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[BRIC View 동향리포트]

Human Cell Atlas (HCA) 프로젝트의 연구동향

박봉수 (미국국립보건원, 노화연구소)

요약문

인간의 모든 세포를 단일 세포(Single-cell) 수준으로 이해하고자 하는 시도는 매우 도전적인 과제이다. 최근에는 단일 세포 기술 시퀀싱의 발전으로 전사체 및 후생 유전체를 이용하여 인간의 건강한 세포와 질병의 양상을 통합적으로 이해하고자 하는 시도가 이루어지고 있다. 2016년에 결성된 Human Cell Atlas (HCA) 프로젝트는 4년이 지난 지금 인체의 각종 세포의 단일 세포 전사체 레퍼런스를 만드는 첫 번째 단계의 프로젝트를 마무리하고, 국제 과학협력기구로 나아가는 두 번째 단계로 진행하는 중이다. 이번 동향리포트에서는 지난 3년 동안에 HCA 컨소시엄에서 발표된 연구 결과들을 요약 및 정리하고 앞으로 진행되는 프로젝트의 방향을 살펴 보았다. 그리고 이와 함께 2020년도에는 COVID-19 바이러스로 인한 팬데믹과 관련되어 HCA에서 단일 세포 전사체 연구를 병행하고 있다. 출판된 연구 결과 및 빅데이터를 웹사이트를 이용하여 살펴볼 수 있도록 만들었는데 그것에 대한 소개도 함께하였다. 단일 세포 수준에서 세포의 이질성을 다루는 이러한 연구 결과는 기초 생물학과 의학에 있어서 다음 10년을 준비하는 새로운 패러다임으로 작용할 것으로 보인다.

Key Words: Transcriptome, Single-cell, HCA, COVID-19

[목  차]

1. 서론

2. 본론 

2.1. 단일세포 연구 결과 

2.2. COVID-19 연구 결과 

2.3. 방법론 요약

3. 결론

4. 참고문헌

1. 서론

2016년 10월 영국 런던에서는 세계를 이끄는 석학들이 모여 인간의 단일 세포의 큰 그림을그리는 Human Cell Atlas (HCA) 프로젝트에 관한 논의를 하였다. 그 당시에는 여러 가지 단일 세포분석 방법들이 새롭게 소개되고 있었고 새로운 기술을 이용하여 생명체의 가장 기초적인 단위가되는 세포 수준에 관한 분석이 시작되는 시기였다. 모든 세포를 아우르는 인간의 단일 세포의지도를 만들자는 프로젝트는 매우 도전적인 연구 주제였다. 만약 이것이 성공적으로 완성된다면, 단일 세포 수준에 관한 인간 유천체지도는 생명 현상을 이해하고 질병에 대처하고 예방하는 데있어서 매우 큰 공헌을 할 것이다. 실제로 암의 발병이나 질병의 진전은 단일 세포 수준에서일어나기 때문에, 더욱 정교한 전사체의 분석은 질병의 기작을 이해하는데 큰 도움을 줄 것이다.

그림 1. Human Cell Atlas Project 로고(출처: https://www.humancellatlas.org/).

2016년 이후로, 단일 세포 수준에서의 연구들은 전 세계적으로 산업계, 학계, 국가공립연구소의 광범위한 지원을 받으며 진행중이다. 이러한 대규모의 공동 연구 노력은 앞으로 기초생물학과 의학의 발전에 기반을 놓으며, 앞으로의 발전을 도울 것으로 기대된다. 2020년을 기준으로처음 계획했던 HCA 프로젝트 1단계의 여러 연구들이 완료되었고 이에 따른 37개의 논문이 출판혹은 출판 준비 중이다. 이번 동향 리포트에서는 최근에 발표된 여러 가지 연구논문을 간략하게정리하고 앞으로의 HCA 프로젝트의 방향성에 대해서 살펴 보고자 한다.

아래의 그림 2는 HCA프로젝트 백서에 나와 있는 2016-2018년도 까지의 계획표를 나타낸다. 2016년부터 지난 4년 동안 프로젝트의 진행 사항을 보여주고 있다. 백서에서는 가장 기초가 되는세포 아틀라스의 뼈대를 만드는 기술적 혹은 분석적 방법에 대한 논의를 하고 있다. 단일 세포의분석인 막대한 시퀀싱 데이터를 양산할 것으로 예상되며, 무엇보다도 Data Coordination Platform(DCP)을 만들어 그동안 만들어진 데이터를 정리하는데 초점을 맞추고 있다. 이로 인해서, 여러 가지단일 세포 자료를 통합적을 분석하는데 필요한 플랫폼을 제공하며 새로운 단일세포 유전체 자료가출판될 때 기존의 결과물과 비교분석을 돕는데 중점을 두고 있다.

그림 2. HCA프로젝트 백서에 나와있는 2016-2018년도까지의 계획표.

2020년 10월 현재까지 4.5백 만개의 세포와 33개의 장기, 289명의 참가자를 통한 데이터가축적되어 있다. 이는 28개의 프로젝트와 81개의 연구실의 공동연구의 결과물이고 모든 자료가웹사이트를 통해서 공개되게 된다. HCA 프로젝트는 모든 프로젝트를 주관하는 위원회와워킹그룹으로 나누어져 있는데, Organizing Committee (OC), Joint Coordinating Committee (JCC)를통해서 실무 분야별로 전문가를 모으는 일을 한다. 워킹 그룹은 Analysis Working Group (AWG), Ethics Working Group (EWG), EQUITY Working group (EQWG), and Standard and Technology working group (STWG) 이렇게 구성되어진다. 실제 전문가들의 소통을 돕기 위해서, 아래의 정리된 것과 같이17개의 생물학적 주제별로 네트워크가 형성되어 있다. HCA 연구팀들은 최근에는 COVID-19와관련한 연구 그룹도 형성되어 다양한 연구를 수행하여, 관련된 연구 논문들이 출반 되었다

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