Early Embryonic Lethality Occurs in N-alpha Acetyltransferase 30 Knockout Mouse

Abstract

N-terminal acetylation (Nt-acetylation) is a common protein modification catalyzed by N-terminal acetyltransferases (NATs) in eukaryotic organisms. According to enzymatic roles, NATs are largely classified as NatA to NatF. NatC consists of N-alpha-acetyltrasnferase 30 (Naa30) as the catalytic subunit, Naa35 and Naa38 as auxiliary subunits. In previous research, many amino acid sequences, acetylated by NatC, were found; however, many more remain largely unexplored. Also, the function of NatC remains unclear as compared to other NATs. In the present study, I made the Naa30 Knockout mouse using the CRISPR/Cas9 system to access the biological function of Naa30 in mammalian species. When heterozygous mice mated, I could not get homozygous mice. Both wild-type and homozygous embryos survived, and their morphology was similar until embryonic day 7.5 (E7.5); however at E8.5, the homozygous embryos underwent abnormal changes of their size and morphology. Through the TUNEL assay, I observed that apoptosis cells increased at E7.5 and through histology of E8.5, I saw that the Naa30 null mice had problems to develop their mesoderm properly, such as forming somites. From this observation, I concluded that the Naa30 Knockout mice have embryonic lethality between E7.5 and E8.5. This result indicates that the catalytic activity of Naa30 in NatC is essential for the embryonic development in mammals. ;N 말단 아세틸화 과정은 진핵생물에서 N 말단 아세틸기전이효소 (NATs) 에 의해 일어나는 흔한 단백질 번역 후 변형에 속한다. 이러한 N 말단 아세틸기전이효소는 어떤 효소 역할을 하느냐에 따라 NatA에서 NatF까지 그 역할을 나눌 수 있다. 이 가운데, 논문에서 연구하고자 하는 아세틸기전이효소 30 (Naa30)은 촉매소단위체로 보조소단위체인 Naa35와 Naa38과 함께 NatC를 형성한다. 최근 연구들에 의하면, NatC 아세틸기전이효소가 어떤 아미노산 서열에 아세틸화를 일으키는지 밝혀졌지만, 아직 일부에 불과하고 이 효소가 어떤 기능을 하는지 다른 NATs들에 비해 명확히 밝혀지지 않았다. 본 연구에서는 CRISPR/Cas9 시스템을 이용하여 Naa30이 결핍된 유전자 변형 마우스를 제작하여 포유류에서 Naa30의 생물학적 기능을 밝히고자 시도하였다. 이형접합체 마우스끼리 교배를 하여 새끼를 얻었지만, 그 중에 동형접합 유전자변형 마우스는 얻을 수 없었고, 이를 통해 Naa30 유전자가 없게 되면 자연 유산됨을 알 수 있었다. 수정 후 7.5일에서 8.5일 사이에 Naa30결핍 배아는 자연 유산되게 되며, 수정 후 7.5일에서는 형태학적으로 차이가 없지만 8.5일에서는 형태학적으로나 조직학적으로나 차이를 보인다. Naa30 결핍된 수정 후 7.5일 배아는 세포자멸이 증가함을 보이고 8.5일에서는 체절의 분화와 초기 심장 분화에 문제가 있음을 알 수 있었다. 이러한 결과로부터 Naa30 유전자의 부재는 수정 후 7.5일에서 8.5일 사이의 초기 배아에 치명적임을 도출할 수 있고, Naa30이 포유류의 배아발달에 필수적인 요소임을 시사한다.