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한국실험동물학회 뉴스레터	2021년 12월
[우수 논문 소개] 스테롤조절인자에 의한 황화수소 매개 비알코올성 지방간 제어 기전 규명

스테롤조절인자에 의한 황화수소 매개 비알코올성 지방간 제어 기전 규명 (왼쪽) 김도영 연구원(계명대 의대 생리학교실) (오른쪽) 임승순 부교수(계명대 의대 생리학교실), ssim73@kmu.ac.kr 계명대 의대 임승순 교수팀은 전남대 전태일 교수팀과 공동연구로 비알콜성 지방간 동물모델에서 스테롤조절요소결합단백질인 SREBP-1c의 활성화가 황화수소 생성 효소인 cystathionine γ-lyase 발현을 감소시켜 ULK1 sulfhydration 매개 lipophagy를 억제함으로써 간에 지방축적을 유도하여 지방간을 유발한다는 새로운 분자기전을 규명하여 분자세포생물학분야 세계적 학술지인 Molecular Cell (IF 17.970) 9월 호에 게재되었다. (SREBP-1c impairs ULK1 sulfhydration-mediated autophagic flux to promote hepatic steatosis in high-fat-diet-fed mice. Mol Cell. 2021 Sep 16;81(18):3820-3832.e7.) [연구 배경] 비알코올 지방간 질환(non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)은 현재 전 세계적으로 가장 흔한 만성 간 질환 중 하나로 국내 NAFLD 유병률은 약 30%로, 비알코올 지방간 환자에서는 심혈관질환 발생 위험이 1.6배, 제2형 당뇨병이 2.2배, 만성 콩팥병이 1.2배 증가해 주의가 필요하다. NAFLD가 간 질환 연관 사망률 및 전체 사망률을 높인다는 보고들은 지속적으로 있어 왔으나 여전히 이 질환의 조절기전에 대해서는 아직 명확히 밝혀진 바가 없다. [연구 내용] NAFLD에서는 지방 생성을 촉진시키고 지방산 산화를 저해하는 인슐린 저항성이 수반됨으로써 간에서 지방의 과도한 축적이 발생하는 것으로 알려져 있다. 또한 간에서의 지방 생성 증가는 스테롤 조절 요소 결합 단백질 1c(sterol regulatory element binding protein 1c: SREBP-1c) 활성을 통한 지방생성 효소의 발현 증가에 의한 것으로 알려져 있다. 자가포식(autophagy)은 손상된 미토콘드리아, aggregated 단백질, 세포내 노폐물 등을 제거함으로써 세포내 항상성 조절에 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. 최근 연구를 통해 지질성분 (lipid) 역시 자가포식을 통해 제거될 수 있다고 보고되고 있다. 따라서 이번 연구는 비알콜성지방간 제어를 위한 새로운 치료전략 밝힌 것으로, 기존에 고지방식이에 의한 간의 지방 축적은 지질합성에 의해서 된다고 알려져 있었으나, 그것만으로 비알콜성지방간 형성을 설명하는데 한계가 있어 왔다. 이번 연구를 통해 SREBP-1c가 지질합성을 유도하는 것뿐만 아니라 황화수소 신호전달을 통한 오토파지 단백질 변형과 활성 조절 기전을 통해서 비알콜성 지방간을 야기한다는 새로운 병인 기전을 규명하였다. ▶고지방식이로 유도된 지방간 마우스 모델에서 SREBP-1c knock-out마우스에서 지방축적이 억제되었고, 간조직에서 miRNA 발현 profile을 비교한 결과 miR-216a 발현이 1cKO에서 감소되는 것을 확인하였다. 또한 마우스 miR-216a 프로모터에 SREBP-1c 결합부위(SRE)를 확인하여 직접적인 표적인자임을 확인하였다. ▶고지방식이에 의한 SREBP-1c의 표적유전자인 FASN증가와 반대로 CSE의 발현은 감소되었고 이런 조절은 1cKO에서 일어나지 않은 것을 확인하였다. SREBP-1c가 miR-216a를 통해 H2S 생성을 억제 할 수 있는지 간세포에서 분석한 결과 LXR ligand에 의해 CSE단백질 발현과 H2S 생성은 증가되었고, miR-216a에 의해 증가된 H2S 생성이 감소됨을 확인하였다. 이는 SREBP-1c의 CSE 발현조절을 통한 H2S 조절에 있어 mediator로서 작용하고 있다는 것을 알 수 있었다. ▶ H2S donor인 NaHS에 의해 ULK1 sulfhydration (SSH-ULK1)이 증가되고 DTT에 의해 환원된 것을 확인하였다. ULK1 sulfhydration cysteine을 찾기위해 prediction site인 C384, C797, C928, C951을 point mutation시킨 후 BSA를 이용해 sulfhydration을 확인하였다. C384S, C797S, C928S는 WT과 같은 수준의 SSH-ULK1을 보인 반면 C951S의 경우 sulfhydrtaion이 억제된 것을 확인하였다. ▶ 또한, C951S 발현 벡터를 마우스에 주입하여 간내 지방축적을 확인하였으며, 대조군인 WT ULK1에 비해 p62, LC3 발현을 증가시켜 C951S이 autophagy flux를 억제하는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 ULK1 C951 sulfhydration이 오토파지 활성에 관여할 수 있다는 것을 의미한다. [연구 성과의 의의] 고지방식이에 의해 증가되는 SREBP-1c는 miR-216a의 활성을 통한 CSE/H2S 경로를 억제하여 ULK1 sulfhydration-mediated autophagy 활성 감소에 의한 지방분해 억제를 통해 비알콜성지방간 발생에 관여하고 있음을 알 수 있다. 비알콜성 지방간에서 기존에 알려져 있던 SREBP-1c의 지방합성과정 조절 기능뿐만 아니라 지방 분해 과정 억제를 조절한다는 새로운 역할을 발견하였다. 비알콜성 지방간에서 CSE/H2S 신호의 감소가 SREBP-1c의해 조절되는 miR-216a에 의해 직접적으로 영향을 받고 있다는 새로운 발견을 통해 anti-miR-216a를 이용한 치료 전략이 될 수 있다.

스테롤조절인자에 의한 황화수소 매개 비알코올성 지방간 제어 기전 규명

(왼쪽) 김도영 연구원(계명대 의대 생리학교실)

(오른쪽) 임승순 부교수(계명대 의대 생리학교실), ssim73@kmu.ac.kr

계명대 의대 임승순 교수팀은 전남대 전태일 교수팀과 공동연구로 비알콜성 지방간 동물모델에서 스테롤조절요소결합단백질인 SREBP-1c의 활성화가 황화수소 생성 효소인 cystathionine γ-lyase 발현을 감소시켜 ULK1 sulfhydration 매개 lipophagy를 억제함으로써 간에 지방축적을 유도하여 지방간을 유발한다는 새로운 분자기전을 규명하여 분자세포생물학분야 세계적 학술지인 Molecular Cell (IF 17.970) 9월 호에 게재되었다. (SREBP-1c impairs ULK1 sulfhydration-mediated autophagic flux to promote hepatic steatosis in high-fat-diet-fed mice. Mol Cell. 2021 Sep 16;81(18):3820-3832.e7.)

[연구 배경]

비알코올 지방간 질환(non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)은 현재 전 세계적으로 가장 흔한 만성 간 질환 중 하나로 국내 NAFLD 유병률은 약 30%로, 비알코올 지방간 환자에서는 심혈관질환 발생 위험이 1.6배, 제2형 당뇨병이 2.2배, 만성 콩팥병이 1.2배 증가해 주의가 필요하다. NAFLD가 간 질환 연관 사망률 및 전체 사망률을 높인다는 보고들은 지속적으로 있어 왔으나 여전히 이 질환의 조절기전에 대해서는 아직 명확히 밝혀진 바가 없다.

[연구 내용]

NAFLD에서는 지방 생성을 촉진시키고 지방산 산화를 저해하는 인슐린 저항성이 수반됨으로써 간에서 지방의 과도한 축적이 발생하는 것으로 알려져 있다. 또한 간에서의 지방 생성 증가는 스테롤 조절 요소 결합 단백질 1c(sterol regulatory element binding protein 1c: SREBP-1c) 활성을 통한 지방생성 효소의 발현 증가에 의한 것으로 알려져 있다. 자가포식(autophagy)은 손상된 미토콘드리아, aggregated 단백질, 세포내 노폐물 등을 제거함으로써 세포내 항상성 조절에 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. 최근 연구를 통해 지질성분 (lipid) 역시 자가포식을 통해 제거될 수 있다고 보고되고 있다. 따라서 이번 연구는 비알콜성지방간 제어를 위한 새로운 치료전략 밝힌 것으로, 기존에 고지방식이에 의한 간의 지방 축적은 지질합성에 의해서 된다고 알려져 있었으나, 그것만으로 비알콜성지방간 형성을 설명하는데 한계가 있어 왔다. 이번 연구를 통해 SREBP-1c가 지질합성을 유도하는 것뿐만 아니라 황화수소 신호전달을 통한 오토파지 단백질 변형과 활성 조절 기전을 통해서 비알콜성 지방간을 야기한다는 새로운 병인 기전을 규명하였다.

▶고지방식이로 유도된 지방간 마우스 모델에서 SREBP-1c knock-out마우스에서 지방축적이 억제되었고, 간조직에서 miRNA 발현 profile을 비교한 결과 miR-216a 발현이 1cKO에서 감소되는 것을 확인하였다. 또한 마우스 miR-216a 프로모터에 SREBP-1c 결합부위(SRE)를 확인하여 직접적인 표적인자임을 확인하였다.

▶고지방식이에 의한 SREBP-1c의 표적유전자인 FASN증가와 반대로 CSE의 발현은 감소되었고 이런 조절은 1cKO에서 일어나지 않은 것을 확인하였다. SREBP-1c가 miR-216a를 통해 H2S 생성을 억제 할 수 있는지 간세포에서 분석한 결과 LXR ligand에 의해 CSE단백질 발현과 H2S 생성은 증가되었고, miR-216a에 의해 증가된 H2S 생성이 감소됨을 확인하였다. 이는 SREBP-1c의 CSE 발현조절을 통한 H2S 조절에 있어 mediator로서 작용하고 있다는 것을 알 수 있었다.

▶ H2S donor인 NaHS에 의해 ULK1 sulfhydration (SSH-ULK1)이 증가되고 DTT에 의해 환원된 것을 확인하였다. ULK1 sulfhydration cysteine을 찾기위해 prediction site인 C384, C797, C928, C951을 point mutation시킨 후 BSA를 이용해 sulfhydration을 확인하였다. C384S, C797S, C928S는 WT과 같은 수준의 SSH-ULK1을 보인 반면 C951S의 경우 sulfhydrtaion이 억제된 것을 확인하였다.

▶ 또한, C951S 발현 벡터를 마우스에 주입하여 간내 지방축적을 확인하였으며, 대조군인 WT ULK1에 비해 p62, LC3 발현을 증가시켜 C951S이 autophagy flux를 억제하는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 ULK1 C951 sulfhydration이 오토파지 활성에 관여할 수 있다는 것을 의미한다.

[연구 성과의 의의]

고지방식이에 의해 증가되는 SREBP-1c는 miR-216a의 활성을 통한 CSE/H2S 경로를 억제하여 ULK1 sulfhydration-mediated autophagy 활성 감소에 의한 지방분해 억제를 통해 비알콜성지방간 발생에 관여하고 있음을 알 수 있다.

비알콜성 지방간에서 기존에 알려져 있던 SREBP-1c의 지방합성과정 조절 기능뿐만 아니라 지방 분해 과정 억제를 조절한다는 새로운 역할을 발견하였다. 비알콜성 지방간에서 CSE/H2S 신호의 감소가 SREBP-1c의해 조절되는 miR-216a에 의해 직접적으로 영향을 받고 있다는 새로운 발견을 통해 anti-miR-216a를 이용한 치료 전략이 될 수 있다.

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