Molecular Cell Biology Lab
의약생명과학과
안성훈
분자세포생물학 연구실은 진핵생물에서 유전자 발현의 정밀한 조절 메커니즘을 분자적, 후성유전학적 관점에서 심층적으로 연구하고 있습니다. 특히, 히스톤의 다양한 변형(메틸화, 유비퀴틴화, 아세틸화 등)과 RNA 중합효소 II의 C-말단 도메인(CTD) 인산화가 유전자 전사, mRNA 가공 및 수출, 그리고 세포의 수명 조절에 미치는 영향을 중점적으로 탐구하고 있습니다.
연구실은 효모 등 모델 생물을 활용하여 히스톤 변형과 CTD 코드가 텔로미어 이질염색질 침묵, 노화 관련 유전자 발현, DNA 안정성 유지 등 다양한 세포 현상에 어떻게 관여하는지 규명하고 있습니다. 또한, SAGA, TREX, TREX-2 등 전사 및 mRNA 수출 복합체의 기능과 이들의 결함이 세포 노화, 성장 저해, 신경퇴행성 질환 등과 어떤 연관성이 있는지 분자 수준에서 밝히고 있습니다.
최근에는 후성유전적 조절이 세포 내 대사 항상성, 특히 분지아미노산(BCAA) 대사 및 TORC1 신호전달과 어떻게 연계되어 수명과 건강에 영향을 미치는지에 대한 연구도 활발히 진행하고 있습니다. 이를 통해 후성유전학이 대사질환, 노화, 암, 신경질환 등 다양한 질환의 분자적 기전과 치료 타겟 발굴에 중요한 역할을 할 수 있음을 제시하고 있습니다.
아울러, 히스톤 변이체를 이용한 저온 내성 효모 개발, 히스톤 탈아세틸화효소 억제제의 항암 및 항우울 효과 등 응용 연구도 병행하고 있어, 기초와 응용을 아우르는 융합적 연구 역량을 갖추고 있습니다. 이러한 연구 성과는 국내외 저명 학술지에 다수 게재되고 있으며, 다양한 정부 및 산업체 연구과제와 특허 출원 등으로 이어지고 있습니다.
분자세포생물학 연구실은 앞으로도 유전자 발현과 세포수명, 노화, 질병의 분자적 연결고리를 밝히고, 이를 기반으로 한 혁신적 치료 전략 개발에 앞장설 것입니다.
Histone Modification
mRNA Export
mRNA export
히스톤 및 CTD 코드에 의한 세포수명 조절
우리 연구실은 히스톤 변형과 RNA 중합효소 II의 C-말단 도메인(CTD) 코드가 세포 내 유전자 발현과 수명 조절에 미치는 영향을 심층적으로 연구하고 있습니다. 히스톤의 메틸화, 유비퀴틴화, 아세틸화 등 다양한 후성유전적 변형이 유전자 발현의 정밀한 조절에 관여하며, 이러한 변형이 RNA 중합효소 II의 CTD 인산화와 상호작용하여 세포의 노화와 수명에 중요한 역할을 한다는 사실을 밝혀내고 있습니다.
특히, 히스톤 H3의 특정 라이신 잔기(예: K4, K36, K79)의 메틸화와 H2B의 유비퀴틴화가 텔로미어 근처 이질염색질의 침묵과 노화 관련 유전자 발현에 어떻게 영향을 미치는지 규명하고 있습니다. 또한, RNA 중합효소 II의 CTD 인산화 패턴이 전사와 3’ 말단 가공, mRNA 수출 등 다양한 유전자 발현 단계와 연계되어 있음을 다양한 모델 생물(효모 등)을 통해 실험적으로 검증하고 있습니다.
이러한 연구는 세포 내 후성유전적 신호가 어떻게 통합적으로 해석되어 세포의 수명과 노화에 영향을 미치는지에 대한 새로운 이해를 제공하며, 장기적으로는 노화 관련 질환의 예방 및 치료 전략 개발에 기초 자료를 제공할 수 있습니다.
mRNA 수출 및 노화 조절 메커니즘
유전자 전사 이후의 핵 내 mRNA 수출 과정과 그 조절 메커니즘 역시 연구실의 핵심 연구 분야입니다. TREX, TREX-2, SAGA 복합체 등 다양한 단백질 복합체가 전사와 mRNA 가공, 수출에 어떻게 관여하는지, 그리고 이 과정의 이상이 세포 노화와 수명 단축에 어떤 영향을 미치는지 다각도로 분석하고 있습니다.
예를 들어, Sus1, Spt7, Tho2와 같은 단백질이 mRNA의 핵 내 수출을 조절하며, 이들의 결함이 mRNA의 비정상적 축적, 성장 저해, 수명 단축 등으로 이어진다는 사실을 규명하였습니다. 또한, Nrd1과 같은 전사 조절 인자가 노화 관련 유전자 발현에 미치는 영향과, Tho2 결손 시 Nrd1의 크로마틴 결합 증가가 노화 촉진에 어떻게 작용하는지에 대한 분자적 메커니즘을 밝히고 있습니다.
이러한 연구는 mRNA 수출과 노화의 연관성을 분자 수준에서 규명함으로써, 노화 및 신경퇴행성 질환 등 다양한 질환의 원인 규명과 치료 타겟 발굴에 중요한 기초를 마련하고 있습니다.
후성유전적 조절과 대사 항상성 및 질병
본 연구실은 후성유전적 조절이 세포 내 대사 항상성 유지와 질병 발생에 미치는 영향에도 주목하고 있습니다. 히스톤 변형이 분지아미노산(BCAA) 대사, TORC1 신호전달 등 대사 경로와 어떻게 연계되어 세포의 수명과 건강에 영향을 주는지 다양한 유전학적, 생화학적 접근법을 통해 연구하고 있습니다.
최근 연구에서는 히스톤 H3의 특정 잔기 변이가 BCAA 대사 유전자 발현과 대사 항상성, 그리고 수명에 미치는 영향을 규명하였으며, 이러한 후성유전적 조절이 대사질환 및 노화 관련 질환의 분자적 기전과도 밀접하게 연결되어 있음을 밝혔습니다. 또한, 히스톤 탈아세틸화효소(HDAC) 억제제의 항우울 효과, 암세포 성장 억제 등 후성유전적 조절이 다양한 질환의 진단 및 치료에 응용될 수 있음을 다각적으로 탐구하고 있습니다.
이러한 연구는 후성유전학이 단순히 유전자 발현 조절을 넘어서, 세포의 대사, 신호전달, 질병 발생 등 생명현상의 다양한 측면과 밀접하게 연결되어 있음을 보여주며, 맞춤형 치료제 개발 등 미래 의생명과학의 발전에 중요한 기여를 할 것으로 기대됩니다.
1
Directed RNase H Cleavage of Nascent Transcripts Causes Transcription Termination
Lai, F., Damle, S., Ling, K., Rigo, F.
Molecular Cell, 2020
2
DAF-16/FOXO requires Protein Phosphatase 4 to initiate transcription of stress resistance and longevity promoting genes
Sen, I., Zhou, X., Chernobrovkin, A., Puerta-Cavanzo, N., Kanno, T., Salignon, J., Stoehr, A., Lin, X., Baskaner, B., Brandenburg, S., Björkegren, C., Zubarev, R., Riedel, C.
Nature Communications, 2020
3
Antisense-Mediated Transcript Knockdown Triggers Premature Transcription Termination
Lee, J., Mendell, J.
Molecular Cell, 2020
1
2012 중견연구자 핵심 추가 (개인) / 한국연구재단
2
2011 선도연구센터지원사업 이공학분야(SRC) / 한국연구재단
3
2011 일반연구자 모험 (개인) / 한국연구재단
