<RNF20/40에 의한 열충격유전자 발현 조절 메커니즘>
1. 배경지식
진핵생물에서 DNA는 히스톤 단백질과 함께 ‘뉴클레오좀’이라는 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 H2B의 120번째 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 K120의 E3 ligase인 RNF20/40 complex를 knockdown시켰을 때 나타나는 변화들에 대해 연구했습니다. 이러한 연구들은 RNF20/40가 H2B 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, RNF20/40는 H2B ubiquitylation 이외의 다른 기작을 통해서도 전사를 비롯한 세포 내 여러 기전에서 중요한 역할을 합니다. 또한, 효모에서는 RNF20/40의 homolog인 Bre1을 deletion한 균주가 H2B ubiquitylation site를 lysine에서 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 eEF1BdL과 RNF20/40의
상호작용을 확인하였고, eEF1BdL의 381번째 lysine을
monoubiquitylation시키는 것을 확인하였습니다. 이러한
RNF20/40에 의한 ubiquitylation은 eEF1BdL에 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, RNF20/40가 ubiquitylation에 independent하게도 열충격유전자
전사를 증가시키는 기작을 밝혀내었습니다. (모델 그림의 빨간색 양방향 화살표 3개) 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 이 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.
