1. Cell: 최초로 효모의 지방산 생합성 주기를 성공적으로 재구성했습니다.

새로운 연구에서는 독일 막스 플랑크 종합 과학 연구소의 구조 역학 부서장인 홀거 스타크(Holger Stark)와 막스 플랑크 종합 과학 연구소의 구조 생화학 및 메커니즘 연구 그룹의 리더인 Ashwin Chari가 주도한 연구에서 Science, Germany 팀은 처음으로 효모 지방산 합성효소(FAS)의 3차원 구조를 전례 없는 분해능(1.9옹스트롬)으로 해결했습니다. 관련 연구 결과는 ' 운반체 단백질과 보조인자 ACP 스냅샷으로부터 지방산 합성 주기의 재구성'이라는 제목으로 셀(Cell) 저널에 2023년 11월 9일 게재됐습니다.



Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.10.009

저자들은 또한 작동 중인 효모 FAS의 사진을 찍고 완전한 지방산 생합성 주기를 재구성했습니다. 이를 위해 그들은 효모 FAS 미로를 통한 아실 운반 단백질(ACP)의 통과를 추적하는 다양한 방법을 사용했습니다. 처음에 그들은 시험관에서 지방산 생합성을 시작하고 효모 FAS 분자를 급속히 동결시켜 다양한 시간 후에 지방산 생합성을 차단하여 효모 FAS를 다양한 지방산 생합성 상태에 두었습니다.

그런 다음 그들은 저온전자현미경을 사용하여 효모 FAS의 지방산 생합성 주기의 스냅샷을 이미지화했습니다. Chari는 "지방산 생합성 주기의 중요한 지점에서 효모 FAS를 정지시키는 기질의 정확한 조합과 양을 찾는 것은 주요 기술적 과제입니다. 모든 관련 단계에서의 전환만 시각화하고 모델로 정확하게 설명할 수 있습니다. 그래야만 전체 지방산 생합성 주기를 재구성할 수 있습니다."

2. Two Cell + 5 Cell 저널은 최초로 실험실에서 합성 게놈의 50% 이상을 포함하는 효모 균주를 만드는 데 성공했습니다.

뉴욕대, 존스홉킨스대, 맨체스터대, 에든버러대, 독일 유럽분자생물학연구소, 중국 BGI 연구진은 실험실에서 만든 7개 이상의 합성 염색체를 단일 효모로 결합시켰습니다. 50% 이상의 합성 DNA를 얻었고, 생존력과 복제능력은 야생효모와 비슷했습니다.

 

Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.09.025

관련 연구 결과는 2023년 11월 8일에 7편의 논문으로 게재되었으며, 그 중 2편은 Cell 저널에 게재되었습니다. 논문 제목은 "Debugging and consolidating multiple 종합 염색체 공개 조합 유전적 상호 작용"과 "Design, Construction"이었습니다. 및 Functional Characterization of a tRNA Neochromosome in Yeast"; Cell Genomics 저널에 "Sc2.0 염색체 VII 및 SCRaMbleing 합성 이염색체 효모를 구성하여 이수성 표현형 분석" 및 "텔로머라제- 관련 적합성 결함" 및 효모 synIX 균주의 염색체 대체 기술", "합성 효모의 부상: 새로운 응용 분야에 대한 차트 작성 과정" 및 "Sc2.0 효모 컨소시엄의 글로벌 협력에 대한 스포트라이트", Molecular 저널에 1편의 기사 게재 "가장 큰 합성 효모 염색체의 3D 조직 조작"이라는 제목의 Cell 논문이 발표되었습니다.

이 논문은 최초의 합성 진핵생물 게놈을 처음부터 개발하기 위해 노력하는 글로벌 컨소시엄인 합성 효모 게놈 프로젝트 Sc2.0을 소개합니다. 저자들은 이제 16개의 효모 염색체를 모두 합성하고 조정했습니다.

맨체스터 대학의 합성 생물학자인 Yizhi Cai는 "우리의 동기는 합성 게놈을 구축하여 게놈의 기본을 이해하는 것이었습니다. 이제 우리는 Saccharomyces cerevisiae의 운영 체제(게놈)를 다시 작성했습니다. 공학 생물학." 소수의 유전자를 조작하는 것부터 처음부터 전체 게놈을 설계하고 구축하는 것까지 과학의 새로운 시대가 열렸습니다."

3. Cell: 초기 배아 발달에 필요한 단백질을 저장하는 포유류 난세포의 메커니즘 규명

포유류는 새끼를 낳을 때 많은 노력을 합니다. 물고기나 개구리와 달리 배아는 스스로 발달할 수 없습니다. 자궁에 이식되어야 하며 그곳에서 생존하는 데 필요한 모든 것을 얻어야 합니다. 그때까지 난세포는 초기 배아에게 영양분을 공급해 왔습니다. 무엇보다도 필수 단백질을 제공합니다.

새로운 연구에서 독일 막스 플랑크 종합과학연구소의 멜리나 슈(Melina Schuh) 연구원들은 괴팅겐 대학의 동료들과 함께 난자 세포가 단백질을 저장하는 방법을 밝혀냈습니다. 그들의 실험은 또한 단백질 저장 오류가 어떻게 불임으로 이어질 수 있는지에 대한 중요한 정보를 제공했습니다. 60년 이상 과학자들을 혼란스럽게 했던 난세포의 구조는 중요한 역할을 합니다. 관련 연구 결과는 '포유류 난모세포는 세포질 격자에 초기 배아를 위한 단백질을 저장한다'라는 제목으로 Cell 저널에 2023년 11월 2일 온라인 게재됐습니다.

 

Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.10.003

전 세계 불임 여성의 유전 물질을 분석한 결과, 여성 불임의 가장 흔한 유전적 원인 중 하나가 특정 유전자의 돌연변이인 것으로 나타났습니다. 이 유전자에는 PADI6 단백질과 피질하 모체 복합체(SCMC)라는 단백질 복합체를 만들기 위한 청사진이 포함되어 있습니다. 그러나 불임에서 이들 단백질의 구체적인 역할은 이전에 알려지지 않았습니다.

Schuh와 그의 팀은 이제 이미징 기술을 사용하여 PADI6과 SCMC가 계란의 내부 구조를 채우는 주요 구성 요소임을 시각화합니다. Schuh는 “수십년 동안 연구계에서는 세포질 격자라고 불리는 이러한 구조의 기능과 구성에 대해 의구심을 품어 왔습니다.

저자들이 쥐의 난세포에서 PADI6와 SCMC 단백질을 제거하자 세포질 격자가 사라져 치명적인 결과를 초래했습니다. Schuh 박사는 “세포질 격자가 결여된 생쥐 난세포에는 초기 배아에 필요한 단백질도 부족합니다.”라며 “배아 발달은 수정 직후에 중단됩니다. 따라서 우리는 세포질 격자가 단백질의 저장 장소일 수 있다는 가설을 세웠습니다.”라고 말했습니다.

난자 세포에 단백질을 저장하는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 이는 난세포가 출생 후 암컷 포유동물의 난소에서 생성되고 몇 달 또는 심지어 몇 년 동안 난소에서 기능을 유지하기 때문입니다. 난세포는 단백질이 분해되거나 잘못된 시기에 활성화되지 않도록 그에 상응하는 장기간 동안 단백질을 저장해야 합니다.

다음으로 Schuh 팀은 세포질 격자에 어떤 단백질이 포함되어 있는지 조사했습니다. Max Planck 종합과학연구소의 Henning Urlaub 및 Juliane Liepe가 이끄는 연구팀과 협력하여 그들은 질량 분석법과 생물정보학을 사용하여 세포질 격자의 정확한 단백질 함량을 결정했습니다.

그들의 결과는 세포질 격자가 배아 발달에 중요한 많은 단백질에 결합한다는 것을 보여주었습니다. "우리의 결과는 세포질 격자가 난자의 단백질 저장 장소이며 초기 배아에 중요한 단백질을 제공한다는 우리의 가설을 강력하게 뒷받침합니다"라고 Schuh는 말했습니다.

4. Cell: 중국 과학자들이 세계 최초의 배아 줄기세포 키메라 원숭이를 만들었습니다.

새로운 연구에서 중국의 여러 기관의 연구자들은 원숭이 배아줄기세포주에서 유래한 많은 수의 세포를 함유한 원숭이의 살아있는 탄생을 보고했습니다. "키메라" 원숭이는 동일한 원숭이 종의 유전적으로 다른 두 배아의 세포로 구성되었습니다. 이것은 이전에 쥐와 생쥐에서 입증되었지만 인간이 아닌 영장류를 포함한 다른 종에서는 이전에 입증되지 않았습니다. 관련 연구 결과는 '배아줄기세포로부터 높은 기여도를 지닌 키메라 원숭이의 탄생'이라는 제목으로 저널 셀(Cell)에 2023년 11월 9일 게재됐습니다.

 

Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.10.005



논문의 공동 교신저자이자 중국과학원 신경과학연구소 연구원인 Zhen Liu는 "이것은 해당 분야에서 추구하는 장기적인 목표입니다. 이 새로운 연구는 원시적인 메커니즘을 이해하는 데 기여할 뿐만 아니라 "인간을 포함한 다른 영장류의 순진한 다능성은 의미가 있으며 유전 공학 및 종 보존에 관련된 실질적인 영향을 미칩니다. 특히 이 새로운 연구는 신경 질환 및 기타 생물 의학 연구를 연구하기 위한 보다 정확한 원숭이 모델을 생성하는 데 도움이 될 수 있습니다."

새로운 연구에 사용된 원숭이는 생물의학 연구에 흔히 사용되는 영장류인 시노몰구스 원숭이 또는 버빗 원숭이였습니다. 저자들은 처음으로 7일된 배반포에서 채취한 세포를 사용하여 9개의 배아줄기세포주를 확립했습니다. 그런 다음 그들은 이러한 배아 줄기 세포주를 배양 배지에서 배양하여 다양한 세포 유형으로 분화하는 능력을 향상시켰습니다.

그들은 배아줄기세포가 다능성임을 확인하기 위해 일련의 다양한 테스트를 수행했습니다. 즉, 살아있는 동물을 만드는 데 필요한 모든 세포 유형으로 분화할 수 있다는 의미입니다. 배아줄기세포에는 또한 녹색 형광 단백질 태그가 붙어 있어 발달 중인 동물과 살아있는 동물의 배아줄기세포에서 어떤 조직이 자라났는지 확인할 수 있습니다. 마지막으로, 그들은 이러한 배아 줄기 세포의 하위 집합을 선택하여 초기 원숭이 상실배(4~5일 된 배아)에 주입했습니다. 그런 다음 상실배를 암컷 원숭이에게 이식하여 12번의 임신과 6번의 출산을 낳았습니다.

그들의 분석은 살아서 태어난 원숭이와 유산된 태아가 본질적으로 몸 전체에 배아 줄기 세포에서 생성된 세포를 포함하는 키메라임을 확인했습니다. 성별은 둘 다 남성입니다. 그들은 이식된 배아 줄기 세포에서 생성된 세포가 어느 조직에 포함되어 있는지 확인하기 위해 녹색 형광 단백질 태그를 사용했습니다. 그들은 또한 다양한 기관에 배아줄기세포 유래 조직이 존재하는지 확인하기 위해 유전자 염기서열 분석과 기타 테스트를 사용했습니다.

배아줄기세포에서 추출한 세포를 포함하고 있는 조직의 유형에는 뇌, 심장, 신장, 간 및 위장관이 포함되었습니다. 살아있는 원숭이의 경우, 이식된 배아줄기세포의 기여도는 다양한 조직 유형에 걸쳐 21%~92% 범위였으며, 26개 조직 유형에 걸쳐 평균 기여도는 67%였습니다. 이 낙태된 원숭이 태아에서는 해당 기여율이 더 낮았습니다. 살아서 태어난 원숭이와 유산된 원숭이 태아 모두 고환에 배아줄기세포 유래 세포가 존재하고 최종적으로 정자로 발전하는 세포도 확인됐다.

5. Cell: 파킨슨병 의 핵심 운동 증상을 역전시키기 위해 신경 회로 특정 유전자 치료법을 개발하여 파킨슨병의 성공적인 미래 치료를 위한 기반을 마련했습니다.

새로운 연구에서 중국과학원 심천첨단기술연구소 연구원들과 협력자들은 파킨슨병의 영향을 받는 신경 회로를 선택적으로 조작하여 설치류에서 질병의 효과를 향상시키는 유전자 치료 전략을 개발했습니다. 인간이 아닌 영장류에서 나타나는 파킨슨병의 핵심 운동 증상. 관련 연구 결과는 2023년 11월 2일 Cell 저널에 온라인으로 게재되었습니다. 논문 제목은 "영장류 파킨슨병 모델에서 핵심 증상을 역전시키는 회로 특이적 유전자 치료"입니다.



Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.10.004



흑색질(substantia nigra pars reticulata)은 D1-MSN으로부터 조밀한 투영을 받지만 D2-MSN에서는 그렇지 않기 때문에, 이들 저자는 매우 강력한 아데노 관련 바이러스(AAV)를 흑색질(substantia nigra pars reticulata)에 주입하여 D1-MSN을 선택적으로 표지할 수 있다고 제안했습니다. MSN을 사용한 다음 이 역행 AAV에 신경 활동 조절 요소를 도입하여 D1-MSN을 구체적으로 조작합니다.

위의 목표를 달성하기 위해 그들은 선조체에서 D1-MSN의 효율적인 역표지를 위한 새로운 AAV 캡시드 AAV8R12를 개발했으며 강력한 D1-MSN 활성을 갖는 새로운 프로모터 G88P2/3/7도 개발했습니다. 이 유전자 치료 전략은 활성화 약물의 전신 전달과 결합된 화학적 효과기 rM3D를 사용하여 D1-MSN을 특이적으로 활성화함으로써 직접적인 D1-MSN 매개 경로를 유도합니다.

파킨슨병 영장류 모델에서 D1-MSN을 표적으로 하는 신경회로 특이적 유전자치료제 투여 후 운동완서, 경직, 떨림 등 전형적인 운동 증상이 크게 개선됐다. 예를 들어, 운동완만이 크게 감소하고 떨림이 완전히 사라지며 운동 능력이 회복됩니다.


 

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