[국내연구팀 소개] 김학균 교수/post-transcription과 translation 단계에서의 유전자 조절 기전 연구팀 중앙대학교 생명과학과
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post-transcription과 translation 단계에서의 유전자 조절 기전 연구팀
총괄연구책임자: 중앙대학교 생명과학과 김학균 교수
연구실 소개
- 본 연구실은 중앙대학교 생명과학과 소속으로 주요 연구 관심사는 post-transcription과 translation 단계에서의 유전자 조절 기전입니다. 여러 기전 중에 전체 RNA의 98%를 차지하 는 non-coding RNA (ncRNA)에 의한 유전자 조절 기작을 규명하고 연구를 통해 밝혀진 ncRNA 및 기작을 중심으로 암치료와 관련된 연구를 수행하고 있습니다. 현재 연구에 집중하 고 있는 ncRNA는 tRNA-derived small RNA (tsRNA)입니다.
tsRNA는 단백질 합성에 꼭 필요한 ncRNA인 tRNA로부터 ribonuclease에 의한 cleavage에 의해 그림 1과 같이 여러 타입이 생성되는 것으로 알려져 있으며 다양한 암과 신 경질환 질병과 깊은 관계가 있는 것으로 보고되고 있지만 생성과정과 기작에 대해서는 알려진 바가 많지 않아 앞으로 더 많은 연구가 필요합니다.
그림 1. tsRNA 종류와 알려진 생성기작
우리 랩에서는 그림 2과 같은 목표를 가지고 연구를 진행하고 있으며 현재 진행하는 주제 는 다음과 같습니다.
1. 22nt tsRNA에 의한 mRNA secondary structure 조절 기전 연구
2. tsRNA sequencing 방법 개발
3. 25-27nt tsRNA에 의한 translational regulation 조절 기전 연구
그림 2. tsRNA 연구 모식도
연구내용
- 1. 22nt tsRNA의 mRNA secondary structure 조절 기전 연구
- Leu(CAG)-tRNA의 3‘ 끝에서 생성되는 22nt tsRNA (LeuCAG3’tsRNA)는 ribosome biogenesis를 조절하여 세포 생장에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다. 그 기작으 로는 LeuCAG3’tsRNA가 ribosome biogenesis에서 중요한 역할을 하는 ribosomal protein S28 mRNA의 double-stranded target sequence를 single-strand로 바꾸어서 ribosomal protein S28 mRNA의 translation을 용이하게 만들어 준다고 밝혀져 있습니다 (그림 3). 하 지만, target mRNA의 이차구조를 바꾸는 자세한 기작에 대해서는 아직까지의 연구가 미비하 기에 본 연구실에서는 다양한 NGS 방법을 이용하여 tsRNA에 의한 mRNA의 이차구조변환을 연구하고자 합니다.
그림 3. tsRNA에 의한 ribosome biogenesis
- 2. 다양한 질병에서의 tsRNA를 연구하기 위해 tsRNA sequencing 방법 확립
- 최근 연구들은 tRNA로 부터 cleavage된 tsRNA가 다양한 암과 질환들에서 관련이 있으 며, 이러한 tsRNA가 생물학적 표지 (biomarker)로 이용될 수 있는 가능성 등이 보고되고 있 습니다. 이와 같은 tsRNA의 연구를 위해, 차세대염기서열분석법 (NGS)을 기반으로 한 실험이 중요하지만, 그 중요성에 비해 분석에 있어 여러가지 한계점이 존재합니다. 특히나 mature-tRNA에서 cleavage된 tsRNA는 post-transcriptional modification (PTM)을 굉장 히 많이 가지고 있기 때문에 NGS 분석을 수행하는데 있어 방해물이 됩니다. 본 연구실은 이 러한 방해물들을 극복하기 위해 tsRNA에 특이적인 sequencing method를 개발하는 연구를 진행하고 있습니다. Method 확립을 통해 tsRNA의 연구속도와 정확성을 높이고, 추가적인 연 구 진행에 기반을 다질 수 있다고 기대하고 있습니다. 또한 연구실은 tsRNA의 생물 정보학 분석 (bioinformatics analysis) 을 용이하게 하기 위한 플랫폼과 패키지 개발도 동시에 진행 하고 있습니다.
그림 4. NGS-based tRNA-derived small RNA 분석 모식도
- 3. 25-27nt tsRNA의 translation enhacing mechanism 연구
- 본 연구실에서는 기존에 알려지지 않은 새로운 타입의 25-27 nt tsRNA가 lung cancer에 서 매우 높은 발현을 보이고 있음을 발견하였고 또한 이 새로운 타입의 tsRNA가 mRNA의 이차구조를 바꾸어 translation을 향상시키는 tsRNA와는 다른 기작으로 target mRNA translation을 향상시키는 유전자조절기전을 가지고 있음을 연구를 통해 알게되었습니다. 현 재 그 자세한 기전에 대한 연구를 진행 중에 있습니다.
연구책임자 및 연구실 정보
- - 소속: 중앙대학교 생명과학과
- 이메일: hakyun@cau.ac.kr
- 이력- (2019-current) Assistant Professor, Department of Life Science, Chung-Ang University
- (2012-2019) Research Scientist, Stanford University School of Medicine
- (2007-2012) Postdoctoral Researcher, StanfordUniversity School of Medicine
- (2006-2007) Postdoctoral Researcher, Universityof Virginia School of Medicine
- (2005-2011) M.S.-Ph.D., Interdisciplinary Graduate Program in Genetic Engineering, Seoul National University
- (2001-2005) B.S., Department of Biochemistry, Yonsei University
- 연구책임자: 김학균
- 석박사 통합과정: 박준형, 이새별
그림 5. 실험실 멤버. 왼쪽에서부터 박준형, 김학균, 이새별