본 센터는 교육과학기술부와 연구재단의 우수선도연구센터(SRC)로 선정되어 2016년 9월에 설립되었다. 본 센터는 연세대학교 교수 5명, 타 대학 교수 3명을 중심으로 현재 총 8명의 핵심연구원과 선임급연구원 4명을 포함 50여명의 연구원들로 구성되어 있다. 세포 내 당단백질 수식화 (O-GlcNAcylation)는 인산화와 함께 세포 생리적 상태를 조절하며 다양한 질환의 기작에 핵심적인 역할을 한다.

본 센터는 새로운 O-GlcNAc 수식화 분석방법과 생물학적 모델 시스템을 구축하여 O-GlcNAc 수식화 단백체 데이터베이스 정립하고, 지금까지 시도되지 않았던 포괄적이고 시스템적인 O-GlcNAc 수식화 단백질 네트워크 및 기능 연구를 수행하여 유전자 및 단백질 연구만으로는 해결할 수 없었던 다양한 인간 질병의 발병 원인과 그 치료법의 단초를 제공하려는 목표로 설립되었다.

• 인간게놈프로젝트 이후, 지노믹스와 프로테오믹스 연구 기법으로 생명현상을 규명하고 인간 질병의 치료 방법을 개발하려는 다양한 시도가 있었으나 아직까지 해결하지 못한 난제들이 많이 남아 있다. 문제 해결의 방법 중의 하나는 단백질 수식화 (protein modification) 연구에 있으며, 이 가운데 당 수식화 연구 수행 및 결과의 부재가 문제의 원인 중 하나이며, 지금까지 당 수식화 연구가 미비한 이유는 연구의 접근성이 용이하지 않기 때문이었다. 당 수식화 연구 가운데 세포 내에 존재하는 O-GlcNAc 수식화는 세포 내막계에서 일어나고 당사슬 형태로 일어나는 종래의 당 수식화와는 전혀 다른 기작이며 세포의 영양 상태, 스트레스 등에 의해 수식화 패턴이 변화하게 된다.
• O-GlcNAc 수식화는 세포질 또는 핵에 존재하는 단백질의 아미노산 세린과 트레오닌의 수산화 잔기에 일어나며 이는 세포의 신호 전달체계 또는 단백질의 인산화에 직접적인 영향을 미치고 있다. 특히 당 수식화 연구는 여러 생명과학 분야와 유기화학 및 분석화학이 통합적으로 이루어져야 가능하지만, 현재 대부분의 당 수식화 연구는 기초적인 단계로서 각각 독립적으로 진행되고 있다.
• 영양 조건이나 각종 질환상태에 따른 신호 전달 체계에 대한 연구 및 통합적인 O-GlcNAc 수식화 네트워크 연구 및 데이터베이스 구축 관련하여 진행되는 연구는 현재까지 없었으며 본 연구를 통하여 O-GlcNAc 수식화 단백질의 O-GlcNAc 수식화 변화를 구분하여 판별할 수 있는 생화학적 기법을 개발함으로 원천기술을 확보하고 이를 이용하여 여러 질환에 대한 치료방법의 단초를 제공할 수 있으므로 그 원천성이 있다.

• 비정상적인 O-GlcNAc 수식화에 의해 야기되는 확인된 질환으로는 현재까지 치매, 인슐린저항성, 암의 발생과 전이 등이며 아직 O-GlcNAc 수식화 연구의 진행 단계가 개념정립 단계이기 때문에 다양한 질환에서 확인되지는 못하고 있다.
• 그러나 대사성 질환, 근육질환, 면역질환, 골격계 및 연골질환 등에서도 O-GlcNAc 수식화 연구결과가 발표되고 있기 때문에 질환의 원인과 O-GlcNAc 수식화와의 연관성을 네트워크 연구를 통해 통합적으로 수행한다면 많은 질환에서도 비정상적인 O-GlcNAc 수식화에 의해 야기되는 질환을 확정할 수 있고 그 치료 방법을 개발할 수 있는 단초를 제공할 수 있다.

• 1984년 처음으로 미국 Johns Hopkins 대학의 Hart 교수 연구팀이 O-GlcNAc 수식화를 세포의 핵공에서 발견하여 종래의 당화와는 전혀 다른 것으로 세계적인 이목을 받았으나 O-GlcNAc 수식화 연구를 본격적으로 시작된 것은 2006년부터이며 현재 PubMed에 등록된 O-GlcNAc 수식화 관련 논문은 총 1074편이다.
• O-GlcNAc 수식화 이상으로 발병하는 질환 가운데 하나인 치매의 치료제가 캐나다 Simon Fraser 대학의 Vocadlo 연구팀에 의해 OGA 효소 저해제를 이용하여 연구 개발 중이며 O-GlcNAc 수식화가 일어나는 위치 규명 연구는 Johns Hopkins 대학의 Zachara 교수 연구팀과 Drexel 대학교의 Vosseller 교수 연구팀 주로 하고 있다.
• 미국 NIH의 Hanover 그룹은 생쥐, 초파리 그리고 C. elegans 등 동물 모델을 사용하여 O-GlcNAc 수식화의 기능을 밝히는 연구를 수행하고 있으며 University of Kansas Medical Center의 Slawson 교수 연구팀은 O-GlcNAc과 인산화의 상호 작용 현상을 풀기 위해 세포 신호 전달에 미치는 O-GlcNAc 수식화의 영향과 그 기능 분석에 대한 연구를 수행하고 있다. 또한 당 화학 분야에서는 California Institute of Technology의 Hshieh-Wilson 교수 연구팀이 O-GlcNAc 수식화 연구에 필수적인 화학 물질 개발 연구를 수행하고 있다.
• 지금까지 단백질의 인산화에 관한 연구는 세계 각국의 여러 연구진들에 의해 심도 있게 진행되어진 것과는 다르게, O-GlcNAc 수식화 연구는 2006년 이후 여러 연구 그룹들이 자신들에게 관심 있는 질병 분야를 대상으로 연구를 수행해 오면서 관심이 높아지고 있으며 아래 그래프의 논문 발표 추세를 살펴보면 인산화 분야 연구는 이제 정체기와 쇠퇴기에 접어든 반면 O-GlcNAc은 해가 거듭될수록 발표되는 논문 수가 빠르게 증가하고 있다. 이런 성장추세는 세계적으로 O-GlcNAc 수식화 연구에 관한 관심도를 말해주며 질환의 발병 원인과 질환의 치료법 개발에 O-GlcNAc 수식화 분야가 새롭게 부상하는 돌파구임을 시사하고 있다.
• O-GlcNAc 수식화 연구를 한 차원 더 끌어올리기 위해서는 현재 수식화 부위가 확인 된 위치를 특이적으로 검증할 수 있는 O-GlcNAc 수식화 펩타이드 항체를 제작해야하며 O-GlcNAc 수식화가 확인 된 단백질에서 어느 위치에 O-GlcNAc 수식화가 일어나는지를 확인하는 질량분석 기술이 개발되어야 한다. 또한 O-GlcNAc 수식화 단백질 네트워크를 확립하여 질환에 따라 특이적으로 수식화되는 단백질 군을 찾아내어 질병의 원인을 규명할 수 있는 정보를 축적해야 한다. 해외 선도그룹과 비교하여 연구 역사는 비록 길지 않지만 국내의 연구 인프라 및 연구 능력은 해외에서도 도움 요청을 받을 정도로 잘 정비 되어 있는 상태이기 때문에 충분한 경쟁력이 있고 조만간 O-GlcNAc 수식화 연구 분야의 선도적인 역할을 담당할 수 있을 것으로 판단된다.

• 당 수식화 연구는 여러 생명과학 분야와 유기화학 및 분석화학이 통합적으로 이루어져야 가능한데 지금까지 연구는 개인 연구 과제 수준으로 진행되어 왔기 때문에 다양한 생물학 분야의 기술을 모두 활용한 총괄적이고 심도있는 연구를 수행하는데 어려움이 있었다. 현재 O-GlcNAc 수식화 연구를 진행함에 있어 좀 더 향상된 O-GlcNAc 수식화 제어 유기합성 물질들이 필요하지만 국내에는 탄수화물 유기합성 연구팀이 거의 없다.
• 센터가 설치되면 필요한 연구 재료(O-GlcNAc transferase, O-GlcNAcase의 유전자 construct, siRNA와 shRNA construct, ihhibitor)를 손쉽게 제공받을 수 있으며 센터에 소속된 연구원들 가운데 O-GlcNAc 수식화 위치를 확인할 수 있는 질량분석기술 전문가를 확보하였으며, 단백질의 구조를 결정하는 구조생물학자가 있으며 immunogold TEM 기술을 갖고 있는 연구자가 있으므로 O-GlcNAc 수식화 연구의 병목점을 해결하여 연구가 빠르고 유기적으로 진행될 수 있다.
• 해외 우수 유기합성 연구센터 혹은 팀들과 개인 연구자가 MOU를 체결하여 국제공동연구를 수행하기는 어렵지만 국가차원에서 센터가 설립된다면 이들과의 협력사업 및 공동연구가 훨씬 더 용이할 것이다. O-GlcNAc 수식화 연구는 생명과학의 거의 모든 분야에 적용할 수 있고 세계적으로도 이제 연구가 본격적으로 진행되고 있으므로 본 센터가 설립되면 국내 많은 연구자들이 자신의 연구 분야에 O-GlcNAc 수식화 연구를 응용할 수 있으며 국내 O-GlcNAc 수식화 연구 수준을 센터 존속 기간 동안 세계 최고 수준으로 끌어 올릴 수 있을 것으로 사료된다.