The ageing genome: from mechanisms to disease
뉴스 · 2025-07-01 · 조회 41
1. 서론
본 학회는 Europe’s life sciences laboratory (EMBL)에서 주관하는 학회로 EMBL에서는 많은 conference, work shop 등이 개최되는데 “The ageing genome: from mechanisms to disease” conference는 2년마다 개최되고 있다. 올해는 6월 10일 ~ 6월 13일까지 4일간 개최되었다.
1.1 학회 참가 목적
연구 중에 관찰했던 특징이 aging 연구에서 유의한 의미를 가지는지 확인 및 aging 연구에서 활발한 연구 분야 및 연구 방식은 어떤 것인지 동향을 파악.
1.2 학회 참가 전 준비사항
본 학회는 독일의 Heidelberg에 위치한 EMBL의 EMBL Advanced Training Centre 라는 곳에서 이루어지는데 Heidelberg는 관광지로도 유명하며 관광지 인근의 숙소에 대해서 할인쿠폰을 제공하고 EMBL에서 숙소까지 셔틀버스도 무료로 제공하고 있으니 학회 참가 의사가 있다면 미리 알아보고 숙소를 저렴하게 예약하는 편이 좋다. EMBL은 셔틀 외엔 2대의 버스가 정차하긴 하지만 버스 배차 간격이 길고 독일은 대중교통 요금이 비싸고 표 구하는 것도 처음엔 익숙하지 않을 것이며 걸어가기엔 산을 올라야 하는 점이 셔틀을 이용하는 게 무조건적으로 유리하다고 할 수 있다.
그림 1. EMBL까지 걸어갈 경우 만날 수 있는 표지판
2. 주요 발표
2.1 기조연설, 제목: 텔로미어와 TERRA 긴 비암호화 RNA 간의 긴밀한 만남
Aging은 어떻게 일어나는지 찾기 위한 연구는, 거시적으로는 집단 혹은 초고령인으로부터 genomic 혹은 epigenetic 패턴을 찾아내는 것과, 미시적인 수준에선 telomere 같은 노화와 밀접한 연관이 있는 molecule의 mechanism을 분자 수준에서 규명하는 접근으로 나눌 수 있다. 또 telomere에 대한 연구를 갈래로 나누면, telomeric DNA repeat region, telomeric repeat-containing RNA (TERRA), telomere의 길이를 연장하는 enzyme, telomere를 보호하는 protein, telomere의 손상으로부터 야기되는 DNA damage response로 인한 신호전달 과정 등 많은 접근 방식들이 존재한다. 이 중 TERRA는 telomere의 기능과 안정성에 영향을 주는 기전들과, 심한 손상에선 apoptosis를 유발하는 기전 등 흥미로운 기전들이 밝혀지고 있는 활발한 telomere 연구 주제 중 하나인데, 그런 측면에서 올해의 keynote speaker는 École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)에서 TERRA에 의해 매개되는 aging의 메커니즘을 규명하는 연구팀을 이끌고 있는 Joachim Lingner 교수로 선정되었다.
TERRA는 telomeric region에서 전사되는 반복 서열을 포함하는 non-coding RNA를 총칭하는 개념으로, eukaryotes 내에서 보존되어 있다. TERRA는 origin이 되는 telomere가 어떤 것인지에 따라 다른 post-transcriptional modification을 겪을 수 있는데, 그에 따라 기능도 다르게 나타날 수 있다. 그렇지만 R-loop를 형성하는 DNA: RNA hybrids와 G-quadruplex structures로 접힐 수 있도록 하는 3’ end의 repetitive G-rich sequence (UUAGGG)n를 공유하고 있다. TERRA는 telomere가 짧아지지 않도록 HDR-mediated telomere elongation을 유도하는 역할을 하지만, 너무 짧아지게 된다면 cell death를 유발하기도 하며, 이런 elongation은 TERRA의 발현으로부터 형성된 R-loop가 매개하게 된다.
이번 강연의 title은 Close encounters between telomeres and TERRA long noncoding RNA로, telomere가 TERRA에 의해 유지되는 메커니즘과, telomere가 없는 alternative lengthening of telomeres (ALT) 암세포가 어떻게 telomere 재조합을 일으키는지에 대한 메커니즘을 제시하고 있다. TERRA의 발현은 세포주기 내에서 조절되어 있는데, S기에서 가장 낮은 발현을 나타낸다. 그 이유는 R-loop가 semiconservative DNA replication(반보존적 복제)의 진행을 막아버리기 때문에, 올바른 DNA 복제가 진행되게 하기 위해 S기에서는 TERRA가 억제되어 있다. 그렇지만 ALT cancer cells에선 S기에서 TERRA의 억제가 관찰되지 않았고, 이를 통해 end replication problem에 대응하는 telomerase-independent mechanism으로 활용하고 있었다. 이런 S기에 억제되지 않은 TERRA의 발현은 비단 ALT cancer cell에 국한된 것이 아니라, telomerase가 제거된 짧은 telomere를 가진 Saccharomyces cerevisiae cells에서도 관찰되었으며, 이런 R-loop에 의해 매개되는 telomere 복구 과정에 대한 연구를 소개하였다. 먼저, 이 기전에 대해 연구하기 위해 TERRA 과발현 모델을 만들어야 했고, 이전의 다른 연구들은 extrachromosomal effects를 내포하는 모델을 사용했던 반면, 해당 연구에선 CRISPR activation system을 사용해서 HeLa cells에 절단 기능이 없는 Cas9 단백질인 catalytically dead Cas9 (dCas9)과 강한 transcription activator인 four copies of VP16 (VP64)를 사용하였고, 다양한 염색체의 말단 부분의 TERRA promoter regions을 타겟할 수 있는 guide RNAs를 사용하여 endogenous TERRA overexpression을 유도할 수 있는 HeLa 세포를 만들었다. 그리고 HeLa cell에서 TERRA의 과발현을 유도한 다음, R-loop의 발현 증가를 확인하였다. 그리고 R-loop의 형성에 DNA recombinase인 RAD51 recombinase (RAD51) 단백질과 RAD51 associated protein 1 (RAD51AP1)이 R-loop 형성에 관여한다고 알려졌는데, 이 단백질들이 필수적인 역할을 하는지 확인하기 위해, RAD51AP1과 RAD51 각각을 억제한 다음 R-loop의 형성이 억제된 것을 확인하였다. 이를 통해 두 단백질이 R-loop 형성에 직접적으로 관여함을 확인하였으며, 다른 연구에서 보고된 R-loop가 replication machinery를 방해하고 DNA damage에 기여한다는 보고를 근거로 이에 관한 세부적인 기전을 확인하고자 했다. DNA damage marker인 53BP1과 telomeric fluorescent in-situ hybridization (FISH)를 사용해서 telomere dysfunction-induced foci (TIFs)를 진행하여 co-localized TIF를 확인함으로써, R-loop가 telomeric region에 DNA damage를 일으키는 것을 확인했다. Replication stress가 replicative DNA polymerase를 억제하고 telomere fragility를 일으킨다는 보고와, TERRA R-loop와 telomere fragility의 상관관계가 제시되었던 점을 토대로 이에 대한 인과성을 검증하기 위해 TERRA의 R-loop로 인한 telomere fragility가 일어나는지를 확인하였으며, TERRA R-loop formation이 telomere fragility의 주요인이 되는 것과, 이 과정에서 RAD51, RAD51AP1-dependent R-loop가 필요함을 증명했다. 그리고 이런 fragility는 leading, lagging strand telomere에서 일어남을 확인했다. 그렇다면 어떤 repair pathway가 관여하는지를 조사하기 위해 R-loop와 관여되어 있는 BIR and PrimPol pathways를 조사하였고, 이 둘이 병렬적으로 repair에 관여하고 있음을 보여주었다. 두 pathway를 각각 단독으로 depletion 시켰을 때는 차이가 없지만, 둘 다 depletion 시키게 되면 세포의 생존률이 급감하는 것을 보였다. 이를 통해 telomerase가 없는 ALT 암세포에서는 TERRA의 과발현을 통해 PrimPol, BIR을 통한 HDR pathway를 이용해 telomere를 복구함을 보여주고, TERRA에 의한 telomere 복구 과정을 요약하며 발표를 마무리했다. 후반부부터는 생소한 용어와 polymerase의 구조 및 복제 과정을 이해하지 못하면 따라가기 힘든 발표였지만, 이런 기전을 잘 이해하고 있다면 논리적 흐름을 따라가기가 쉬웠을 것이라 생각한다.
2.2 라파마이신은 조기 노화 뉴클레오티드 절제 복구 돌연변이 마우스 모델에서 식이 제한의 수명 연장 효과를 약화시킵니다
발표자: Joris Demmers (University of Cologne, Germany)
굉장히 흥미로운 연구로, 항노화를 위한 연구에서 자주 보이는 dietary restriction (DR)과 굉장히 흥미로운 연구로, 항노화를 위한 연구에서 자주 보이는 dietary restriction (DR)과 rapamycin을 다룬 것으로, 둘 다 항노화를 유도하기 위한 모델로 사용된다. 특히 rapamycin을 DR-mimetic으로 처리하는 연구가 있는데, rapamycin은 DR-mimetic이 아니다. DR은 nucleotide excision repair (NER)-deficient progeroid mice 모델에서 수명 연장을 보이지만, rapamycin은 그렇지 않았으며, 그렇기 때문에 서로 다른 기전을 통한다고 볼 수 있어 둘이 엄연히 다르다는 점을 강조한다. 이 연구에는 NER-deficient progeroid mice를 사용했는데, DNA 손상 복구가 망가진 모델로 노화가 가속되어 있어 4~6개월 정도로 나타나기 때문에 노화 모델로 자주 쓰인다. DR(30% 감소된 음식 섭취)을 실시한 NER-deficient mice는 대조군에 비해 250%의 수명 연장을 보여주지만, rapamycin 42ppm을 음식을 통해 섭취한 그룹과 그 대조군을 비교했을 때는 유의한 차이가 관찰되지 않았다. 그렇다면 두 개의 NER-deficient mice 각각에서 DR과 rapamycin의 처리에 따른 그룹을 나눠서 (DR, AR), (rapamycin o/x) 생존률을 확인하였고, DR + rapamycin(x) 그룹에서 유의하게 증가된 생존률을 보였으며, AL + rapamycin(o) 그룹에선 오히려 생존률이 감소하였음을 확인하였다.
그리고 NER-deficient mice의 liver에서 age-related pathology가 관찰되는 점에 따라 liver를 대상으로 RNA-seq, proteomics, phosphoproteomics를 실시하였다. DR 그룹은 전체적으로 미토콘드리아 기능이 활성화되었고, 산화 스트레스도 해소되었으며, DNA damage response도 감소하였다. 반면, rapamycin을 처리한 그룹에선 DNA damage signaling이 오히려 증가했음을 확인했다.
이 연구는 유사하다고 알려진 항노화 전략이 서로 다른 효과를 발휘하고 있음을 보여주면서, 각각의 항노화 메커니즘을 이해하고 적절한 항노화 전략을 선택해 aging 연구에 접근해야 함을 강조하고 있다.
2.3 AP-1 복합체의 FOXM1 매개 억제를 통한 노화 염색질 프로필의 복귀
발표자: Fabio Ferreira (Institute for Research and Innovation in Health, University of Porto, Portugal)
노화 동안 유전자 발현은 epigenetic 조절을 받아 변하는데, 이 과정에 어떤 epigenetic한 기전이 관여하는지는 잘 알려지지 않았다. 여러 오믹스 접근을 통해 이를 이해하기 위해 건강한 Caucasian 피부 생검 유래 fibroblasts를 이용했으며, 1y, 10y, 42y, 52y, 75y, 87y의 샘플을 사용하였다.
Chromatin accessibility를 측정하는 ATAC-seq을 통해 Neonatal-specific region, common region, elderly-specific region을 구분했으며, elderly와 neonatal 그룹의 비교를 통해 두 나이대에서 큰 accessibility의 차이를 나타내는 유전자들을 제시하였다. 그중 AP1 complex는 나이 듦에 따라 accessibility가 증가하며, FOXM1, RHNO1, TEAD4 유전자들은 accessibility가 감소했음을 보여주었다. 또한, FOXM1/RHNO1의 bidirectional promoter를 viewpoint로 설정하여 진행한 C4-seq 데이터와 ATAC-seq 데이터, H3K27ac, H3K4me3 ChIP-seq 데이터를 통합하여 peak로 나타나는 regions들을 탐색했고, 14개의 putative CRE를 선정하여 C1 ~ C14라고 명명하였다. 그리고 luciferase assay와 CRISPR/Cas9-mediated genomic region deletions을 이용해 C10 region이 FOXM1 유전자 발현 조절에 중요함을 확인하였고, 세포 노화를 가속화시킴을 증명하였다. 또한 고령 샘플에서 FOXM1을 과발현시키면 youthful chromatin accessibility profiles로 되돌릴 수 있음을 확인함과 그 기전에는 FOXM1의 AP1 complex 억제가 바탕이 되고 있음을 ATAC-seq과 RNA-seq을 통해 밝혔다.
3. 포스터 발표
포스터 발표는 기다려지는 시간 중 하나인데, 이때만큼은 나만의 속도로 볼 수 있고 자유롭게 질문할 수도 있어서 정말 건질 게 많은 시간이다. 둘째 날은 홀수 번호, 셋째 날은 짝수 번호의 포스터 발표가 있으며 2시간 동안 이루어진다. 시간이 여유 있을 것 같지만, 막상 돌아보면 조금 부족하다. 인기가 많은 포스터는 처음부터 설명을 듣기엔 줄이 꽤 길게 서 있으니, abstract book을 참고하거나 flash talk 때 원하는 포스터를 미리 선정해 두는 것이 좋다.
그림 2. 맥주의 나라 답게 맥주와 함께하는 포스터 세션
4. 소통을 위한 자리
4.1 커피 브레이크 및 연사와 편집자 만나기
Coffee break 때 speaker들과의 대화 기회를 주기 위해, speaker가 자리에 위치해 있어서 편하게 말을 걸 수 있다. speaker와 컨택을 원한다면 이때가 타이밍이다. 또한 저널의 editor도 만나볼 수 있는 기회다.
그림 4. (왼쪽) Keynote Speaker인 Joachim Lingner (오른쪽)Systems Aging의 Editor인 Jarretier-Yuste
4.2
연구자 간의 교류가 활발한데, Coffee break 타임 때나 셔틀을 타고 일찍 도착해 다과를 먹고 있을 때나 저녁 시간에 정말 편하게 대화할 수 있었다. 해외 학회의 장점은 교수나 연장자 에게도 말을 거는 것이 국내에 비해 상대적으로 편하다는 점이다. 그렇게 약간의 친목을 다진 상태로 그분의 발표를 들으면 더 재미있게 들을 수 있고, 후에 질문하기도 편하기 때문에 학회를 더욱 즐기기 위해서는 세션 외 시간들을 잘 활용하는 것이 좋다.
5. 마무리
EMBL 학회는 처음이었는데, 다방면으로 만족스러웠다. 오랜 학회 운영으로 인한 노하우가 엿보였다. speaker와의 만남을 위한 자리 마련은 정말 괜찮은 시스템 같았다. 매번 speaker와 대화하기 위해 강의 끝나고 쭈뼛쭈뼛 서 있는 게 쉬운 일은 아니었는데, 이런 부분에서 학회 운영의 노하우를 느꼈고, 세션을 진행하는 동안 동선도 가까웠고 여러 편의시설도 잘 마련되어 있었다. 언젠간 기회가 되면 다시 방문하고 싶은 학회였다.
개최지 : 독일 하이델베르크
개최일 : 2025.06.10.~ 2025.06.13
발표제목 : Aerobic Exercise Modulates Pulmonary Endothelial Cell Stress Response to Mitigate Lung Aging
작성자 : 광주과학기술원 김유민