NatD promotes cell proliferation in colorectal cancer via N-terminal acetylation of histone H4/H2A

Abstract

N-α-acetyltransferase 40 (Naa40, also called as NatD), which belongs to N-terminal acetyltransferase family, has been known to catalyze the transfer of the acetyl group from acetyl-CoA to the first amino acid of histone H4 and H2A. Recent studies suggested that NatD could be involved in colorectal cancer (CRC). However, the physiological role of NatD in tumorigenesis has remained unknown yet. To explore that the role of NatD in colon tumorigenesis, I generated intestine specific NatD knockout in APCmin/+ mice model. Here, I report that deficiency of NatD significantly reduces the frequency of tumor development in mice and colorectal cancer cell lines, suggesting that NatD serves as an oncogenic factor in colon cancer. In human tissue and APCmin/+ mice model, NatD levels were higher in tumors compare to normal. Furthermore, knockdown of NatD led to markedly delayed growth in several CRC cell lines, and this is recovered by re-expression with NatD wild type but does not account for NatD without enzyme activity, which strengthens my hypothesis. Mechanistically, NatD deficiency remarkably reduced the expression of c-MYC and Cyclin D1 which are target genes of -catenin, a major oncogene in colon tumor. However, the difference of β-catenin was not observed in NatD deficient mice compared to control one, implying that levels of these genes can be altered by histone modifications instead of β-catenin activity. Previous studies showed that N-terminal acetylation of histone H4 and H2A antagonistically crosstalks with its phosphorylation. Indeed, I also found that NatD deficiency led to defect of N-terminal acetylation of histone H4, whereas significantly enhanced the phosphorylation of it, suggesting that the reduced expression of Cyclin D1 and c-MYC could result from epigenetic modification by NatD. Taken together, I demonstrate that NatD plays an important role in tumorigenesis by regulating epigenetic modification and identify NatD as a potential therapeutic target for CRC.;N-α-acetyltransferase 40 (Naa40 또는 NatD)는 N-terminal acetyltransferase family의 속하는 효소로서, 아세틸 조효소A로부터 히스톤 H4와 H2A의 첫번째 아미노산을 아세틸기를 전달하는 것을 촉매 하는 것으로 알려져 있다. 최근 연구에 따르면 NatD가 대장암에서 암을 유발하는데 관련이 있다는 보고가 있다. 그러나 NatD가 암을 발생시키는 자세한 경로는 알려진 바가 없다. 본 연구에서는 NatD가 암을 유발하는지에 대해 밝히기 위한 근거로서 마우스 모델을 만들어 실험을 진행했다. 마우스 모델은 NatD가 소장과 대장에서 발현되지 않는 유전자조작마우스를 이용하여 실험을 진행했으며, 후에 대장암 마우스 모델로 알려진 APCmin/+ 마우스와 교배를 하여 실험을 진행했다. NatD가 없을 경우 마우스 모델과 대장암 세포주에서 암 발생이 저하됨으로, NatD가 대장암에서 발암요인으로서 작용함을 시사한다. NatD는 사람의 암에서 발현율이 높다는 연구 결과와 함께 대장암 마우스 모델에서도 NatD의 발현율이 높다는 실험 결과를 얻었다. 암세포주에서 NatD가 발현이 되지 않으면 세포 성장이 감소되며 NatD가 발현되지 않는 세포주에 NatD를 인위적으로 발현을 시켰을 때 세포 성장이 다시 증가하는 현상을 발견했다. 이런 연구 결과는 NatD가 암을 발생시키는데 연관이 있다는 가설을 뒷받침한다. NatD가 없을 경우 β-catenin에 의해 발현이 되는 유전자인 c-MYC과 Cyclin D1의 양이 감소하는 것을 관찰했다. 그러나 β-catenin의 차이는 대조군과 비교했을 때 NatD 결핍 마우스에서 관찰되지 않았으며, 이는 c-MYC과 Cyclin D1의 발현이 β-catenin 활성 대신에 후생적 변형에 의해 변경됨을 의미한다. 전 연구에 따르면 히스톤 H4와 H2A의 아세틸화는 히스톤의 인산화가 서로 크로스톡을 한다는 연구 결과가 있다. 실제로 본 연구에서도 NatD 결핍이 히스톤 H4의 N-말단 아세틸화의 결함을 초래하는 반면, H4의 인산화를 상당히 강화한다는 것을 발견했다. 이는 Cyclin D1 및 c-MYC의 발현 감소가 NatD에 의한 후생 유전적 변형의 결과일 수 있음을 시사한다. 실제로, NatD 결핍이 히스톤 H4의 N-말단 아세틸화의 결함을 초래하는 반면, H4의 인산화를 상당히 강화한다는 것을 발견했습니다. 이는 Cyclin D1 및 C-MYC의 발현 감소가 NatD에 의한 후생 유전적 변형의 결과일 수 있음을 시사합니다. 이 연구의 결과는 NatD가 대장암에서 발암을 유도하는데 중요한 역할을 한다는 것을 시사한다.