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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. 장원열 (세포종양발생학 연구실, 임대식 교수)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 발생과정 중에 있는 조직에는 화학적 자극뿐만 아니라 휘어지고 뒤틀리고 혹은 서로 다른 경도의 세포기질에 둘러싸이는 등의 물리적 자극 또한 주어집니다. 그리고 이러한 물리적 자극이 실제로 세포 분열조절...
    Date2017.08.01 By생명과학과 Views5864
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  2. 이한솔 (구조생명과학 연구실, 오병하 교수)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 현미경을 통해서만 볼 수 있는 조그마한 우리의 세포 속에는 2m가 넘는 기다란 DNA가 들어있습니다. 이 DNA들이 헝클어지지 않고 정상적으로 기능하도록 단단하게 응축(condensation) 시켜주는 단백질이 존재하...
    Date2017.08.21 By생명과학과 Views10320
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  3. 곽미정 (구조생명과학 연구실, 오병하 교수)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 본 논문은 폐렴을 일으키는 레지오넬라 뉴모필라 균의 독성단백질 분비 기작에서 중요한 역할을 하는 Type IV coupling protein complex(T4CP)의 전체 모델 구조를 규명한 논문입니다 (아래그림). 레지오넬라균...
    Date2017.08.21 By생명과학과 Views6311
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  4. 권도형 (분자세포면역학 연구실, 강석조 교수)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 일반적으로 세포의 DNA는 핵내에만 존재합니다. 만약 사이토졸 내에서 DNA센서가 DNA를 인식한다면, 세포는 외부 병원균의 DNA로 인식하여 제1형 인터페론을 생성하는 면역반응을 유도합니다. 우리 세포는 사이...
    Date2017.08.21 By생명과학과 Views4389
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  5. 홍지소 (행동유전학 연구실, 김대수 교수)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 두뇌의 내측전전두엽 (medial prefrontal cortex)은 작업기억, 주의집중, 사회성 등 다양한 고등인지기능에 관여하고 있는 부분으로 스트레스 반응 및 공포 반응과 같은 감정의 조절에 있어서도 mPFC는 핵심적...
    Date2017.08.29 By생명과학과 Views4765
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  6. 신혜림 (세포신호전달 연구실, David Helfman 교수)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 암세포의 전이 및 산포는 세포 이동 및 세포 간 응집을 포함한 과정으로부터 비롯된 결과입니다. 이러한 과정은 세포 형태의 변화를 수반하며, 액틴 또는 이와 결합하는 다양한 단백질의 변이가 전이과정에서 ...
    Date2017.09.04 By관리자 Views3523
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  7. 권도형 (분자세포면역학 연구실, 강석조 교수)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 미토콘드리아는 에너지 생산뿐만 아니라, 칼슘의 저장소, Apoptosis, lipid 합성등 다양한 기능을 수행하는 세포소기관으로, 에너지 상태 외에도 다양한 ion의 흐름, 외부 신호, 미토콘드리아의 역동성(dynamic...
    Date2017.09.20 By생명과학과 Views9404
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  8. 이준우(크로마틴생물학 실험실, 이대엽 교수)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 본 논문은 제가 Nature Communications 에 개제하였던 연구 내용을 긍정적으로 평가한 <Transcription> 이라는 잡지사에서 제 논문에 관한 review 논문을 작성해 달라는 부탁을 보내와서, 제가 발표했던 연구 ...
    Date2017.09.25 By생명과학과 Views5282
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  9. 김정진(행동 유전학 실험실, 김대수 교수)

     ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 우리 뇌 안에는 무수한 억제성 회로가 있지만, 그들의 정보 전달 방식에 대해서는 잘 밝혀져 있지 않습니다. 본 연구팀은 기저핵에서 나오는 억제성 신호들이 어떠한 방식으로 다양한 운동 신호를 처리하는가 ...
    Date2017.10.12 By생명과학과 Views3664
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  10. 경현호, 최윤주(생체분자공학 실험실, 김학성 교수)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 생명은 면역 체계라는 복잡한 방어 수단을 통해 자신을 보호합니다. 면역 체계의 핵심에는 ‘자신’과 ‘자신이 아닌 것’을 분자 단위에서 구분하는 대응 기제가 있습니다. 대조직적합성복합체(MHC; Major Histoco...
    Date2017.10.13 By생명과학과 Views5863
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  11. 윤정민(에피제네틱스 구조생물학 실험실, 송지준 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 우리 몸에 중요한 유전정보를 담고 있는 DNA는 Histone octamer에 146 base pair가 감겨 있는 nucleosome이라는 기본단위로 이루어진 chromatin 형태로 보관이 되어집니다. DNA 복제 과정에서는 DNA가 복제가 ...
    Date2017.10.20 By생명과학과 Views5832
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  12. 이동윤(바이오나노의약 실험실, 전상용 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 황달 유발의 주요 물질이자 간 질환의 지표로 사용되어 온 빌리루빈은 다른 한편으로는 많은 염증 질환을 조절할 수 있는 체 내의 강력한 항산화제로 밝혀져 큰 주목을 받아 왔습니다. 본 실험실에서는 과거 이...
    Date2017.10.24 By생명과학과 Views4178
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  13. 천영서(크로마틴 생물학 연구실, 이대엽 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. Centromere의 특징 중 하나는 전형적인 histone H3 nucleosome 대신 centromere-specific histone H3 variant인 CENP-A nucleosome이 존재한다는 점입니다. 이러한 CENP-A nucleosome은 세포의 유사 분열 시기...
    Date2017.10.24 By생명과학과 Views6201
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  14. 전종철(진핵세포 전사 연구실, 김재훈 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. DNA 와 함께 크로마틴을 구성하고 있는 히스톤은 다양한 종류의 post-translational modification 에 의해 조절됩니다. 히스톤 H3 의 4 번째 lysine 잔기 (H3K4) methylation 은 대표적인 히스톤 modification ...
    Date2017.10.30 By생명과학과 Views3984
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  15. 유미란(신경회로망 연구실, 한진희 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 기억이 어떻게 형성 되어서, 어떻게 평생에 거쳐 저장되고 유지될 수 있을지를 밝히는 것은 매우 흥미로운 일입니다. 처음 획득한 기억이 안정화 되기 위해서는 기억에 중요한 여러 유전자의 발현이 필수적입니...
    Date2017.10.30 By생명과학과 Views4092
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  16. 김나연(바이오이미징/광유전학 실험실, 허원도 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. Protein oligomerization is an important molecular mechanism in many biological processes that control numerous cellular events. We investigated the property of cryptochrome2 (CRY2) from Arabidops...
    Date2017.11.13 By생명과학과 Views3534
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  17. 최정윤 (발생분화연구실, 한용만 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. CFC 증후군은 ERK 신호전달체계의 돌연변이에 의해 발생하는 희귀 유전 질환입니다. 비정상적인 뼈 발달은 대부분의 CFC 증후군 환자에서 나타나지만 ERK 신호전달체계의 이상과 골격계 관련 세포 분화의 연관...
    Date2017.12.11 By생명과학과 Views4209
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  18. 김종원 (생체분자공학 연구실, 김학성 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 현재 민감도와 특이성이 높은 표적 물질의 검출 및 분석법이 다양하게 개발되고 있습니다. 대개는 신호 발생 물질인 효소를 나노입자나 항체에 화학적 결합을 통해 이용하고 있으나, 화학적 결합 방법은 불안정...
    Date2017.12.26 By생명과학과 Views2570
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  19. 김희연 (생체분자공학 연구실, 김학성 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해 주세요. 생물의약품이 세포 내로 전달되어 약효를 나타내기 위해서는, 일반적으로 선택적인 투과성을 지닌 세포막을 잘 투과할 수 있도록 디자인 되어야 합니다. 이러한 점에서, 세포의 분열 및 성장에 관여하는 상피세...
    Date2017.12.29 By생명과학과 Views4655
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  20. 조유리(분자세포면역학 연구실, 강석조 교수님)

    ▷인터뷰 1. 논문 내용과 의미를 설명해주세요. 2011년 Ralph Steinman이 Dendritic cell의 발견을 한 공로로 노벨 생리의학상을 수상하였습니다. 그 만큼 Dendritic cell은 우리 면역 시스템에 굉장히 중요한 면역 세포입니다. Innate 와 adaptive immune sys...
    Date2018.01.03 By생명과학과 Views7241
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