조작된 바이러스 유사 입자를 이용한 실시간 전사체 분석

세포의 전사 상태는 유전자 발현 프로그램의 다중 매개변수적 표현으로 세포의 정체성과 표현형을 반영한다. 그러나 기존의 전사체 프로파일링 기술은 생물학적 시료를 파괴하여 동일한 살아있는 세포에서 시간 경과에 따른 전사 동역학을 직접 분석하는 데 한계가 있었다. 본 연구에서는 이러한 근본적인 기술적 한계를 해결하기 위해 세포의 '자가 보고(self-reporting)'라는 합성 RNA 수출 시스템을 개발했다. 연구팀은 쥐 백혈병 바이러스의 역전사 단백질 Gag를 재활용하여 다양한 불멸화 및 일차 포유류 세포가 세포 RNA 분자를 바이러스 유사 입자(VLP)에 포장하여 세포외 환경으로 내보낼 수 있도록 했다. 이 자가 보고 시스템을 유도만능줄기세포의 신경 분화 과정에서 발생하는 전사체 전반의 동역학을 분석하는 데 적용하여 개별 살아있는 세포에서 유전자 발현 프로파일을 성공적으로 감지했다. 이 유전적으로 인코딩 가능한 접근 방식을 활용하여 VLP 구성 요소의 분자 공학을 통해 자가 보고의 기능을 확장했다. 에피토프 태그가 지정된 외피 단백질로 VLP를 슈도타이핑함으로써 이종 공동 배양에서 전사 상태의 다중 선택적 실시간 세포 판독이 가능해졌다. 나아가, 인간 RNA 결합 도메인과 Gag 융합 단백질의 구조 기반 단백질 공학은 자가 보고 판독에서 mRNA 표현을 개선하고 합성 바코드 전사체 라이브러리의 지향성 수출을 가능하게 했다. 종합적으로, 본 연구는 자가 보고를 다양한 세포 유형 및 생물학적 응용 분야에서 동적 프로세스의 실시간, 전사체 규모 프로파일링을 위한 쉽고 광범위하게 활용 가능한 기술로 확립했다.