TP53RK regulates DNA replication via DDK dependent pathway in colorectal cancer

Abstract

In recent decades, colorectal cancer(CRC) is known as one of the cancerous type that represents highest incidence and mortality. Up to the present day, although studies on the genetic/epigenetic factors inducing colorectal cancer have been variously conducted, a more in-depth approach is needed to understand the pathogenesis of disease and effectively apply anticancer therapy. [1] In this context, next generation sequencing(NGS) and targeted therapy using biomarkers have become a core technology for popularization of precision medicine or personalized medicine that reflects environmental/biological information of individual patient. In this study, CRISPR library screening was carried out based on a tyrosine kinase(TK) panel containing about 700 genes to identify novel colorectal cancer specific biomarker. As a result of knock out(KO) analysis for a total of six colon cancer cell lines, TP53RK(TP53 regulating kinase, PRPK) was showed topmost cell growth inhibition efficiency when its expression is reduced. TP53RK has been reported to be overexpressed in various cancer including multiple myeloma and skin cancer, however, the function of gene related to tumorigenesis is not clear. [2,3] Therefore, this study aimed to investigate the mechanism of cell death induced by TP53RK knock out through proteome analysis on a basis of mass spectrometry(MS) Indeed, when TP53RK was declined, we confirmed that phosphorylation status of CDC7 (Cell division cycle 7) kinase and MCM2/4, which is involved in initiation of DNA replication, was remarkably changed in addition to reduction of cell viability in colon cancer cell line. [4,5] This consequence suggests that TP53RK regulates DNA replication via CDC7 and DBF4 (Dumbbell former 4 protein), a regulatory subunit of CDC7, dependent manner.

Key words: TP53RK/PRPK; CDC7; DBF4; DDK; MCM complex; DNA replication; CRISPR library screening; Colorectal cancer;

현대에 이르러, 대장암은 가장 높은 발병률과 사망률을 나타내는 암종 가운데 하나로 알려져 있다. 지난 수십 년간 대장암을 유발하는 유전학적/후성유전학적 요인에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔으나 대다수 암종이 그러하듯 질환의 발병 기전에 대한 이해와 항암 요법의 효과적인 적용을 위해서는 보다 심도 깊은 접근이 필요한 시점이다. 이 같은 맥락에서, 환자 개개인의 환경적/생물학적 정보가 반영된 정밀 의료(Precision medicine) 또는 맞춤 의료(Personalized medicine) 대중화의 핵심 기술로 자리잡은 것이 차세대 염기서열 분석(Next generation sequencing)과 바이오 마커(Biomarker)를 이용한 표적 치료(Targeted therapy) 전략이다. 새로운 대장암 특이적 바이오 마커 발굴을 목적으로, 본 논문에서는 약 700여개 유전자가 포함된 타이로신 인산화효소 수용체(Receptor tyrosine kinase) 패널 기반의 크리스퍼 라이브러리 스크리닝(CRISPR library screening)을 진행했다. 총 6개의 대장암 세포주를 사용한 녹 아웃(Knock out) 데이터 분석 결과, 발현 감소시 모든 세포주에서 가장 높은 수준의 세포 성장 억제 효율을 나타내는 유전자로 TP53RK(TP53 regulating kinase, PRPK)가 랭크되었다. TP53RK는 다발골수종과 피부암을 비롯한 다수 암종에서 과발현 양상을 나타내는 것으로 보고되어 왔으나 유전자의 종양 형성 관련 기능은 명확히 밝혀진 바 없다. 이에 본 논문은 TP53RK 녹 아웃 후 질량 분석(Mass spectrometry) 기반의 단백체 분석(Proteome analysis)을 진행함으로써 TP53RK의 발현 저하로 인해 유도되는 세포 사멸 기전을 규명하고자 하였다. 실제로, 녹 아웃을 통한 TP53RK 억제시 대장암 세포주의 성장 저해 및 DNA 복제 개시에 관여하는 CDC7(Cell division cycle 7) 키네이스(Kinase)와 DNA 나선 효소(Helicase)의 중심 인자이자 CDC7의 기질로 알려진 MCM2/4 인산화 양상의 변화를 확인할 수 있었으며 이러한 결과는 TP53RK가 CDC7과 CDC7의 조절 소단위인 DBF4(Dumbbell former 4 protein) 의존적 신호 전달 경로를 거쳐 DNA 복제 과정의 조절자로 기능한다는 점을 시사하는 것이다.

주 요 어: TP53RK/PRPK; CDC7; DBF4; DDK; MCM 복합체; DNA 복제; 크리스퍼 라이브러리 스크리닝; 대장암;