Research

생물의 유전정보를 담고 있는 지놈 DNA는 세대를 거쳐 복제·유전되지만, 개별 생물체의 수명은 유한하다. 하나의 개체는 발달 과정을 거쳐 생리적 기능이 최고점에 도달한 이후, 점진적인 기능 저하와 함께 노화 과정을 겪게 된다. 이러한 노화는 단순한 시간의 경과가 아니라, 다양한 유전자와 분자적 기전에 의해 조절되는 생물학적 과정임이 지난 수십년간의 연구를 통해 밝혀져 왔다. 

특히 1990년대 초 모델 동물 연구에서 장수 돌연변이가 발견된 이후, 다수의 노화 조절 유전자들이 규명되었으며, 이를 바탕으로 노화 현상은 현재 약 12가지의 핵심 생물학적 특성(hallmarks)으로 체계화되어 이해되고 있다.

우리 연구실은 초파리(Drosophila melanogaster)를 모델로 하여 노화에 관여하는 유전자들을 체계적으로 발굴하고, 이들이 개체 수준 및 조직 특이적으로 노화를 조절하는 분자적 기전을 규명하고 있다. 초파리는 약 80일 내외의 짧은 수명을 지닌 모델 동물로, 전 생애에 걸친 노화 과정을 실험적으로 분석할 수 있다는 장점을 가진다. 우리는 전신 노화 뿐만 아니라 뇌, 근육 등 개별 조직의 노화 메커니즘에 특히 주목하고 있다.

While genomic DNA carrying genetic information is faithfully replicated and transmitted across generations, the lifespan of an individual organism is finite. Each organism undergoes a life cycle in which physiological functions increase during development, reach a peak, and subsequently decline through the aging process. Aging is not merely a passive consequence of time, but a biologically regulated process influenced by numerous genes and molecular pathways.

Since the discovery of long-lived mutants in model organisms in the early 1990s, extensive research has identified many genes that modulate aging. These efforts have led to the conceptual framework that defines aging through approximately twelve conserved biological hallmarks. Together, these findings have established aging as a genetically and mechanistically tractable process.

Our laboratory uses Drosophila melanogaster as a primary model system to identify aging-associated genes and to dissect the molecular mechanisms by which they regulate lifespan and functional decline. Owing to its relatively short lifespan of approximately 80 days, Drosophila provides a powerful platform for studying aging across the entire life course. In particular, we focus on both organism-wide aging and tissue-specific aging processes, including those occurring in the brain and muscle.

알츠하이머병 (Alzheimer's Disease)

알츠하이머병은 가장 흔한 퇴행성 뇌질환으로, 인지 기능의 점진적 저하로 인해 일상생활 수행이 불가능해지는 치매의 주요 원인이다. 최근의 대규모 유전체 연구들은 알츠하이머병이 단일 유전자 이상이 아닌, 다수의 유전적 요인들이 복합적으로 작용하는 다인자성 질환이며, 유전적 기여도가 매우 높다는 점을 보여주고 있다.

그러나 현재까지 규명된 유전자들로 설명할 수 있는 알츠하이머병의 유전적 위험도는 제한적이며, 이는 아직 밝혀지지 않은 많은 질병 연관 유전자와 분자 경로가 존재함을 시사한다.

우리 연구실은 초파리 알츠하이머병 모델을 이용한 유전학적 스크리닝을 통해 새로운 알츠하이머병 연관 유전자들을 발굴하고, 이들이 신경세포 기능 이상과 병리 형성에 기여하는 기전을 규명하고자 한다. 이러한 연구를 통해 알츠하이머병의 발병 원리에 대한 근본적인 이해를 확장하고, 향후 치료 전략 개발을 위한 기초 과학적 토대를 마련하는 것을 목표로 하고 있다.

Alzheimer’s disease is the most prevalent neurodegenerative disorder and the leading cause of dementia, characterized by progressive cognitive impairment that severely disrupts daily life. Recent large-scale genetic studies have demonstrated that Alzheimer’s disease has a strong genetic component and arises from the combined effects of multiple genetic risk factors.

However, the genetic variants identified to date account for only a fraction of the heritable risk, indicating that many disease-associated genes and pathways remain undiscovered. This gap highlights the need for systematic functional approaches to uncover novel contributors to disease pathogenesis.

Our laboratory employs Drosophila models of Alzheimer’s disease to perform genetic screens aimed at identifying previously unrecognized disease-associated genes. By elucidating how these genes influence neuronal dysfunction and neurodegeneration, we seek to advance fundamental understanding of Alzheimer’s disease mechanisms and to provide insights that may inform future therapeutic strategies. 

말벌 유전체 해독을 통한 계통 분석 및 생물학적 사회성 연구(Genome Sequencing–Based Phylogenetic and Social Evolution Studies in Hornets)

말벌 속(Vespa)은 생태적·진화적 다양성이 매우 높은 곤충 분류군으로, 종 간 형태적 변이가 크고 지역적 변이 또한 뚜렷하여 전통적인 형태 분류만으로는 정확한 계통 관계와 종 경계를 규명하는 데 한계가 있다. 특히 외래종 유입과 분포 확장, 지역 집단 간 혼합이 빈번하게 발생하면서 말벌 분류 체계의 혼란과 도입·확산 경로를 추적하기 위한 분자적 근거의 필요성이 지속적으로 제기되고 있다.

우리 연구는 말벌을 대상으로 형태학적 형질 분석과 분자 계통학, 유전체 수준의 분석을 통합하여 종 분류의 정확성을 높이고, 지역 집단의 기원과 이동 및 도입 경로를 규명하는 것을 목표로 한다. 더 나아가 고도로 발달한 사회성을 지닌 말벌에서 사회 구조와 행동적 특성의 진화가 어떠한 유전체적 변화와 연관되어 있는지를 규명하는 것을 핵심 연구 주제로 삼고 있다.

이를 위해 PacBio HiFi 기반의 고품질 de novo 유전체 조립을 통해 말벌 유전체 참조 서열을 구축하고, 이를 바탕으로 종 간 유전체 구조 비교, 반복서열 특성 분석, 유전자 중복 및 소실 패턴 분석을 수행하며, 사회성 유지 및 행동 분화에 관여하는 유전자 및 유전체적 특징을 비교 분석함으로써, 사회성 진화의 분자적 기전을 탐구하고 있다.

이러한 연구는 말벌의 계통 관계를 보다 정밀하게 이해하는데 기여할 뿐 아니라, 유전체 기반에서 사회성 곤충의 진화와 생물학적 다양성을 해석하는 새로운 틀을 제시할 것으로 기대된다.

The genus Vespa (hornets) represents a taxonomically and evolutionarily diverse group of insects, characterized by substantial morphological variation among species as well as pronounced geographic differentiation within species. These features have limited the accuracy of traditional morphology-based classification, making it difficult to resolve phylogenetic relationships and species boundaries. In addition, frequent introductions of invasive species, range expansions, and admixture among regional populations have increased taxonomic uncertainty and highlighted the need for robust molecular and genomic evidence to trace origins and invasion routes.

Our research integrates morphological trait analysis, molecular phylogenetics, and genome-scale approaches to improve species delimitation and to elucidate the origins, movements, and introduction pathways of regional hornet populations. Beyond taxonomy and biogeography, a central goal of this work is to investigate how the evolution of highly developed social organization and behavior in hornets is associated with genomic changes.

To achieve these aims, we generate high-quality reference genomes using PacBio HiFi–based de novo genome assembly. These genomic resources enable comparative analyses of genome architecture, repetitive element composition, and patterns of gene duplication and loss across species. We further focus on identifying genomic features and candidate genes associated with the maintenance of social systems and behavioral differentiation.

Through genome-informed phylogenetic and comparative analyses, this research seeks to advance our understanding of hornet evolution and to provide broader insights into the genomic basis of social evolution in insects.