초록 ▼

DNA 손상의 수복에서 크로마틴의 구조 변형과정을 이해하기 위하여, antisilencing factor인 S.pombea EPE1와 X-linked mental retardation과 연관된 PHF8 histone demethylase의 기능을 모델동물인 꼬마선충 (C. elegans)에서 분석하였다. 꼬마선충 (C. elegans)에는 EPE1의 유사체로서, JHDM-1, JMJD-1.1, JMJD-1.2의 세 유전자가 존재한다. 꼬마선충에서 세 유전자의 돌연변이체를 사용하여, 생식세포에 DNA 손상을 유도하고, 그 세포에서 발

DNA 손상의 수복에서 크로마틴의 구조 변형과정을 이해하기 위하여, antisilencing factor인 S.pombea EPE1와 X-linked mental retardation과 연관된 PHF8 histone demethylase의 기능을 모델동물인 꼬마선충 (C. elegans)에서 분석하였다. 꼬마선충 (C. elegans)에는 EPE1의 유사체로서, JHDM-1, JMJD-1.1, JMJD-1.2의 세 유전자가 존재한다. 꼬마선충에서 세 유전자의 돌연변이체를 사용하여, 생식세포에 DNA 손상을 유도하고, 그 세포에서 발생한 배아의 생존율을 측정하였다. JMJD-1.1과 JMJD-1.2의 돌연변이체는 DNA 교차결합 (interstrand DNA crosslink, ICL)에 대한 초민감성을 보였으며, JMJD-1.1의 돌연변이체는 DNA 이중가닥 절단 (double-strand DNA break)에 대한 초민감성을 나타냈다. 그러나, 이 돌연변이들은 자외선에 의해 생성된 pyrimidine-dimer에 대해서는 민감성을 증가시키지 않았 다. 이 유전자들 중, ICL과 DSB 모두에 대해 꼬마선충의 저항성을 부여한 JMJD-1.1에 대해, 그 작용 기전을 이해하기 위하여 DNA 손상 후 수복 단백질의 핵내 축적과 소멸 속도를 측정하였다. ICL 처리를 한 다음, 꼬마선충의 생식세포에서 FANCD2의 핵내 반점 (nuclear foci)의 형성과 소멸 속도에 있어서, jmjd-1.1 돌연변이체는 야생형과 차이를 보이지 않았다. 이 결과는, JMJD-1.1이 ICL 수복을 위해 초기에 활성화 되는 Fanconi anemia 경로에는 영향을 주지 않음을 의미하였다. 그리고, ICL 또는 DSB에서 유도되는, single-strand DNA에 결합하는 RPA 단백질과 RAD51 recombinase의 핵내 반점 형성 정도와 속도도 jmjd-1.1 돌연변이의 영향을 받지 않았다. 그러나, RPA과 RAD51의 핵내 반점이 생성된 다음, DNA 수복이 진행되면서 이 반점들이 사라지는 속도는 jmjd-1.1 돌연변이체에서 뚜렷이 감소하였다. ICL과 DSB을 수복하는 homologous recombination 과정에서 single-strand DNA에 결합한 RAD51를 해리 (그리고 branch migration)를 촉진하기 위하여 JMJD-1.1이 필요한 것으로 생각된다.
JMJD-1.1이 histone H3K9me/me2의 demethylase인 PHF8의 유사체이므로, 크로마틴 구조의 변형을 감지하기 위하여 dimethyl-H3K9과 trimethyl-H3K9에 대한 항체로 생식세포를 면역염색하였다. 예상과 는 달리 jmjd-1.1 돌연변이체에서 H3K9me2의 수준은 야생형과 같았으나, H3K9me3의 수준은 야생형보다 높았다. 그리고, H3K9me3의 수준이 ICL 또는 DSB의 수복 과정에서 점차적으로 낮아졌다가 다시 회복되는데, H3K9me3의 수준은 항상 돌연변이체에서 높았다. 이결과는, JMJD-1.1이 H3K9me3로 표지되는 헤테로크로마틴 구조를 이완함으로써, ICL 및 DSB을 수복하기 위하여 진행되는 HR을 촉진하는 것으로 파악된다. jmjd-1.1 돌연변이체의 ICL에 대한 초민감성이 nonhomologous end-joining (NHEJ)에서 작용하는 ligase 4의 녹다운에 의해 구제되는 것은, JMJD-1.1이 homologous recombination (HR)에서 작용함을 지지한다. 그러나, HR에 작용하는 RAD54와 JMJD-1.1의 이중 결손이 단일 결손보다 ICL 민감성이 훨씬 높은 것은 JMJD-1.1이 HR이 아닌 다른 경로에서 작용할 가능성을 제시하였다.
꼬마선충에서 nucleotide excision repair (NER) 경로가 ICL 수복에 참여하는 정도를 측정하기 위하여, XPA, XPC, 및 XPF의 돌연변이체들의 ICL에 대한 민감성을 측정하였다. XPF는 NER 뿐 아니라 Fanconi anemia 경로의 초기에서 작용하므로, 예상한 대로 ICL에 대한 극도의 민감성을 보였다. 그러나, 예상외로 XPA과 XPC 돌연변이도 ICL에 대해 FANCD2 돌연변이보다 십여 배 높은 민감성을 유도하여, 꼬마선충에서 NER이 ICL수복에서 매우 중요함을 알 수 있었다.
연구결과를 요약하면,
1) 꼬마선충 JMJD-1.1는 H3K9me3 수준을 낮추어, 헤테로크로마틴 구조를 이완함으로써, DNA 교차결합과 이중가닥 절단의 수복을 촉진한다.
2) JMJD-1.1의 활성은 특히 homologous recombination의 후반부에서 RAD51을 DNA에서 해리하는데 중요한 것으로 파악된다.
3) 꼬마선충의 ICL 수복에서 nucleotide excision 경로는 Fanconi anemia 경로와 연계되어 진행되는 homologous recombination 경로보다 훨씬 더 중요하다.
앞으로, JMJD-1.1이 실제로 H3K9me3에 대한 demethylase 활성이 있는지는 시험관에서 증명하여야 한다. 그리고, ICL 수복을 위해, NER이 translesion DNA synthesis와 연계되어 진행하는지, 아니면 HR과 연계되는지를 밝힐 필요가 있다.