초록 ▼

□ 연구개요
본 연구의 목표는 살아있는 세포 및 모델 시스템에서 chromatin의 구조를 나노스케일에서 시공간적으로 가시화하는 방법을 개발하고, 이로부터 유전체의 구조와 동역학을 제어하는 요인과 그 메커니즘을 발견하는 것이다. 이를 이용하여 궁극적으로 유전체 불안정성이 발생하는 기작을 가시화하고 질병 및 노화를 야기하는 메커니즘을 밝히고자 한다. 유전자 조작 기술, 이미징 기술, 생정보학 기술을 접목시킴으로써 장기적으로 유전자 지도를 넘어 유전체의 4D 지도를 그리는 것을 목표로 하며, 이로부터 새로운 유전학 방법론을 개발하

□ 연구개요
본 연구의 목표는 살아있는 세포 및 모델 시스템에서 chromatin의 구조를 나노스케일에서 시공간적으로 가시화하는 방법을 개발하고, 이로부터 유전체의 구조와 동역학을 제어하는 요인과 그 메커니즘을 발견하는 것이다. 이를 이용하여 궁극적으로 유전체 불안정성이 발생하는 기작을 가시화하고 질병 및 노화를 야기하는 메커니즘을 밝히고자 한다. 유전자 조작 기술, 이미징 기술, 생정보학 기술을 접목시킴으로써 장기적으로 유전자 지도를 넘어 유전체의 4D 지도를 그리는 것을 목표로 하며, 이로부터 새로운 유전학 방법론을 개발하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
Background-free CRISPR labeling을 통해 live genome imaging 기법을 성공적으로 개발하였다. CRISPR-Cas9 시스템을 split fluorophore, SunTag 기술과 접목하여 짧은 반복서열을 갖는 target도 가시화가 가능하게 하였다.
이로부터, 복수의 loci의 움직임을 관측하는 것이 가능해졌다. 이 기술을 이용하여 세포핵 내에서 centromer, telomere 및 몇가지 gene에 대해 live cell 내에서의 동적 거동을 가시화하였다. 또한, live STORM 방법을 적용하여 chromatin domain 내부의 동적 구조를 실시간으로 들여다보는 연구를 진행하였다. 이러한 nucleome dynamics의 가시화와 연계하여, model chromosome/chromatin을 만들고 그 구조와 dynamics를 관측함으로써, 여러 요인들의 역할을 개별적으로 정량화하여 chromosome의 구조와 동역학을 결정하고 조절하는 요소들을 규명하고자 하였다. Magnetic tweezers 장비를 개발하여 chromatin의 물리적 성질을 측정하여 compaction, looping 등의 현상을 측정할 수 있게 하였고, DNA replication 및 repair에 중요한 helicase와 PCNA를 중심으로 단일분자 수준의 연구를 진행하여 chromatin의 unwrapping, unwinding, PCNA loading/unloading 과정의 메커니즘을 밝혔다.
Fluorescence-magnetic tweezers 셋업의 개발을 통해 이는 model chromatin에서의 분자 거동 측정으로 이어지고 live cell에서 chromatin domain dynamics를 설명하는 연구를 가능하게 할 것이다.

□ 연구개발결과의 중요성
현재 후성유전을 이해하는 틀은 기존의 생물학과 마찬가지로 각 기능을 주관하는 단백질, 팩터를 발견 하고 그들 간의 생화학적 상호작용을 정의하는 것을 기본으로 한다. 그러나, 세포 및 세포핵 내의 공간은 분자들이 자유롭게 돌아다니며 반응하는 3차원 공간이 아닌, 고밀도로 집적된 폴리머들이 이룬 고차원 아키텍쳐로 보아야 한다. 따라서, 그동안은 불가능했던, 유전체의 변형과 움직임, 상관성을 실시간으로 보는 것은 이러한 고차원 공간에서의 생물/화학적 메커니즘을 밝히는 데에 무엇보다 필수적이다. 본 연구를 통해, 암 또는 후성유전적 질병, 세포의 노화에 따른 기능 변형에 연관되는 유전체 구조의 재배치를 일종의 고유한 지문(footprint)으로 얻을 수 있으며, 이러한 후성유전 지문을 축적하면 유전체 불안정성에 의한 질병의 진단 및 치료를 모색할 수 있다. 나아가 정적인 후성유전학에 새로운 동적 차원을 더함으로써 유전학과 진화를 설명하는 패러다임을 바꿀 것으로 기대한다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• (1) Background-Free Live Genome Imaging 기법 개발 ... 4
• (2) Small Repeat Loci Live Tracking ... 6
• (3) Live Chromatin Dynamics의 초고해상도 이미징 ... 6
• (4) DNA Condensation and Looping Mechanism 규명 ... 7
• (5) Single Molecule Fluorescence Magnetic Tweezers 제작 ... 8
• (6) PCNA Loading/Unloading Mechanism 규명 ... 9
• (7) RecQ Helicase Unwinding Mechanism 규명 ... 10
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 12
• 4. 참고문헌 ... 12
• 5. 연구성과 ... 13
• 끝페이지 ... 13