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키스톤 심포지엄 – Non-coding RNA : Biology and Applications
키스톤 심포지엄 – Non-coding RNA : Biology and Applications 저자 이성권 (전남대학교)
등록일 2021.06.15
자료번호 BRIC VIEW 2021-C05
조회 2267  인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
요약문
Noncoding RNAs (ncRNAs)는 세포 내에서 다양한 기능을 수행하고 수많은 생명현상 및 질병에 관련이 있다. 이번 Keystone Symposia의 Noncoding RNAs: Biology and Applications 학회에서는 최근 발표되거나, 아직 발표되지 않은 연구자들의 결과(ncRNAs의 기능, 구조, 분자 메커니즘, 치료제 개발, 생명공학 기술 등)들을 포함하고 있다. 이번 학회는 온라인으로 2021년 5월 11일부터 14일까지 4일간 진행되었으며 40개국의 337명이 참석했고, 약 40개의 구두 발표에 대해 274개의 질의 응답이 이루어졌다. 본 학회 참관기는 주로 구두 발표 내용을 정리했다.
키워드: Noncoding RNA, 치료제, 메커니즘
분야: Cell_Biology, Molecular_Biology, Systems Biology

목 차

1. Noncoding RNA와 2021 키스톤 심포지엄
2. 키노트 세션
3. 5월 11일 주요 내용
  3.1. [Session 1] Regulation of Long Noncoding RNA in Nuclear Condensates
  3.2. [Session 2] Noncoding RNA in Therapeutics
4. 5월 12일 주요 내용
  4.1. [Session 3] Mechanisms of Long Noncoding RNA Function
  4.2. [Session 4] Enhancer RNAs, Circular RNAs and Small RNAs
5. 5월 13일 주요 내용
  5.1. [Session 5] RNA Structure and Function
  5.2. [Session 6] RNA Technologies
6. 5월 14일 주요 내용
  6.1. [Session 7] Noncoding RNA in Development and Disease
  6.2. [Session 8] Repetitive RNAs in Gene Regulation
7. 맺음말


1. Noncoding RNA와 2021 키스톤 심포지엄

Non-coding RNAs는 ‘단백질을 암호화하지는 않지만, 기능을 가지는 RNA 분자’를 뜻 한다. 대표적으로, transfer RNAs (tRNAs), ribosomal RNAs (rRNAs), microRNAs, long non-coding RNAs (lncRNAs) 등이 존재하며, 이들은 수많은 생명현상에서 특이적인 발현 패턴을 보여주고 있고, 다양한 생물의 전사체(transcriptome)에서 확인이 되고 있다. 특히, lncRNAs의 생리학적 및 병리학적 기능들이 밝혀지면서 이를 잠재적인 치료 타겟으로 활용하고자 하는 연구가 이루어 지고 있다.

하지만, lncRNAs의 조절 경로와 하위 분자 메커니즘에 대해서는 아직 많은 연구가 필요한 상황이다. 특히, 1) 이들이 어떠한 방식으로 조절되는지, 2) 다양한 생리적인 현상과 질병에서 어떠한 기능을 수행하는 지, 3) 다른 단백질 또는 RNAs 분자와 결합하여 어떠한 구조를 이루고 어떠한 기능을 하는 지에 대한 이해가 필요하다.

이번 Keystone Symposia의 Non-coding RNAs: Biology and Applications 학회에서는 위와 같은 질문들에 대한 결과들이 발표 되었으며, 주제는 다음과 같다.

  (1) 핵 응축에서의 lncRNAs의 조절(Regulation of Long Noncoding RNA in Nuclear Condensates)
  (2) 치료제로서의 ncRNA (Noncoding RNA in Therapeutics)
  (3) lncRNA의 기능의 메커니즘(Mechanisms of Long Noncoding RNA Function)
  (4) Enhancer RNAs, Circular RNAs and Small RNAs
  (5) RNA 구조와 기능(RNA Structures and Function)
  (6) RNA Technologies
  (7) 발생 과정과 질병에서의 noncoding RNA의 역할(Noncoding RNA in Development and Disease)
  (8) 유전자 조절에서의 repetitive RNA의 역할(Repetitive RNAs in Gene Regulation)

 

2. 키노트 세션
이번 학회의 키노트 세션은 EMBL의 Edith Heard 교수가 ‘The multiple roles of Xist RNA and it’s partners during X-chromosome inactivation (XCI)’이라는 주제로 발표했다. 주로 그동안의 XCI의 하위 메커니즘에 대한 아래의 연구 결과를 포함하고 있다.
- Xist RNA는 SPEN을 포함한 complex를 통해 RNA Pol III의 depletion과 transcriptional silencing을 일으킨다.
- HDAC3에 의한 초기의 H3K27 acetylation의 감소가 XCI의 시작을 촉진한다.
- SPEN의 SPOC 도메인은 RNA Pol III과 다양한 단백질들의 결합을 이루는 플랫폼으로 기능을 하고, 이는 gene silencing을 일으키는데 중요하다.
- Xist RNA는 분화된 세포의 X-linked 유전자의 발현 억제와 감소를 일으키고 이는 항상성, stem cell 분화 및 tumor의 subtype을 결정하는데 기여를 한다.
- Xist 대표적으로 MED14와 같은 발생, 분화, cancer, 대사 조절, 자가면역 질환에 관여하는 dosage X-linked genes의 적절한 발현을 조절한다.
 
Edith Heard의 발표에서는 시스템 생물학적인 접근, 즉 분자생물학, 후성유전체 등의 접근 방법을 통해 XCI의 하위 분자 메커니즘에 대한 현재까지의 연구에 대한 내용을 보여주었다.
3. 5월 11일 주요 내용
3.1. [Session 1] Regulation of Long Noncoding RNA in Nuclear Condensates
1) Osaka University의 Tetsuro Hirose 교수가 ‘The Elements and Machinery of Architectural Long Noncoding RNAs’라는 주제로 발표했다.
- Architectural Noncoding RNAs (arcRNAs)는 intrinsically disordered regions을 포함하는 RNA binding proteins (IDR-RBPs)과 상호작용을 통해 최대 500 nm 크기의 nuclear bodies를 형성 할 수 있다.
- Thermal stress 조건에서 HSATIII arcRNAs는 특정 RBPs를 recruit하고 nuclear stress bodies (nSBs)를 형성한다.
- 그 중에는 SAFB, SRSF1, SRSF9과 같이 alternative splicing을 조절하는 단백질도 포함되어 있어 HSATIII – RBPs complex에 의해 splicing의 조절이 있음을 예상했다.
- nSBs는 stress 이후 이를 회복하는 과정에서 CLK1에 의한 SRSF9 인산화를 통해 intron retention을 촉진한다.
- HSATIII의 m6A methylation과 YTHDC1의 결합을 통해 intron retention을 촉진시키는 경로도 있다.
 
2) University of Illinois의 Prasanth V. Kannanganattu 교수가 ‘Repeat-Containing Noncoding RNAs in the Nucleolus’라는 주제로 발표했다.
- Nucleolus는 ribosomal RNAs (rRNAs)가 전사되고 ribosomal 단백질과 조립되는 장소이다.
- SNUL1과 같은 novel non coding RNAs들이 nucleolus에 위치 하고 있다.
- 특히, SNUL1은 rRNA의 유전자의 전사 및 초기 rRNA processing이 일어나는 Fibrillar Centre (FC), Dense Fibrillar Component (DFC)에 많이 보이고 같은 전사 메커니즘(RNA Pol I), complex를 공유한다.
- SNUL1 유전자에서 전사되는 transcript는 기존의 pre-rRNA와 homology가 있고 ribosome biogenesis factor들과 상호작용하는 것을 관찰했다.
- SNUL 유전자는 nascent pre-rRNA sorting 메커니즘에 관련이 있다.
 
3) Shanghai Institutes for Biological Sciences의 Ling-Ling chen 교수가 ‘lncRNA SLERT Maintains Nucleolar Liquidity to Facilitate Pol I Transcription’라는 주제로 발표했다.
- ‘SLERT’이라는 lncRNA는 Pol I transcription, ribosome 합성, 세포 증식을 촉진한다.
- SLERT은 DDX21-rings의 구조적 변화를 일으키면서 Pol I의 transcription을 증가 시킨다.
- Pol I transcription은 FC, DFC의 경계에서 일어나지만, DDX21-rings 내의 적절한 공간과 유동성(liquidity)이 필요하다.
- 하지만, SLERT이 Knock out 되었을 때, DDX21의 mobility가 감소하고 Pol I transcription이 저해된다.
- SLERT은 DDX21과 결합하여 DDX21의 hyper-multimerization을 방해하지만, SLERT KO되면 DDX21의 빽빽한 구조로 인해 FC의 크기가 감소하게 된다.
- SLERT은 RNA chaperone처럼 DDX21의 multimerization을 조절하는 기능을 가진다.
 
4) Whitehead Institute for Biomedical Research의 Jonathan E. Henniger 박사가 ‘Control of Transcriptional Condensates and Gene Expression by Local Long Noncoding RNAs’라는 주제로 발표했다.
- 유전자가 발현될 때, transcriptional condensates (chromatin과 전사인자, mediator, RNA pol II 등이 enriched되어 상호작용하는 complex)가 형성된다.
- Small RNAs, expression level이 낮은 RNA가 전사 될 때는 transcriptional condensate가 잘 형성되지만, long RNAs, expression level이 높은 RNA가 전사 될 때는 condensate가 만들어 지지 않는다.
- 유전자 발현 중 전사된 transcript (negative charge)와 단백질(positive charge)의 전기적 균형에 의해 condensate가 유지되지만, RNA level이 높아지면, 이러한 균형이 깨지면서 근처의 유전자 발현에 영향을 미친다.
- 전사 중 생성되는 RNA에 의해 transcriptional condensates의 유지에 영향이 미치고 이는 유전자 발현 피드백 메커니즘으로 작용한다.
- 단백질 암호화 유전자 근처에 존재하는 lncRNAs 또한 비슷한 현상을 보여주고 있다.
 
5) California Institute of Technology의 Sofia Quinodoz 박사가 ‘RNA Promotes the Formation of Spatial Compartments in the Nucleus’라는 주제로 발표했다.
- RNA는 핵의 구조(XCI, Nucleolus 등)를 이루는데 중요한 역할을 하고 있지만, 아직 3D 공간에서 핵과 RNA 간의 구조를 알지 못한다.
- Split-pool recognition of interactions by tag extension (SPRITE)는 RNA-DNA 상호작용을 파악 할 수 있는 분석 방법이다.
- SPRITE 2.0에서는 이 분석 방법을 통해 잘 알려진 RNA-DNA 상호작용인 Xist, U1, Malat1과 DNA의 상호작용을 확인했다.
- 같은 방법으로 잘 알려진 RNA-RNA 상호작용인 splicing, translation 내의 RNA 간 상호작용을 확인했을 때도 선행연구와 일관적인 연구를 보였다.
- 이는 SPRITE 분석 방법이 Global RNA-DNA map을 확인하는 방법으로 적합하다.
- Nucleolar 내에서 상호작용하는 RNA들에서 rRNA biogenesis에 관련이 있는 ncRNAs를 확인하였고 이들은 주로 45S rRNA, snoRNAs, RMRP 임을 확인했다.
- 또한, ncRNA인 Kcnq1ot1은 SHARP 단백질을 끌어들여 TAD 내의 근처 유전자를 억제한다.
- 핵 내의 특정 공간에 ncRNAs의 증가로 결합하는 proteins을 끌어들이고 점점 RNA-DNA complex의 축적을 통해 구획 및 구조를 형성한다.
 
3.2. [Session 2] Noncoding RNA in Therapeutics
1) Cold Spring Harbor Laboratory의 David L. Spector 교수가 ‘Targeting Long Non-Coding RNAs to Impact Breast Cancer Progression’라는 주제로 발표했다.
- 2016년에 유방암 모델에서 RNA-seq을 통해 밀접하게 관련이 있는 lncRNAs를 찾았다.
- 그중 MaTAR25 lncRNA의 knockout 실험을 통해 mammary tumor cell에서 증식(proliferation), 이동(migration), 침윤(invasion) 모두 감소하는 것을 확인하였다.
- MaTAR25는 focal adhesions에 존재하며 세포 증식과 이동에 관여하는 tesin1의 발현을 조절한다.
- LINC01271은 MaTAR25의 인간 ortholog로 유방암 환자 중 예후가 좋지 않은 사례에서 이 유전자의 발현이 높았다.
- 현재 LINC01271은 유방암 치료제 target gene로 antisense-based의 접근 방법으로 여러 가지 평가를 진행 중에 있다.
 
2) University of Otago의 Sarah D. Diermeler 박사가 ‘Mammary Tumor Associated RNAs as Drivers of Tumor Cell Growth and Metastasis’라는 주제로 발표했다.
- 기존의 RNA-seq 분석을 통해 30개의 MaTARs (Mammary Tumor Associated RNAs)를 확인하였다.
- 이들 중 MaTAR17을 ASO 매개 knockdown 실험을 진행 했을 때 세포 증식과 침윤이 감소하는 것을 확인하였다.
- Mouse tumor model에서도 MaTAR17 ASO의 실험을 통해 30~40%의 종양 크기 감소를 확인하였다.
- 사람에서 이에 상응하는 유전자인 hMATAR17은 cytoplasmic lncRNA 이고, RAP-MS를 통해 hMATAR17과 결합하는 단백질을 확인했을 때 TPI1, PGK1, TKT, HSPD1이 확인이 되었다. 이들은 주로 glucose metabolism에 관련이 있음을 확인했다.
- 또한, TCGA 데이터를 통해 hMATAR17이 인간의 5가지 cancer types (BRCA, HNSC, LUAD, COAD, LUSC)에서 높게 발현하는 것을 확인하였고, 실험을 통해 colorectal cancer 세포 성장에 유의미하게 관련이 있음을 확인하였다.
- 또한, hMATAR17은 세포 밖 소포체(extracellular vesicles)에도 존재하며 circular RNA를 형성 할 수 있음으로 보아 암 진단 마커로 사용할 수 있다.
 
3) University of Colorado Anschutz Medical Campus의 Allison Marly Porman Swain 박사가 ‘A Single N6-methyladenosine Site in lncRNA HOTAIR Regulates Its Function in Breast Cancer Cells’라는 주제로 발표했다.
- lncRNA HOTAIR는 chromatin reprogramming을 통해 암 전이를 촉진하기도 하고, HOTAIR target mRNA의 전사를 억제한다고도 알려져 있다.
- 이와 비슷하게, Xist 또한 target 유전자의 발현을 억제하는데 이때 m6A RNA methylation이 관련이 있다고 알려져 있다.
- 이를 토대로 HOTAIR에서도 m6A site가 기능을 하는데 중요하지 않을까 싶어 site를 찾아보았을 때, 여러 유방암 cell line에서 일관되게 m6A-783을 확인하였다.
- 해당 site의 adenine을 uracil로 치환(A783U) 하였을 때 HOTAIR 자체의 발현은 변화가 없었지만, 세포 증식과 침윤이 유의미하게 감소하는 것을 확인하였다.
- A783U mutation에 의해 HOTAIR와 chromatin 간의 association이 감소하였고, YTHDC1과의 결합도 감소하였다. 이를 통해 HOTAIR-mediated gene repression에는 YTHDC1이 밀접하게 관련이 있음을 확인하였다.
- dCasRX system을 통해 A783U mutation에 YTHDC1의 domain을 tethering 하였을 때 chromatin association이 다시 원래대로 회복됨을 확인하였다.
 
4) University of Texas MD Anderson Cancer Center의 Dhiraj Kumar 박사가 ‘LncRNA Malat1 Promotes Immune Evasion and Metastatic Reactivation of Breast Cancer’라는 주제로 발표했다.
- Malat1은 암의 전이를 재활성화하는 매개체로 알려져 있고 특히 전이 단계의 암 조직에서 발현이 높다.
- CRISPR-Cas9 system을 통해 Malat1을 Knockout 시켰을 때 암의 전이가 유의미하게 감소하는 것을 확인하였다.
- Malat1가 KO되면 neutrophils과 T cell을 cancer 환경에 끌어들이는 것을 확인하였고, Malat1 KO mouse model에서 다시 CD8 T cells을 감소시켰을 때, 암 전이가 재활성화되는 것을 확인함으로써, Malat1은 면역세포들의 microenvironment 조절에 밀접하게 관련이 있음을 시사 하였다.
- Malat1은 전이와 관련이 있는 유전자 Serpin6b, Serpina3g, Wnt3, Wnt6, Wnt9b와 chromatin 수준에서 association되어 이들의 발현을 조절하는 결과를 확인하였다.
- 위 유전자들 중 Serpin6b와 Wnt3의 발현 조절 실험을 통해, T cell의 사멸과 관련이 있음을 확인하였고, 이를 통해 Malat1의 암 전이의 재활성화 분자 메커니즘 모델을 제시하였다.
 
5) Brigham and Women’s Hospital/Harvard Medical School의 Mark W. Feinberg 박사가 ‘LncRNA-Mediated Regulation of Vascular Senescence and Atherosclerosis’라는 주제로 발표했다.
- SNHG12는 DNA damage에 반응하는 lncRNA이다.
- SNHG12는 Ku70/Ku80과 함께 DNA-PK의 상호작용을 안정화시키는 역할을 한다.
- SNHG12의 결함은 DNA damage, NHEJ, 세포 노화를 촉진하고 EC의 LDL 투과율을 높인다.
- SNHG12의 발현 감소는 지방의 프로파일 및 염증반응과 상관없이 DNA damage와 혈관의 노화를 통해 동맥경화를 증가시킨다.
- Nicotinamide riboside (NR)은 DNA damage, 혈관노화를 감소시킴으로써, SNHG12 결함에 의한 동맥경화증을 치료할 수 있다.
 
4. 5월 12일 주요 내용
4.1. [Session 3] Mechanisms of Long Noncoding RNA Function
 
1) Tsinghua University의 Xiaohua Shen 교수가 ‘A Glimpse of ncRNA-mediated Transcription and Chromatin Regulation’라는 주제로 발표했다.
- L1, B1/Alu 반복 서열은 핵 내에서 유전체를 3D로 구획하는데 중요하다. 이러한 공통의 구조상에서 역동적인 유전자 조절이 일어나게 된다.
- 짧은 순간에 수많은 mRNA를 전사하는 transcription factory에서는 Pol II의 결합의 안정화에 따라 전사의 효율이 결정되기 때문에 전사인자만을 가지고 유전자 발현을 설명하기에는 부족하다.
- 새로운 가설인 RNA가 전사의 phase separation을 조절한다는 모델이 제시되었으나, 분자 메커니즘 수준에서의 연구는 부족하다.
- 많은 lncRNAs는 근처의 전사 또는 epigenetic state를 조절한다. 예를 들어, U1 snRNP는 ncRNAs를 근처의 Pol II로 이동시킨다. 이와 비슷하게 수많은 RBPs들이 Pol II에 co-localization 되어 있다.
- RBPs중 PSPC1은 Pol II의 CTD 인산화에 따라 급속도로 분해되는데 이를 통해 Pol II의 결합과 전사가 감소된다. In vitro transcription 실험에서 PSPC1은 Pol II의 전사를 촉진한다.
- 전사 장소의 RBPs의 recruitment가 rate-limiting step인 polymerase condensate 형성에 기여한다는 결과를 통해 RBPs의 전사 조절인자로서의 기능의 범주가 확장되어야 한다.
 
2) Nankai University and Chinese Academy of Medical Science의 Xuetao Cao 교수가 ‘ncRNAs in Innate Immunity and Autoinflammation’라는 주제로 발표했다.
- 면역반응에서 nucleic acids binding proteins을 통해 Self 또는 non-self의 RNA, DNA를 인식하고 이에 따라 면역 연쇄반응이 시작될지 결정된다.
- Tet2는 감염 초기에는 Socs3을 억제하고 IL-3 signaling을 촉진하여 myelopoiesis를 증가 시켜 면역세포를 증가시키지만, 감염 후기에는 IL-6의 발현을 억제하여 면역반응의 항상성을 유지시키는 기능을 가지고 있다.
- 이와 같이, 수많은 microRNAs, lncRNAs가 면역 및 염증반응을 조절한다고 알려져 있다.
- 2D SDS-PAGE와 MS assays를 통해 바이러스 DNA와 결합하는 23개의 candidates를 찾았고, 이들을 siRNA로 억제하였을 때, IFN-β level의 변화를 확인하여 핵 내에서 바이러스의 DNA를 감지하는 sensor를 발굴하였다.
- 그 중 hnRNPA2B1이 HSV-1 DNA와 특이적으로 결합하는 것과 hnRNPA2B1 KO mice에서 바이러스를 대항하는 면역 반응이 감소됨을 확인하였다.
- hnRNPA2B1은 DNA virus 특이적이며 cGAS, IFI16, STING과 함께 IFN-I 발현에 중요하다.
- 그렇다면, hnRNPA2B1은 어떻게 self-DNA를 인식을 통한 비정상적인 자가면역반응을 피할 수 있을까?.
- hnRNPA2B1은 cell 내에서 대부분이 28S rRNA와 결합하며 IFN-I의 발현을 억제하고 있다. 즉, 28S rRNA가 hnRNPA2B1의 self gDNA를 감지하는 것을 막고 있다.
- SLE 환자에서 정상인에 비해 유의미하게 28s rRNA의 감소와 hnRNPA2B1의 증가가 관찰이 되었다.
 
3) Weizmann Institute of Science의 Igor Ulitsky 교수가 ‘Structural features within the NORAD long noncoding RNA underlie efficient repression of Pumilio activity’라는 주제로 발표했다.
- NORAD는 DNA damage에 의해 활성화되는 noncoding RNA로 길이는 5.3 kb이고, highly conserved 하고, 세포당 수백~수천 개의 copies가 있으며, cytoplasmic에 주로 존재한다.
- NORAD에는 12개의 unit이 존재하고 보존적인 반복 서열이 존재하며, 이는 RNA 2차 구조의 보존적인 구조를 나타낸다.
- 또한, 약 20개의 Pumilio 단백질 결합 site인 Pumilio Response Element (PRE)가 존재하는데 이는 target mRNAs의 안정성과 translation을 감소시킨다.
- NORAD의 Pumilio binding에 대한 여러 가지 질문이 있다.
- 왜 NORAD의 Pumilio의 버퍼 역할이 필요한지?.
- 무엇이 효과적으로 Pumilio를 끌어들이는지?.
- 어떻게 NORAD는 Pumilio와 안정적인 결합을 하는지?.
- 이러한 질문을 해결하기 위해 10개의 PRE와 mutation PRE를 가지는 luciferase transcript를 통해 NORAD에 의해 Pumilio를 경쟁적으로 가져가면 luciferase가 합성되는 system을 만들었다.
- NORAD의 최소 한 쌍의 반복 서열이 있어야만, Pumilio를 효과적으로 끌어들일 수 있다.
- NORAD PRE는 Pumilio binding에 있어 효율적이지만 이는 NORAD의 안정성을 저해하지 않는데, 그 이유는 PRE의 G/C rich 서열을 FAM120A가 보호하고 있기 때문이다.
 
4) University of Navarra의 Juan Pablo Unfried 박사가 ‘LncRNA NIHCOLE Promotes DNA Damage Repair of Hepatocellular Carcinoma Cells’라는 주제로 발표했다.
- NIHCOLE은 HCC에서 높게 발현하고 환자의 나쁜 예후와 상관관계가 있다.
- HCC의 세포 증식에 NIHCOLE이 필요하다.
- NIHCOLE은 DNA 수리 메커니즘의 NHEJ 경로의 여러 단백질들과 결합한다. 또한, NIHCOLE의 감소는 방사선 조사 이후의 세포의 DNA damage를 축적시킨다.
- NIHCOLE의 RNA 2차 구조의 structural motif (SMs)는 Ku와 결합하여 condensate-like cluster를 형성한다.
- 이를 통해 NIHCOLE이 2차 구조를 통해 NHEJ에 관여하는 단백질인 DNA-PKcs, Ku70/80, APLF, XRCC4/LIG4과 complex를 만들고 DNA repair에 기여하는 모델을 제시하였다.
 
5) University College Dublin의 Rory Johnson 교수가 ‘Systematic Discovery and Characterization of Cis-Regulatory Long Noncoding RNAs’라는 주제로 발표했다.
- LncRNA 유전자들 중 근처의 target gene의 발현에 영향을 미치는 cis-regulatory lncRNAs를 찾기 위한 연구를 수행하였다.
- 특정 LncRNA를 loss of function mutation 시키고 근처(TAD)의 유전자 발현의 증가 및 감소를 확인하는 방법으로 RNA-seq, CAGE, microarray 데이터를 input으로 넣으면, cis 및 trans target genes을 출력한다.
- “TransCistor”라는 web server를 제공하고 있다.
 
6) Stanford University Scholl of Medicine의 Chun-Kan Chen 박사가 ‘Structured Elements Drive Circular RNA Translation and Expand the Human Proteome’라는 주제로 발표했다.
- Circular RNAs (circRNAs)는 splicing 과정에서 back-splicing이라는 메커니즘에 의해 생성되며, 이는 miRNA sponge, RBPs sponge, 면역원성의 기능을 한다고 알려져 있다. 그러나, 최근에 이러한 circRNAs에서 translation에 의해 단백질이 합성이 될 수 있다라는 연구들이 보고되었다.
- circRNA가 translation이 되기 위해서는 IRES가 필요한데 어떠한 서열이 circRNA의 translation을 가능하게 하는지 확인하기 위해 high-throughput circRNA IRES 스크리닝 방법을 활용하였다.
- 이를 통해, 55,000 oligo 서열을 GFP를 포함하는 circRNAs에 삽입하고 이들 중 GFP의 발현이 확인되는 17,201 oligos 중 4,582 circRNA 특이적인 IRESs의 특징을 확인한 결과, 18s rRNA의 complement 서열을 포함하고, 40~60nt의 stem-loop 구조를 형성한다.
- 이를 통해 IRES와 ORF를 가지는 958개의 circORFs를 예측하였고, MS/MS 데이터 내에서 기존의 linear 단백질로 부터 생성된 peptide와 겹치는 것들을 제거한 결과, 118개의 circORFs를 확인하였다.
- 이들 중 FGFR1 유전자로부터 생성되는 circFGFR1p은 FGFR1과 경쟁적으로 FGF와 결합하여 FGFR1의 하위 signaling을 막는 역할을 하고, stress 조건에서 세포 증식을 억제한다.
- circFGFR1p는 FGFR1의 억제제로 암 치료제 후보로 활용할 수 있음을 시사한다.
 
4.2. [Session 4] Enhancer RNAs, Circular RNAs and Small RNAs
 
1) University of Pennsylvania의 Jeremy E. Wilusz 교수가 ‘Harnessing Endonuclease to Control Gene Outputs’라는 주제로 발표했다.
- Integrator (Int)는 14 subunit complex로 snRNAs의 3’ 말단을 processing 하여 RNA Pol II의 termination을 일으킨다고 알려져 있다.
- Int는 단백질 암호화 유전자의 전사 중 nascent transcript의 3’말단을 절단하여 발현을 낮춘다고도 알려져 있다.
- Int는 초파리의 수백 개의 단백질 암호 유전자의 발현을 억제한다는 것을 확인하였다. 이는 단백질 암호화 유전자에서는 Int가 유전자 특이적으로 조절이 되고 있음을 시사한다.
- PP2A와 상호작용을 통해 Int는 RNA Pol II의 CTD를 탈인산화 시킨다.
- PP2A 모듈은 Int의 기능에 중요하지만 모든 유전자에서 같은 현상을 보이지는 않는다.
- 이를 통해 Int는 탈인산화 기능과 RNA endonuclease 활성을 가지고 있음을 시사한다.
 
2) Van Andel Institute의 Heidi Lempradl 교수가 ‘Intergenerational Metabolic Priming by Sperm piRNAs’라는 주제로 발표했다.
- piRNAs에 의한 세대 간 후성유전학 memory가 전달될 수 있음이 알려져 있다.
- 수컷 초파리의 sperm에서 PIWI 단백질이 있음을 확인하였고, 이들은 특이적인 small RNA와 결합하고 있음을 확인하였다.
- Piwi에 의해 sperm의 small RNAs는 다음 세대의 전사를 조절한다.
- 초파리의 obesity 모델을 통해 piRNA pathway는 아버지의 대사 상태를 자손 세대에 전달할 수 있음을 시사하였다.
 
3) Whitehead Institute / MIT의 Sean E. McGeary 박사가 ‘Pairing to the MicroRNA 3’ Region Occurs through Two Alternative Binding Modes, with Affinity Shaped by Nucleotide Identity as well as Pairing Position’라는 주제로 발표했다.
- RNA bind-n-seq (RBNS)와 프로그램 라이브러리를 통해 miRNAs의 3’ 말단 affinity를 측정하는데 높은 정확성을 보일 수 있다.
- 두 가지의 별개의 binding modes가 확인이 되었는데 position 11과 larger offset (+4 nt)이다.
- 시드 서열의 mismatch는 3’ end binding affinity 예측에 큰 영향을 미친다.
 
4) Stanford University의 Lamia Wahba 박사가 ‘An Essential Role for the piRNA Pathway in Regulating the Ribosomal RNA Pool in C. elegans’ 라는 주제로 발표했다.
- Small RNA pathway는 수많은 생물에서 관찰되고 수많은 기능을 수행한다.
- 이들 중 piRNAs는 small RNA family 중에서 가장 크고 다양한 그룹이며, 대부분의 동물 생식세포에 많다. 이들의 기능은 transposon의 위협으로부터 germ cell을 보호하는 것으로 알려져 있다.
- Transposon과 결합하지 않는 나머지 piRNAs는 RNA 제거, translation 활성화 및 억제, 기능이 없거나 알려져 있지 않다.
- Non-transposon piRNAs를 연구하기 위한 모델로 C. elegans는 다음과 같은 이유로 적합하다. 1) 16,000개 이상의 전사되는 piRNA loci를 가지지만, 그중 99.98%는 transposon과 결합하지 않거나 target을 모른다. 2) 하나의 piwi 단백질을 가지고 있다(PRG-1). 3) piRNA에 문제가 생기면 생존하지 못한다.
- piRNA 시스템은 세대 간의 RNA silencing의 세대 간의 지속성을 조절하고 siRNA의 증가를 막는다.
- piRNA는 외부의 유전 인자를 막는 기능을 가질 가능성이 있다.
- piRNA는 기능은 생식에 있어 생존을 보장하기 위한 필수적이다.
 
5. 5월 13일 주요 내용
5.1. [Session 5] RNA Structure and Function
 
1) Yale University의 Anna Marie Pyle 교수가 ‘Structure Insights into Noncoding RNA Function’라는 주제로 발표했다.
- lincRNA는 특이적인 구조를 가지며, 이들의 기능은 세포의 정상적인 생리뿐만 아니라 다양한 질병과도 밀접하게 연관되어 있다.
- High-throughput Tb3+ RNA-seq은 lincRNAs와 RNA 바이러스의 유전체 4차 구조를 빠르게 해독할 수 있는 방법이다.
- 이를 통해, Pnky (신경세포의 분화에 기여하는 lincRNA) 2차 구조를 확인하였고 mutation 및 기능 연구를 수행하였다.
- 또한, RAP-MS를 통해 RNA 2차 구조와 결합하는 단백질 파트너를 찾았고 이들의 결합 구조를 cryo-EM을 통해 고해상도의 구조를 앞으로 밝혀내야 한다.
 
2) Duke University의 Amanda E. Hargrove 교수가 ‘Targeting Long Noncoding RNA with Small Molecules’라는 주제로 발표했다.
- 약으로 개발되어지는 small molecule 대부분의 target은 단백질이다.
- RNA를 선택적으로 targeting 하는 것에는 여러 가지 어려움이 있는데, RNA 구조는 역동적이고, 화학적 기능의 제한(RNA는 4 bases인데 반해 단백질은 20개의 아미노산으로 이루어져 있다; Charged backbone), 세포 내의 RNA는 대부분이 rRNA이다. 그럼에도 불구하고, rRNA를 target 하지 않는 RNA target molecule들이 개발되고 있다.
- HIV-1 TAR RNA를 targeting 하는 Amiloride 기반의 30개의 small molecule을 합성하고 2D NMR을 통해 이들의 구조 변화를 확인하였고 HIV TAR와 결합하는 물질들을 찾았다.
- 또한, MALAT1의 구조(triple helix)를 인식할 수 있는 DPF로부터 만들어진 small molecules을 합성하였고, 찾아낸 특이적으로 결합하는 물질들을 MALAT1과 결합하여 안정화 시키거나 불안정화 시킬 수 있다.
- 이를 통해 lncRNAs target 하는 small molecules을 전립선암 치료제로 개발하고자 연구 중에 있다.
 
3) Yale University의 Matthew D. Simon 교수가 ‘Chemical Probing of RNA Structure in Cells’라는 주제로 발표했다.
- Promoter proximal pausing은 유전자 발현에서 전사가 시작되고 elongation 과정에 진입하기 전에 잠깐 일시 정지되는 현상이다. 이때 더 이상 elongation되지 않고 Pol II가 떨어질 수도 있고 전사가 진행될 수도 있다.
- 그렇다면 termination & Pol II releasing과 elongation 간의 상대적 또는 절대적인 비율은 어떨까?.
- 이를 위해 새롭게 합성되는 transcript를 이전에 합성된 transcript와 구분하기 위해 label된 uracil (S4U)를 활용하여 sequencing을 한다. 또한, caping된 transcript 중 짧은 것만 골라내어 Promoter proximal pausing transcripts 찾아내는 방법인 STL-seq을 활용한다.
- 이를 통해, 시간에 흐름에 따라 합성되는 S4U short cap RNA (scRNA)를 확인했을 때, scRNAs의 half-life는 수분에서 수십 분으로 다양했고 TSS에 따라서도 차이가 있었다.
- 또한, 대부분의 TSSs에서 termination이 releasing보다 훨씬 빠르다는 것을 확인했다.
- Stress condition에서 pausing 메커니즘이 전반적인 전사를 낮추는 데에 기여하고 있음을 확인했다.
 
4) EMBL의 Marco Marcia 교수가 ‘Structure-Functional Relationships in Long Non-Coding RNAs’라는 주제로 발표했다.
- lncRNA의 기능을 3차원 구조를 시각화 할 수 있는가에 대한 질문으로 lncRNA MEG3을 선택하였다.
- MEG3는 암 억제, 유전체 각인(imprinting), 발생과 관련이 있는 lncRNA이고 핵에서 주로 관찰되며 신경세포와 내분비 조직에서 높게 발현한다.
- MEG3는 p53과 특이적으로 결합하고 p53 target 유전자들 중 선택적으로 작용하며 세포분열을 arrest 시키지만 apoptosis를 일으키지는 않는 특징이 있다.
- 포유류에서 보존되어 있고, exon의 조합에 따라 p53 활성화 정도가 다르다.
- MEG3의 구조는 크게 5개의 도메인으로 이루어져 있으나, 그 중 D2, D3 도메인(exon 3)이 p53 활성에 중요한 것으로 확인이 되었다.
- D2 내의 H11인 stem-loop 구조가 매우 중요한 것으로 확인되고 D3의 H27 kissing loop을 이루는 것으로 확인이 되었고 이는 MEG3 3차원 구조를 형성한다.
- Kissing loops에 mutation이 생기면 기능적으로 구조적으로 문제가 생긴다.
 
5) University of Virginia의 Roza Kamila Przanowska 박사가 ‘Linking MUNC lncRNA Structure with Its Function in Myogenesis’라는 주제로 발표했다.
- Myogenesis는 골격근이 분화되는 현상으로 Myod1, Myog, Myh3 등의 유전자가 관여하고 있다.
- lncRNA MUNC는 Myod1의 5kb upstream에 위치하고 2가지의 isoforms을 가지며 myoblast의 분화 중에 발현된다.
- 그렇다면 MUNC spliced form과 genomic form은 기능이 다른지 확인하기 위해 각각을 inducing한 myoblast를 RNA-seq 하여 확인한 결과, 두 isoform 모두 근육 분화에 관련이 있었지만 유전자들의 발현 패턴은 조금 달랐다.
- MUNC spliced form이 좀 더 myogenesis에 관련된 유전자를 더 inducing 시켰다.
- 또한, 두 isoforms 간의 구조를 SHAPE-MaP을 통해 확인해본 결과, spliced form이 더 stable 하고 반면 genomic form은 dynamic하고 unfolded 상태로 예측되었다.
 
5.2. [Session 6] RNA Technologies
 
1) Weill Medical College of Cornell University의 Samie Jaffrey 교수가 ‘Highly Efficient Expression of Circular RNAs in Cells using Autocatalytic Transcripts’라는 주제로 발표했다.
- RNA를 높게 발현시키는 것은 어려움이 있다. 대부분의 RNA들은 낮은 발현 수준을 가지고 exonuclease에 민감해서 half-life가 45~90분 정도밖에 되지 않는다.
- 그렇다면, linear RNA를 circular form으로 만들어 낸다면, half-life가 길어질 것이다.
- 자연적인 circular form을 만들어내는 기작 중에는 tRNA processing이 있다. 이를 통해 tyrosine tRNA intronic circular (tricY) RNA expression 시스템을 개발하였으나, pre-tRNA를 자르는 tRNA endonuclease가 매우 느렸다.
- 이를 해결하기 위해 스스로 자를 수 있는 ribozyme과 RNA ligation을 통해 Tornado expression 시스템을 개발하였고, 매우 안정적이고 높은 수준의 발현을 보여 주었다.
- circRNAs가 잘 형성되었는지 확인하기 위해 RNaseH를 통해 잘랐을 때 한 조각이 유지되는지를 확인하였다(linear는 두 조각으로 잘린다).
- 이러한 circRNAs를 통해 mammalian cell에서 SAM, IL1B 등의 단백질과 결합하게 만들어 단백질의 양을 감지할 수 있으며, iron-response element를 삽입하여 철의 수준을 감소 시켜 ferroptosis를 막을 수 있다.
- Tornado 발현 시스템을 통해 ncRNA를 높게 발현할 수 있고 RNA를 targeting 하도록 할 수 있다.
 
2) University of Texas at Austin의 Lydia M. Contreras 교수가 ‘Expanding Roles and Targeting of ncRNAs via Novel in vivo Characterization Approaches’라는 주제로 발표했다.
- ncRNA의 근본적인 연구와 목표는 이들을 target 하여 유전자 발현을 조절하는 데에 있다.
- 많은 연구들은 주로 RNAs의 특정 부분을 targeting 하는 데에 의존하고 있기 때문에 높은 해상도의 구조를 얻어내는 것과 high-throughput screening 시스템이 필요한 상황이다.
- RNA와 target 간의 상호작용인 Interactome과 RNA 자체의 구조인 Structome을 융합하여 RNA의 interaction, availability or accessibility 아우르는 Accessosome을 만들고자 한다.
- 이를 통해 단백질과 상호작용, 활성화 site 등을 찾아내고 RNA 구조와 이들 간의 기능적인 역할을 알아내고자 한다.
 
3) University of California의 Qi Chen 박사가 ‘PANDORA-seq Expands the Repertoire of Regulatory Small RNAs by Overcoming RNA Modifications’라는 주제로 발표했다.
- 30~35 nt의 sperm RNAs에는 tRNA 조각들(tRNA-derived small RNAs; tRNAs)과 rRNA 조각(rRNA-derived small RNAs; rsRNAs)들이 풍부하게 존재한다.
- 일반적인 small RNA-seq에서는 양 말단에 존재하는 5’-OH, 3’-P/cP terminal에 의해 adaptor를 양쪽에 결합시킬 수가 없기 때문에 tsRNAs와 rsRNAs를 sequencing 할 수 없다.
- 이를 극복하기 위해, T4PNK, AlkB를 처리하여, 양쪽 모두에 adaptor를 결합시켜서 small RNAs 대부분을 sequencing 하는 방법인 PANDORA-seq을 개발하였다.
- 이를 통해, tsRNA/rsRNA가 조직 특이적으로 발현되는 것을 확인하였고, 이들은 iPSC reprogramming에 양의 변화가 유의미하게 나타났다.
- 앞으로 tsRNA와 rsRNA의 기능이 더 있음을 밝히고자 한다.
 
6. 5월 14일 주요 내용
6.1. [Session 7] Noncoding RNA in Development and Disease
 
1) University of Texas Southwestern Medical Center의 Joshua T. Mendell 교수가 ‘Regulation of RNA binding proteins by noncoding RNAs’라는 주제로 발표했다.
- lncRNA는 세포 내에서 다른 유전자의 전사를 조절하거나, 핵 내의 DNA, histone 단백질들의 epigenetic marks를 변형하거나, 단백질과 RNA 분자와의 상호작용을 통해 조절하는 기능을 가지고 있음이 알려져 있다.
- 그중 NORAD는 자신에게 PUMILIO 단백질을 끌어들여 PUMILIO가 다른 mitotic RNA들을 억제하지 못하도록 한다.
- NORAD는 18개의 종류가 있으며 약 세포당 400 copies 씩 존재하며, 이는 PUMILIO binding site인 PRE를 7,200개 포함하고 있다. 반면, PUMILIO의 target mRNAs의 모든 PRE를 세어보면 약 13~33만 개 정도를 가지고 있다. 이는 95% 이상의 PRE를 가지는 target mRNA 보다 5% 미만의 PRE를 가지는 NORAD가 PUMILIO를 잘 끌어들이는 현상에 대해 설명하기가 어렵다.
- PUMILIO는 liquid-like droplets을 형성하는데, 이 때 NORAD의 유무에 따라 concentrations이 결정 된다. 즉, NORAD와 PUMILIO가 함께 droplets을 형성하면서 PUMILO의 밀도가 높아지고 NORAD와 PUMILIO의 binding이 다른 target mRNA보다 높아지게 되는 것이다.
- 그렇다면 이들의 기능은 무엇일까?. 이 연구진들은 NORAD-PUMILIO의 높은 상호작용이 유전체 안정성에 영향을 미칠 것이라고 가정했고, NORAD를 knock down 시켰을 때, chromosome 분리의 문제가 생김을 확인했다.
- NORAD뿐만 아니라, Xist, NEAT1 같은 lncRNAs 또한, phase separation에 관여하고 있음을 보여주었고, 이러한 현상을 통해 lncRNA가 phase separation에도 중요한 기능을 하고 있음을 제시하였다.
 
2) University of California, Berkeley의 Lin He 교수가 ‘Retrotransposons mediate gene regulation in mammalian preimplantation development’라는 주제로 발표했다.
- Non-coding RNAs 중 miRNAs, retrotransposons들이 생물의 발생 과정과 암 발달에 기여하고 있다라는 연구들이 늘어나고 있다.
- 특히, 2-cell 단계에서 ‘MERVL’이라는 transposon의 발현이 증가하는데 이는 전체 transcriptome의 1~3%를 차지한다. 이는 ESCs의 cell fate potential과 관련이 있다.
- 포유류의 배아 세포 발생과정에서 retrotransposon의 발현은 단백질 암호화 유전자의 발현과 음의 상관관계를 보이고, 매우 역동적인 발현 패턴을 볼 수 있다. 또한, LTR retrotransposons 으로부터 유래된 프로모터를 통한 유전자 발현이 배아 발생단계에서 우세하게 관찰됨을 확인하였다. 이를 통해 기존의 단백질과는 다른 단백질을 생산할 수 있다.
- MT2B2는 Cdk2ap1 유전자의 8.2 kb upstream에 존재하며 alternative 프로모터로 기능을 한다. 기존의 Cdk2ap1은 Cdk2를 block 시켜 세포 증식을 막는 기능을 한다. 하지만, MT2B2로부터 만들어진 Cdk2ap1MT2B2는 이와 반대로 Cdk2의 activity를 증가시키는 기능을 한다.
- 특히, 배아 발생 과정에서 Cdk2ap1MT2B2가 없으면 세포 증식이 저해되고 생존율이 떨어진다.
- Cdk2ap1MT2B2는 포유류에서 진화적으로도 보존되어 있고 대부분의 포유류에서 배아 발생 단계 중 발현되고 있음을 관찰했다.
- 소나 돼지처럼 큰 포유류에서는 Cdk2ap1MT2B2 단백질이 높게 발현하지 않았지만, 작은 포유류인 mouse에서는 높았다. 배아 발생 과정의 시간과 Cdk2ap1MT2B2 발현을 비교하였을 때 높은 음의 상관 관계(Pearson’s correlation coefficient = -0.85)를 보이는 것을 확인했다.
- 이는 특정 retrotransposon 유래의 프로모터로부터 새로운 유전자가 발현될 수 있고, 중요한 기능을 수행하기도 하며 종 특이적인 조절을 받고 있음을 시사하였다.
 
3) Sun-Yat-Sen Memorial Hospital의 Erwei Song 교수가 ‘IRENA Determines the Pro-Tumor and Anti-Tumor Properties of Inflammatory Macrophages’라는 주제로 발표했다.
- Tumor-associated Macrophages (TAMs)은 다양한 암세포에 침윤되는 세포 중 가장 많은 염증 세포이다. 암의 진행 과정에 따라 M1 표현형에서 M2 표현형으로 분극화되는 현상이 알려져 있다.
- 화학치료(chemotherapy)의 전후에 따라서 치료 전에는 CD8+ T 세포와 macrophages의 위치가 음의 상관관계를 보이지만, 치료 이후에는 양의 상관관계를 보인다.
- 화학치료 이후에 macrophages에서 IFNα/β가 발현되고, 이를 통해 JAK/STAT pathway를 통해 CD8+ T cell을 끌어들이는 chemokine/cytokine이 발현된다. 이후 CD8+ T cells에 의해 cancer cells이 면역 과정을 통해 사라지게 되는 현상이 일어나게 된다.
- 하지만, ‘IRENA’라는 lncRNA의 발현이 macrophage 내에서 높으면 PKR을 인산화시키고 이에 따라 NF-κB가 IL-6, TNFα, IL-8, CXCL15의 유전자 발현을 촉진시키면서 암세포가 죽지 않고 유지된다.
- 즉. TAMs의 IRENA의 발현에 따라 암의 진행이 결정될 수 있고, IRENA를 암 치료 target으로 활용할 수 있음을 시사한다.
 
4) University of Colorado Boulder의 John L. Rinn 교수가 ‘Do lncRNAs need to be spliced?’라는 주제로 발표했다.
- Tug1은 수컷의 fertility에 중요한 기능을 하고 진화적으로도 보존되어 있는 lncRNA이다.
- Tug1은 2가지의 introns을 가지고 있는데 이들의 발현 위치를 확인해 봤을 때, 주로 nucleus에서 발현되고 있었다. 반면, Tug1 exons은 nucleus, cytoplasmic에 비슷한 비율로 발현하고 있었다.
- Tug1의 intron retention은 Tug1 RNA 자체의 stability를 높였고, splicing을 block 시키면 핵으로의 이동을 촉진했으나, 세포의 생존율이 감소되었다
- 이를 통해, Tug1의 splicing은 이들의 stability와 subcellular localization에 영향을 미친다는 사실과 RNA 치료제 target으로서의 잠재력을 제시하였다.
- TERT는 telomerase를 이루는 데에 중요한 역할을 수행하는데 주로 핵에서 관찰되지만, 발현량이 높지 않다. 또한, 특이적인 11번, 14번의 intron retention이 관찰되었는데 이들은 주로 핵에서 확인되었다.
- Intron retention된 TERT는 핵에서 stability가 높고, 모계로부터 유전된다. Intron retention된 TERT는 세포의 생존 및 분열에 중요하다.
- 두 lncRNA의 splicing을 block 하는데 사용된 물질은 TMOs로 Tug1과 TERT의 subcellular localization을 변화시킬 수 있음을 시사하였다.
 
5) University of Colorado Boulder의 Mukesh Lalwani 박사가 ‘Regulation of Cardiomyocyte Proliferation by LncRNA CARMN during Heart Regeneration in Zebrafish’라는 주제로 발표했다.
- CARMN은 줄기세포에서 심장 세포로 분화하는데 필요한 lncRNA이다.
- Zebrafish의 심장 재생 실험에서 CARMN을 통해 심장 세포의 증식을 유도할 수 있었다.
- 또한, CARMN은 진화적으로 보존되어 있으며, zebrafish, mouse, human 모두의 심장세포에서 발현하고 있는 것을 확인할 수 있었다.
- 심장이 재생되는 동안 시간의 흐름에 따라 CARMN의 발현이 높아지고, 이에 따라 심장 세포의 재생이 유도됨을 보여주었다.
- 현재는 CRISPR/Cas9 시스템을 통해 zebrafish의 CARMN의 TSS 부분에 mutation을 주어 CARMN 자체의 발현을 낮추지만 근처 유전자 miR-143, miR-145의 발현에는 변화가 없는 모델 시스템을 통해 더 정확한 기능을 알아보고자 한다.
 
6) University at Buffalo, State University of New York의 Murat Can Kalem 박사과정 학생이 ‘Arginine Methylation to LncRNAs: LncRNA Regulation in the Human Fungal Pathogen Cryptococcus neoformans ‘라는 주제로 발표했다.
- C. neoformans은 독특한 병원성 곰팡이로 캡슐과 세포벽을 가지고 있다. 이 종때문에 해마다 18만 명이 사망하는데, 그 중 15%는 AIDS에 관련이 되어 있다.
- 이들은 주로 조류나 나무들에 의해 인간에게 감염되는데 폐의 macrophages에 의해 식균 되지만 특유의 캡슐과 세포벽 때문에 죽지 않고 잠복하게 된다.
- Protein의 arginine을 methylation은 소수성을 증가시키며, Rmt5의 유전자에 의해 일어나지만, yeast에서 이 유전자를 mutation 시켰을 때 열에 대한 저항성이 낮아지는 것을 확인하였다.
- Wild type과 rmt5∆ strain의 RNA-seq을 진행하여, transcriptome을 확인해보니, 178개의 유전자가 유의미하게 변화되었고, 그중 non-coding RNA 유전자는 32.6% (58 / 178)를 차지하였다. C. neoformans 유전자의 13%가 ncRNA이지만, 훨씬 더 높은 비율의 ncRNA가 변화하였다.
- 이를 통해, lncRNA에 결합하는 RNA binding proteins의 arginine methylation 패턴이 변화하게 되고 lncRNA의 전반적인 변화를 가져왔을 것이라고 생각하였다.
- 그 중 Rrp6의 mutation이 생기면 전반적인 lncRNA의 발현이 변화하는 것을 확인했고, rmt5∆ strain과 공통적으로 변화하는 유전자 중 발현이 높고 변화가 큰 ‘Lnc12093’이라는 lncRNA에 집중하였다.
- Lnc12093은 small RNA로 리보솜과 연관이 있었고, 이를 knock out 시켰을 때 곰팡이의 캡슐 유지에 문제가 생김을 확인하였다.
- 이를 통해, Lnc12093을 C. neoformans 치료제 target으로 후속 연구를 수행할 계획이다.
 
6.2. [Session 8] Repetitive RNAs in Gene Regulation
 
1) University of Colorado Boulder의 Edward B. Chuong 교수가 ‘Retrotransposons as Regulators of Innate Immunity’라는 주제로 발표했다.
- Endogenous retroviruses (ERVs)는 인간 유전체의 8%를 차지하며 약 40만 개가 존재한다. 그중 10%는 full-length인데 반해 90%는 LTR 서열만을 가진다.
- MER41은 primate retrovirus로 약 5천만 년 전에 유래되었으며, 인간의 경우 9천 copies를 가지고 있다.
- 이들은 서열 사이에 STAT1 binding site를 가지고 있으며, 인터페론 (IFN)에 의해 이들의 발현이 촉진될 수 있다는 결과를 보였다. 특히, 인터페론에 반응하여, 근처 염증 반응 관여 유전자의 발현을 촉진 시킨다.
- 그중 inflammasome component인 AIM2 유전자 근처에 존재하는 MER41.AIM2은 AIM2의 inflammasome 활성에 필요한 enhancer로 작동 한다라는 점이 확인되었다.
- 암세포에서는 TE의 재활성화 됨이 알려져 있다.
- TCGA와 Roadmap 데이터를 통해 암 특이적으로 enrich한 TE family 스크리닝하였을 때, 대장암 환자에서 LTR10 family가 높게 발현하는 것을 확인하였다.
- 이들은 정상 조직에서는 주로 발현이 되지 않으나, 암 조직에서 발현이 높았고, AP-1 complex가 binding 하는 것을 확인하였다.
- MAPK signaling 관련 유전자들의 upstream에 LTR10이 enhancer로 작용할 수 있음을 확인했다.
- 이를 통해, ERVs의 전사 조절인자로써 면역 반응 및 암 세포 생존에 기여하고 있음을 확인하였고, 이들을 조절하여 치료제 target으로 사용할 수 있음을 시사하였다.
 
2) University of Rochester Medical Center의 Lynne E. Maquat 교수가 ‘Loss of Fragile X Protein Results in Misregulation of Nonsense-Mediated mRNA Decay’라는 주제로 발표했다.
- Nonsense-mediated mRNA decay (NMD)는 문제가 있는 mRNA를 세포에서 제거하고 환경 변화에 맞게 mRNA의 수를 조절하는 기작이다.
- 평소에 NMD가 잘 작동할 때는 NMD target 유전자인 pro-apoptotic 단백질이 생산되지 않지만, Doxorubicin에 의해 UPF1 단백질이 기능을 못하게 되면 NMD가 억제되고 이는 세포 사멸로 진행된다.
- NMD는 UPF2 단백질이 UPF1 단백질에 결합하게 되면서 일어나고, Staufen에 의해 UPF1 단백질에 결합하여 Staufen-mediated mRNA decay (SMD)가 일어나게 된다.
- 두 기작은 myogenesis 기작에서 경쟁적으로 이루어지고 이를 통해 특정 유전자 PAX3, myogenin의 단백질의 양 변화를 통해 분화가 이루어진다.
- 또 다른 NMD의 기능을 밝히기 위해 인산화된 UPF1 단백질과 co-immunoprecipitation 실험을 진행하였고, FMRP과 상호작용을 하는 것을 확인했다.
- FMRP는 RNA-binding 단백질로 잘 알려져 있고, 번역을 억제하는 기능을 가지며, Fragile X syndrome (FXS), 뉴런 시냅스, autism에 관련이 있다는 보고가 있다.
- FXS는 단일 유전자 질병으로 정신지체나 자폐에 관련이 있다. FMR1 유전자 5’UTR의 CGG 반복 서열이 정상은 45개 이하이지만, 200개 이상으로 늘어나게 되면 FMRP 유전자 발현이 억제된다.
- SH-SY5Y human neuroblastoma 세포에서 UPF1 knock down에 의해 증가되는 mRNA와 p-UPF1의 immunoprecipitation을 통해 공통적으로 확인되는 1,277개의 NMD targets을 찾았다. 그중 많은 유전자가 시냅스 기능과 관련이 있었다.
- FMRP에 문제가 생긴 번역 억제가 되지 않아 NMD 관련 단백질들의 양이 증가하게 되고 이는 NMD 활성 증가로 이어지고 신경세포 분화와 시냅스의 성숙에 문제가 생긴다.
 
7. 맺음말
최근 코로나 사태로 갑작스럽게 온라인으로 전환되어 참여했던 몇몇 학회에서는 다소 미숙한 운영 때문에 현장 학회보다 발표자와 상호작용하는 것이 어렵다고 생각했다. 그러나, 이번 키스톤 심포지엄은 온라인으로 이루어졌음에도 최적화된 플랫폼과 능숙한 운영으로 불편함 없이 참가할 수 있어서 많은 도움이 되었다. 특히, 발표자와 질의 응답을 직접 소통이 아닌 채팅을 통해 질문을 하면, 좌장이 대신 전달하여 의도를 왜곡하지 않고, 시간 지연 없이 질의응답이 이루어지는 시스템에 대해 칭찬하고 싶다. 이번 심포지엄에서는 non-coding RNAs (ncRNAs)가 세포 내에서 다양한 기능을 수행하고 있다는 연구 결과들이 발표되었다. 이를 통해, 수많은 질병에서 ncRNAs의 치료제로서의 잠재력과 앞으로의 연구 방향성에 대해 영감을 받을 수 있었다.

 

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이성권(2021). 키스톤 심포지엄 – Non-coding RNA : Biology and Applications. BRIC View 2021-C05. Available from https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=report&id=3811 (Jun 15, 2021)
* 자료열람안내 본 내용은 BRIC에서 추가적인 검증과정을 거친 정보가 아님을 밝힙니다. 내용 중 잘못된 사실 전달 또는 오역 등이 있을 시 BRIC으로 연락(view@ibric.org) 바랍니다.
 
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