NusB 2주차의 마지막 논문입니다. 이렇게 되면 제가 논문을 읽고 있는지, 논문이 저를 읽고 있는지 혼란스럽습니다. 그래도 오른 2주차를 정리하지 않으면 3주차 포스팅을 시작할 수 없기 때문에, 열심히 마무리해 보겠습니다(Taylor, A.I., Wan, C.J.K., Donde, M.J, Peak-Chew, S-Y , & Holliger , P)(2022) . A modular XNAzymecleaves long, structured RNAs under physiological conditions and enables alle-specific gene silencing. Nature Chemistry, 14(12), 1295–1305. 위 논문을 요약한 글로서 논문이 의도하지 않은 내용 혹은 논문에 포함되지 않은 부정확한 내용이 있을 수 있습니다. )인트로 NusB 2주차의 마지막 논문입니다. 이렇게 되면 제가 논문을 읽고 있는지, 논문이 저를 읽고 있는지 헷갈립니다. 그래도 오른 2주차를 정리하지 않으면 3주차 포스팅을 시작할 수 없기 때문에, 열심히 마무리해 보겠습니다(Taylor, A.I., Wan, C.J.K., Donde, M.J, Peak-Chew, S.-Y , & Holliger , P(2022) . A modular XNAzymecleaves long, structured RNAs under physiological conditions and enables alle-specific gene silencing. Nature Chemistry, 14(12), 1295–1305. 위 논문을 요약한 글로서 논문이 의도하지 않은 내용 혹은 논문에 포함되지 않은 부정확한 내용이 있을 수 있습니다. ) 인트로
논문의 주제와 의의는? 이 논문에서 연구하는 것은 XNAzyme인 FR6_1로, 이를 통해 특정 유전자의 발현을 억제하거나 차단하는 유전자 침묵을 가능하게 하는 것이 목적입니다. 이 논문의 의의는 XNAzyme을 활용하여 길고 구조화된 RNA를 생리조건 하에서 절단할 수 있고 대립유전자 특이적 유전자 침묵을 가능하게 한다는 점에 있습니다. XNAzyme이란 무엇입니까, XNA는 유전물질의 관점뿐만 아니라 촉매로 사용하기 위해서도 연구되고 있습니다. 보통 생물학적 반응의 촉매 역할은 단백질 효소의 영역인데 핵산이 단백질처럼 효소의 기능을 한다는 겁니다. 효소처럼 기능을 하는 XNA를 XNAzyme이라고 합니다. 마찬가지로 효소로서 기능하는 DNA인 DNAzyme, 효소로서 기능하는 RNA인 RNAzyme도 존재합니다. 이러한 핵산 효소의 특징은 다음과 같습니다. 논문의 주제와 의의는? 이 논문에서 연구하는 것은 XNAzyme인 FR6_1로, 이를 통해 특정 유전자의 발현을 억제하거나 차단하는 유전자 침묵을 가능하게 하는 것이 목적입니다. 이 논문의 의의는 XNAzyme을 활용하여 길고 구조화된 RNA를 생리조건 하에서 절단할 수 있고 대립유전자 특이적 유전자 침묵을 가능하게 한다는 점에 있습니다. XNAzyme이란 무엇입니까, XNA는 유전물질의 관점뿐만 아니라 촉매로 사용하기 위해서도 연구되고 있습니다. 보통 생물학적 반응의 촉매 역할은 단백질 효소의 영역인데 핵산이 단백질처럼 효소의 기능을 한다는 겁니다. 효소처럼 기능을 하는 XNA를 XNAzyme이라고 합니다. 마찬가지로 효소로서 기능하는 DNA인 DNAzyme, 효소로서 기능하는 RNA인 RNAzyme도 존재합니다. 이러한 핵산 효소의 특징은 다음과 같습니다.
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XNAzyme 일반적으로 DNA나 RNA 기질을 절단하거나, 연결 DNAzyme 일반적으로 금속이온의 존재하에 특정 기질을 절단하거나, 화학반응촉진 RNAzyme 라이보자임이라고도 하며, 일반적으로 RNA의 특정 부위를 절단하거나, 연결 XNAzyme 일반적으로 DNA나 RNA 기질을 절단하거나, 연결 DNAzyme 일반적으로 금속이온의 존재하에 특정 기질을 절단하거나, 화학반응촉진 RNAzyme 라이보자임이라고도 하며, 일반적으로 RNA의 특정 부위를 절단하거나, 연결
그럼 FR6_1은 뭐죠, 이 논문에서 집중적으로 연구하고 개발한 XNAzyme입니다. FR6_1은 XNA 중에서도 FANA(2′-deoxy-2′-fluro-β-d-arabino)로 이루어진 RNA 엔도뉴클레아제(DNA나 RNA 분자의 내부를 절단하는 효소) XNAzyme입니다. FR6_1은 이전에 보고된 DNA- 및 XNAzyme의 제한된 활성을 극복하고, 특히 일부 종양 관련 유전자에 대해 높은 선택성을 보이며, 생리학적 Mg2+ 농도로 길고 구조화된 BRAF 및 KRASmRNA를 절단할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 연구 배경에서 FR6_1은 무엇입니까, 이 논문에서 집중적으로 연구하고 개발한 XNAzyme입니다. FR6_1은 XNA 중에서도 FANA(2′-deoxy-2′-fluro-β-d-arabino)로 이루어진 RNA 엔도뉴클레아제(DNA나 RNA 분자의 내부를 절단하는 효소) XNAzyme입니다. FR6_1은 이전에 보고된 DNA- 및 XNAzyme의 제한된 활성을 극복하고, 특히 일부 종양 관련 유전자에 대해 높은 선택성을 보이며, 생리학적 Mg2+ 농도로 길고 구조화된 BRAF 및 KRASmRNA를 절단할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 연구의 배경
관련 선행연구 결과는? 위에서 소개한 핵산효소는 높은 특이성으로 표적을 절단하기 때문에 치료제로서 큰 잠재력을 가지고 있으며 시험관 내 진화 등의 과정을 통해 연구되고 있습니다. DNA의 염기서열 중 특정 부분은 절단 특이성을 재프로그래밍하도록 수정할 수 있는 표적 RNA에 대한 상보성을 갖는 구조를 형성합니다. 모듈형 엔도뉴클레아제의 이런 특정 부분을 똑딱똑딱 고치면 특정 RNA를 절단하도록 지시할 수 있는데요. 임상 평가의 주목할 만한 결과로 다음과 같은 효소가 있습니다. 관련 선행연구 결과는? 위에서 소개한 핵산효소는 높은 특이성으로 표적을 절단하기 때문에 치료제로서 큰 잠재력을 가지고 있으며 시험관 내 진화 등의 과정을 통해 연구되고 있습니다. DNA의 염기서열 중 특정 부분은 절단 특이성을 재프로그래밍하도록 수정할 수 있는 표적 RNA에 대한 상보성을 갖는 구조를 형성합니다. 모듈형 엔도뉴클레아제의 이런 특정 부분을 똑딱똑딱 고치면 특정 RNA를 절단하도록 지시할 수 있는데요. 임상 평가의 주목할 만한 결과로 다음과 같은 효소가 있습니다.
hGD40 해머헤드 리보자임 및 10–23 DNA 효소의 변형으로, 특히 제2형 면역반응(GATA-3)과 관련된 핵심 단백질 생성 RNA를 표적으로 하는 효소 Dz13 건선, 천식 및 만성 폐쇄성 폐질환의 비정상 세포나 종양 세포의 c-Jun(세포의 증식, 사멸과 관련된 유전자 발현 조절 전사 인자) 메신저 RNA(mRNA)를 표적으로 하는 효소 hGD40 해머헤드 리보자임 및 10–23 DNA 효소의 변형으로, 특히 제2형 면역반응(GATA-3)과 관련된 핵심 단백질 생성 RNA를 표적으로 하는 효소 Dz13 건선, 천식 및 만성 폐쇄성 폐질환의 비정상 세포나 종양 세포의 c-Jun(세포의 증식, 사멸과 관련된 유전자 발현 조절 전사 인자) 메신저 RNA(mRNA)를 표적으로 하는 효소
기존 연구에서 발견된 문제점은? 하지만 옆의 CRISPR Cas 기반 시약은 성과를 내고 있는 것과는 반대로 약 20년간 핵산효소 연구는 정체되어 있었습니다. 연구자들은 고체상 화학 합성에 의해 생산되고 프로그래밍 가능한 유전자 무음제가 나올 것으로 기대했는데요. 따라서 RNA 절단 촉매에 대해 새로운 전략의 필요성이 강조되었습니다. (고체상 합성이라면, 이전 논문에 나와 있던 그 반도체와 같은 합성 방식이죠? 논문을 계속 읽다 보면 확실히 알게 되는 것이 늘고 있는 것 같습니다) 일반적으로 생체 내에서 핵산효소를 방해하는 요소는 다음과 같습니다. 뉴클레아제 분해에 대한 민감성 금속이온보조인자의 비생리학적 농도에 대한 의존성 표적 RNA 내 기질 접근성 불량 및 세포 내 전달 불량 중 연구진이 주목한 것은 두 번째입니다. 앞서 DNA zyme가 ‘금속이온의 존재 하에서 특정한 기질을 절단하거나 화학반응 촉진’한다고 했는데 여기서 말하는 금속이온은 Mg² ⁺입니다. DNA Zyme이 Mg² ⁺와 같은 보조인자가 없거나 비생리학적 조건에서도 활성을 유지하는 경우가 있는데 이런 경우 RNA 절단 효율이 크게 낮아집니다. 연구자가 제시한 해결책은? 연구진은 생체 수준의 Mg² ⁺ 농도에서 (m)RNA 표적에 대한 효율적인 촉매 활성을 나타내는 RNA 엔도뉴클레아제 XNAzyme을 개발하고자 했습니다. 이전에도 FANA 기반 RNA 엔도뉴클레아제 XNAzymes를 개발한 경우가 있었는데, 이들은 매우 높은 농도의 Mg² ⁺ 이온이 필요하고 비모듈식이어서 사용에 제한이 있었습니다. 따라서 FR6_1의 연구가 성공한다면 더 유연한 효소를 개발할 수 있을 것입니다. 잠시 모듈식과 비모듈식을 비교해보고 넘어가 볼까요? 모듈러 효소는 작은 모듈러들이 모여 효소를 구성한 것으로 필요에 따라 모듈을 추가하거나 교체할 수 있어 기능의 유연성과 적응성이 높습니다. 반면 비모듈러 효소는 구성 요소가 고정된 효소로 기능을 변경하는 것은 어렵습니다. 안정적이고 일관된 성능을 제공할 수는 있지만 모듈식에 비해 유도체가 없는 효소입니다. 연구방법 및 결과 기존 연구에서 발견된 문제점은? 하지만 옆의 CRISPR Cas 기반 시약은 성과를 내고 있는 것과는 반대로 약 20년간 핵산효소 연구는 정체되어 있었습니다. 연구자들은 고체상 화학 합성에 의해 생산되고 프로그래밍 가능한 유전자 무음제가 나올 것으로 기대했는데요. 따라서 RNA 절단 촉매에 대해 새로운 전략의 필요성이 강조되었습니다. (고체상 합성이라면, 이전 논문에 나와 있던 그 반도체와 같은 합성 방식이죠? 논문을 계속 읽다 보면 확실히 알게 되는 것이 늘고 있는 것 같습니다) 일반적으로 생체 내에서 핵산효소를 방해하는 요소는 다음과 같습니다. 뉴클레아제 분해에 대한 민감성 금속이온보조인자의 비생리학적 농도에 대한 의존성 표적 RNA 내 기질 접근성 불량 및 세포 내 전달 불량 중 연구진이 주목한 것은 두 번째입니다. 앞서 DNA zyme가 ‘금속이온의 존재 하에서 특정한 기질을 절단하거나 화학반응 촉진’한다고 했는데 여기서 말하는 금속이온은 Mg² ⁺입니다. DNA Zyme이 Mg² ⁺와 같은 보조인자가 없거나 비생리학적 조건에서도 활성을 유지하는 경우가 있는데 이런 경우 RNA 절단 효율이 크게 낮아집니다. 연구자가 제시한 해결책은? 연구진은 생체 수준의 Mg² ⁺ 농도에서 (m)RNA 표적에 대한 효율적인 촉매 활성을 나타내는 RNA 엔도뉴클레아제 XNAzyme을 개발하고자 했습니다. 이전에도 FANA 기반 RNA 엔도뉴클레아제 XNAzymes를 개발한 경우가 있었는데, 이들은 매우 높은 농도의 Mg² ⁺ 이온이 필요하고 비모듈식이어서 사용에 제한이 있었습니다. 따라서 FR6_1의 연구가 성공한다면 더 유연한 효소를 개발할 수 있을 것입니다. 잠시 모듈식과 비모듈식을 비교해보고 넘어가 볼까요? 모듈러 효소는 작은 모듈러들이 모여 효소를 구성한 것으로 필요에 따라 모듈을 추가하거나 교체할 수 있어 기능의 유연성과 적응성이 높습니다. 반면 비모듈러 효소는 구성 요소가 고정된 효소로 기능을 변경하는 것은 어렵습니다. 안정적이고 일관된 성능을 제공할 수는 있지만 모듈식에 비해 유도체가 없는 효소입니다. 연구방법 및 결과
XNAzyme의 성능 및 특성 XNAzyme, 특히 FANA 기반 XNAzyme은 구조화된 RNA 표적에 대한 침입과 절단을 가능하게 하여 DNAzyme보다 비산화학적 특성으로 안정성과 활성 측면에서 장점을 보여줍니다. XNA 중 FANA는 높은 열역학적 안정성으로 RNA 표적 결합을 개선하여 더 높은 안정성을 제공합니다. (2’F 그룹의 수소 결합 강화와 백본 강성 증가를 위해) FR6_1 XNAzyme의 특성 FR6_1 XNAzyme은 추가적인 FANA 염기쌍이 촉매 코어의 안정성을 증가시키며, 이는 생체 안정성과 XNAzyme의 성능 향상에 기여합니다. 또한 모듈식 디자인에 따라 RNA 표적에 대해 높은 대립 유전자 특이성을 나타내며, FANA의 화학적 특성으로 유전자 녹다운 효과를 크게 개선할 수 있습니다. 이를 변형한 Fz12B는 더 뚜렷한 대립유전자 특이성과 더 낮은 이온농도 의존성을 보였습니다. 미래 연구 방향 XNAzyme의 성능을 개선하기 위해 RNA 배열에 대한 더 나은 선택, 세포 내 환경에서의 활성화, 그리고 다양한 RNA 표적을 겨냥한 XNAzyme 기질의 사용이 필요합니다. 또한 XNAzyme 기술을 확장하기 위해 다양한 백본 및 염기 변형을 도입하여 새로운 촉매 메커니즘을 탐색하였으며, 이는 합성 및 진화 툴박스 확대에 기여할 수 있을 것으로 기대됩니다. 또한 안티센스 효과는 RNA 절단의 단일 뉴클레오타이드 특이성과 상충될 수 있기 때문에 RNaseH를 유도하지 않는 XNAzyme의 개발이 주목받을 것입니다. FANA, 2’F-, 2’OME-, 메톡시에틸-RNA와 같은 화학적 변형이 RNaseH를 유도하지 않는 대체 화학물질로 개발될 수 있으며, 이들 화학물질은 XNAzyme의 활성화 및 생체 안정성을 개선할 수 있습니다. 사실 이런 재미없는 글을 누가 볼까 싶지만 좀 더 체계적으로 요약하려고 노력하고 있습니다. 확실히 첫 번째 요약문보다 가독성이 좋아졌습니다. 요약 속도는 여전한 것 같은데요. 그럼 3주차 논문으로 돌아가겠습니다 XNAzyme의 성능 및 특성 XNAzyme, 특히 FANA 기반 XNAzyme은 구조화된 RNA 표적에 대한 침입과 절단을 가능하게 하여 DNAzyme보다 비산화학적 특성으로 안정성과 활성 측면에서 장점을 보여줍니다. XNA 중 FANA는 높은 열역학적 안정성으로 RNA 표적 결합을 개선하여 더 높은 안정성을 제공합니다. (2’F 그룹의 수소 결합 강화와 백본 강성 증가를 위해) FR6_1 XNAzyme의 특성 FR6_1 XNAzyme은 추가적인 FANA 염기쌍이 촉매 코어의 안정성을 증가시키며, 이는 생체 안정성과 XNAzyme의 성능 향상에 기여합니다. 또한 모듈식 디자인에 따라 RNA 표적에 대해 높은 대립 유전자 특이성을 나타내며, FANA의 화학적 특성으로 유전자 녹다운 효과를 크게 개선할 수 있습니다. 이를 변형한 Fz12B는 더 뚜렷한 대립유전자 특이성과 더 낮은 이온농도 의존성을 보였습니다. 미래 연구 방향 XNAzyme의 성능을 개선하기 위해 RNA 배열에 대한 더 나은 선택, 세포 내 환경에서의 활성화, 그리고 다양한 RNA 표적을 겨냥한 XNAzyme 기질의 사용이 필요합니다. 또한 XNAzyme 기술을 확장하기 위해 다양한 백본 및 염기 변형을 도입하여 새로운 촉매 메커니즘을 탐색하였으며, 이는 합성 및 진화 툴박스 확대에 기여할 수 있을 것으로 기대됩니다. 또한 안티센스 효과는 RNA 절단의 단일 뉴클레오타이드 특이성과 상충될 수 있기 때문에 RNaseH를 유도하지 않는 XNAzyme의 개발이 주목받을 것입니다. FANA, 2’F-, 2’OME-, 메톡시에틸-RNA와 같은 화학적 변형이 RNaseH를 유도하지 않는 대체 화학물질로 개발될 수 있으며, 이들 화학물질은 XNAzyme의 활성화 및 생체 안정성을 개선할 수 있습니다. 사실 이런 재미없는 글을 누가 볼까 싶지만 좀 더 체계적으로 요약하려고 노력하고 있습니다. 확실히 첫 번째 요약문보다 가독성이 좋아졌습니다. 요약 속도는 여전한 것 같은데요. 그럼 3주차 논문으로 돌아가겠습니다