초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
C9orf72 유전자의 반복적 염기 서열로부터 repeat-associated non-ATG (RAN) translation이 일어나면 특정한 아미노산 서열을 가진 dipeptide repeat (DPR) 단백질 군이 합성되며, 이들에 의한 신경세포사멸이 루게릭병과 전측두엽 치매의 중요한 원인으로 새롭게 주목받고 있음. 본 연구과제에서는 루게릭병 동물모델을 활용하여 C9orf72 DPR에 의한 신경퇴화 작용을 조절할 수 있는 새로운 유전자와 생리학적 스트레스를 규명하고, 이를 통해 루게릭병/전측두엽 치

□ 연구의 목적 및 내용
C9orf72 유전자의 반복적 염기 서열로부터 repeat-associated non-ATG (RAN) translation이 일어나면 특정한 아미노산 서열을 가진 dipeptide repeat (DPR) 단백질 군이 합성되며, 이들에 의한 신경세포사멸이 루게릭병과 전측두엽 치매의 중요한 원인으로 새롭게 주목받고 있음. 본 연구과제에서는 루게릭병 동물모델을 활용하여 C9orf72 DPR에 의한 신경퇴화 작용을 조절할 수 있는 새로운 유전자와 생리학적 스트레스를 규명하고, 이를 통해 루게릭병/전측두엽 치매의 원인 규명과 치료기술 개발에 중요한 근본적인 작용원리를 밝혀내고자 함.

□ 연구개발성과
■ ATX2-LSM12 단백질 복합체에 의한 C9orf72 DPR의 신경퇴화 조절 검증
• 광수용체 신경세포 퇴화를 유도하는 C9orf72 DPR과 ATX2-LSM12 단백질 복합체 구성 유전자의 선택적 조절 작용 검증
• C9orf72 DPR 발현을 통한 행동유전학적 루게릭병 동물 모델 확립과 ATX2-LSM12 단백질 복합체의 기능 검증
■ Lsm12 유전자에 의한 C9orf72 DPR의 신경퇴화 억제 작용 규명
• C9orf72 DPR 단백질의 축적 및 과립체 형성으로 인한 신경세포 독성모델 확립과 이를 조절하는 Lsm12 유전자의 세포생물학적 기능 검증
• Lsm12 유전자 결핍 및 돌연변이로 인한 핵-세포질 간 단백질 수송의 기능 장애 검증 및 루게릭병 위험 유전자 모델 확보
• 전사체 및 번역체 분석을 통한 Lsm12의 표적 유전자(Epac1) 확보 및 Lsm12-Epac1 유전자 회로에 의한 핵-세포질 간 단백질 수송 조절과 C9orf72 DPR의 세포 독성 억제 기능 규명
■ 리보솜 품질 관리 경로(RQC pathway) 핵심 유전자 ZNF598에 의한 C9orf72 DPR 발현 조절의 분자세포생물학적 기전 규명
• Dual-flureoscence translation reporter를 이용한 C9orf72 DPR 단백질의 translational stalling 확인
• RQC pathway 핵심 유전자인 ZNF598에 의한 C9orf72 GR 독성 단백질의 발현 조절 검증
• 루게릭병 환자에서 발견되는 ZNF598 유전자의 돌연변이에 의한 RQC 기능 및 C9orf72 GR 독성 단백질의 발현 조절 검증
■ Near-cognate start codon(NCSC)-independent RAN translation 조절인자 발굴시스템 확립
• 미소부수체확장질환 특이적 유전자로부터 유래된 새로운 RAN translation reporter 개발
• RAN translation reporter의 NCSC 독립적 유전자 발현 기작 검증

□ 연구개발성과의 활용계획 (기대효과)
• 루게릭 병 발병의 새로운 유전적 위험 요인으로 Lsm12 유전자를 발굴하였으며, Lsm12-Epac1 유전자 회로에 의해 조절되는 핵-세포질 간Ran-GTP 농도 구배를 통한 루게릭 병 치료의 가능성을 검증하고 관련 기술개발 플랫폼을 확립함
• 루게릭 병 발병을 억제하는 새로운 세포생물학적 기전으로 ZNF598 유전자의 리보솜 품질 관리 기능에 의한 C9orf72 DPR 독성 단백질의 발현 저해를 규명함. 신경세포 내 리보솜 품질 관리 기능과 C9orf72 DPR 독성 단백질 발현을 정량적으로 분석할 수 있는 형광단백질 기반 리포터 시스템의 확립을 통해 루게릭 병을 제어하는 새로운 유전적/환경적 인자 발굴과 치료제 개발의 원천 기술을 확보함
• 미소부수체확장에 의한 RAN translation reporter 개발을 통해 관련 퇴행성 질환의 독성 단백질 번역을 억제하는 치료제 발굴 플랫폼을 확립함

(출처 : 요약문 14p)

Abstract ▼

□ Purpose
Mutation in human C9orf72 gene is the most common genetic cause of amyotrophic lateral sclerosis (ALS; also well known as Lou Gehrig's disease) and frontotemporal dementia (FTD). Emerging evidence suggests that hexanucleotide GGGGCC repeat expansions in the non-coding region ofC9orf72 i

□ Purpose
Mutation in human C9orf72 gene is the most common genetic cause of amyotrophic lateral sclerosis (ALS; also well known as Lou Gehrig's disease) and frontotemporal dementia (FTD). Emerging evidence suggests that hexanucleotide GGGGCC repeat expansions in the non-coding region ofC9orf72 induce repeat-associated non-ATG (RAN) translation of neurotoxic dipeptide repeat (DPR) proteins. By employing animal models of C9orf72-relevant ALS, we will investigate novel genetic factors and physiological stress that control neurodegeneration caused by RAN translation and DPR toxicity. This study will establish fundamental principles underlyingthe molecular pathogenesis of C9orf72 DPR-associated disorder in neurodegenerative diseases

□ Results
■ Validation of in vivo effects of ATX2-LSM12 protein complex on C9orf72 DPR-induced ALS models
• Specific roles of ATX2-LSM12 protein complex in the C9orf72 DPR-induced degeneration of photoreceptor neurons
• Effects of ATX2-LSM12 protein complex on the newly established, behavioral genetic models of C9orf72 DPR-relevant ALS
■ Elucidation of cellular mechanisms underlying the suppression of C9orf72 DPR-induced neurotoxicity by Lsm12-Epac1 pathway
• Effects of Lsm12 on the spatiotemporal assembly of DPR granules in the C9orf72 DPR-induced cellular models of ALS
• Effects of loss of Lsm12 function on nucleocytoplasmic transport deficits by overexpression of C9orf72 DPR proteins
• Identification of Lsm12 target gene (Epac1) using transcriptome/translatome analyses and validation its implication insuppressing C9orf72 DPR cytotoxicity
■ Identification of ZNF598, a key factor involved in ribosome-associated quality control (RQC) pathway, important for C9orf72 DPR expression
• Identification of C9orf72 DPR-induced translational stalling in dual-fluorescence translation reporter
• Validation of ZNF598-dependent expression of C9orf72 GR proteins
• Effects of deletion or ALS-associated mutations in ZNF598 on RQC function and C9orf72 GR expression
■ Establishment of gene/drug-discovery platforms for near-cognate start codon(NCSC)-independent RAN translation
• Development of translation reporters harboring microsatellite repeat expansions
• Validation of NSCS-independent RAN translation mechanism

□ Expected Contribution
• Definition of neuroprotective effects of Lsm12-Epac1 on -relevant ALS by nucleocytoplasmic Ran-GTP gradient
• Establishment of cellular assays that support the development of therapeutic strategies for ALS by manipulating Ran-GTP gradient
• Discovery of ZNF598 and RQC as a translational defense mechanism that limits the expression of cytotoxic C9orf72 DPR proteins
• Establishment of fluorescence-based translational reporters that quantitatively measure RQC activity/DPR expression and support high-throughput discovery of genetic/cellular factors and novel chemicals relevant to C9orf72 DPR toxicity
• Development of microsatellite repeat-associated NCSC/RAN translation reporters for screening candidate chemicals that suppress the translation of cyotoxic proteins and the pathogenesis in relevant neurodegenerative diseases

(source : SUMMARY 16p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 보고서요약 ... 2
• 제 출 문 ... 12
• 보고서 요약서 ... 13
• 국문 요약문 ... 14
• SUMMARY ... 16
• 목차 ... 18
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 20
• 1-1. 연구개발 목적 ... 20
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 20
• 1-3. 연구개발 범위 ... 20
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 21
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 24
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 45
• 4-1. 목표달성도 ... 45
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 46
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 48
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 48
• 7. 연구개발성과의 보안등급 ... 49
• 8. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 50
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 50
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 52
• 11. 기타사항 ... 53
• 12. 참고문헌 ... 53
• 끝페이지 ... 56