본 연구실은 non-coding RNA에 의한 post-transcription과 translation 단계에서의 유전자 발현의 조절 기전의 규명 및 응용을 중심으로 연구를 진행하고 있습니다.

1. 암세포 성장에 중요한 단백질 합성 및 리보솜 생합성에서 non-coding RNA의 역할 규명: 

단백질 합성 장소인 리보솜 생성에 필요한 ~ 80 개의 리보솜 단백질들의 비정상적인 발현은 유전적 질환 및 종양을 일으킨다. 

mRNA translation과 RNA 2차 구조 dynamic를 연구하는데 필요한 Polysome analysis 와 icSHAPE seq 등의 최첨단 연구 방법을 사용하여 리보솜 단백질 유전자들의 translation을 activation 시키는 transfer-RNA derived small RNA (tsRNA)의 기능과 기작을 밝히고 단백질 합성 측면에서 암세포 성장의 조절 기작을 밝히는 중이다.

*관련 논문: 

Kim et al. Nature 2017, A transfer-RNA-derived small RNA regulates ribosome biogenesis

Kim et al. Cell Reports 2019, A tRNA-derived small RNA regulates ribosomal protein S28 protein levels after translation initiation in humans and mice

Kim et al. Mol. Ther. 2020,  Transfer RNA-Derived Small RNAs: Another Layer of Gene Regulation and Novel Targets for Disease Therapeutics

2. non-codingRNA에 의한 gene upregulation (서경배 과학재단 연구 주제)

small noncoding RNA (snc) 에 의한 gene silencing은 지금까지 많은 연구가 있어 온 반면, snc에 의한 gene upregulation은 많이 알려져 있지 않고 그 메커니즘 또한 명확하게 알려진 바가 없다.

우리 랩에서는 tRNA에서 생성이 되는 RNA fragment (tRNA-derived small RNA, tsRNA)가 gene upregulation activity를 가지고 있는 것을 발견하였다. 이 tsRNA는 target mRNA를 post-transcription과 translation단계에서 단백질 생성을 증가시킨다. 또한, 우리가 연구하는 tsRNA는 지금까지 보고된 tsRNA에 속하지 않는 새로운 타입이고 정상세포와 암세포에서 발현 양상이 매우 다르게 나타나고 있어 암세포의 생성에 있어서도 중요한 역할을 할 것이라고 예측하고 있다. 

현재 자세한 기전을 밝히기 위한 연구를 수행하고 있으며 연구가 된 tsRNA의 조절 기전은 mRNA therapeutics나 mRNA/vector gene overexpression system에 이용될 수 있을 것으로 기대되며, 유전자 발현을 증가시키는 tsRNA는 더 나아가 암의 진단 및 치료에 사용될 수 있는 바이오마커 및 therapeutic target으로서의 가능성을 제공할 수 있다.

3. 면역세포에 작용하는 효율적인 mRNA vaccine 개발
 mRNA vaccine 에 사용되어질 수 있는 효율적인 mRNA 발현 및 단백질 생성을 가능케 하는 원형 RNA 시스템 개발과 IRES 및 cis element 발굴을 진행 중에 있으며 이러한 mRNA vaccine은 면역 세포로 운반되어 B cell과 T cell을 activation 시킨다.

4. modified non-coding RNA 연구와 질병 치료제 개발 (Long-term project)

세포 내 존재하는 100여 가지가 넘는 modified nucleotide들이 noncoding RNA의 biogenesis, stability, function에 끼치는 역할에 대해서 연구를 진행하고 있다.

Anti-sense oligonucleotide나 adeno-associated virus를 이용한 non-coding RNA를 타겟팅하는 치료방법을 organoid 혹은 PDX (환자 유래 이종 이식) 마우스모델에서 시험하여 치료제로서의 가능성을 연구할 계획이다. 체내 전달이 더 용이하도록 변형된 anti-sense oligonucleotide와 adeno-associated virus의 개발 그리고 nanoparticle 과 polymer를 이용한 생체내 전달 방법 등을 다른 전문가 그룹 혹은 biotech company와의 협업을 통해 연구를 진행 할 계획이다.