전사-연관 복구(transcription-coupled repair, TCR)와 R-루프는 전사 과정 동안 유전체 안정성을 유지하는 데 핵심적인 두 가지 상호 연관된 과정이다. 뉴클레오타이드 절제 복구(nucleotide excision repair)의 특화된 하위 경로인 TCR은, 활성 유전자의 전사되는 가닥에서 전사를 방해하는 병변을 신속히 제거함으로써 전사의 충실성 및 세포 항상성을 보호한다. 반면 R-루프는 전사 과정 중에 형성되는 RNA-DNA 하이브리드 구조로서 유전자 발현과 복제에서 조절 역할을 수행할 뿐 아니라, 지속적으로 축적될 경우 유전체 불안정성에 기여할 수도 있다. 최근의 실험적 증거는 TCR과 R-루프 해소(resolution) 경로 사이의 역동적인 상호작용(크로스토크)을 밝혀냈다. 본 고찰은 TCR과 R-루프 생물학에 대한 현재의 분자적·세포적 이해를 조명하고, 이들 크로스토크가 미치는 영향을 논의하며, 암 및 신경퇴행성 질환과 같은 상태에서 DNA 복구를 최적화하고 질병 위험을 감소시키기 위한 새롭게 부상하는 치료 전략을 탐색한다.

DNA 손상 반응(DDR)과 대사 간의 복잡한 상호작용은 유전체 무결성 유지의 근본 메커니즘을 규명하는 데 대한 심오한 통찰을 드러낸다 [...].

게놈 무결성은 태양의 자외선(UV) 방사선에 의해 지속적으로 손상을 받는다. DNA 복구, 세포주기 체크포인트, 아폽토시스를 포함하는 적응적 세포 기전인 DNA 손상 반응은, 하루 동안의 광주기(photoperiod)에 따라 유전체 불안정성을 제한하기 위해 진화해 온 것으로 여겨진다. 다른 여러 핵심 세포 대사 과정에서 보이듯, 유전독성 UV 방사선에 대한 유전체 감시 기전은 일주기(circadian clock) 시스템의 통제 하에 있으며, 그 결과 촉매 활성의 일일적(하루 단위) 진동을 나타낸다. 실제로, UV로 유도된 DNA 광손상을 교정하는 유일한 DNA 복구 기전인 뉴클레오타이드 절제 복구(nucleotide excision repair, NER)와, 아탁시아-텔랑지에크시아 변이체-관련(ataxia-telangiectasia-mutated; ATM이 아닌) 및 Rad3-related (ATR) 매개 세포주기 체크포인트 키나아스가 일주기 시계의 강력한 조절을 받는다는 것이 입증되었다. 포유류 세포에서 UV 유도 DNA 손상 반응의 일주기 리듬에 대한 분자적 기반은 논의될 것이다.

전사-연관 복구(transcription-coupled repair, TCR)와 R-루프는 전사 과정 동안 유전체 안정성을 유지하는 데 핵심적인 두 가지 상호 연관된 과정이다. 뉴클레오타이드 절제 복구(nucleotide excision repair)의 특화된 하위 경로인 TCR은, 활성 유전자의 전사되는 가닥에서 전사를 방해하는 병변을 신속히 제거함으로써 전사의 충실성 및 세포 항상성을 보호한다. 반면 R-루프는 전사 과정 중에 형성되는 RNA-DNA 하이브리드 구조로서 유전자 발현과 복제에서 조절 역할을 수행할 뿐 아니라, 지속적으로 축적될 경우 유전체 불안정성에 기여할 수도 있다. 최근의 실험적 증거는 TCR과 R-루프 해소(resolution) 경로 사이의 역동적인 상호작용(크로스토크)을 밝혀냈다. 본 고찰은 TCR과 R-루프 생물학에 대한 현재의 분자적·세포적 이해를 조명하고, 이들 크로스토크가 미치는 영향을 논의하며, 암 및 신경퇴행성 질환과 같은 상태에서 DNA 복구를 최적화하고 질병 위험을 감소시키기 위한 새롭게 부상하는 치료 전략을 탐색한다.

DNA 손상 반응(DDR)과 대사 간의 복잡한 상호작용은 유전체 무결성 유지의 근본 메커니즘을 규명하는 데 대한 심오한 통찰을 드러낸다 [...].

게놈 무결성은 태양의 자외선(UV) 방사선에 의해 지속적으로 손상을 받는다. DNA 복구, 세포주기 체크포인트, 아폽토시스를 포함하는 적응적 세포 기전인 DNA 손상 반응은, 하루 동안의 광주기(photoperiod)에 따라 유전체 불안정성을 제한하기 위해 진화해 온 것으로 여겨진다. 다른 여러 핵심 세포 대사 과정에서 보이듯, 유전독성 UV 방사선에 대한 유전체 감시 기전은 일주기(circadian clock) 시스템의 통제 하에 있으며, 그 결과 촉매 활성의 일일적(하루 단위) 진동을 나타낸다. 실제로, UV로 유도된 DNA 광손상을 교정하는 유일한 DNA 복구 기전인 뉴클레오타이드 절제 복구(nucleotide excision repair, NER)와, 아탁시아-텔랑지에크시아 변이체-관련(ataxia-telangiectasia-mutated; ATM이 아닌) 및 Rad3-related (ATR) 매개 세포주기 체크포인트 키나아스가 일주기 시계의 강력한 조절을 받는다는 것이 입증되었다. 포유류 세포에서 UV 유도 DNA 손상 반응의 일주기 리듬에 대한 분자적 기반은 논의될 것이다.

부록 방법 S1–S2. 부록 방법 S1. 마이크로어레이 유전자 발현 프로파일링의 분석. 부록 방법 S2. RT-PCR, 실시간 PCR 및 염색질 면역침강(ChIP) 분석을 위한 프라이머 서열.

초록목적: 선행 연구에서 E2F1이 비근육침윤성 방광암(NMIBC) 진행의 핵심 매개자임이 확인되었다. 본 연구의 목적은 방광암의 불량한 예후 및 공격적 특성과 관련된 E2F1 관련 유전자를 규명하는 것이었다.실험 설계: 미세배열(microarray) 분석을 수행하여 방광암의 1차 환자 165명에서 얻은 유전자 발현 데이터 중 종양 진행 및 공격성과 연관된 E2F1 관련 유전자를 탐색하였다. 또한 방광암 세포와 종양 이종이식(tumor xenograft) 분석을 이용한 실험적 분석으로 종양 진행 및 공격성에서의 E2F1 관련 유전자의 생물학적 활성을 확인하였다.결과: E2F1의 발현은 EZH2 및 SUZ12과 유의하게 연관되었다. E2F1, EZH2, SUZ12의 과발현은 세포 집락 형성, 이동성, 침윤성을 포함한 암 진행을 촉진하였다. 이들 유전자의 발현 억제(knockdown)는 운동성을 감소시키고 침윤을 차단하며 in vivo에서 종양 크기를 감소시켰다. E2F1은 전사 활성화를 위해 근위부 EZH2 및 SUZ12 프로모터에 결합하였고, 이는 E2F1와 그 하위 효과기인 EZH2 및 SUZ12가 암 진행의 중요한 매개자일 수 있음을 시사한다. 또한, 본 연구는 이들 유전자와 공격적 특성 간의 연관성을 추가로 확인하였다. 흥미롭게도 E2F1, EZH2, SUZ12를 과발현하는 세포에 항암제들을 처리한 결과, 암 줄기세포(CSC)–관련 유전자로 알려진 CD44, KLF4, OCT4, ABCG2의 발현이 유도되었다.결론: E2F1, EZH2, 및/또는 SUZ12 사이의 연계는 E2f1이 EZH2 및 SUZ12 유전자의 전사를 직접 조절함을 보여준다. E2F1–EZH2–SUZ12 시그니처는 방광 종양에서 예후 예측의 가치를 가지며, E2F1–EZH2–SUZ12에 의해 구동되는 전사적 사건은 암의 공격성과 항암화학요법에 대한 내성(chemo-resistance)을 조절할 수 있을 것으로 생각되어, 새로운 치료 양식의 개발을 위한 기회를 제공할 수 있다. Clin Cancer Res; 21(23); 5391–403. ©2015 AACR.

보충 도표 S1 - S8 보충도표 S1. 독립적인 비근육침윤성 방광암(non-muscle-invasive bladder cancer, NMIBC) 환자 코호트에서 3개 유전자 시그니처(E2F1, EZH2 및 SUZ12)의 검증. 보충도표 S2. 다른 시그니처와의 비교 및 독립 코호트에서의 시그니처 검증. 보충도표 S3. 발현 수준과 침윤 능력에 따라 방광암 세포주를 2개 아군으로 분류. 보충도표 S4. E2F1, EZH2 및 SUZ12의 과발현이 UC5 NMIBC 세포에서 침윤과 이동을 촉진함. 보충도표 S5. E2F1, EZH2 및 SUZ12의 발현 감소가 5637 MIBC 세포에서 침윤과 이동을 조절함. 보충도표 S6. shE2F1-KD, shEZH2-KD 및 shSUZ12-KD를 안정적으로 발현하는 세포의 특성 규명. 도표 S7. 항암제 처리 조건 하에서 암 줄기세포 시그니처를 분석함. 도표 S8. 시스플라틴 처리 하에서 UC5 세포의 세포 생존율.

보충 텍스트 S1. 세 유전자 시그니처와의 비교를 통한 다른 시그니처들