배경 지식
RNA 전사에 관련된 연구는 그동안 RNA polymerase가 주로 이동하는 방향이자 protein-coding 유전자 발현에 해당하는 sense 전사에 집중되어 있었습니다. 하지만 시퀀싱 기술의 발달로, 게놈의 상당 부분에서 반대 방향의 전사, 즉 antisense 전사가 발생한다는 것이 많이 보고되었습니다. Antisense 전사는 발견 초기에 전사 과정의 noise로만 생각되었으나 이후에 antisense 전사체가 주변 유전자의 발현을 조절하는 사례와 기작들이 많이 보고가 되었습니다. 이에 따라 antisense 전사가 어떻게 정밀하게 조절되는지, 이 과정에서 어떠한 단백질들이 역할을 하는지 규명하는 것이 중요한 연구 주제로 떠올랐습니다.
WDR82는 H3K4 메틸화 효소인 Set1A/B 복합체의 구성인자로서 주로 연구가 되었습니다. WDR82가 세포 내에서 고갈되면 antisense 전사가 증가한다는 것이 보고되었으나, 어떠한 기작으로 antisense 전사를 조절하는지는 명확히 밝혀지지 않았습니다. 그리고 이전의 연구에서, 아직 역할이 명확하게 밝혀지지 않은 ZC3H4란 단백질이 WDR82와 결합한다는 것이 보고되었으나, 이 결합이 어떠한 역할을 하는지 아직 규명되지 않았습니다.
질문
Antisense 전사는 어떠한 기작으로 정확히 조절되는가? WDR82와 ZC3H4 사이의 결합이 가지는 역할이 무엇이고, 이 단백질들이 antisense 전사를 어떻게 조절하는가?
발견
본 연구에서는 ZC3H4와 WDR82, 그리고 단백질 인산화 효소인 CK2가 복합체를 이루고 있다는 것을 최초로 보고하였고 이 복합체를 ZWC 복합체로 명명하였습니다. 그리고 ChIP-seq 실험을 통해 이 복합체가 발현이 활발히 일어나는 유전자의 전사 시작 지점에 많이 분포한다는 것을 확인하였습니다. 또한 ZWC 복합체가 ZC3H4, WDR82를 통해 RNA polymerase의 Ser5-ph CTD와 직접 상호작용한다는 것을 보였습니다. ZWC 복합체가 RNA 전사에서 어떠한 역할을 하는지 알아보기 위해 ZC3H4를 knockdown한 후 RNA-seq을 수행하였고, ZC3H4가 없을 때 전사 시작 지점의 위쪽에서 divergent antisense 전사가 증가하는 것을 확인하였습니다. 이러한 과정에서 복합체의 구성인자인 CK2에 의한 단백질 인산화가 중요할 것이라 예상하였고, 전사 인사 중 하나인 SPT5의 N-말단 부분이 CK2에 의해 인산화되는 것을 발견하였습니다. 그리고 ZWC 복합체에 의한 SPT5의 인산화가 antisense 전사를 억제하는 데 중요하다는 것을 규명하였습니다.
후속
본 연구에서는 SPT5의 N-말단 인산화가 antisense 전사 조절에 중요하다는 것을 규명하였습니다. 하지만 SPT5의 인산화가 어떻게 antisense 전사를 조절하는지 좀 더 구체적인 기작은 밝히지 못하였습니다. SPT5 인산화되면 근처의 뉴클레오솜이나 다른 전사 관련 단백질들과의 결합에 변화가 생길 것으로 예상하고 있습니다. 이를 규명하기 위해 더 정밀한 생화학 실험이나 구조생물학적 실험이 필요할 것으로 보입니다. 또한 CK2가 SPT5 뿐만 아니라 다른 전사 인자도 인산화시킬 것으로 예상되어 ZWC 복합체의 새로운 타겟을 찾는 것도 필요하다고 생각합니다.
소감 및 기타
본 연구를 무사히 끝낼 수 있도록 도움을 주신 김재훈 교수님과 이정헌 박사님께 감사드립니다. 그리고 함께 고생해 주셨던 공동 저자분들, 여러모로 힘이 되어준 실험실 구성원들께도 감사의 말을 전합니다, 그리고 함께 고생해 주셨던 공동 저자분들. 본 연구를 무사히 끝낼 수 있도록 도움을 주신 김재훈 교수님과 이정헌 박사님께 감사드립니다