생물학적 신호 및 cis-조절 요소 활성의 상징적 기록

Core Concepts

생물학적 활성을 유전체에 안정적으로 기록할 수 있는 새로운 기술인 ENGRAM을 소개하고, 이를 통해 다양한 신호 전달 경로와 전사 인자 활성의 동적 변화를 기록할 수 있음을 보여줌.

Abstract

이 연구는 생물학적 활성을 유전체에 안정적으로 기록할 수 있는 새로운 기술인 ENGRAM을 소개한다. ENGRAM은 신호 의존적으로 prime editing guide RNA를 생산하여 신호 특이적 바코드를 유전체 내 기록 단위에 삽입하는 방식으로 작동한다.
이 기술을 통해 다음과 같은 결과를 보여주었다:

수십 개에서 수백 개의 cis-조절 요소의 세포 특이적 활성을 높은 정확성, 민감도 및 재현성으로 다중 기록할 수 있음
WNT, NF-κB, Tet-On 신호 전달 경로의 시간 및 농도 의존적 유전체 기록 가능
DNA Typewriter와 결합하여 두 직교 신호 전달 경로의 시간적 동역학을 유전체에 안정적으로 기록할 수 있음
마우스 배아 줄기세포의 gastruloid 분화 과정에서 약 100개의 전사 인자 결합 모티프 활성의 일간 변화를 통합적으로 기록할 수 있음
이는 생물학적 신호나 상태를 세포 내에서 유전체에 기록할 수 있는 새로운 패러다임을 제시하며, 생물학 연구에 활용될 수 있는 광범위한 가능성을 보여준다.

Stats

생물학적 신호 및 활성을 유전체에 안정적으로 기록할 수 있는 새로운 기술인 ENGRAM을 소개하였다.
ENGRAM을 통해 수십 개에서 수백 개의 cis-조절 요소의 세포 특이적 활성을 높은 정확성, 민감도 및 재현성으로 다중 기록할 수 있었다.
WNT, NF-κB, Tet-On 신호 전달 경로의 시간 및 농도 의존적 유전체 기록이 가능하였다.
DNA Typewriter와 결합하여 두 직교 신호 전달 경로의 시간적 동역학을 유전체에 안정적으로 기록할 수 있었다.
마우스 배아 줄기세포의 gastruloid 분화 과정에서 약 100개의 전사 인자 결합 모티프 활성의 일간 변화를 통합적으로 기록할 수 있었다.

Quotes

"생물학적 신호나 상태를 세포 내에서 유전체에 기록할 수 있는 새로운 패러다임을 제시한다."
"생물학 연구에 활용될 수 있는 광범위한 가능성을 보여준다."

Key Insights Distilled From

Symbolic recording of signalling and cis-regulatory element activity to DNA - Nature

by Wei Chen,Jun... at www.nature.com 07-17-2024

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07706-4

Deeper Inquiries

이 기술을 통해 생물학적 신호와 활성을 유전체에 기록하는 것이 어떤 새로운 연구 기회를 제공할 수 있을까?

ENGRAM을 통해 생물학적 신호와 활성을 유전체에 기록하는 것은 기존의 방법과는 다른 혁신적인 연구 기회를 제공합니다. 이 기술은 생물학적 활동을 유전체에 안정적으로 기록할 수 있어서, 생체 내에서의 활동을 파괴하거나 실시간으로 관찰할 필요가 없습니다. 이는 연구자들이 세포 내에서 다양한 시그널링과 시스-레귤러토리 엘리먼트의 활동을 다중으로 기록하고, 시간에 따른 변화를 추적할 수 있는 기회를 제공합니다. 또한 ENGRAM은 다양한 세포 유형에서의 활동을 높은 정확도, 감도 및 재현성으로 기록할 수 있어서, 생물학적 신호 및 상태를 유전체에 기록함으로써 생물학적 시스템을 보다 깊이 이해하고 분석할 수 있는 새로운 창을 열어줍니다.

이 기술의 한계는 무엇이며, 어떤 추가적인 개선이 필요할까?

ENGRAM의 한계 중 하나는 현재는 proof-of-concept 실험에 그쳤다는 점입니다. 이 기술이 완전히 실용화되기 위해서는 여러 가지 개선이 필요합니다. 예를 들어, 현재는 시그널 응답성 시스-레귤러토리 엘리먼트를 활용하여 시간 및 농도에 따른 유전체 기록을 보여주었지만, 더 다양한 시그널링 경로나 활동을 기록할 수 있는 더욱 다양한 엘리먼트의 개발이 필요합니다. 또한, ENGRAM을 통해 기록된 정보를 해독하고 분석하는 방법에 대한 개선도 필요합니다. 더 나아가, 더 많은 생물학적 시스템에서의 적용 가능성을 탐구하고, 다양한 조건에서의 안정성과 신뢰성을 확인하는 등의 추가적인 연구가 필요할 것입니다.

이 기술을 통해 생물학적 시스템의 복잡성을 어떻게 더 깊이 이해할 수 있을까?

ENGRAM을 통해 생물학적 시스템의 복잡성을 더 깊이 이해할 수 있는 다양한 방법이 있습니다. 먼저, 이 기술을 사용하면 다양한 세포 유형에서의 다수의 cis-레귤러토리 엘리먼트 활동을 동시에 기록할 수 있기 때문에, 세포 내에서의 복잡한 상호작용을 분석할 수 있습니다. 또한, ENGRAM을 통해 다양한 시그널링 경로나 전사 인자의 활동을 시간적, 농도적으로 기록할 수 있기 때문에, 생물학적 시스템 내에서의 동적인 변화를 추적하고 이해할 수 있습니다. 더불어, 이 기술을 통해 다양한 생물학적 시스템에서의 유전체 기록을 통해 생물학적 프로세스의 복잡성을 보다 깊이 파악하고, 새로운 통찰력을 얻을 수 있습니다.