초기 신경세포 분화 동안 H3K27me3 탈메틸화효소 활성 억제제 GSK J4에 의한 Hoxb1 발현의 특성

Abstract

다능성 줄기세포가 신경으로 분화하는 동안 다능성 관련 유전자들의 발현은 감소하고, 신경세포 분화관련 유전자들의 발현은 증가한다. 이들 다능성 관련 유전자 및 신경세포 분화관련 유전자 발현 변화는 DNA 메틸화 및 히스톤 변형 등에 의한 염색질 리모델링에 의해서 조절된다. 다양한 히스톤 변형 중 히스톤 H3의 27번째 리신 잔기의 삼중메틸화 (H3K27me3)는 유전자의 발현 억제와 관련이 있으며, 이들 H3K27me3을 탈메틸화 시키는 효소인 Jmjd3/Utx는 세포가 분화하는 동안 유전자들의 발현 조절에 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 all-trans retinoic acid (RA)를 처리하여 다능성 줄기세포인 배아암종세포 (NCCIT 세포)를 신경세포로 분화시키는 초기 동안 Jmjd3/Utx의 선택적 억제제인 GSK J4를 처리하여 발현이 변화하는 유전자들을 분석하였으며, 이들 유전자들의 발현 조절과 H3K27me3와의 관계를 분석하였다. 초기 신경분화 동안 전사인자인 Hoxb1은 RA를 처리하였을 때 발현이 증가 하였으나, RA와 GSK J4를 동시에 처리하였을 때 발현이 감소하였다. NCCIT 세포의 신경세포 분화 동안 RA와 GSK J4를 동시에 처리하였을 때 Hoxb1 유전자 프로모터의 H3K27me3이 제거되지 않고 유지되거나 오히려 증가 되었다. 이러한 결과들은 다능성 줄기세포의 초기 분화 동안 신경세포 분화와 관련된 Hoxb1 유전자는 H3K27me3이 Jmjd3/Utx에 의해 제거되어 유전자의 발현이 증가한다. 다능성 줄기세포의 초기 분화 동안 Hoxb1의 감소는 신경 분화를 억제하게 된다.|Chromatin remodeling plays a key role in retinoic acid (RA) induced early neural differentiation and expression of related genes in pluripotent stem cells. Demethylation of H3K27me3 by histone demethylase Jmjd3/Utx regulates gene expression during cellular differentiation. This study is oriented to analyze the relationship between H3K27me3 and expression patterns of affected genes, via whole transcriptome analysis and chromatin immunoprecipitation using a selective Jmjd3/Utx inhibitor GSK J4 to retain level of H3K27me3 in RA-induced, NCCIT-originated early neural stem cells. The gene expression and the levels of H3K27me3 in the promoters of Hoxb1, a transcription factor expressed in early neural differentiation, RA metabolism-related genes, were decreased as GSK J4 was introduced. As the expression of Hoxb1, decreased, it can be speculated that the expression level of genes regulated by Hoxb1 and RA metabolism may be reduced, affecting neural differentiation. In conclusion, H3K27me3 is essential in gene regulation of early stem cell and plays a regulatory role neural differentiation.; Chromatin remodeling plays a key role in retinoic acid (RA) induced early neural differentiation and expression of related genes in pluripotent stem cells. Demethylation of H3K27me3 by histone demethylase Jmjd3/Utx regulates gene expression during cellular differentiation. This study is oriented to analyze the relationship between H3K27me3 and expression patterns of affected genes, via whole transcriptome analysis and chromatin immunoprecipitation using a selective Jmjd3/Utx inhibitor GSK J4 to retain level of H3K27me3 in RA-induced, NCCIT-originated early neural stem cells. The gene expression and the levels of H3K27me3 in the promoters of Hoxb1, a transcription factor expressed in early neural differentiation, RA metabolism-related genes, were decreased as GSK J4 was introduced. As the expression of Hoxb1, decreased, it can be speculated that the expression level of genes regulated by Hoxb1 and RA metabolism may be reduced, affecting neural differentiation. In conclusion, H3K27me3 is essential in gene regulation of early stem cell and plays a regulatory role neural differentiation.