RNT-1의 스트레스 반응과 발생에서의 역할 연구

Abstract

RUNX 유전자는 진화적으로 잘 보존되어 있는 전사 조절 인자로서, 다양한 발생 과정에 관여하는 것으로 알려져 왔다. 발생 중 RUNX 단백질의 역할은 광위하게 알려져 있다. 후성적 조절, 전사 조절, 전사 후 조절을 포함하는 다단계 조절 기작들이 밝혀졌다. 또한 이러한 조절 기작들은 예쁜꼬마선충부터 인간까지 잘 보존되어 있다는 것이 밝혀졌다. 하지만 새로운 RUNX 단백질의 역할들을 찾기 위한 노력들이 진행되지 않았다. 이 논문에서는 RUNX 단백질의 새로운 발생과정 후의 역할, 즉 스트레스 반응에 대한 연구를 다루었다. 예쁜꼬마선충의 RUNX 유사 유전자인 RNT-1 는 선충의 장에서 지속적으로 만들어지지만 유비퀴틴에 의한 단백질 분해체를 통해 분해되는 것을, 유비퀴틴 가수분해 효소의 유전자 발현 억제가 RNT-1 의 분해를 막는 것 관찰함에 따라 발견하였다. RNT-1 은 산화적 스트레스나 고장성 스트레스에 의해 분해가 저해되는 것을 발견하였다. p38 MAP kinase 신호전달체계는 산화적 스트레스 고장성 스트레스에서 RNT-1 의 인산화를 통해 분해를 막는 것을 발견하였다. 또한 JNK pathway 도 일부분도 RNT-1 의 인산화를 일으켜 분해를 막는 것을 발견하였다. ChIP-seq, ChIP-chip and microarray 과 같은 유전체 연구를 통해 RNT-1 의 하위 유전자를 849 개 발견하였으며, 이들을 생물학적 기능으로 분류하였을 때, 발생과정에 관여하는 유전자 군과 스트레스 반응에 관여하는 유전자 군으로 나눌 수 있었다. 이러한 하위 유전자 중 MAP kinase 의 탈인산화를 일으키는 유전자인 vhp-1 이 RNT-1 에 의해 전사 조절 되 것을 발견하였다. 산화적 스트레스는 vhp-1 의 전사 조절을 증가시켰지만 고장성 스트레스는 그렇지 않음을 밝혔다. 또한 vhp-1 의 유전자 발현 억제를 RNT-1 의 안정화가 스트레스 없이도 일어남을 통해 되돌림 회로가 존재함을 밝혔다. 진피 세포에서는 상처에 의해 발현되는 항생성 유전자들이 RNT-1 에 의해 조절되는 것을 발견하였는데 이것은 RNT-1 가 다양한 스트레스에 관여하고 있다는 것을 의미한다. RNT-1 의 새로운 발생 후 기능 뿐 아니라 발생과정에서도 새로운 기능을 밝혔다. 유전자 억제 방법을 통해 RNT-1 과 발생과정 중에 유전적 관계를 갖는 7 개의 유전자를 발견하였다. 그 중 CDK8 아복합체와 유전적 관계를 갖는 것을 발견하였다. RNT-1 돌연변이는 CDK8 아복합체의 유전적 억제가 파열된 음문을 일으켰다. 이것은 자궁과 솔기 진피 세포의 연결이 완료되지 않아 생기는 현상으로 보인다. 또한 daf-18 과 acs-4 유전자가 이 현상의 원인 유전자라고 생각된다. 정리하면, RNT-1 의 스트레스 반응과 발생 과정에서 새로운 역할을 발견하였으며, 유전체 실험을 통하여 RNT-1 의 하위 유전자를 발굴한것이이논문의의의라고할수있다.

RUNX proteins are evolutionarily conserved transcription factors known to be involved in various developmental processes. The roles of RUNX proteins in development have been extensively studied. Multiple regulatory mechanisms of RNT-1, which includes epigenetic, transcriptional and post-transcriptional regulations, were identified. In addition, these regulatory mechanisms were conserved from C. elegans to humans. However, efforts for identification of novel roles of RUNX proteins have been discontinued. Here I report a new post-developmental role for a RUNX protein: a role in stress response. I showed that RNT-1, the C. elegans RUNX homolog, was constantly produced and degraded by the ubiquitination-proteasome pathway in the intestine of the nematode. I found that knock-down of ubiquitin hydrolase gene, math-33, increased RNT-1 stabilization. RNT-1 was rapidly stabilized by paraquat or t-butyl peroxide induced oxidative stress and high concentration of sodium chloride or sucrose-induced osmotic stress. The p38 MAP kinase and its upstream components were required for RNT-1 stabilization in both oxidative and osmotic stress. The major pathway is p38 MAP kinase, pmk-1, that is activated by sek-1 and nsy-1, which is MAP kinase kinase and MAP kinase kinase kinase respectively. I also found that other MAP kinase pathway, jnk-1 and mek-1, is partially involved in RNT-1 stabilization. Genomics studies such as ChIP-seq, ChIP-chip and microarray experiments revealed that total 849 genes are regulated by rnt-1 and that these genes could be categorized into two biological function, developmental genes and stress response genes. Among the target genes, vhp-1, which is a phosphatase of MAP kinase, was identified as a target gene of RNT-1. vhp-1 was transcriptionally activated by oxidative stress but not by osmotic stress. I also found a feedback loop mechanism of the MAP kinase pathway exerted by the VHP-1 phosphatase in the RNT-1-mediated oxidative stress response. Another possible role of RUNX proteins is wound response, because the TGFβ signal pathway, known as upstream of the wound signal, and also upstream of rnt-1 in hypodermal seam cells. I found that activation of anti- microbial proteins is disrupted by mutation in rnt-1, indicating that rnt-1 is a transcription factor for anti-microbial genes. Lastly, I report a new role of RNT-1 in development. RNAi screening to find genes that show easily detectable developmental phenotype in rnt-1 mutant background, but not in wild type, identified 7 genes. I found that the CDK8 subcomplex, a component of the mediator complex, genetically interacts with rnt-1. Disruption of CDK8 subcomplex and rnt-1 caused a ruptured vulva phenotype, which I found was due to incomplete development of uterine-seam cell. I also identified daf-18 and acs-4 as target genes of rnt- 1 in this aspect. In summary, I report the novel functions of RNT-1 in stress response and in proper development of uterine-seam and hypodermal seam cells. In addition, I identified the RNT-1 target genes in stress response and developmental process by genome-wide analysis.