초록 ▼

본 연구목표는 transcription coupled repair(TCR)의 기전을 이해하기 위해 repair와 transcription의 연결고리를 찾는 것이다. 그 연결 고리를 RNA 중합효소의 CTD 인산화, 또 그 인산화 수준을 결정하는 인산화, 탈인산화 효소, 이에 반응하여 상호작용하는 CSB/Rad26 등 RNA 중합효소의 기능의 변화 및 조절이라 보고 이를 분자 유전학, 생화학적으로 접근하여 궁극적으로 Cockayne Syndrome (CS)의 발병 기전을 밝히고 그 치료 목적을 위한 표적을 찾아내고자 한다.
1.

본 연구목표는 transcription coupled repair(TCR)의 기전을 이해하기 위해 repair와 transcription의 연결고리를 찾는 것이다. 그 연결 고리를 RNA 중합효소의 CTD 인산화, 또 그 인산화 수준을 결정하는 인산화, 탈인산화 효소, 이에 반응하여 상호작용하는 CSB/Rad26 등 RNA 중합효소의 기능의 변화 및 조절이라 보고 이를 분자 유전학, 생화학적으로 접근하여 궁극적으로 Cockayne Syndrome (CS)의 발병 기전을 밝히고 그 치료 목적을 위한 표적을 찾아내고자 한다.
1. RNA 중합효소의 DNA 손상에 따른 변화
여러 종류의 DNA 손상 조건에서 일차적으로 세포의 변화를 보기 위해 Chromatin immunoprecipitation 방법으로 여러 그룹의 유전자들의 발현 패턴의 변화를 분석한 결과 역동적으로 유전자들의 발현 증가 및 감소가 실제로 전사 단계에서 조절되며 이것은 전사 기회의 조절에 의한 것임을 실험적으로 보였다. TFIIH는 전사 기능과 상관없이 DNA 손상 복구에 직용할 가능성이 있다. 실제로 전사를 수행하는 각각의 RNA 중합효소 한 분자당 CTD의 인산화에는 큰 변화가 없다.
2. RNA 중합효소 CTD의 인산화 역할
실제로 세포에 DNA 손상 조건을 유발하면 전체 중합효소의 평균 CTD 인산화가 증가하며 인산화 되는 잔기는 CTD의 serine 2에 특이적이다. CTD 인산화 효소(Ctk1)과 탈인산화 효소(Fcp1), 또는 CTD isomerase(Ess1) 인자들은 DNA 손상 조건에서의 survival에 필수적이므로 CTD의 인산화 수준의 질적, 양적 조절이 중요하다. 그러나 각각의 유전자의 결손에 CTD의 인산화 패턴이 크게 변화하지 않는 것으로 보아이 조건에서의 발현 조절이 필수적인 일부 유전자에서 CTD serine2 인산화가 결정적 으로 중요한 것임을 알 수 있다.
학문적으로 TCR은 전사가 핵 내 대사의 중심에 위치하여 다른 대사들간의 연결 고리로 작용하는 대사간 coupling의 대표적 예이다. 이 기전을 밝힘으로써 단순한 유전자 도입과 발현이라는 gene therapy 개념을 크게 확장시켜 관련된 질병들의 치료로 transcription machinery들을 새롭게 표적 대상으로 표출시켰다. 본 연구에서는 CTD의 적절한 인산화 조절이 DNA 손상 조건에서 일부 유전자들의 발현에 필수적임을 알았다. 이에 의하면 CS 질환은 DNA 손상 조건에서 CTD 인산화에 이상이 생기고 이로 인한 일부 유전자들의 발현 이상에 의한 것이라는 결론을 얻을 수 있다. 그렇다면 이와 같은 질병의 치료를 위해 그 표적의 대상으로 DNA 손상 복구 인자들과 함께 CTD 인산화, 특히 serine 2 인산화가 표적 대상이 된다.
본 연구를 수행하는 동안 참여 연구원들 중 1명이 석사 학위를 취득하였고 생명현상 이해와 논리적 사고력 훈련, 분자 유전학적 접근 기술, 유전자 재조합 기술, 생화학적 분석, 정제, 동정 기술을 습득하게 되었다. 국내 학술 대회와 국외 학술대회에 연구 업적을 발표하였으며 이 중 일부 (연구 내용의 1번)가 논문 투고 과정에 있고 연구 내용 2번이 투고 준비중이다.

Abstract ▼

The purpose of this study is to find the crosslink between the transcription and the repair to understand the basic mechanism of transcription coupled repair(TCR). Since the possible link might be in the regulation of RNA polymerase via CTD phosphorylation and the factors that respond to this, we to

The purpose of this study is to find the crosslink between the transcription and the repair to understand the basic mechanism of transcription coupled repair(TCR). Since the possible link might be in the regulation of RNA polymerase via CTD phosphorylation and the factors that respond to this, we took the molecular genetic and biochemical approach and studies regulation CTD phosphorylation to elucidate the process of development of Cockayme Syndrome(CS) and any possible application for CS therapy.
1. The response of RNA polymerase to DNA damage
To underdtand the immediate response of cells to various DNA damaging conditions, Chromatin immunoprecipitation was carried out to study gene expression profile. It showed that the dynamic chnages in gene expression pattern was achieved in the level of transcription via increase or decrease the transcriptional events. The general transcription factor IIH(TFIIH) might play a role in repair via independnet recruitment to the repair complexes. Although the CTD phosphorylation level of RNA polymerase II was increased in response to DNA damage, the CTD phosphorylation engaged in transcription per each polymerase was not greatly changed.
2. The role of RNA polymerase II CTD phosphorylation
The average phosphorylation of CTD in overall RNA polymerase population was increased in response to DNA damage yet restricted specifically to serine 2. The Ctk1 of CTD kinase, Fcp1 of CTD phosphatase, Ess1 of CTD isomerase are required for quantitave and qualitative control of CTD phosphorylation. However the mutations of them did not result in great changes in the CTD phosphorylation, which means that gene expression regulation of subset of genes is critical and CTD phosphorylation in serine 2 might play a critical role in those genes. And the serine 2 phosphorylation is primarily determined by Ctk1.
TCR is the representative example of couplings between different metabolisms.
By eliucidating the basic mechanism it will expand the concept of gene therapy beyond the simple re-introduction of the very affected genes and propose transcription machineries as new therapy targets. In this study, we showed that appropriate phosphorylation of RNA polymerase II CTD is critical in gene expression in the presence of DNA damage. According to this, CS is the disease caused by the defect in proper gene expression attributed from misregulation of CTD phosphorylation. Therefore we conclude that the CTD phosphorylation machineries, especially serine 2 phosphorylation should be the one of targets for therapy of CS and related diseases. While the progress of this study, a student got MS and all the members were trained for logical thinking of biological phenomena and learned the molecular genetic approaches, recombinant technologies, biochemical purification and identification methods. The first half of this study is in the process of submission to international journal and the second half is also about to submission.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서론...6
• 2. 연구방법 및 이론...8
• 3. 결과 및 고찰...8
• 4. 결론...15
• 5. 인용문헌...15