기술동향
키스톤 심포지엄 Non-coding RNA : Biology and Applications
- 등록일2021-06-15
- 조회수4434
- 분류기술동향
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자료발간일
2021-06-14
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출처
생물학연구정보센터(BRIC)
- 원문링크
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키워드
#키스톤 심포지엄#RNA#치료제 백신
- 첨부파일
pdf_0003811.pdf
키스톤 심포지엄 – Non-coding RNA : Biology and Applications
◈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
◈목차
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
◈본문
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.
...................(계속)
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