CXCR4와 GPCR-X family 사이의 상호작용에 대한 연구

Abstract

Stromal-derived factor 1α라고도 불리는 케모카인 (Chemokines) CXCL12는 G-protein coupled receptor (GPCR)의 하나인 CXCR4에 리간드로 작용하여 CXCR4를 발현하는 정상 세포들의 migration과 homing을 유도한다. 그러나 이러한 반응은 암세포의 전이 (metastasis)에 있어서도 필수적인 과정인데, 계속되는 보고들에 의하면 다양한 종류의 암세포에서 CXCL12와 CXCR4가 과발현되고 있으며 여러 신호 전달 통로를 이용하여 암세포의 proliferation, migration, invasion에 관여한다고 한다. 그렇기에 이러한 CXCR4를 저해하려는 시도들은 꾸준히 있어왔으나 CXCR4의 직접적 저해는 cardiac dysfunction을 포함한 많은 부작용을 일으켰다.

따라서 우리 연구실은 CXCR4의 또다른 저해 방법으로 GPCR의 대표적 특징 중 하나로 알려져 있는 중합체 형성에 주목하였다. 이분자 형광 상보 기법 (BiFC assay)을 이용하여 CXCR4와 중합체를 형성하는 것으로 보이는 후보들을 1차적으로 추려내었고, 이 중 한 가지인 신경펩타이드 X 수용체를 골라 후속 실험을 진행하였다. BiFC로 GPCR-X의 세 가지 family 구성원까지 실험한 결과 양상의 차이는 있었지만 모두에서 positive한 반응이 나타났다. 이어서 진행한 co-internalization assay에서는 BiFC 데이터와 부합하는 결과를 얻었는데, 특이하게도 GPCR-X family에 특이적인 리간드 처리만으로도 CXCR4의 internalization이 유도되었으며 그 양상이 GPCR-X family와 일치하였다. Bioluminescence resonance energy transfer (BRET) assay에서도 CXCR4와 GPCR-X family 사이의 중합체 형성을 확인하였다. 특히 Cal-520®을 이용한 세포 내 칼슘 농도를 측정 실험에서는 두 가지 GPCR을 과발현시킨 후 양 쪽의 리간드를 처리 시 칼슘 이온의 총량에서 현저한 증가를 확인하였다. 또한 두 가지 GPCR에 특이적으로 작용하는 antagonist를 처리하였을 때 그러한 세포 내 칼슘 농도의 증가도 사라졌다. 이 실험 결과들을 종합하면 CXCR4와 GPCR-X family가 중합체를 형성하며, 이에 따른 세포 내 신호 전달의 변화가 수반되고 있음을 알 수 있다. 따라서 부작용을 동반하는 직접적인 CXCR4의 저해 없이도 상호작용하는 GPCR을 allosteric modulator로서 활용하여 간접적 저해가 가능할 것임을 암시한다.

주요어: CXCR4, CXCL12, GPCR heteromerization, BiFC, Co-internalization assay