목 차 

1. 서론
  1.1. 학회 소개
  1.2. 학회 구성
2. 본론
  2.1. 1일차
    2.1.1. HOMOLOGY SEARCH IN 3D GENOME (Taekjip Ha, Harvard University)
    2.1.2. ROLES OF PCNA IN MMR AND DNA DAMAGE TOLERANCE (Titia Sixma, Netherlands Cancer Institute)
    2.1.3. PINKY-TRIGGER INDUCED DESTABILIZATION DOWNSTREAM OF 8-OXOGUANINE LESIONS RESTRICTS FURTHER SYNTHESIS BY Y-FAMILY POLYMERASES (Michael Trakselis, Baylor University)
    2.1.4. HUMAN PRIMOSOME REQUIRES REPLICATION PROTEIN A WHEN COPYING DNA WITH INVERTED REPEATS (Tahir Tahirov, Nebraska Medical Center)
    2.1.5. LEVERAGING MECHANISTIC INSIGHTS FOR CRISPR TOOL DEVELOPMENT (Ailong Ke, Yale University)
    2.1.6. STRUCTURE AND FUNCTION OF EUKARYOTIC REPLISOME (Yuanliang Zhai, HKUST)
    2.1.7. THE FIRST TOP2B SELECTIVE INHIBITOR TOPOBEXIN REVEALS A NEW DRUG BINDING POCKET FOR ISOFORM-SELECTIVE INHIBITION OF TOPOISOMERASE 2 BETA AND CARDIOPRO-TECTION AGAINST ANTHRACYCLINES (Matthew Schellenberg, Mayo Clinic)
    2.1.8. PSEUDOURIDINE INCREASES RIBOSOME STABILITY IN A THERMOPHILIC EUKARYOTE (Klemens Wild, University of Heidelberg)
    2.1.9. STICK SLIP UNFOLDING AND AGGREGATION OF TRIPLET REPEAT RNA (Sarah Woodson, Johns Hopkins University)
  2.2. 2일차
    2.2.1. RAD51 FILAMENT DYNAMICS AT MOLECULAR LEVEL REVEALED BY TWO-STRANDED RAD51–ADP FILAMENT STRUCTURES (Meng-Chiao Joseph Ho, Academia Sinica)
    2.2.2. COMPUTATIONAL GENE EDITING (Giulia Palermo, University of California)
    2.2.3. MECHANISM OF MEDIATOR AND PARALOG DRIVEN RAD51 FILAMENT FORMATION IN HOMOLOGOUS RECOMBINATION (Edwin Antony, Saint Louis University School of Medicine)
    2.2.4. SPLICING GENE SEGMENTS IN THE FORMATION OF OUR ADAPTIVE IMMUNE SYSTEM (Wei Yang, NIH)
    2.2.5. MECHANISMS IN MOTION: VISUALIZING NUCLEIC ACID PROCESSES ONE MOLECULE AT A TIME (Emma Verver, LUMICKS)
    2.2.6. HOW A MOLECULAR MOTOR OPENS UP DOUBLE-STRANDED DNA FOR TRANSCRIPTION (Xiaodong Zhang, Imperial College London / Francis Crick Institute)
  2.3. 3일차
    2.3.1. EFFECTS OF RNA MODIFICATIONS ON RECOGNITION AND STABILITY IN RIBOSOMAL TRANSLATION (Eric Westhof, Université de Strasbourg)
    2.3.2. PARALLEL DNA JOINT CAPTURE IDENTIFIES RECOMBINATION AND DNA END TETHERING REGULATORS (Richard Frock, Stanford University)
    2.3.3. RNA STRUCTURE, AN IMPORTANT REGULATOR IN LIVING CELLS (Yiliang Ding, John Innes Centre)
    2.3.4. CO-DEFICIENCY OF THE RECQL1 AND BLM HELICASES CAUSES SYNTHETIC LETHALITY, PRONOUNCED REPLICATION STRESS, AND LOSS OF CHROMATID COHESION (Robert M. Brosh, NIH)
    2.3.5. STALLED TRANSLATION ON TRANSCRIPTS CLEAVED BY RNase L INDUCES THE RIBOTOXIC STRESS RESPONSE (Nick Guydosh, NIH)
    2.3.6. BREAKING BAD OR BREAKING GOOD: SITE-SPECIFIC BREAKS REVEAL THE ROLE OF DNA MECHANICAL PLASTICITY IN PROTEIN–DNA INTERACTIONS (Ariel Afek, Weizmann Institute of Science)
    2.3.7. STRUCTURAL BASIS OF DNA DOUBLE-STRAND BREAK REPAIR BY NHEJ (Yuan He, Johns Hopkins University)
    2.3.8. SINGLE MOLECULE STUDIES OF DNA RECOMBINATION (Eric Greene, Columbia University)
    2.3.9. UNDERSTANDING AND ENGINEERING TRANSPOSONS FOR GENOME-EDITING (Elizabeth Kellogg, St. Jude's Children's Research Hospital)
    2.3.10. INVESTIGATING THE STRUCTURE–FUNCTION RELATIONSHIPS OF LONG NONCODING RNAs (Alisha Jones, New York University)
    2.3.11. AN UNUSUAL MODE OF NUCLEOSOME BINDING BY A HISTONE KINASE (Cynthia Wolberger, Johns Hopkins Medical School)
    2.3.12. SINGLE MOLECULE ANALYSES OF RECOMBINATION-ASSOCIATED DNA SYNTHESIS (Valerie Borde, Curie Institute)
    2.3.13. EVOLUTION OF ORIGIN RECOGNITION AND SPECIFICATION (Jack Bauer, Cold Spring Harbor Laboratory)
  2.4. 4일차
  2.4.1. MECHANISTIC INSIGHTS INTO THE mRNA POLY(A) TAIL MACHINERY (Lori Passmore, MRC)
    2.4.2. HUMAN REPLICATION PROTEIN A COMPLEX IS A TELOMERASE PROCESSIVITY FACTOR ESSENTIAL FOR TELOMERE MAINTENANCE (Ci Ji Lim, University of Wisconsin–Madison)
    2.4.3. MISMATCH REPAIR PROTEIN IMPACTS ON ATYPICAL TRINUCLEOTIDE REPEAT DNA CONFIGURATIONS (Keith Weninger, North Carolina State University)
    2.4.4. RECOGNITION AND MIMICRY OF THE tRNA FOLD (Jinwei Zhang, NIH)
    2.4.5. MOLECULAR ARCHITECTURE AND ANTIVIRAL INHIBITION OF THE HSV-1 HELICASE-PRIMASE COMPLEX (Scott Williams, NIH/NIEHS)
    2.4.6. TARGET-SITE SELECTION MECHANISMS OF THE Tn7 TRANSPOSON (Alba Guarné, McGill University)
  2.5. 네트워킹 프로그램
    2.5.1. Refreshments
    2.5.2. Group Lunch & Dinner
    2.5.3. ECR Networking Lunch
    2.5.4. Poster Viewing
3. 총평


1. 서론

1.1. 학회 소개

2.1.1. Introductory course

8th Nucleic Acids Conference는 포르투갈의 수도 리스본에 위치한 호텔 Dolce CampoReal Lisboa에서 7월 4일부터 7일까지 진행되었다. University of Dundee의 David Lilley와 NIH의 Wei Yang이 Co-chair를 맡았으며, 주로 DNA 또는 RNA가 관여하는 다양한 생명현상을 자연과학적으로 탐구하는 연구자들이 연사로 참여하였다. 주요 주제는 다음과 같았다.

ㆍ염색질 및 텔로미어 환경에서의 DNA 복제
ㆍDNA 손상 복구 및 재조합
ㆍ전사 및 스플라이싱
ㆍRNA의 구조와 기능
ㆍ단백질 번역 및 번역 후 변형
ㆍASO 및 CRISPR-Cas9을 활용한 유전자 편집
ㆍ인공지능 기반 핵산 연구

1.2. 학회 구성

학회는 3박 4일 동안 진행되었으며, 개최지인 호텔에서의 숙식이 제공되었다. 포스터 발표를 제외한 모든 구두발표는 하나의 컨퍼런스 룸에서 진행되었으며, 모든 참가자들이 동시에 같은 발표를 보는 식의 상대적으로 소규모의 학회였다. 구두발표는 대부분 교수급의 연구책임자로 구성되었다. 포스터 발표는 대부분 학생 및 박사후 연구원이었고 일부 신진교수 등의 연구책임자들도 있었다. 포스터 발표는 3일 차 저녁시간대에 진행되었으나, 1일 차에 포스터를 미리 걸어놓고 발표 중간중간에 다과와 음료가 제공되는 Refreshment 시간에 지속적으로 포스터 룸에서 디스커션이 이루어졌다.

2. 본론

2.1. 1일차

2.1.1. HOMOLOGY SEARCH IN 3D GENOME (Taekjip Ha, Harvard University)

하택집 교수는 DNA 이중가닥 절단(DSB) 수선 과정에서의 homology search 메커니즘을 고해상도로 분석한 연구를 발표했다. 그는 Cas9을 활용해 DSB를 유전체의 특정 위치에 유도하고, Hi-C 및 ChIP-seq 기술을 통해 크로마틴 접촉 변화와 RAD51 필라멘트의 움직임을 관찰했다. 실험 결과, DSB 발생 부위에서는 주변 크로마틴과의 접촉이 뚜렷하게 증가하며, 이는 cohesin 복합체가 ATP를 이용해 DNA 루프를 형성하면서 수선에 필요한 상동 서열 탐색을 촉진하는 과정임이 밝혀졌다. 특히 cohesin이 수선 정확도를 높이는 데 중요하며, 이 활동은 무작위가 아닌 방향성 있는 탐색임을 시사했다. 실험적 검증을 통해 loop extrusion이 실제로 homology search 범위를 확장시킨다는 것을 입증했다.

그림 1. 하택집 교수의 발표

2.1.2. ROLES OF PCNA IN MMR AND DNA DAMAGE TOLERANCE (Titia Sixma, Netherlands Cancer Institute)

Sixma 박사는 DNA 손상 시의 복제 클램프 단백질 PCNA의 조절 메커니즘을 중심으로 두 가지 연구를 발표했다. 첫 번째는 PCNA의 ubiquitination 상태가 어떻게 조절되는지를 다룬 것으로, USP1이라는 탈유비퀴틴화 효소가 PCNA에 결합된 ubiquitin 사슬을 단계적으로 제거하는 과정에서 속도 조절이 이루어지는 것을 보여주었다. 이는 DNA 손상 대응에서 polymerase 교체를 조절하는 중요한 메커니즘이다. 두 번째는 DNA mismatch repair에서 PCNA와 MutLα 복합체의 상호작용 구조를 cryo-EM으로 규명한 내용이다. 두 개의 PCNA 결합 부위가 식별되었으며, 이들이 repair 활성에 핵심적인 역할을 함을 생화학적 및 세포 기반 실험으로 검증했다.

2.1.3. PINKY-TRIGGER INDUCED DESTABILIZATION DOWNSTREAM OF 8-OXOGUANINE LESIONS RESTRICTS FURTHER SYNTHESIS BY Y-FAMILY POLYMERASES (Michael Trakselis, Baylor University)

Trakselis 교수는 TLS (translesion synthesis) polymerase가 손상 염기를 지나간 후 어떻게 그 활동이 제한되는지를 연구한 결과를 발표했다. 특히 DNA lesion에서 세 염기 정도 진행된 위치(+3)에서 합성이 멈추는 경향을 발견했으며, 이 위치에서의 정체는 특정 Arg 잔기(Arg332, Arg336)가 lesion을 감지해 효소활성을 억제하기 때문임을 구조적, 생화학적으로 규명했다. 이 두 잔기를 돌연변이 시 합성이 계속 진행되며 binding affinity와 촉매정렬도 개선되는 현상을 관찰했다. 구조 분석 결과, 이들 잔기가 손상 DNA 주변 backbone과의 상호작용을 통해 합성을 제한하는 일종의 감지센서 역할을 한다는 점을 확인했으며, 이 메커니즘은 다른 TLS polymerase에서도 보존될 가능성이 있다고 예측했다.

2.1.4. HUMAN PRIMOSOME REQUIRES REPLICATION PROTEIN A WHEN COPYING DNA WITH INVERTED REPEATS (Tahir Tahirov, Nebraska Medical Center)

Tahirov 박사는 인간 primase-polymerase 복합체의 구조 및 priming 정확도 조절 메커니즘에 대해 발표했다. 이 복합체는 RNA primer를 만든 후 DNA 합성을 시작하며, 프라이머 길이의 정밀한 조절이 중요한데, 이는 구조적으로 제한된 linker와 도메인 간 상호작용에 의해 조절된다. 특정 결합이 약화되면 primer가 과도하게 길어지는 현상이 발생하며, 이 조절 메커니즘은 primer가 너무 길어지지 않도록 방지하는 역할을 한다. 또한 RPA(replication protein A)가 primer의 길이를 제한하고 DNA 합성의 안정성을 높이는 데 필수적임을 실험적으로 규명하였다. 구조 연구를 통해 이 복합체가 DNA와 어떻게 상호작용하는지를 고해상도로 확인했으며, 전체 priming 메커니즘에서의 정밀한 시간적·공간적 조절의 중요성을 강조했다.

그림 2. Tahir Tahirov 교수의 발표

2.1.5. LEVERAGING MECHANISTIC INSIGHTS FOR CRISPR TOOL DEVELOPMENT (Ailong Ke, Yale University)

이 발표는 RNA 표적화 도구로의 전환을 목적으로 기존 DNA 표적 Cas9 유사 단백질(IscB)을 구조 기반으로 공학적으로 개조한 연구에 관한 것이었다. 발표자는 본래 전이인자로부터 유래된 소형 IscB 단백질이 RNA에 결합할 수 있다는 점에 착안해, DNA 표적 도메인을 제거하고 RNA 결합 도메인을 삽입함으로써 DNA 절단 기능은 제거하고 RNA 결합 특이성은 유지한 새로운 RNA 표적화 효소를 구축했다고 설명했다. 이를 통해 RNA 스플라이싱 방해, RNA 절단, 염기 교정(A-to-I editing), trans-splicing 기반 전사체 복원 등 다양한 RNA 기반 조절이 가능함을 보였다. 특히, 이 변형 단백질은 기존 Cas13보다 오프타깃 반응이 적고 복잡한 세포 환경에서도 높은 결합 안정성을 유지하는 강점을 보였다. 전체적으로 이 발표는 구조 기반 설계를 통해 DNA-targeting CRISPR 효소를 보다 안전하고 정밀한 RNA 조절 플랫폼으로 전환한 사례를 중심으로 RNA 기반 유전자 치료 및 기능 연구의 가능성을 제시한 것이었다.

2.1.6. STRUCTURE AND FUNCTION OF EUKARYOTIC REPLISOME (Yuanliang Zhai, HKUST)

Zhai 교수의 발표는 인간 MCM2-7 helicase 복합체와 진핵세포 replisome 구조 및 기능에 관한 것이었다. 그는 MCM 복합체가 auto-inhibited 상태로 존재하며, 특정 C말단 확장부가 DNA 로딩 및 double hexamer 형성에 기여한다는 것을 cryo-EM 구조로 규명하였다. 또한 복제 개시점에서 DNA가 부분적으로 풀려 있는 구조(melting)를 포착했고, 리플리좀 진행 중 parental histone이 FACT 및 MCM2를 통해 Topo I에 도킹되며 lagging strand로 재활용된다는 구조적 메커니즘을 제시하였다. 이 연구는 복제 개시 및 염색질 정보 전달의 정밀한 분자 조절을 보여준다.

2.1.7. THE FIRST TOP2B SELECTIVE INHIBITOR TOPOBEXIN REVEALS A NEW DRUG BINDING POCKET FOR ISOFORM-SELECTIVE INHIBITION OF TOPOISOMERASE 2 BETA AND CARDIOPROTECTION AGAINST ANTHRACYCLINES (Matthew Schellenberg, Mayo Clinic)

Schellenberg 박사는 Top2β 특이적 촉매 억제제인 Topobexin을 개발하여 항암제인 anthracycline의 심독성을 줄이는 새로운 전략을 제시하였다. Topobexin은 ATPase 도메인의 알로스테릭 부위에 결합해 ATP 가수분해에 필수적인 구조 변화를 막으며, Top2α와는 달리 Top2β에서만 안정된 결합을 형성해 선택적 억제를 유도한다. 이 억제제는 심근세포의 DNA 손상을 효과적으로 감소시키면서도 암세포에서 항암 효과는 유지되어, 심장 보호와 항암 효과를 동시에 달성할 수 있는 가능성을 보여주었다.

2.1.8. PSEUDOURIDINE INCREASES RIBOSOME STABILITY IN A THERMOPHILIC EUKARYOTE (Klemens Wild, University of Heidelberg)

Wild 교수는 고온성 진핵생물 Chaetomium thermophilum의 리보솜 구조를 고해상도로 분석하며, pseudouridine이 리보솜 안정성에 기여함을 밝혔다. 해당 리보솜은 높은 온도에서도 비정상적으로 높은 안정성을 보였고, 60S 아단위 내 RNA의 약 4%가 변형되어 있음이 확인되었으며, 그중 상당수가 pseudouridine이었다. 특히 변형들은 리보솜 외부 표면과 기능적 부위에 집중되어 있었으며, 이는 고온 환경에 적응하기 위한 안정화 전략으로 보였다.

2.1.9. STICK SLIP UNFOLDING AND AGGREGATION OF TRIPLET REPEAT RNA (Sarah Woodson, Johns Hopkins University)

Sarah Woodson은 헌팅턴병과 같은 신경퇴행성 질환과 연관된 반복 삼염기 서열 RNA (CAG, CCG 등)의 구조적 특이성과 이로 인한 액체-액체 상분리 현상을 조사하였다. 광학 트랩 기반의 기계적 변형 실험을 통해, 이러한 반복 RNA들이 단순한 헤어핀 구조가 아닌 다양한 접힘 구조 사이를 ‘stick-slip’ 방식으로 전환하며, 일정한 힘 하에서도 구조를 계속 재배열할 수 있다는 점을 보였다. 특히, CAG-CCG 간의 안정적인 상호작용이 이 과정을 부분적으로 고정시키며 RNA 간 상호작용 및 상분리 가능성에 기여함을 밝혔다. 단일가닥 RNA 실험에서는 이 반복 RNA들이 고유의 동역학적 특성으로 인해 상호 간 결합하여 안정된 이중가닥 RNA를 형성하며, 이는 상분리 및 세포 내 응축을 촉진할 수 있는 기전을 제시한다.

그림 3. Sarah Woodson 교수의 발표 

2.2. 2일차

2.2.1. RAD51 FILAMENT DYNAMICS AT MOLECULAR LEVEL REVEALED BY TWO-STRANDED RAD51–ADP FILAMENT STRUCTURES (Meng-Chiao Joseph Ho, Academia Sinica)

Ho 박사는 RAD51 필라멘트의 분자 수준 동역학을 규명하기 위해 RAD51–ADP 복합체의 2중 가닥(two-stranded) 필라멘트 구조를 cryo-EM으로 분석하였다. 기존의 single-stranded filament 모델과 달리, 이 구조는 RAD51이 ADP 결합 상태에서도 고도로 배열된 이합체 가닥(dimeric strands)을 형성할 수 있음을 보여주며, ATP 가수분해 이후에도 필라멘트가 단순히 해체되는 것이 아니라 특정한 형태의 재배열된 구조로 전환된다는 점을 시사한다. RAD51 필라멘트의 해체가 단순한 붕괴가 아니라 구조적으로 조절된 단계적 전환임을 분자적 시각에서 밝혔으며, 이러한 구조 기반 통찰은 DNA 복구 과정에서 RAD51 기능을 보다 정밀하게 이해하고 조절하는 데 활용될 수 있다.

2.2.2. COMPUTATIONAL GENE EDITING (Giulia Palermo, University of California)

Palermo 교수의 발표는 COMPUTATIONAL GENE EDITING에 관한 것이었다. Palermo 교수는 DNA polymerase theta의 구조와 기능을 중심으로, 이 단백질이 암세포에서 어떻게 중요한 역할을 하는지를 설명했다. 특히 polymerase 도메인과 helicase 도메인이 연결된 이 효소가 microhomology-mediated end joining (MMEJ) 경로에서 이중 가닥 DNA 손상을 어떻게 복구하는지에 주목하였다. Palermo 교수는 helicase 도메인이 단독으로도 DNA synapsis를 유도할 수 있으며, 이는 dimer 형태로 작동할 때에만 가능하다는 점을 cryo-EM 구조 분석을 통해 보여주었다. 이러한 다이내믹한 구조적 메커니즘은 DNA repair에서의 고유한 역할뿐 아니라, 잠재적 항암 치료 표적으로서의 가능성도 시사했다.

2.2.3. MECHANISM OF MEDIATOR AND PARALOG DRIVEN RAD51 FILAMENT FORMATION IN HOMOLOGOUS RECOMBINATION (Edwin Antony, Saint Louis University School of Medicine)

Antony 교수는 RAD51 필라멘트 형성과 관련된 mediator 및 paralog 단백질의 작용 메커니즘을 발표하였다. 발표에서는 상동 재조합(homologous recombination, HR) 중 RAD51 필라멘트가 형성되는 과정을 중점적으로 다루었으며, 특히 이 과정에서 핵심 조절자들과 보조 단백질들의 역할을 정량적 생화학 실험과 구조적 데이터에 기반해 설명하였다. RAD51 단독으로는 ssDNA에 안정적인 필라멘트를 형성하기 어렵다는 점을 강조하며, mediator 단백질들이 어떻게 RAD51의 ssDNA 결합을 촉진하고 RPA 단백질을 치환하는지를 상세히 다뤘다.

그림 4. Edwin Antony 교수의 발표

2.2.4. SPLICING GENE SEGMENTS IN THE FORMATION OF OUR ADAPTIVE IMMUNE SYSTEM (Wei Yang, NIH)

이 발표는 CRISPR 도구 개발 및 면역 유전체학과 관련된 DNA 재조합, 복구 메커니즘에 대한 구조 기반 이해에 관한 것이었다. Yang 박사는 V(D)J 재조합을 통해 다양한 항체를 생성할 수 있는 기작과, 그 과정에서 발생하는 DNA 손상을 복구하기 위한 복잡한 단백질 복합체들의 작용 원리를 Cryo-EM 및 X선 결정구조 기반으로 설명했다. NHEJ 경로의 주요 인자들이 어떻게 DNA 말단을 인식하고 처리하며, 특히 DNA-PKcs의 인산화에 의해 활성화되는 기작을 구조적으로 보여주었다. 또한 Artemis는 자체적으로 활성화되지 않으며, 거대한 DNA-PKcs와 결합하여 기능을 발휘함을 강조했고, V(D)J 재조합에서의 hairpin 구조 형성, 열림, 그리고 DNA 말단 접합 과정까지 시간 순으로 구체적인 분자적 변화를 시각적으로 설명하며, 유전체 안정성을 위한 정교한 조절 메커니즘의 존재를 부각시켰다.

그림 5. Wei Yang 박사의 발표

2.2.5. MECHANISMS IN MOTION: VISUALIZING NUCLEIC ACID PROCESSES ONE MOLECULE AT A TIME (Emma Verver, LUMICKS)

LUMICKS의 Verver 박사는 자사의 단일분자 분석 장비 C-Trap을 소개하며, 이 장비가 광트랩을 이용한 DNA 조작, 형광현미경을 통한 실시간 시각화, 미세유체를 이용한 조건 제어 기능을 통합하여 핵산-단백질 상호작용을 정밀하게 관찰할 수 있음을 강조했다. 발표에서는 DNA에 결합한 Cas9이 낮은 장력에서는 온타깃에 잘 결합하지만 장력을 증가시키면 비특이적 결합이 증가하는 사례를 제시하며, 장력 조절의 중요성을 부각시켰다. 또한, 단백질의 결합 형태에 따라 정지(stationary), 확산(diffusive), 방향성 이동(directed movement) 등의 양상을 분석하고, 이를 통해 결합 역학, 확산계수, 속도 등의 데이터를 정량화할 수 있는 방법을 설명했다.

2.2.6. HOW A MOLECULAR MOTOR OPENS UP DOUBLE-STRANDED DNA FOR TRANSCRIPTION (Xiaodong Zhang, Imperial College London / Francis Crick Institute)

Zhang 교수는 σ⁵⁴ RNA polymerase 시스템을 모델로 하여 ATPase 활성에 의해 어떻게 전사 개시 단계에서 이중 가닥 DNA가 열리고 주형 가닥이 RNA polymerase의 활성 부위로 전달되는지를 고해상도 구조 분석을 통해 밝힌 연구 결과를 소개했다. 세균에서 σ⁵⁴는 DNA와 매우 안정적인 ‘closed complex’를 형성하며, 이 상태에서는 자발적인 전사가 일어나지 않고, 전사 개시는 upstream enhancer와 유사한 위치에 결합된 활성화 단백질이 ATP 가수분해를 통해 σ⁵⁴-RNAP-DNA 복합체를 구조적으로 재편성해야만 가능하다. 연구팀은 cryo-EM 구조 분석을 통해 전사 개시의 여러 중간 단계를 포착했으며, 특히 σ⁵⁴가 DNA minor groove에 결합하면서 DNA를 변형시켜 전사 버블을 형성하고, 활성화 단백질이 DNA에 광범위하게 결합하여 DNA를 추가로 벌리고 σ⁵⁴의 N말단이 DNA 사이로 삽입되어 완전히 가닥을 분리시키는 과정을 시각화했다. 이러한 일련의 구조 변화는 수천 개의 입자 데이터를 시간별로 정제한 cryo-EM 분석으로 확인되었으며, AI 예측이 구조 변화를 정밀하게 예측하지 못하는 한계를 언급하며 구조생물학의 중요성을 강조했다.

2.3. 3일 차

2.3.1. EFFECTS OF RNA MODIFICATIONS ON RECOGNITION AND STABILITY IN RIBOSOMAL TRANSLATION (Eric Westhof, Université de Strasbourg)

이번 발표에서는 RNA 내에서 다양한 비공유결합, 특히 CH···O 수소결합과 같은 약한 상호작용이 구조적 안정성과 기능에 중요한 역할을 한다는 내용을 다뤘다. Westhof 교수는 특히 m⁵C 및 Ψ(psi)와 같은 RNA 변형이 존재하는 위치에서 주변에 이러한 CH···O 상호작용들이 자주 관찰된다고 언급했으며, 이는 마치 분자 간 네트워크처럼 메틸기, 염기성 작용기, 인산기, 그리고 물 분자 등이 서로 유기적으로 연결되어 RNA의 구조적 안정화를 유도한다고 설명했다. 이러한 상호작용은 3~4Å 거리에서 이루어지며, 특정한 회전과 재배열을 통해 다수의 상호작용 파트너를 형성할 수 있고, 예를 들어 메틸기 하나가 여러 음전하 인산기와 동시에 상호작용하며 입체적 네트워크를 구축할 수 있다. 또한, 젠타마이신(gentamicin)과 같은 항생제도 이러한 상호작용을 통해 RNA와 결합함을 시각적으로 제시하며, 이와 같은 CH···O 기반 상호작용이 생체 내에서 예외적인 것이 아니라 흔하고 기능적으로도 중요함을 역설하였다.

2.3.2. PARALLEL DNA JOINT CAPTURE IDENTIFIES RECOMBINATION AND DNA END TETHERING REGULATORS (Richard Frock, Stanford University)

이 발표는 DNA 이중가닥절단(double-strand breaks, DSBs) repair 경로의 선택과 translocation 생성에 관여하는 유전체 및 후생유전학적 조절 인자들을 식별하고 정량화하는 새로운 방법론에 관한 것이다. Frock 연구팀은 Joint-Seq라 불리는 자체 개발한 시퀀싱 기반 기법을 활용해 특정 DSB 이후의 재결합 또는 translocation 사건을 시공간적으로 추적하였고, 이를 약물 스크리닝 및 유전자 스크린에 적용하였다. 이 시스템을 통해 HSP90 및 HDAC 억제제 등이 translocation을 증가시키거나 주요 repair 경로(NHEJ 등)를 억제하는 효과가 있음을 발견하였다. 이러한 스크리닝 전략은 DNA repair 수선의 다층적 조절 네트워크를 밝히는 데 중요한 도구가 될 수 있으며, DNA 안정성 유지와 관련된 약물의 off-target 효과까지 평가할 수 있는 정량적 분석법으로 제시되었다.

그림 6. Richard Frock 교수의 발표 

2.3.3. RNA STRUCTURE, AN IMPORTANT REGULATOR IN LIVING CELLS (Yiliang Ding, John Innes Centre)

이 발표는 식물 모델을 중심으로 생체 내 RNA 구조 분석 기술 개발과 딥러닝 기반 Foundation Model을 이용한 RNA 기능 예측 및 조절 기술에 관한 것이다. Ding 박사는 mRNA가 단순한 선형 구조로 간주되어 왔으나, 실제로는 다양한 구조적 복잡성을 지니며 그 기능에도 큰 영향을 미친다고 강조하였다. 이를 위해 DMS 및 SHAPE 같은 화학 프로파일링 기법을 활용하여 생체 내 RNA 구조를 정밀하게 탐색하고, 구조에 따른 번역 효율, 스플라이싱, 안정성 등을 규명해 왔다. RNA 구조의 개별 이형체 수준 정보를 나노포어 시퀀싱 기반으로 추출하는 방법도 제시하였다. 후반부에서는 RNA의 구조와 서열 데이터를 바탕으로 RNA 기능을 예측하는 자체 개발 Foundation Model을 소개하였다. 이는 1천 개 이상의 식물 전사체 데이터를 기반으로 학습된 거대 언어 모델이며, UTR 서열로부터 번역 효율 예측이 가능하고, high-GC 모티프 또는 G-quadruplex 같은 번역 저해 구조의 위치에 따른 영향을 정량화할 수 있다. 이 모델은 단순 예측을 넘어 RNA 설계(design)에도 활용 가능하며, 최근에는 동물 및 DNA 기반 Foundation Model로 확장하고 있다고 설명하였다.

2.3.4. CO-DEFICIENCY OF THE RECQL1 AND BLM HELICASES CAUSES SYNTHETIC LETHALITY, PRONOUNCED REPLICATION STRESS, AND LOSS OF CHROMATID COHESION (Robert M. Brosh, NIH)

이번 발표는 인간 유전질환과 노화에 연관된 helicase, 특히 RECQL1의 역할에 초점을 맞추어, DNA 손상이 복제 스트레스를 유발하고 helicase 기능을 저해하는 메커니즘에 대해 다루었다. RECQL1은 복제 포크를 복구하는 핵심 효소이며, RNAse H2 결핍 상황에서 이 효소가 손상 부위에 정체되어 복제 진행이 느려지는 현상이 관찰되었다. Brosh 박사는 코로나바이러스 helicase NSP13이 RNA stem 구조를 해체하는데 특화되어 있으며 ATP 의존성이 낮다는 특이성을 소개하며, helicase 연구의 생리학적·병리학적 확장 가능성을 제시하였다.

2.3.5. STALLED TRANSLATION ON TRANSCRIPTS CLEAVED BY RNase L INDUCES THE RIBOTOXIC STRESS RESPONSE (Nick Guydosh, NIH)

이번 발표에서는 RNA 이중가닥 감지 시스템의 하나인 OAS–RNase L 경로가 어떻게 리보솜 충돌을 유도하여 ribotoxic stress response (RSR) 및 세포사멸(apoptosis)로 이어지는지를 분자 수준에서 규명한 연구에 관한 것이었다. OAS는 RNase L을 활성화시켜 세포 내 RNA를 무차별적으로 절단한다. 기존에는 이러한 RNA 분해가 단순히 유전자 발현 억제를 통해 세포사멸을 유도한다고 알려졌으나, 이 발표에서는 그보다 정교한 메커니즘이 존재함을 보였다. 즉, RNase L에 의해 절단된 mRNA의 말단에서 리보솜이 정지하게 되고, 이로 인해 충돌된 리보솜이 형성된다. 이때 충돌 감지 단백질 ZAKα가 리보솜에 결합하여 JNK 및 p38 MAPK 신호 전달계를 활성화하고, 이는 전사적 스트레스 반응과 궁극적인 세포사멸을 유도한다. 마지막으로, 이 메커니즘이 암세포 생존에도 영향을 미칠 수 있음을 제안하며, 관련 인자들이 항암치료를 위한 표적이 될 가능성을 언급하였다.

2.3.6. BREAKING BAD OR BREAKING GOOD: SITE-SPECIFIC BREAKS REVEAL THE ROLE OF DNA MECHANICAL PLASTICITY IN PROTEIN–DNA INTERACTIONS (Ariel Afek, Weizmann Institute of Science)

Afek 교수는 DNA의 손상과 구조적 변형이 전사인자의 DNA 인식과 결합 특이성에 어떤 영향을 미치는지를 정량적으로 분석하기 위해, 변형된 DNA를 microarray를 이용해 단백질 결합을 측정하는 실험을 소개하였다. 이 플랫폼을 통해 염기서열이 변하지 않아도 DNA의 국소적 손상이나 구조 이완(nicking, phosphate 제거 등)이 특정 전사인자의 결합 친화도와 특이성을 크게 변화시킬 수 있음을 보였으며, 경우에 따라 binding을 완전히 억제하거나 오히려 강화하거나, 또는 기존과는 다른 염기 선호성으로 바꾸는 현상이 관찰되었다. 이러한 결과는 DNA 손상 자체가 단백질-DNA 인식의 중요한 조절 요소일 수 있으며, 동시에 손상 부위에 결합한 단백질이 DNA 수선(repair)을 방해하거나 유도할 수 있다는 점에서 돌연변이 축적과 발암 과정에서도 중요한 의미를 가짐을 시사한다.

2.3.7. STRUCTURAL BASIS OF DNA DOUBLE-STRAND BREAK REPAIR BY NHEJ (Yuan He, Johns Hopkins University)

이 발표는 비정상적인 말단 구조를 가진 DNA 이중 가닥 절단(double-strand break, DSB)의 repair 경로 중 하나인 non-homologous end joining (NHEJ)에 대한 구조생물학적 및 생화학적 재구성을 기반으로 진행되었다. 발표자는 Ku70/80 단백질 복합체가 손상 DNA 말단에 결합하고 DNA-PKcs가 repair 복합체를 조절하는 초기 단계를 설명하며, cryo-EM을 통해 long-range complex에서 short-range complex로의 전환을 시각화한 연구 결과를 공유했다. 나아가, 비정형 repair 경로가 존재할 가능성도 제시하면서, 이 복잡한 repair 복합체들이 어떻게 정확하고 유연하게 DNA 손상을 처리하는지에 대한 통합 모델을 제안하였다.

2.3.8. SINGLE MOLECULE STUDIES OF DNA RECOMBINATION (Eric Greene, Columbia University)

이 발표는 Rad51, Rad54, Dmc1, Hed1 간의 상호작용을 단분자 수준에서 조사하며, 특히 Rad54가 Rad51과 Dmc1 필라멘트에 어떻게 결합하고 이를 통해 strand invasion을 어떻게 유도하는지를 구조생물학적으로 규명한 것이다. 단분자 분석과 cryo-EM 구조 분석을 통해 Rad54의 결합 모티프(FxxP motif)가 Rad51 필라멘트의 두 단위체 사이에 결합해 필라멘트를 안정화시키고 재조합 진행 순서를 시간적으로 제어할 수 있다고 제안하였다. 또한, Meiosis에서는 Hed1이라는 효모 특이 단백질이 Rad51에 결합하여 Rad54의 접근을 차단하고 대신 Dmc1이 활성 Recombinase로 작동하도록 유도하는데, 이때 Hed1과 Rad54는 동일한 결합 부위를 완전히 다른 방향성과 방식으로 점유함으로써 상호 경쟁하는 것으로 나타났다. 흥미롭게도 Hed1은 오직 효모에서만 발견되었지만, 그 결합 부위는 인간을 포함한 다양한 종에서 보존되어 있어 유사한 기능을 하는 단백질이 다른 생물에도 존재할 가능성을 시사하였다.

2.3.9. UNDERSTANDING AND ENGINEERING TRANSPOSONS FOR GENOME-EDITING (Elizabeth Kellogg, St. Jude's Children's Research Hospital)

Kellogg 교수는 기존의 프라임 에디터, 베이스 에디터 등 다양한 CRISPR 기반의 유전체 편집 기술의 한계를 짚으며, 특히 낭포성 섬유증(CFTR)과 같은 대형 유전자 치료를 위한 새로운 접근이 필요함을 강조했다. 이를 위해 Kellogg 교수 연구팀은 CRISPR-associated transposons (CASTs)라 불리는 RNA 의존적 DNA 통합 시스템을 연구해 왔으며, 복잡한 단백질 복합체 구성 및 작동 원리를 구조 분석과 생화학적으로 규명하였습니다. 이들은 deep mutational scanning을 활용하여 각 구성 요소(TnsC, TnsB, TniQ 등)에 대한 포괄적인 활성도 및 특이성 프로파일을 구축하고, 특정 돌연변이가 삽입 활성과 특이성을 동시에 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 최종적으로, 자연계 단백질 서열의 한계를 넘어, 단백질 구조 기반의 설계와 유전체 스크리닝을 결합한 전략을 통해 임상 적용 가능한 고성능 통합 시스템 개발 가능성을 제시하였다.

2.3.10. INVESTIGATING THE STRUCTURE–FUNCTION RELATIONSHIPS OF LONG NONCODING RNAs (Alisha Jones, New York University)

이 발표는 long non-coding RNA(lncRNA)의 2차 구조가 단백질과의 상호작용 및 유전자 발현 조절에 어떤 영향을 미치는지를 화학적 프로빙 기법을 통해 분석한 연구를 다루었다. 실험 중 화학 프로브 농도 변화에 따라 RNA 구조 예측이 달라지거나 단백질 결합이 방해되는 현상이 발견되었고, 이는 화학 프로브가 RNA뿐 아니라 단백질에도 공유결합해 RNA-단백질 상호작용 자체를 왜곡시킬 수 있음을 의미했다. 이러한 문제점은 RNA-단백질 상호작용을 해석할 때 반드시 고려해야 할 요소이며, 동시에 새로운 구조 기능 분석 도구로 활용될 수 있음을 제안하였다.

그림 7. Alisha Jones 교수의 발표

2.3.11. AN UNUSUAL MODE OF NUCLEOSOME BINDING BY A HISTONE KINASE (Cynthia Wolberger, Johns Hopkins Medical School)

이 발표는 히스톤 modification, 특히 히스톤 H2B 유비퀴틴화(ubiquitination)와 그것이 뉴클레오좀 산성 패치(acidic patch)에 결합하는 단백질들과의 상호작용에 미치는 영향, 그리고 예외적으로 작용하는 히스톤 kinase haspin의 구조적 결합 방식에 대해 다루었다. 발표자는 먼저 H2B-K120 유비퀴틴화가 단백질 결합을 방해하며 크로마틴을 변화시키는 기능을 갖는다는 점을 설명하고, cryo-EM으로 유비퀴틴이 실제로 산성 패치를 가리는 위치에 안정적으로 존재함을 시각적으로 확인했다. Haspin은 다른 히스톤 결합 단백질들과 달리 산성 패치나 히스톤 코어와 전혀 접촉하지 않고, DNA 두 가닥이 감긴 사이의 "슈퍼 그루브(supergroove)"라는 공간에 삽입되어 DNA와 상호작용한다. 이 결합은 염기 서열 특이성 없이 전하 기반으로 이루어지며, H3 꼬리(tail)가 DNA를 따라 이 활성 부위까지 유도된다. 결론적으로, 이 발표는 크로마틴이 응축된 상태에서도 Haspin이 접근 가능함을 시사하며, 히스톤 modification 효소들이 뉴클레오좀과 상호작용하는 방식에 대한 새로운 모델의 제시하는 것이었다.

2.3.12. SINGLE MOLECULE ANALYSES OF RECOMBINATION-ASSOCIATED DNA SYNTHESIS (Valerie Borde, Curie Institute)

Borde 박사는 meiosis 중 생성되는 DNA DSB (Double strand break)가 어떻게 homologous recombination을 통해 정확하게 복구되는지를 연구한 것에 대해 발표하였다. 특히, DSB 이후 진행되는 DNA synthesis 단계에 주목하며, 어떤 인자가 합성 길이를 조절하는지를 분석하였다. 이를 위해 in vivo labeling, Illumina와 Nanopore 시퀀싱을 통해 합성된 DNA를 추적했다. 분석 결과, 전통적인 crossover 모델과는 다른 양상의 double synthesis tracts가 관찰되어 기존의 모델을 수정해야 할 필요성도 제기되었다.

2.3.13. EVOLUTION OF ORIGIN RECOGNITION AND SPECIFICATION (Jack Bauer, Cold Spring Harbor Laboratory)

이 발표는 진핵세포에서의 DNA 복제 시작점(Origin of Replication)의 인식 방식이 어떻게 진화했는지를 이해하고자 하는 연구에 관한 것으로, 특히 진핵생물 중 metazoa(동물)의 ORC (Origin Recognition Complex)가 복제 시작점을 어떻게 인식하는지를 중점적으로 다룬 발표다. 발표자는 모델 생물인 Saccharomyces cerevisiae(효모)와 유사하지만 metazoa와도 구조적으로 중간적 특성을 가진 Yarrowia lipolytica를 연구 대상으로 삼아, ORC와 CDC6 복합체가 특정 DNA 서열을 인식하고 결합하는지를 크라이오전자현미경(Cryo-EM), size exclusion, 그리고 돌연변이 분석을 통해 정밀하게 분석하였다. 특히 Y. lipolytica에서 ORC의 일부인 Orc4가 특정 구아닌 염기에 서열 특이적으로 결합하고, CDC6 역시 추가적인 α-helix 삽입을 통해 별도로 서열 특이성을 갖는다는 점을 밝혀냈다. 이러한 결과는 진핵생물이더라도 일부 종에서는 서열 의존적인 복제 시작점 인식 기작이 존재할 수 있음을 시사한다.

2.4. 4일차

2.4.1. MECHANISTIC INSIGHTS INTO THE mRNA POLY(A) TAIL MACHINERY (Lori Passmore, MRC)

이번 발표에서는 특정 RNA의 선택적 deadenylation (poly A tail 제거)이 Pan2–Pan3 복합체에 의해 어떻게 조절되는지를 다뤘다. RNA 결합 단백질(RNA-binding proteins, RBPs)이 짧은 보존 서열의 인식을 통해 Pan2–Pan3을 유도하여 특정 RNA에 선택적으로 작용함을 보였다. 이 모티프는 여러 RBP에서 공통적으로 발견되며, Pan2–Pan3가 다양한 RBP들과 상호작용한다는 점은 이 메커니즘이 널리 퍼진 일반적인 원리일 수 있음을 시사한다.

2.4.2. HUMAN REPLICATION PROTEIN A COMPLEX IS A TELOMERASE PROCESSIVITY FACTOR ESSENTIAL FOR TELOMERE MAINTENANCE (Ci Ji Lim, University of Wisconsin–Madison)

이 발표는 인간 세포에서 telomerase 활성을 조절하는 새로운 메커니즘으로서 RPA 단백질의 역할에 관한 것이었다. RPA가 텔로미어 연장에 기여한다는 사실을 구조 분석과 생화학적 실험, 세포 기반 분석을 통해 밝혔다. 또한 AlphaFold 예측과 구조 기반 돌연변이 분석을 통해 TPP1과 RPA의 기능을 분리하는 데 성공함으로써, RPA가 실제로 텔로미어 유지에 기능적으로 중요하다는 점을 입증하였다.

그림 8. Ci Ji Lim 교수의 발표

2.4.3. MISMATCH REPAIR PROTEIN IMPACTS ON ATYPICAL TRINUCLEOTIDE REPEAT DNA CONFIGURATIONS (Keith Weninger, North Carolina State University)

이 발표는 헌팅턴병(Huntington’s disease)과 같은 반복서열 확장 질환의 분자 메커니즘을 이해하기 위한 단일분자 FRET 기반 연구에 관한 것이었다. Weninger 교수는 CAG 반복서열이 포함된 DNA 헤어핀 구조가 자체적으로 슬립(slip)하면서 다양한 구조적 상태를 형성하며, 이러한 동역학이 질병의 유전적 불안정성과 연관될 수 있음을 보였다. 특히, 반복서열의 안정성과 슬리핑 패턴은 반복 확장 여부와 상관관계가 있으며, 중간에 CAA 등으로 삽입된 silent mutation은 이 슬리핑을 억제하여 확장을 방지할 수 있다는 점도 시사되었다. Weninger 교수는 다양한 mismatch repair 단백질이 이 동적인 구조를 안정화시키고 새로운 구조 상태를 유도할 수 있음을 보여주었으며, 이는 향후 확장 메커니즘의 실체 규명에 중요한 단서를 제공할 수 있음을 강조하였다.

2.4.4. RECOGNITION AND MIMICRY OF THE tRNA FOLD (Jinwei Zhang, NIH)

이 발표는 tRNA 구조의 모방을 통해 RNA 분해 및 안정화 기전을 이해하려는 구조 생물학 기반 연구에 관한 것이었다. Zhang 박사는 tRNA가 갖는 전통적인 구조적 특징이 다양한 RNA 및 단백질 인식에 중심적인 역할을 하며, 이 구조를 부분적으로 모방한 생체 내 다른 RNA들이 어떻게 특이적인 가공과 분해 경로를 형성하는지를 다루었다.

2.4.5. MOLECULAR ARCHITECTURE AND ANTIVIRAL INHIBITION OF THE HSV-1 HELICASE-PRIMASE COMPLEX (Scott Williams, NIH/NIEHS)

이 발표는 단순포진 바이러스(herpes simplex virus, HSV)의 Helicase-Primase 복합체 구조 및 메커니즘에 대한 구조생물학적 연구 결과에 대한 것이었다. Williams 박사는 HSV의 DNA 복제에서 핵심 역할을 하는 UL5 (Helicase), UL52 (Primase), UL8(보조 인자)로 구성된 trimer 복합체의 고해상도 구조를 cryo-EM을 통해 규명하였고, 이 복합체가 어떻게 상호작용하여 DNA를 풀고 복제를 개시하는지를 설명하였다. 특히, 새롭게 개발된 항바이러스제 pritelivir가 이 trimer 기능을 어떻게 저해하는지를 분자적 수준에서 분석하였다. 이 약물은 helicase의 ATPase 도메인 사이에 삽입되어 ATP 가수분해를 억제하고 DNA 이중가닥 분리를 차단하는 구조적 기반을 갖는 것으로 나타났다. 마지막으로 Williams 박사는 AlphaFold2를 활용한 복합체 내 다른 단백질 간 상호작용 예측도 시도하며, AI 기반 구조 예측이 이 연구에 결정적인 역할을 했음을 강조하였다.

2.4.6. TARGET-SITE SELECTION MECHANISMS OF THE Tn7 TRANSPOSON (Alba Guarné, McGill University)

이 발표는 CRISPR Tn7 계열 transposon의 DNA 삽입 메커니즘에 대한 구조적·기능적 분석에 관한 것이었다. Guarné 교수는 TnsC는 ATPase이고 transposition에 필수적이며, TnsD 또는 다른 Cas 단백질과의 상호작용을 통해 활성화된다는 점을 강조하였다. TnsC는 ATP와 결합함으로써 이합체에서 DNA 결합형 링 구조로 전환되며, 이 과정에서 C-말단 도메인의 구조 변화가 일어나 DNA의 삽입 위치 결정에 중요한 역할을 한다. 전체적으로 Tn7-family transposon 시스템의 구조 기반 작동 원리와 타깃 특이적 삽입을 가능케 하는 ATP 의존적 링 형성 메커니즘을 중점적으로 다루었다.

그림 9. Alba Guarné 교수의 발표

2.5. 네트워킹 프로그램

2.5.1. Refreshments

세미나 발표 중간중간에 다과와 음료가 제공되는 시간이며, 학회 참가자들 간의 적극적인 네트워킹과 커뮤니케이션이 권장되는 시간이다.

그림 10. Refreshments 시간 (출처: Fusion Conferences)

2.5.2. Group Lunch & Dinner

식사와 음료가 뷔페식으로 제공되며, 다수의 사람이 앉을 수 있는 테이블이 놓여있어 다양한 학회참가자들이 같은 테이블에 앉아 서로의 연구를 공유하는 등 활발한 네트워킹이 진행된다.

2.5.3. ECR Networking Lunch

시니어 교수 1인, 주니어 교수 1인과 학생 4명이 한 테이블에서 식사하며 여러 가지 조언 등을 구할 수 있는 네트워킹 프로그램이었다. 본 참가자는 Harvard University의 하택집 교수와 University of Wisconsin-Madison의 Ci Ji Lim과 함께 이야기를 나누며 대학원생의 진로 및 연구자로서의 자세 등 여러모로 조언과 유용한 정보를 얻을 수 있었다.

2.5.4. Poster Viewing

포스터 발표는 3일 차 저녁 시간대에 할당되었으나, 1일 차부터 세미나 중간중간에 Poster Viewing이라는 프로그램으로 다과와 음료가 제공되는 포스터 룸에서 포스터 발표자와 다른 연구자들 간의 디스커션이 활발히 진행되는 시간이었다.

그림 11. Poster Viewing 시간 사진 (출처: Fusion Conferences)