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한빛사논문

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황효정
황효정Hyojeong Hwang

University of Illinois at Urbana-Champaign

Cell Reports, Volume 41, Issue 11, 13 Dec 2022, 111802 | https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111802 Regulation of RNA localization during oocyte maturation by dynamic RNA-ER association and remodeling of the ER

Hyojeong Hwang 1, Seongmin Yun 2, Rachel Braz Arcanjo 3, Divyanshi 4, Sijie Chen 1, Wenyan Mei 1, Romana A. Nowak 3, Taejoon Kwon 2, Jing Yang 1,4,5

1Department of Comparative Biosciences, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL 61802, USA
2Department of Biomedical Engineering, Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), Ulsan 44919, Republic of Korea
3Department of Animal Sciences, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL 61801, USA
4Department of Cell and Developmental Biology, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL 61802, USA

Corresponding authors: Taejoon Kwon, Jing Yang

Abstract

Asymmetric localization of mRNAs is crucial for cell polarity and cell fate determination. By performing fractionation RNA-seq, we report here that a large number of maternal RNAs are associated with the ER in Xenopus oocytes but are released into the cytosol after oocyte maturation. We provide evidence that the majority of ER-associated RNA-binding proteins (RBPs) remain associated with the ER after oocyte maturation. However, all ER-associated RBPs analyzed exhibit reduced binding to some of their target RNAs after oocyte maturation. Our results further show that the ER is remodeled massively during oocyte maturation, leading to the formation of a widespread tubular ER network in the animal hemisphere that is required for the asymmetric localization of mRNAs in mature eggs. Thus, our findings demonstrate that dynamic regulation of RNA-ER association and remodeling of the ER are important for the asymmetric localization of RNAs during development.

논문정보

관련 인터뷰

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드 난자는 완전히 분화된 단일세포임과 동시에 수정을 통해 totipotency를 재 획득할 수 있는 매우 독특한 세포입니다. 특히 oocyte-to-embryo transition (OET)은 난자 형성의 최종 단계인 난자 성숙과, 수정, 초기발생을 포함하는, 발생과정 중 매우 중요한 단계 중 하나입니다. 이 단계에서 발생은 전사 (transcription) 과정 없이 난자가 가지고 있는 maternal products (RNA와 단백질)를 통해서 조절되기 때문에 asymmetric RNA localization을 포함하는 전사 후 조절 메커니즘의 연구는 OET와 초기 배아발생을 이해하는데 매우 중요합니다. OET 과정 중에 endoplasmic reticulum (ER) 리모델링, mRNA의 de-adenylation과 polyadenylation, maternal ribosome 리모델링 등 분자 레벨에서 대규모의 변화가 보고되었고 현재에도 여전히 보고되고 있으며, 이러한 변화는 난자의 수정과 초기 발생을 준비하는데 매우 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다. 또한 난자에서의 RNA localization의 연구는 다양한 동물모델과 진화된 기술을 이용해 관찰, 분석되고 있습니다. 본 연구에서는 난자 성숙과정에서 ER 리모델링과 이를 통한 RNA localization의 대규모 변화를 Xenopus 모델을 통해서 관찰하였으며, 이러한 변화가 생식세포 발생에 중요하다는 사실을 보여주었습니다. 2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다. University of Illinois Urbana-Champaign (UIUC), comparative biosciences 학과는 reproductive biology라는 큰 틀에서 독성학, 배아발생, 신경과학, 암 등 매우 다양한 분야의 실험실들이 함께 모여 연구하는 곳입니다. 이곳에서 저는 발생과정, 특히 oocyte-to-embryo 과정을 Xenopus와 zebrafish를 이용하여 연구하는 Jing Yang (developmental biology) lab에서 박사과정 동안에 연구했고 현재도 포스닥으로 일하고 있습니다. 이곳에서 여러 배경지식을 가진 동료들과 교수님들을 통해서 다양한 연구들을 접하고 다른 시각에서 조언을 들을 수 있었습니다. 3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람 기초과학 연구는 인간의 삶에 실질적으로 영향을 미치는 부분이 분명히 나타나지 않는 경우가 많이 있습니다. 하지만 생명현상에 대해 내가 가장 먼저 새로운 것을 발견할 수 있다는 점, 과거와 현재의 연구자들을 통해서 그려지고 있는 거대한 생명 현상이란 그림에 내가 발견한 것들이 하나의 퍼즐조각이 되어 그 완성에 기여한다는 점이 큰 즐거움인 것 같습니다. 또한 궁극적으로 이러한 발견들이 생명에 대한 이해를 넓히고 인류의 건강에 직접적인 영향을 주는 발전에 초석이 된다는 점에 큰 보람을 느낍니다. 4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면? 저도 현재 공부하고 연구하는 과정이고 여전히 배울 것들과 여러 선배들의 조언이 많이 필요한 입장이라 제 말이 후배들에게 어떤 도움이 될 지 잘 모르겠습니다. 다만, 제가 연구하면서 경험했던 것은 내가 생각한 가설은 대부분 틀렸고, 실험결과는 대부분 가설과 맞지 않았으며, 현재 연구하는 방향성이 맞는지 늘 의심하게 된다는 것입니다. 하지만 이러한 과정에서 찾은 답은 무수한 실패를 잊을 만한 즐거움이 되었습니다. 그래서 실패를 담담히 여기고 포기하지 않고 시도하는 것이 연구를 하는 과정에서 중요한 부분인 것 같습니다. 5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면? 박사과정 동안에 연구했던 난자에서 나타나는 RNA의 위치나 구조의 대규모의 변화와 새로운 발견들은 매우 흥미로웠습니다. 또한 논문과 학회, 세미나 등을 통해서 접한 다양한 RNA 연구들은 제가 이 분야를 더 깊게 공부하게 하는 동기가 되었습니다. 그래서 현재는 난자 성숙과 초기 발생과정에서 나타나는 RNA phase transition에 관한 연구를 하고 있으며, 앞으로도 다양한 세포환경에서 RNA의 변화와 그것으로 인한 영향에 대한 연구를 지속 할 계획입니다. 6. 다른 하시고 싶은 이야기들..... 본 연구에 대해 도움을 준 여러 연구자 분들과 실험실 멤버들에게 고맙다는 말을 전하고 싶습니다. 특히 이번 연구과정에서 내가 연구하는 방향이 맞는지, 결과해석이 맞는지 늘 고민하던 저였지만, 지도교수님의 긍정적인 조언들이 많은 힘이 되었습니다. 틀린 가설도 발견이며, 연구에 새로운 방향을 제시할 수 있는 결과가 가장 좋은 것이라는, 그래서 얻어진 결과를 늘 새로운 정보로 받아드리라는 말은 제가 연구를 하는 과정에서 가장 인상깊었던 조언이었습니다. 또한 이번 연구에서 sequencing 분석에 많은 도움을 주신 UNIST에 권태준 교수님과 윤성민님께 다시 한번 감사하다는 말씀을 전합니다. 함께 토론하고 결과를 보면서 새로운 것을 많이 배울 수 있었습니다. 마지막으로 인터뷰 기회를 주신 BRIC에게도 감사드립니다.
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