생화학분자생물학회

한국인 디지털 분자지도 구축사업 (심장특화)

Korea Molecular Atlas Project (K-MAP)

Ⅰ.​ 설립배경

1. 한국인 디지털 분자지도 구축의 필요성

● 현재 한국에서는 미국 GTEx (The Genotype-Tissue Expression) 등 해외에서 구축한 분자지도를 참조기준으로 주로 활용하고 있는데, 기존 인체 분자지도는 Caucasian을 중심으로 만들어진 것이어서 한국을 포함한 아시아인 데이터는 1% 정도로 미미하기에 정밀의학 구현을 위한 한국인 참조데이터로 활용하기에는 한계가 있음

● 데이터 측면에서, 기존의 GTEx, HuBMAP (The Human BioMolecular Atlas Program), HCA (Human Cell Atlas) 등 글로벌 분자지도 포털 중 어떤 데이터베이스도 다양한 분자·세포 수준의 데이터를 입체적으로 포괄하는 진정한 다차원 다중오믹스 (동일 세포/조직에서 유래된 유전체·전사체·단백체·단일세포 전사체·단일세포 후성유전체·공간 오믹스 데이터가 연계되어 생명현상의 작동원리를 규명할 수 있는 데이터) 기반의 디지털 분자 지도는 전세계적으로 아직 구축된 바 없음

● 이제는 기존 한국의 낮은 개방성과 연계성, 분절적 데이터 구조로 인해 데이터 활용이 저조한 현실을 넘어, 인체 다종 정상 장기로부터 글로벌 표준에 부합하는 고활용도, 다차원, 고품질 다중오믹스 데이터를 구축하고, 서로 다른 유형의 데이터를 일관성 있게 연계 분석할 수 있는 통합 파이프라인을 개발하여 한국 연구자가 활용할 수 있게 하며, 궁극적으로 한국이 바이오 데이터의 소비자에서 글로벌 리더의 역할을 수행할 때임 

Ⅱ.​ 연구 목표

● ​최종 연구목표: 한국인 생체분자 참조 분자데이터 지도 구축 

● 세부 목표

- 한국인 5대 정상 장기 생체 분자 아틀라스 구축

- 심장특화 3차원 분자지도 구축 및 아틀라스 활용 확대

- 노화기전 규명을 통한 노화 관련 질환 예방 기반 기여

Ⅲ.​ 연구 내용

● ​​한국인 디지털 분자지도 구축 대상장기: 심장, 뇌, 폐, 신장, 골격근

● 이 다섯 장기는 생명 유지와 신체 항상성 조절에 필수적이며 노화의 공통 기전이 이들 장기에서 두드러지게 나타나기에 질병에 대한 이해 뿐 아니라 노화 기전 연구에도 큰 도움이 될 것으로 기대함

● 다섯 장기에 대해 기본적으로 유전체, 전사체, 단백체, 단일세포 전사체 데이터를 생산하고 이를 기반으로 생체 분자 아틀라스를 구축할 계획이며 유전체 측면에서는 롱리드 sequencing을 적용하여 structural variant, methylation profile, repeat element를 정교하게 분석하고, 전사체 측면에서는 기존 기술로 찾아내지 못한 미지의 영역인 새로운 선택적 스플라이싱 (alternative splicing)을 발굴하여 단백체와 연계 분석할 계획임   

● 심장은 뇌와 함께 대표적인 “더 이상 분열하지 않는 세포(postmitotic cell)”로 이루어진 장기로 재생이 되지 않기에, 심장질환은 뇌질환과 더불어 대표적 난치성 질환으로 간주되며 사망원인 1위임에도 불구하고 아직까지 명확한 극복 방법이 제시되지 못하고 있음

● 이에 본 연구단은 심장에 특화하여, 심장에 대해서는 상기한 다중오믹스 데이터 외에 단일세포 수준의 공간전사체, 후성유전체, 단백체 데이터를 추가하여 초정밀 3차원 생체분자 아틀라스를 구축할 계획임

● 특히 심장의 위치에 따라 매우 다른 분자 특성을 나타내며 심장을 구성하는 여러 조직영역들 간에 역할과 이질성이 큰 대표적 장기이기에 심장기능에 핵심역할을 하는 9 영역을 선정하여 단일세포 수준의 다중오믹스 데이터를 구축하고자 함

● 본 연구사업을 위해 다양한 분야의 전문성이 필요하기에 4개 대학에서 유전체, 단백체, 후성유전체, 단일세포전사체, 다중오믹스, 생명정보, 해부, 병리, 노화분야 전문가 10명을 포함해 박사급 연구자 30명 이상이 본사업에 참여하고 있음   

● 궁극적으로 본 연구사업에서 도출되는 심장특화 생체분자 참조 분자데이터는 뇌특화 생체분자 참조 분자데이터와 연계하여 웹포털을 구축하고 한국을 포함한 전세계 연구자들에게 공개할 예정임. 구축할 웹포털이 공공연구자원으로 지속 가능하게 활용될 수 있도록 기획 초기단계부터 국가 바이오데이터 스테이션(K-BDS) 전산환경에서 개발할 계획임   

Ⅳ. 기대효과 및 전망

● 질병을 이해하고 치료/예방 기술 개발을 위해서는 다양한 세포와 조직으로 구성된 인체 정상장기의 작동 기전을 분자 수준에서 이해해야 함. 본 연구사업은 생명 현상의 central dogma인 유전체-후성유전체-전사체-단백체가 어떻게 연계되고 조절되는지 작동을 기전을 현재보다 더 명확하고 직접적으로 규명할 수 있는 핵심적 연구자원이 될 것으로 기대함

● 이 귀중한 자원이 한국에서 만들어 짐으로써 한국이 현재의 바이오 데이터 단순 소비국에서 글로벌 리더의 역할을 하는 시작점이 될 것으로 기대함