Regulation of NF-kB transcriptional activity by PIAS3 and TRAF6

Abstract

다양한 환경과 자극에 대해 세포는 즉각적인 반응을 하며 항상성을 유지한다. 이는 전사조절에 의해 이루어지며 특히 면역체계에 있어 가장 중요한 역할을 하는 인자로 NF-kB를 들 수 있다. NF-kB를 자극하는 신호로는 T-cell receptors, B-cell receptors, TNFR, CD40, BAFFR, LTβR, Toll/IL-1R 등을 들 수 있으며 그에 따라 수반되는 유전자를 발현시킴에 의해 다양한 질병에 영향을 미칠 수 있다. 또한 최근에 보고된 논문에 따르면 배 발생과정과 신경계통을 포함한 유선, 뼈, 피부조직의 생리적 조절에 영향을 미친다고 한다. 따라서 이번 박사논문은 세포가 어떻게 다양한 자극에 대해 적절한 반응을 나타냄으로 환경에 적응하는지 NF-kB의 신호전달을 통해 이해하려고 한다. 논문은 크게 두 부분으로 나누어 서술하였으며 각각 NF-kB활성에 관계하는 단백질을 중심으로 나누어보았다. NF-kB 단백질은 p65(RelA), c-Rel, RelB, p50(NF-kB1), p52(NF-kB2) 다섯 종류가 있으며 이중에서 세포 내에서 가장 일반적인 형태가 p65와 p50의 이합체이다. 핵 안에서 NF-kB 전사조절에 관계하는 인자를 찾기 위해 yeast two hybrid 기법을 이용하였으며 기존의 STAT3 저해인자로 알려져 있는 PIAS3가 p65와 결합할 수 있음을 밝혔다. p65는 DNA에 결합하여 전사를 조절할 때 다양한 보조인자를 필요로 하며 최근에는 CBP (CREB binding protein)가 p65의 전사조절에 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀져 있다. PIAS3가 세포에 과발현시에는 NF-kB활성이 효과적으로 저해되며 PIAS3의 아미노말단의 LXXLL 모티프의 뉴클레오타이드 서열을 바꾸었을 때는 저해능력이 상실될 뿐 아니라 결합자체가 이루어지지 않았다. 이 조절의 기작을 밝히기 위한 연구를 수행하였으며 PIAS3는 CBP와 p65의 결합에 경쟁적 저해인자로 작용함에 의해 활성을 조절한다는 사실을 알아내었다. NF-kB는 세포 내에 항상 충분한 양이 발현되어있는 상태이며 필요에 의해 즉각적으로 반응하기 위해 세포질에서 IkB에 의해 불활성 상태로 존재한다. 이때 세포외부적 자극은 세포 내에 신호전달을 통해 IkB를 인산화시켜 분해 시킴에 의해 NF-kB를 활성 시킨다. 최근에는 IkB의 인산화에 ubiquitination이 관여한다고 알려져 있다. 이 ubiquitination은 기존의 ubiquitination 과 달리 proteasome degradation을 통하지 않고 신호를 전달하는 매개체로 작용한다. TRAF6는 RING domain을 통해 ubiquitination을 매개해서 신호를 전달한다. 이번 논문에서는 TRAF6가 c-cbl이라는 새로운 E3 ligase를 통해 ubiquitination 기작으로 분해되며 외부신호에 대한 negative feedback 조절을 담당함을 알아내었다. 이에 대한 생리학적 의미를 이해해보면 파골세포분화에 있어서 TRAF6분해를 통해 TRANCE signal에 대한 IFN-g signal 과의 조절을 가능하게 한다. 궁극적으로 이번 논문의 연구를 통해 염증과 면역체계의 이해를 하여 치료제 개발에 도움이 되고자 한다.;This thesis is described for understanding how NF-κB integrates multiple stimuli in multiple systems to generate a unified outcome suitable for specific situations. NF-κB is a ubiquitous transcription factor that plays the most important role in the immune system. In many different stimuli, the NF-κB family of transcription factors regulates the gene transcription in the signals including T-cell receptors (TCRs), B-cell receptors (BCRs), TNFR, CD40, BAFFR, LTβR, and the Toll/IL-1R family. In PART Ⅰ, we performed the yeast two-hybrid screen and found PIAS3 as a potential binding partner for p65. This interaction between p65 and PIAS3 requires the LXXLL motif of N-terminal PIAS3. PIAS3 inhibits NF-κB dependent transcription by competing with p65 for binding to CBP. Here we suggest, in the NF-κB activation, PIAS3 acts as a specific additional molecule regulating transcription by interacting with the interaction between p65 and CBP. Multiple components of NF-κB signaling have been shown for ubiquitin ligases or substrates. The regulatory ubiquitination is mediated by Lys63-liked polyubiquitination.TRAF6 mediates the NF-κB activation, leading to a wide variety of cellular effects, and this signal is implicated in inflammation, immune regulation, bone homeostasis, and development. The RING domain of TRAF6 facilitates the synthesis of K63-linked polyubiquitin chains by a unique E2 complex ubc13/Uev1A. K63 polyubiquitination of TRAF6 mediates the activation of the TAK1 kinase complex, which subsequently activates IKK through phosphorylation of key serine residues within the activation loop of IKKβ. In PART II, we showed TRAF6 is ubiquitinated by c-cbl with K48-linked polyUb chains. TRANCE itself induces ubiquitination of TRAF6 as a negative-feedback regulation. Furthermore, TRAF6 ubiquitination is accelerated by IFN-γ treatment to counterbalance TRANCE expression. Our observations with the molecular and biochemical experiment in the NF-κB signaling must be led into the understanding of the physiological processes in the inflammation and immunity.