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2022 FASEB The Mobile DNA Conference: Evolution, Diversity, and Impact 참관기
2022 FASEB The Mobile DNA Conference: Evolution, Diversity, and Impact 참관기 저자 황성연 (서울대학교)
등록일 2022.07.01
자료번호 BRIC VIEW 2022-C04
조회 4105  인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
요약문
2022년 6월 5-9일 아일랜드 말라하이드 그랜드 호텔에서 FASEB The Mobile DNA Conference: Evolution, Diversity, and Impact가 진행되었다. 전이성 유전인자(Mobile DNA or Transposon)은 유전체의 새로운 위치에 자신의 유전정보를 삽입할 수 있는 유전자이다. 모든 생명체의 유전체에서 존재하며, 특히 인간 유전체에서는 전이성 유전인자에서 비롯된 반복 서열이 전체 염기서열의 약 45%를 차지한다. 이번 학회에서는 이와 같은 전이성 유전인자에 대해 생명체의 진화, 다양성 혹은 질환 발병 측면에서 서로의 연구를 공유하고 토론하는 장이었다.
키워드: Mobile DNA, Transposon, Retroelement, Genetics, Genomics
분야: Genetics, Genomics, Molecular_Biology

목 차

1. 주요 발표 내용
  1.1. 6월 5일 주요 내용
  Keynote lecture: Zoltan Ivics “Sleeping Beauty: The first 25 years”
  1.2. 6월 6일 주요 내용
  Session #1 Mechanism and Impact of TE mobilization
  Session #2 Awake for 25 years: The Awesome and Widespread Impact of Sleeping Beauty
  1.3. 6월 7일 주요 내용
  Session #3 TEs, Genomes, and Tools
  Session #4 Comparative Genomics and Evolution
  Session #5 TE/Host/Environment Evolution
  1.4. 6월 8일 주요 내용
  Session #6 To express or Not to Express? TEs and Epigenetics Session
  Session #7 TEs, Aging, and Disease
  1.5. 6월 9일 주요 내용
  Session #8 Model Systems to Study TEs and Age-Related Diseases
  Session #9 TE-induced variations/Population Genomics
2. 총평
 


1. 주요 발표 내용

1.1. 6월 5일 주요 내용

Keynote lecture:
Zoltan Ivics, Paul-Ehrlich-Institut
“Sleeping Beauty: The first 25 years”
Ivics 교수는 1997년 Sleeping Beauty (SB) 유전자를 처음 동정하고, 이후 이를 이용해 유전자치료법 개발에 힘을 쏟고 있다. SB는 DNA transposon 단백질로 자신이 인지하는 DNA 서열을 유전체의 새로운 위치에 삽입할 수 있다. 따라서 SB는 기존의 바이러스 벡터에 의한 유전자 전달과 다른 새로운 유전자 치료 방법으로 주목을 받고 있다. SB 시스템의 장점은 전달하고자 하는 유전자를 역전사나 복제 과정 없이 그대로 넣을 수 있기 때문에 돌연변이에 대한 확률이 낮으며, 사람 세포에서는 SB와 유사한 기능을 하는 단백질이 발현을 하지 않기 때문에 유전자 전달에 대한 변수가 적다. SB는 타깃 위치도 무작위에 가깝기 때문에, lenti 바이러스 벡터 혹은 piggy bac 시스템보다 중요 유전자에 들어갈 가능성이 낮다. SB 시스템은 현재 다양한 in vivo 모델에서 유전적 독성(genotoxicity) 결과가 없는 것으로 나타나, 앞으로 CAR-T 등의 치료법에 이용될 것으로 보인다.

1.2. 6월 6일 주요 내용

Session #1 Mechanism and Impact of TE mobilization

Jef Boeke, Institute for Systems Genetics, NYU Langone Health
“Retrotransposition into human introns: unusual phenotypes”
왜 유인원은 꼬리가 없는가?라는 흥미로운 질문으로 발표를 시작하였다. 포유류의 꼬리 형성과 관련된 T-box transcription factor T (TBXT) 유전자에 대한 유인원과 원숭이 간 차이를 조사해보았는데, 흥미롭게도 이동성 유전인자 Alu가 TBXT의 intron에 끼어들어간 것을 찾을 수 있었다. TBXT intron에 끼어들어간 Alu는 TBXT 유전자의 splicing 패턴을 바꿔 exon skipping을 유도하였고, 돌연변이 TBXT 단백질을 만들어낸다는 것을 밝혔다. 나아가 mouse TBXT 유전자에 유인원에서 발견되는 Alu를 동일한 위치에 삽입시켰을 때도 마찬가지로 exon skipping이 발생한다는 것을 관찰하였고, in vivo 실험에서도 쥐꼬리가 없거나, 짧아지는 것을 관찰하였다.

Nazareno Bona, MRC Laboratory of Molecular Biology
"DNA crosslink repair factors protect against LINE-1 retrotransposition during early embryonic development"
DNA repair 단백질들이 L1 레트로트랜스포존의 이동성을 배아의 초기 발생과정에서 조절한다는 내용을 발표하였다. L1은 인간 세포에 존재하는 활성을 지니는 유일한 레트로트랜스포존이다. 이들의 복제 및 삽입은 유전적 불안정성을 야기하기 때문에, 세포 내에서 철저하게 조절될 필요가 있다. 이 연구에서는 역유전학 방법(reverse genetics)을 통해 DNA crosslink repair factor인 SLX4, XPF, ERCC1 단백질이 L1의 점핑을 조절하는 것을 동정하였다. in vitro 실험을 통해 이들이 L1의 역전사 과정시 형성되는 RNA: DNA 혼합체를 잘라내는 것을 확인하였다. 나아가 in vivo 실험에서 ERCC1 넉아웃 쥐에서 L1의 삽입이 89배 이상 증가하는 것을 관찰하였다.

John Moran, University of Michigan Medical School
“Epigenetic silencing mechanism of L1 retrotransposition loci”
John Moran은 L1 레트로트랜스포존의 실험적 분석 방법 개발에 기여를 해왔다. 이번 발표에서는 L1 레트로트랜스포존의 점핑이 발생한 위치에서 Histone modifying protein에 의한 발현 억제 기작에 대해 다루었다. PA-1 embryonic carcinoma 세포에서 L1 점핑에 의한 유전자 삽입은 관찰되나, 해당 유전자의 발현이 억제되었는데 이 과정에 기여하는 유전자를 CRISPR 스크리닝을 통해 동정하였다. NF2 유전자가 후보 중 하나였고, NF2 유무에 따라 L1 retrotransposition 위치에서의 발현 억제가 조절되는 것을 보고하였다.

Zhao Zhang, Duke University
"Biogenesis of retrotransposon-derived eccDNA and its role in promoting mobilization"
Zhang 교수는 LTR 레트로트랜스포존에서 생성되는 extrachromosomal circular DNA (eccDNA)의 형성 기전에 대한 연구를 발표하였다. 그동안 LTR을 갖고 있는 레트로바이러스 혹은 레트로트랜스포존의 eccDNA 형성은 LTR 말단 간에 상동재조합(Homologous recombination) 혹은 비상동말단연결(Non-homologous end joining)으로 이뤄진다고 추측되어왔는데, Zhang 교수는 스크리닝을 통해 이 가설을 뒤엎고, microhomology-mediated end joining에 의한 DNA repair가 LTR circle을 형성하는데 필수적인 기작이라는 것을 밝혔다. 뿐만 아니라, eccDNA 형성이 유전자 삽입에 있어 필요한 과정임을 증명하였다.

Kathleen Burns, Dana-Farber Cancer Institute
"LINE-1 expression and functional impact in cancers"
Burns 교수는 L1 레트로트랜스포존의 발현과 암세포에서 이들의 기능적 영향에 대해 발표하였다. L1의 ORF1p 단백질은 많은 암세포에서 바이오 마커로 확인되는데, 특히 precursor lesions에서 확인된다. 이를 바탕으로 암세포에서 새로운 L1 점핑이 증가한다는 것을 관찰하였다. 뿐만 아니라 L1이 세포의 성장을 방해하고, p53과 인터페론 반응을 활성화시킨다는 것을 밝혔다.

Oliver Weichenreider, Max Planck Institute for Biology
"Human LINE-1 endonuclease recognizes DNA structure rather than sequence"
Weichenreider 교수는 L1 ORF2p의 구조 연구를 수행하였다. 알파 폴드를 통해 ORF2p의 전체 구조를 확인하였고(https://alphafold.ebi.ac.uk/entry/O00370) 나아가 ORF2p의 endonuclease 기능이 역전사 및 삽입의 과정에서 어떻게 기여하는지 보여주었다.

Session #2 Awake for 25 years: The Awesome and Widespread Impact of Sleeping Beauty

Matthias Ochmann, Paul-Ehrlich-Institut
"Moving gene therapy forward - New hyperactive variant of Sleeping Beauty transposase overcomes overproduction inhibition"
Ochmann은 유전자 치료를 위한 Sleeping Beauty (SB)의 효소 활성 개발 연구를 발표하였다. 이들은 SB transposase의 개량을 통해 효율이 100배 높은 SB100X를 개발하였고, 실제로 임상 연구에 활용되는 조혈모세포(hematopoietic stem cell)나 자연살상세포(Natural Killer cell)에서 활용될 가능성을 보여주었다. 또한 알로스테릭 조절로 인한 과생산저해(overproduction inhibition) 효과도 이번에 개발한 SB transposase가 극복할 수 있음을 보여주어, 앞으로 치료제 개발에 적극 활용할 계획을 발표하였다.

David Largaespada, Center for Genome Engineering, University of Minnesota
"How Sleeping Beauty Supercharged Cancer Functional Genomics"
Largaespada 교수는 암 유전체학에서 어떻게 SB transposase가 활용될 수 있는지를 발표하였다. 이들은 SB를 이용한 정유전학(forward genetics) 접근법을 이용하여, 유전체 내에 무작위적인 삽입에 의한 돌연변이를 유도하는 모델을 in vivo 마우스로 구축하였다. 다양한 종류의 종양 모델과, 항암제 내성, 전이 모델에서 해당 접근법을 활용하고 있고, 이를 통해 구축한 타깃 유전자군과 종양 발생 기전과의 상관관계를 연구하고 있다.

Zsuzsanna Izsvak, Max Delbrück Center for Molecular Medicine, Berlin, Germany
"Replication stress stimulates Sleeping Beauty transposition"
Izsvak 교수는 복제 스트레스가 SB의 이동성을 촉진시킨다는 연구를 발표하였다. 이들은 SB의 자리바꿈(transposition) 기전에서, DNA break이 생기는 점에 착안하여, SB와 DNA damage repair 간의 어떤 상호작용이 있는지를 연구하였다. 이를 위해 SILAC 방식을 통한 질량 분석법을 활용하여, SB와 결합하는 DNA repair 단백질들을 후보로 동정하였다. 나아가 double strand break repair (DSBR) 단백질들이 SB의 자리바꿈 기전 시 필요로 한다는 것을 확인하였다. 특히 복제 스트레스 상황에서 발생하는 replication fork의 멈춤(stalling) 현상에서 SB가 이 신호를 감지하는데 이것이 DSBR 단백질들과의 결합을 이용하여 자리바꿈에 이용하는 것임을 제시하였다.

1.3. 6월 7일 주요 내용

Session #3 TEs, Genomes, and Tools

Arian Smit, Institute for Systems Biology
“Developments in Dfam, an Open Community Resource for Transposable Element Families, Sequence Models, and Genome Annotations”
Smit 교수는 Dfam의 개발자로 Transposable element (TE)와 DNA satellite families의 연구를 위한 open access database를 구축한 내용으로 발표하였다. Dfam은 TE의 alignments 기반으로 consensus 서열과 profile hidden Markov model (pHMMs)를 제공한다 2012년 처음 공개된 후로 지속적인 업데이트를 하고 있으며, 현재 240종의 포유류에서 732,000 개의 TE families 정보를 담고 있다.

Molly Hammel, Cold Spring Harbor
“A deep learning approach to ALS genomics reveals associations between genetic factors and
TE de-silencing in cortex”
Hammel 교수는 TDP-43에 의한 Transposable elements (TE) 억제 기작과 amyotrophic lateral sclerosis (ALS) 환자에게서 보이는 TE 과발현 현상에 대해 발표하였다. 대부분의 이동성 유전인자는 더 이상 이동하지 못한 채 불활성화된 “화석화” 상태로 남아있다. 세포 또한 이동성 유전인자를 제어하기 위해 다양한 기전을 갖고 있고, 대부분 후성유전학적(epigenetically) 혹은 전사 후(post-transcriptionally) 억제 기작이다. TDP-43의 TE 억제 기작도 이에 속하는데, 이 단백질은 이동성 유전인자의 RNA를 인지할 수 있고, 세포 내 이동성 유전인자의 발현 수준을 억제한다. TDP-43의 돌연변이는 ALS 환자에게서 빈번하게 관찰이 되기 때문에 Hammel 교수팀은 Deep learning 분석을 이용하여, ALS 환자 샘플을 발병 기전을 분석하였다. 총 세 개의 그룹; oxidative stress, microglial activation, TDP-43 돌연변이에 의한 TE de-silencing으로 분류하여 각각의 기전과 병증의 상관관계를 보여주었다.

Christine Beck, University of Connecticut Health Center & The Jackson Laboratory for Genomic Medicine
"Transposable element-mediated rearrangements are prevalent in mammalian genomes"
Beck 교수는 Transposable elements (TE)에 의한 DNA arrangements에 대한 연구를 발표하였다. Transposable element-mediated rearrangements (TEMRs)은 그 기전이나 유전적 다양성에 미치는 영향 측면에서 아직 연구가 부족한데, Beck 교수팀은 493개의 특이적인 TEMRs를 3개의 인간 유전체에서, 약 4000개의 TEMRs를 20개의 다른 마우스 유전체에서 발견하였다. TEMR은 genic loci에 많이 위치하고 있고, inversion breakpoints, triplications, other high copy number polymorphisms 등에 영향을 줄 가능성이 있기 때문에 앞으로 암세포의 바이오 마커 혹은 치료제 타깃으로 활용될 수 있다.

Travis Wheeler, University of Arizona
“TE hub: A community-oriented space for sharing and connecting tools, data, resources, and methods for transposable element annotation”
유전체 내의 Transposable elements (TE)는 반복 서열의 대부분을 차지한다. 따라서 반복 서열을 annotation 하는 데 있어 정확하고, 신뢰도 있는 방식이 필요하다. Wheeler 교수는 TE hub을 개발하였다. 여기에는 TE와 tandem repeats의 annotation tool, TE subfamily에 대한 동정 방식, 재조합이나 poly A insertion 등에 의한 annotation 에러 조정 등의 과정이 필요하였다. TE hub는 오픈액세스 데이터베이스이다(https://tehub.org/).

Session #4 Comparative Genomics and Evolution

David Ray, Texas Tech University
"SINE-based phylogenomics reveal extensive introgression and incomplete lineage sorting in myotis"
Ray 교수는 박쥐 종의 유전체 내 SINE insertions를 분석하여 11개 박쥐 종에 대한 계통분석학을 수행하였다. Vespertilionidae의 유전자 계통의 1/3이 전체 종 계통과 차이를 보이는 현 분류법에 대해 더 정확하게 분류를 할 수 있는 방식을 제시하였다. Ray 교수팀은 SINE insertion을 역으로 추적하는 방식을 사용해 Old World Myotis와 New World Myotis 간 종 분화와 진화적 연대를 분석하였다.

Annette Damert, German Primate Center, Leibniz Institute for Primate Research
"SVA elements have contributed to mobility of a core duplicon in great ape evolutionary history"
Damert 박사는 SVA 엘리먼트가 유인원의 진화 과정에서 Segmental duplication (SDs)의 core duplicon 이동성에 기여했다는 연구를 발표하였다. SDs는 유인원 유전체의 상당 부분을 차지하는데, 유전적 다양성을 유도하기 때문에 진화 연구에서 중요하다. SDs의 core duplicon인 lcr16a에 대한 연구에서 SVA 레트로트랜스포존의 삽입 지역이 아시아 및 아프리카 유인원에서 관찰되었고, 이에 대한 lineage 특이적 증폭을 확인할 수 있었다.

Xin Li, University of Rochester
"Structural variation hotspots and selection pressure to silence active transposons foster rapid piRNA evolution across amniotes"
Li 교수는 이동성 유전인자를 억제하는 piRNA의 진화 기전에 대해 발표하였다. piRNA는 생식세포에서 이동성 유전인자로부터 유전체를 보호하도록, 종 특이적인 진화과정을 거쳐왔다. Li 교수팀은 piRNA 유전체 위치에서 Structural Variation (SV) rate가 높게 관찰되는 것을 확인하고, 이것이 polymorphic piRNA repertoire를 형성하는데 중요하다는 것을 밝혔다. 또한 TE 억제에 대한 선택압이 작동하여, 억제력이 높은 piRNA는 비교적 보존이 잘되고, 그렇지 않은 piRNA에는 변이가 쉽게 쌓인다는 것을 발표하였다.

Session #5 TE/Host/Environment Evolution

Cedric Feschotte, Cornell University
"Fish hooked on transposons"
Feschotte 교수는 Transposable elements가 어떻게 숙주에 적응하고, 새롭게 적응해 나가는지에 대한 연구내용을 발표하였다. Endogenous retrovirus는 과거에 감염되어 숙주 유전체에 존재하게 된 retrovirus의 유전체다. 이들은 바이러스로서의 활성은 더 이상 나타나지 않지만, 숙주 세포에 적응하여 새로운 기능을 보여주기도 한다. Arc라는 유전자는 retrovirus의 Gag에 해당하는 데, 뉴런 세포에서의 synaptic plasticity와 기억 형성에 중요한 역할을 한다. 이들은 Gag의 기능을 일부 유지하여, mRNA를 캡시드 안에 실어 뉴런 간 이동을 촉진하는 역할을 한다. 이와 같은 Gag 유래 유전자는 Zebra fish의 bhikhari (bik) 유전자도 해당되며, mesoderm development에 중요한 역할을 한다.

Sofie Salama, University of California, Santa Cruz
"An evolutionary arms race with primate-specific LINE-1 elements drives ZNF649 evolution and impacts gene expression networks in early development”
Salama 박사는 Zinc finger proteins (ZNF)와 L1 레트로트랜스포존 간 진화적 경쟁에 대한 연구를 발표하였다. 숙주는 L1 레트로트랜스포존의 활성을 막기 위해 L1의 서열 특이적인 ZNF를 진화적으로 만들어 내게 된다. ZNF93은 이 중 하나로 진화적으로 어린 L1에 대한 특이성을 보인다. 그러나 ZNF93은 가장 높은 활성을 갖는 L1Hs나 L1PA2에 억제력이 없다. Salama 박사는 유인원 진화 과정에서 ZNF649 유전자에 돌연변이가 쌓이는 것을 확인하였고, 이는 ZNF93은 억제력을 갖지 못하는 L1PA2, L1Hs에 억제력을 갖는 특징을 밝혔다. 나아가 ZNF649의 발현을 억제시켰을 때, mesoderm 발달에 문제가 생기는 것을 확인하였다. 이는 진화적으로 어린 L1이 mesoderm 발달에 중요한 것을 암시한다.

John Moldovan, University of Michigan Medical School
"Identification of Alu retrotransposition host cell factors through the comparative analysis of Alu retrotransposition in different HeLa strains"
Moldovan 박사는 HeLa 세포주의 4개의 strain (HA, CCL2, JVM, H1)을 이용하여 L1과 Alu retrotransposon의 활성 차이를 연구하였다. 4개의 모든 strain에서 L1의 이동성은 관찰되었지만, Alu는 오직 HA와 CCL2 strain에서만 확인되었다. 이를 바탕으로 각 HeLa 세포주 strain별 특이적인 factor를 동정하기 위한 연구를 진행하고 있다.

1.4. 6월 8일 주요 내용

Session #6 To express or Not to Express? TEs and Epigenetics

Gael Cristofari, Institute for Research on Cancer and Aging of Nice
"Resolving the heterogeneity of L1 DNA methylation reveals widespread epivariation and interplay between L1s and their integration sites"
Cristofari 교수는 short read/long read 서열 분석법을 이용하여, 유전체 내에 존재하는 full-length L1 레트로트랜스포존의 DNA 메틸화 정도를 분석하였다. L1의 promoter는 CpG dinucleotide 비율이 높기 때문에 DNA 메틸화는 L1 발현 억제와 연관되어 있다. L1의 메틸화 정도는 세포 유형 별, L1의 family 별, 그리고 유전체 위치에 따라 개별적으로 다양하다. 또한 어떤 전사인자(transcription factor)가 작용하는가에 따라 L1 promoter 지역의 DNA 메틸화가 조절될 수 있음을 보여주었다.

John LaCava, European Research Institute for the Biology of Ageing, Groningen
"Protein and RNA interactomes of endogenous line-1 macromolecules"
LaCava 교수는 L1 Ribnonucleoprotein (RNP) 복합체의 interactome에 대한 연구 결과를 발표하였다. 특히 endogenous L1 ORF2p의 발현에 대해 중점으로 다루었다. L1 mRNA는 두 개의 ORF를 가지고 있고, nucleic acid chaperone 역할의 ORF1과 endonuclease/reverse transcriptase 기능의 ORF2를 bicistronic 형태로 지닌다. ORF1의 경우 일반적인 단백질 번역 절차를 거쳐 단백질이 생성되지만, ORF2의 경우 Unconventional translation이 이루어지기 때문에 발현이 극히 낮아 관찰이 어렵다. LaCava 교수팀은 이 ORF2p에 대한 정량적 분석을 진행하여, endogenous L1 RNP 복합체의 ORF1 : ORF2p 비율에 대한 추론적 계산 및 가설을 보여주었다.

Marco Trizino, Thomas Jefferson University
"Mechanisms of SVA co-option as cis-regulatory elements in pluripotency and early development"
Transposable elements (TE)는 Cis regulatory elements로 기능하는 것이 잘 알려져 있다. SVA 레트로엘리먼트는 TE 중 진화적으로 가장 어린 축에 속하기 때문에, 인간 SVA 중 절반이 종 특이적으로 인간 유전체에만 존재한다. Trizino 교수는 인간 유전자 조절에 이와 같은 SVA 레트로엘리먼트가 어떻게 cis regulatory elements로 기능하는지 알아보기 위해 인간과 침팬지 iPSC를 이용하였다. 인간, 침팬지의 iPSC를 hippocampal intermediate progenitor cells로 분화시킨 후 전사체(transcriptome) 분석을 하였는데, 인간/침팬지 간 전사체 차이의 25%가 종 특이적인 SVA에 영향을 받는다는 것을 확인하였다.

Session #7 TEs, Aging, and Disease

Vera Gorbunova, Rochester Aging Research Center, University of Rochester
“The role of retrotransposable elements in aging and age-associated diseases”
Gorbunova 교수는 세포 노화 시 L1 레트로트랜스포존의 기능을 발표하였다. SIRT6는 노화와 관련 있는 epigenetic regulator인데, SIRT6 낙아웃 마우스는 조기 노화 현상을 보인다. SIRT6는 L1 레트로트랜스포존의 발현을 heterochromatin을 만들어 억제시킨다. 그런데 SIRT6 낙아웃 시에는 L1의 발현이 증가되며, L1의 역전사 생산물인 cDNA가 세포질에 축적된다. 이는 cGAS-STING DNA 감지 경로를 통해 Type 1 인터페론의 반응을 활성화시켜, 과도한 면역반응을 일으키게 된다. 이때 L1의 역전사를 방해하는 NRTI (Nucleoside Reverse Transcriptase Inhibitor)를 처리하는 실험을 통해, 면역반응 완화와 SIRT6 낙아웃 쥐에서 보이는 노화 증상의 완화를 관찰했다.

Alice Lee, Boston Children's Hospital
"Discovery and correction of splice-altering retroelement insertions in genetic diseases"
Lee 교수는 transposable element insertion (TEI)에 의한 유전 질환 발병에 대한 연구를 발표했다. Ataxia Telangiectasia (A-T) 질환은 DNA repair 단백질로도 잘 알려진 ATM의 돌연변이와 상관관계가 있다는 것이 잘 알려져 있다. Lee 교수팀은 A-T 질환을 지닌 235명의 어린이 환자들의 whole genome sequencing 분석을 진행했고, 약 6%인 14명의 환자에서 ATM intron에 TEI가 일어났다는 것을 관찰했다. 이 중 세 명의 경우, Alu insertion에 의한 exon skipping이 발생하여 ATM의 기능이 망가져 있었고, 한 명의 경우, pseudogene insertion에 의해 stop codon이 형성되어 ATM 생성에 있어 premature termination이 발생한 경우였다. Lee 교수팀은 anti-sense oligo (ASO) therapy를 통해 각각의 TEI가 splicing에 영향을 주는 것을 막아주는 치료법을 고안하고 있다.

Atma Ivancevic, University of Colorado Boulder
“Endogenous retroviruses mediate transcriptional rewiring in response to oncogenic signaling in colorectal cancer”
Ivancevic 박사는 endogenous retrovirus의 enhancer로서 유전자 조절 기능에 대한 연구를 대장암 모델을 활용하여 진행했다. 대장암과 몇몇 epithelial tumor에서 oncogenic MAPK/AP1 신호 전달은 primate 특이적인 ERV, LTR10에 의한 유전자 활성을 보인다. Ivancevic 박사는 전사체 분석을 통해 LTR10에 의존적인 암 유발 유전자인 ATG12와 XRCC4를 찾아냈고, 나아가 MAPK 신호전달과의 연관성도 확인하였다. 추가적으로 LTR10 enhancer의 AP-1 전사인자와의 결합도 확인하였다. 이를 통해 암에서 ERV에 의한 transcription rewiring을 관찰하였다.

1.5. 6월 9일 주요 내용

Session #8 Model Systems to Study TEs and Age-Related Diseases

Steve Austad, University of Alabama Birmingham
"Sex differences in aging and disease: a role for transposable elements?"
Austad 교수는 노화에 있어 남성과 여성 간의 차이와 이에 대한 Transposable elements (TE)의 역할에 대해 발표하였다. 인간의 경우 환경이나, 시대를 불문하고 여성의 수명이 남성의 수명보다 길다. Austad 교수는 이를 세 가지 가설로 설명하는데, 그중 첫 번째는 X 염색체에 따른 heterogametic sex이다. 실제로 Non-recombining chromosome은 TE의 축적에 취약한데, 이렇게 TE가 쌓여 Y 염색체를 통한 질환이 생길 수 있다는 가설이다. 두 번째로 mitochondrial compatibility이다. Austad 교수는 성 호르몬에 의한 mitochondria 기능 조절이 세포 내 ROS 축적을 남성에서 더 높게 만들게 한다고 주장했다. 실제로 쥐에 항산화제를 투약하여, 수명을 늘리는 실험을 했을 때, 암컷은 효과가 없었지만, 수컷에서 크게 나타났다. 세 번째 가설은 성에 따른 TE 활성도의 차이이다. 남성의 Y 염색체에는 TE가 많이 축적되어 있는데, 달리 말하면 특정 상황에서는 TE의 발현 및 활성이 Y 염색체를 통해 나타날 수 있다. Austad 교수는 이렇게 발현된 TE가 세포의 유전체 불안정성을 야기하게 되고, 결국 노화를 촉진하게 된다고 주장했다.

Jean-David Larouche, Université de Montréal
"Transposable elements have distinct expression profiles in antigen-presenting cells of the thymus"
암세포에서의 Transposable elements (TE) 과발현은 TE-derived peptides의 MHC 1 항원 제시와 관련 있다. T 세포 tolerance 측면에서, TE 항원에 대한 반응성 유무는 아직 논쟁적 주제다. Larouche 박사는 이를 밝히기 위해 T 세포 maturation이 일어나는 thymus에서 antigen presenting cell (APC)의 TE 발현 여부를 관찰하고, peptide 제시에 기여하는지 연구했다. Thymus에서 T cell tolerance에 관여하는 APC는 주로 medullary thymic epithelial cells (mTEC)와 dendritic cells (DC)이다. Single cell RNA sequencing 결과, mTEC과 DC 모두 TE 발현을 보여주었지만, 두 세포는 서로 다른 subset의 TE 발현을 보였고, TE를 발현하는 세포의 비율적인 면에서도 차이가 있었다. 이를 통해 두 종류의 APC에서 non-redundant TE 발현이 T cell self-tolerance에 기여할 수 있음을 추론할 수 있었다.

Gerald Schuman, Paul Ehrlich Institute
"Alu complementary DNA is enriched in atrophic macular degeneration and triggers retinal pigmented epithelium toxicity via cytosolic innate immunity"
Geographic atrophy (GA)는 시력이 감퇴하고, retinal pigment epithelium (RPE) 세포가 죽는 age-related macular degeneration (AMD)의 치료할 수 없는 수준의 상태이다. Schuman 교수는 RPE 세포에 Alu RNA의 축적이 GA의 병증 유발과 관련 있다는 연구를 발표했다. 인간 GA RPE 세포에서 L1 mRNA와 Alu cDNA의 높은 발현 수준을 확인했고, 나아가 DNA 감지 단백질인 cGAS가 Alu cDNA를 인지하여 면역반응을 활성화시키는 것도 관찰했다. 뿐만 아니라, 역전사 효소 저해제인 NRTI가 Alu cDNA 합성을 억제시켜 RPE 세포의 GA 병증에 대한 효과가 있음을 보았다.

Ricky Padillla-del Valle, University of Washington & Pacific Northwest Research Institute
"Young and Hot L1s in the human genome evade host restriction factor TEX19 suggesting L1s evolved via escape”
Valle은 진화적으로 L1 레트로트랜스포존이 숙주의 억제를 어떻게 회피하고 진화해왔는지에 대해 발표하였다. 이를 위해 Valle은 30 여개의 진화적으로 젊고, 활성이 강한 L1에 대한 retrotransposition reporter construct를 만들어, firefly luciferase를 통해 정량적으로 비교 분석했다. TEX19은 L1 ORF1p에 대한 proteasome 의존적인 분해를 유도하는 L1의 저해 인자이다. 이와 같은 TEX19의 유무에 따라 firefly luciferase L1 retrotransposition assay를 진행했을 때, L1 진화적 연대기에 따라 그 활성이 비례하는 것을 관찰했다. 나아가 L1에 대한 TEX19에 대한 진화 과정 또한 앞으로의 연구에서 추적할 계획이다.

Wengeng An, South Dakota State University
"Investigating mouse L1 promoter activities in vitro and in vivo"
An 교수는 L1 레트로트랜스포존의 in vivo 기능 연구를 위해 mouse 특이적인 L1 subfamily에 대한 연구를 하고 있다. An 교수는 이번 연구에서 각각의 mouse 특이적인 L1 subfamily들의 promoter를 cloning 한 후, luciferase reporter를 이용해 promoter 활성도를 측정하였다. Mouse L1 promoter는 monomers와 tethers로 이루어져 있는데 이들이 개별적으로 promoter activity에 영향을 주는 것을 관찰했다.

Session #9 TE-induced variations/Population Genomics

Julius Judd, Cornell University
"SARS-CoV2 accessory protein ORF3a upregulates young LINE1 elements by interfering with a zinc-finger protein associated with a novel chromatin repressive complex"
Judd는 SARS-CoV2 감염 상황에서 L1 레트로트랜스포존의 발현 증가에 대해 발표하였다. SARS-CoV2의 accessory 단백질인 ORF3a가 인간 zinc finger 단백질인 ZNF579와 결합하는 것을 확인하였다. ZNF579의 Chromatin Immunoprecipitation sequencing (ChIP-seq) 분석을 했을 때, L1 레트로트랜스포존의 promoter 지역이 높게 관찰되는 것을 보았다. 결국 SARS-CoV2에 의한 L1 레트로트랜스포존의 발현 조절 여부를 확인하였고 이를 통해 Transposable elements와 COVID-19간 인과관계에 대해 추론하였다.

Irina Arkhipova, Marine Biological Laboratory
"Bacterial N4-methylcytosine as an epigenetic mark in eukaryotic DNA"
DNA modification은 유전자 발현 조절과 외부 DNA 침입에 대한 방어 기제로 사용된다. 진핵생물에서는 epigenetic mark로 주로 C5-methylcytosine (5mC), N6-methyladenine (6mA)를 사용하지만, 박테리아에서는 N4-methylcytosine (4mC)를 사용한다. Arkhipova 교수는 이번 발표를 통해 N4-methylcytosine (4mC)가 진핵생물에서도 epigenetic mark로 사용될 수 있음을 보여주었다. 그 예로 Bdelloid rotifers는 진핵생물이지만 C5-methyltransferases가 없고, 대신 bacteria에서 기인한 amino-methyltransferase, N4CMT를 갖고 있었다. N4CMT는 Bdelloid rotifers의 transposon 지역에 4mC를 붙여 발현을 억제하였다. 이를 통해 non-native DNA 메틸화가 eukaryote의 TE 발현을 조절하는 epigenetic mark로 사용될 수 있음을 발표하였다.

Pedro Galante, Hospital Sirio Libanes
"mRNA retrotransposition: a driving force generating genetic novelties in the human genome"
L1 레트로트랜스포존은 자신의 유전자만 끼워 넣지 않고, Alu 등의 SINE element나 mRNA에 대해서도 retrotransposition을 시킨다. 이와 같이 mRNA에 대해 retrotransposition이 일어나 pseudogene을 만든 것을 retrocopy라고 하며, 인간 유전체의 다양성에 중요한 역할을 한다. Galante 교수는 32개의 인간 조직을 분석한 결과 대략 4000개의 retrocopy를 찾아냈고, 이 중 40%가 intron 지역에 있는 것을 확인하였다. 뿐만 아니라 인간 microRNA의 17 종이 mRNA retrocopy에서 발생하는 것으로 확인하였다. 이밖에도 대장암 환자의 유전체에서 retrocopy가 structural variation의 요인이 되는 것도 관찰하였다. 이를 통해 Galante 교수는 인간 유전체 내의 retrocopy mRNA에 대해 조명하고, 이들의 진화적 혹은 질병에서의 기능에 대해 추론하였다.
 


2. 총평

이번 학회는 점점 새롭게 성장해나가는 전이성 유전인자(Transposon) 필드에 대해 다양한 분야의 과학자들이 모여 서로의 연구 내용을 공유하고 열띤 토론을 벌이는 자리였다. 특히 LINE-1 레트로트랜스포존에 의한 유전자 전이에 대해 암이나 노화, 유전병 등의 다양한 질환 모델로의 접근법을 새롭게 제시되었고, 유전체 속 레트로 엘리먼트의 Cis-element로서의 기능에 대한 여러 가설과 연구도 눈에 띄었다. Sleeping Beauty transposase의 개발 및 치료제로서 응용법에 대해서도 흥미로운 토론의 장이 마련되었다. 아직 한국에서는 주목받지 못하는 분야여서 한국 기관 참가자로는 필자가 유일했고, 한국인으로 범위를 넓혀도 Alice Eunjung Lee 교수님까지 두 명이었다.
 

2022 FASEB The Mobile DNA Conference:
Evolution, Diversity, and Impact 참관기

학회장 모습. 참가자들이 연구 내용을 공유하고 토론하는 장이었다.

 

2022 FASEB The Mobile DNA Conference:
Evolution, Diversity, and Impact 참관기

학회장 옆 말라하이드 해변. 학회 일정이 끝나고 저녁 10시쯤 되면 해가 졌다.
붉게 물든 노을과 말라하이드 마을의 모습이 아름다웠다.

 

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황성연(2022). 2022 FASEB The Mobile DNA Conference: Evolution, Diversity, and Impact 참관기. BRIC View 2022-C04. Available from https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=report&id=4179 (Jul 01, 2022)
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