Naa20, the catalytic subunit of NatB, contributes to Hepatocellular Carcinoma by regulating LKB1-AMPK-mTOR axis

Abstract

N-terminal acetylation is a major post-translational modification that regulates various functions in eukaryotes catalyzed by N-terminal acetyltransferases(NATs), NatA to NatH. Each NAT family catalyzes their substrates, recognizing the very first few peptides on N-termini. Among Nat family, NatB acetylates substrates starting with Met-Gln, Met-Glu, Met-Asn, and Met-Asp (MQ-, ME-, MN-, and MD-). Here, we found that Naa20, the catalytic subunit of NatB, modulates cell growth, and proliferation through LKB1-AMPK-mTOR axis in Hepatocellular Carcinoma cells (HCC). In Naa20-deficient HCC cells, cell growth and proliferation are remarkably decreased as compared to normal cells. To understand the regulatory pathways of these phenomena, we examined AMPK-mTOR signaling pathway. The deficiency of Naa20 led to enhanced AMPK activity, which suppresses mTOR pathway. Furthermore, the activity of LKB1, which is a major regulator of AMPK, was significantly up-regulated in Naa20-knockdowned cells, indicating that LKB1 could be a potential regulator of AMPK-mTOR axis. Interestingly, LKB1 reciprocally binds to Naa20 and is composed of N-terminus with Met-Glu in which it is likely to be a potential target of Naa20, suggesting that Naa20 may regulate AMPK-mTOR pathway through N-terminal acetylation of LKB1. Taken together, our results showed that Naa20 could be involved in LKB1-AMPK-mTOR pathway to develop HCC and, thus, can be a potential therapeutic target for HCC.;N말단 아세틸화는 N말단 아세틸화효소에 의해 촉매되는 신호전달 과정이다. 이 과정을 촉매하는 효소는 인식하는 기질의 N말단의 아미노산 서열의 종류를 인식하고 아세틸 coA로부터 아세틸기를 부착해주는 촉매 기능을 가진다. 특히 N말단 아세틸화효소 중 하나인 NatB는 기질 단백질의 N말단에 메티오닌-글루타민, 메티오닌-글루탐산, 메티오닌-아스파라긴, 메티오닌-아스파르트산 서열을 인식하여 아세틸 coA로부터 아세틸기를 부착해주는 역할을 수행한다. 이 연구에서는 NatB의 auxiliary unit인 Naa20에 대하여, 특히 간암세포에서 Naa20이 LKB1-AMPK-mTOR 신호전달을 통해 세포의 성장과 증식을 조절한다는 것을 발견하였다. Naa20의 발현을 감소시킨 HCC 세포는 정상세포에 비해 세포의 성장과 증식이 현저하게 감소되었다는 표현형의 관찰을 시작으로. 이러한 현상에 대한 Naa20의 세포 성장 및 증식 조절 경로를 이해하기 위해, AMPK-mTOR 신호 경로에 대한 실험을 수행하였다. NAA20을 억제시킨 세포에서는 AMPK 인산화가 현저히 증가되어 있는 것을 통해 mTOR의 억제 및 하위 신호전달 단백질의 억제를 유발한다는 것을 웨스턴블롯 분석을 통해 확인하였다. 또한, AMPK의 주요 상위조절자인 LKB1의 활동은 Naa20을 억제시킨 HCC 세포에서 AMPK와 같은 경향성, 즉, 증가된 인산화 상태를 나타내었음을 웨스턴블롯 실험을 통해 확인하였다. 이러한 결과는, LKB1의 N말단 아미노산 서열이 Naa20의 기질이 될 수 있는 메티오닌-글루탐산으로 구성되었다는 사실과 더불어, LKB1이 Naa20과 상호 결합한다는 실험 결과를 토대로 LKB1이 Naa20의 잠재적 기질이 될 수 있다는 가설을 증명하는 실험결과를 확인하였다. 이와 더불어, Naa20에 의한 LKB1의 N말단 아세틸화를 in-vitro 실험인 DTNB assay를 통해 확인함으로써 LKB1이 Naa20의 기질로써 작용하여 Naa20의 촉매작용인 N말단 아세틸화를 통해 조절된 LKB1이 하위의 AMPK-mTOR 신호 전달 체계를 조절하고 이를 통해 세포의 성장을 조절한다는 가설을 뒷받침하는 증거를 제공하였다. 따라서 필자는 Naa20이 잠재적 기질 단백질인 LKB1의 N말단 아세틸화를 조절함으로써 LKB1-AMPK-mTOR 신호전달 경로에 관여한다는 해당 논문의 실험 결과들을 기반으로 Naa20을 통해 HCC의 항암제 개발의 새로운 표적 단백질로써 사용 될 수 있다는 가능성을 시사하는 바이다.