DNA에 연구에서 새로운 길을 개척하도록 돕는 AI

인간의 세포가 분열할 때, 세포의 DNA가 정확하게 복제되어야 합니다. 정확한 복제는 건강을 위해 반드시 필요합니다. 복제된 DNA에 오류가 포함될 경우 심각한 질병의 원인이 될 수 있습니다. 모든 암의 최대 2/3가 DNA 복제 시 발생한 오류가 축적되어 나타나는 것으로 추산됩니다.

인간의 건강에 띠는 중요성 때문에 DNA 복제는 의생명과학 연구에서 매우 많은 연구가 이루어진 분야입니다. 세포가 DNA 복제를 정확하게 조절하는 방식, 그리고 때로는 이를 정확하게 조절하지 못하는 이유에 대한 이해를 높이면, 질병 예방과 치료에 있어 큰 진전을 이루고 건강을 향상하고 생명을 구할 수 있습니다.

30년간 지속된 DNA 연구에서 MCM 단백질 복합체의 행동과 DNA 복제에서 이 복합체가 수행하는 역할에 관해 계속되어온 수수께끼 때문에 전 세계의 과학자들은 분열되었습니다. MCM 복합체와 관련된 역설적 사실 때문에 연구자들은 의아해했습니다. 이 문제는 “MCM의 역설”로 알려져 있으며 현재까지도 해결되지 않은 상태입니다.

수상 경력을 가진 과학자인 Hana Polasek-Sedlackova 박사는 최근 DNA 복제 분야에서 여러 가지 흥미로운 발견을 이뤄냈습니다. 그리고 이러한 발견 중 하나로 MCM의 역설을 풀 수 있었습니다. Polasek-Sedlackova 박사는 TruAI™ 딥러닝 기술을 활용하는 모듈식 현미경 기반 이미징 플랫폼인 Evident의 scanR 고함량 스크리닝 스테이션을 사용하여 이러한 성과를 이룰 수 있었습니다.
이전에는 활성 MCM이 DNA 복제 시 중요한 역할을 수행하는 것으로 알려져 있었지만, 세포 내 DNA 합성 부위에서 활성 MCM이 시각화된 적이 없었습니다. 하지만, 과도한 비활성 MCM은 가시적이었습니다(“역설”).

Polasek-Sedlackova 박사와 그녀의 팀은 scanR 고함량 이미징과 MCM 태깅 및 추적을 활용하여 MCM의 활동을 성공적으로 시각화할 수 있었습니다. 그리고 이들은 과도한 비활성 MCM이 NRPS(natural replication pausing site, 자연 복제 중지 부위)로 역할 하여 DNA 복제 동안 오류를 최소화한다는 사실을 발견했습니다.^1,2 역설이 설명되었고, Polasek-Sedlackova 박사는 NRPS가 암 치료를 위한 새로운 매력적인 표적이라는 점을 밝혀냈습니다.

“scanR 시스템은 MCM의 역설을 푸는 데 중요한 역할을 수행했습니다.”라고 Polasek-Sedlackova 박사는 말했습니다. “저는 특히 이 시스템이 세포 프로세스를 편향되지 않게 완전 자동화된 방식으로 분석할 수 있다는 점에 깊은 인상을 받았습니다. 현재 과학 연구가 직면한 재현성의 위기를 볼 때, 저는 연구자들이 완전 자동화된 방식으로 데이터를 얻고 분석하는 도구를 사용하여 세포 프로세스를 편향되지 않은 방식으로 제시할 수 있어야 한다고 생각합니다.”

Polasek-Sedlackova 박사는 scanR 시스템의 여러 가지 기능을 높이 평가하지만, 그 중에서도 실시간으로 획득된 이미지에 대해 다중 매개변수 분석을 수행하는 것을 가능하게 하는 고유하게 연결된 자동 획득 및 분석 기능으로부터 가장 깊은 인상을 받았다고 말했습니다.

“현재와 같은 AI의 시대에 이미지 분석은 이전의 한계를 벗어나서 발전해 왔습니다.”라고 그녀는 말했습니다. “scanR 시스템의 TruAI 딥러닝 모듈은 제 연구의 범위를 대폭 확장했습니다. 이전에 저는 배양된 인간 세포주로 구성된 대규모 모집단의 단일 세포를 분석하는 데 주로 집중했습니다. 하지만, 예를 들어, TruAI를 사용하면 장기 절편의 개별 세포에 대한 매우 정밀한 이미지 분석을 수행할 수 있습니다.”

참고문헌

1. Polasek-Sedlackova H, Miller TCR, Krejci J, Rask MB, Lukas J. Solving the MCM paradox by visualizing the scaffold of CMG helicase at active replisomes. Nat Commun. 2022 Oct 14;13(1):6090. doi: 10.1038/s41467-022-33887-5. PMID: 36241664; PMCID: PMC9568601. https://www.nature.com/articles/s41467-022-33887-5

2. Sedlackova, H., Rask, M.-B., Gupta, R., Choudhary, C., Somyajit, K., Lukas, J. (2020, October 21). Equilibrium between nascent and parental MCM proteins protects replicating genomes. Nature News. https://www.nature.com/articles/s41586-020-2842-3