생체시계 단백질의 세포 내 위치를 조절하는 인산화 효소 발굴

Abstract

생체시계의 분자 기전은 전사인자인 CLOCK과 BMAL1 단백질이 전사를 촉진하고 그 결과 발현된 PERIOD와 CRYPTOCHROME이 CLOCK/BMAL1의 활성을 억제함으로써 생체시계 유전자 및 생체시계의 조절을 받는 유전자의 발현을 하루를 주기로 oscillation 하도록 하는 것이며, 생체시계는 이를 통해 생명체의 행동 및 생리작용들이 생체리듬을 나타내도록 관장한다. 그런데 생체시계가 24시간의 주기를 가지고 정상적으로 작동하기 위해서는 전사 억제기능을 하는 PERIOD (PER)와 CRYPTOCHROME (CRY) 단백질의 양 및 핵으로 이동하는 시간을 조절하는 것이 필수적이다. 이들 단백질의 양, 활성 및 세포 내 위치가 번역 후 조절 (post-translational regulation), 특히 인산화에 의해 조절될 수 있음이 보고되어 있다. 본 연구에서는 mCRY1과 mPER2의 세포 내 위치를 조절하는 인산화 효소를 발굴하고자 유전체 수준에서 스크리닝을 진행하였다. 먼저 스크리닝에 사용할 수 있도록 인간 인산화 효소 유전체 라이브러리를 구축하였다. 이를 위하여 인간 인산화 효소 533개에 대하여 포유류 발현 벡터에 형광 단백질 (red fluorescence protein)로 표지하는 클로닝을 진행하였고, 궁극적으로 385개의 인산화 효소를 포함하는 RFP 표지 인간 인산화 효소 유전체 라이브러리를 구축하였다. EGFP로 표지된 mCRY1 단백질과 RFP로 표지된 인산화 효소를 NIH 3T3 세포에 발현시켜 mCRY1단백질의 세포 내 위치를 변화시키는 인산화 효소 118개를 스크리닝했다. 그 중 hVRK3 (vaccinia related kinase 3)와 hUCKL1 (uridine-cytidine kinase 1-like 1)이 mCRY1 단백질의 세포 내 위치를 변화시켰다. mCRY1은 NIH 3T3과 HEK 293T 세포에서 핵에 위치한다. 그러나 hVRK3와 함께 발현함으로써 핵과 세포질에 위치했다. 또한 hVRK3는 mCRY1뿐 아니라 mCRY2, mPER2, BMAL1과 같은 다른 생체시계 단백질의 세포 내 위치에도 변화를 주었다. hVRK3와 달리, hUCKL1은 mCRY1에만 특이적으로 핵이 아닌 세포질에 머물게 했다. EGFP가 표지된 mPER2 단백질은 HEK 293T 세포에서 스크리닝을 진행하였다. 현재 82개의 인산화 효소를 스크리닝 하였으며 hPRKRA (interferon-inducible double stranded RNA-dependent protein kinase activator A)가 mPER2 단백질 특이적으로 세포 내 위치를 변화시켰다. mPER2는 NIH 3T3와 HEK 293T 세포에서 핵에 약 75% 존재한다. 그러나 hPRKRA를 함께 발현시키면 mPER2의 위치가 세포질에 많이 있는 것을 보았다. 흥미롭게도 HEK 293T 세포에서 발현시켰을 때 hPRKRA는 mPER2 단백질의 인산화를 증가시켰고 mPER2 단백질의 양도 증가시켰다. hPRKRA 이 외에 mPER2의 세포 내 위치를 변화 시키는 새로운 인산화 효소 hNEK2 (NIMA -never in mitosis gene A- related kinase 2), hCKMT1B (creatine kinase, mitochondrial 1B), hETNK1 (ethanolamine kinase 1), hMST1R (macrophage stimulating 1 receptor)을 발굴했다.