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Keystone Symposia 2019 - Autophagy: From Model Systems to Therapeutic Opportunities 참관기
Keystone Symposia 2019 - Autophagy: From Model Systems to Therapeutic Opportunities 참관기 저자 정현수 (중앙대학교)
등록일 2019.04.09
자료번호 BRIC VIEW 2019-C05
조회 1078  인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
요약문
2019년 2월 17~22일 미국 뉴멕시코주 산타페의 엘도라도 호텔(Eldorado Hotel & Spa)에서 개최된 Keystone Symposia - Autophagy: From Model Systems to Therapeutic Opportunities에 참석하였다. 이 학회에서는 Beth Levine 교수 등 Autophagy 분야의 저명한 인사들의 세미나가 사흘간 이어졌다. 사흘간 아침저녁으로 세미나가 이어졌고, 저녁 식사와 함께하는 social hour에서는 포스터를 보고 가볍게 와인이나 맥주를 마시며 토론을 할 수 있는 시간이 있었다. 이번 Keystone symposia는 약 30여 개국에서 300여 명의 연구자들이 참여하여 서로 의견을 나눌 수 있는 좋은 기회였다.
키워드: Keystone, Autophagy, Selective autophagy
분야: Molecular_Biology, Cell_Biology
목차

Ⅰ. 산타페 기후 및 교통
Ⅱ. 주요 발표 내용
  1. 2월 18일 주요 내용
   1) Keynote Address - A View from Metazoan Studies
   2) Autophagy Fundamentals
   3) mTOR, AMPK, TFEB – Relationship to Autophagy and Other pathways
  2. 2월 19일 주요 내용
   1) Membrane Trafficking and its Role in Autophagy
   2) Autophagy Regulation and Processes
  3. 2월 20일 주요 내용
   1) Autophagy, Proteostasis and Organellar Homeostasis
   2) Autophagy in Aging, Degenerative, and Inflammatory Disease
  4. 2월 21일 주요 내용
   1) Autophagy in Metabolism, Growth Control and Cancer
Ⅲ. 총평


Ⅰ. 산타페 기후 및 교통

산타페는 뉴멕시코주의 주도임에도 불구하고, 교통이 상당히 불편하여 산타페 공항으로 가는 비행기 편은 많지 않다. 따라서 오히려 앨버커키(Albuquerque)를 통해 들어가서 셔틀을 타고 1시간 정도 들어가는 편이 낫고, 학회 측에서도 앨버커키 공항을 통해 오는 것을 추천하고 있었다. 산타페를 가기 위해 샌프란시스코를 경유하였는데, 올 때는 2시간 정도 공항에서 대기하였으나, 갈 때는 경유 시간이 길어 샌프란시스코에서 스탑오버하여 하루 정도 시간을 보냈다.


샌프란시스코 Golden gate view point에서 바라본 금문교의 모습
< 샌프란시스코 Golden gate view point에서 바라본 금문교의 모습 >


뉴멕시코주의 주도인 산타페는 해발 2,000미터 이상의 고지대에 위치해 있으며, 대체적으로 건조한 기후를 갖고 있다. 기온은 우리나라 온도에 비해 여름에는 조금 덜 덥고, 겨울에는 조금 덜 추운 편인데, 이번 겨울에는 평년 기온에 비해 약간 추웠다. 캐나다에서부터 내려오는 로키산맥의 끝자락에 위치하고 있어, 북쪽과 동쪽으로는 만년설이 덮인 산의 모습이 보이고, 서쪽으로는 사막의 지평선이 보인다. 가장 좋았던 점은 하늘이 대체로 맑고 굉장히 깨끗해서, 나중에 한국에 와서 심한 미세먼지를 보니 산타페의 하늘이 상당히 그리웠다. 산타페는 푸에블로 인디언의 어도비 건축 스타일이 남아 황토색으로 되어있는 낮은 건물들이 주로 보이고, 멕시코 음식을 파는 가게가 많았다. Keystone 학회는 오전 세미나 이후 5시부터 이어지는 세미나까지 특별한 행사가 없는데, 산타페는 스키 타는 것 이외에는 딱히 즐길 만한 것들은 많지 않다. 대신 산타페는 미술이 유명하여 예술가들이 모여 있는 거리가 많고, 갤러리나 박물관이 많이 있다.


산타페에 위치한 한 상점
< 산타페에 위치한 한 상점. 산타페의 건물은 대부분 비슷한 양식을 갖고 있다. >


Ⅱ. 주요 발표 내용

1. 2월 18일 주요 내용

1) Keynote Address - A View from Metazoan Studies

Keystone 학회의 첫날은 등록과 Welcome Mixer만 있고, 실질적인 Symposia의 시작은 둘째 날인 월요일에 시작된다. 오전 8시 organizer인 Voho Deretic 교수의 개회사로 시작되고 바로 Keynote address가 시작되었다.


Voho Deretic 교수의 개회사
< 300여명의 참가자들이 참여한 이번 Keystone 학회는 홀이 가로로 넓었기 때문에 두 개의 스크린사이에서 강연자가 세미나를 진행하였다. Organizer인 Voho Deretic 교수의 개회사를 듣고 있다. >


이번 Keystone 학회의 Keynote address는 2019년 Cell에 Autophagy gene의 function에 관한 review 논문을 냈던 autophagy 분야의 저명한 연구자 Beth Levine 교수의 세미나였다. Beth Levine 교수는 yeast two hybrid를 통해 포유류의 brain library에서 Bcl-2 interacting protein으로 동정한 Beclin 1이 Autophagy를 조절하는 주요한 regulator라는 것을 밝혔다. Beclin 1은 두 개의 PI3K complex, C1과 C2 모두에 포함되어 있는데, Levine 교수는 기존에 autophagy에 관련되어 있다고 알려져 있는 C1 이외에 C2가 autophagy를 조절하는 기능을 추가적으로 밝혔다.

Levine 교수는 이번 학회에서 PI3K complex C2의 autophagic function 중 innate immune과 energy homeostasis에 대해서 발표하였고, 추가적으로 연구원들이 포스터 발표를 통해 이외의 내용들도 발표하였다.

Levine 교수는 우선 Innate immune에 Autophagy가 어떻게 관여하는지 확인해보기 위해 Genome-wide siRNA screening을 진행하여 virus-induced autophagy와 일반적인 autophagy 간의 차이점을 확인하였다. 이를 통해 Sorting nexin 5(SNX5)가 쥐에서 여러 종류의 바이러스 (sindbis, HSV-1, zika poliovirus 등)의 감염을 막는 데 중요한 역할을 한다는 것을 확인할 수 있었다. SNX5는 PI3K-C2 complex와 interaction을 하고, SNX5의 BAR domain은 mTOR inhibition이나 starvation 상황이 아니라 viral infection시 PI3P generation에 필요하다는 것을 확인하였다. 또한 SNX5-dependent WIPI2 puncta가 viral infection 시 endosome과 co-localize한다는 점을 통해 SNX5가 virus-induced autophagy에 중요한 regulator라는 것을 밝혔다.

mice를 운동을 시키면 energy homeostasis를 위해 autophagy가 증가하는데, Beclin 1 +/- mice에서는 증가하지 않았다. TLR9은 TIR domain을 통해 Beclin 1과 interaction 하는데, 이 interaction은 glucose starvation 시 증가했다. 또한, Tlr9 KI mice를 treadmill에서 exercise 시키면 muscle에서 Tlr9-Beclin 1 interaction 증가하는데, spleen에서는 증가하지 않았다. TLR9은 exercise 동안 skeletal muscle에서 Beclin 1/UVRAG complex의 assembly를 조절하며, 이 complex는 glucose starvation-induced AMPK activation에 중요하다. 따라서 autophagy 하위 단계의 TLR9이 AMPK를 activation 시켜 autophagy를 유지하는 feedback loop가 형성된다는 사실을 확인하였다.

결과적으로 Levine 교수는 PI3KC3-C2 complex의 beclin1은 autophagy를 조절하여 innate immune과 energy homeostasis에 관여한다는 점을 밝혔다.

2) Autophagy Fundamentals

Different forms of selective autophagy – Ana Maria Cuervo
Cuervo 교수는 일반적으로 많이 알려져 있는 macroautophagy 이외에 lipophagy, glycophagy, mitophagy, aggrephagy, chaperone-mediated autophagy(CMA) 등 여러 selective autophagy에 대해서 설명하였는데, CMA의 physiological role을 자세히 알아보기 위해서 human proteomic analysis를 진행하였다. CMA는 Hsc70/co-chaperones이 KFERQ motif를 인식하여 complex를 lysosome으로 유도하여 autophagy를 일으킨다. Cuervo 교수는 human proteome 내에서 KFERQ motif의 분포를 분석함으로써, CMA에 의한 target 단백질을 예측하고, 이를 통해 CMA의 중요성을 이야기하였다. KFERQ targeting motif는 human proteome에서 45.98% 포함하고 있었는데, 단순히 여기서 그치는 것이 아니라 motif에 나타날 수 있는 여러 PTM에 의한 인지의 변화 역시 예측하였다. 예를 들어 Serine(S)의 phosphomimic form이 Glutamic acid(E)이며, Lysine(K)의 acetylmimic form이 Glutamine(Q)라는 것을 고려하여, KFSRQ와 KFERK motif의 분포를 분석하니 각각 human proteome에서 20.31%, 9.17%를 포함하고 있었다. 또한 mouse와 drosophila에서도 비슷한 구성으로 갖고 있다는 점을 통해, CMA가 여러 animal에서 중요한 역할을 가질 것임을 예측하였다.

Selective autophagy mediated by both sequestosome 1/p62-Like receptors and mitophagy receptors – Terje Johansen
Sequestosome 1/p62-Like receptors(SLR)에는 p62, NBR1, NDP52, TAX1BP1, OPTN 등이 존재하는데, p62를 비롯한 SLR은 LIR motif에 의한 ATG8 family와의 interaction을 통해 phagophore를 형성한다. 여분의, 손상된 혹은 dysfunctional mitochondria를 제거하는 mitophagy는 가장 중요한 selective autophagy 중 하나이다. Johansen 교수는 p62가 mitophagy receptor 중 하나인 SAMM50와 함께 mitochondrial contact site and cristae organizing system (MICOS) complex와 interaction하여 mitophagy에 관여한다는 사실을 발표하였다.

A selective ER-phagy exerts procollagen quality control via CALNEXIN-FAM134B complex - Chiara De Leonibus
Bone formation 시 misfolded procollagen(PC)는 ER에서 인식되어 autophagy에 의해 lysosomal degradation 된다. Leonibus 교수는 이때 calnexin이 lysosome으로 PC를 delivery하는데 필요하다는 사실을 발표하였다. Calnexin은 ER-phagy receptor FAM134B와 complex를 이뤄서 autophagy를 통한 endogenous procollagen의 quality control에 관여하였다. FAM134B는 LC3와 binding하여 calnexin과 procollagen을 포함하는 ER을 lysosomal degradation으로 유도하였다.

Exploring proteome homeostasis mechanisms using quantitative proteomics - J. Wade Harper
Harper 교수는 neuron에서 Parkin-dependent mitochondrial ubiquitylation이 induction된다는 사실을 확인하였다. 그는 neuron에서 quantitative pathway mapping을 하기 위해 ES cell에서 PINK1 kinase와 PARKIN의 mutation을 genome-edit한 뒤 neuron으로 분화시켰다. Harper 교수는 Ubiquitin의 S65 phosphorylation이 mitochondrial depolarization 시 주요한 phosphorylation event라는 것을 확인하였다. 또한 이외에도 약 10,000개의 phosphorylation site가 quantified되었고, parkin의 substrate 동정하였다. 결과적으로 ubiquitin의 hyperphosphorylation이 mitophagy receptor recruitment를 저해하며, ubiquitin phosphorylation은 PARKIN recruitment를 조절하는 데 중요하다는 사실을 밝혔다.

3) mTOR, AMPK, TFEB – Relationship to Autophagy and Other pathways

Molecular mechanisms of lysosomal mTORC1 regulation by cellular lipids - Roberto Zoncu
Cell이 nutrient를 인지하는 molecular mechanism은 아직 명확히 알려지지 않았다. Nutrient sensing과 growth regulation에서 가장 중요한 단백질 중 하나는 mechanistic Target of Rapamycin Complex 1 (mTORC1)인데, Zoncu 교수는 mTORC1이 중요한 lipid 중 하나인 cholesterol을 인지하는 방법에 대한 연구를 발표하였다. Cholesterol deficient cell에 cholesterol을 처리하면 mTORC1이 lysosome의 표면으로 recruit되어 kinase activity를 보이며, 이때 mTORC1과 lysosomal surface 사이에서 bridge 역할을 하는 Rag GTPase가 필요하다는 사실을 밝혔다. 이러한 mTORC1에 의한 cholesterol sensing은 metabolic pathogenesis와 neurodegenerative disease인 Niemann-Pick type C 등에서 주요하게 작용하였다.

Signal regulation of autophagy initiation - Wei Liu
Autophagy는 physiological process에 중요한 역할을 하며, autophagy deficient는 multicellular organism의 disease와 관련이 있다. 하지만 어떻게 세포가 autophagy를 작동시키고, 이를 조절하는 신호를 인지하는지에 대해서는 아직 명확히 알려지지 않았다. Liu 교수는 mTORC1가 기존에 ULK1을 통한 autophagy 저해 기능 이외에도, isolation membrane의 growth와 elongation에 중요한 WIPI2의 Serine 395 phosphorylation을 통해 WIPI2와 E3 ubiquitin ligase HUWE1의 interaction을 조절하고, WIPI2의 proteasomal degradation을 유도하여 autophagy를 저해한다는 사실을 밝혔다. Liu 교수는 추가적으로 이전까지 알려지지 않았던 PICK-III activation의 새로운 기능을 포함한 autophagy 시작 신호 조절에 대한 연구를 진행하였는데, 이때는 cell metabolism 조절에 관여하는 여러 가지 core kinase, acetyltransferase와 deacetylase에 의한 pathway가 관여한다는 사실을 발표하였다.

AMPK and ULK1: Two critical kinases in autophagy initiation - Reuben J. Shaw
최근 AMPK가 autophagy, mitochondrial fission과 mitochondrial biogenesis를 촉진하여 mitochondrial health를 유지한다는 사실이 밝혀졌다. Serine/threonine kinase ULK1은 주요한 AMPK의 target이며 starvation-induced autophagy에서 주요한 역할을 한다. Shaw 교수는 KrasG12D non-small-cell lung cancer (NLCLC)에서 AMPK를 deletion하면 lung tumor growth가 저해되고, lung tumor burden을 감소시킨다는 사실을 확인하였다. ULK1은 lysosome의 induction을 통해 KrasG12D-dependent lung cancer의 growth를 촉진하였다. Shaw 교수는 tumor survival에 AMPK와 autophagy가 필요하며, 특히 tumorigenesis 동안 metabolic stress에서 살아남기 위해 AMPK와 ULK1의 activity가 중요하다는 내용을 발표하였다.

2. 2월 19일 주요 내용

1) Membrane Trafficking and its Role in Autophagy

Multiplex CRISPR/Cas9 Library screens targeting autophagy networks - Ivan Dikic
Dikic 교수는 autophagy flux에서 작용하는 synthetic gene pair를 동정하기 위해 1개의 clone에서 2개의 gene을 targeting하는 guide RNA clone을 이용한 CRISPR/Cas9 library를 제작하여 세포에 처리 후 NGS와 demultiplexing을 통해 분석하였다. 뿐만 아니라 이 library를 이용하여 FACS-based positive screen을 통해 autophagy flux에 관여하는 gene pair를 동정하였다. 이를 통해 autophagy induction에 필요한 597개의 synthetic gene interaction을 발견할 수 있었다. 이 연구에서 사용한 FACS screening이 기존 GFP-LC3-RFP-LC3ΔG 방식이나 RFP-GFP-LC3에 비해 쉽고 powerful한 방법으로 보였는데, 기존과는 조금 다른 방식인 것 같아 연구가 발표되어야 그 방법을 확인할 수 있을 것 같다.

Evolution of the ATG12 Conjugation System - Noboru Mizushima
Autophagosome formation에서 알려진 2가지 conserved ubiquitin-like system은 ubiquitin-like Atg12와 Atg8이 각각 Atg5와 phosphatidylethanolamine(PE)에 conjugation하는 것이다. Atg12-Atg5 conjugate는 E3 ligase로 작용하여 Atg8과 PE의 conjugation을 유도한다. 일반적으로 ubiquitin-like protein은 여러 substrate과 binding하여 작용하는 것으로 알려져 있는데, Atg12는 오직 Atg5와만 특이적으로 conjugation하며 deconjugation reaction도 알려지지 않았다. Mizushima 교수는 ATG12의 covalent linkage에 필요한 E2인 Atg10과 Atg12의 C 말단의 glycine이 없는 apicomplexan parasite Plasmodium과 Toxoplasma, 그리고 Komagataella phaffii를 비롯한 yeast에서 여전히 Atg12가 Atg5와 non-covalent하게 complex를 형성한다는 사실을 확인하였다. 이러한 non-covalent complex 역시 Atg8과 PE의 conjugation을 촉진할 수 있었다. 따라서 Atg12와 Atg5의 linkage는 꼭 covalent일 필요는 없으며, 이러한 ubiquitin-like covalent conjugation은 target의 개수가 더 적은 간단한 non-covalent interaction에서부터 진화되었을 가능성이 있고, 따라서 Atg12가 Atg5와만 특이적으로 conjugation 하는 현상을 설명하였다.

How autophagy defends the cytosol against invading bacteria - Felix Randow
Autophagy는 bacterial invasion으로부터 cytosol을 보호하는 역할을 한다. 이때 ULK complex가 anti-bacterial autophagy에 필요한 역할을 하는데, Randow 교수는 NDP52가 FIP200과 결합하여 ULK complex를 salmonella로 recruit한다는 사실을 확인하였다. Cargo receptor NDP52는 cytosol-invading bacteria에 TBK1과 ULK complex를 recruit하여 anti-bacterial autophagy를 시작하고, 이를 통해 bacterial invasion으로부터 세포를 보호하는 데 중요한 역할을 하였다.

p62 phase Separation in regulation of autophagy - Li Yu
Li Yu 교수는 최근 p62가 liquid와 같은 특징을 갖는 droplet을 형성한다는 사실을 확인하였다. 이들은 K63 polyubiquitin chain을 추가함으로써 p62 droplet을 phase separation하여 분석하였다. 그 결과 ULK1, Atg14L 등은 autophagy 동안 p62 droplet에 colocalize한다는 사실을 확인하였다. 또한 p62 KO cell에서는 starvation에 의한 ULK1의 Atg14 phosphorylation이 감소하며, p62 phase separation은 phosphorylation을 비롯한 여러 post-translational modification에 의해 조절된다는 사실을 확인하였다. 또한 p62의 autophagy 조절 기능은 cell type에 specific하게 다르게 나타날 수 있다는 내용을 발표하였다.

2) Autophagy Regulation and Processes

Initiation of Autophagosome formation - Sharon A. Tooze
WD interacting with phosphoinositides(WIPIs) 중 WIPI2는 autophagy에 필요하며, WIPI4는 WIPI2 이후에 recruit되어 WIPI2의 기능을 조절한다고 알려져 있다. WIPI2의 isoform a-d 중 b와 d는 starvation 이후 membrane에 recruit 되며, a와 b는 mTOR phosphorylation site를 포함하고 있다. Tooze 교수는 autophagy에서 WIPI2의 기능을 연구하였는데, WIPI2를 knockdown하면 autophagy가 저해되었다. WIPI2는 Atg12-Atg5-Atg16L1과 interaction하며 colocalize하는데, ULK1 complex에 의한 WIPI2 S68 phosphorylation이 WIPI2와 Atg16L1 puncta를 감소시키며, autophagosome 형성을 저해하였다. 또한 S284 phosphorylation은 WIPI2의 membrane association을 조절하며 mTOR의 target인 S395 phosphorylation을 조절한다는 사실을 통해, ULK1 complex에 의한 WIPI2의 phosphorylation이 여러 residue에 일어날 수 있으며, 각각의 다른 phosphorylation이 다른 기능을 통해 autophagy에 관여한다는 내용을 발표하였다.

Depeltion of Acetyl-Coenzyme A by starvation inhibits mTORC1 pathway via EP300 - David C. Rubinsztein
Rubinsztein 교수는 Leucin sensor가 metabolism과 autophagy에 끼치는 영향에 대해 연구하였다. Leucine을 Acetyl CoA로 전환시키는 cascade에 포함되어 있는 enzyme인 Methylcrotonyl-CoA carboxylase 1 (MCCC1)을 inhibition하면 HeLa cell에서 mTORC1이 저해되었다. Leucine-MCCC1은 HeLa cell에서 Acetyl-CoA level을 조절하며, MCCC1 knockdown에 의한 mTOR signaling과 lysosomal localization이 leucine-Acetyl-CoA cascade에서 MCCC1의 하위의 metabolite에 의해서 rescue된다는 점을 통해 Leucine에서 전환되는 Acetyl-CoA가 autophagy에서 중요하다는 사실을 확인하였다. mTORC1 signaling에서 Acetyl-CoA를 이용하는 주요 effector는 EP300인데, Amino acid starved cell에서 EP300 activator는 mTORC1 activity를 rescue시켰다. Amino acid와 EP300는 Raptor K1097을 acetylation시키며, Raptor acetylation은 Rag protein과의 interaction을 조절한다. 따라서 EP300이 Leucine의 metabolism을 통해 생성된 Acetyl-CoA를 이용해 RapTor K1097을 acetylation 시키는 것이 mTOR signaling에 중요하며, amino acid starvation 상황에서는 이 acetylation이 감소하여 autophagy가 유도된다는 내용을 발표하였다.

Autophagy regulation by galectins during membrane damage homeostasis - Vojo Deretic
Galectin은 lectin family의 일원으로, glycoprotein과 glycolipid를 galactose와 함께 인지한다. Galectin은 cell adhesion, migration과 death, inflammation 등의 상황에서 extracellular function에 관여하지만, 그 intracellular function이 아직 알려지지 않았다. Deretic 교수는 membrane repair, removal과 replacement (MERET)에서 galectin의 역할을 규명하였다. galectine에 의해 인식되는 lysosomal damage가 lysosome에서 galectin-8(Gal8)과 mTOR의 association을 유도하는데, Gal8은 Ragulator-Rag signaling machinery를 통해 mTOR activity를 저해하고, Gal9은 lysosomal injury에 따라 AMPK를 활성화시켰다. 두 system은 각각 autophagy와 Mycobacterium tuberculosis에 대한 면역 과정을 포함한 downstream effector로 수렴되었다. 결국 galectin-based signal transduction system, GALTOR는 lysosomal damage 상황에서 mTOR를 조절하여 MERET를 조절할 수 있다는 사실을 확인하였다.

3. 2월 20일 주요 내용

1) Autophagy, Proteostasis and Organellar Homeostasis

Autophagy in tissue growth and tumor development - Kevin M. Ryan
Ryan 교수는 Autophagy와 tumor initiation 간의 상관관계를 mouse model을 통해 연구하였다. Pten deficient mice는 hepatocellular carcinoma를 유발하고, Atg7 deficint mice는 liver adenoma를 유발하는데, Pten depletion mice에 ATG7 loss가 일어나면 life span이 감소하고, tumor 형성이 가속화되었다. 반대로 ATG7 deficient mice에 Pten loss가 일어나도 life span이 감소하고 autophagy induced hepatomegaly와 autophagy induced satellite cell과 fibrosis를 가속화하였다. Autophagy deficient liver에서는 YAP과 TAZ가 accumulate되고, functional해지면서 Hippo pathway가 활성화된다는 사실을 확인하였다. 또한 autophagy-deficient liver에서는 hepatocyte regeneration이 일어나지 않는다는 사실을 통해, autophagy가 tumor growth와 development에 중요하다는 내용을 발표하였다.

System-wide profiling of mitotic aging reveals pro-aging functions of the autophagy machinery - Martin Graef
Graef 교수는 cell aging에서 autophagy의 역할을 관찰하기 위해 실험을 계획하였는데, 일반적인 상황에서는 cell이 mitosis가 일어나면서 계속 새로운 daughter cell이 생기는 문제가 있었다. 이를 극복하기 위해 Graef 교수는 Synthetic biology-aged daughter extinction program을 통해 새로 생겨난 daughter cell에서는 더 이상 mitosis가 일어나지 않도록 수정한 뒤 cellular aging을 관찰하였다. 그 결과 Mitotic aging은 autophagy core component에 영향을 주었다. 이러한 autophagy component들로 epistasis-based clustering을 진행하였더니, ATG17-31, ATG32 deficiency가 mitophagy와 관련이 있었다. 그 중 ATG32는 mitophagy를 증가시키고, mitochondria의 생합성을 막았으며, ATG32를 depletion하면 longevity가 증가한다는 내용을 발표하였다.

2) Autophagy in Aging, Degenerative, and Inflammatory Disease

Regulation of Autophagy in aging and disease - Malene Hansen
Hansen 교수는 C. elegans에서 autophagy와 aging을 관찰하였다. WT의 C. elegans에서는 나이가 들수록 Atg8 puncta가 증가하였고, 모든 tissue에서 active한 autophagy activity는 일반적으로 나이가 들수록 감소하였다. Macroautophagy를 조절하는 많은 과정들은 longevity에 영향을 준다. 약한 heatshock은 C. elegans에서 autophagy-related gene의 전사를 증가시켜 autophagy를 유도하고, 이를 통해 stress에 대한 저항성, longevity, proteostasis 등의 영향이 나타났다. 이러한 heatshock induced autopahgy에서는 p62가 중요한 역할을 하였는데, p62를 과발현하면 C. elegans의 lifespan이 증가하고, ubiquitinated protein 혹은 organelle이나 aggregates가 감소하였다. 또한 Hansen 교수는 autophagy regulation mechanism에 대한 연구를 추가적으로 발표하였다. hippo kinase STK3/STK4에 의한 LC3B phosphorylation은 autophagy completion에 필요한데, LC3B phosphomimic mutant를 이용한 mass spectrometry를 통해 FYCO1이 LC3B의 binding partner 라는 것을 확인하였다. LC3B phosphorylation은 FYCO1-LC3B interaction을 방해하고, 이는 trafficking defect를 유도하여 starvation induced autophagosome의 perinucelar positioning을 막았다. LC3B의 phosphorylation inhibition은 FYCO1과 LC3B의 결합을 강하게 하여 autophagy block을 떠나지 못하게 막는다는 사실을 통해 LC3B의 phosphorylation이 autophagy 조절에 중요하다는 사실을 확인하였다.

ULK/Atg1 function: From development to disease - Mondira Kundu
ULK1이나 ULK2를 각각 knockout시킨 mice는 모두 normal lifespan을 갖지만, ULK1/2 double knockout mice는 perinatal mortality를 보였다. ULK1/2의 기능을 알아보기 위해 ULK1/2 conditional double knockout mice를 제작하여 관찰하였더니 근육에서 starvation-induced autophagy에 defect를 갖고 있다는 사실을 확인했다. 이 mice를 병리조직적으로 관찰해보니 mutant VCP를 발현하는 mice와 비슷한 결과가 나타났다. VCP는 cytoplasm 주변 stress granule constituents의 dynamic exchange에 중요한 단백질이다. Endogenous ULK1/2 역시 stress granule에 위치하고 있었으며, ULK1/2를 inhibition하면 stress granule의 resolution에 문제가 생겼다. ULK1/2나 VCP를 knockdown하면 stress granule의 persistence가 초래된다는 점을 통해 ULK1/2와 VCP가 상관관계가 있다는 점을 추측할 수 있었다. 또한 stress granule을 유도하는 stressor에 의해 ULK1/2와 VCP 간의 interaction이 증가한다는 사실을 확인하였다. VCP는 ULK1/2에 의해 phosphorylation되며, 이는 효과적인 stress granule disassembly에 필요했다. ULK agonist는 disease에 의한 비정상적인 stress granule의 resolution을 촉진하는데, phosphor-defective VCP mutant mice는 이러한 ULK agonist의 effect에 저항성을 갖고 있었다. Mice에서 ULK1/2에 의한 VCP phosphorylation이 일어나지 않으면 IBM의 development가 나타난다는 사실을 확인할 수 있었다.

Role of autophagy and autophagy genes in infection, inflammation and immunity - Herbert W. Virgin
Virgin 교수는 Infection에서 autophagy gene의 기능을 알아보기 위해 특정 ATG gene을 제거하였는데, 그 중 beclin 1과 FIP200을 deletion시켰을 때 L. monocytogene에 대한 저항성을 증가시켰다. Beclin 1 mutant mice에서 IFNγ는 macrophage activation에 필요하며, ATG gene mutant mice의 L. monocytogenes에 대한 저항성은 IFNγ에 의존적이었다. Beclin 1 mutant mice에서는 bacterial microbiome에 의한 autophagy activation이 비정상적으로 조절되었으며, 이 효과 역시 IFNγ에 의존적이었다. Myeloid cell에서도 ATG gene의 deletion은 S. aureus pneumonia에 대한 저항성을 보였다. Virgin 교수는 IFNγ induced INS expression을 저해하는 유전자들을 whole genome CRISPR screen을 통해 분석하여 IFNγ activation의 regulator 중 UFM1-conjugation system의 일원인 UFC1을 동정하였다. UFC1 deficient cell에서는 IFNγ response가 증가하였고, 이는 ER-stress mediator, ERN1에 의존적이었다. UFC1 deficient cell은 murine norovirus에 대한 IFNγ 의존적인 방어 기작이 증가되었다.

4. 2월 21일 주요 내용

1) Autophagy in Metabolism, Growth Control and Cancer

Autophagy maintains host and Tumor metabolism and an anti-cancer immune response - Eileen P. White
Host mouse의 autophagy는 tumor growth를 촉진한다. Host autophagy에 의해 생겨난 circulating nutrient는 tumor growth를 촉진하는데, Atg7 deletion mouse는 circulating metabolite에 변화가 생겨 white adipose tissue, liver glycogen과 근육의 점진적인 loss가 생긴다. White 교수는 Atg5와 Atg7을 deletion 시킨 mice에서 여러 종류의 tumor의 성장이 저해된다는 사실을 발표하였다. Tumor는 arginine synthesis에 필요한 argininosuccinate synthase가 발현되지 않아 arginine auxotrophs한데, host의 autophagy가 일어나지 않으면 circulating arginine이 감소하였다. 또한 autophagy loss는 arginine-degrading enzyme, Arginase I을 liver에서 분비시켜 serum의 arginine을 분해시켰다. 또한 Autophagy-deficient host는 anti-tumor T cell response를 촉진시키며, stimulator of interferon genes (STING)이 활성화되었다. 이를 통해 autophagy가 metabolism과 immune response 모두에 관여하며, 이 mechanism이 tumor growth에 모두 필요하다는 사실을 확인할 수 있었다.

VPS34 and Autolysosomal regulation - Beat Nyfeler
Nyfeler 교수는 VPS34 inhibitor인 PIK-III를 이용하여 실험을 진행하였다. PIK-III는 autophagy를 강하게 저해하는데, 이 PIK-III의 physiological effect를 보기 위한 실험들을 진행하였다. Nyfeler 교수는 shRNA screening을 통해 RKO cell이 VPS34 의존적인 세포주라는 것을 확인하여 RKO cell에서 실험을 진행하였다. PIK-III는 RKO cell의 proliferation을 조절하였고, 또한 mitochondrial respiration을 억제하였다. RKO cell의 proliferation은 Beclin-UVRAG-Rubicon complex의 VPS34에 의존적이었다. RKO cell에서 PIK-III sensitivity가 강하게 나타나는 이유를 확인해보기 위해 CRISPR-Cas9 screening을 진행하였다. RAB7A는 PIK-III treatment에 의한 RKO cell growth와 mitochondrial respiration defect를 rescue시켰다. PIK-III는 RAB7A dependent하게 cholesterol biosynthesis gene의 발현을 유도하였고, LDL의 uptake를 저해하였다. 또한 PIK-III는 LDL receptor의 lysosomal degradation과 transferrin receptor의 lysosomal degradation을 촉진하였다. PIK-III treated RKO cell의 growth와 respiration의 defect는 과도하게 처리한 iron에 의해 호전되었다. Nyfeler 교수는 이를 통해 VPS34의 inhibition이 LDL receptor나 Transferrin receptor 등의 endolysosomal degradation을 촉진하여, 세포가 key nutrient인 cholesterol이나 iron을 흡수하지 못해 starvation 상황이 된다는 사실을 밝혔다.

Autophagy and metastatic colonization - Jayanta Debnath
Debnath 교수는 autophagy가 tumor cell의 metastasis에서의 역할을 알아보기 위해 Polyoma middle T mammary cancer (PyMT) cell에서 inducible autophagy regulator, Atg12와 Atg5의 deletion system 제작하였다. PyMT cell에서 ATG deficient는 macrometastatic outgrowth를 증가시켰다. ATG deficient PyMT는 초기 metastatic colonization 동안 proliferation이 증가하였고, primary tumor growth가 촉진되었다. 또한 autophagy deficient tumor cell은 그 지역이나 전이된 지역에서 recurrence가 증가한다는 사실을 확인하였다. Debnath 교수는 autophagy deficient와 tumor의 molecular mechanism을 조금 더 분석하였는데, autophagy deficient cell에서는 selective autophagy cargo receptor가 accumulation되며, 이는 p62, NBR1과 OPTN 등의 pro-tumorigenic signal을 유도한다는 사실을 확인하였다. PyMT tumor cell에서 autophagy를 inhibition하면 NBR1과 p62가 accumulation 되는데, 이 중 NBR1은 과발현될 시 metastatic colonization을 증가시켰다. NBR1 depletion은 autophagy inhibition의 pro-metastatic effect를 반전시켰고, NBR1의 발현 증가는 human breast cancer에서 생존율 감소와 연관성이 있다는 사실을 통해 autophagy가 tumor metastasis에 중요한 역할을 갖고 있다는 내용을 발표하였다.

Ⅲ. 총평

우선 개인적으로는 돌아오는 비행기가 다음날 새벽에 있어 전날 미리 앨버커키로 이동하는 바람에 마지막 세션인 autophagy from model systems to humans를 듣지 못한 것이 아쉬웠다. 앨버커키 공항에서 산타페까지는 1시간이 조금 넘게 걸리기 때문에, 여러 명이 가서 차량을 렌트해서 움직인다면, 시간을 더 자유롭게 사용할 수 있었을 것이다.

이번 Keystone 학회의 참석 목적은 autophagy를 더 공부하고, 앞으로의 실험에 내용을 적용하여 앞으로의 연구 내역을 보완하는 것이었다. 원래 epigenetic 분야에서 autophagy가 조절되는 현상을 연구하고 있을 뿐 autophagy가 전공이 아니었기 때문에, 사실 이번 학회는 상당히 어렵게 느껴졌다. Macroautophagy 정도만 혼자 공부하고 있었던 내게 이번 학회는 autophagy에 대한 견문을 넓힐 수 있는 아주 좋은 기회였다. 현재 Autophagy 분야에서는 selective autophagy를 특이적으로 조절하는 cargo에 대한 연구가 많이 되고 있었고, autophagy의 in vivo에서의 기능을 더 자세히 연구하고 있었다. 특히 aging이나 tumor, immune system에서의 역할에 대해 많이 연구가 되고 있었고, autophagy signal을 인식하는 sensor나 metabolism cascade의 영향 등 autophagy를 조금 더 심화적으로 이해하려는 연구들이 진행되었다. 현재 여러 분야에서 많이 적용되고 있는 shRNA나 CRISPR-Cas9 based screening을 통해 더 자세한 molecular mechanism을 분석하는 연구들도 많이 진행되고 있었다. Autophagy는 단순히 recycling을 하는 것이 아니라 energy homeostasis와 여러 signaling pathway를 통해 tumor와 aging을 조절하고, selective autophagy를 통해 immune response를 하는 등 여러 physiological 역할을 갖고 있기 때문에, autophagy를 여러 질환에서 더욱 중요한 therapeutic target으로 접근할 수 있다는 생각이 들었다.

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정현수(2019). Keystone Symposia 2019 - Autophagy: From Model Systems to Therapeutic Opportunities 참관기. BRIC View 2019-C05. Available from http://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=report&id=3202 (Apr 09, 2019)
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