바이오인

메신저 RNA에 m6A를 쓰고, 지우고, 읽기를 통한 교모세포종 줄기세포에서의

유전자 발현 조절 연구 동향

< 목 차  >
 
 1. 서론
 2. 본론
   2.1. m6A 관련 유전자와 여러 종양 및 암 줄기세포의 연관성
   2.2. m6A를 통한 교모세포종에서의 유전자 발현 조절 연구 현황
   2.3. 교모세포종에서의 m6A 쓰기, 지우기, 읽기 관련 유전자의 CNV와 돌연변이 연관성
   2.4. 나노포어 시퀀싱을 이용한 m6A 탐색
   2.5. RNA 변형 관련 데이터베이스
 3. 결론
 4. 참고문헌

__________________________________________________________

< 요약문 >

 
mRNA를 포함한 날 것의 다양한 RNA에 부여하는 여러 화학적 변형 가운데 RNA의 N6-메틸 아데노신(N6-methyladenosine, m6A)은 mRNA에 부여하는 가장 보편적인 RNA 변형이다. 이는 진핵생물에서 전사 과정 이후 유전자의 발현을 조절하는 다양한 방법 가운데 하나로써 m6A를 특이적으로 인식하는 일련의 단백질들을 발굴하고 그 세포 내 기능을 규명하면서 새로운 분야 의 장을 열게 되었다. m6A는 mRNA의 독특한 가공, 해독 및 분해 과정에 개입하여 세포 분화 와 배아의 발생과 발달 및 스트레스 반응 과정에 관여하여 각각의 mRNA의 발현을 결정하고 종국에는 세포의 운명을 결정하는 데 기여한다. 특정 mRNA에 m6A 부여부터 세포 운명 결정 에 이르는 과정에는 m6A를 쓰고, 지우고, 읽는 기능을 담당하는 유전자들의 합동 작전을 통해 일어난다. 이 과정이 제대로 작동하지 않을 경우, 암과 같은 비정상적인 세포 증식으로 귀결된 다는 것을 쉽게 짐작할 수 있다. 본 서에서는 먼저 m6A의 일반적인 특징과 연관유전자들을 살펴보고 악성 종양 중 하나인 교모세포종의 핵심으로 생각하는 암줄기세포 측면에서 m6A의 쓰기, 지우기, 읽기에 관여하는 유전자들을 TCGA에서 CNV 및 돌연변이 양상과 교모세포종과 의 연관성을 검토하고 향후 연구 방향을 조망해 보고자 한다.

1. 서론
 
mRNA, tRNA, rRNA, snRNA와 snoRNA 등 날 것의 RNA에 부여하는 화학적 변형은 약 100 여 종인 것으로 알려져 있다. mRNA 변형에는 N6-메틸아데노신(N6-methyladenosine, m6A), N1methyladenosine (m1A)와 5-Methylcytosine (m5C)이 알려져 있다. 그중 N6-메틸아데노신(N6methyladenosine, m6A)은 mRNA에 부여하는 가장 보편적인 RNA 변형이라 할 수 있다 [1-6]. 이러 한 화학적 변형은 진핵생물에서 전사과정을 마친 후 유전자의 발현을 조절하기 위한 다양한 기작 중 하나로써 m6A를 특이적으로 인식하는 일련의 단백질들을 발굴하고 그 기능을 규명하면서 세포 가 m6A를 사용하여 mRNA를 가공하고 번역을 조절하는 것으로 밝혀졌다. 예를 들어 세포 분화와 배아 발달 및 스트레스 반응 과정에 관여하는 mRNA에 m6A를 부여함으로써 이들의 가공, 해독 및 분해 과정에 개입하여 각각의 mRNA의 발현을 결정하고 종국에는 세포의 운명을 결정하는 데 기여 하는 것이다 [7]. 특히 mRNA에 m6A를 부여부터 세포 운명 결정에 이르는 과정에는 특정 mRNA에 m6A를 쓰고, 지우고, 읽는 기능에 관련된 유전자들의 합동 작전으로 이루어진다. 이 과정이 제대로 작동하지 않을 경우, 암과 같은 비정상적인 세포 기능 이상으로 귀결된다. 

본 서에서는 먼저 m6A의 일반적인 특징과 관련 유전자들을 살펴보고 악성 종양 중 하나인 교모세포종의 핵심으로 생각하는 암줄기세포 측면에서 m6A의 쓰기, 읽기, 지우기에 관여하는 유전 자들의 발현과 교모세포종과의 연관성을 TCGA에서 검토 및 타진해 보고자 한다. 

포유류에서 m6A는 총 아데노신 뉴클레오티드의 0.1~0.4%를, 효모에서는 약 0.7~0.9%, 바이 러스에서는 분자당 약 1~15곳을 차지한다. 돌연변이는 주로 어떤 모티프를 가진 곳에 얼마나 존재 하는가? 돌연변이 및 시험관 내 효소 연구에 의하면 ‘RRm6ACH ([G/A/U] [G>A] m6AC [U>A>C])’라 는 공통적인 모티브가 존재함을 확인하였다 [8-11]. 그러나, mRNA에서 m6A의 존재 비율이 적고 이 를 확인할 수 있는 효과적인 기술이 없기 때문에, m6A의 기능적 특성을 규명하는 연구는 지난 수십 년 동안 많지 않았다. 그렇다면 m6A라는 라벨을 부착하는 효소는 무엇인가? m6A는 메틸트랜스퍼라 제 복합체가 부여하는 것으로 알려져 있다. 이 복합체의 주요 단백질인 METTL3은 메틸트랜스퍼라제 의 기능을 갖는 S-아데노실 메티오닌-결합 단백질이며, 일련의 연구를 통해서 METTL14, WTAP 및 KIAA1429 역시 m6A 메틸트랜스퍼라제 복합체를 구성하고 있다는 것이 밝혀졌다 [12-17]. 메틸기를 붙이는 기능의 유전자와 함께 제거를 담당하는 유전자도 존재한다. 두 가지 기능을 담당하는 단백질 이 존재한다면, 가역반응이 가능하다는 것을 의미하고, 이들을 조절한다면 폭포수 반응으로 하위 단 계도 조절할 수 있을 것이다.  

m6A를 제거하는 유전자는 FTO (fat mass and obesity-associated protein) 및 ALKBH5 (alkB homologue 5)에 의해 촉진되는데 각각은 뚜렷한 세포 내에서의 위치 분포를 보이며, 잠재적으로 일련의 다양한 표적 mRNA에 영향을 미친다. 이들 효소 모두 mRNA에서 m6A의 탈-메틸화를 촉매 할 수 있다. 이는 mRNA 및 일부 non-coding RNA를 포함하여 제2 RNA 폴리머라제로 전사된 RNA 이 후의 가역적인 화학변형에 대한 첫 번째 사례라 할 수 있다 [18-19]. 

꼬마선충을 이용하여 m6A에 대한 항체를 사용하는 방법을 통해 전사체 속에 존재하는 m6A 가 대략 25%를 차지하는 1만 개 이상 존재한다는 점과 주로 긴 엑손과 종결 코돈 및 3’UTR에 풍부 하게 존재한다는 것이 규명되었다. 물론 종, 세포 유형, 특정 조건에 따라서 개시 코돈과 5’UTR에서 발견되기도 한다. 이는 m6A가 매우 보편적인 mRNA 변형이라는 것을 시사하며 또 앞서 기술했듯이 특정한 공통 서열 RRm6ACH모티브가 존재함을 규명하여 이를 확인한 바 있다 [20-23]. 이처럼 m6A 가 바이러스를 비롯한 다양한 생물에 존재하는 이유는 무엇인가? 이 질문에 대한 설명으로 m6A를 쓰고, 지우고, 읽기에 관여함으로써 mRNA의 운명을 조절하여 세포의 운명을 결정한다는 제법 그럴 듯하다 [7].

m6A는 아데노신 염기에 메틸기가 부착하여 생성되며, 핵 안에서의 가공부터 세포질에서의 해독과 붕괴까지 mRNA 대사 전 과정에 영향을 줄 수 있다. m6A는 RNA의 접힘 구조를 바꾼다. 이 는m6A가 왓슨∙크릭의 A∙U 염기 짝에 영향을 주지는 않되 분자당 약 1.4 kcal까지 RNA duplex를 약 화시킬 수 있기에 가능하다. 따라서 m6A가 된 경우가 그렇지 않을 때보다 stacking이 더 잘 되어 RNA 구조를 안정화시키고 주변 RNA 서열의 접힘을 수월하게 한다 [24-25]. 또한 mRNA의 숙성, 핵 내에서의 가공과 핵 밖으로의 이동을 촉진시키고, mRNA의 해독을 증가시키거나 mRNA를 표지하여 분해하도록 작용하기도 하며, mRNA 전사체를 분류하여 빠른 트랙의 대사과정에 영향력을 행사한다. 이러한 기본적인 작용을 통해 다양한 유전자의 전사체에서 각각의 세포 기능을 조절함으로써 특정 세포로서의 일종의 신분증(정체성)을 부여할 수 있다. 예를 들면 세포의 생물학적 주기를 유지하고 조절하거나, 세포의 분화와 재편성에 관여하고, 세포 상태의 전이를 촉진시키거나, 스트레스에 반응 하는 것과 연관되어 있다. 

그림 1. mRNA의 m6A에 영향을 주는 쓰고 보고 지우기와 연관된 유전자 개요
(A) 아데노신과 m6A의 구조와 관련 유전자 (B) [26, 7].
 

...................(계속)