Cell has a series of tightly regulated molecular events, called the cell cycle, to produce a two daughter cells from a single mother cell. Individual metazoan cells have a choice to determine their fate of two mutually reversible state in every cell cycle: continual proliferation or paused quiescence. The complex regulatory network for these two reversible states has been established for decades to define the mechanisms beyond tissue homeostasis, normal development, and incurrence of cancer. G1 phase cyclins, cyclin-dependent kinases, and cyclin-dependent kinase inhibitors have been studied to define their roles in the decision of proliferation and quiescence. Due to the development of live-cell sensors displaying the heterogenous characteristics of the cell, recent studies have suggested the essential roles of the G1 phase molecules in the cell cycle phases of the mother cells.
Due to the lack of the way to specifically modulate the G1 phase molecules with high temporal resolution, the crucial factors that decide proliferative or quiescent state for a cell have not been discovered yet. In this research, we suggest to apply an optogenetic approach with high-specificity, temporal resolution, and reversibility to find the “Key factor” that regulates proliferation-quiescence decision in the mother cells and the specific “Key” cell cycle phase of the mother cells where the “Key factor” plays the essential role on the decision of the daughter cells’ fate.
세포는 세포주기를 통해 하나의 모세포에서 두개의 딸세포로 분열하게 되는 엄격히 조절되는 분자적 기전을 보유한다. 일반적으로, 세포는 세포주기가 끝날 때 마다 세포 증식 상태 혹은 정지 상태로 들어가는 운명을 결정하게 된다. 현재까지, 조직의 항상성, 정상적인 발달, 그리고 암 발생을 설명하기 위해 세포 증식 상태와 정지 상태에 대한 분자기전이 밝혀져 복잡한 조절 네트워크를 확립해왔다. 살아 있는 세포의 세포주기를 형광단백질에 기반한 기술로 관찰이 가능해 지면서, 세포 상태 결정에 영향을 끼치는 주요 단백질은 세포주기에서 G1 기에 중요한 역할을 가진 사이클린(cyclin)들과 사이클린 의존성 인산화 효소 억제제들로 알려져 있다. 하지만, 이 단백질들은 G1기뿐만 아니라 모세포의 세포주기 전체에서 딸세포의 운명을 결정짓게 된다고 제안되었다. 사이클린 과 사이클린 의존성 인산화 효소 억제제는 직접 조절할 수 있는 방법이 아직 발견되지 못해 정확한 분자기전을 확립하지 못하였다. 이 연구에서는 광유전학 기법을 통해 이 세포 증식상태와 정지상태를 결정시키는 주요 인자를 시-공간적으로 조절해 세포상태의 운명을 결정짓는 주요 세포주기의 단계와 단백질을 확립할 수 있다고 제안한다.
