상동재조합 복구경로에서 CTCF의 분자기전 연구

Abstract

세포 내에서 DNA는 다양한 원인으로 인하여 손상되고, 손상의 종류 혹은 정도에 따라 여러 가지 방법으로 복구된다. DNA 손상들 중 이중가닥 절단 (DNA double strand break, DSB)은 상당히 심한 손상이며, 수선되지 않는 경우 치명적이다. 이중가닥 절단에 대한 복구기작으로는 크게 비상동 말단 접합 (Non-homologous end joining, NHEJ)과 상동 재조합 (Homologous recombination, HR)의 두 가지가 있다. CTCF는 DNA 손상부위에 소집되며, 상동 재조합 복구기작에 필요한 것으로 최근 보고되었으며, DNA 손상복구 단백질로서의 기능이 주목받고 있다. 본 연구에서는 CTCF의 이중가닥절단 상동재조합 복구 기능의 분자기전을 밝히고자 한다. 이를 위하여, CTCF 인터렉톰 분석을 통해 CTCF와 결합하는 HR 관련 단백질들을 동정하였다. 동정한 단백질들 중, DNA 손상을 인지하며 HR에 필수적인 MRE11과 CTCF의 상호작용을 확인하였다. 2-6-5 ER-U2OS DSB reporter system을 이용한 면역 형광염색 및 염색질 면역침강 실험을 통해 MRE11이 결핍된 세포에서 CTCF가 DNA 손상 부위로 소집되지 못함을 확인하였다. 또한 MRE11에 의존하여 손상된 DNA 부위로 소집된 CTCF는 MRE11의 핵산분해 효소 활성 조절 보조인자인 CtIP의 소집을 촉진하여, HR의 선택에 필수적인 MRE11에 의한 DNA resection을 도모함으로써, HR에 기여함을 확인하였다. 또한, resection의 표지자로 알려진 RPA, 인산화된 RPA 및 Rad51의 소집도 CTCF 결손에 의해 감소함을 확인하였다. 마지막으로 HR에 필수적인 DNA resection을 CTCF가 조절하는가를, 세포 내부의 단일가닥 DNA 측정 실험을 통해 확인하였다. 그 결과, CTCF가 침묵된 세포에서 MRE11에 의한 DNA resection이 일어나지 못하여 단일가닥 DNA가 생성되지 못하였다. 따라서 CTCF가 MRE11과 CtIP의 상호작용을 매개하여 상동재조합에 의한 DNA 손상복구를 유도할 것으로 예상할 수 있었다. 이 연구결과는 CTCF가 DNA 손상복구 반응에서 MRE11-CtIP에 의한 DNA resection을 촉진함으로써 유전체 안정성 유지에 중요한 역할을 함을 시사한다.