Proliferative Activity of Methionyl-tRNA Synthetase via CDK4

Abstract

Aminoacyl-tRNA synthetase (ARS) are housekeeping proteins involved in protein synthesis, transferring amino acid to their cognate tRNA. In mammalian cells, nine of these ARSs are forming a complex which is named multi-synthetase complex (MSC) to work more efficiently. MRS also involved in MSC. Recently, many study shows that MRS has many other non-canonical functions as well as participates to protein synthesis. In previous study, researchers reported that MRS transfers into nucleus dependent on mitogenic signal and promotes biogenesis of rRNA in nucleoli. In this study, we determined that MRS has new non-canonical function related to regulate cell cycle. We supposed MRS has relation of cell proliferation because expression of MRS is increased in some cancer and MRS move to nucleus dependent on growth signal. We confirmed that MRS effects on cell proliferation in growth condition according to the level of MRS expression. Especially, we founded that MRS modulates transition from G1 to S phase by analyzing flow cytometry. To see how MRS regulates G1/S phase transition, we check the relationship of MRS and other molecules which are relate to cell cycle. As a result, we realized that MRS interacts with CDK4. CDK4 is a important molecule regulating cell cycle and CDK4 controls transition from G1 to S phase by phosphorylating Rb protein. MRS increases stability of CDK4 by blocking ubiquitination of MRS. As MRS reduces the amount of degradation of CDK4, MRS helps CDK4 to transfer into nucleus for regulating cell cycle in growth condition. Therefore, this study suggests MRS has novel function related in cell cycle and effects on cell proliferation. Also, this study suggests MRS seems to be a novel target as a cancer drug by blocking role of MRS related to cell proliferation.

Aminoacyl-tRNA synthetase(ARS)는 tRNA에 상보적인 아미노산을 붙여주는 역할을 하는 효소이다. 포유류세포의 경우, 20개의 ARS중 Methionyl-tRNA Synthetase(MRS)와 다른 8개의 ARS는 조효소인 AIMP1, 2, 3들과 Multi-synthetase comlex(MSC)를 이루고 있다. 최근 연구들에서 MRS의 주요 기능인 methionine을 tRNAMet에 붙여주는 촉매 작용 이외에도 산화적 스트레스 상황에서 방어기능, mitogenic signal에 의존적으로 핵으로 이동하여 rRNA의 합성을 도와주는 기능 등, 본연의 기능이 아닌 다양한 기능들이 보고되고 있다. 본 연구에서는 MRS가 세포주기 조절과 관련된 새로운 기능을 수행함을 밝히고, 그 의의를 고찰하였다. MRS가 colon cancer, brest cancer와 같은 여러 암에서 발현이 높아져 있다는 사실과 MRS 아미노산 서열상에 핵으로의 이동에 관여 하는 펩타이드신호(NLS)를 가지고 있어, 성장신호를 받았을 때 핵으로 이동한다는 사실로 MRS가 세포의 증식과 관련이 있을 것이라 생각할 수 있었다. 본 연구에서는 A549 폐암 세포주에서 MRS의 발현 정도에 따라 세포증식에 영향을 준다는 사실을 확인하였다. 유세포분석기의 분석을 통하여 세포주기의 과정에서 특징적으로 G1기 에서 S기로 넘어 갈 때 영향을 주어 세포증식에 영향을 미침을 알 수 있었다. 또한, 본 과정에 관여하는 다양한 분자들과의 연관성을 확인하였다. 그 결과, MRS는 G1기에서 S기로 넘어가는데 중요한 역할을 하는 효소 중 하나인 CDK4와 상호작용을 한다는 것을 밝혀냈다. CDK4는 세포주기 조절에 관여하는 인산화 효소 중 하나로서 과발현 시에는 세포증식을 도움으로써 암 발생을 촉진시키는 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 MRS가 CDK4와 상호작용을 통해 CDK4의 안정성에 기여한다는 사실을 확인하였다. 또한, MRS의 발현을 감소시키면 CDK4가 세포주기를 조절하기 위해 수반되는 과정인 핵으로의 이동이 저해됨을 알 수 있었다. 결과적으로, 본 연구는 단백질합성 효소인 MRS가 효소의 본연의 기능이외에 세포의 증식을 조절하는 새로운 기능을 가짐을 밝힌데 의의가 있다. 또한 이번 연구에서 밝힌 MRS의 세포증식조절 기능을 저해함으로 특정 암의 성장을 억제 할 수 있는 새로운 신약개발의 가능성을 제시하였다.