연구자들은 염색질 표시의 정확한 조작을 가능하게 하는 새로운 게놈 편집 플랫폼을 개발하여 유전자 발현에 대한 직접적인 영향을 밝히고 유전자 조절 메커니즘에 대한 이전 이해에 도전했습니다.
EMBL Rome의 Hackett 그룹의 연구는 염색질 변형을 정확하게 프로그래밍할 수 있는 능력을 열어주는 강력한 유전자 편집 기술의 개발로 이어졌습니다.
유전자가 분자 수준에서 어떻게 조절되는지 이해하는 것은 현대 생물학의 주요 과제입니다. 이 복잡한 메커니즘은 주로 전사 인자라고 불리는 단백질 간의 상호 작용에 의해 구동됩니다. DNA 조절 영역 및 후생적 변형 – 염색질의 구조를 변경하는 화학적 변화. 세포 게놈에 대한 후생적 변형의 집합을 후성유전체라고 합니다.
후생유전체 편집의 발전
오늘(5월 9일)에 발표된 연구에서 자연 유전학로마에 있는 유럽 분자 생물학 연구소(EMBL)의 Hackett 그룹 과학자들은 게놈의 어느 곳에서나 후생적 변형을 프로그래밍하기 위한 시스템인 모듈식 게놈 편집 플랫폼을 개발했습니다. 이 시스템을 통해 과학자들은 각 염색질 변형이 전사에 미치는 영향, 즉 유전자가 mRNA로 전사되어 단백질 합성을 촉매하는 메커니즘을 연구할 수 있습니다.
염색질 변형은 발달, 환경 신호에 대한 반응 및 질병과 같은 주요 생물학적 과정의 조절에 기여하는 것으로 생각됩니다.
후성유전학 편집 툴킷의 창의적인 일러스트레이션: 각 건물은 단일 유전자의 후성유전적 상태를 나타냅니다(어두운 창은 침묵 유전자, 밝은 창은 활성 유전자). 레버는 모든 게놈 부위에서 염색질 표시의 새로운 증착을 가능하게 하는 후성유전학적 편집 시스템을 보여줍니다. 마르지아 모나포
유전자 조절에 대한 특정 염색질 표시의 영향을 이해하기 위해 이전 연구에서는 건강한 세포 유형과 질병에 걸린 세포 유형의 게놈 분포를 매핑했습니다. 이 데이터를 유전자 발현 분석 및 특정 유전자 교란의 알려진 효과와 결합함으로써 과학자들은 이러한 염색질 표시에 기능이 있다고 생각했습니다.
그러나 염색질 표시와 유전자 조절 사이의 인과 관계를 결정하는 것은 어려운 것으로 입증되었습니다. 문제는 염색질 표시, 전사 인자 및 조절 DNA 서열과 같은 조절과 관련된 많은 복잡한 요인의 개별 기여를 분석하는 것입니다.
후성유전체 편집 기술의 획기적인 발전
Hackett 그룹의 과학자들은 생물학적으로 중요한 9개의 염색질 표시를 게놈의 원하는 영역에 정확하게 프로그래밍할 수 있는 모듈형 게놈 편집 시스템을 개발했습니다. 이 시스템은 연구자들이 높은 정밀도로 DNA의 특정 부위를 수정할 수 있도록 하는 널리 사용되는 게놈 편집 기술인 CRISPR를 기반으로 합니다. 정확성.
이러한 미묘한 교란을 통해 그들은 염색질 표시와 생물학적 효과 사이의 원인과 결과 관계를 주의 깊게 분석할 수 있었습니다. 과학자들은 또한 단일 세포 수준에서 유전자 발현의 변화를 측정하고 DNA 서열의 변화가 각 염색질 표시의 효과에 어떻게 영향을 미치는지 이해할 수 있는 “리포터 시스템”을 설계하고 사용했습니다. 그들의 결과는 유전자 조절에 중요한 염색질 표시 세트의 인과적 역할을 밝혀냈습니다.
주요 결과 및 향후 방향
예를 들어, 연구자들은 이전에 전사의 결과로 생각되었던 염색질 표시인 H3K4me3의 새로운 역할을 발견했습니다. 그들은 H3K4me3이 DNA의 특정 부위에 인위적으로 추가되면 실제로 자체적으로 전사를 증가시킬 수 있다는 점에 주목했습니다.
Hackett 그룹의 박사후 연구원이자 이번 연구의 수석 과학자인 Christina Policarpi는 “이것은 우리의 모든 기대에 어긋나는 매우 흥미롭고 예상치 못한 결과였습니다.”라고 말했습니다. “우리의 데이터는 여러 지배 요인이 상호 작용하여 특정 세포의 유전자 발현 수준을 조절하는 복잡한 조절 네트워크를 가리킵니다. 이러한 요인에는 기존 염색질 구조, 기본 DNA 서열 및 게놈 내 위치가 포함됩니다.
잠재적인 응용 및 향후 연구
Hackett과 그의 동료들은 현재 유망한 스타트업 프로젝트를 통해 이 기술을 활용하는 방법을 모색하고 있습니다. 다음 단계는 다양한 세포 유형에 걸쳐 광범위한 규모로 유전자를 표적으로 삼아 이러한 결론을 확인하고 확장하는 것입니다. 염색질 표시가 유전자 다양성과 하류 메커니즘을 통해 전사에 어떻게 영향을 미치는지는 아직 밝혀지지 않았습니다.
EMBL Rome의 그룹 리더인 Jamie Hackett은 “우리의 모듈식 후성유전학 편집 툴킷은 게놈과 후성유전체 간의 상호관계를 분석하는 새로운 실험적 접근 방식을 구성합니다.”라고 말했습니다. “이 시스템은 미래에 발달 과정과 인간 질병에서 유전자 활동에 영향을 미치는 후성유전학적 변화의 중요성을 더 정확하게 이해하는 데 사용될 수 있습니다. 반면에 이 기술은 또한 원하는 유전자 발현 수준을 고도로 프로그래밍할 수 있는 능력을 열어줍니다. 이는 조정 가능한 방식으로 적용할 수 있는 흥미로운 방법입니다. 질병이 있는 경우 정확한 건강상의 이점이 유용할 수 있습니다.
참조: “줄기 게놈 편집은 염색질 변형의 상황에 따른 교육 기능을 포착합니다.” 2024년 5월 9일, 자연 유전학.
도이: 10.1038/s41588-024-01706-s
“경순은 통찰력 있고 사악한 사상가로, 다양한 음악 장르에 깊은 지식을 가지고 있습니다. 힙스터 문화와 자연스럽게 어우러지는 그의 스타일은 독특합니다. 그는 베이컨을 좋아하며, 인터넷 세계에서도 활발한 활동을 보여줍니다. 그의 내성적인 성격은 그의 글에서도 잘 드러납니다.”