생화학분자생물학회

Onset of differentiation is post-transcriptionally controlled in adult neural stem cells

장지원 (포항공과대학교 생명과학과)

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​ 성체줄기세포는 주로 휴면 상태(Quiescence)로 존재하다가 적절한 신호가 오면 활성화되어 분화를 시작한다. 그렇기 때문에 휴면 상태와 활성화된 상태의 조절은 조직 항상성(homeostasis)을 유지하는데 매우 중요한 과정이다. 기존의 연구들은 전사(transcription) 수준의 변화가 줄기세포의 활성화 및 분화에 미치는 영향에 초점을 맞추어 왔으며, 이를 통해 다양한 핵심적인 전사인자들이 발굴되었다. 하지만 번역(translation) 수준에서 유전자 발현이 어떻게 조절되는지에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. 본 논문에서는 생쥐 뇌에 존재하는 성체 신경줄기세포가 후각신경세포(olfactory neuron)로 분화하는 과정에서 번역 효율이 어떻게 변하는지를 조사하였으며, 줄기세포 분화 과정에서 번역 효율이 상당히 역동적으로 조절됨을 발견하였다. 휴면 상태의 신경줄기세포에서는 번역 효율이 매우 낮으나, 줄기세포가 활성화되면서 번역 효율이 크게 증가하고, 신경세포로 분화하는 과정에서 다시 감소하는 양상을 보였다 (그림 A). 유전자 수준에서 번역 효율을 분석하기 위해 본 논문의 저자들은 RiboTag 생쥐를 사용하였다. 이 형질전환 생쥐는 haemagglutinin(HA) tag이 붙어 있는 리보좀 단백질(RPL22-HA)을 발현하기 때문에, HA tag을 이용한 면역침전법(immunoprecipitation)과 RNA시퀀싱을 통해 리보좀이 붙어 있는 mRNA (translatome)를 분석할 수 있다. 그 결과, 신경줄기세포가 신경모세포(neuroblast)로 분화하는 단계에서 번역 억제 기작을 통해 특정 유전자의 단백질 발현이 감소한다는 것을 발견하였다. 이러한 유전자에는 신경줄기세포 유전자인 SOX2, PAX6와 번역 관련 유전자들이 다수 포함되어 있었다. 또한 유전자 특이적인 번역 억제 기작은 mTORC1 활성과 세포주기(cell cycle)의 변화에 의해 조절됨을 보였다 (그림 B).

 기존의 관점에서 보면, 줄기세포 분화 과정에서 유전자의 발현은 전사 수준에서 주로 조절되며, 번역 과정은 수동적인 것으로 생각되었다. 하지만 본 논문에서는 번역 과정 또한 전사 과정과 마찬가지로 유전자 수준에서 정교하게 조절된다는 것을 보임으로써, 전사 후 발현 조절의 중요성을 줄기세포 분야에 제시하고 있다.

논문출처: Nature 2019 566(7742):100-104

저자: Baser A, Skabkin M, Kleber S, Dang Y, Gülcüler Balta GS, Kalamakis G, Göpferich M, Ibañez DC, Schefzik R, Lopez AS, Bobadilla EL, Schultz C, Fischer B, Martin-Villalba A. 

그림 1. (A) 신경줄기세포 분화 과정에서 번역 효율의 변화. qNSC, quiescent neural stem cell; aNSC, activated NSC; NP, neurogenic progenitor; ENB, early neuroblast; LNB, late neuroblast. (B) 신경줄기세포 초기 분화 과정에서 일어나는 유전자 특이적 번역 억제의 조절 기전. 

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