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ASCB(The American Society for Cell Biology) 2016 참석 후기
ASCB(The American Society for Cell Biology) 2016 참석 후기 저자 김태형 (University of California, Los Angeles (UCLA))
등록일 2016.12.27
자료번호 BRIC VIEW 2016-C10
조회 3077  인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
요약문
2016년 12월 3일부터 7일까지 미국 캘리포니아주 샌프란시스코의 Moscone Center에서 미국 세포생물학회(The American Society for Cell Biology, ASCB)의 annual meeting이 개최되었다. 세포생물학 전공자 외에도 bioengineering 혹은 science education과 같은 다양한 인접 학문 분야의 과학자들도 대거 참여한 이번 학회는 8개의 심포지움, 27개의 미니 심포지움, 그리고 18개의 마이크로 심포지움으로 구성되었으며, 21세기의 cell imaging, Cryo-EM, 그리고 CRISPR 기술에 대한 워크샵도 준비되었다. 동시에 진행되는 세션들이 많았고, 제한된 시간으로 인해 필자의 전공/관심분야에 맞는 세션을 중심으로 참석후기를 작성하였다.
키워드: ASCB, Cell biology, Mechanobiology
분야: Cell_Biology, Biotechnology
목 차

Ⅰ. 주요 발표 내용
 1. 12월 4일 일요일
   ㆍSymposium 1. Mechanical Forces in Cell Biology
   ㆍExhibitor Tech Talk – Seahorse and Cell couting
   ㆍKeith R. Porter Lecture
   ㆍMinisymposium 3. Intermediate Filaments from Cytoplasm to Nucleus
 2. 12월 5일 월요일
   ㆍMicrosymposium 7. Cell Adhesion and Migration
 3. 12월 6일 화요일
   ㆍE.B. Wilson Medal Presentation and Address
   ㆍMinisymposium 16. Dart Matters in Signaling and Differentiation
Ⅱ. 총평


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Moscone Center North에 마련된 등록 데스크 및 학회 회원 지원 센터



Ⅰ. 주요 발표 내용

1. 12월 4일 일요일

ㆍSymposium 1. Mechanical Forces in Cell Biology

16년전 ASCB에서는 engineering관련 talk은 찾아볼 수 없었다고 한다. 그러나 점차 bioengineering 분야가 성장하면서 engineering은 다양한 분야에서 cell biology와 접목해 왔고, 현재는 mechanobiology를 필두로 bioengineers와 cell biologists가 cellular level에서 다양한 연구를 진행하고 있는 것을 쉽게 보게 된다. 이번 심포지엄에서는 mechanical force 연구의 새로운 방향을 제시하는 연구들이 소개되었는데, 프랑스의 Institut Curie의 Dr. Piel은 mammalian 세포가 좁은 통로를 통과할 때 nuclear protein은 cytoplasm으로, cytoplasmic protein은 nucleus로 세어나감을 보여주었다. University of Utah의 Dr. Rosenblatt은 epithelial cell들이 주변의 apoptotic cell을 제거하는 방법으로 actin과 myosin contractile ring을 이용하여 extrusion 방식으로 죽어가는 세포를 튕겨낸다는(pop out) 것을 보여주었다. 마지막으로 UCSF의 Dr. Weaver는 매우 흥미로운 GBM aggression과 ECM stiffness 상관관계 연구를 발표했고, 보다 자세한 내용은 아래에서 소개해 본다.

[S3] Forcing Form and Function. V.M. Weaver, UCSF

Dr. Weaver 그룹은 ECM stiffness와 관련된 다양한 주제를 연구하고 있으며, 관련 분야를 선도하고 있는 유명한 그룹이다. 특히 세포와 ECM 사이의 신호전달 매개체로써 integrin에 관심을 갖고 연구하고 있는데, 그 동안 여러 논문들을 통해 ECM stiffness가 Fox 혹은 PI3K signaling을 통해 암세포의 malignant progression을 조절함을 보고하였다. 최근 들어 mechanobiology에 대한 관심이 크게 증가하고 있으며, 바야흐로 mechanobiology의 전성시대가 열리고 있다고 선언할 수 있을 정도인데, 이번 ASCB 학회에서도 여러 최신 연구 결과들을 발표하였다. 그 중에 대표적으로 glioblastoma (GBM)의 progression과 ECM stiffness사이의 상관관계에 대하여 연구한 최신 결과들을 소개해 본다.

암세포는 잘 알려져 있다시피, hypoxic 상태에 놓이기 쉬운데, 이를 극복하기 위해 암세포는 vasculature 변화를 필요로 하며 이를 위해 Hif1α를 조절한다고 알려져 있다. 한편, 이러한 Hif1α 조절에 ECM stiffness도 관여한다고 보고되어 있는데, ECM stiffness를 인지하는 integrin에 mutation이 있으면 cancer progression이 억제됨을 transgenic mice를 이용해 보여주었다. 한편, integrin과 상관없이, 단지 ECM stiffness만으로도 Hif1α가 조절된다는 걸 관찰하였는데, 자세한 기작을 알아보기 위하여 대표적인 hypoxic tumor인 GBM을 모델로 연구하였다.

ECM stiffness가 증가하면 GBM aggressiveness도 증가함을 관찰할 수 있었는데, ECM stiffness은 fibrosis에 기인한 것이 아니었고, tenascin C (TNC) 발현량 변화에 기인한 것이었다. Mesenchymal GBM에선 TNC 발현이 증가해 있고, 이는 곧 stiffer ECM을 조성하면서 Hif1α 발현도 증가시키게 된다. 즉, TNC에 의해 증가된 mechanosignaling이 GBM aggression을 촉진시키며, 이는 glycocalyx라는 glycoprotein의 증가를 통해 이뤄진다는 것을 밝혔다. 한편, IDH mutation 여부가 TNC와 Hif1α 발현량에 영향을 끼친다는 것을 관찰하였고, miR-203도 Hif1α의 발현량을 조절함을 관찰하였다. 따라서 genotype (IDH 및 miR-203)과 phenotype (ECM stiffness)가 동시에 Hif1α을 조절하면서 GBM의 aggressiveness에 영향을 끼친다는 것을 알 수 있었다.

ㆍExhibitor Tech Talk

Normalization of Functional Cellular Metabolic Data using Cell Counting, BioTek Instruments / Agilent Technologies

급속한 imaging 기술의 발달 덕분에 다양한 live cell imaging tool들이 쏟아져 나오고 있다. 그 중에 대표적인 것이 live cell counter인데, BioT다사의 경우 Cytation 5와 Lionheart FX라는 제품을 출시하고 있다. 둘 다 injector를 내장하고 있어서, 다양한 drug 처리를 하면서 live cell monitoring을 할 수 있게 해준다. 이러한 기기들은 다양한 application이 가능한데, 대표적으로 cell proliferation assay가 있다. 또한 receptor activation 연구에도 활용할 수 있는데, 그 예로써 GPCR activation에 반응하는 cell portion을 계산해 내는 데이타를 소개했다. GPCR이 activation되면 secondary messenger로써 Ca2+이 대표적인데, Ca2+ dye를 이용하면 GPCR에 의해 Ca2+ 양이 증가한 세포들을 측정할 수 있게 된다. 따라서, nucleus staining을 통해 전체 세포 수를 측정하고, Ca2+ dye를 이용하여 GPCR이 activation된 세포 수를 측정하면, 특정 drug에 의해 activation되는 cell %를 계산할 수 있게 된다. 더불어, 이러한 cell number counting이 여러 종류의 cell population에서 data를 normalization하는 데 있어서 가장 직접적인 data를 제공한다는 측면에서 커다란 장점이 있다.

Cellular metabolism과 disease사이의 상관관계가 재조명되면서, cellular metabolic measurement를 가능케 해주는 Agilent사의 Seahorse XF analyzer가 널리 이용되고 있다. Glycolysis가 일어나면 H+이 배출되어 culture media가 acidic해진다. 한편, respiration이 일어나면 산소를 소비하게 되므로, media의 O2 양이 감소하게 된다. 이렇게 culture media의 pH변화와 산소량을 측정함으로써 Seahorse는 세포의 metabolic status에 대한 다양한 정보를 제공할 수 있게 되는데, 그 전제 조건은 동일한 세포가 존재한다고 가정하는 것이다. 따라서 쉬운 예로써, western blotting에서 actin을 이용하고, qRT-PCR에서 GAPDH를 internal control로 이용하듯이, Seahorse에서도 total cell number를 알아야만 normalization이 가능한데, 현재로써는 protein assay, seeding density, manual cell counting, 혹은 DNA amount 측정 등을 통해 normalization을 시도하고 있다. 하지만 보다 효과적이고 효율적인 방법은 intact cell counting을 하는 것인데, 위에서 설명한 BioTek의 cell counting 기술을 접목하면 쉽게 이 문제가 해결될 수 있고, 실제 적용 가능함을 보여주었다. 이를 통해 앞으로 보다 정확한 cell metabolism 연구가 가능해졌다고 볼 수 있다.

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포스터 전시와 vendor exihibition 및 주요 심포지엄이 개최되는 Moscone Center South로 내려가는 길.
학회 등록을 마치고 이름표를 착용한 참가자만이 출입할 수 있도록 건물 입구 및 모든 학회장 입구는 엄격히 통제되었다.



ㆍKeith R. Porter Lecture

Visualizing microtubule structure and interactions, Eva Nogales

Dr. Keith Porter는 electron microscopy (EM)의 선구자로써, 1940년대에 intracellular structures (특히, microtubule)의 규명에 커다란 기여를 했다. 1960년, Rockefeller University의 Dr. Porter 오피스에서 ASCB가 최초로 조직되었는데, Dr. Porter의 여러 업적들을 기념하고자 Keith R. Porter Lecture Award가 제정되었다. 2016년도 수상자로는 Dr. Eva Nogales가 선정되었는데, 그녀가 비록 본인은 cell biologist가 아니고 structural biologist라고 했지만, microtubule structure 규명에 기여한 그녀의 연구를 고려해본다면 award의 최고의 적임자라고 볼 수 있다.

잘 알려져 있다시피, microtubule은 α-tubulin과 β-tubulin heterodimer들의 집합체이다. Microtubule dynamics에는 GTP/GDP binding이 중요한 역할을 하는데, 2000년대 들면서 long microtubule과 depolymerizing microtubule의 구조들이 밝혀졌지만, GTP hydrolysis에 따른 microtubule의 구조변화에 대해서는 알려진 바가 없었다.

Dr. Nogales는 Cyro-EM을 이용하여 훌륭한 연구를 수행해 왔는데, EM은 α-, β-subunit을 식별할 수 없다는 한계점이 있으므로 이를 극복하기 위해 α. β-subunit에 동시에 결합하는 kinesin을 추가함으로써(decoration), microtubule에 “seam”이 존재함을 밝혔다. 또한, 새로운 electron detector의 등장 덕분에 GTP hydrolysis에 따른 microtubule의 구조 변화를 밝힐 수 있었는데, GTP가 GDP로 분해될 때 microtubule의 longitudinal compaction과 α-subunit의 distortion을 관찰할 수 있었다(한편, lateral contact의 변화는 관찰되지 않음). 이러한 연구는 곧 drug discovery에 적용될 수 있는데, microtubule에 결합하는 다양한 drug의 binding effect를 측정할 수 있었다. 또한, 다양한 microtubule interacting protein의 연구에도 이용될 수 있는데, EB3, PRC1, TPX2 그리고 Tau 단백질을 이용한 연구 결과들을 소개하였다.

ㆍMinisymposium 3. Intermediate Filaments from Cytoplasm to Nucleus

Cell mechanics에 중요한 역할을 담당하는 intermediate filaments들에 대한 심포지엄이 준비되었다. Cytoplasmic intermediate filaments는 물론이고, 이것들이 nucleus에 연결되어 nucleus에 어떠한 영향을 주는지 등의 다양한 연구 내용들이 소개되었다.

프랑스 Institut Pasteur의 Dr. Etienne-Manneville은 glioma cell에서 vimentin이 어떻게 조절되는지에 대한 연구를 발표했다. 여러 intermediate filaments가 astrocytes의 migration에서 중요한 역할을 한다는 것이 알려져 있는데, 특히 vimentin이 highly dynamic하다는 것을 관찰하였다. Cell이 이동할 때, vimentin은 세포 이동방향의 반대 방향(retrograde)으로 flow를 형성했고(actin을 disruption시키면 이러한 이동이 사라지므로 이는 actin dependent 했음), 반대로 microtubule을 따라서는 세포 이동방향과 같은 방향(anterograde)으로 flow를 보였다. 한편 microtubule을 따라 형성된 vimentin flow는 microtubule motor protein인 dynein에 의한 것임을 알 수 있었다. 이동중인 glioma cell에서의 이러한 vimentin dynamics는 cell polarization을 조절하는 small GTPase인 Cdc42에 의해 조절된다는 메카니즘도 밝혔다.

일본 Osaka 대학의 S. Fujiwwara는 mechanical force을 인식하는 세포 내 mechanism을 연구하고 있다. 세포들은 중력이나 flow와 같은 mechanical force에 노출되어 있는데, 특히 epithelial cell은 cell-cell adhesion과 cell-ECM interaction에 큰 영향을 받는다. Cytoskeleton을 조절하는 Rho 단백질은 GEF에 의해 조절되는데, epithelial cell이 mechanical force를 감지할 때 GEF의 역할은 알려진 바가 없다. 이를 알아보고자 stretch를 이용해 mechanical force를 가하고, shRNA library screening을 통해 63개의 GEF중 11개가 관여함을 알아냈고, 이들 중 keratin 8과 keratin 18과 결합하는 Solo에 대한 연구 내용을 소개하였다. 생화학적으로는 우선 Solo에서 keratin과 interaction 하는 binding site를 identify했고, Solo를 overexpression시켰을 때, actin stress fiber가 증가하고, keratin 8의 fiber diameter가 증가함을 관찰하였다. 반대로 Solo를 knockdown시키면 stress fiber가 감소하고, keratin 8도 거의 사라진다는 것을 관찰하였다. 이를 통해 Solo가 actin과 keratin 8의 조절에 관여함을 알 수 있었고, 나아가 Solo는 cadherin과 F-actin linker인 plakoglobin의 localization에도 관여함을 관찰하였다. 이러한 데이타를 토대로 제시한 모델은, mechanical force가 가해지면 Solo가 keratin 8, 18과 interaction하고, 이는 Rho-Rock pathway를 통해 actin stress fiber를 조절하게 되고, 마지막으로 이게 다시 keratin network에 영향을 끼친다고 보여진다.

스웨덴 KTH Royal Institute of Technology의 M. Wiking은 Human Protein Atlas 프로젝트와 Cell Atlas 프로젝트를 소개했다. 특히 Cell Atlas에는 12,000개 유전자의 protein data가 등록돼 있고(immunostaining data), RNA expression data 역시 등록돼 있어서 앞으로 많은 연구자들에게 유용한 기초 proteome 정보를 제공해줄 것으로 기대된다.

미국 Northwestern University의 J.A. Broussard는 desmosome과 intermediate filament를 연구하고 있다. Cell mechanics가 여러 cellular signaling pathways와 diseases를 조절한다는 것은 알려져 있지만, Desmosome과 결합하고 있는 intermediate filament는 잘 알려져 있지 않다. Micropillar assay와 Atomic Force Microscopy (AFM) 기술을 이용하여 intermediate filament와 결합하는 desmosome이 cell mechanics에 끼치는 영향을 조사했다. 이를 위하여 A431 cell line에서 두 종류의 mutant desmoplakin을 제작했고(deletion mutant와 point mutation mutant), 각각의 mutant line에서 cell stiffness와 cell traction force를 측정했다. 그 결과, deletion mutant에서는 traction force가 감소했으나, point mutation mutant에서는 반대로 증가한다는 것을 알 수 있었다. 이와 유사하게, cell stiffness도 deletion mutant에서는 감소했으나, point mutation mutant에서는 증가함을 관찰하였다. 이러한 stiffness 증가에는 cytoskeletal bundle양의 변화가 영향을 끼친다는 것을 AFM imaging을 통해서 관찰하였고, cytochalasin D 처리 실험을 통해 desmoplakin에 의한 stiffness 변화는 actin filament에 의한 것임을 알 수 있었다.

미국 University of California at San Francisco (UCSF)의 Dr. Northcott은 ECM stiffness가 heterochromatin에 끼치는 영향을 연구하고 있다. 암세포에서는 흔히 변형된 nuclear architecture가 관찰되고, 이러한 특징은 암 진단에도 이용된다. 한편 breast cancer에서는 tissue structure가 변형된 것이 관찰되는데(ECM이 더욱 stiffer해짐), breast cancer mouse model을 이용하여 ECM stiffness가 nuclear structure를 변형시키는지 알아보았다. Soft ECM (140 Pa)과 stiff ECM (4 kPa)에서 mRNA expression profile을 조사한 결과, histone modification에 차이가 있음을 관찰하였고, stiff ECM 에서는 heterochromatin content가 감소함을 관찰하였다. 그 원인을 조사하기 위하여, multicellular structure와 single cell을 비교해 보았다(3D상의 structured cell은 ECM stiffness로부터 영향을 안받고 주로 cell-cell interaction에 영향을 받으며, 2D상의 single cell은 cell-cell interaction으로부터는 영향을 안받지만 ECM stiffness에 의해서는 영향을 받음). Multicellular structured breast epithelial cell과 single cell의 mRNA complexity를 조사한 결과, stiffer ECM은 gene expression profile을 single cell의 그것과 유사하게 만들었다. 한편, stiff ECM에 의한 differentially expressed genes는 주로 lamina associated domain (LAD)에 위치하고 있음을 발견하였다. 실제로 stiffness 변화는 lamina 발현량에 영향을 준다는 것을 확인하였다. Lamin A/C와 lamin B가 관여한다는 것을 확인한 뒤, LINC complex도 ECM stiffness 신호를 nucleus로 전달하는 데에 관여하는지 알아보았다. LINC complex를 파괴하면 ECM stiffness 변화에 따른 chromatin 변화가 사라진다는 것을 관찰하였고, 따라서 LINC complex도 관여함을 알 수 있었다.

미국 Cornell University의 Dr. Lammerding은 nuclear mechanics 분야를 선도하고 있다. Nucleus는 cytoplasm보다 더 stiff한데, in vivo에서 세포들이 좁은 ECM을 통과할 때 nuclear deformation이 rate-limiting step이라는 것이 이미 보고돼 있다. In vitro에서도, 높은 농도의 matrix (3.3 mg/mL)에서는 세포들이 더 이상 이동을 못하고 matrix에 갇혀있는 현상을 볼 수 있다. 보다 자세한 메카니즘 연구를 위해 microfluidics 기술을 도입하였는데, pore size를 조절하면서(폭 2~15 um, 높이 5 um) chemotactic gradient를 통해 cell migration을 유도할 수 있게 했다. 이를 통해서 다시 한번 nucleus deformability가 cell migration의 rate-limiting step임을 확인할 수 있었고, 나아가 3D에서는 어떠한지 알아보았다. Micropipette aspiration을 microfluidics와 접목하여 nuclear mechanics를 probe할 수 있는 tool을 개발하였고, Lamin A/C level을 조절함으로써 nuclear mechanics의 영향을 조사했다. 예상했던 대로, Lamin A/C knockout 세포는 좁은 gap도 쉽게 통과한다는 것을 관찰했고, Lamin A/C knockdown 세포들은 3D collagen matrix에서도 증가된 cell migration을 보여주었다. 한편, 다양한 breast cancer cell line을 screening한 결과, invasiveness와 lamin level에 상관관계가 있음을 확인하였다. 이렇게 more deformable한 nucleus를 갖고 있는 암세포는 보다 쉽게 invasion을 할 수 있는데, 그렇다면 이러한 암세포가 치뤄야 할 대가가 무엇인지 궁금했다. 그리고 실험을 통해 그 대가는 nuclear rupture라는 것을 알게 되었다. Pore size가 작을수록 그 pore를 통과하는 세포는 nuclear rupture가 많이 발견되었고, Lamin을 knockdown시켰을 때, 이러한 rupture 더욱 증가함을 관찰할 수 있었다. 단지 nuclear rupture뿐만 아니라 DNA damage도 증가한다는 것을 보고하였고, 이러한 rupture가 일어나는 blebs은 ESCRT-III에 의해 복원되는 것을 밝혔다. 이는 또 다른 이 분야 선도 과학자인 UPenn의 Dr. Dennis Discher group 결과와 일치함을 알 수 있다(Dr. Discher의 최근 연구 결과 발표는 필자가 작성한 BPS2016 학회 보고서에도 소개됨).

마지막으로 미국 Albert Einstein College of Medicine의 Dr. Sharma는 암세포의 이동에 관한 흥미로운 연구 결과를 발표하였다. Tumor의 ECM에는 보다 많은 collagen fiber가 존재하고, 암세포들은 이 collagen fiber를 따라 이동한다는 것이 in vivo에서 보고되어 있다(암세포 혼자 움직이기도 하고, macrophage와 함께 이동하기도 함). Dr. Sharma는 in vivo imaging으로 얻은 ECM의 collagen fiber 모습(2~3 um thickness)을 in vitro에서 재현시켰고, in vitro에서도 암세포와 macrophage가 in vivo에서와 매우 유사하게 이 collagen fiber를 따라서 이동한다는 것을 확인하였다. 이러한 in vitro 1D system을 이용하여 세포이동에 관한 다양한 정보들을 얻을 수 있었는데, 암세포는 굵은 fiber에서 보다 빠르게 이동했고, 이는 F-actin level과 연관되어 있었다. 나아가 actomyosin contractility가 이를 조절한다는 것도 밝혔다. 그렇다면 이러한 actin의 변화가 nucleus에 stress를 유발할 수도 있을까? 1D system과 2D system(일반적인 cell motility assays)에서 nuclear shape을 모니터링 한 결과, 1D에서는 nuclear shape change가 in vivo의 그것과 매우 유사한 반면, 2D에서는 nuclear 모양에 아무런 변화가 없었다. 또한, myosin inhibitor인 blebbistatin을 처리하면 이러한 nuclear shape 변화가 사라진다는 것을 보였다. 이는 곧 actin이 nuclear shape을 조절한다는 것을 의미하고, 이를 연결해주는 것으로 예상되는 LINC complex를 조사해 보았다. LINC complex를 구성하는 Sun1/2를 knockdown시키면, 1D system에서 cell motility가 증가했고, 2D에서는 아무런 변화가 없었다. 또한, Sun 1/2 knockdown은 1D에서는 actin polymerization을 증가시켰지만, 2D에서는 변화가 없었다. 흥미롭게도 이는 actin에 의한 nuclear shape이 cell migration에 매우 중요한 factor임을 의미하고, 어쩌면 ECM pore size보다 더 중요할 수도 있을 것이라고 예측하였다.

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포스터 발표와 vendor 전시회, tech talk, career development programs 및 마이크로 심포지움이
함께 개최된 ASCB Learning Center (Exhibit Hall).



2. 12월 5일 월요일

ㆍMicrosymposium 7. Cell Adhesion and Migration

이번 ASCB 학회에 참석하면서 발견한 일반적인 특징 중 하나는, 특정 심포지움 주제에 매우 많은 청중들이 몰린다는 점이었는데, 대표적으로 학회 참가자들이 큰 관심을 보인 주제들은 다음과 같았다: cell adhesion, migration, invasion, cytoskeleton dynamics, mechanical forces와 그것들을 조절하는 기작들 등등. 이렇게 인기가 많은 심포지엄들은 좌석이 부족해서 바닥에 앉아서 발표를 듣는 참가자들이 많을 수 밖에 없었다.

Cell adhesion과 migration을 주제로 한 이번 심포지엄도 인기가 높은 것들 중 하나였는데, 비록 짧은 발표들로 이루어졌지만 퍼블리쉬 되지 않은 최신 데이타들을 많이 접할 수 있는 유익한 시간이 이어졌다. 미국 UCSF 소속 Dr. Weiner 그룹의 포스트닥인 Dr. Graziano는 Listeria infection에 ECM stiffness가 끼치는 영향을 연구했다. Endothelial 세포가 Listeria에 감염되면 혈관을 따라 전신으로 감염이 확산될 수 있어서, Listeria가 주변 endothelial cell로 퍼져나가는 기작을 밝히는 것이 중요하다. Listeria는 actin comet tail을 형성하며 옆 세포로 퍼져나간다는 것이 알려져 있는데, endothelial 세포와 세포 사이를 메우고 있는 ECM이 stiff할수록(약 70 kPa) 더 infection이 잘 된다는 것을 관찰하였다. 이때 cell invasiveness에는 변화가 없고, cell adhesion이 증가됨에 따라 더 감염이 잘 된다는 것을 관찰하였는데, 그 기작으로써 FAK에 의해 조절되는 cell surface vimentin이 주로 관여하고 있다는 것을 보고하였다.

미국 NIH 소속 Dr. Liu 그룹의 포스트닥인 Dr. Wu는 focal adhesion의 dynamics를 연구하고 있다. Focal adhesions은 세포의 발 역할을 하면서 외부의 mechanical signal을 전달하는 등 중요한 역할을 한다고 알려져 있는데, 이러한 focal adhesion에서의 traction force는 특정 spot에서 peak를 보인다고 알려져 있고, 또한 이러한 traction force peak가 oscillating 한다는 것을 밝힌 연구이다. 왜 그리고 어떻게 이렇게 traction peak가 조절되는지 보다 자세히 알아보기 위하여 시뮬레이션 모델도 개발하고, 이 모델이 실험을 통한 데이타와도 일치함을 보였다. Traction peak를 보다 자세히 조사해보면, 2개의 peaks이 존재하고(1차 peak과 2차 peak), 1차 peak은 매우 정적이지만 2차 peak이 oscillating 하고 있음을 관찰할 수 있었다.

미국 NIH 소속 Dr. Waterman 그룹의 포스트닥인 Dr. Swaminathan은 migration중인 세포의 이동 방향을 focal adhesion이 감지할 수 있는지에 대해 연구하고 있다. 그녀는 action에 의해 조절되는 세포 표면의 integrin의 배열 순서와 alignment가 세포 이동의 방향을 인식한다고 가설을 세웠다. 이를 연구하기 위하여 GFP 단백질의 방향을 감지할 수 있는 기술을 이용하였고, GFP를 결합시킨 integrin의 배열을 조사한 결과, 예상했던 대로 integrin의 순서와 배열이 세포 이동 방향과 연관돼 있음을 밝혔다.

미국 Stanford University 소속 Dr. Nelson 그룹의 대학원생인 Chavez는 tight junction을 연구하고 있는데, mechanical strain이 tight junction에 끼치는 영향에 대하여 발표하였다. Tight junction은 junction을 이루는 protein들이 매우 복잡한 network을 형성하고 있는데, mechanical strain에 따른 이러한 network의 변화를 잘 관찰할 수 있도록 flexible PDMS 장치를 고안하였다. 이 장치를 이용하면 epithelial 세포에 mechanical strain을 가한 뒤, fast freezing하여 tight junction을 관찰할 수 있다. 그 결과, mechanical strain 혹은 stretch를 가하면 epithelial 세포의 tight junction network이 달라짐을 관찰할 수 있었고, 나아가 tight junction proteins (ZO-1과 Claudin-1)이 감소함을 발견하였다. 이러한 tight junction 단백질의 감소는 결국 barrier function에도 영향을 끼쳐서, tight junction이 제 기능을 수행하지 못한다는 것을 관찰하였다. 한편, actomyosin inhibitor인 ML-7을 이용한 실험에서, 이러한 stretch에 의한 tight junction 변화는 actomyosin에 의해 조절된다는 것을 알 수 있었다. 요약하자면, mechanical stretch가 actomyosin contraction을 통해 tight junction proteins (ZO-1 과 Claudin-1)을 감소시키고, 이는 곧 tight junction network에 변화를 가져와서 barrier function도 약화시킨다는 것을 보고하였다.

마지막으로, 미국 University of Houston 소속 Dr. Khurana 그룹의 대학원생인 Pharm은 Fascin을 연구하고 있다. 일반적으로 정상 epithelial에서는 잘 발현되지 않는 Fascin은 암세포에서 그 발현이 증가되어 있음이 보고되어져 있다. 예를 들면, colorectal cancer가 진행될수록 Fascin 발현량이 증가하고, Fascin 발현량이 많은 환자는 예후가 좋지 않아서 biomarker로도 사용되고 있다. Fascin이 cell invasion에 끼치는 영향을 알아보기 위하여 canine 신장상피 세포인 MDCK cell에서 Fascin 발현량을 조절하며 실험을 진행하였다. 먼저 Fascin을 overexpression 시켰을 때, MDCK cell의 migration을 조사해보면, migration speed와 distance가 증가함을 관찰할 수 있었다. 그리고 세포들을 좁은 channel의 nanotube에 넣어서 migration 시켜보면, actin과 α-tubulin이 모두 Fascin과 함께 위치함을 알 수 있었다. 한편, Fascin을 knockdown 시키고 세포를 배양해보면 spheroid 형성이 촉진됨을 관찰하였는데, 이때 β-catenin 양도 늘어나고 signaling pathway가 activation 됐음을 알 수 있었다. 그리고 β-catenin을 통한 signaling pathway를 차단하기 위하여 이용되고 있는 β-catenin의 localization을 방해하는 drug이 Fascin과 β-catenin의 direct interaction을 차단함을 관찰하였다.

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좌석이 부족할 정도로 많은 청중이 몰린 심포지움.
특정 주제에 많은 사람들이 몰림으로써 인기를 실감할 수 있었다.



3. 12월 8일 화요일

ㆍE.B. Wilson Medal Presentation and Address

Mina Bissell, Lawrence Berkeley National Laboratory

E.B. Wilson Medal은 ASCB에서 수여하는 최고로 영예로운 상이다. 평생에 걸쳐 세포생물학의 발전에 지대한 공헌을 한 과학자에게 수여되는 본 상은, 2015년 epidermal biology의 대가 Elaine Fuchs의 수상에 이어, 올해 2016년에는 extracellular matrix (ECM)를 세포생물학의 중심에 올려놓은 Mina Bissell이 수상자로 선정되었다.

이란 출신인 Dr. Bissell은 Harvard University 화학과에서 학부를 마치고 같은 대학의 Microbiology and Molecular Genetics program에서 Ph.D. 학위를 받은 뒤, Harvard와 UC Berkeley에서 포스트닥을 했다. 그 후 1972년, Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL)에서 staff scientist로 본격적인 커리어를 시작하고 지금까지 쉬지 않고 뛰어난 업적들을 만들어 오고 있다. 그녀의 50여년간의 세포생물학에 대한 가장 큰 기여는 아무도 ECM에 관심을 갖지 않고, 심지어 그녀의 논문들 조차 사실인지 의심받던 시대에, 끊임없이 탄탄한 과학적 발견들을 논문으로 보고하면서 ECM의 생물학적 기능을 증명해 보였고, 결국 이제는 수많은 과학자들이 의심의 여지없이 cellular environment가 갖는 중요성에 인정하고, 관련 연구를 수행할 수 있는 토대를 마련하였다는 점이다.

1980년대, 과학계가 oncogene에 열광하고 있을 무렵, Dr. Bissell은 ECM이 oncogene 못지않게 transformation에 기여하고, tissue maintenance에 중요하다는 것을 증명하였다. Mammary gland를 model system으로 이용해오고 있는데, breast tissue의 특징인 acinus를 in vitro에서 재현하는 것에 어려움을 겪고 있었다. 3D인 tissue를 2D cell culture 시스템으로 구현하자니 많은 structural information을 잃어버리게 되어, 제대로 구현할 수 없었던 것이다. 그러다 1989년, mammary gland에서 매우 확연하게 ECM이 존재한다는 것에 착안하여 laminin-rich ECM을 추가하여 mouse mammary gland의 acini 구조를 재현해내는 것에 성공하였다. 곧 이어 1992년, laminin을 추가한 gel에서 human mammary gland의 acini도 구현할 수 있게 되었다. 여기서 한가지 중요한 것은, laminin만 있다면 어떠한 종류의 gel이건 상관없이(꼭 matrigel이 아니더라도) 3D tissue 재건이 가능했다는 점이다. 이즈음, Dr. Bissell 실험실에 포스트닥으로 들어온 Valerie Weaver는 breast cancer cell의 integrin을 조절함으로써 transformed cell을 되돌릴 수도 있음을 보였는데, malignancy에 있어서 genotype보다 phenotype이 더 큰 영향을 끼칠 수 있다는 최초의 보고였다. 후속 연구들은 더더욱 laminin이 malignancy에서 p53 못지않은 중요한 역할을 수행함을 보였고, 그 뒤로는 nuclear actin이 ECM signal을 전달한다는 것을 밝혔고, 이 nuclear actin 또한 laminin에 의해 신속하게 조절된다는 것을 보고하였다.

최근에는 human breast cancer cell의 malignancy 조절에 관여하는 miR들을 찾았는데(miR-34c, miR-30e, miR-144), 이러한 miR들을 조절하는 기작에 관한 최신 연구들도 발표하였다(곧 eLife에 퍼블리쉬 될 예정-Saori Furuta et al.). 이 miR들은 MMP9을 activation시키는 EIF5A와 SCA1을 억제시키는데, MMP9은 Laminin-1, -5를 억제한다고 알려져 있다. 한편, Lamimin-1,5는 integrin을 통해 HoxD10과 NFkB를 활성화시킨다고 알려져 있는데, 이 과정에서 p53과 nitric oxide (NO)가 관여함을 밝혔다. NO는 이미mammary gland의 morphogenesis에 필요하다는 것이 알려져 있는데, breast cancer에서 이 NO를 통해 Laminin-5는 ATM, ARF를 조절하고 결과적으로 p53을 조절하게 된다.

또 다른 최근 연구로는 사람 mammary epithelial cells의 핵을 3D 구조로 살펴보았을 때, 일종의 도넛 형태로 존재하고, 그 중간을 cytoskeleton이 관통한다는 것을 보여준 것을 소개하였다. Dr. Manfred Auer와의 collaboration을 통해 Volume Electron Miscopy를 통해 매우 높은 해상도의 cell image를 얻을 수 있었는데, cytoskeleton이 nucleus 한복판을 지나고 있음을 관찰할 수 있었다. 여러 검증 절차를 통해 이 cytoskeleton은 keratin이라는 것을 알 수 있었고, 해당 연구는 2017년 1월에 Journal of Cell Science (JCS)에 커버스토리로 소개될 예정이다. ECM-laminin-cytoskeleton을 통해 environment로부터의 신호를 세포 내로 전달한다는 것은 이제 너무나 잘 알려진 사실이 되었으며, 또 한편 이렇게 nucleus 내부를 관통하는 cytoskeleton도 발견이 되었으니, 이것이 갖는 생물학적 의미를 풀기 위한 수많은 프로젝트의 문이 열리는 순간이기도 하다. 비록 우리는 이미 genetic code를 풀어냈고, genome sequence를 다 알고 있으며, single cell 수준에서는 꽤나 많은 생물학적 지식을 축적하였다고 볼 수 있으나, 아직 tissue 수준에서는 모르는 것이 너무나 많고, 앞으로 밝혀내야 할 것들이 산적해 있기에, 젊은 과학자들은 부디 윗 세대가 해놓은 frame에 갇히지 말고, 자유롭게 상상의 나래를 펼치며 다양한 연구를 진행해주길 당부하며 매우 열정적이고 inspiring했던 Dr. Bissell의 E.B. Wilson Medal lecture를 마무리 지었다.

ㆍMinisymposium 16. Dart Matters in Signaling and Differentiation

미국 Johns Hopkins University 소속 Dr. Inoue 그룹의 포스트닥 Dr. Phua는 cilia에 대해 연구를 하고 있다 .각종 cell surface receptor가 존재하는 cilia는 cell signling에 중요한 역할을 수행한다고 알려져 있는데, 매우 다양한 종류의 cilia가 발견되고 있다. 따라서 개별적인 cilia를 어떻게 정의할 수 있는지 알아보고자 하였다. 한편, phosphoinositides는 세포 내 소기관들에서 unique한 molecular identifier역할을 한다고 알려져 있다. 그래서 이러한 phosphoinositides와 primary cilia를 조사해본 결과, primary cilia에서는 PI(4,5)P2가 존재하지 않는 것을 알 수 있었다. 그리고 그 원인으로는 inositol polyphosphate-5-phosphatase E (INPP5E) 발현이 증가되어있기 때문이며, 기능적으로도 INPP5E 증가에 따른 PI(4,5)P2 감소가 hedgehog signaling에 영향을 준다는 것을 확인하였다. 한편, cilia 구조를 살펴보았을 때에도, INPP5E knockout MEF 세포에서는 cilia excision이 유발됨을 관찰하였다. 이와 관련하여, cilia remodeling은 cell cycle progression과 밀접하게 연관되어 있다고 알려져 있는데, wild-type NIH3T3 세포에서도 cilia excision이 관찰되었다. 이는 growth stimulation에 의한 INPP5E의 감소가 원인이었고, 따라서 PI(4,5)P2는 growth stimulated cell에서는 축적되고, quiescent cell에 주로 제한적으로 존재함을 관찰할 수 있었다. 한편 proteomic profiling을 통해 ciliary vesicle에 존재하는 57개 단백질을 추가적으로 찾아냈는데, 앞으로 이들에 대한 추가 연구가 진행될 예정이다.

캐나다의 Simon Fraser University 소속 Verheyen 그룹의 포스트닥 Dr. Hall은 actomyosin contractility와 Wnt signaling 을 연구하고 있다. Wnt signaling pathway는 잘 알려져 있다시피 development와 adult tissue homeostasis에 중요한 역할을 수행한다. Genomewide screening을 통해 초파리에서 Wnt signaling 활성화에 따른 phosphorylation 조절 단백질을 찾아보았는데, 그 중 하나가 myosin phosphatase였다. 이 myosin phosphatase는 Wnt signaling과 함께 non-muscle myosin II (NMII)의 activity를 조절한다는 것을 알게 되었다. RNAi를 통해 해당 phosphatase를 knockdown시키면 Wnt signaling이 손상을 받게 되고, 따라서 Wnt target gene의 발현이 줄어들게 된다. 이는 곧 developmental defect으로 나타남을 관찰하였다. 한편, NMII이 활성화되면 cell contraction이 증가하고, Wnt activity도 감소함을 관찰하였는데, 또한 adherens junction protein도 증가함을 알게 되었다(그러나 E-cadherin 변화 없음). 유사하게, F-actin을 증가시키면 NMII가 활성화되었을 때와 동일한 결과를 얻었는데, 이를 통해 NMII에 의한 Wnt signaling 조절은 F-actin을 통해서 일어난다고 결론지었다. 그렇다면 초파리가 아닌 사람에서는 어떨까? MCF7 세포를 이용한 실험에서 초파리 실험과 동일한 결과를 얻을 수 있었고(NMII가 증가하면 Wnt signaling이 감소), E-cadherin이 없는 cell line에서는 아무런 변화가 없음을 관찰하였다.

미국 Princeton University 소속 Nelson 그룹의 포스트닥 Dr. Pang은 breast cancer에서 Integrin-linked kinase (ILK)를 연구하고 있다. Breast cancer는 잘 알려져 있다시피 collagen에 의한 ECM stiffness 변화때문에 palpation으로 암을 진단할 수 있다. 한편, ECM stiffness는 stem cell differentiation과 epithelial cell plasticity 등을 조절한다고 알려져 있다. 마찬가지로, hypoxia는 cancer stem cell의 phenotype에 영향을 준다고 알려져 있는데, ECM stiffness와 hypoxia가 breast cancer에서 어떠한 역할을 하는지는 보고되어 있지 않다. 또한 ILK가 breast cancer에서는 발현량이 증가되어 있다는 것이 보고되어 있지만, ILK가 ECM stiffness나 hypoxia에 의해 어떻게 조절되는지는 연구되지 않았다. 결론적으로는 ECM stiffness와 hypoxia 둘 다 integrin signaling을 촉진시키고, 나아가 cancer stem cell (CSC) 또한 활성화시킨다는 것을 밝혔다. CSC를 좀 더 살펴보면, breast cancer에서 CSC는 stiff ECM 근처에 주로 존재하며, ILK를 knockdown 시키면 CSC phenotype을 억제함을 관찰하였다. 이러한 CSC phenotype 변화는 soft agar assay로도 확인했으면, 그 메카니즘으로 PI3K를 제시하였다. ILK는 AKT를 phosphorylation시키고, 이는 곧 cancer cell survival에 기여한다. 그러나 ILK는 PI3K를 억제시킴으로써 CSC phenotype을 감소시킨다는 것을 밝혔다. 마지막으로 ECM stiffness와 hypoxia는 angiogenesis와도 밀접한 관련이 있는데, 이는 곧 ILK-PI3K pathway를 통해 VEGF-A 발현을 조절함으로써 angiogenesis를 조절한다고 결론지었다.

Ⅱ. 총평

ASCB는 규모가 큰 학회이고, 그만큼 다양한 분야의 세션이 준비되어 있으므로 누구나 자신의 관심분야 혹은 연구주제와 관련된 내용을 쉽게 찾아볼 수 있다. 필자 역시 평소 관심있던 분야에서의 최신 연구동향을 파악하는 데에 큰 도움이 되었고, 동시에 현재 필자가 하고 있는 연구와 관련된 내용들도 많이 접함으로써 후속연구에 도움이 될만한 학회였다. 특히 학회 규모가 너무 크면 학회책자를 보면서 스케쥴을 짜기가 쉽지 않은 경우가 있는데, ASCB 학회는 무료 앱을 배포함으로써 온라인상 혹은 스마트폰에서 참석하고자 하는 세션을 검색해서 내 스케쥴에 등록해 놓을 수 있고, 이를 스마트폰에서 실시간으로 확인하면서 효율적으로 시간관리를 하면서 학회에 참석한 시간을 100% 효율적으로 활용할 수 있게 해주었다. 한편, 본 참석후기에 첨부하고자 학회 기간 중 많은 사진을 찍고 싶었지만, 각 각의 세션에서 아직 논문으로 출판되지 않은 데이타도 많이 발표되었으므로, 이를 보호하고자 학회장 내에서는 물론이고 포스터 발표장에서도 사진 촬영은 엄격히 금지되었다. 그래서 매우 제한된 사진만을 찍을 수 있었다. 마지막으로, 학회 규모와 명성에 걸맞게 세포생물학과 관련된 거의 모든 vendor가 전시 부스를 마련해놨다고 해도 과언이 아닌데, 세션 중간중간 시간이 날 때마다 부스를 방문하면서 안티바디나 기타 시약들 샘플도 얻고, 추첨을 통해 상품으로 주어지는 전기영동 장치도 선물로 받는 등 앞으로의 실험에 실질적인 도움도 된 유익한 학회였다.
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김태형(2016). ASCB(The American Society for Cell Biology) 2016 참석 후기. BRIC View 2016-C10. Available from https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=report&id=2653 (Dec 27, 2016)
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