연구뉴스
신용대 교수팀, 빛을 이용한 세포 내 응집상 제어 기술 개발
작성자
김민아
작성일
2024-04-17
조회
427
□ 상분리 기반 단백질 발현 억제 기술 개발
o 서울대학교 공과대학 기계공학부 신용대 교수 연구팀은 미네소타 대학 (박혜윤 교수) 연구진과 함께 빛을 이용한 세포 내 응집상 제어 기술을 개발하였다고 밝혔다.
o 세포 내부에는 특정 단백질, RNA 등의 생체분자가 국소적으로 뭉쳐 기능하는 구조들이 존재하는데, 이 구조들이 상분리 (phase separation) 현상을 통해 형성됨이 최근 연구들에서 밝혀지고 있다. 비정상적인 상분리에 의해 암 및 퇴행성 신경질환이 유발될 수 있다는 보고들도 이어지며 학계에 주목을 받고 있다.
o 상분리를 통해 형성된 응집체의 물성은 액체에서 고체에 이르기까지 다양하며, 응집체의 물성과 생리적 기능은 밀접한 관계를 가질 것으로 예상되나, 이를 직접적으로 탐구할 수 있는 방법론이 부재하였다.
o 연구팀은 신용대 교수가 개발한 세포 내 상분리 제어 기술 (Cell, 2017)을 확장하여 세포 내 특정 RNA를 상분리를 통해 응집시킬 수 있는 기술을 개발하였다.
o 광유전학 기술을 통해 타겟 RNA를 상분리 응집체 내로 응집시켰을 때, 단백질 발현이 감소하는 것을 발견하였다. 또한, 단일 분자 RNA 이미징 기법을 함께 적용하여, 개별 RNA 분자가 응집체와 일시적이고 동적인 상호작용을 보임을 발견하였다.
□ 상분리 응집체의 물성과 생리적 기능 간의 연관성 규명
o 연구진은 나아가 응집체 조성을 조절하여 물성을 제어하는데 성공하였다. 응집체를 고체화하였을 때, 응집체 내 분자의 이동성이 억제되었고, 동시에 응집된 RNA의 단백질 발현 활동이 더욱 억제됨을 관찰하였다.
o 또한, 신경 세포의 신호 전달에 해당 기술을 적용하여 시냅스 장기강화 (long-term potentiation) 과정에 액틴 단백질의 국소적인 발현이 중요함을 보였다.
o 이번 연구를 통해 응집체의 물성과 생리적 기능 사이의 상관관계를 직접적으로 규명할 수 있었으며, 해당 기술은 합성 응집체를 설계 및 구현하는 데에 유용한 기반을 제공할 것으로 기대된다.
o 이러한 성과를 인정받아 해당 연구 결과는 세계적인 학술지인 ‘Nature communications’의 최신호에 게재되었다.
□ 연구결과
Optogenetic control of mRNA condensation reveals an intimate link between condensate material properties and functions
Min Lee, Hyungseok C. Moon, Hyeonjeong Jeong, Dong Wook Kim, Hye Yoon Park*, and Yongdae Shin*
(Nature Communications, in press)
본 연구팀은 광유전학적 상분리 제어와 단분자 RNA 이미징 기술을 접목하여 응집체의 물성과 세포 내 기능 사이의 직접적인 인과관계를 밝혔다. 세포 외부에서 빛을 조사하여 타겟 RNA를 응집체 내부로 응집시켰을 때 단백질 발현이 억제됨을 발견하였다. RNA와 응집체 간의 상호작용이 매우 동적임을 발견하였고, 응집체 조성을 조절하여 물성을 보다 고체에 가깝게 제어하면 분자 이동성이 감소하며 발현이 더 강하게 억제됨을 밝혔다. 이는 상분리 응집체의 물성이 생리적 기능을 조절하는데 중요한 역할을 할 수 있음을 시사한다.
□ 그림설명
□ 연구자
▲ (왼쪽부터) 서울대학교 기계공학부 신용대 교수, 미네소타 대학 Department of Electrical and Computer Engineering 박혜윤 교수, 서울대학교 협동과정 바이오엔지니어링 이민 박사과정(공동 1저자), Arc Institute 문형석 연구원 (공동 1저자).
○ 성 명 : 신용대
○ 소 속 : 서울대학교 기계공학부 교수
○ 연락처 : 02-880-7388, ydshin@snu.ac.kr
○ 성 명 : 박혜윤
○ 소 속 : 미네소타 대학 Department of Electrical and Computer Engineering 교수
○ 연락처 : hyp@umn.edu
○ 성 명 : 문형석
○ 소 속 : Arc Institute 연구원
○ 연락처 : chadroluna@gmail.com
o 서울대학교 공과대학 기계공학부 신용대 교수 연구팀은 미네소타 대학 (박혜윤 교수) 연구진과 함께 빛을 이용한 세포 내 응집상 제어 기술을 개발하였다고 밝혔다.
o 세포 내부에는 특정 단백질, RNA 등의 생체분자가 국소적으로 뭉쳐 기능하는 구조들이 존재하는데, 이 구조들이 상분리 (phase separation) 현상을 통해 형성됨이 최근 연구들에서 밝혀지고 있다. 비정상적인 상분리에 의해 암 및 퇴행성 신경질환이 유발될 수 있다는 보고들도 이어지며 학계에 주목을 받고 있다.
o 상분리를 통해 형성된 응집체의 물성은 액체에서 고체에 이르기까지 다양하며, 응집체의 물성과 생리적 기능은 밀접한 관계를 가질 것으로 예상되나, 이를 직접적으로 탐구할 수 있는 방법론이 부재하였다.
o 연구팀은 신용대 교수가 개발한 세포 내 상분리 제어 기술 (Cell, 2017)을 확장하여 세포 내 특정 RNA를 상분리를 통해 응집시킬 수 있는 기술을 개발하였다.
o 광유전학 기술을 통해 타겟 RNA를 상분리 응집체 내로 응집시켰을 때, 단백질 발현이 감소하는 것을 발견하였다. 또한, 단일 분자 RNA 이미징 기법을 함께 적용하여, 개별 RNA 분자가 응집체와 일시적이고 동적인 상호작용을 보임을 발견하였다.
□ 상분리 응집체의 물성과 생리적 기능 간의 연관성 규명
o 연구진은 나아가 응집체 조성을 조절하여 물성을 제어하는데 성공하였다. 응집체를 고체화하였을 때, 응집체 내 분자의 이동성이 억제되었고, 동시에 응집된 RNA의 단백질 발현 활동이 더욱 억제됨을 관찰하였다.
o 또한, 신경 세포의 신호 전달에 해당 기술을 적용하여 시냅스 장기강화 (long-term potentiation) 과정에 액틴 단백질의 국소적인 발현이 중요함을 보였다.
o 이번 연구를 통해 응집체의 물성과 생리적 기능 사이의 상관관계를 직접적으로 규명할 수 있었으며, 해당 기술은 합성 응집체를 설계 및 구현하는 데에 유용한 기반을 제공할 것으로 기대된다.
o 이러한 성과를 인정받아 해당 연구 결과는 세계적인 학술지인 ‘Nature communications’의 최신호에 게재되었다.
□ 연구결과
Optogenetic control of mRNA condensation reveals an intimate link between condensate material properties and functions
Min Lee, Hyungseok C. Moon, Hyeonjeong Jeong, Dong Wook Kim, Hye Yoon Park*, and Yongdae Shin*
(Nature Communications, in press)
본 연구팀은 광유전학적 상분리 제어와 단분자 RNA 이미징 기술을 접목하여 응집체의 물성과 세포 내 기능 사이의 직접적인 인과관계를 밝혔다. 세포 외부에서 빛을 조사하여 타겟 RNA를 응집체 내부로 응집시켰을 때 단백질 발현이 억제됨을 발견하였다. RNA와 응집체 간의 상호작용이 매우 동적임을 발견하였고, 응집체 조성을 조절하여 물성을 보다 고체에 가깝게 제어하면 분자 이동성이 감소하며 발현이 더 강하게 억제됨을 밝혔다. 이는 상분리 응집체의 물성이 생리적 기능을 조절하는데 중요한 역할을 할 수 있음을 시사한다.
□ 그림설명
□ 연구자
▲ (왼쪽부터) 서울대학교 기계공학부 신용대 교수, 미네소타 대학 Department of Electrical and Computer Engineering 박혜윤 교수, 서울대학교 협동과정 바이오엔지니어링 이민 박사과정(공동 1저자), Arc Institute 문형석 연구원 (공동 1저자).○ 성 명 : 신용대
○ 소 속 : 서울대학교 기계공학부 교수
○ 연락처 : 02-880-7388, ydshin@snu.ac.kr
○ 성 명 : 박혜윤
○ 소 속 : 미네소타 대학 Department of Electrical and Computer Engineering 교수
○ 연락처 : hyp@umn.edu
○ 성 명 : 문형석
○ 소 속 : Arc Institute 연구원
○ 연락처 : chadroluna@gmail.com
