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생명과학의 역사를 쓰는 사람들 Research Highlights

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인터뷰 천영서
논문 Eun Shik Choi#, YoungSeo Cheon#, Keunsoo Kang and Daeyoup Lee* (2017) The Ino80 complex mediates epigenetic centromere propagation via active removal of histone H3. Nat. Commun. 8:529. (#contributed equally)
한줄요약 Centromere에 존재하는 histone H3 변이체인 CENP-A의 조립은 Ino80 복합체에 의한 histone H3의 제거로 인해 매개될 수 있다.

인터뷰


 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요.

Centromere의 특징 중 하나는 전형적인 histone H3 nucleosome 대신 centromere-specific histone H3 variant CENP-A nucleosome이 존재한다는 점입니다. 이러한 CENP-A nucleosome은 세포의 유사 분열 시기에 염색체 분리에 기능하는 kinetochore의 형성에 필수적입니다. 대부분의 진핵 세포에서 centromere CENP-A nucleosome 형성에 의해 후성유전적으로 결정됩니다. 인간의 경우 S기에 조립되어 있던 histone H3.3 G1기에 CENP-A 대체된다고 생각되지만 CENP-A 염색질 형성에 대한 분자기전은 아직까지 명확하게 이해되고 있지 않습니다. Fission yeast regional centromere 가지고 있는 대표적인 생물체로서 G2기에 CENP-ACnp1 centromere 조립 됩니다. 최근의 연구 결과는 CENP-ACnp1 histone H3 경쟁적으로 조립 된다고 제시하고 있습니다. 이는 활발한 histone H3 제거를 통해 CENP-ACnp1 조립되는 분자기전이 fission yeast에서도 보존되어 있다는 점을 시사합니다.

염색질 개조효소 (chromatin remodeler) 응축된 상태의 DNA 다양한 전사인자들이 접근할 있게 nucleosome 해체 시키거나 histone variant 재조립 시키는 chromatin 구조를 변화시킬 있는 단백질입니다. 이러한 기능들 때문에 chromatin remodeler CENP-A nucleosome 조립에 중요한 역할을 것이라고 예전부터 추측되어 왔습니다. 예를 들어, 대표적인 chromatin remodeler CHD1 (Chromodomain Helicase DNA Binding Protein 1) 경우 인간과 fission yeast에서 CENP-ACnp1 조립을 촉진한다고 밝혀진 있습니다. 그러나 선행 연구들에서 보여준 chromatin remodeler 역할이 충분하지 않다고 생각했고 또한 chromatin remodeler centromere에서 가지는 중요한 역할이 histone H3 CENP-A 재조립과 직접적인 연관이 있는지는 불분명했습니다. 따라서 이런 의문들에 대한 해답을 얻기 위해 fission yeast에서 여러 종류의 chromatin remodeler들을 대상으로 centromere 삽입된 reporter system 이용한 선별 검사를 수행하였습니다. 이를 통해 Ino80 (Inositol requiring mutant 80) 복합체가 가장 적합한 후보라는 것을 발견했고, 대표적인 NGS (Next generation sequencing) 기술인 ChIP-Seq (Chromatin immunoprecipitation combined with high-throughput sequencing analysis) 이용하여 Ino80 복합체의 역할을 연구했습니다.

이번 연구를 통해 centromere에서 CENP-ACnp1 nucleosome의 조립과정 Ino80 복합체에 의한 histone H3 제거기전이 중요하다는 것을 발견했습니다. 이러한 Ino80 복합체의 기능은 선행 연구에서 보여졌던 Chd1Hrp1 기능과 기능적으로 중복되는 것으로 보이며 Ino80 복합체의 centromere 존재 이유는 특정 DNA 서열이 아닌 CENP-A Cnp1 염색질이라는 것을 밝혀냈습니다. 또한 특정 박테리아 DNA 결합하는 DNA 결합 도메인을 이용한 인공적인 표적실험 (Artificial recruitment assay) 통해 Ino80 복합체 소단위체 (Subunit) 특이적인 표적이 CENP-ACnp1 염색질에서 출발하여 주변부위로 퍼지는 현상을 촉진한다는 것을 확인했습니다. 이러한 여러 연구 결과들을 통해 CENP-A 염색질에 의해 표적이 되는 Ino80 복합체가 histone H3의 제거를 통해 후성유전학적으로 centromere의 신장을 매개한다는 사실을 밝혀내었습니다.


2. 연구과정에서 있었던 에피소드를 소개해 주세요.

Ino80 복합체의 essential catalytic subunit Ino80를 연구하기 위해서 random mutagenesis 방법을 이용하여 새로운 temperature-sensitive (ts) mutant를 제작하였습니다. 이렇게 제작된 mutant는 제작 당시 제가 부여한 숫자인 ‘11’번을 이용하여 ino80-11 이라고 명명했습니다. 처음으로 mutant를 제작한 것이 굉장히 뿌듯했습니다.


3. 연구를 통해 얻은 지혜를 후배들에게 들려주세요.

연구를 할 때에는 일희일비 하지 않는 것이 굉장히 중요한 것 같습니다. 그래서 원하는 방향으로 데이터가 나오지 않거나 실험에 실패했을 때 스트레스를 잘 조절하는 능력이 필요한 것 같습니다. 모두 스트레스를 이겨내고 행복하게 연구를 했으면 좋겠습니다.


4. 나는 왜 명과학자가 되었는가?

생명 현상의 신비를 이해하는 일이 흥미롭게 느껴졌습니다. 학부 때 생명과학을 전공하면서 아직까지도 제대로 이해되고 있지 않는 부분들이 많다고 느꼈고 이런 부분들을 실제로 밝혀내고 싶다는 생각이 들어 대학원에 진학하게 되었습니다.


5. 다른 하고 싶은 이야기

지도 교수로서 물심양면으로 지도 편달을 주신 이대엽 교수님과 함께 프로젝트를 진행하며 저를 이끌어 주신 최은식 박사님께 정말 감사 드립니다. 지난 시간 동안 얻었던 뜻 깊은 배움이 제 앞으로의 삶에 중요한 초석이 될 것 입니다. 또한 항상 든든한 버팀목이 되어 주셨던 부모님과 아낌없는 조언을 주셨던 크로마틴 생물학 실험실 모든 구성원분들에게 감사 드립니다.


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