이온 통로와 Best1 이온 통로를 통한 고속(高速), 저속(低速)성 glutamate 분비가 일어남을 보고한 바 있습니다. 그리고 PAR1 활성화를 통한 glutamate 분비가 시냅스 가소성을 조절할 수 있음 또한 보고한 바 있습니다. 이로써 우리는 성상교세포가 뇌에서의 흥분-억제 균형 (E-I balance)을 조절하는 핵심 세포임을 증명하였습니다. 이 기작을 토대로 우리는 "흥분-억제 불균형"으로 인해 나타나는 질병들로 알려진 조현병, 자폐증, ADHD, 간질, 우울증의 발병 원인과 치료 방법에 대한 연구를 진행하고 있습니다.

성상교세포 부피 변화와 신경 가소성
본 연구단에서는 TWIK-1과 TREK-1 이형중합체가 성상교세포의 수동적 전도성(passive conductance)을 담당한다는 것을 보고하고, 간질, 우울증 및 불안 장애의 잠재적 치료 표적을 제안한 바 있습니다. 그리고 세계 최초로 Aquaporin-4 이온 통로(물 통로)를 통한 성상교세포의 부피 변화가 시냅스 가소성에 중요하며, 생쥐에서의 공간 학습, 기억 뿐만 아니라 인간 언어 학습, 기억에 중요하다는 것을 증명하였습니다. 우리는 "성상교세포의 부피 변화를 통한 시냅스 가소성 조절"이라는 새로운 개념이, 신경세포 간 가소성 조절 기작에 대한 깊고 올바른 이해와 패러다임의 변화에 일조할 것이라고 기대하고 있습니다.

반응성 교세포와 신경퇴행
본 연구단에서는 신호전달물질 연구 과정 중 신경성 염증 상태에서 성상교세포의 활성화된 형태인 반응성 교세포가 증가한 것을 확인한 바 있습니다. 반응성 성상교세포가 여러 퇴행성 뇌질환에서 보고된 바 있음에도 불구하고 반응성 성상교세포의 기능은 실험 모델의 부재로 파악하기 어려웠습니다. 우리는 개발한 성상교세포-특이적 독소 수용체 모델을 통해, 선택적으로 반응성 성상교세포를 만들고, 이를 통해 중증 반응성 성상교세포가 신경 퇴행성 알츠하이머병을 일으키는 결정적인 인자임을 확인하였습니다. 반응성 성상교세포의 병리적 기능을 표적으로 하는 약물 후보 물질을 개발하여 알츠하이머병 뿐만 아니라 파킨슨병, 외상성 뇌 손상, 뇌졸중 등 다른 퇴행성 질환의 치료 방법을 제안하고자 합니다.

교원현황

"현대물리의 핵심 난제의 해결!"

김영덕 단장은 직접 암흑물질 연구를 수행하기 위해 한국암흑물질탐색 실험 (KIMS)을 수행하기 시작했고 2012년부터 KIMS실험의 대표로 활동하고 있습니다. 국내 원전중성미자실험(RENO)에 적극적으로 참여하여 세번째 중성미자 섞임각을 성공적으로 측정했습니다. 관심분야는 섬광 결정을 이용한 중성미자 미방출 이중베타붕괴로써 AMoRE실험의 임원으로 활동하고 있습니다.

단장 : 김영덕

연구분야

• Discovery for dark matter and neutrinoless double beta decay
• Fundamental knowledge about the origin and structure of the universe
• Application to radiation, nuclear measurement, and medical technology through the research on the new detectors

연구단 소개

중성미자가 질량을 가지고 있는 것이 알려졌지만, 아직 절대 질량과 성질은 잘 알려져 있지 않습니다. 중성미자 질량 및 성질은 현재 우주의 입자-반입자의 비대칭성을 이해하기 위하여 제시된 "Leptogenesis" 이론 검증을 위해 중요합니다. 중성미자의 절대 질량과 성질의 규명을 하기 위한 가장 현실적인 실험은 중성미자 미방출 이중베타붕괴에 대한 실험입니다. 우리연구단은 극저방사능 결정과 저온 검출기를 개발하고, AMoRE 실험을 수행하여 중성미자 유효질량의 한계를 30 meV(약 5x10^-38kg)까지 낮추고자 합니다.

암흑물질에 대한 연구는 우주의 기원과 구조를 알기 위해 꼭 필요합니다. 우주의 약 95%를 구성하는 암흑물질과 암흑에너지에 대한 이해 없이 기본적인 우주의 역사를 이해하는 것은 불가능하기 때문입니다. 우리 연구단은 암흑물질의 가장 유력한 후보인 WIMP (Weakly Interacting Massive Particle)의 존재를 직접적으로 검증하는 것을 목표로 실험을 수행하여 암흑물질에 대한 타당성을 제공할 것입니다. 또한 암흑물질 연구와 관련하여 현재 수행되는 실험보다 더욱 정밀한 연구를 가능하게 할 새로운 검출 기술을 개발할 것입니다.

우리 연구단은 암흑물질 및 중성미자 미방출 이중베타붕괴 연구를 위해, 강원도 양양 지하 700m 지하 실험실 내에 극 저잡음 검출기를 설치하여 배경방사능이 극 미량만 존재하는 결정과 저온검출 기술로 극히 드물게 일어날 것으로 예상되는 사건을 찾고 있습니다. 수십에서 수백 kg의 물질을 검출기에 사용하여도, 일년에 극소수의 사건만 일어날 것으로 예상되고 있어서 배경방사능의 제거가 가장 중요한 과제입니다. 우리 연구단은 에너지 분해능력과 배경방사능을 구별해 내는 능력이 우수한 결정검출기와 저온센서를 연구 및 개발함으로써 이 목표를 달성하고자 합니다.

교원현황

"융복합 응집 물질, 광학 및 비선형과학을 탐구"

Sergej FLACH 교수는 응집물질 이론물리학자로서 막스플랑크 복잡계물리연구소를 거쳐 뉴질랜드 메시대학교의 이론물리 및 복잡계 교수직을 수행하였습니다. 응집물질 이론물리 분야에서 국제적으로 인정받는 학자이며, 전문분야인 비선형, 복잡계 분야에서는 최고 수준 연구자로 평가받고 있습니다.

단장 : Sergej FLACH

연구분야

• The nonlinear classical and quantum dynamics of nano-structured systems
• To conduct cutting edge research on phenomena at the interfaces of applied and computational theoretical condensed matter physics and optics
• Cross-fertilize research on exciton-polariton condensates, superconducting networks, quantum dot networks, ultracold atomic gases, optical waveguide networks, topology frustration, flatband physics

연구단 소개

세계는 지금 그래핀, 나노튜브, 양자점 배열, 메타물질, 포획된 원자 응축물질, 초전도 네트워크, 플라즈모닉/나노포토닉 구조체와 같이 기존의 재료에서는 볼 수 없던 전자기적, 기계적, 광학적 특성을 가진 나노구조재료에 기반을 둔 새로운 기술과 차세대 디바이스 개발에 주목하고 있습니다. 이들 시스템에서 나타나는 비선형, 양자 다체 현상을 밝혀내고 효과적으로 제어할 수 있는 방법을 디자인할 수 있는 새로운 이론적 개념, 접근방법 및 계산 도구의 수요 또한 점점 늘고 있습니다.

우리 연구단은 나노구조 시스템의 비선형 고전·양자역학에 있어 세계적 수준의 연구실을 만들고 최첨단의 응용연구를 포함한 컴퓨터계산/이론 응집물질물리 및 광학연구를 수행할 야심찬 도전을 가지고 있습니다. 우리 연구단은 엑시톤-폴라리톤 응축, 초전도 네트워크, 양자점 네트워크, 극저온 원자 기체, 광도파로 네트워크, 위상론, 쩔쩔맴 (frustration), 플랫 밴드 물리학, 파노 공명 나노스케일 디바이스, 인공 게이지장, 양자 래치트 (quantum ratchets), 다체 국소화 (many body localization) 상호작용과정의 무질서, 인공 준결정, 적분불가능성, 결정론적 카오스, 아놀드 확산, 캄이론 (KAM), 양자적 결맞음과 결흩어짐 (coherence and decoherence), 양자 확률(적) 동역학, 유한 시스템, 표적화된 에너지 전이, 나노 구조체의 수송현상, 비선형 나노광학, 위상 절연체 등의 폭 넓은 연구 분야를 서로 연계하여 연구하는 것을 목표로 하고 있습니다.

효율적인 방문자 및 워크샵 프로그램을 통해 우수한 연구 환경을 제공하고 인재양성 수준을 높이고, 급변하는 글로벌 과학계에서 성공적으로 경쟁할 수 있는 선도 연구기관으로 성장해 나갈 것입니다.

글로벌 과학계의 만남의 장이 될 우리 연구단은 신진 연구자들에게 우수한 연구 환경뿐만 아니라 다양하고 폭넓은 신흥 연구 분야의 세계적 리더들과 교류할 수 있는 기회를 제공할 것입니다.

교원현황