바이오인

단일세포 수준에서 단백질 합성의 공간 아틀라스 (Spatial Atlas)를 생성하는 분석기술 개발

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 23-51

□ 생물학 연구의 오랜 목표는 단일세포 내에서 공간적으로 잘 이해할 수 있는 수준으로 단백질 번역(translation)을 분석하는 것

○ 기존의 공간 전사체학(spatial transcriptomics)은 생명과학 및 바이오 연구를 위한 혁신기술로 등장했지만 활발하게 번역이 진행 중인 mRNA의 공간 매핑 정보를 제공하기에는 부족

- 현재까지 공간 전사체학을 구현하기 위해 mRNA 시퀀싱과 이미징기술 (smFISH 등)을 조합하였으나, mRNA 존재 유무만으로는 단백질 생산과 연계된 기능적 정보를 알아내기에는 한계

* smFISH(single-molecule fluorescence in situ hybridization)

○ 특히, RNA는 DNA 전사에서 시작하여 초기 RNA 합성, 스플라이싱, 내보내기, 번역 및 분해에 이르기까지 풍부하고 역동적으로 변화하는데,

- 특정 조직, 세포 내 RNA 변화를 정확히 알아내기 위해서는 RNA 존재 자체를 검출하기 보다는 현재 번역이 진행 중인 mRNA의 양과 공간적 위치 정보를 한꺼번에 분석하는 것이 중요

□ 최근 연구에서는 활발하게 번역 중인 mRNA(translating mRNA)의 수가 단백질 발현과 더 밀접하게 관련되어 있다는 가설을 두고 번역 중인 mRNA의 공간 프로파일링 분석방법을 개발

○ 연구팀은 단일세포 수준에서 단백질 합성의 공간 차트를 작성하기 위해 리보솜 결합 mRNA 맵핑(ribosome-bound mRNA mapping, RIBOmap)을 고안

- RIBOmap은 3개의 프로브(probe)를 통해 리보솜에 결합하여 단백질 번역이 진행 중인 mRNA를 선택적으로 감지하고 증폭하는 전략을 사용

○ 3개의 프로브는 바코드를 포함한 자물쇠(padlock) 프로브, 바코드를 포함한 프라이머(primer) 프로브, 리보솜 RNA(ribosomal RNA)와 결합하는 동시에 자물쇠 프로브를 동그랗게 만드는 부목(splint) 프로브로 구성

- 작동 원리는 바코드를 포함한 자물쇠 프로브가 특정 mRNA를 표적으로 결합하고, 바코드를 통해 프라이머 프로브가 자물쇠 프로브와 결합하면 DNA를 복제할 수 있게 되는데, 이 때 리보솜 RNA와 결합하여 자물쇠 프로브를 원형화(circularize)하는 부목 프로브가 필요

- 결과적으로, 복제된 DNA 내 포함된 바코드는 형광물질로 표지된 프로브와 결합하여 표적 mRNA의 위치 정보를 제공

[ RIBOmap을 구성하는 3개 프로브와 작동 방식 ]

   출처: Science, Mapping RNA translation, 2023.6.29

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