Lim Lab(RNA & epi GENOMICS)
update: 2024.03.25
Gene Regulation
본 연구실은 기본적으로 생체내에서 유전자의 발현 조절과 관련한 다양한 분자적 메커니즘을 규명하고 이를 이해함과 동시에 더 나아가 이러한 유전자의 발현 조절과 연관된 발달 및 생리학적 현상 또는 병리학적 현상을 설명하는데 그 초점을 맞추고 있습니다. 특히 transcriptional gene regulation 또는 post-transcriptional gene regulation의 관점에서 1) regulatory non-coding RNAs (예, siRNAs, miRNAs, piRNAs, lncRNAs)에 의한 조절, 2) R-loop (RNA:DNA hybrid)에 의한 조절, 3) 3D genome organization (예, promoter-enhancer interaction, TAD)의 변화에 의한 조절에 관심을 가지고 있습니다. 또한 이러한 연구 목표에 맞추어 다양한 새로운 sequencing technology들의 개발에도 큰 관심을 가지고 연구에 임하고 있습니다.
1) Regulatory Non-coding RNAs & Development
최근 high-throughput sequencing 기술의 발전을 토대로 유전체 연구를 통해 기존에 알려져 왔던 것 보다 더 많은 genomic region에서 전사(transcription)가 일어나는 것이 밝혀졌습니다. 이를 통해 단백질을 암호화 하고 있는 mRNA (protein-coding mRNA) 뿐만 아니라 RNA 그 자체로 조절 기능을 보이는 non-coding RNAs (예, siRNAs, miRNAs, piRNAs, lncRNAs)이 많이 발견이 되었습니다. 이러한 non-coding RNAs은 target mRNA 또는 chromatin 등에 직접 작용하여 transcription 또는 post-transcription 수준에서 유전자의 발현 조절에 관여한다고 알려져 있습니다. 그러나 아직도 완벽히 정확한 메커니즘을 이해하기 어렵고, 상당히 많은 non-coding RNAs 이 발견 되어진 것에 반해 아직 그 생체 내에서의 기능은 일부만 알려져 있습니다. 또한 생명체의 발달은 정확한 유전자의 발현 조절에 기반하여 진행되는 신비한 생물학적 과정입니다. 본 연구실은 non-coding RNA들의 메커니즘 및 생물학적 기능 (특히 발달학적 기능)을 규명하는 데 초점을 맞추고 있습니다.
2) RNA-Chromatin Interaction (+R-loop)
Regulatory RNA들은 transcript에 작용하기도 하지만, 또한 chromatin과의 상호작용을 통해 epigenetic 하게 유전자의 전사과정을 조절하기도 합니다. 본 연구실은 RNA-Chromatin 상호작용에 상당한 관심을 가지고 있으며, 이를 확인할 수 있는 새로운 sequencing technique을 기반으로 연구를 수행중 입니다. 또한 이러한 작용 중 R-loop (RNA:DNA hybrid)에 의한 조절 기전도 함께 연구를 수행하고자 합니다. 이러한 R-loop 부위는 유전체의 안정성에 위협을 가하는 주요 원인으로 알려져 왔으며, 많은 인간질병이 연관되어 있다고 생각되어져 왔습니다. 또한 최근 연구에 의하면, 이와 동시에 다양한 생리학적 기작 (예, chromosom segregation, chromatin remodeling, gene expression regulation)에도 중요한 역할을 담당하는 것으로 이해되고 있습니다. 이와 같이 R-loop은 그 생물학적 중요성에도 불구하고 아직도 정확한 메커니즘과 생물학적 역할에 대한 이해가 부족하며, 질병과 연관된 연구도 많이 진행되어야 할 부분입니다.
3) 3D Genome Organization
세포 내 핵안에는 유전자를 암호화하고 있는 DNA chromosome이 있으며 이러한 DNA는 nucleosome, chromatin loops & topologically associating domain (TAD), epigenomic compartment (A&B), chromosome territories 순으로 3D genomic structure를 이루고 있습니다. 이러한 구조는 세포 특이성을 나타내고 3D genome organization은 유전자의 발현에 매우 중요하게 관여함으로써 이러한 구조의 변화는 결국 인간 질병과도 깊게 연관되어 있는 것으로 보고되고 있습니다. 그러나 이러한 구조 형성 및 유지에는 DNA들의 특성 뿐만 아니라 RNA, protein도 관여하며 상당히 다양한 요소들이 영향을 주기 때문에 아직도 그 자세한 메커니즘은 불분명하며, 연구해야 할 부분이 많은 분야라고 생각합니다. 본 연구실은 다른 실험실과 차별화된 technique을 토대로 경쟁력 있는 연구를 수행 중 입니다.
4) Extrachromosomal DNA (ecDNA) & Cancer
일반적으로 진핵동물의 경우에는 linear 한 chromosomal DNA가 유전정보를 담고 있다고 생각되어 왔으나, 최근 연구에 의해 암 조직에서는 circular 형태의 추가적인 extrachromosomal DNA (ecDNA)가 발견 되었습니다. 이러한 ecDNA는 완전한 길이의 oncogene들을 포함하고 있으며 뿐만 아니라 이러한 oncogene의 높은 발현을 유도할 수 있는 super-enhacer도 가지면서 종양에서 암의 발달에 상당히 중요한 역할을 하고 있습니다. 또한 종양 조직에서의 암세포간에 그 복제수를 달리하며 heterogeneity를 갖게 하는데에도 핵심적인 역할을 담당한다고 알려져 있으며, 이는 종양의 drug resistance를 갖게하는데 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 이 분야에 대한 연구는 아직 초기 단계이며, 이와 관련하여 암을 이해하고 이를 예방/진단/치료하기 위해 상당히 다양한 방식으로 접근하여 연구할 필요가 있습니다.
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5) Sequencing Technologies
생명 현상을 연구하기 위해서 다양한 접근 방법이 개발 되어져 왔고 이러한 새로운 기술의 개발은 항상 기존의 제한점 및 장애물들을 극복함으로써 새롭고 중요한 발견을 하는데 핵심적인 역할을 해 왔습니다. 최근 생명과학 분야에서 특히 genomics/epigenomics 분야에서는 다양한 high-throughput sequencing 기술의 개발 및 발전을 기반으로 엄청난 발전을 해왔고 앞으로 더욱 기대가 되는 부분입니다. 또한 더욱 최근에는 단일세포 수준에서의 sequencing methods 이 활발히 개발되었고 이를 통해 생명과학 분야의 또 다른 큰 변화를 가져 왔습니다. 이와 같이 본 연구실은 창의적인 아이디어를 토대로 새로운 기술을 개발함으로써 다양한 생명과학 분야에 새로운 길을 여는 역할을 담당하고자 노력하고 있습니다.
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