합성 도구는 DNA의 스테이션에서 스테이션으로 메시지를 전달합니다.

합성 도구는 DNA의 스테이션에서 스테이션으로 메시지를 전달합니다.
날짜:
2022년 7월 18일
원천:
라이스 대학교
요약:
생명공학자들은 비활성화된 Cas9 융합 단백질을 사용하여 유전자 발현을 종합적으로 제어하고 인간 세포의 자연적 과정에 대한 새로운 세부 사항을 밝혀냈습니다.

라이스 대학의 연구원들은 유전자 편집 도구로 점점 더 유명해지고 있는 CRISPR-Cas9가 인간 세포에서 강력한 추가 방식으로 사용될 수 있음을 입증했습니다.

라이스(Rice) 생명공학자 아이작 힐튼(Isaac Hilton)과 대학원생 카이위안 왕(Kaiyuan Wang)이 이끄는 팀은 비활성화된 Cas9(dCas9) 단백질을 사용하여 인간 게놈의 주요 부분을 표적으로 하고 인간 유전자의 전사를 합성적으로 촉발했습니다.

자연적으로 유전자를 켤 수 있는 단백질을 모집하기 위해 dCas9를 사용함으로써 Rice 팀은 인간 프로모터와 인핸서에 대한 중요한 세부 사항을 밝힐 수 있었습니다. 즉, 유전자가 언제, 어느 정도 활성화되는지를 조정하는 DNA 조각입니다. 이것은 차례로 우리 세포의 행동을 제어합니다.

"우리는 이러한 합성 생물학 도구를 사용하여 유전자 발현을 조작하고 인간 세포를 프로그래밍하는 능력을 개선하고 결과적으로 우리 유전자가 자연적으로 작동하는 방식을 더 잘 이해하기 위해 사용하고 있습니다."라고 Hilton이 말했습니다. "이러한 유형의 연구는 장기적으로 이러한 지식과 이러한 기술적 능력이 더 나은 유전자 및 세포 치료 및 생명공학을 가능하게 할 수 있기 때문에 중요합니다."

Hilton은 Nucleic Acids Research의 연구에서 합성 유전자 제어 및 세포 공학을 위한 CRISPR-Cas9 기반 도구의 성장 잠재력을 강조한다고 말했습니다. 팀의 전략은 또한 인간 게놈에 생기를 불어넣는 후성 유전적 요인에 영향을 미치고 이해하는 dCas9의 힘을 보여줍니다.

힐튼은 "우리 게놈의 약 2%만이 단백질 코딩 유전자를 포함하고 나머지 98%는 소위 비코딩 DNA"라고 말했다. "인핸서와 프로모터는 우리의 비암호화 게놈의 핵심 부분이며, 이러한 요소의 대다수가 기존의 유전자를 만들지는 않지만 비암호화 DNA에는 매혹적인 유전적 변이가 있습니다. 이 변이는 우리 종을 놀랍게 만드는 놀라운 다양성을 제공합니다. 적응할 수 있습니다.

"그러나 비암호화 DNA의 유전적 변이는 많은 질병과도 강한 상관관계가 있으며 이러한 영역의 미묘한 차이조차도 병리와 연결될 수 있습니다"라고 그는 말했습니다. "시급한 과제는 이러한 차이가 질병 발병 및 치료에 어떻게 영향을 미치는지 정확히 지적하는 것이 종종 매우 어렵다는 것입니다.

힐튼은 "우리의 목표와 희망은 우리와 같은 기술과 접근 방식이 연구자들이 중요한 연결을 만들고 궁극적으로 질병을 예측하고 신중하게 개입하는 데 도움이 되는 것"이라고 말했습니다.

비암호화 DNA를 합성적으로 활성화함으로써 연구자들은 프로모터(유전자의 시작 부위를 표시하는 짧은 DNA 서열)와 인핸서가 어떻게 통신할 수 있는지를 보여주었습니다. 놀랍게도, 인핸서는 프로모터로부터 수천 개의 염기쌍이 떨어져 있을 수 있지만 활성제 단백질을 모집하고 연관된 프로모터와 직접적인 물리적 접촉을 형성함으로써 유전자 전사를 자극할 수 있습니다.

"인핸서는 때때로 인핸서 RNA(eRNA)라는 신비한 전사체를 만들 수도 있습니다."라고 Hilton이 말했습니다. "Kai는 CRISPR 기술을 사용하여 이러한 eRNA를 활성화할 수 있으며 일부 경우에 이것이 일종의 게놈 추적을 촉진한다는 것을 보여주었습니다. 여기서 인핸서는 DNA를 따라 드래그하여 다운스트림 프로모터와 결합할 수 있습니다.

"또한 그 과정에서 중요한 전사 및 후성 유전 정보가 저장될 수 있는 것으로 보입니다."라고 그는 말했습니다. "이 정보가 일종의 긍정적인 후성적 피드백으로 이어지는 전사를 강화하는 일종의 유전자 발현 북마크 역할을 할 수 있다고 추측하는 것은 흥미로운 일입니다."

그들의 전략은 인핸서와 프로모터가 "본질적인 상호성"을 가질 수 있음을 보여주었습니다. 그들은 신호가 인핸서에서 프로모터로 전달될 수 있다는 것을 알고 있었지만 이 전달이 다른 방향으로도 갈 수 있다는 것을 배웠습니다.

"우리는 프로모터에서 업스트림 인핸서로 조절이 일어나는 것을 봅니다"라고 Wang은 말했습니다. "기계적으로 이것은 비정규적인 것으로 간주되어 다소 놀라운 것입니다."

그들은 또한 CRISPR 활성제가 인핸서와 프로모터 사이의 물리적 접촉 빈도를 증가시킬 수 있지만, 인핸서를 표적으로 할 때만 가능하다는 것을 발견했습니다.

힐튼은 "이제 우리는 이러한 DNA 조각이 양방향으로 메시지를 보낼 수 있다는 것을 알고 있지만 물리적 접촉에 대한 방향성의 중요한 측면이 있는 것으로 보인다"고 말했다. "분명히 상호성이 있지만 여기에서 지배적인 조절 방식은 인핸서가 상응하는 프로모터를 추적하는 방식인 것 같습니다."

연구원들은 그들의 연구가 CRISPR-Cas9의 발전 덕분에 가능했다고 말했습니다. Wang은 "이러한 게놈 표적 도구가 없었다면 우리는 조절 요소를 녹아웃(knock out)하거나 유전적으로 변형시키는 것과 같은 다른 보다 침습적이고 파괴적인 합성 방법을 사용해야 할 것"이라고 말했습니다. "여기서 우리의 접근 방식은 유전자가 제어되는 방식을 정확하게 이해하고 엔지니어링하기 위해 기본 세포 메커니즘을 후생유전적으로 하이재킹하거나 용도를 변경하는 것을 더 쉽게 만듭니다."