[오늘의 논문 보석 – 39] 4월 8일자 논문 보석💎 -논문 천사 임희주 –
안녕하세요! 새로 발굴된 논문 보석들을 소개해 드릴 오늘의 K-BioX 논문 천사 임희주입니다! 약 1,500명이 함께 해주시고 있는 K-BioX의 Biomedical 저널 디스커션 포럼방에서는 하루에도 수십 개의 논문들이 공유되고 있는데요, 수많은 논문 보석들 중에서도 새롭게 발굴된 오늘의 논문 보석을 소개해 드리고자 합니다!
- The individual response to antibiotics and diet – insights into gut microbial resilience and host metabolism
https://doi.org/10.1038/s41574-024-00966-0
[논공요] 항생제에 의한 장내미생물 교란 정도가 사람의 장내미생물 구성 및 저항성에 따라 특이적이고 dietary substrate를 이용해서 장내미생물의 구성과 기능을 조절함으로써 항생제로 인한 교란 효과를 줄임에 관한 리뷰논문입니다.
이 논문에서는 항생제 사용이 인간의 미생물 구성과 활동에 미치는 방해가 숙주의 대사 건강에도 영향을 미칠지 의문을 던지며, Observational(Cohort) studies를 통해 항생제 사용과 비만 및 제2형 당뇨병 발병 위험 증가 사이의 연관성을 파악하고, 임상 시험 검토를 통해 항생제 사용이 bile acid metabolism과 short-chain fatty acids와 같은 미생물 대사 산물에 파괴적인 영향을 미친다는 사실을 확인하였습니다. 그러나, 단기간 placebo-controlled studies를 통해 항생제로 인한 체중과 인슐린 감수성에 대한 영향이 인구 수준에서 일관되게 나타나는 것이 아닌 individual-specific 혹은 subgroup-specific한 반응을 보여줌을 확인하며, 이러한 반응이 개인의 장내 microbiome의 저항력과 회복력에 의해 결정됨을 깨닫고, 그에 따라 장내 미생물 구성과 기능을 조절하고 항생제 사용의 해로운 영향을 제한하는 데 사용되는 prebiotics와 같은 식이 기질 전략의 효능을 높이기 위해서는 개인화된 맞춤형 접근 방식이 필요함을 언급하고 있습니다.
Cohort 연구와 임상 시험을 통해, 항생제 사용이 장내 미생물 구성과 다양성을 분명히 파괴하며, 체중 증가 위험 및 제 2형 당뇨병 발병과 연관이 있음을 파악하였습니다. 특히, 인구 기반 Cohort에서 생후 첫 2년 동안 반복적인 항생제 노출은 아동기 과체중 및 비만 발병률 증가와 관련 있었고, 성인을 대상으로 한 대규모 대조 연구에서도 제 2형 당뇨병 발병 위험이 증가한 것으로 나타났습니다.
그러나 단기간 placebo-controlled studies에서는 항생제로 인한 체중과 인슐린 감수성에 대한 영향이 인구 수준에서 일관되게 나타나는 것이 아닌 individual-specific 혹은 subgroup-specific한 반응으로 나타남을 보여주었습니다.
이러한 결과의 원인은 기본 장내 미생물 구성 및 다양성을 포함하여 많은 요인이 항생제 사용에 반응하는 방식에 영향을 미치며 이가 매우 개별화된 반응으로 이어지기 때문이라고 보고 있습니다. 그중에서도 개인의 장내 microbiome의 저항성과 탄력성이 항생제 사용에 대한 반응을 결정하는 주요 요인이라 할 수 있습니다.
미생물의 탄력성과 숙주 대사를 개선하기 위해서는 microbiome 기반 맞춤형 식단, 특히나 미생물 불균형을 역전시키거나 예방할 수 있는 prebiotics와 같은 식이 기질을 사용해 장내 미생물 구성과 기능을 조절하고 항생제 사용의 해로운 영향을 제한할 수 있습니다. 그러나, prebiotics 또한 보충 능력이 개인마다 다르게 적용되므로 효능을 높이기 위해선 일률적인 접근 방식보다 개인화된 접근 방식으로 풀어나가야 함을 언급하고 있습니다.
결론적으로, 이 논문에서는 항생제 사용의 미생물 구성과 다양성에 대한 파괴적 효과는 분명하나, 이러한 혼란이 숙주 대사의 건강(e.g., 체중, 인슐린 민감성)에 부정적인 영향을 미치는지에 대한 여부는 개인별 미생물의 구성, 탄력성, 저항력에 따라 달라지며, 항생제 사용으로 인한 장내 미생물 혼란을 해결하기 위해서는 개인별 장내 microbiome을 기반으로 한 맞춤형 식이 기질 전략, 특히나 항생제와 반대 방향으로 미생물 구성과 기능을 조절하는 prebiotics를 개인화된 접근 방식으로 다루는 것이 효능을 높이는 길임을 시사하고 있습니다.
보석 발굴가: 백재우 님
도움 주신 분(논문 공유자): 조건호 님
- Disease-associated astrocyte epigenetic memory promotes CNS pathology
https://doi.org/10.1038/s41586-024-07187-5
[내논소] CNS에 존재하는 supporting cell 중 하나인 astrocyte가 memory 면역세포처럼 intial stimulation 이후 restimulation 때 더 빠르고 세게 반응하는 memory function을 갖는 subset이 있다는 네이처 본지 20일자 논문입니다. astrocyte 연구자로서 엄청 도전적이고 충격적이게 느껴져 소개드립니다.
Astrocyte는 건강과 질병에 중요한 기능을 하는 CNS의 비조혈 세포로, 질병 관련 astrocyte subset은 다발성 경화증 및 실험적 자가면역 뇌척수염(experimental autoimmune encephalomyelitis, EAE)을 포함한 신경학적 질환의 병리학에 기여하지만, astrocyte subset의 안정성과 과거 자극 사건을 통합하는 능력에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다.
이 논문에서는 후성유전적으로 제어되는 memory astrocyte subset이 재자극 시 초기 자극보다 더 빠르고 강한 pro-inflammatory response을 나타낸다는 사실을 중심으로, chromatin 접근성을 조절하기 위해 histone acetyltransferase인 p300에 의해 사용되는 acetyl-CoA를 생성하는 대사 효소인 ATP-citrate lyase(ACLY)가 astrocyte의 memory를 제어하며, ACLY+p300+ memory astrocyte subset의 수가 EAE와 다발성 경화증에서 확장되고, 이의 유전적 불활성화가 EAE를 개선한다는 사실에 대해 보고하고 있습니다.
IL-1β & TNF(다발성 경화증 및 EAE7에서 검출된 것과 유사한 astrocyte 반응 유발) 또는 PBS의 ICV 투여에 의해 두 번 자극된 마우스와 한 번 자극된 마우스의 astrocyte 비교에 관한 표를 통해, Pro-inflammatory stimulation이 astrocyte의 후성유전적 기억을 유도한다는 사실을 알 수 있습니다.
p300+와 H3K27ac+p300+ astrocyte의 수가 EAE 동안의 척수 백색질에서 증가함을 보이고, Gfap promoter-driven CRISPR–Cas9 lentiviral vector을 통해 Ep300을 불활성화시키자 EAE가 개선되고 pro-inflammatory astrocyte responses이 억제되었다는 점, Ep300의 불활성화가 또한 후성 유전적 memory astrocyte와 연결된 transcriptional signature인 NF-κB 및 H3K27ac를 억제시켰다는 점을 통해 p300이 EAE에서 astrocyte의 후성유전적 기억을 촉진한다는 사실을 알 수 있습니다.
또한, EAE 동안 척수 백색질에서 H3K27ac+p300+ astrocyte뿐만 아니라 ACLY+p300+ astrocyte의 수도 증가한 사실과 ACLY를 불활성화시키자 EAE가 개선되고 astrocyte의 후성 유전 기억, 염증 및 p300에 의한 NF-κB signaling과 관련된 transcriptional module의 발현과 acetyl-CoA 생합성, H3K27ac와 관련된 전사 프로그램이 감소되었다는 사실을 통해, ACLY 또한 EAE에서 p300 유래 astrocyte의 후성유전 기억을 제어함을 알 수 있었습니다.
마지막으로, 다발성 경화증과 대조 CNS 샘플을 비교하여 다발성 경화증의 백색질 병변에서 nuclear ACLY+p300+ astrocyte의 수가 증가하였음을 발견하였고, 앞에서 언급한 내용들을 조합해 다발성 경화증 병리학에서의 ACLY–p300 기반 pro-inflammatory astrocyte 후성유전적 기억의 잠재적인 역할을 정의할 수 있음을 시사하고 있습니다.
결론적으로, 이 논문에서는 비조혈 CNS 세포인 astrocyte도 후성유전적 기억을 나타낸다는 것을 시사하며, CNS 병리를 촉진하는 ACLY+p300+ memory astrocyte에 대해 설명하고, 이러한 발견은 다발성 경화증 및 기타 신경 질환에 대한 새로운 치료 접근법을 안내할 수 있다는 점을 언급하며 글을 마치고 있습니다.
보석 발굴가: 연규범 Justin 님
위 논문들은 ‘K-BioX Biomedical 저널 디스커션 포럼’ 카톡 오픈채팅방에서 논의되고 있습니다. 이외에도 흥미로운 다양한 논문 보석들을 만나고, 함께 논문 디스커션을 하고 싶으시다면 https://open.kakao.com/o/gBQ0CWTd 위 링크를 클릭해주세요!
편집자: 임희주
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