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생명과학의 역사를 쓰는 사람들 Research Highlights

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인터뷰 인선아
논문 Suna In, Yong-In Kim, J. Eugene Lee and Jaehoon Kim, (2019) RNF20/40-mediated eEF1BL monoubiquitylation stimulates transcription of heat shock-responsive genes. Nucleic Acids Research, https://doi.org/10.1093/nar/gkz006
한줄요약 RNF20/40의 eEF1BL 유비퀴틴화를 통한 열충격유전자 발현 조절 기작을 제시하다
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<RNF20/40에 의한 열충격유전자 발현 조절 메커니즘>



1. 배경지식

   진핵생물에서 DNA는 히스톤 단백질과 함께 뉴클레오좀이라는 단위로 존재합니다. 히스톤에는 Methylation, Acetylation, Phosphorylation, Ubiquitylation 등의 다양한 번역 후 수정(Post-translational modification)이 존재하여 전사인자를 비롯한 세포 내 여러 단백질들과의 상호작용 및 크로마틴 구조 등에 영향을 줍니다. 히스톤 H2B120번째 lysine에 존재하는 monoubiquitylation은 전사가 활발하게 일어나는 유전자 영역에 많이 분포하며, 전사 활성의 또 다른 대표적인 표지인 H3K4 methylation, H3K79 methylation의 선행조건으로도 잘 알려져 있습니다. 그래서 수많은 연구자들이 H2B ubiquitylation이 없을 때 어떠한 현상이 일어나는지 알아보기 위해, H2B K120E3 ligaseRNF20/40 complexknockdown시켰을 때 나타나는 변화들에 대해 연구했습니다. 이러한 연구들은 RNF20/40H2B ubiquitylation 말고 다른 기작을 통해서도 유전자 발현 조절에 중요한 역할을 하며, 세포의 생존이나 암 억제 등에서도 중요한 역할을 하고 있음을 보여주었습니다.


2. 질문

   앞서 배경지식에서 언급했듯이, RNF20/40H2B ubiquitylation 이외의 다른 기작을 통해서도 전사를 비롯한 세포 내 여러 기전에서 중요한 역할을 합니다. 또한, 효모에서는 RNF20/40homologBre1deletion한 균주가 H2B ubiquitylation sitelysine에서 arginine으로 변형시킨 균주보다 더 DNA damage에 취약하다는 보고가 있었습니다.  따라서 RNF20/40가 히스톤 H2B가 아닌 알려지지 않은 타겟의 ubiquitylation을 통해 이러한 역할을 할 것이라고 생각하였습니다.


3. 발견

   먼저 RNF20/40의 타겟 단백질 스크리닝을 위해 Immunoprecipitation-Mass spectrometry를 통해 RNF20/40와 상호작용을 하는 단백질들을 동정하였습니다. RNF20/40가 세포 내에서 핵 안에 존재하고, 전사에서 중요한 역할을 한다는 점에 착안하여 eEF1BdL이라는 열충격유전자 전사인자를 후보로 선정하였습니다. 생화학적 분석 기법을 통해 eEF1BdLRNF20/40의 상호작용을 확인하였고, eEF1BdL381번째 lysinemonoubiquitylation시키는 것을 확인하였습니다. 이러한 RNF20/40에 의한 ubiquitylationeEF1BdL에 의해 매개되는 열충격유전자 전사를 증가시켰는데, 첫 번째 기전은 (모델 그림의 빨간색 화살표 (i)) eEF1BdL이 타겟 유전자의 프로모터 영역에 recruitment가 증가하는 것입니다. 두 번째 기전은 (모델 그림의 빨간색 화살표 (ii)) 전사의 개시(initiation)에서 신장(elongation)단계로 넘어가는데 중요한 역할을 하는 p-TEFb (Positive Transcription Elongation Factor)와의 결합이 ubiquitylation에 의해 증가하는 것입니다. 또한, RNF20/40ubiquitylationindependent하게도 열충격유전자 전사를 증가시키는 기작을 밝혀내었습니다. (모델 그림의 빨간색 양방향 화살표 3) HSF1 (Heat Shock Factor 1)이라고 하는 열충격유전자 전사에서 중요한 역할을 하는 전사인자와 eEF1BdL, RNF20/40가 함께 상호작용하며 열충격유전자 전사에서 시너지효과를 내는 것을 확인할 수 있었습니다.


4. 후속

   연구는 분자적 수준에서의 열충격유전자 전사조절 메커니즘에 초점을 맞추어 진행하였는데, RNF20/40에 의한 ubiquitylation-dependent/independent 메커니즘이 열충격유전자의 전체적인 발현 양상에 어떠한 영향을 주는지 genome-wide study를 통한 규명 또 한 좋은 후속 연구가 될 것입니다. 또 질량분석 결과로 나온 interactome들 중, RNF20/40의 또 다른 ubiquitylation 타겟을 찾거나 ubiquitylation이 되지 않더라도 RNF20/40와의 상호작용을 통한 세포 현상을 조절하는 단백질을 찾는다면 상당히 흥미로운 연구가 될 것입니다.


5. 소감

   실험이 잘 되지 않을 때도 있었고 제가 생각한 가설이 틀릴 때도 있었지만, 그렇게 조금씩 앞으로 나아가며 논문의 줄거리가 완성되어가는 과정은 정말 즐겁고 뿌듯했습니다. 학부 시절 반복하던 교과서와 렉쳐노트를 암기하는 공부가 아니라 질문에 대한 대답을 스스로 찾아가는 과정이었기에 더 흥미를 느끼고 몰두할 수 있었던 것 같습니다.


6. 기타

   학위 기간 동안 많은 것을 가르쳐주시고 열정적으로 연구지도를 해주신 김재훈교수님께 감사의 말씀을 드립니다. 타겟을 선정하거나 실험을 하는 데에 있어서 제가 하고 싶은 방향으로 자유롭게 할 수 있도록 존중해주시며, 전체적인 큰 그림을 잘 잡아주신 덕분에 좋은 논문이 완성될 수 있었다고 생각합니다. 질량분석 실험을 도와주시고 여러 학회에서 발표할 기회를 주신 표준과학연구원 이진환박사님, 김용인박사님께도 감사를 드립니다. 덕분에 질량분석을 비롯하여, 다양한 분야에서 과학적 견문을 넓힐 수 있었습니다. 지치고 힘들 때마다 항상 저를 응원해준 고마운 친구들과 무한한 사랑으로 저를 믿고 지지해준 우리 가족에게도 감사를 드립니다. 주변 사람들이 큰 힘이 되어준 덕분에 학위 과정을 무사히 마칠 수 있었습니다.


  1. 신왕용 (시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

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  2. 박하람 (시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

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  4. 김경덕 (시냅스 뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

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  5. 김성수(바이오이미징&광유전학 연구실, 허원도 교수님)

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  6. 서예지 (바이오이미징&광유전학 연구실, 허원도 교수님)

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  7. 유다슬이 (바이오이미징 & 광유전학 연구실, 허원도 교수님)

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  9. 신왕용 (시냅스뇌질환 연구실, 김은준 교수님)

     < NMDAR 활성을 통한 NGL-3 돌연변이 생쥐의 비정상적 행동과 전기생리학적 특징 회복 > 1. 배경지식 시냅스는 신경계의 가장 작으면서도 핵심적이고 기능적인 요소로 신경세포 간의 정보전달에 필수적인 구조입니다. 시냅스는 이온통...
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  10. 장성민 (에피제네틱스 구조생물학 연구실, 송지준 교수님)

    < Cryo Electrom Microscopy (Cryo-EM) 으로 규명한 DOT1L – 유비퀴틴 뉴클레오좀 복합체 구조 > < 정상적인 뉴클레오좀 (파란색, 녹색)과 비교했을 때, DNA가 풀려 사라지고 히스톤 2차 구조가 손실되는 불안정화 현상이 관찰됨 (빨강) > ...
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  20. 전종철 (진핵세포전사 연구실, 김재훈 교수님)

    <효모 Set1 complex 의 H2B ubiquitylation 의존적 H3K4 methylation 기작> 1. 배경지식 핵산인 DNA와 단백질인 히스톤은 염색체의 기본 구성인자인 nucleosome을 이룹니다. DNA를 기반으로 하는 다양한 생명현상들 예컨데 DNA replication, DN...
    Date2018.10.24 By생명과학과 Views2538
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