생물정보학적 기법을 통한 MMTR/Dmap1의 전분화능 줄기세포 운명조절기작 이해

Abstract

MMTR(Mat1-Mediated Transcriptional Repressor)은 모든 진핵세포에 존재하는 유전자로서 DNMT1 결합 단백질(DNMT1-associated protein 1/Dmap1)로 처음 동정되었다. 또한 MMTR/Dmap1은 전분화능 줄기세포의 운명 결정을 조절하는 Myc 모듈과 크로마틴 리모델링 복합체인 Tip60-p400 복합체의 구성원이다. 본 연구에서는 생물정보학적 방법을 통해 전분화능 줄기세포의 운명 조절에 있어서 MMTR/Dmap1의 작용 기작을 이해하고자 하였다. 우선, 생쥐 배아줄기세포에서 줄기세포능 유지에 중요한 총 38종의 전사인자, 히스톤 수식화, 크로마틴 리모델링 복합체 구성단백질을 대상으로 전사 개시점 상/하위 1 kb 이내에 결합하고 있는 표적염기서열에 대한 ChIP-sequencing 및 ChIP-chip 데이터를 수집한 후 Heatmap을 통하여 MMTR/Dmap1이 결합하는 표적서열과 비교하여 공통 표적 유전자 여부를 확인하였으며, 공통 표적서열을 지니고 있는 유전자의 기능을 Gene ontology 도구를 사용하여 분석하였다. MMTR/Dmap1의 표적유전자는 주로 amino acid activation, mitosis, RNA localization 및 RNA splicing에 관여하는 경향이 높았으며 줄기세포능 유지 및 분화조절 관련 표적유전자는 거의 존재하지 않았다. MMTR/Dmap1은 전사인자 c-Myc, n-Myc, Max, E2f1, E2f4, Zfx와 결합부위를 공유하는 경향이 강하였으며, Tip60-p400 크로마틴 복합체의 구성단백질인 Tip60와는 제한적으로 표적유전자를 공유하고 있었다. 이러한 공통 결합부위의 히스톤은 아세틸화 (AcH3, AcH4) 되어 있고, 일시적인 전사 멈춤에 관여하는 H3K27me3 및 메틸화된 Cytosine을 5-hydroxymethyl C로 변환시키는 Tet1도 공통적으로 결합하고 있었다. 마지막으로 미분화 및 분화 3일째의 생쥐 배아줄기세포에서의 공통 표적유전자 발현양상 변화를 분석한 결과, 이들은 분화에 따라 다양한 발현의 변화를 나타내었다. 또한 MMTR/Dmap1 전체 혹은 MMTR/Dmap1의 N-말단 반쪽을 과발현 시킨 세포에서의 표적유전자 발현양상은 MMTR/Dmap1을 knockdown 시킨 세포에서의 발현양상과 유사한 반면 MMTR/Dmap1의 C-말단 반쪽을 과발현 시켰을 때의 발현양상과는 차이를 나타내었다. 따라서 생쥐 배아줄기세포에서 MMTR/Dmap1은 Myc 그룹의 전사인자들과 함께 줄기세포능 유지나 분화조절보다는 다양한 기초 물질대사 관련 유전자들의 발현을 동적으로 조절하는 기능에 관여하며, 이러한 기능의 일부는 Tip60-p400 크로마틴 리모델링 복합체의 구성원으로 작용하여 나타내는 반면 일부는 MMTR/Dmpa1 단독 혹은 다른 단백질과의 상호작용을 통하여 이루어질 것으로 추정된다.