Functional Characterization of Ubiquitin C-terminal Hydrolase L1

Abstract

UCH-L1은 ubiquitin을 떼어내는 역할을 하는 효소이다. 이 단백질은 신경 조직에 선택적으로 존재하고, 신경 퇴행성 질환 및 암과의 관련성이 보고되어 있다. 이전의 연구에서는 UCH-L1의 몇몇 이성질체가 사람에게서 발견되었다. 본 실험실에서는 UCH-L1이 암 전이에 중요한 역할을 한다는 것을 밝혀내었다. 또한, UCH-L1의 N-terminal 아미노산 11개가 잘린 이성질체가 암 세포 및 신경 세포에서 존재한다는 것을 찾아내었다. 이 N-terminal이 잘린 이성질체 (NT-UCH-L1)는 UCH-L1이 가진 효소 활성을 가지고 있지 않으며 암세포가 전이하는 데에는 영향을 미치지 않았다. NT-UCH-L1은 또한 monoubiquitination되는 특징을 가지고 있다. 본 연구에서는 NT-UCH-L1이 활성 산소종에 민감하게 반응하고, 쉽게 단백질간 이황화 결합에 의해 불용성의 oligomer를 형성한다는 것을 알아내었다. 그러나, 이 불용성의 oligomer는 더 큰 집합체로 축적되지 않고 쉽게 제거되었다. 게다가 과발현된 NT-UCH-L1은 산화적 스트레스로부터 세포를 보호하는 효과를 나타내었고, 이는 산화적 스트레스를 세포에 가했을 때 세포의 성장이 NT-UCH-L1이 과발현되어 있지 않은 세포에 비해 NT-UCH-L1이 과발현된 세포에서 더욱 증가한 것을 통해 알 수 있었다. NT-UCH-L1의 생물학적 특징 중 monoubiquitination이 되는 것의 효과를 연구한 결과, monoubiquitination은 NT-UCH-L1을 안정하게 만들어 여러 스트레스에 의한 단백질 분해를 감소시킨다는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과들을 통해 NT-UCH-L1이 과잉의 활성 산소종을 제거하는 역할을 함으로써 산화적 스트레스에 대한 보호기능을 가지고 있다는 한 가지 가능성을 제시할 수 있다. 본 실험실에서는 UCH-L1의 효소 활성이 암 전이에 중요한 역할을 한다는 것을 밝혀내었고, 이는 UCH-L1 저해제가 암 전이를 저해하는 치료제로 사용될 수 있음을 암시한다. 본 연구에서는 새로운 구조의 UCH-L1 활성 저해제를 찾기 위한 시도를 하였고, 보골지의 성분 중 하나인 bakuchiol이라는 물질이 UCH-L1의 활성을 저해하는 것을 확인할 수 있었다. 구조-활성 관계를 연구한 결과, bakuchiol의 히드록시기가 저해 활성을 나타내는데 중요하다는 것을 알 수 있었다. 또한 탄화수소 chain의 지용성과 유연성이 UCH-L1에 대한 bakuchiol의 저해 활성을 증가시킨다는 것을 알 수 있었다. 하지만, UCH-L1에 대한 더 강한 저해 활성과 선택성을 나타내는 저해제를 개발하기 위해 더 많은 연구가 필요하다.;Ubiquitin C-terminal hydrolase-L1 (UCH-L1) is a deubiquitinating enzyme, selectively expressed in neuronal tissue. It is known to be related to neurodegenerative disease and cancers. Several splicing variants of UCH-L1 were identified in human. Our group has found that UCH-L1 plays a key role in tumor metastasis and that N-terminal truncated isoform of UCH-L1 (NT-UCH-L1) is endogenously expressed in cancer and neuronal cells, and heavily monoubiquitinated. In contrast to UCH-L1, NT-UCH-L1 has no enzymatic activity and does not affect on tumor invasion and metastasis. This study presents that NT-UCH-L1 is significantly sensitive to reactive oxygen species (ROS), easily oligomerized to generate insoluble form linked by intermolecular disulfide bonds. However, the disulfide-linked oligomers of NT-UCH-L1 induced in response to oxidative stress do not convert to aggregates, rather are readily eliminated inside cells. Furthermore, overexpression of NT-UCH-L1 protects cells from oxidative stress, and significantly raised cell survival. Monoubiquitination of NT-UCH-L1 plays a key role to increase the life time of NT-UCH-L1, and protects NT-UCH-L1 from degradation induced by various stresses. These results suggest a possibility that NT-UCH-L1 acts as a scavenger for excess ROS, and has protective functions against oxidative stress. Enzymatic activity of UCH-L1 is important for tumor metastasis and invasion, therefore an inhibitor of UCH-L1 can be used as a metastasis inhibitor. This study attempted to find a new class of UCH-L1 inhibitor. Bakuchiol, a natural product obtained from corylifolia fructus (Psoralea corylifolia L.), showed an inhibitory activity against UCH-L1. Structure activity relationship (SAR) studies revealed that the inhibitory activity was dependant on the hydroxyl group in aromatic ring of bakuchiol. Both lipophilicity and flexibility of hydrocarbon chain also increased the inhibition activity. Further optimization of compounds should be done to develop better potent and selective inhibitory compounds.