STAT1/2-mediated high order chromatin structure enhances therapeutic efficacy through viral mimicry in hepatocellular carcinoma

Abstract

Type I interferon signaling pathway는 세포독성항암제에 의해 활성화되는 것으로 알려져 있으며, 이의 효과로 anti-tumor immune response 현상을 야기한다. Type I interferon signaling pathway는 바이러스와 같은 병원체 감염에 의해 활성화 되는 신호전달체계이다. 바이러스의 감염이 존재하지 않으나 마치 감염이 있는 것처럼 반응하여 이러한 신호체계를 활성화시키는 현상을 viral mimicry라 일컫는다. 본 논문에서는 세포독성항암제 처리로 인하여 간암세포 내에 내재되어 있던 Endogenous retrovirus의 발현이 활성화 되어 그의 전사체인 dsRNA가 생성되는 viral mimicry 현상을 확인하였다. 이 때, dsRNA가 주요 매개체가 되어 다양한 Interferon stimulated genes (ISGs)의 발현을 동시다발적으로 증가시키게 되는데, 이 과정에서 signal transducer and activator of transcription 1/2라고 알려진 STAT1과 STAT2에 의한 크로마틴 삼차구조 형성이 중요한 역할을 한다는 것을 밝혔다. 크로마틴 삼차구조의 형성은 유전자의 발현을 조절하는 것으로 알려져 있는데, 염색체 상에서 멀리 떨어져 있는 유전자들로 하여금 물리적으로 가깝게 하여 효과적인 유전자발현을 조절하게 된다. 세포독성항암제 혹은 dsRNA 합성물질을 처리하게 되면, ISG locus에서의 STAT1과 2의 결합이 증가함과 동시에 삼차구조가 형성되는 것을 확인하였다. 이러한 현상은 STAT1/2를 CRISPR/Cas9 KO system을 이용하여 발현을 감소시켰을 때 사라지는 것을 증명하였다. 또한, IFIT1에서 STAT1/2의 결합하는 부위를 CRISPR system을 이용하여 잘라냈을 때에도 동일한 현상이 나타남을 증명하였다. 세포독성항암제에 대한 감수성은 STAT1의 발현이 저해되었을 때 감소하는 양상을 보였다. 이를 바탕으로 STAT1/2를 매개로 한 크로마틴 삼차구조가 ISG의 발현을 결정하는 데에 중요한 역할을 하며, 이는 세포독성항암제에 대한 효과에 영향을 미치는 것을 본 논문을 통해 규명하였다.

Anti-tumor effects of chemotherapeutic agents are known to induce type Ι interferon signaling pathways that enhance the immunogenicity of dying cancer cells, and thereby stimulate anti-tumor immune response. The chemotherapeutic agent induced immune response is termed as viral mimicry, as these type Ι interferon related gene signatures are similar to those induced by viral pathogens. Here we demonstrate that treatment of chemotherapeutic agents stimulates rapid production of multiple interferon-stimulated genes (ISGs) via double-stranded RNAs derived from endogenous retroviruses in human hepatocellular carcinoma cells. Clustered ISG locus forms higher-order chromatin structure mediated by signal transducer and activator of transcription 1/2 (STAT1/2) during coordinate transcriptional regulation of these genes after chemotherapy. The finely tuned regulation of multiple ISGs transcription is abrogated when physical proximity is destroyed by STAT1 depletion. In addition, chemotherapeutic efficacy is abrogated when STAT1 expression is destroyed. Overall, our results suggest that transcriptional regulation of ISGs by STAT1/2-mediated higher-order chromatin structure is crucial for the efficient anti-tumor treatment