역동적인 세포 내 현상을 3차원으로 정밀하게 관찰하는 동시에 특정 유전자의 서열을 분석하여 발현량과 위치를 파악하는 기술

세포 본연의 형태를 유지한 체 단일세포 수준의 시·공간적 생체분자 정보를 제공하여 미지의 생명현상 규명에 활용

향후 5년 : 단일세포 수준에서 특정 유전자의 발현과 특정 염색체의 크로마틴 3차 구조와의 상관관계 확립

향후 10년 : 질병 특이적 염색질 3차 구조 및 유전자 발현의 정밀 분석을 통한 진단 기술로의 활용

(바이오 이미징) FISH 기반의 초고해상도 3차원 이미징 기술 - Multi-round FISH(fluorescent in situ hybridization, or oligo-painting) 기술을 통해 서로 다른 mRNA나 크로마틴 부위를 형광 바코딩(barcoding) - 초고해상도 형광현미경(super-resolution fluorescence microscopy)을 활용, 특정 뉴클레오타이드 (DNA, RNA)의 서열을 형광 표지하여 시각화 - 단일세포(single-cell) 수준에서 기술 구현 (형광 시퀀스 데이터 분석) 이미지 프레임별 형광 신호 분석 - 서로 다른 시간에 측정된 특정 서열(sequence specific)에 대한 FISH probe들의 형광 신호를 조합하여 각 mRNA 혹은 크로마틴 부위의 위치 정보를 재구성 - 특정 유전자에 대해 기존에 설정한 형광 바코드 정보를 바탕으로 해당 유전자를 식별 혹은 특정 염색체의 크로마틴 3차 구조를 분석

유전체 연구에 있어서 기존의 염기서열 분석기술에 의존하는 연구 패러다임을 넘어서 단일세포 수준의 공간정보를 포함하는 다차원적인 정보를 획득할 수 있는 기술 도입 요구

해당 기술은 기존의 oligo-painting FISH 기술을 응용하여 하버드 대학의 Xiaowei Zhuang 그룹에 의해 2015년에 처음 제시 - 형광 바코딩을 통해 한 세포 내에서 100∼1,000개의 서로 다른 single mRNA molecule들의 spatial 정보를 정확하게 제공한다고 하여 MERFISH(multiplexed error-robust FISH)라고 명명됨 1년 뒤인 2016년, 동일 연구그룹에서 해당 기술을 크로마틴 구조 분석에 활용, 당시에 시퀀싱 기반의 Hi-C 기술로 염원했던 단일세포 수준의 크로마틴의 3차 구조를 분석하여 세포 간 크로마틴 구조의 이질성을 확인시켜 줌 2020년에는 동일 연구그룹에서 이미징 기반의 크로마틴 3차 구조 분석 기술을 단일세포 내 whole chromosome 수준으로 확장한 연구결과를 발표 현재 해당 기술은 바이오 이미징 기술을 겸비한 연구그룹들에서 빠르게 확장되고 있는 추세

국내에서는 아직까지 해당 기술을 응용하여 공식적으로 발표한 연구 사례가 없음

해당 기술은 세포 본연의 형태를 유지한 체 단일세포 수준의 시·공간적 유전체 정보를 제공한다는 점에서 기존 유전체 분석 기술을 크게 변화시킬 기술로 평가향후 해당 기술이 보편화되고 현재 다소 불편한 protocol이 간소화 된다면 신약 개발, 환자 맞춤형 유전체 정보 분석 등 응용 분야가 방대하다고 평가

단일세포 수준의 유전체 정보를 제공하여 암, 난치질환 등 글로벌 난제의 해결에 기대

해당 기술을 구현할 수 있는 셋업의 보급해당 기술을 통해 여러 세포주에 대한 단일세포 정보의 빅데이터화실제 질환 모델로 응용하여 해당 기술의 효용성 검증

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