핵 수용체 결합 SET 도메인 단백질(NSD) 유전자 계열 구성원은 다양한 발달 장애 및 종양 형성과 관련이 있다. 그 중 NSD1의 기능 상실은 어린 시절의 과성장과 다양한 정도의 ...
핵 수용체 결합 SET 도메인 단백질(NSD) 유전자 계열 구성원은 다양한 발달 장애 및 종양 형성과 관련이 있다. 그 중 NSD1의 기능 상실은 어린 시절의 과성장과 다양한 정도의 학습 장애를 특징으로 하는 소토스 증후군(SOTOS)을 유발한다. 또한 SOTOS 환자는 정확한 이유가 아직 밝혀지지는 않았지만 상기도 감염 및 생식기/비뇨기 계통의 이상 빈도가 증가했다. 초파리 NSD는 인간 NSD1의 ortholog이다. 따라서 본 연구에서는 SOTOS의 기능 장애에 대한 NSD 결핍의 역할에 대한 통찰력을 얻기 위해 NSD의 비정상적인 발현이 초파리의 면역 반응과 번식력에 미치는 영향을 조사했다. 또한 초파리 4번 염색체에서 후생유전학적 조절에 대한 NSD의 역할도 조사하였다. 먼저, 초파리의 면역반응에 관여하는 중추기관인 지방체에서 NSD를 과발현함으로써 NSD가 선천면역에 미치는 영향을 알아보았다. 지방체에서 NSD를 과발현했을 때, Attacin A(AttA)의 mRNA 수준이 실험에 사용된 항미생물 펩티드 유전자(AMP) 중에서 가장 많이 증가했다. 또한 돌연변이 AttA 프로모터 조절 리포터를 사용한 NSD 벡터의 일시적인 형질 감염 실험을 통해서 NSD가 면역 결핍(IMD) 경로를 활성화한다는 것을 발견했다. 또한 NSD 과발현 파리에서 Relish가 활성화됨을 확인함으로써 IMD 경로에서 NSD의 긍정적인 역할을 확인했다. 그람 음성균의 자연 감염 시 NSD 과발현 초파리 유충의 생존율이 증가하였다. 반대로, NSD 결핍 초파리 유충의 생존율은 감소하여, 특히 초파리의 선천성 면역에서 NSD의 면역 결핍(IMD) 경로에 대한 역할을 확인했다. 다음으로 NSD가 초파리의 oogenesis에 미치는 영향을 조사했다. NSD 결핍 시 번식력이 감소하였는데 흥미롭게도, 난소의 난실(egg chamber)의 미발달로 대조군에 비해 난실의 세포사멸 손실률이 2배 이상 높았다. 일반적으로 NSD는 난포 세포에서 매우 높은 수준으로 발현하는데 NSD 결핍에 의해 사멸되는 세포의 대부분이 난포 세포임을 관찰함으로써, NSD이 난포 세포의 생존에 중요한 역할을 함을 알게 되었다. 따라서 다음 실험에서는 NSD 프로모터에 의해 조절되는 초파리 세포 자살억제자 단백질 1 1(DIAP1)을 발현하는 NSD 결핍 파리를 제조하여 NSD가 결핍된 난포세포의 세포사멸을 억제함으로써 비정상적인 난실 발달과 산란율이 회복되는지 알아보았다. DIAP1 발현 시, NSD 결핍 초파리에 비해 세포사멸의 비율이 감소하고 부화율이 회복됨을 관찰하였다. 이를 통해, NSD 결핍이 세포사멸을 유발하여 초파리 난자형성에 영향을 미치는 것이 확인되었다. 마지막으로 NSD가 이질염색질 형성에 미치는 영향을 면역조직화학법을 통해 조사했다. NSD 결핍 시 HP1, POF, H3K9 di-methylation과 같은 이질 염색질의 마커의 패턴 변화를 관찰했다. 대조군에 비해 NSD 결핍 초파리의 크로모센터와 4번 염색체에서 이질염색질 결합 단백질이 감소했고, 폴리텐 염색체의 형태가 변화했다. 이러한 결과는 NSD가 이질염색질의 형성과 유지에 영향을 줄 수 있음을 시사한다. 종합하면, 초파리의 면역 및 번식력에 대한 NSD의 영향을 확인했다. 또한 NSD는 HP1, POF와 함께 이질 염색질의 형성 및 유지에 영향을 준다. 최근에 HP1의 면역력과 생식력에 대한 영향을 보고한 연구가 있다. 따라서 NSD가 HP1을 매개로 하여 후생유전학적 변화를 야기하며 면역력과 생식력에 영향을 준다고 예측된다. 앞으로 후생유전학적 변형과 같은 분자 메커니즘에 대한 좀더 상세한 연구로 인간 질병의 다양한 기능 장애에 대한 근본적인 이해의 기초를 확립할 수 있을 것이다.
핵 수용체 결합 SET 도메인 단백질(NSD) 유전자 계열 구성원은 다양한 발달 장애 및 종양 형성과 관련이 있다. 그 중 NSD1의 기능 상실은 어린 시절의 과성장과 다양한 정도의 학습 장애를 특징으로 하는 소토스 증후군(SOTOS)을 유발한다. 또한 SOTOS 환자는 정확한 이유가 아직 밝혀지지는 않았지만 상기도 감염 및 생식기/비뇨기 계통의 이상 빈도가 증가했다. 초파리 NSD는 인간 NSD1의 ortholog이다. 따라서 본 연구에서는 SOTOS의 기능 장애에 대한 NSD 결핍의 역할에 대한 통찰력을 얻기 위해 NSD의 비정상적인 발현이 초파리의 면역 반응과 번식력에 미치는 영향을 조사했다. 또한 초파리 4번 염색체에서 후생유전학적 조절에 대한 NSD의 역할도 조사하였다. 먼저, 초파리의 면역반응에 관여하는 중추기관인 지방체에서 NSD를 과발현함으로써 NSD가 선천면역에 미치는 영향을 알아보았다. 지방체에서 NSD를 과발현했을 때, Attacin A(AttA)의 mRNA 수준이 실험에 사용된 항미생물 펩티드 유전자(AMP) 중에서 가장 많이 증가했다. 또한 돌연변이 AttA 프로모터 조절 리포터를 사용한 NSD 벡터의 일시적인 형질 감염 실험을 통해서 NSD가 면역 결핍(IMD) 경로를 활성화한다는 것을 발견했다. 또한 NSD 과발현 파리에서 Relish가 활성화됨을 확인함으로써 IMD 경로에서 NSD의 긍정적인 역할을 확인했다. 그람 음성균의 자연 감염 시 NSD 과발현 초파리 유충의 생존율이 증가하였다. 반대로, NSD 결핍 초파리 유충의 생존율은 감소하여, 특히 초파리의 선천성 면역에서 NSD의 면역 결핍(IMD) 경로에 대한 역할을 확인했다. 다음으로 NSD가 초파리의 oogenesis에 미치는 영향을 조사했다. NSD 결핍 시 번식력이 감소하였는데 흥미롭게도, 난소의 난실(egg chamber)의 미발달로 대조군에 비해 난실의 세포사멸 손실률이 2배 이상 높았다. 일반적으로 NSD는 난포 세포에서 매우 높은 수준으로 발현하는데 NSD 결핍에 의해 사멸되는 세포의 대부분이 난포 세포임을 관찰함으로써, NSD이 난포 세포의 생존에 중요한 역할을 함을 알게 되었다. 따라서 다음 실험에서는 NSD 프로모터에 의해 조절되는 초파리 세포 자살 억제자 단백질 1 1(DIAP1)을 발현하는 NSD 결핍 파리를 제조하여 NSD가 결핍된 난포세포의 세포사멸을 억제함으로써 비정상적인 난실 발달과 산란율이 회복되는지 알아보았다. DIAP1 발현 시, NSD 결핍 초파리에 비해 세포사멸의 비율이 감소하고 부화율이 회복됨을 관찰하였다. 이를 통해, NSD 결핍이 세포사멸을 유발하여 초파리 난자형성에 영향을 미치는 것이 확인되었다. 마지막으로 NSD가 이질염색질 형성에 미치는 영향을 면역조직화학법을 통해 조사했다. NSD 결핍 시 HP1, POF, H3K9 di-methylation과 같은 이질 염색질의 마커의 패턴 변화를 관찰했다. 대조군에 비해 NSD 결핍 초파리의 크로모센터와 4번 염색체에서 이질염색질 결합 단백질이 감소했고, 폴리텐 염색체의 형태가 변화했다. 이러한 결과는 NSD가 이질염색질의 형성과 유지에 영향을 줄 수 있음을 시사한다. 종합하면, 초파리의 면역 및 번식력에 대한 NSD의 영향을 확인했다. 또한 NSD는 HP1, POF와 함께 이질 염색질의 형성 및 유지에 영향을 준다. 최근에 HP1의 면역력과 생식력에 대한 영향을 보고한 연구가 있다. 따라서 NSD가 HP1을 매개로 하여 후생유전학적 변화를 야기하며 면역력과 생식력에 영향을 준다고 예측된다. 앞으로 후생유전학적 변형과 같은 분자 메커니즘에 대한 좀더 상세한 연구로 인간 질병의 다양한 기능 장애에 대한 근본적인 이해의 기초를 확립할 수 있을 것이다.
The Nuclear receptor binding SET domain protein (NSD) gene family members are associated with various developmental disorders and tumorigenesis. Among them, the loss-of-function of NSD1 cause Sotos syndrome (SOTOS), characterized by hypergrowth in childhood and varying degrees of learning difficulti...
The Nuclear receptor binding SET domain protein (NSD) gene family members are associated with various developmental disorders and tumorigenesis. Among them, the loss-of-function of NSD1 cause Sotos syndrome (SOTOS), characterized by hypergrowth in childhood and varying degrees of learning difficulties. SOTOS patients also have an increased frequency of upper respiratory infections and genital/urinary system abnormalities, although the exact reason is still not unclear. Drosophila NSD is the ortholog of human NSD1. Therefore, in this study, to gain insights into the role of NSD deficiency in the pathogenesis of SOTOS, I investigated the effects of aberrant expression of NSD on the immune response and fertility in Drosophila. Additionally, I examined the role of NSD in epigenetic regulation on Drosophila chromosome 4. First, the effects of NSD on innate immunity were examined by overexpressing NSD in the fat body, a central organ involved in the immune response of Drosophila. When overexpressing NSD in the fat body, Attacin A (AttA) mRNA level increased the most among the tested antimicrobial peptide genes. In addition, transient transfection of an NSD vector with mutant AttA promoter-driven reporters revealed that NSD activates the IMD pathway. Furthermore, I confirmed Relish is activated by NSD, suggesting a positive role of NSD on the IMD pathway. Upon natural infection of gram-negative bacteria, the survival rate of the NSD-overexpressing larvae was increased whereas the survival rate of NSD-deficient larvae decreased, confirming the role of NSD in Drosophila innate immunity, especially on the IMD pathway. Next, I investigated the effect of NSD on Drosophila oogenesis. Upon NSD deficiency, fertility is reduced. Interestingly, egg chambers of the ovarioles underwent abnormal development, displaying more than 2-fold higher rates of apoptotic loss of egg chambers compared to controls. Most dead cells by NSD deficiency were follicle cells, which are known to normally express NSD at a very high level, indicating a crucial role of NSD for follicle cell survival during egg chamber development. Thus, to examine whether the inhibition of apoptosis of NSD-deficient follicle cells may restore the abnormal egg chamber development as well as fertility, I generated an NSD-deficient fly line that expresses the Death-associated inhibitor of apoptosis 1 (DIAP1) driven by the NSD promoter. Upon expressing DIAP1, the number of apoptotic egg chambers decreased compared to those of NSD-deficient flies, and the hatching rates were restored, indicating that NSD deficiency-induced apoptosis affected Drosophila oogenesis. Finally, I investigated the effect of NSD on heterochromatin formation through immunohistochemistry. I examined the pattern of heterochromatin markers, such as HP1, POF, and H3K9 di-methylation. It was observed that the binding of the markers was reduced at the chromocenter and chromosome 4 of the NSD-deficient flies compared to the control, and the morphology of the polytene chromosomes was changed. These results suggest that NSD may influence the formation and maintenance of heterochromatin. Taken together, the effects of NSD on the immunity and fertility of Drosophila were confirmed. In addition, it was investigated that NSD affects the formation and maintenance of heterochromatin together with HP1 and POF. Recent studies have shown that HP1 affects immunity and fertility. Therefore, it is possible that HP1-mediated NSD may affect immunity and fertility via an epigenetic mechanism. Thus, detailed studies of molecular mechanisms such as epigenetic modification are expected to establish the basis for a fundamental understanding of various dysfunctions in human disease.
The Nuclear receptor binding SET domain protein (NSD) gene family members are associated with various developmental disorders and tumorigenesis. Among them, the loss-of-function of NSD1 cause Sotos syndrome (SOTOS), characterized by hypergrowth in childhood and varying degrees of learning difficulties. SOTOS patients also have an increased frequency of upper respiratory infections and genital/urinary system abnormalities, although the exact reason is still not unclear. Drosophila NSD is the ortholog of human NSD1. Therefore, in this study, to gain insights into the role of NSD deficiency in the pathogenesis of SOTOS, I investigated the effects of aberrant expression of NSD on the immune response and fertility in Drosophila. Additionally, I examined the role of NSD in epigenetic regulation on Drosophila chromosome 4. First, the effects of NSD on innate immunity were examined by overexpressing NSD in the fat body, a central organ involved in the immune response of Drosophila. When overexpressing NSD in the fat body, Attacin A (AttA) mRNA level increased the most among the tested antimicrobial peptide genes. In addition, transient transfection of an NSD vector with mutant AttA promoter-driven reporters revealed that NSD activates the IMD pathway. Furthermore, I confirmed Relish is activated by NSD, suggesting a positive role of NSD on the IMD pathway. Upon natural infection of gram-negative bacteria, the survival rate of the NSD-overexpressing larvae was increased whereas the survival rate of NSD-deficient larvae decreased, confirming the role of NSD in Drosophila innate immunity, especially on the IMD pathway. Next, I investigated the effect of NSD on Drosophila oogenesis. Upon NSD deficiency, fertility is reduced. Interestingly, egg chambers of the ovarioles underwent abnormal development, displaying more than 2-fold higher rates of apoptotic loss of egg chambers compared to controls. Most dead cells by NSD deficiency were follicle cells, which are known to normally express NSD at a very high level, indicating a crucial role of NSD for follicle cell survival during egg chamber development. Thus, to examine whether the inhibition of apoptosis of NSD-deficient follicle cells may restore the abnormal egg chamber development as well as fertility, I generated an NSD-deficient fly line that expresses the Death-associated inhibitor of apoptosis 1 (DIAP1) driven by the NSD promoter. Upon expressing DIAP1, the number of apoptotic egg chambers decreased compared to those of NSD-deficient flies, and the hatching rates were restored, indicating that NSD deficiency-induced apoptosis affected Drosophila oogenesis. Finally, I investigated the effect of NSD on heterochromatin formation through immunohistochemistry. I examined the pattern of heterochromatin markers, such as HP1, POF, and H3K9 di-methylation. It was observed that the binding of the markers was reduced at the chromocenter and chromosome 4 of the NSD-deficient flies compared to the control, and the morphology of the polytene chromosomes was changed. These results suggest that NSD may influence the formation and maintenance of heterochromatin. Taken together, the effects of NSD on the immunity and fertility of Drosophila were confirmed. In addition, it was investigated that NSD affects the formation and maintenance of heterochromatin together with HP1 and POF. Recent studies have shown that HP1 affects immunity and fertility. Therefore, it is possible that HP1-mediated NSD may affect immunity and fertility via an epigenetic mechanism. Thus, detailed studies of molecular mechanisms such as epigenetic modification are expected to establish the basis for a fundamental understanding of various dysfunctions in human disease.
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