Gun들지마의 Bioinformatics 생명정보학

Phytochrome은 식물들이 빛을 감지할때 쓰는 색소입니다.
붉은 색의 빛과 적외선을 감지하며, 많은 꽃식물이 밤과 낮의 길이에따라 개화시기를 조절하고 생체시계를 맞추는데 씁니다. 이 광수용체(빛에 민감한 세포 혹은 조직)은 씨의 발아, 묘목의 연장, 잎의 크기 모양 및 수, 엽록소의 합성 등을 조절하는데에도 쓰입니다. 이것은 많은 식물들의 잎에서 발견됩니다.

Phytochrome은 두개의 동일한 체인으로 이루어져 있는데요, 각각의 체인은 PAS domain과 GAF domain을 가지고 있습니다. PAS domain은 신호를 감지하는 역할이고, GAF domain은 cGMP가 결합하는 역할과 빛의 감지 역할을 가지고 있습니다. 이 두 domain이 합쳐져서 붉은 빛과 적외선의 변화에 따른 식물의 생체 변화를 관장합니다. 붉은 빛은 phytochrom을 활성화 시키고, 적외선은 비활성화 시키죠.

본문 및 사진 출처: 위키피디아

3D Cell Culture: 분자 생물학을 연구를 할때 많이 쓰는 시스템이 in vitro 시스템입니다. in vitro는 살아있는 생물의 몸안에서 실험하는 in vivo와 다르게 세포를 따로 추출하여서 시험관 안이나 페트리 접시 안에서 반응을 보는 거죠.

이런 납작한 접시안에 세포가 자라는데 필요한 양분을 넣고 반응을 보는거죠.
(사진출처: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Szalka_petriego.jpg )

하지만 이렇게 납작한 접시는 아무래도 이차원적이라서 세포들이 유기적이고 삼차원적으로 관계를 맺는 in vivo 시스템과 많이 다르겠죠?

그래서 나온게 3D cell cuture입니다.

현재 시판중인 3D Cell Culture Petri Dish의 모델입니다.
(사진출처: http://www.microtissues.com/ )

이렇게 3D cell cuture system을 이용하면 좀더 in vivo의 환경과 가까워지겠지만, 이러한 방법에도 diffusion이라든지 문제가 있긴 있다고 하네요.

그럼 3D cell cuture가 왜 필요한지 잘 설명해주는 동영상 하나 올립니다.

Aldefluor assay: 보통 세포내에서의 특정한 성분이나 특히 단백질을 분리, 정제하는 데에서는 항체와 항원간의 반응을 이용한 immunological 방법을 많이 쓰는데요.
이 Aldeflour Assay는 이러한 항체-항원 반응이 아닌 다른 방법으로 특정 세포를 감지해냅니다.
Aldeflour assay는 줄기 세포나 암세포의 원종 세포를 발견해내는데에 쓰입니다. 줄기 세포나 암세포의 원종 세포는 Aldehyde dehydrogenase (ALDH)의 활동량이 많아지는게 특징입니다. 그걸 이용해서 BAAA라는 ALDH의 재료가 되는 물질을 세포안으로 주입시킵니다.
이 BAAA는 세포안에서 ALDH와 만나 BAA-로 바뀌게 되고 이 BAA-에는 GFP라는 특정한 빛을 발하는 물질이 있어서 빛을 발하게 되죠.
그러므로 ALDH가 많을 수록 BAAA 가 BAA-로 바뀌고 그결과 빛의 양이 많아지게 됩니다.
이런 반응을 일어나게하는 패킷을 STEMCELL Technology에서 개발해서 판매하고 있습니다.

출처: http://www.stemcell.com/en/Products/Popular-Product-Lines/ALDEFLUOR.aspx

RNA interference (RNAi) 는 살아있는 세포에서 유전자의 표현력을 제어하는 방법입니다.

분자생물학의 여러가지 실험 방법중에서 비교적 최신 기술이라고 할 수 있는데요. 2006년도에 Andrew Fire와 Craig C. Mello가 노벨상을 여기에 기초로해서 탔습니다.

RNAi에서 가장 중요한 요소는 microRNA (miRNA)랑 small interfering RNA (siRNA)가 있습니다.
뭐, 다들 Central Dogma는 아시죠? DNA --> RNA --> Protein에 이르는 유전자가 단백질로 표현되는 과정인데요. 이때 쓰이는 RNA가 messenger RNA (mRNA)입니다.
RNAi는 이 mRNA가 단백질로 표현되는 것을 막는 과정입니다.

이 RNAi는 Dicer라고하는 효소로부터 시작됩니다. 이 Dicer는 double-stranded RNA (dsRNA)를 작은 siRNA로 잘라버리고, 이 siRNA는 다시 single-stranded RNA (ssRNA)로 풀려버립니다.

음... 방금 위키피디아를 찾아보니 RNAi를 RNA간섭이라고 표현하고 있네요. 한글 공부를 더해야해.....

뭐 아무튼 아까 잘린 siRNA는 RNA-induced silencing complex (RISC)라고 하는 복합체에 들어가버립니다. 여기서 이 siRNA가 다른 mRNA를 찾아서 붙은 다음에 mRNA를 잘라버리는거죠. 이렇게 mRNA가 잘려진다면 그다음 단계인 단백질 형성이 막혀버리겠죠?

단백질 형성이 막혀버린 그 결과를 gene knock down이라고 하는데요, 유전자 레벨에서 아예 표현을 막아버리는 gene knock out과는 다르게 완전히 막히는게 아니라 어느정도 표현은 된다고 해서 know down이라고 하더군요.

특히 이 RNAi는 model organism중의 하나인 C. elegans 시스템에서 많이 이용되는데요
(C. elegans는 한국말로 예쁜꼬마선충 이군요. 이름도 이쁘네 ㅋ)
그 이유는 이 C. elegans는 RNAi를 유도하는 siRNA를 포함한 E.coli를 그냥 먹이로 주기만하면 그 효과를 관찰할 수 있어서 그용이함에 많이 이용되더군요.
저희 학부에있는 교수도 많이 이용하죠.

처음 이런 방법이 있다는 걸 배웠을때 유전자의 표현을 유전자 레벨에서 막는게 아니라 post-transcriptional 레벨에서 조절한다는 거에 많이 감탄을 했답니다.
유전자 레벨에서 막혀버리면 다른 부작용이 일어날 수도 있고, 그 유전자가 만약에 생명체에 필수적인 요소라면 gene knock-out으로는 아예 실험자체가 안되는 거니깐요.

그리고 이 RNAi의 반대 개념인 RNA activation (RNAa) 라는 방법도 있다고하니 아주 흥미로운 주제가 아닐수 없습니다.

출처: 위키피디아 http://ko.wikipedia.org/wiki/RNA_%EA%B0%84%EC%84%AD