혈청 반응 인자(Serum response factor, SRF)는 즉각적 초기 유전자(immediate early genes)와 세포골격 리모델링 유전자를 조절하는 마스터 전사 인자이다. 그 중요성에도 불구하고, SRF가 자신의 상응 프로모터(cognate promoter)에 안정적으로 결합하는 기전은 알려져 있지 않다. 우리의 생화학적 분석 및 단백질 유도 형광 증강(protein-induced fluorescence enhancement) 분석 결과, SRF가 혈청 반응 요소(serum response element)에 결합하는 과정은 SRF 보조인자인 이노시톨 폴리인산 다중키나아제(inositol polyphosphate multikinase, IPMK)에 의해 유의하게 증가하는 것으로 나타났다. 또한 생세포 핵에서 SRF 자리(loci)를 실시간으로 추적한 결과, 섬유아세포에서 IPMK 결핍은 SRF의 염색질 잔류 시간(chromatin residence time)을 감소시켰다. 반대로 IPMK 수준이 증가하면 SRF-염색질 결합이 연장되었다. 우리는 IPMK가 SRF의 본질적으로 무질서한 영역(intrinsically disordered region)에 결합하며, 이는 IPMK에 의해 유도되는 SRF의 DNA와의 안정적 상호작용에 필요하다는 점을 확인하였다. 단일 분자 형광 공명 에너지 전이(single-molecule fluorescence resonance energy transfer) 분석을 통해, SRF에서 IPMK 매개 구조 변화(conformational changes)가 관찰되었다. 따라서 본 연구 결과는 IPMK가 고친화도 SRF-염색질 결합을 촉진하는 데 핵심적인 인자임을 보여주며, 샤페론(chaperone)-유사 활성(chaperone-like activity)을 통한 SRF 의존적 전사 조절의 기전에 대한 통찰을 제공한다.

배경: ). 이노시톨 폴리인산 다중키나아제(Inositol polyphosphate multikinase, IPMK)는 기질 특이성이 광범위한 다기능성 효소이며, 촉매 비의존적 활동을 통해 다양한 기능성 단백질-단백질 상호작용을 매개한다. 따라서 IPMK는 세포 성장과 같은 핵심 생물학적 사건에서 중요한 기능을 수행한다. 그러나 TCR 신호전달에서 PLCγ1의 활성화에 대한 IPMK의 기여는 대부분 규명되지 않았다. 본 연구의 목적은 TCR 신호전달에서 IPMK의 기능을 규명하고, PLCγ1 활성화에서 IPMK 매개 신호작용의 양상을 밝히는 것이었다. 방법: T 세포. 효모 이중잡종(yeast two-hybrid) 스크리닝과 공동면역침강(co-immunoprecipitation)을 수행하여 IPMK 결합 단백질과 단백질 복합체를 확인하였다. 결과: 이들 마우스의 보조 T 세포(helper T cells)에서는 PLCγ1의 Y783 인산화가 감소하였고, 이는 이후 칼슘 신호전달과 IL-2 생성이 저하되는 것으로 이어졌다. IPMK는 68 kDa의 분열기(mitosis) 동안 Src 관련 기질인 Sam68(Src-associated substrate during mitosis of 68 kDa, Sam68)에 대한 IPMK의 직접 결합을 통해 PLCγ1 활성화에 기여하는 것으로 밝혀졌다. 기전적으로 IPMK는 Sam68과 PLCγ1 간의 상호작용을 안정화하여 PLCγ1 인산화를 촉진한다. IPMK- Sam68 결합 상호작용을 방해하는 IPMK 우성음성(dominant-negative) 펩타이드는 PLCγ1 인산화를 손상시켰다. 결론: T 세포는 TCR의 과도한 자극으로 인해 발생하는 면역 질환을 관리하기 위한 유망한 전략이 될 수 있다.

신경펩타이드 Y(NPY)/아구티 관련 펩타이드(AgRP) 뉴런이 식욕을 증가시키고 열발생을 감소시킨다는 사실은 잘 알려져 있다. 선행 연구에서는 NPY/AgRP 뉴런 활성에 대한 광유전학 및/또는 화학유전학적 조작이 섭식량 및/또는 에너지 소비(EE)를 변화시킨다는 점이 보고되었다. 그러나 NPY/AgRP 뉴런의 흥분성에 영향을 주어 장기적 대사 기능을 조절하는 고유 분자에 대해서는 거의 알려져 있지 않다. 본 연구에서 우리는 G 단백질-게이트 내향정류성 K+(GIRK) 채널이 NPY/AgRP 뉴런을 안정화하는 데 핵심임을 확인하였으며, NPY/AgRP 뉴런 선택적 GIRK2 소단위의 결실이 NPY/AgRP 뉴런의 흥분성을 지속적으로 증가시키는 결과를 초래함을 보였다. 흥미롭게도, NPY/AgRP 뉴런 선택적 GIRK2 녹아웃 마우스에서 관찰된 체중 및 지방조직량의 증가는 교감신경 활성과 EE의 감소에 기인했으며, 반면 섭식량은 변화가 없었다. 또한 조건부 녹아웃 마우스에서는 한랭에 대한 적응이 손상된 양상도 나타났다. 요약하면, 본 연구는 GIRK2를 NPY/AgRP 뉴런 흥분성의 핵심 결정 인자이자 생리적 및 스트레스 상황에서 EE를 유도하는 인자로 규명하였다.

혈청 반응 인자(Serum response factor, SRF)는 즉각적 초기 유전자(immediate early genes)와 세포골격 리모델링 유전자를 조절하는 마스터 전사 인자이다. 그 중요성에도 불구하고, SRF가 자신의 상응 프로모터(cognate promoter)에 안정적으로 결합하는 기전은 알려져 있지 않다. 우리의 생화학적 분석 및 단백질 유도 형광 증강(protein-induced fluorescence enhancement) 분석 결과, SRF가 혈청 반응 요소(serum response element)에 결합하는 과정은 SRF 보조인자인 이노시톨 폴리인산 다중키나아제(inositol polyphosphate multikinase, IPMK)에 의해 유의하게 증가하는 것으로 나타났다. 또한 생세포 핵에서 SRF 자리(loci)를 실시간으로 추적한 결과, 섬유아세포에서 IPMK 결핍은 SRF의 염색질 잔류 시간(chromatin residence time)을 감소시켰다. 반대로 IPMK 수준이 증가하면 SRF-염색질 결합이 연장되었다. 우리는 IPMK가 SRF의 본질적으로 무질서한 영역(intrinsically disordered region)에 결합하며, 이는 IPMK에 의해 유도되는 SRF의 DNA와의 안정적 상호작용에 필요하다는 점을 확인하였다. 단일 분자 형광 공명 에너지 전이(single-molecule fluorescence resonance energy transfer) 분석을 통해, SRF에서 IPMK 매개 구조 변화(conformational changes)가 관찰되었다. 따라서 본 연구 결과는 IPMK가 고친화도 SRF-염색질 결합을 촉진하는 데 핵심적인 인자임을 보여주며, 샤페론(chaperone)-유사 활성(chaperone-like activity)을 통한 SRF 의존적 전사 조절의 기전에 대한 통찰을 제공한다.

배경: ). 이노시톨 폴리인산 다중키나아제(Inositol polyphosphate multikinase, IPMK)는 기질 특이성이 광범위한 다기능성 효소이며, 촉매 비의존적 활동을 통해 다양한 기능성 단백질-단백질 상호작용을 매개한다. 따라서 IPMK는 세포 성장과 같은 핵심 생물학적 사건에서 중요한 기능을 수행한다. 그러나 TCR 신호전달에서 PLCγ1의 활성화에 대한 IPMK의 기여는 대부분 규명되지 않았다. 본 연구의 목적은 TCR 신호전달에서 IPMK의 기능을 규명하고, PLCγ1 활성화에서 IPMK 매개 신호작용의 양상을 밝히는 것이었다. 방법: T 세포. 효모 이중잡종(yeast two-hybrid) 스크리닝과 공동면역침강(co-immunoprecipitation)을 수행하여 IPMK 결합 단백질과 단백질 복합체를 확인하였다. 결과: 이들 마우스의 보조 T 세포(helper T cells)에서는 PLCγ1의 Y783 인산화가 감소하였고, 이는 이후 칼슘 신호전달과 IL-2 생성이 저하되는 것으로 이어졌다. IPMK는 68 kDa의 분열기(mitosis) 동안 Src 관련 기질인 Sam68(Src-associated substrate during mitosis of 68 kDa, Sam68)에 대한 IPMK의 직접 결합을 통해 PLCγ1 활성화에 기여하는 것으로 밝혀졌다. 기전적으로 IPMK는 Sam68과 PLCγ1 간의 상호작용을 안정화하여 PLCγ1 인산화를 촉진한다. IPMK- Sam68 결합 상호작용을 방해하는 IPMK 우성음성(dominant-negative) 펩타이드는 PLCγ1 인산화를 손상시켰다. 결론: T 세포는 TCR의 과도한 자극으로 인해 발생하는 면역 질환을 관리하기 위한 유망한 전략이 될 수 있다.

신경펩타이드 Y(NPY)/아구티 관련 펩타이드(AgRP) 뉴런이 식욕을 증가시키고 열발생을 감소시킨다는 사실은 잘 알려져 있다. 선행 연구에서는 NPY/AgRP 뉴런 활성에 대한 광유전학 및/또는 화학유전학적 조작이 섭식량 및/또는 에너지 소비(EE)를 변화시킨다는 점이 보고되었다. 그러나 NPY/AgRP 뉴런의 흥분성에 영향을 주어 장기적 대사 기능을 조절하는 고유 분자에 대해서는 거의 알려져 있지 않다. 본 연구에서 우리는 G 단백질-게이트 내향정류성 K+(GIRK) 채널이 NPY/AgRP 뉴런을 안정화하는 데 핵심임을 확인하였으며, NPY/AgRP 뉴런 선택적 GIRK2 소단위의 결실이 NPY/AgRP 뉴런의 흥분성을 지속적으로 증가시키는 결과를 초래함을 보였다. 흥미롭게도, NPY/AgRP 뉴런 선택적 GIRK2 녹아웃 마우스에서 관찰된 체중 및 지방조직량의 증가는 교감신경 활성과 EE의 감소에 기인했으며, 반면 섭식량은 변화가 없었다. 또한 조건부 녹아웃 마우스에서는 한랭에 대한 적응이 손상된 양상도 나타났다. 요약하면, 본 연구는 GIRK2를 NPY/AgRP 뉴런 흥분성의 핵심 결정 인자이자 생리적 및 스트레스 상황에서 EE를 유도하는 인자로 규명하였다.

자가포식(autophagy)은 세포 항상성을 유지하고 세포 내부 환경을 조절하는 생물학적 과정이다. 자가포식을 과활성화하여 세포사를 유도하는 것은 암 치료를 위한 치료 전략으로 제안되어 왔다. 기계적 표적 라파마이신(mTOR) 은 자가포식을 조절하는 핵심 단백질 키나아제이므로, 구조 기반 가상 스크리닝 분석을 통해 콜레스테롤 저하제인 로미타피드(lomitapide)를 잠재적 mTOR 복합체 1(mTORC1) 억제제로 확인하였다. 우리의 결과는 로미타피드가 시험관 내에서 mTORC1을 직접 억제하고, mTOR 신호전달을 감소시켜 자가포식 의존적 암세포 사멸을 유도함을 보여주었으며, 그 결과 다양한 암세포(예: HCT116 대장암 세포)와 종양 이종이식(xenograft)에서 증가된 LC3 전환과 관련된 하위 사건들을 억제하였다. 또한 로미타피드는 환자 유래 대장암 오가노이드에서 성장과 생존성을 유의하게 억제하면서 자가포식의 상승을 동반하였다. 더 나아가 로미타피드와 면역관문 차단 항체의 병용은 설치류 MC38 또는 B16-F10 전임상 동계(syngeneic) 종양 모델에서 종양 성장을 상승적으로(synergistically) 억제하였다. 이러한 결과는 로미타피드에 의한 mTORC1 억제가, 현재의 면역관문 차단과 상호 보완적으로 작용하는 종양 관련 면역 증강 효과를 직접적으로 제공함을 설명한다. 본 연구는 로미타피드의 암 치료를 위한 새로운 치료 옵션으로의 용도전환 가능성을 보여준다.

wortmannin에 의해 발현이 소실되어, IPMK가 wortmannin에 민감한 방식으로 작용함을 시사한다. 이러한 결과는 IPMK를 Th1 및 Th17 분화의 중요한 조절인자로 확립하며, 면역 항상성 유지에서의 역할을 강조한다.

요약 기계적 표적 라파마이신(mechanistic target of rapamycin, mTOR)은 세포 성장 등 생물학적 사건을 조절하기 위해 다양한 내부 및 외부 신호를 통합하는 핵심 단백질 키나아제이다. mTOR와 상호작용하는 단백질 소단위의 규명을 위해 상당한 노력이 이루어졌음에도 불구하고, 내인성 대사체와 mTOR의 상호작용은 대체로 잘 알려져 있지 않다. 친화성 단백질 정제(affinity protein purification)와 질량분석(mass spectrometry)을 사용하여, 폴리불포화 필수 지방산인 리놀레산의 산화 대사체인 산화된 대사체 13- S -하이드록시오스테아데카디에노산(13- S -HODE)에 mTOR가 직접 결합함을 확인하였다. 13- S -HODE의 mTOR 촉매적 ATP 결합 도메인과의 상호작용은 ATP-경쟁적 방식으로 mTOR의 키나아제 활성을 억제하였다. 또한 13- S -HODE 처리 또는 13- S -HODE 생성에 관여하는 효소인 아라키도네이트 15-리폭시게나아제(arachidonate 15-lipoxygenase, ALOX15)의 발현은 mTOR 신호전달을 감소시켜 암세포의 성장뿐 아니라 종양 이종이식(tumor xenograft)에서의 성장을 억제하였다. 본 연구 결과는 13- S -HODE가 폴리불포화 지방산 대사와 mTOR 신호전달을 연결하는 종양 억제 및 mTOR 억제 대사체로서의 중요성을 강조한다.

초록식이 지방에 대한 시상하부 타고난 면역 반응은 비만의 발병 기전을 뒷받침하며, 이 과정에서 미세아교세포(microglia)가 핵심적인 역할을 한다. progranulin (PGRN)은 진화적으로 보존된 분비 단백질로서, 7.5개의 granulin (GRN) 모티프를 포함한다. PGRN은 여러 단백질분해효소에 의해 GRN으로 절단된다. 중추신경계에서 PGRN은 미세아교세포에 고도로 발현된다. 미세아교세포 유래 PGRN이 대사 조절에 미치는 역할을 규명하기 위해, PGRN을 암호화하는 유전자 <i>Grn</i>에 대해 미세아교세포 특이적 결실을 갖는 마우스 모델을 구축하였다. 미세아교세포 특이적 <i>Grn</i> 고갈을 보인 마우스는 식이에 의존하는 대사 표현형을 나타냈다. 일반 식이를 급여한 조건에서는 미세아교세포 <i>Grn</i> 고갈이 공복 고혈당 및 시상하부 미세아교세포의 비정상적 활성화와 같은 불리한 결과를 초래하였다. 그러나 고지방식이(HFD)를 급여한 경우에는 이들 마우스에서 비만, 포도당 조절 이상, 그리고 시상하부 염증이 더 적은 등 유익한 효과가 관찰되었다. 이러한 상이한 표현형은 영양과잉 상태에서 시상하부 내 항염증성 PGRN이 친염증성 GRN으로의 세포외 절단이 증가함과 관련되어 있는 것으로 보인다. 이를 뒷받침하듯이, PGRN 절단을 억제하면 HFD로 유발된 시상하부 염증과 비만 진행이 완화되었다. 우리의 결과는 미세아교세포 유래 PGRN의 세포외 절단이 영양과잉 기간 동안 시상하부 염증과 비만을 촉진하는 데 중요한 역할을 함을 시사한다. 따라서 PGRN 절단을 억제하는 치료법은 식이 유발 비만에 대응하는 데 유익할 수 있다.<br>논문 핵심 요약• 고지방식이(HFD) 섭취 동안 시상하부 미세아교세포에서만 progranulin (PGRN)의 mRNA 발현(과립소체 전구 단백질)이 증가한다.• PGRN을 암호화하는 유전자 <i>Grn</i>에 대해 미세아교세포 특이적으로 결핍된 마우스는, 일반 식이를 급여한 조건에서는 공복 고혈당 및 시상하부 미세아교세포의 비정상적 활성화를 보인 반면, HFD를 급여한 조건에서는 비만 발달, 포도당 조절 이상, 그리고 시상하부 염증의 진행에 저항성을 나타낸다.• HFD 급여 조건에서 시상하부에서 항염증성 PGRN이 친염증성 GRN으로 더 많이 절단되는 현상은, 미세아교세포 <i>Grn</i> 결손 마우스의 식이 의존적 대사 표현형을 설명한다.• 시상하부 PGRN 절단의 억제는 HFD로 유발된 비만과 시상하부 염증을 완화한다.

과식(비만)의 병인에는 식이지방에 대한 시상하부 선천면역 반응이 근간이 되며, 이 과정에서 미세아교세포(microglia)가 핵심적인 역할을 한다. 프로그라눌린(PGRN)은 진화적으로 보존된 분비 단백질로, 7개 반(half) 개의 granulin(GRN) 모티프를 포함한다. PGRN은 여러 단백질분해효소에 의해 GRN으로 절단된다. 중추신경계에서 PGRN은 미세아교세포에서 높은 수준으로 발현된다. 대사 조절에서 미세아교세포 유래 PGRN의 역할을 규명하기 위해, PGRN을 인코딩하는 Grn 유전자를 미세아교세포 특이적으로 결실한 마우스 모델을 구축하였다. 미세아교세포 특이적 Grn 고갈을 보인 마우스는 식이 의존적인 대사 표현형을 나타냈다. 정상 식이를 급여한 조건에서는 미세아교세포의 Grn 결실이 공복 시 고혈당(fasting hyperglycemia)과 시상하부 미세아교세포의 비정상적 활성화와 같은 불리한 결과를 초래하였다. 그러나 고지방식이(high-fat diet, HFD)를 급여한 경우, 이들 마우스는 비만이 덜 진행되고, 포도당 조절 이상 및 시상하부 염증이 감소하는 등 유익한 효과를 보였다. 이러한 서로 다른 표현형은 과영양 상태에서 시상하부 내에서 항염증성 PGRN이 분비세포외에서 더 많이 절단되어 친염증성 GRN으로 전환되는 현상과 연관되어 있는 것으로 보였다. 이를 뒷받침하듯, PGRN 절단을 억제하면 HFD에 의해 유발되는 시상하부 염증과 비만 진행이 완화되었다. 본 연구 결과는 미세아교세포 유래 PGRN의 세포외 절단이 과영양 기간 동안 시상하부 염증과 비만을 촉진하는 데 중요한 역할을 한다는 점을 시사한다. 따라서 PGRN 절단을 억제하는 치료 전략은 식이 유발 비만을 퇴치하는 데 유익할 수 있다.