진핵생물(Eukaryotes)의 RNA 분자 상에서 약 100종에 달하는 수정(modification)이 발생할 수 있으며 그 중 아데닌(Adenine) 제6위 질소 원자 상의 메틸화 수정(N6-methyladenosine, m6A)은 고등 생물 mRNA 상에서 함유량이 제일 풍부한 수정에 속하고 있는 상황이다.
m6A 수정은 mRNA의 접합, 수송, 안정성과 번역 효율에 대한 조정 제어에 참여하게 된다. 동시에 m6A 수정은 비만과 암 등 다양한 생리 기능 이상 및 질병과 관련되어 있는 상황이다.
연구 방법의 제한을 받기 때문에 m6A 수정에 대한 연구는 장기간 느리게 진행되고 있는 상황이다. m6A 수정은 주로 mRNA 상의 RRACH서열 속 아데닌 상에서 발생되며 RNA 메틸화 이전 효소 복합물인 METTL3/METTL14/WTAP 촉매를 형성하는 동시에 메틸화 효소인 ALKBH5 제거와 FTO 제거를 실행하게 된다.
하지만 세포 내에는 부분적인 mRNA 상의 RRACH 서열 속 아데닌 만이 m6A 수정을 생성시키게 되는데, 이런 특정적인 m6A 수정 형성 위치 점이 어떻게 확정되는지, m6A 수정이 세포의 재프로그래밍(reprogramming)에 영향을 끼치는지 여부에 대해서는 과학자들이 아직까지 명확한 해석을 내놓지 못하고 있는 상황이다.
중국과학원의 ‘줄기세포 및 재생 의학’ 선행연구 전문 프로젝트 비용 지원을 받아 중국과학원 동물 연구소 저우치(周琪) 연구원 연구팀, 중국과학원 베이징(北京) 게놈 연구소 양윈구이(楊運桂) 연구원 연구팀, 중국과학원 유전 및 발육 생물학 연구소 왕슈졔(王秀杰) 연구원 연구팀은 최근 공동 연구를 실행하여 m6A 수정을 통해 형성된 분자 메커니즘 및 세포 재프로그래밍을 추진하는 새로운 기능 연구에서 혁신적인 성과를 취득하여 이슈가 되고 있다.
이번 연구를 실행하는 과정에서 연구팀은 각 연구팀이 줄기세포, RNA 수정 및 높은 처리량 데이터 분석 분야 연구 우세를 통합하여 실험용 작은 쥐 배아 줄기 세포(ESC), 유도다능성 줄기세포(Induced pluripotent stem cells, iPSC), 신경 줄기세포(NSC)와 세르 톨리 세포(Sertoli cells, SC) 전사체(Transcriptome)의 수정 스펙트럼(Spectrum)을 작성을 완성하였다.
연구팀은 이번 연구를 통해 m6A 수정이 만능 및 분화된 세포주(Cell Lines) 간의 분포 차이를 발견하였을 뿐만 아니라 세포 특이 분화를 결정하는 부분적인 RNA 분자 상의 세포 유형 특이 m6A 수정을 발견하였다.
연구팀은 이번 연구를 통해 m6A 수정 구역에 대량 집중되는 특징 서열은 중요한 조정 제어 비(非) 프로그래밍 RNA ¾microRNA의 씨드 구역(Seed area)(5’ 2-8nt) 서열 보완 쌍 선호성(Paired preference)을 보유하고 있다는 점을 발견하였다. 연구팀은 다단계의 세포 및 분자 생물학 실험을 실행하고 microRNA는 서열 보완 방식을 통해 mRNA과 대응되는 위치 점 구역 m6A 수정의 생성을 유발시킨다는 점을 입증하였다.
연구팀은 이번 연구를 통해 m6A 수정 수준은 Oct4 등 핵심 만능 조정 제어 유전자의 발현량을 향상시킬 수 있으며 실험용 작은 쥐의 섬유 형성 세포 재프로그래밍으로 하여금 만능 줄기세포(iPS세포) 유도를 추진할 수 있도록 한다는 점을 입증하였다.
연구팀은 이번 연구를 실행하는 과정에서 microRNA가 서열 보완 조정 제어를 통해 mRNA 메틸화 수정을 형성시키는 새로운 역할 메커니즘을 해석하였으며, m6A 수정이 체세포 재프로그래밍으로 하여금 만능 줄기세포 중에서 중요한 역할을 발휘할 수 있도록 추진한다는 점을 입증하였다. 연구팀은 이번 연구를 통해 m6A 수정 형성의 위치점 선택 메커니즘 해석, 확충된 microRNA의 새로운 기능 및 새로운 세포 재프로그래밍 조정 제어 요소 발견 등 분야에서 혁신적이고 중대한 성과를 취득하였다.
연구팀의 관련 연구 성과는 지난 2월 12일 Cell Stem Cell 학술지 온라인 판에 발표되었다. 왕슈졔(王秀杰) 연구원 연구팀의 대학원 박사과정 학생인 천퉁(陳同), 양윈구이(楊運桂) 연구원 연구팀의 대학원 박사과정 학생인 하오야쥐안(郝亞娟) 및 리먀오먀오(李苗苗), 저우치(周琪) 연구원 연구팀의 장잉(張映) 박사가 이번 논문의 공동 제1저자이다.
그림. RNA m6A 메틸화 위치 점 선택 메커니즘 및 세포 재프로그래밍을 조정 제어하는 과정에서의 중요한 기능
