Regulation of Human Tyrosine Hydroxylase Gene Expression in Neuron Cell Type-Specific Manner by NRSF

Abstract

Tyrosine hydroxylase (TH)는 카테콜아민 생합성 과정에서 첫 번째 속도 조절 효소이다. TH의 발현은 뇌의 흑질 (substantia nigra), 복측피개 (ventral tegmental area), 노르아드레날린성 신경세포 (noradrenergic neuron)에 있는 도파민 신경세포들에서만 국한되어 나타난다. 본 논문에서는 사람 TH 유전자의 신경세포-특이적 발현 조절의 기작을 밝히고자 하였다. 먼저, 사람 TH 유전자의 promoter에서 신경세포 특이적 전사 저해를 일으키는 DNA 부위 (neuron restrictive silencer element ; NRSE)로 추정되는 세 개의 부위를 동정하고 이를 각각 NRSE-R, NRSE-I, NRSE-II라 명명하였다. 이 부위에는 신경세포에서 전사 저해 작용을 하는 zinc finger 단백질인 NRSF가 결합하는 것으로 알려져 있다. 신경세포 특이적 전사 저해단백질 (neuron restrictive silencer factor; NRSF)은 신경 발달과정과 성체에서 비신경세포 및 조직에서의 여러 가지 신경 세포 특이적 유전자들의 전사 저해제로 작용한다. 사람 TH promoter 에 존재하는 NRSE 부위에서 NRSF의 결합 활성도를 알아보기 위해, 염기서열을 변이시킨 NRSE constructs의 promoter 활성도 측정과 EMSA 실험을 수행해보았다. 변이된 NRSE-II 유전자를 사람 신경줄기세포에 도입한 경우 NRSF에 의한 전사억제가 파기되는 것을 관찰할 수 있었다. 그러나 EMSA 실험에서, 사람 TH promoter에 존재하는 세 개의 NRSEs 부위들에서 모두 단백질 결합 복합체가 형성되는 것을 볼 수 있었고, 이들 모두 항-NRSF 항체에 의해 supershift됨을 확인했다. 이러한 결과는 사람 신경줄기세포 내에서, NRSE-II 부위에서만 특이적으로 NRSF 와cofactor들간의 결합이 일어나서 효과적인NRSF 매개의 전사억제가 일어남을 암시하고 있다. 또한 NRSF를 매개로 한 TH 유전자의 전사 억제는 trichostatin A의 처리에 의해 풀리는 것으로 보아, NRSF에 의한 전사억제에 histone deacetylase 활성이 필수적 것을 알 수 있었다. 이로써, 사람 TH 유전자의 조직 특이적 발현 조절에 있어서 NRSF의 역할이 핵심적임을 알 수 있다.