초록 ▼

□ 연구개요
• 최근 세포에 존재하는 다양한 RNA 중 비정상적 면역 활성을 유발하는 80 염기쌍 이상의 이중나선 RNA(double-stranded RNA, dsRNA)가 주목을 받고 있음.
• 본 연구진은 선행연구를 통해 세포 내재 dsRNA를 체계적으로 찾을 수 있는 차세대 염기서열 분석기술을 개발하였고, 이를 적용하여 미토콘드리아 RNA가 주요 세포 내재 dsRNA로 작용한다는 것을 규명하였음.
• 이에 미토콘드리아 RNA의 전사 후 조절에 관한 연구를 제안하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과

□ 연구개요
• 최근 세포에 존재하는 다양한 RNA 중 비정상적 면역 활성을 유발하는 80 염기쌍 이상의 이중나선 RNA(double-stranded RNA, dsRNA)가 주목을 받고 있음.
• 본 연구진은 선행연구를 통해 세포 내재 dsRNA를 체계적으로 찾을 수 있는 차세대 염기서열 분석기술을 개발하였고, 이를 적용하여 미토콘드리아 RNA가 주요 세포 내재 dsRNA로 작용한다는 것을 규명하였음.
• 이에 미토콘드리아 RNA의 전사 후 조절에 관한 연구를 제안하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과 [연구의 최종목표]
• 본 연구의 최종목표는 선천성 면역반응 단백질을 활성화시킬 수 있는 미토콘드리아 dsRNA(mt-dsRNA)의 조절 기작을 확립하고 세포질에서 mt-dsRNA를 인지하는 RNA 결합단백질(RBP)을 규명하여 mt-dsRNA라는 새로운 세포신호전달 물질을 확립하는 것임. 이를 통해, 미토콘드리아 RNA의 세포내 단백질 번역 조절 기작을 제시하고 스트레스 반응과 퇴행성 질환에서 dsRNA를 통한 면역반응 단백질 활성화라는 새로운 이론적 기반을 확립하여 신개념의 질병 진단 및 치료 기술 개발을 도출하고자 함.

[세부목표 1: 미토콘드리아 RNA의 발현량을 조절하는 미토콘드리아 RBP 발굴]
• CRISPR KO 스크리닝을 이용하여 98개의 미토콘드리아 RBP를 각각 제거하고 미토콘드리아 heavy 및 light-strand RNA의 발현량 변화를 분석하였음.
• mt-dsRNA를 조절하는 20여개의 mtRBP를 발굴하였고 이를 미토콘드리아 RNA 영향에 따라 총 5개의 카테고리로 분류하였음.

[세부목표 2: dsRNA를 인지하는 dsRBP 동정 및 dsRNA 전사 후 조절 기작 규명]
• 세포 내재 dsRNA의 발현을 유도하는 데시타빈을 모델 시스템으로 활용하여 dsRBP에 대한 RNAi 스크리닝을 수행하였고 Staufen1 단백질의 발현을 억제하였을시 dsRNA에 의한 면역 활성 및 세포사멸이 감소함을 확인하였음.
• 다양한 분자생물학 및 생화학 실험을 통해 Staufen1이 dsRNA와 직접적으로 결합하여 dsRNA를 안정화시키고 RNA를 PKR에 전달하여 면역 활성을 촉진시킨다는 dsRNA의 전사 후 조절 기작을 확립하였음.
• 데시타빈이 활용되는 혈액암 환자의 검체를 분석하여 Staufen1의 발현량이 약물에 대한 환자의 반응에 관여한다고 것을 확인하였음.

[세부목표 3: mt-dsRNA의 임상적 기능 도출]
• mt-dsRNA는 미토콘드리아 손상이 동반된 다양한 염증성 질환에 관여할 것으로 예상하였음. 이에 퇴행성관절염을 모델 시스템으로 mt-dsRNA와 연골의 손상간의 연관성을 분석하였음.
• 퇴행성관절염을 일으킨다고 보고된 다양한 스트레스 상황에서 mt-dsRNA의 발현량 및 mt-dsRNA에 의한 인터페론 반응을 확인하였음.
• 특히, mt-dsRNA가 엑소좀(exosome)을 통해 세포 밖으로 분출되어 주변 세포에서도 면역반응을 활성화시킨다는 것을 확인하였음.
• 오토파지(autophagy)를 유발할 시 세포질에서의 mt-dsRNA가 제거되고 이는 인터페론 반응 감소로 이어져 mt-dsRNA 제거를 통한 관절염 증상 완화 가능성을 최초로 제시하였음.
• 마지막으로 환자의 연골조직 및 관절염 생쥐 모델에서 mt-dsRNA의 발현량과 연골손상간의 연관성을 입증하였음.

[종합평가]
• 이러한 연구성과를 기반으로 제시했던 목표를 모두 달성하였다고 판단됨.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
• 본 연구는 세포 내재 dsRNA라는 새로운 신호전달 물질을 확립하여 dsRNA 결합단백질이 발달한 척추동물의 유전자 발현 및 조절 기작을 이해할 수 있는 새로운 창을 제공할 것으로 기대됨. 나아가 광범위한 비암호화 RNA 연구에서 mt-dsRNA라는 연구 방향을 제시함으로써, 포스트 유전체시대의 새로운 연구 영역을 개척할것으로 예상됨.
• PKR의 과활성화는 치매와 관절염과 같은 퇴행성 질환 환자에게서 공통적으로 관찰되었지만 그 기작에 대해선 아직 알려지지 않았음. 본 연구의 결과를 통해 퇴행성 질환의 발병을 이해하는데 dsRNA라는 새로운 방향을 제시하여 RNA를 활용한새로운 진단법 및 치료법 개발을 위한 이론적 기반을 제공할 것으로 기대됨.
• mt-dsRNA의 조절 기작 및 기능에 관한 연구는 본 연구진만의 독창적인 연구영역으로, 본 연구결과를 통해 미토콘드리아, 비암호화 RNA, 세포신호전달 등에서 혁신적인 돌파구를 마련할 것으로 기대됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1-1. 연구개발의 목적 ... 4
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 4
• 1-3. 연구개발의 범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 2-1. 세부목표 1: CRISPR를 이용한 미토콘드리아 RNA 제어 RBP 발굴 ... 5
• 2-2. 세부목표 2: dsRNA에 의한 면역활성 제어 RBP 발굴 및 작용 기전 규명 ... 7
• 2-3. 세부목표 3: 퇴행성관절염에서 mt-dsRNA의 임상적 의미 제시 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 22
• 끝페이지 ... 38