중국과학원 상하이(上海) 생명과학 연구원 산하 생물화학 및 세포 생물학 연구소 천링링(陳玲玲) 연구원 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 ADAR1이 인간 배아 줄기 세포의 신경 분화를 조정 제어하는 신 메커니즘 연구에서 혁신적인 성과를 취득하여 이슈가 되고 있다. 연구팀의 관련 연구 성과는 ‘ADAR1 is required for differentiation and neural induction by regulating microRNA processing in a catalytically independent manner’라는 테마의 논문으로 정리되어 지난 2월 24일 국제 학술지인 ‘세포 연구(Cell Research)’에 발표되었다.
연구팀은 이번 연구를 통해 RNA 편집 수정 효소인 ADAR1을 RNA 결합 단백질이 miRNA를 조정 제어한다는 점을 발견하고 해석하였을 뿐만 아니라 인간 배아 줄기 세포 신경 분화를 조정 제어하는 새로운 기능과 새로운 메커니즘을 발견하고 해석하는데 성공하였다.
중요한 후 전사 조절(post-transcription regulation) 방식으로서 RNA 편집(주로 A-to-I RNA 편집) 및 수정(예를 들면 메틸화(Methylation) 및 유사우리딘(Pseudouridine) 등)은 게놈 DNA 서열을 변화시키지 않는 상황 하에서 전사체(Transcriptome) RNA 염기 수정을 통해 유전자 발현 정보와 수준을 조절하여 폭넓은 발현 전사체 조절(epitranscriptome regulation)을 실현하게 된다.
A-to-I RNA 편집(아데노신(A)가 촉매 물 릴리스 암모니아에 의해 이노신(I)의 편집으로 됨)은 RNA 편집 효소인 아데노신 탈 아미나 효소(Adenosine Deaminase Acting on RNA, ADAR) 촉매를 통해 생성된다. 이런 RNA 편집 수정은 사람들 속에서 제일 풍부한 상황이다. 지금까지 이미 인간 전사체 속에서 적어도 100만개 이상의 A-to-I RNA 편집 위치 점을 발견하였는데 실험용 작은 쥐 속의 A-to-I RNA 편집 위치 점보다 100배나 더 높고 초파리와 선충보다 1,000배나 더 높은 것으로 나타났다.
기존 연구 결과를 보면 ADAR1이 실험용 작은 쥐와 초파리 발육과 중요한 관계가 있는 것으로 나타났다. 예를 들면 실험용 작은 쥐의 ADAR1 부족으로 인해 배아 발육 정체 및 사망을 유발하게 된다. 동시에 ADAR1 유전자의 돌연변이와 신경계통의 혼란 관련 질환과 밀접히 연계되어 있는 것으로 나타났지만 구체적인 분자 메커니즘에 대해서는 명확한 해석을 하지 못하고 있는 상황이다. ADAR1이 인간 발육 조기, 예를 들면 조기 신경 발육 등 과정에서의 역할과 메커니즘에 대해서도 명확한 해석을 하지 못하고 있는 상황이다.
천링링(陳玲玲) 연구원 연구팀은 인간 배아 줄기 세포의 특정 방향 신경 분화 시스템을 모델로 하고, 관련 발현을 억제하는 방식을 통한 동시에 양리(楊力) 연구원 연구팀과 협력하여 전체 전사체 수준에서 ADAR1이 인간 배아 줄기 세포 특정 방향 신경 분화에 끼치는 영향에 대한 계통적인 연구를 실행하였다.
연구팀은 이번 연구를 통해 ADAR1 발현의 감소는 인간 배아 줄기 세포의 건조성에 영향을 끼치지 않지만 특정 방향 분화가 신경 세포의 잠재적 능력을 떨어뜨린다는 점을 발견하였다. 구체적으로 설명하면, ADAR1 발현에 대한 억제는 인간 배아 줄기 세포의 특정 방향 신경 분화 과정에서 중요한 mRNA와 miRNA 발현을 뚜렷이 개변시키지만 mRNA와 miRNA 발현 수준의 개변은 ADAR1의 RNA 편집 활성에 의존하지 않고 RNA가 단백질과 결합하는 능력에 의해 결정된다는 점이다.
연구팀은 한층 더 심층적인 연구를 통해 A-to-I 촉매 활성 외, ADAR1은 RNA가 단백질 기능과 결합하는 활성을 보유하고 있다는 점을 입증하였다. ADAR1은 전구체 miRNA(예를 들면 pri-miR302 등) 줄기 루트 구조와 직접 결합하고 줄기 세포의 건조 특성 유지와 운명에 대한 결정과 관련된 miRNA (예를 들면 miR302 멤버 등)의 가공 성숙 정도를 조절하여 인간 배아 줄기 세포가 신경 세포로 특정 분화하는 능력을 개변시켰다.
이번 연구 결과는 전체 전사체 수준에서 ADAR1이 RNA가 단백질과 결합할 때 조절 역할을 발휘하는 miRNA를 생성시키는 동시에 인간 배아 줄기 세포의 특정 방향 신경 분화를 추진하는 새로운 기능과 메커니즘을 해석하고 ADAR1이 인간 조기 발육 과정에서의 기능에 대한 탐색을 실행하는 면에서 중대한 의미를 보유하고 있다.
이번 연구는 국가자연과학기금위원회, 국가과학기술부와 중국과학원의 관련 과학연구 프로젝트 비용 지원을 받아 실행되었다.
