hCdc73에 의한 p53 mRNA 안정성 조절 및 세포 사멸 조절 연구

Abstract

종양형성은 정상세포의 다양한 유전자의 돌연변이(mutation) 내지는 상위 돌연변이(epimutation)에 의해 세포 사멸과 생존 조절의 매커니즘에 이상이 생김으로써 발생할 수 있다. 그러므로 p53 유전자 와 같은 세포 사멸 / 생존을 관장하는 유전자의 변이와 조절을 연구하는 것은 종양형성 또는 암 연구에 있어서 필수적이라고 할 수 있다. hCdc73(Human cell division cycle73, 또는 parafibromin)은 RNA 중합효소 II (RNA polymerase II) 결합 복합체(PAFc)의 구성 단백질로 기능이 알려져 있다. PAFc는 Paf1, Cdc73, Ctr9, Leo1, Rtf1으로 구성되어 있으며, 진핵생물에서 구성 단백질들과 복합체 구성이 진화적으로 잘 보존되어 있음이 알려져 있다. 대부분의 경우, PAFc는 일반 전사 조절인자(general transcription factor)로 생각되는데, 이는 PAFc가 RNA 중합효소와 결합하는 것 때문이기도 하며, 전사의 개시(initiation)과 연장(elongation) 단계에서 영향을 미친다는 것이 보고되었기 때문이기도 하다. 그러나, 최근의 다양한 연구에서는 PAFc 좀 더 다양한 기능을 가지며, PAFc 각각의 구성 단백질들이 복합체의 구성원으로써가 아니라 개개의 특별한 조절 기능을 가진다는 점이 밝혀지고 있다. 특히 PAFc 내에서, hCdc73 단백질은 암과의 연관성이 높다고 알려져 있는데, 그 중에서도 부갑상샘암(parathyroid carcinoma)와 부갑상선 기능 항진증-턱 종양(hyperparathyroidism jaw-tumor)와 연관이 깊은 것으로 보고되었다. 실례로, hCdc73의 변이는 약 90%이상의 가족성, 산발성 부갑상선암에서 발견되어왔는데, 이를 통해 hCdc73는 종양억제단백질로 제안되어 왔다. 하지만, hCdc73가 세포의 사멸과 생존, 더 나아가 종양화 과정에 미치는 영향에 대한 기작은 아직 충분히 연구되지 않았다. 본 연구는, hCdc73가 세포 사멸과 생존에 미치는 영향을 파악하는데 주 목적을 두었고, 이를 알아보기 위해 hCdc73를 인위적으로 없앤 상태에서 세포의 생존 변화를 관찰하였다. 그 결과로, hCdc73가 줄어듦에 따라, 세포자살(apoptosis)이 강하게 증가하는 현상을 관찰 할 수 있었으며, 마이크로어레이(Microarray) 실험을 통해 p53 종양억제 유전자와 BAX, GADD45a와 같은 p53 하위 유전자들의 발현이 증가함을 확인할 수 있었다. 추가적인 실험을 통해, hCdc73 소멸에 의한 세포자살 증가에 p53 종양억제 단백질 증가가 중요한 역할을 하고 있음을 밝혔다. 또한, 다양한 생화학적 실험을 통하여, hCdc73가 세포질에서 eEF1Bγ, Ski8단백질과 복합체를 형성하여, p53 mRNA에 결합하여 p53 mRNA을 분해시키고 있음을 확인할 수 있었다. 그러므로, hCdc73 감소에 의한 세포자살과 p53 단백질의 증가는 세포내에서 hCdc73가 관장하던 p53 mRNA 분해기능이 없어졌기 때문인 것으로 생각할 수 있다. 또한, DNA 손상신호와 같은 p53 활성화 신호에서는 세포질에서 hCdc73의 양이 감소함을 확인할 수 있었다. 마지막으로, 암환자에서 발견되는 hCdc73의 변이 중 하나인 K34Q 아미노산 변이체는 p53 mRNA에 정상 hCdc73보다 강하게 결합하며, p53 mRNA를 더 잘 분해시킴을 확인할 수 있었다. 그러므로, 일련의 결과들은 hCdc73가 세포 사멸과 생존을 p53 mRNA조절을 통해 관장함을 제시하는 증거이다. 처음에 언급한대로, hCdc73가 암과 유전적으로 연관되어 있다고 보고는 되어있으나, 정확한 생화학적, 생물학적 기작은 아직 확실치 않다. 본 연구에서는 hCdc73가 p53 종양억제 유전자 조절을 통해 세포자살을 조절 할 수 있음을 제시하였고, 이는 hCdc73 변이에 따른 암 발생을 설명 할 수 있는 매우 확실한 생화학적, 분자 생물학적 기작이다.

Tumorigenesis can be caused by mutation and epimutation of the various genes of normal cells, which breaks the homeostasis between cell death and survival. Therefore, understanding regulation of key cell death regulator genes, such as p53, is critical step to understand and control tumorigenesis. Human cell division cycle 73 (hCdc73, also known as parafibromin), is a component of RNA Polymerase II associated factor 1 complex (PAFc). The PAFc is composed of Paf1, Cdc73, Ctr9, Leo1, and Rtf1 and these components are evolutionary conserved in eukaryotes. Mostly, PAFc has been shown as a general transcription factor complex especially having a role in transcriptional activation and elongation. However, recent reports emphasized that PAFc has broader functional spectrum and individual PAFc components have their own regulatory roles. Among hPaf1 complex components, hCdc73 is highly implicated in various cancers such as parathyroid carcinoma and hyperparathyroidism-jaw tumor (HPT-JT). Various reports suggest hCdc73 may function as a tumor suppressor, because mutations in hCdc73 gene loci were discovered in majority (>90%) of familial and sporadic parathyroid carcinomas. Nonetheless, detailed mechanism of how hCdc73 is involved in cell death / survival and tumorgenesis still need to be elucidated. To investigate the role of hCdc73 in regulating cell death and survival, cell apoptosis and proliferation were evaluated under hCdc73 depletion. By hCdc73 depletion, apoptosis was significantly induced. Moreover, gene expression profile analysis revealed that p53 and its downstream target genes, such as BAX and GADD45a, were significantly increased by hCdc73 depletion and p53 is critical for the hCdc73 mediated apoptosis and tumor cell growth. Using various biochemical approaches, I found that cytoplasmic hCdc73 forms a complex with eEF1Bγ and hSki8, binds to mature p53 mRNA and controls its RNA stability at basal condition. Intriguingly, Cytoplasmic hCdc73 disappears by DNA damage, which may leads to transient p53 raise on demand. Mutant hCdc73-K34Q derived from parathyroid tumor exhibits stronger binding to p53 mRNA, reduced p53 protein, and advantage on cell survival. These results indicate that hCdc73 controls cellular homeostasis and tumorigenesis via p53 control. Although hCdc73 closely related to tumorigenesis, its role in cell death and survival has not been uncovered well yet. Here, I elucidated molecular mechanism of hCdc73 controlling p53 mRNA and apoptosis. This study clearly provide an explanation for how hCdc73 and its mutation is related to cell death and highlights p53 as a mediator for hCdc73 implicated cancers.