후성 유전학적 조절을 돕는 단백질 중 일부 효소는 히스톤 단백질의 번역 후 변형들 간의 상호작용에 의해 활성도가 조절되는 것으로 보고되었습니다. 예를 들어, 유전자 발현과 밀접하게 연관된 히스톤 Lys4 메틸화와 Lys14 아세틸화가 하나의 폴리펩티드 사슬에 동시에 발생하는 경우 (H3K4me-H3K14ac), H3K4me를 탈메틸화하는 LSD1(histone demethylase) 효소의 활성도가 현저히 감소한다고 보고된 바 있습니다. 그러나 세포 수준에서 이러한 기능의 중요성을 명확히 이해하기는 어려웠습니다.

이에 우리 연구팀은 H3K4me-H3K14ac의 시너지 효과가 LSD1의 활성을 억제하면서 여러 유전자 발현을 도울 수 있다는 가설을 세웠습니다. 이를 검증하기 위해, Lys14 아세틸화에 민감하지 않은 돌연변이 형태의 LSD1(Y391K)을 제작하였습니다. Y391K 돌연변이를 K562 세포에 도입한 후 RNA-Seq 분석을 수행한 결과, 돌연변이 K562 세포에서 세포 접착과 관련된 유전자들이 억제되는 현상을 관찰하였습니다. 또한 CUT&RUN 실험을 통해 이들 억제된 유전자 대부분이 cis-regulatory 영역에서 다른 유전자에 비해 높은 수준의 H3K14ac를 보유하고 있음을 확인하였습니다.

이 연구를 통해 히스톤 단백질의 번역 후 번형들 간 상호작용이 세포 내 효소의 생화학적 및 생물학적 기능에 영향을 미칠 수 있음을 제시하였습니다. 앞으로 단백질 디자인을 통한 분자 도구들을 개발하여 이 상호작용들의 중요성을 더 깊이 연구할 계획입니다.