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세포질 DNA 를 인식하는 센서

암 치료의 새로운 열쇠가 될 수 있을까?

2024.03.14 | 조회 228 |
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Bi.markey

밝히자, 바이오 세상

📜오늘 우리가 살펴볼 연구는?

 

  • Monticelli, S., & Cejka, P. (2024). DNA sensing and repair systems unexpectedly team up against cancer. Nature, 625(7995), 457–458.

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  • Cho, M. G., Kumar, R. J., Lin, C. C., Boyer, J. A., Shahir, J. A., Fagan-Solis, K., Simpson, D. A., Fan, C., Foster, C. E., Goddard, A. M., Lerner, L. M., Ellington, S. W., Wang, Q., Wang, Y., Ho, A. Y., Liu, P., Perou, C. M., Zhang, Q., McGinty, R. K., Purvis, J. E., … Gupta, G. P. (2024). MRE11 liberates cGAS from nucleosome sequestration during tumorigenesis. Nature, 625(7995), 585–592.

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👉🏻 이번 연구의 시작점

 

우선 아래 그림을 살펴볼까요?

(앞으로 핵, 세포질, DNA 가 계속 언급될 예정이니 각각의 위치를 기억하면 이해하기 편할 거에요😉)

DNA는 어디에 있을까?
DNA는 어디에 있을까?

초등학교 혹은 중학교 시절, 우리 모두 'DNA🧬' 에 대해 들어본 적이 한 번쯤은 있을 거에요.

DNA 란, 우리 몸의 유전 물질로서, 세포 내 핵(nucleus)에 존재해요. 

 

⚠️ 근데 만약 DNA 가 핵이 아니라, 세포질(cytoplasm) 에 존재한다면,  뭔가 잘못되었다는 뜻이에요

 

🤔두 가지 가능성이 있는데 :

  • 첫째는, 감염🦠이 발생하여 세포가 손상되었을 수도 있고,
  • 둘째는, 핵 내 DNA 자체가 손상되었을 수도 있어요.

 


🔓이미 밝혀진 사실들

 

DNA 가 핵이 아니라, 세포질에 존재한다는 것을 어떻게 알 수 있을까요?

그건 바로, "cGAS (Cyclic GMP-AMP synthase)" 를 통해 알 수 있어요

 

🧐cGAS 가 뭐야?

cGAS 는 이름이 의미하는 그대로, cGMP 와 cAMP 를 합성해주는 생성 효소 (synthase) 에요. 이에 더하여, 만약 cGAS 가 미생물 병원체(바이러스, 박테리아 등) 에서 유래한 외부 DNA 와 결합하여 이를 인식하면, 선천성 면역 반응(innate immune response) 를 일으키기도 해요. 그래서 cGAS 를 "DNA 센서🔍" 라고 부르기도 한답니다.

 

🧐cGAS 가 어떻게 면역 반응을 일으킨다는 거야?

출처: https://www.caymanchem.com/news/targeting-cgas-activity-in-the-sting-pathway
출처: https://www.caymanchem.com/news/targeting-cgas-activity-in-the-sting-pathway
위 사진 속 🟥빨간색 박스 에서 일어나는 일을 3단계로 설명해드릴게요 1️⃣ cGAS 가 병원체의 DNA 를 인식하고, 이와 결합하며 형태 변화 발생 2️⃣ cGAS 를 이용해서 ATP + GTP → cGAMP (cyclic guanosine monophosphate-adenosine monophosphate) 합성 3️⃣ cGAMP 가 STING 을 활성화하여, 면역 반응이 일어난다.

 

🧐 잠깐 멈춰! STING 은 또 뭔데?

아까 "cGAMP 가 STING 을 활성화하여, 면역 반응이 일어난다." 라고 설명했는데, 여기서 STING 이란, "Stimulator of Interferon Genes" 의 약자로, 인터페론(IFN) 발현 촉진자라는 뜻이에요

📍인터페론 (interferon, IFN): 사이토카인 (cytokine) 의 일종으로, 다양한 병원체에 대한 면역 반응을 유도하는 물질

 

🙌🏻 이번엔 같은 사진 속 🟦파란색 박스 를 주목해볼까요?

출처: https://www.caymanchem.com/news/targeting-cgas-activity-in-the-sting-pathway
출처: https://www.caymanchem.com/news/targeting-cgas-activity-in-the-sting-pathway

 

STNG 은 인터페론 중에서도, 일반적으로 바이러스에 감염된 세포에서 분비되는 <제 1형 인터페론> 을 생산하여, 친염증성 사이토카인 경로(pro-inflammatory cytokines pathway) 를 활성화시켜 암세포를 파괴합니다.

 


🆕이번 연구에서 새로 밝혀진 사실

: MRE11 이 cGAS 자리를 차지한다구?

 

내에는 MRN 복합체라는 것이 존재합니다

MRE11-RAD50-NBS1 3개의 단백질로 구성되어 있는 단백질 복합체인데요 !

- 이렇게 생겼어요 👇🏻 

출처: https://molecular-cancer.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12943-019-1100-5_
출처: https://molecular-cancer.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12943-019-1100-5_

 

MRN 복합체를 구성하는 단백질 중 하나인 MRE11 은, 핵에 있는 DNA 가 손상되면 이를 인지하여 cGAS 대신 뉴클레오솜(nucleosome) 에 결합합니다

 

조금... 복잡해보이죠? 그림을 보며 다시 보면 이해하기 쉬울거에요!

원래는 핵 안에서 반달 모양의 cGAS 가 뉴클레오솜과 결합해 있는 상태인데요

(이때 cGAS 는 비활성 상태에요! 한 마디로 합성하는 일을 쉬고 있는 중이죠)

 

만약 DNA가 손상되면, 목걸이 모양의 MRN 복합체가 다가와서

반달 모양의 cGAS 는 핵 밖으로 분리되어 나와서, 세포질에서 면역반응을 유도합니다
반달 모양의 cGAS 는 핵 밖으로 분리되어 나와서, 세포질에서 면역반응을 유도합니다

복합체의 MRE11 부분이 뉴클레오솜과 결합하면 cGAS 는 핵에서 세포질로 이동하여 활성화되어, 🟦에서 살펴본 것과 같이 면역 반응을 유도합니다. 

 


☑️앞으로 더 확인해봐야 할 부분들

 

새로 밝혀진 MRE11 의 비밀을 이용해 암 치료의 새로운 길이 열렸지만, 아직 더 확인해봐야 할 부분들이 몇 가지 있어요 !

  • 1️⃣ MRE11 돌연변이

MRE11 은 종양세포를 지속적으로 증식시켜 발암을 유도한다는 것이 확인되었기에, 이에 대한 추가 연구가 필요한 상황이에요

관련 논문 바로가기⤴️

 

  • 2️⃣ cGAS 가 다시 뉴클레오솜에 결합할 수는 없는걸까?

사실 핵 내에는 뉴클레오솜이 한 개만 있는 게 아니에요.

[ 뉴클레오솜 개수 > MRN 복합체 개수 ] 인데,

cGAS 가 뉴클레오솜과 분리되고 MRN 복합체가 그 자리를 대신한다고 해도, 또 다른 뉴클레오솜에 cGAS 가 다시 결합할 수는 없을까요? 그 가능성을 좀 더 연구해볼 필요가 있어요.

 

🖊️작성자: 임다은 (lde030513@konkuk.ac.kr)

 

첫 글을 읽어주셔서 감사합니다

다음 글에서 만나요 ✋🏻 :)

 

🌟밝히자, 바이오 세상🌟


👓 참고자료

 

 

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