1. 2016년 4월

Optogenetic oligomerization of Rab GTPases regulates intracellular membrane trafficking
Nat. Chem. Biol., Published online 11 April 2016 | doi:10.1038/nchembio.2064

교신저자: 카이스트 허원도 교수

세포 내에는 엔도좀(endosome)이나 리소좀(lysosome), 엑소좀(exosome) 등 막으로 이루어진 다양한 막 구조 세포 소기관(intracellular membranes)들이 존재함. 막 구조 세포 소기관들은 세포의 성장과 분열에 밀접한 세포의 기본 기능인 물질 수송과 물질 분비, 신호전달과정 등에 관여함. 세포내 물질 수송은 매우 역동적으로 움직이는 세포 소기관들에 의해 이루어지는데, 복잡한 움직임을 제어할 방법이 거의 없어 세포 관련 연구가 제한됨. 이에 본 연구팀은 생체막 올가미 기술을 개발, 빛을 통해 세포 소기관들의 이동을 원하는 때, 원하는 위치에서 일시 정지시켜 세포 소기관들의 이동 메커니즘을 실시간으로 연구하는데 성공했음. 먼저 청색 빛에 반응하는 식물의 청색광 수용 단백질에, 세포 소기관들의 생체막에 존재하는 랩 단백질(Rab small GTPase)을 결합시킨 융합단백질을 개발했고, 이 융합단백질을 실험동물의 암세포와 신경세포에 발현시킨 뒤 청색 빛을 비춘 결과, 많은 막 구조 세포 소기관들이 서로 응집하여 이동이 일시 정지되는 현상을 확인함. 이번 연구는 약물이나 전기 자극이 아닌 빛을 비추는 비 침습적(non-invasive) 방식을 고안, 최소 자극으로 막 구조 세포 소기관들의 이동을 제어할 수 있게 된 데 의의가 있음.

2. 2016년 4월

Small Molecules Facilitate Single Factor-Mediated Hepatic Reprogramming
Cell Rep. 2016 Apr 13. pii: S2211-1247(16)30360-6. doi: 10.1016/j.celrep.2016.03.071.

교신저자: 건국대학교 한동욱 교수

기존 유도간 세포로의 교차분화 기술은 1% 이하의 낮은 생산효율과 교차분화 때 최소 3주 이상이 소요되고 체내 유래 간 세포와 비교 시 간 세포로서의 기능성이 현저하게 떨어지는 한계를 가지고 있음. 이는 향후 세포치료 등 임상에 필요한 수준의 고기능성 유도 간 세포를 대량 생산하는 큰 걸림돌로 작용함. 본 기술의 한계점을 극복하기 위해 먼저 유도 간 세포로의 교차분화 때 MET(간엽상피전환, mesenchymal-epithelial transition) 과정이 가장 중요한 단계임을 역학적으로 증명했고, MET과정을 극대화시킬 수 있는 추가 인자로 전사인자 C-myc, Klf4를 도입하거나 소분자 화합물 조합 ABC (A83-01, BMP4, CHIR99021)를 탐색하고 이를 이용하여 유도간세포 생산 기간을 1주일 이내로 단축시키고 생산효율을 최대 90배 이상 수준으로 극대화 시킬 수 있는 '고효율성 유도 간 세포 교차분화기술'을 개발하는데 성공함. 이는 간 이식만이 유일한 해결책이었던 종래의 다양한 유전성 및 난치성 간질환을 치료하기 위한 세포 치료제 개발 및 신약 스크리닝 등에 있어서 획기적인 치료 방안으로 활용될 수 있을 것으로 예상됨.

3. 2016년 4월

NPolo Kinase Phosphorylates Miro to Control ER-Mitochondria Contact Sites and Mitochondrial Ca2+ Homeostasis in Neural Stem Cell Development
Dev. Cell, Volume 37, Issue 2, p174-189, 18 April 2016 | DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.devcel.2016.03.023

교신저자: 한국생명공학 연구원 이성수, 이규선, 허성운 연구원

세포 내 특정 단백질 변화가 미토콘드리아 내 칼슘을 조절해 신경줄기세포 유지와 세포 분열에 영향을 미친다는 사실을 규명함. 미토콘드리아 외막에 있는 미로(Miro) 단백질이 대표적 인산화 효소 가운데 하나인 폴로(Polo) 키나아제의 작용으로 미토콘드리아를 칼슘 저장고인 소포체로 이동시켜 칼슘 흡수를 촉진한다는 사실을 발견함. 또한 미토콘드리아 칼슘 농도에 따라 신경줄기세포의 자가재생성 활성이 조절된다는 것을 밝혀내고 이를 유전자 조작 초파리와 생쥐 질병모델 실험으로 확인함으로써 신경암과 신경퇴행성질환 등의 치료제 개발에 활용 가능성을 제시함.

4. 2016년 5월

Regulation of Poly(A) Tail and Translation during the Somatic Cell Cycle
Mol Cell. 2016 May 5;62(3):462-71. doi: 10.1016/j.molcel.2016.04.007.

교신저자: 서울대학교 김빛내리 교수

김빛내리 교수 연구진은 세포 주기가 단백질이 아닌, 성숙한 세포 전령 RNA의 아데닌 꼬리의 길이에 의해 조절된다는 사실을 밝혔음. 기존의 세포 주기 연구는 주로 단백질의 번역 후 과정에 집중되어 있었으나, 김빛내리 교수 연구팀은 단백질 번역 효율에 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 RNA의 아데닌 꼬리로부터 조절되는 메커니즘을 규명하고자 함. 이에 위 연구진은 꼬리서열 분석법(TAIL-seq)과 리보솜 프로파일링(ribosome profiling) 기술을 이용하여 전체 유전자 중 아데닌 꼬리 길이가 조절되는 유전자들을 선별하고 그 유전자들의 번역 조절 메커니즘을 규명하였음. 연구진은 세포 주기에 관여하는 유전자 전령RNA의 아데닌 꼬리가 분열기에 선택적으로 20 뉴클레오티드 이하로 짧아지면서, 이에 따라 해당 유전자의 번역이 감소한다는 사실을 확인하였으며, 이는 분열기에 세포 주기 조절 유전자들의 단백질 번역이 감소되어야, 세포 분열을 마무리한 후 다음 세포 주기로 넘어갈 수 있기 때문인 것으로 추정하였음.

5. 2016년 5월

S6K1 Phosphorylation of H2B Mediates EZH2 Trimethylation of H3: A Determinant of Early Adipogenesis
Mol Cell. 2016 May 5;62(3):443-52. doi: 10.1016/j.molcel.2016.03.011.

교신저자: 성균관대학교 한정환 교수

성균관대학교 한정환 교수 연구진은 체내 신호전달물질로 알려진 S6K1이 유전자 발현 변화 과정을 통해 지방세포의 수를 증가시켜 비만을 유도한다는 사실을 규명함. S6K1은 에너지 섭취에 의해 활성화되는 체내 신호전달물질로 세포의 성장, 노화, 증식 등 다양한 생명현상에 중심적 역할을 하지만 현재까지 세포의 핵 내에서 S6K1의 직접적인 조절을 받는 타겟유전자는 밝혀지지 않았음. 위 연구진은 지방세포화 자극에 의해 활성화 된 S6K1이 핵 내로 이동하여 히스톤 단백질의 잔기의 한 종류인 H3K27의 삼중 메틸화를 유도하여, 지방세포의 분화를 억제하고 있는 WNT 유전자의 발현을 감소시킴으로써 지방세포의 분화를 촉진하고 비만을 유도한다는 사실을 규명하였음. 또한 실제 비만환자의 조직 및 비만을 유도한 실험용 쥐의 조직에서도 S6K1이 활성화되어 있고 이로 인해 후생유전학적 변화가 야기된 다는 것을 밝힘으로써 소아비만의 대표적 양상인 지방세포 과다형성과 그로 인한 만성 대사질환의 치료연구에 핵심적 단서를 제공하였음.

6. 2016년 5월

nArgBP2 regulates excitatory synapse formation by controlling dendritic spine morphology
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Published online before print May 25, 2016 | doi: 10.1073/pnas.1600944113

교신저자: 서울대학교 장성호 교수

서울대학교 장성호 교수 연구진은 신경정신질환에 중요한 영향을 미치는 단백질인 nArgBP2의 이상 발현이 흥분•억제신경전달의 불균형을 유발, 조울증의 원인이 된다는 것을 규명함. 시냅스 액틴세포골격 조절 단백질들 중 하나인 nArgBP2의 신경계 내 결핍이 조울증 등 신경정신질환과 유사한 증상을 유발한다는 연구결과가 기존에 있었으나 현재까지nArgBP2가 어떠한 메커니즘을 통해 조울증 등 신경정신질환 증상을 유발하는지는 정확히 밝혀진바 없음. 본 연구에서는 nArgBP2의 발현이 선택적으로 흥분성 시냅스 (excitatory synapse) 형성에 이상을 끼쳐 조울증을 유발한다는 것을 발견하였고, 또한 nArgBP2의 발현이 억제된 신경세포에서는 액틴세포골격의 활성을 비정상적으로 증가시켜, 비정상적인 형태의 수상돌기가시가 형성됨을 밝힘. 이는 흥분성 시냅스 형성 과정에서 흥분•억제신경전달의 불균형을 유발함으로서 조울증 같은 신경정신질환을 유발 시키는 것으로 확인됨.

7. 2016년 5월

A single gene of a commensal microbe affects host susceptibility to enteric infection
Nat. Commun., Published 13 May 2016, 7, Article number: 11606 | doi:10.1038/ncomms11606

교신저자: 연세대학교 윤상선 교수

광범위 항생제를 지속적으로 복용한 쥐가 대표적 병원성세균 중 하나인 콜레라균에 의한 감염에 매우 취약하다는 점에 착안, '장내 공생세균과 숙주와의 상호작용 때문'이라는 가설을 설정하여 실험용 쥐 장내에 있는 공생세균 균총의 다양성은 감소되는 특이 유전 형질을 가진 대장균이 폭발적으로 증가하였고, 새로이 발견 된 증폭 대장균은 지금까지 알려진 일반적인 대장균과는 달리 다른 종의 세균으로부터 유입된 것으로 예측되는 카탈라아제(catalase) 유전자를 하나 더 지니고 있음을 확인함. 증폭 대장균은 활성산소(reactive oxygen species, ROS)에 대한 매우 높은 저항성을 보이는 것을 확인하고, 이 카탈라아제 유전자는 기존 대장균이 지닌 KatE 유전자와 상동성이 있어 eKatE(extra KatE)라 명명함. eKatE 유전자를 결핍시킨 증폭 대장균은 활성산소에 대한 저항성을 잃었으며 eKatE 과발현 시킨 대장균은 활성 산소에 매우 높은 저항성을 보임을 확인함. 또한, 세균 이식(transplantation) 실험을 진행하였을 때, 완전하게 공생세균 형성이 이루어지지 않은 갓 태어난 쥐에 증폭 대장균을 이식했을 경우 콜레라 감염이 심각하게 진행됐으며 같은 조건의 실험용 쥐에 eKatE 유전자가 결핍된 증폭 대장균을 이식했을 경우에는 콜레라균에 대한 감염이 증가되지 않음을 발견함.

8. 2016년 5월

Genome-wide analysis reveals specificities of Cpf1 endonucleases in human cells
Nat Biotechnol. 2016 Jun 6. doi: 10.1038/nbt.3609.

교신저자: 서울대학교 김진수 교수

김진수 교수 연구진은 크리스퍼 Cpf1이 기존 크리스퍼 Cas9에 비해 유전자 교정 정확성이 뛰어나다는 사실을 자체 개발한 실험방법으로 밝혔음. Cpf1 단백질은 지난해 MIT의 펑 장(Feng Zhang) 교수가 Cas9을 대신할 절단효소로서 학계에 보고한 새로운 절단효소로, 기존의 Cas9 단백질과 여러 다른 특성을 갖고 있어 학계에 크게 주목을 받고 있음. 특히 최근 과학계에서 가장 많이 활용되는 유전자가위인 크리스퍼 Cas9과 비교했을 때 새로운 절단효소인 Cpf1이 표적 위치를 얼마나 정확하게 자르는지, 비표적 위치에 오작동할 가능성이 얼마나 되는지 등 교정 정확성을 검증하는 것이 중요한 과제로 제기돼 왔음. 위 연구진은 유전자가위의 정확성을 측정하기 위해 절단 유전체 시퀀싱(Digenome-seq)을 이용해 전유전체에서 비표적 위치를 찾았으며, 그 결과 크리스퍼 Cpf1 유전자가위가 크리스퍼 Cas9 유전자가위보다 정확성이 높다는 사실을 처음으로 보고함.

9. 2016년 6월

Targeted mutagenesis in mice by electroporation of Cpf1 ribonucleoproteins
Nat Biotechnol. 2016 Jun 6. doi: 10.1038/nbt.3596.

교신저자: 서울대학교 김진수 교수

서울대학교 김진수 교수 연구진은 신형 유전자가윈인 크리스퍼 Cpf1의 교정 정확성을 검증한데 이어 신형 크리스퍼 Cpf1 유전자가위(CRISPR Cpf1)를 사용해 생쥐 배아의 유전자 교정에 최초로 성공했음. 위 연구진은 크리스퍼 Cpf1 유전자가위를 이용해 일반 생쥐의 면역 체계에 관여하는 Foxn1을 결손 시킴으로써 면역체계에 문제가 있으며 털이 자라지 않는 돌연변이 생쥐를 생산하는데 성공 하였으며, 백색증(Albino)에 관여하는 Tyrosinase 유전자를 결손 시킴으로써 백색증이 유발된 돌연변이 생쥐 제작에 성공하였음. 이는 Cpf1 단백질이 지난해 학계에 보고된 이후 동물 개체 수준에서 유전자 교정에 시도해 성공한 첫 번째 사례로, 높은 효율 및 정확성을 가지는 크리스퍼 Cpf1 유전자가위의 학술적 응용 뿐 아니라 유전자조작동물제작 등의 산업적 측면의 활용성을 검증하였음.

10. 2016년 6월

Generation of knockout mice by Cpf1-mediated gene targeting
Nat. Biotechnol., Published online 06 June 2016 | doi:10.1038/nbt.3

교신저자: 울산대학교 성영훈, 이명섭, 백인정, 이상욱 교수

새로운 유전자가위 기술인 Cpf1을 이용해 생쥐의 유전자를 Knock out 시킴으로 Cpf1 유전자가위가 생쥐에서의 유전자적중에 활용될 수 있는지를 증명하는데 성공함. Cpf1은 Cas9 유전자 가위와는 다른 PAM(유전자 염기서열)을 인식해 Cas9이 인식 못하는 부위에 사용이 가능하며, 특히 Cas9과 달리 짧은 crRNA 하나만으로도 작동하여 훨씬 생쥐 제작에 효율적임을 확인하였음. 향후 Cpf1 기술을 통해 보다 발전된 유전자 녹아웃 생쥐 생산은 물론, 유전자 기능 연구와 효율적인 유전자 치료제 신약 개발에 소요되는 다양한 유전자 편집기술의 확보에 기여할 것으로 기대됨.