톱10 하이라이트

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알츠하이머병에서 γ-secretase를 조절하는 선천 면역 단백질 IFITM3

Nature 586 (2020년10월29일)

본 연구에서는 IFITM3 (Interferon-induced transmembrane protein 3)이 알츠하이머병과 관련된 γ-secretase 조절 단백질이며, 어떻게 신경염증이 직접적으로 아밀로이드-β 펩타이드(Amyloid-β peptide)의 생성에 영향을 주는지를 밝혀내었다. Ji-Yeun Hur, Georgia Frost와 연구진들은 특정 염증 사이토카인이 뉴런과 성상세포(Astrocytes)에서 IFITM3 발현을 유도한다는 것을 보여주었다. IFITM3는 활성 부위 근처의 프레세닐린(Presenilin)에 직접 결합하여 γ-secretase 활성과 아밀로이드-β 생성을 촉진시켰다. 마우스에서 IFITM3는 연령이 증가하고, 가족성 알츠하이머병 유전자 발현이 증가할수록 증가하였다. 지연발현(Late-onset) 알츠하이머병 환자군에서 IFITM3이 상향조절되어 있었으며, 활성 γ-secretase 복합체 내의 IFITM2의 양과 γ-secretase 활성은 상관관계가 있는 것으로 확인되었다. 이러한 발견은 노화에 의한 신경염증이 아밀로이드-β 생성에 필요한 γ-secretase의 활성을 높이는 IFITM3 농도를 증가시켜 알츠하이머병 발생 위험성을 증가시킨다는 것을 시사하고 있다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2681-2

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대기 중 이산화탄소 데이터에서 추정된 거대 중국 대륙 탄소 흡수원(Carbon sink)

Nature 586 (2020년10월29일)

현재 중국 탄소 흡수원(Carbon sink)의 추정치는 관측 제한이 없기 때문에 큰 불확실성을 가지고 있다. 본 연구에서 저자들은 2009~2019년 동안 중국 전역의 6개 지역에서 측정한 대기 CO2 측정치를 사용하여 중국 육지 생물권의 CO2 순 플럭스(Net fluxes)를 추정하였다. 연구진들은 중국 육지 생물권의 탄소 흡수원이 1.11 ± 0.38 Pg C yr-1로, 2017년 중국의 총 화석 연료 배출량의 약 45%에 해당한다는 사실을 발견하였다. 또한 중국 남서부에서 조림(Afforestation) 활동 증가에 의해 CO2 흡수량이 크게 증가한 사실도 발견하였다. 중국 육지 탄소 흡수원의 추정치는 지역 CO2 측정 제한이 없는 것과 비교하여 상당히 높았다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2849-9

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혜성의 바위 내부에서 저강도 원시 얼음을 발견한 Philae 착륙선

Nature 586 (2020년10월29일)

혜성 67P에 대한 Rosetta의 중요 임무는 Philae 착륙선을 혜성 표면에 전개(Deployment)하는 것이다. 이 임무는 목표했던 계획대로 완벽하게 수행되지는 못하였으나(Philae가 두 번 튕겨서 비이상적인 위치에 도달하였음), 혜성 표면 특성에 대한 고유한 통찰력을 얻을 수 있었다. 또한, 아직 더 알아야 할 정보들도 있었다. Laurence O’Rourke와 연구진들이 본 논문에서 설명했듯이, 무작위적인 터치다운(Touchdown)도 우리에게 혜성에 대한 정보를 제공한다는 것을 알 수 있다. 연구진들은 우주 탐사 임무에서 튀는 착륙선의 궤적을 재구성하였고, 영상을 통해 이전에 알려지지 않은 두 번째 터치다운 지점을 확인하였다. Philae는 우연히 바위를 부순 것으로 보이며, 이 바위는 정밀 조사가 가능할 정도로 보존된 내부 표면을 드러내고 있었다. 착륙선이 남긴 바위의 기하학적 구조를 통해 저자들은 그 바위의 강도를 계산할 수 있었다. 추론된 매우 낮은 압축 강도는 향후 혜성 착륙선을 계획하는데 중요한 제약 요소가 될 것으로 보이며, 혜성의 형성 과정에 대한 단서를 제공할 것으로 보인다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2834-3

News & Views doi: 10.1038/d41586-020-02941-x

News & Views doi: 10.1038/d41586-020-02941-x

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자성 위상 물질(Magnetic topological materials)의 초고속 계산(High-throughput calculations)

Nature 586 (2020년10월29일)

지난해 초고속 계산(High-throughput calculations)을 이용한 물질 데이터베이스의 스크리닝을 통해 비자성 물질(Non-magnetic materials)의 거의 1/3이 위상물질(Topological)이라는 사실을 확인하였다. 그 이후로 더 높은 온도에서 양자 변형 홀 효과(Quantum anomalous Hall effect)를 실현하려는 목표와 함께 자성 위상 물질(Magnetic topological materials)을 확인하려는 노력이 강화되었지만 지금까지 몇 가지의 물질만이 발견되었다. B. Andrei Bernevig와 공동 저자들은 초고속 계산을 이용하여 약 130개의 자성 위상 물질을 예측하였다. 각 화합물에 대해 다양한 전자 상호작용 강도를 이용하여 완전한 토폴로지 위상 다이어그램을 포함하여 완전한 전자 구조 계산을 수행하였다. 이 결과는 알려진 위상과 새로운 위상을 가진 자성 물질의 탐색법을 제공할 수 있을 것으로 보인다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2837-0

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Titanium silicalite-1의 복핵 부위(Dinuclear sites)에 대한 효율적인 에폭시화(Epoxidation)

Nature 586 (2020년10월29일)

TS-1 (Titanium silicalite-1)은 연간 백만 톤 이상의 산화 프로필렌(Propylene oxide)을 생산하기 위해 업계에서 사용하는 중요한 에폭시화(Epoxidation) 촉매이다. TS-1은 거의 40년 동안 연구되어 왔으며, 이들의 촉매 특성은 일반적으로 제올라이트(Zeolite) 골격 내에서 분리된 Ti (IV) 부위에 기인한다. Christophe Copéret와 연구진들은 분광학, 현미경, 이론적 계산을 이용하여 일련의 활성화되고, 선택적인 TS-1 에폭시화 촉매에 대한 연구 결과를 발표하였다. 이를 통해 균질한 에폭시화 촉매에서 볼 수 있는 것과 유사하게 TS-1의 효율성과 선택성을 쉽게 설명할 수 있는 복핵(Dinuclear) Ti 부위의 존재를 밝혀내었다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2826-3

News & Views doi: 10.1038/d41586-020-02942-w

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사람 이주와 건강에 대한 정보를 제공하는 심층 아프라카인의 게놈

Nature 586 (2020년10월29일)

아프리카는 현대 인류의 발상지로 여겨지고 있으나, 아프리카인 개개인의 유전적 다양성에 대해서는 매우 일부만 알려져 있다. 이번 주 호에서는 Zané Lombard, Adebowale Adeyemo, Neil Hanchard 그리고 H3Africa Consortium의 구성원들이 서로 다른 50개의 민족 언어를 사용하는 426 명에 대한 전장 유전체 서열 분석(Whole genome sequence analysis) 결과를 발표함으로써 이러한 유전적 다양성을 조사하는데 기여하였다. 연구진들은 주로 새로 샘플링된 그룹에서 3 백만 개 이상의 새로운 변이(Variants)를 발견했으며, 바이러스 면역, DNA 복구 및 대사와 관련된 이전에 보고되지 않은 62개의 유전자를 확인하였다. 또한 연구진들은 각 개체군 내 및 개체군 사이의 복잡한 조상 혼합 패턴을 관찰했으며, 잠비아(Zambia)가 Bantu를 사용하는 개체군의 확장 경로의 중간 지역이라는 증거를 발견하였다. 이 발견은 아프리카 대륙을 가로지르는 이주에 대한 이해를 돕고, 유전자 흐름과 질병에 대한 반응이 유전체 수준의 개체군 변이의 강력한 원인이라는 사실을 확인하는 데 도움이 된다. 표지는 이 연구에서 수집된 유전 데이터의 일부를 짐바브웨의 Marigold beadwork cooperative에서 수공예로 만든 구슬 목걸이로 표현한 것이다. 표지 이미지: 구슬 공예 - Nothando Bhebhe/Marigold beadwork, Joni Brenner; 사진 - Liz Whitter.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2859-7

7

뚜렷하게 보이는 원자

Nature 587 (2020년11월5일)

최근 몇 년 동안 cryo-EM (cryo-electron microscopy)의 발전으로 생체 분자를 매우 자세하게 분석할 수 있게 되었다. 그러나 일반적인 해상도가 약 3 Å (ångströms)으로 제한되어 있기 때문에 cryo-EM은 더 미세한 요소를 이해하는 데 여전히 X선 결정학보다 뒤쳐져 있다. 이번 주 호의 두 논문은 원자 분해능에서 단백질의 구조 분석을 위해 단일 입자 cryo-EM을 이용함으로써 이러한 한계를 극복하였다. 한 논문에서 Sjors Scheres, Radu Aricescu과 연구진들은 새로운 전자 소스, 에너지 필터 및 카메라를 이용하여 각각 약 1.22 Å 및 1.7 에서 Apoferritin (표지 사진)과 GABA-A 수용체의 구조를 발표하였다. 다른 논문에서 Holger Stark와 연구진들은 새로 개발된 cryo-EM을 이용하여 약 1.24 Å의 해상도로 Apoferritin 구조를 생성하였다. 두 가지 접근 방식 모두 구조 기반 약물 설계에서 이 기술이 더 널리 이용될 수 있도록 하는데 도움이 될 것이다. 표지 이미지: Paul Emsley (저작권: MRC Laboratory of Molecular Biology).

Article doi: 10.1038/s41586-020-2829-0

News & Views doi: 10.1038/d41586-020-02924-y

Article doi: 10.1038/s41586-020-2833-4

8

헬스케어와 연구 데이터 결합을 통해 발견된 28개 유전 질환의 증거

Nature 586 (2020년10월29일)

발달 장애(Developmental disorders)는 종종 de novo 돌연변이와 관련되어 있지만, 많은 환자들의 경우 유전적 진단을 내릴 수 없어 추가적인 원인 돌연변이와 유전자가 발견될 수 있음을 시사한다. 본 연구에서 Joanna Kaplanis 등은 DeNovoWEST (De Novo Weighted Enrichment Simulation Test)을 개발하여 잠재적인 원인 유전자를 식별하기 위해 손상 가능성이 있는 de novo 돌연변이의 선별을 테스트하였다. 연구진들은 DeNovoWEST를 3개 코호트의 31,058명의 유전자 데이터에 적용하고 281 개의 중요한 유전자를 확인했으며, 이 중 70% (n = 196)는 이미 이 3개 코호트에서 임상적 유용성을 가진 'Consensus' 유전자로 간주하였다. Consensus 유전자를 제외하고 추가 테스트를 통해 94개의 중요한 유전자를 확인하였으며 이 중 28개는 발달 장애와 관련된 새로운 유전자로 간주할 수 있다. 모델링에 따르면 발달 장애와 관련된 수백 개의 유전자가 아직 발견되지 않았으나, 이를 확인하기 위해서는 훨씬 더 큰 샘플 크기가 필요하다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2832-5

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암에 대한 제2형 면역을 억제하는 TGF-β

Nature 587 (2020년11월5일)

Ming Liu, Ming Li와 연구진들은 TGF-β (Transforming growth factor-β) 신호 전달의 종양 촉진 효과의 기초가 되는 분자적 이벤트를 밝히는 것을 목표로 하였다. 본 연구에서 연구진들은 TGF-β 신호가 없을 경우, CD8 T 세포에서 종양 성장이 억제된다는 것을 발견하였으며, CD4 T 세포에서는 이러한 현상이 관찰되지 않았다. 이 효과는 종양 혈관 정상화와 혈관 외 피브리노겐(Fibrinogen) 감소와 관련이 있다. 연구진들은 CD4 T 세포에 TGF-β 수용체 TGFBR2가 없는 마우스를 사용하여, 이 종양 혈관 정상화가 IL-4 (Interleukin-4)에 의존적이지만, IFNγ (Interferon-γ)에는 의존적이지 않는다는 것을 보여주었다. 따라서 종양 미세 환경의 이러한 반응은 효과적인 항종양 메커니즘이 될 수 있으며, 저자들은 Helper T 세포에서 TGF-β 신호가 암 면역 요법의 표적이 될 수 있다고 제안하였다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2836-1

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조혈줄기세포(Haematopoietic stem cells)에 영향을 주는 유전성 골수증식종양(Myeloproliferative neoplasm)의 위험성

Nature 586 (2020년10월29일)

골수세포(Myeloid cells)의 과도한 생성은 조혈줄기세포에서 체세포 유발 돌연변이(Somatic driver mutations)의 축적에 의해 야기된 MPNs (Myeloproliferative neoplasms)의 특징이다. 본 연구에서 저자들은 MPN 위험성과 관련된 생식세포 유전적 변이체(Germline genetic variants)를 맵핑하기 위하여 3개의 코호트(UK Biobank, FinnGen 및 23andMe) 내의 총 2,949개의 MPN 케이스와 835,554개의 대조군에서 전장 유전체 연관 분석(Genome-wide association analysis)을 수행하였다. 17개의 유전자좌(Loci)가 확인되었으고, 이 중 7개의 유전자좌는 이전에 발표되지 않았던 유전자좌이며, Fine-mapped MPN 위험 변이체를 이용하여 다능성(Multipotent) 조혈줄기세포가 잠재적인 원인 세포 유형으로 작용한다는 사실이 조명되었다. 또한 저자들은 in silico 및 실험적 추적 분석을 이용하여 CHEK2 (Checkpoint kinase 2)와 Zinc finger protein GFI1B가 HSCs의 자가 재생에 관여한다는 사실을 보여주었다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2786-7