저희 연구실은 미국 Stanford 대학교 School of Medicine, Department of Dermatology에 소속되어 있습니다. 현재 8개의 NIH Center of Excellence in Genomic Science 중 하나인 Stanford Center for Personal Dynamic Regulomes 의 연구를 이끌어 가고 있고, 최근 HHMI 연구실로 선정되었습니다. 연구실은 2007년 ENCODE 프로젝트의 초기 연구 결과에서 발견된, 단백질을 만들지 않는 non-coding RNA가 생리학적인 기능을 가지고 있다는 것을 밝혀내면서 성장했습니다. 이 후 다양한non-coding RNA 의 발현 조절 기작 및 기능 연구 등을 통해 non-coding RNA가 유전자 발현에 있어 chromatin-protein작용에 중요한 역할을 하는 것이 밝혀지면서 지놈 수준의 유전자 발현 조절 기작과 질병의 관계 등으로 연구 방향을 확대해 가고 있으며, ATAC-seq 이나 HiChIP과 같은 연구 기법 개발도 활발히 진행하고 있습니다. Howard Chang 의 대표적인 논문을 소개해 드립니다.

JL Rinn et al. Functional demarcation of active and silent chromatin domains in human HOX loci by noncoding RNAs. Cell 129, 1311-1323 (2007).

RA Gupta et al. Long non-coding RNA HOTAIR reprograms chromatin state to promote cancer metastasis. Nature 464, 1071-1076 (2010).

JD Buenrostro, et al. Transposition of native chromatin for fast and sensitive epigenomic profiling of open chromatin, DNA-binding proteins and nucleosome position. Nature Methods 10, 1213-1218 (2013).

유전자 또는 유전체의 기능을 연구하는데 있어 loss-of-function 연구는 빠질 수 없는 핵심 기법 입니다. 최근에 개발된 크리스퍼를 이용한 돌연변이 유도를 통한 연구 이외에도 크리스퍼를 이용한 유전자 발현의 조절을 통해 질병과 관련된 유전자의 돌연변이 혹은 유전자 발현을 연구하고 있으며 이를 위해 다양한 기법들을 이용해 유전자 발현 조절 기작을 연구하고 있습니다. 특히 non-coding RNA 유전자가 유전체의 발현 조절에 중요한 역할을 하고 있어서 non-coding RNA를 중심으로 질병과 관련된 non-coding RNA 유전자를 찾고, 이와 관련된 유전체 조절 기작을 연구하고 있습니다. 세부적은 연구 분야 및 대표 연구 실적으로는,

1) 크리스퍼를 이용한 유전체교정 기법 및 응용 기술 연구
SW Cho, et al. Targeted genome engineering in human cells with the Cas9 RNA-guided endonuclease. Nature Biotechnology 31, 230-232 (2013).

SW Cho, et al. Heritable gene knockout in Caenorhabditis elegans by direct injection of Cas9-sgRNA ribonucleoproteins. Genetics 195, 1177-1180 (2014).

SW Cho, et al. Analysis of off-target effects of CRISPR/Cas-derived RNA-guided endonucleases and nickases. Genome Research 24, 132-141 (2014).

S Kim, et al. Highly efficient RNA-guided genome editing in human cells via delivery of purified Cas9 ribonucleoproteins. Genome Research 24, 1012-1019 (2014).

JW Woo, et al. DNA-free genome editing in plants with preassembled CRISPR-Cas9 ribonucleoproteins. Nature Biotechnology 33, 1162-1164 (2015).

2) 유전체 기능 및 유전자 발현 조절 연구
SW Cho, et al. Promoter of lncRNA gene PVT1 is a tumor suppressor DNA boundary element. Cell, doi: 10.1016/j.cell.2018.03.068 (2018).

SJ Liu, et al. CRISPRi-based genome-scale identification of functional long noncoding RNA loci in human cells. Science 355 (2017).

MR Mumbach, et al. Enhancer connectome in primary human cells identifies target genes of disease-associated DNA elements. Nature Genetics 49, 1602-1612 (2017).

최근에 발전된 high-throughput 기술은 크리스퍼를 이용한 새로운 연구를 가능하게 합니다. 유전자를 무작위로 변형시켜 표현 형질로부터 유전자를 힘들게 찾아가던 방식의 연구에서 이제 유전자를 선택적으로 선정하여 표현 형질과 관련된 유전자를 보다 효과적으로 찾을 수 있습니다. 인간 세포에서 발현되는 long non-coding RNA 를 대상으로 수행한 연구에서 우리는 암유전자로 알려진 PVT1이 암억제 기능이 있을 수도 있다는 것을 의미하는 결과를 얻었습니다. 크리스퍼 외에 다양한 기법들 - RNA-seq, ATAC-seq, ChIP-seq, HiChIP등을 이용하여 포괄적으로 유전자 발현을 연구하였고, developmental monoallelic expression model 과 암 환자 데이타베이스 등을 통해 실제로 PVT1 프로모터가 다른 암유전자와 경쟁적으로 활성화되어 암 억제 기능을 한다는 것을 보였습니다. 이것은 이미 알려진 몇몇 다른 long non-coding RNA처럼 PVT1 RNA와 RNA가 발현되는 DNA가 서로 상반된 역할을 함으로서 중요한 유전자의 활성을 일정 수준으로 유지하기 위한 기작으로 생각됩니다.

현재 연구실은 15 명의 박사 후 연구원과 5명의 테크니션, 7명의 대학원생으로 구성되어 있습니다. 특히 박사 후 연구원의 경우 5명의 생물정보학 전공자를 포함하여 다양한 전공의 Ph.D., 또는M.D./Ph.D. 전문가들로 구성되어 있어 각자 자기 전공과 관련된 연구 및 공동 연구 및 토론을 활발하게 하고 있습니다. Stanford 병원이 바로 옆에 있고 환자 샘플을 이용한 연구에 적극적인 분위기 때문에 임상관련 연구도 활발히 하는 편이고, Stanford 에 있는 세계적인 과학자들과의 공동 연구, 실리콘밸리의 벤쳐 기업들과의 공동 연구로 아직 시장에 널리 알려지지 않은 최신 기법들을 이용한 연구도 적극적으로 진행하고 있습니다. 기술개발 및 연구의 아이디어만 있다면 무엇이든 시도 해 볼 수 있고 Howard역시 구성원 개인의 창의적인 연구를 적극적으로 장려하고 지원해 주는 분위기입니다.