초록 ▼

연구의 목적 및 내용
DNA DSB (double strand break) 복구 및 유전체안정성 보존에서 크로마틴 리모델링인자이자 암 억제인자인 BRG-1의 역할을 암 억제인자 H2AX의 인산화 및 히스톤 H3 아세틸화와의 기능적 상호관계를 중심으로 관련 상세 분자메커니즘을 규명한다.
연구결과
(1) SWI/SNF 중합체가 DNA 손상 유도 세포사멸의 억제에 중요한 역할을 함을 규명
- SWI/SNF 결손이 DSB 손상 유도 세포사멸을 증가시킴
- SWI/SNF 결손에 의한 DSB 손상 유도 세포사멸을 증

연구의 목적 및 내용
DNA DSB (double strand break) 복구 및 유전체안정성 보존에서 크로마틴 리모델링인자이자 암 억제인자인 BRG-1의 역할을 암 억제인자 H2AX의 인산화 및 히스톤 H3 아세틸화와의 기능적 상호관계를 중심으로 관련 상세 분자메커니즘을 규명한다.
연구결과
(1) SWI/SNF 중합체가 DNA 손상 유도 세포사멸의 억제에 중요한 역할을 함을 규명
- SWI/SNF 결손이 DSB 손상 유도 세포사멸을 증가시킴
- SWI/SNF 결손에 의한 DSB 손상 유도 세포사멸을 증가의 원인으로 apoptosis로 확인
- SWI/SNF 결손에 의한 DSB 손상 유도 세포사멸의 증가는 G2 기에서 일어남
- 이러한 G2 기의 세포사멸 증가는 p53의 과도한 활성에 기인함
(2) DSB 복구과정에 "BRG1 : γ-H2X : H3 acetylation" 간의 cooperative activation loop 메커니즘이 작용함
- BRG1은 H2AX 인산화에 의존적으로 γ-H2AX nucleosome에 결합함
- 예상밖으로 BRG1은 자신의 브로모도메인을 이용하여 γ-H2AX nucleosome 상에 있는 아세틸화된 히스톤 H3와 결합함
- BRG1 브로모도메인을 결손시키거나 단독으로 과발현하면 γ-H2AX nucleosome과의 결합 및 DSB 복구 효율이 감소함
- H2AX 인산화는 Gcn5 히스톤아세틸화 효소를 통하여 H3 아세틸화를 유도함
- 실제로 DNA 손상에 반응하여 γ-H2AX nucleosome 상의 H3 아세틸화가 증가됨
- 이 결과들은 BRG1, γ-H2X, 및 H3 아세틸화가 서로 feedback activation loop에 의해 DSB 복구를 증가시킨다는 사실을 입증하는 것임
(3) BRG-1이 DNA 손상에 반응하여 Ser-721에 인산화 된다는 새로운 사실을 발견
- BRG1은 DNA 손상에 반응하여 SQ/TQ motif인 Ser-721에 인산화됨
- Ser-721 인산화는 DNA 손상 후 매우 빠르게 일어나며 1-2시간 후 서서히 감소함
- BRG1의 인산화는 핵 내에 γ-H2AX와 겹치는 repair foci를 형성함
- DNA 손상에 의한 BRG1 인산화는 ATM에 의해 매개되어짐
- BRG1의 Ser-721 인산화는 DNA 복구에 중요한 역할을 함
연구결과의 활용계획
최근 ATP 의존성 크로마틴 리모델링 인자의 gatekeeper 및 caretaker 기능이 밝혀지면서 mechanism-based 암 치료제 개발의 표적물질로의 응용 가능성이 대두 되고 있음. 본 연구를 통해 대표적인 크로마틴 리모델링 인자인 SWI/SNF의 DSB 복구 및 유전체안정성 보존에 관련된 기능과과 분자메커니즘을 규명하였음. 또한 DNA 손상에 의해 유도되는 BRG1의 새로운 인산화를 발견하여 이를 바탕으로 후속연구를 진행하고자함. 본 과제의 연구결과는 이 분야의 학문적 발전에 상당히 기여하였고 2명의 박사와 4명의 석사를 배출하였음.

Abstract ▼

Purpose&contents
This proposal aims at elucidating the detailed molecular mechanisms underlying the DSB repair function of chromatin remodeller BRG-1 focusing on its functional relationship with tumor suppressor H2AX and histone acetylation
Result
(1) Mammalian SWI/SNF chromatin remodeling

Purpose&contents
This proposal aims at elucidating the detailed molecular mechanisms underlying the DSB repair function of chromatin remodeller BRG-1 focusing on its functional relationship with tumor suppressor H2AX and histone acetylation
Result
(1) Mammalian SWI/SNF chromatin remodeling complexes are required to prevent apoptosis after DNA damage
- Inactivation of the SWI/SNF complexes results in a large increase of cell death after DNA damage.
- The increase of DNA damage-triggered cell death by SWI/SNF inactivation is due to apoptosis.
- SWI/SNF inactivation causes apoptosis at G2 without affecting G2/M DNA damage checkpoint activation.
- SWI/SNF inactivation causes a prolonged activation of p53 following DNA damage γ-H2AX defect and inefficient DSB repair in SWI/SNF-defective cells after doxorubicin treatment.
(2) A cooperative activation loop among SWI/SNF, γ-H2AX and H3 acetylation for DNA double strand break repair
- BRG1 binds to γ-H2AX-containing nucleosomes in S139ph-dependent manner.
- Unexpectedly, BRG1 binds to γ-H2AX nucleosomes by interacting with acetylated H3, not with S139ph itself, via its bromodomain.
- Blocking the BRG1 interaction with γ-H2AX nucleosomes either by deletion or overexpression of the BRG1 bromodomain leads to defect of S139ph and DSB repair.
- H3 acetylation is required for the binding of BRG1 to γ-H2AX nucleosomes.
- S139ph stimulates the H3 acetylation on γ-H2AX nucleosomes, and the histone acetyltransferase Gcn5 is responsible for this novel crosstalk.
- The H3 acetylation on γ-H2AX nucleosomes is induced by DNA damage.
- These results collectively suggest that SWI/SNF, γ-H2AX and H3 acetylation cooperatively act in a feedback activation loop to facilitate DSB repair.
(3) ATM phosphorylation of BRG1 chromatin remodeling enzyme modulates DNA double strand break repair
- BRG1 is phosphorylated at SQ/TQ motif after DNA damage
- BRG1 is phosphorylated at Ser-721 by ATM in vitro
- BRG1 is rapidly and transiently phosphorylated on Ser-721 in response to DNA damage
- p-BRG1-S721 forms nuclear foci overlapping with γ-H2AX
- BRG1 does not appear to migrate to DSB sites at a gross level
- The phosphorylation of BRG1 after DNA damage is mediated by ATM
- BRG1 phosphorylation at Ser-721 is important for DNA repair
Expected Contribution
Recent studies suggest that ATP-dependent chromatin remodeling complexes function as tumor suppressors by serving as both "caretaker" and "gatekeeper", which raises a possibility that they can be exploited for mechanism-based development of therapeutic cancer drugs. This study not only contributed to the understanding of how DSB repair ensures the maintenance of genome integrity at the level of chromatin, but it also paved the way to development of novel cancer marker. In addition, this high impact research project has produced two Ph.D. and four M.S degree students.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 2
• I. 연구계획 요약문 ... 3
• 1. 국문요약문 ... 3
• II. 연구결과 요약문 ... 4
• 1. 국문요약문 ... 4
• 2. 영문요약문 ... 5
• III. 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 13
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 16
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 48
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 50
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 58
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 59
• 8. 참고문헌 ... 60
• 9. 연구성과 ... 63
• 10. 기타사항 ... 68