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암의 발생 및 진행 과정에서 EMT를 규정하는 조절 네트워크
암의 발생 및 진행 과정에서 EMT를 규정하는 조절 네트워크 저자 송경진 (한국생명공학연구원)
등록일 2015.04.20
자료번호 BRIC VIEW 2015-R07
조회 12177  인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
요약문
상피간엽이행(EMT, epithelial to mesenchymal transition)은 상피세포의 성질로부터 간엽세포의 성질로의 전환을 뜻하는 것으로 이러한 세포 성질의 유동성이 발달과정 중에는 필수적이긴 하나 암의 진행과 관련해서는 세포의 의도치 않은 현상으로 여겨진다. 세포의 EMT 관련 재프로그래밍은 다양한 조절 네트워크에서의 변화뿐만 아니라 이들 네트워크 간의 긴밀한 상호작용과도 밀접한 연관이 있다. 조절된 상피 균형의 장애는 전사(transcription) 및 번역(translation) 기작, 비번역 RNA (non-coding RNA)의 발현, 유전자의 선택적 스플라이싱(alternative splicing), 그리고 단백질 안정성 등을 포함하여 여러 조절 단계에서의 변화를 통해 발생된다.
키워드: EMT, MET, regulatory networks, cancer
분야: Cancer Biology/Oncology, Cell_Biology

본 자료는 Regulatory networks defining EMT during cancer initiation and progression. Nat Rev Cancer 2013; 13(2): 97-110 의 논문을 한글로 번역, 요약한 자료입니다.

목차

1. 본문
  1.1 EMT의 전사적 조절
  1.2 비암호화 RNA의 EMT 조절
  1.3 EMT 관련 분화적 스플라이싱
  1.4 번역 및 번역 후 조절
2. 결론


1. 본문

상피세포가 전이능력과 침윤능력을 가지는 세포로 변환하는 과정을 EMT (epithelial to mesenchymal transition)라고 하며 이러한 EMT는 척추동물과 무척추동물 모두에서의 배아발생 동안에 조직과 기관의 발생을 포함하는 형태학적 발생의 기본적인 현상으로 간주된다. 이와 유사한 현상은 성인의 상처 치유 과정에서도 발견되며 암의 생성 및 진행 과정에도 EMT가 밀접하게 관련되어 있음이 입증되었다. E-cadherin의 발현을 억제하는 전사인자 SNAI1의 능력을 발견한 이후로 SNAI1은 EMT의 핵심인자로 인식되고 있다. 전사 재프로그래밍의 자극변환 신호전달 경로로 설명되는 조절 네트워크를 밝힌 이후, EMT 유도 전사인자(EMT-TFs)의 목록은 계속 확장되고 있으며, EMT 유도 전사인자들의 분자 기능을 이해하는 것은 암의 기전 이해에도 큰 도움을 줄 것으로 여겨진다. 실제로 EMT 유도 전사인자는 암의 전이와 침윤뿐만 아니라 방사선치료 및 화학요법의 저항성 억제, 세포주기 진행의 감퇴, 노화와 세포사멸의 억제에도 관여한다고 알려졌다. 또한, SNAI1과 SNAI2 (SLUG로도 알려짐)와 같은 SNAIL 구성원의 발현은 멜라닌 세포, 조혈세포와 소화관의 상피세포 같은 여러 줄기 세포에서 관찰된 바 있다. 젖샘의 발달과정에서 보이는 것처럼 SNAIL 전사인자들은 줄기세포 항상성 단계나 확장 및 분화 단계에서 세포의 가소성 유지에 깊게 관여한다. EMT 관련 가역-가소성의 중요성은 배아 발생 및 암 진행 과정에서 명확하게 강조되며, 간엽-상피전환(MET: Mesenchymal to Epithelial Transition)은 최종 세포분화 발달 및 전이성 부위의 클론 생장에 중요하다. 또한, 유도만능줄기세포(iPS)로 변환되는 섬유아세포의 재프로그래밍에는 MET가 결정적이라는 예처럼 EMT-MET 균형은 세포의 운명을 섬세하게 조절하는 것처럼 보인다. 그러나 비록 EMT 유도 전사인자들이 조혈세포, 림프구, 신경세포와 같은 다양한 비 상피 분화 세포 유형에 자연적으로 존재함에도 불구하고, 분화된 상피세포의 정상적인 항상성에서 EMT 유도 전사인자의 적절한 역할은 파악되지 않고 있다. 중요한 것은, 이러한 EMT 유도인자들이 세포분화와 탈분화 모두에 관여하며, 이것은 EMT 유도 전사인자의 기능이 상황에 따라, 성장 억제 및 자극 모두와 호환되는 것을 의미한다.

지난 몇 해에 걸쳐 EMT가 최소 4개 이상의 조절 네트워크들에 의해 구동되는 것이 입증되었다. 이러한 네트워크들은 서로 밀접하게 연관되어 있어서 이들 중 하나의 네트워크를 조절해도 다른 모든 네트워크에 지대한 영향을 줄 수 있다. 이 중에서 연구가 가장 활발한 네트워크는 SNAIL, ZEB, TWIST 등의 핵심요소로 구축된 네트워크이다; 이 네트워크는 다양한 단백질들과 상호작용하고 있으며 EMT의 강한 전사 제어 역할을 한다. 이 밖에도 비번역 RNA의 발현, 유전자의 선택적 스플라이싱 그리고 번역과 번역 후 조절(단백질 안정성과 위치에 영향을 주는)이 EMT의 완성에 기여한다고 알려져 있다. 이 리뷰에서는 각기 다른 분자수준에서의 EMT의 조절과 암의 진행과 관련하여 이들의 개념적 의미를 고찰하고자 한다.

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그림1. 암의 진행과정에서 EMT의 역할

1.1 EMT의 전사적 조절

EMT의 강도는 EMT 유도 전사 인자들의 효능에 주로 의존하며 전반적으로, 전사 제어에 관여하는 단백질들이 EMT 조절 네트워크에 기여한다. CDH1 promoter에 SNAI1이 CDH1 프로모터에 직접적으로 결합한다고 규명된 후, SNAI2, ZEB1 그리고 ZEB2, E47, KLF8 등의 다른 많은 전사 억제자들이 확인되었다. 이러한 EMT 전사인자들은 직접적으로 E-cadherin의 기능을 억제할 뿐만 아니라, 일반적인 역분화 프로그램을 추진하는 desmosome, claudin을 포함한 다른 접합 단백질들의 전사를 동시에 억제한다. 또한, 암세포에서 이러한 EMT 유도 전사인자들이 존재하거나 강력하게 발현될 때 E-cadherin의 기능 손실 및 vimentin의 발현을 유도하는데, 이는 EMT 전사인자의 중요성을 설명하는 증거가 된다. 최근에는, CDH1 promoter에 직접 결합하지 않고 EMT를 유도하는 전사인자들인 TWIST1, FOXC2, goosecoid, E2-2 (TCF4라고도 알려짐), SIX1, PRRX1 등도 밝혀졌으며, 많은 전사인자들의 다양성 및 관련된 기능들을 통해 연구자들은 역분화가 완전히 일어나지 않은 부분적 EMT를 설명하고 있다. 놀랍게도, 이러한 EMT 유도 전사인자들은 상피 표현형에 문제 발생시에 상피 표현형을 중간엽 표현형으로 바꾸는데 중점적으로 관여한다. 또한, GRHL2, ELF3, ELF5와 같은 상피 특정 전사인자들은 EMT 과정에서 발현이 낮아지고, 중간엽 세포에서 이 전사인자들이 과발현 되면 MET를 적극적으로 유도하여 상피 표현형으로 전사를 진행한다. 이러한 결과들은, 상피엽과 중간엽 세포 상태 사이에서 통제가 엄격한 것처럼 보이지만, 세포간의 부착을 유지하고, 세포의 이동성 성질 모두를 가질 수 있는 부분적 EMT를 발생할 여지를 남겨둠으로써 많은 EMT 전사인자들이 서로 시너지를 낼 수 있도록 한다. 특히, SNAIL, ZEB, TWIST은 EMT 과정에서 중요한 역할을 하는 EMT 유도 전사인자들이며, 이들은 상호 연결된 조절 네트워크에 관여하여 EMT를 효율적으로 제어한다.

최근의 연구결과들은, 후성유전학적 관점에서 암을 치료할 수 있다고 말한다. 후성 유전학 기작 중 가장 많이 연구된 분야는 DNA 메틸화이다. EMT 진행 과정 동안 CDH1 promoter에서 후성적 변화들이 처음 연구되었으며, EMT 진행 시 CDH1 프로모터의 메틸화가 일어나는 것을 발견했고, 이것이 SNAI1의 발현과 관련되어있음을 밝혔다. CDH1 프로모터 CpG 부분의 메틸화는 암억제 유전자들의 발현을 저해하여 암 진행을 촉진하는 전형적인 메커니즘이다. 특히 DNA methyltrans-ferase 1 (DNMT1)은 독립적으로 CDH1 발현을 조절하고, CDH1 프로모터와 전사 억제자와의 상호작용을 방해하도록, 아미노 말단 부위를 통해 SNAI1과 직접 상호작용을 한다. 후생유전학적 변화의 핵심기전으로 DNA 메틸화, 히스톤 변화, RNA 간섭들이 있고 이를 통해 DNA 염기서열 변화 없이 유전자 발현의 변화를 조절할 수 있다. SNAI1은 histone deacetylase 1 (HDAC1), HDAC2와 같은 다른 많은 단백질들과의 상호작용을 통해 CDH1 프로모터에서 히스톤 변형을 조절하는 것으로 밝혀졌다. 마찬가지로, ZEB1은 CDH1 프로모터에서 deacetylase sirtuin 1 (SIRT1)과 상호작용하여 RNA 중합효소 II의 결합률을 낮추고, 히스톤 H3의 탈아세틸화를 유도한다. 또한, demethylase LSD1, EZH2, SUZ12, SUV39H1, G9a (EHMT2라고도 알려짐)와 같은 히스톤 변화를 일으키는 단백질들은 SNAI1의 활성에 관여하기도 한다. ZEB1 역시 히스톤 변형 효소의 파트너로 잘 알려진 BRG1과의 상호작용을 통해 유사한 방식으로 CDH1의 발현을 억제한다. 이 밖에도, EZH2, BMI1 단백질들도 CDH1 전사를 억제하는 TWIST1과 상호작용하여 발생과 분화에 관여한다.

놀랍게도, lysyl oxidase homologue 2 (LOXL2)는 SNAI1에 의한 CDH1 억제에서 두 가지 역할을 한다: 처음에는 SNAI1의 번역 후 안전성을 유지하는 역할을 가지며 또한 트라이 메틸화 H3K4의 탈 아미노화 반응의 촉매 역할을 하기도 한다. EMT를 촉진하여 통제가 되지 않는 암 발생과정에서 EMT 유도 전사인자들은 이용 가능한 많은 보조인자들과 상호작용을 한다.

EMT과정에 게놈 전체의 후생유전학적 재프로그래밍에 의해 CDH1 locus의 변화 다양성이 최근 주목 받기 시작하였다. 예를 들어 저산소증 유도 EMT 과정에서 hypoxia-inducible factor 1α (HIF1α)의 직접적 전사 타깃인 histone deacetylase 3 (HDAC3)은 상피 특이 프로모터(CDH1, plakoglobin)에서 SANI1과 상호작용하여 유전자 발현을 조절한다. 또한, HDAC3는 vimentin과 N-cadherin과 같은 중간엽 유전자를 활성화시키고, 히스톤 메틸화 복합체와 상호작용하며, 저산소증에 의해 유도된 WDR5 단백질과 함께 EMT를 제어한다.

이 밖에도, TGFβ는 상피세포의 성장, 분화, 사멸을 조절하는 다기능성 사이토카인으로서 이를 배양된 마우스 간세포에 처리하면 EMT가 일어나고 LSD1 히스톤 메틸화에도 관여한다. EMT 유도 전사인자들의 기능을 규명하기 위해서는 EMT 전사인자를 과발현 시키거나 발현을 저하시킨 동일한 세포를 이용하여 유전자 발현의 프로파일을 비교하는 것이겠으나, 다른 보조인자들의 관여에 의해서 정확한 기능 분석은 어렵다. 하지만 다양한 EMT 유도 전사인자들을 동시에 과발현 시킨 암세포에서 하나의 EMT 전사인자만 발현을 저하시킨 실험 모델을 통해서 각 전사인자들의 기능을 밝힐 수 있을 것이다.

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그림2. 4가지 주요 조절 네트워크에 의한 EMT 제어

1.2 비암호화 RNA의 EMT 조절

일반적으로 작은 비 암호화 RNA 또는 마이크로 RNA (miRNA)는 진핵세포에서 유전자 조절에 매우 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. EMT와 직/간접적으로 연관된다고 밝혀진 miRNA들은 EMT관련 전사인자들만큼 그 수가 증가하고 있고, 많은 miRNA 중에서 miR-200과 miR-34의 기능은 여러 실험을 통해 밝혀졌다. 두 개의 클러스터를 가진 다섯 개의 멤버들이 있는 miR-200 패밀리는 상피 조직의 분화와 밀접하게 연관되어있으며, miR-200 패밀리와 ZEB 패밀리의 전사요소들 사이의 상호 피드백 루프는 EMT와 MET 모두를 엄격하게 제어하고, 이 miRNA들은 ZEB을 타깃으로 하는 것뿐만 아니라 BMI1과 SUZ12도 조절한다고 알려졌다.

miR-34 패밀리 구성원은 SNAI1 의존 EMT를 직접 제어한다. miR-200, miR-34 프로모터에는 E-box가 있고, EMT 유도인자인 SNAIL과 ZEB에 의해 조절된다고 알려져 있지만 자세한 기작은 아직 규명되지 않았다. 또한, 다른 miRNA들은 암에서 발현이 증가되어있는 EZH2를 억제함으로써 상피 표현형을 지지하는 miR-101과 함께 E-cadherin의 발현을 유지한다.

흥미롭게도, miR-200 패밀리는 정상적인 인간과 마우스 유방 줄기 및 전구 세포에서 발현이 저하됨이 보였다. 또한, 대장, 유방, 전립선의 악성 암 줄기 세포들에서 miR-200 멤버들의 하향조절도 관찰되었다. miR-200과 miR-34는 p53에 의한 종양 억제의 중재자이다. 줄기세포에서 p53의 정확한 역할에 대한 기전이 다 알려지진 않았으나 적어도 유방조직에서, p53은 줄기세포의 자가 재생을 억제하고, 하나의 줄기세포와 제한된 자기 재생 능력을 가지는 하나의 전구체 세포를 형성하는 비대칭 분열을 일으킨다. P53의 결핍은 iPSC (유도만능줄기세포)로 분화된 세포의 재프로그래밍을 용이하게 한다. 또한, P53 기능의 소실은 EMT 관련 줄기세포의 표현형 및 BMI1, CD44, CD133과 같은 줄기세포 마커의 발현 상태 조절과 연관되어 있다. 돌연변이 p53은 miR-200 프로모터에 결합함으로써 정상 p53을 방해하고, ZEB1의 억제자인 miR-130b를 직접적으로 억제한다. 또한 P53의 소실보다는 오히려 p53 돌연변이 실험 모델에서 TGFβ의 이동, 침윤, 전이의 속성이 증가됨이 밝혀졌다. 따라서, 돌연변이 p53이 TGFβ, ZEB 전사인자들, miR-200의 네트워크 구축에 강하게 기여하고, 종양세포에 줄기세포의 성질을 부여함으로써 암을 효율적으로 형성할 수 있게 한다.

최근에는 상피 관련된 miR들의 후성유전학적 조절 기전이 많은 관심을 받고 있다. 상피 및 중간엽 상태와 밀접한 연관을 가지는 mir-200c/mir-141 프로모터에서 히스톤 변형이 일어나는 경우, 이 프로모터 메틸화와 발현은 역상관 관계를 가진다는 것을 유방 및 전립선 암세포에서 밝혔다. 또한, miR-205의 프로모터 메틸화는 전립선암에서 발견되었고, 상피세포의 초기 변화 시에 mir-200 패밀리와 mir-205는 후생유전학적으로 발현이 저하된다. miR-200 발현은 대장암 초기에는 낮으나, 프로모터 저메틸화가 일어나는 전이과정에서는 그 발현이 다시 증가 된다. 이것과 일치하는 결과로, miR-200의 과발현은 약한 전이성 유방암세포에서 SEC23A 매개 분비를 억제하고, 마우스실험에서 전이성 암 형성을 촉진하였다. 여러 실험 결과에서, miR-200 패밀리는 전이의 마지막 단계인 MET를 촉진하는 것으로 보이며 암세포가 전이되어 도달한 기관에서 새롭게 종양을 형성할 수 있도록 도움을 준다. 또한, miR-200 패밀리는 전이가 일어날 수 있는 미세환경을 만들어주는 secretome과 같은 다른 세포의 특징을 변화시킬 수도 있다.

miR-200과 miR-34 패밀리 구성원들은 암 억제 miRNA들이라고도 간주된다. 이들은 상피에 존재하며 상피 표현형을 분화시키고 더 나아가 중간엽 표현형으로 전환을 촉진하기도 한다. 그러나, 발현 패턴을 분석해 보면 miRNA는 종종 세포상황에 특이적인데, miR-9은 직접 CDH1을 타깃으로 하지만 반드시 EMT를 유도하지 않고, miR-92a발현의 증가는 CDH1 발현을 줄이고 암세포의 유동성과 침윤을 촉진한다. 또한 일반적인 세포의 재프로그래밍은 중간엽 표현형과 관련된 miRNA가 정밀하게 조정하는 것처럼 보인다. TGFβ에 의해 유도된 EMT는 miR99a와 miR99b의 억제만으로 차단하기에 충분하지 않으나, miR99a와 miR99b 발현은 암세포의 이동, E-cadherin 발현 저하 그리고 ZO1 단백질 발현에 기여한다.

이제껏 많은 실험을 통해 EMT에 관여하는 다른 많은 miRNA의 역할을 규명하였지만, 비번역 RNA에 대해서는 아직까지 알려진 것이 많지 않다. SNAI1-유도 EMT과정 이후에 증가되는 antisense 전사체의 발현은 ZEB2의 발현에 필수적인 인트론의 제거 과정을 방해하기도 하는데 이를 통해 EMT 전사체들은 단백질로의 발현 없이도 EMT에 영향을 준다는 것을 알 수 있다.

1.3 EMT 관련 분화적 스플라이싱

EMT 관련 전사 재프로그래밍과 선택적 pre-mRNA 스플라이싱과 같은 전사 후 기전은 EMT를 더욱 활성화시키는 유전자 조절 메커니즘을 제공한다. 선택적 스플라이싱이란 유전자를 구성하는 엑손들이 RNA 수준에서 선택적으로 재조합 되어 하나의 유전자로부터 다수의 유전자 전사체들이 합성되는 현상을 말한다. EMT와 선택적 스플라이싱의 밀접한 연관은 fibroblast growth factor receptor 2 (FGFR2)와 종양유전자인 RON, CTNND1에서 처음으로 관찰되었고, 특정 스플라이싱 isoform들 사이에서의 균형이 EMT 유도와 관련이 있음을 제시하였다. 예를 들면, EMT가 일어난 세포에서 엑손 11번이 없는 RON 유전자발현이 증가되고, 침윤 성질을 가지는 타이로신 키나아제 수용체가 활성화된다. 이러한 선택적 RON 전사는 상피세포에서 스플라이싱 인자인 SRSF1와 종양 유전자에 의해 조절된다. 고속 세포기반 cDNA 발현 검사에서 상피 스플라이싱 조절 단백질 1 (ESRP1)과 ESRP2는 FGFR2 스플라이싱의 상피 패턴의 필수적인 프로모터들로 확인되었다. ESRP1, ESRP2 인자들은 CTNND1, CD44의 상피 isoform들의 특정 스플라이싱과 포유동물에 있는 MENA의 유사 염기서열을 조절할 수 있다. 스플라이싱이 일어난 유전자의 EMT 표현형 관련 잠재적 기능은 CTNND1에 의해 알 수 있다: CTNND1의 상피-특정 스플라이싱은 세포막에서 안정화된 E-cadherin의해 세포간 접합을 촉진하는 단백질의 짧은 isoform을 만들며, 반면 EMT 동안에 유도된 긴 중간엽 isoform은 RHOA와 결합하고, 세포 침윤을 강화하고 활성화를 촉진함이 밝혀졌다. EMT 관련된 스플라이싱은 일반적인 세포 재프로그래밍의 일부에서 발생되고, 다른 스플라이싱 isoform의 특정 기능은 대부분의 경우에 분명하게 밝혀지지 않았다. 게놈 전체에서 ESRP 선택적 스플라이싱 네트워크를 밝히기 위해서 ESRP의 발현이 저하된 세포와 EMT가 일어난 후인 MDA-MB-231 세포에서 ESRP를 발현시키고 그 기능을 엑손 접합 방법(exon junction array)을 사용하여 측정하였다. 그 결과, 200개 이상의 엑손 스플라이싱 변이에 의해 ESRP 발현이 증가되거나 감소된 것이 발견되었다. 이렇게 발견된 스플라이싱에 기초하여, UGG가 풍부한 모티프의 동정을 통해 엑손과 인트론에서 보존된 염기서열 연구한 결과, 엑손이나 인트론의 업스트림인 5’에 ESRP가 결합하면 exon을 건너뛰게 하고, 반면 엑손의 다운스트림에 ESRP가 결합하게 되면 엑손의 포함을 촉진한다는 사실을 알 수 있었다. 따라서, ESRP과 UGG가 풍부한 모티프의 결합 위치를 확인하여 상피세포의 스플라이싱 조절 ‘RNA 지도’를 만들 수 있게 되었다. ESRP의 발현 저하를 통한 상피세포의 스플라이싱 프로그램의 중단은 인간 유방상피세포의 형태 변형과 운동성을 증가시키며, vimentin, fibronectin 그리고 N-cadherin 같은 중간엽 마커들의 발현을 증가시킨다. 반면, E-cadherin같은 상피엽 마커는 발현 변화가 감지되지 않는다. ESRP 유전자는 EMT 유도 전사 인자인 SNAI1, ZEB1, ZEB2에 의해 직접 발현이 저해되고, ESRP1, ESRP2 이외에 RBFOX, CELF, HNRNP 패밀리와 같은 조직 특정 인자들 또한 EMT 특정 스플라이싱의 조절에 관련이 있음이 증명되었다. 유방상피세포에서 TWIST1에 의해 유도된 EMT 모델은 transcriptome deep-sequencing 기법을 사용하여 분석되었고, 그 후 EMT 조절 선택적 전사와 관련하여 스플라이싱 지역에 근접한 곳에서의 분석이 이루어졌다. 유방암을 구별하는데 EMT 연관 선택적 스플라이싱의 isoform들이 널리 사용되고 있다. 이러한 결과들은 스플라이싱 기능 조절 네트워크의 일부에서 스플라이싱 인자들이 RNA 결합 위치를 통해 스플라이싱을 중재한다는 것을 제안하고, 상피 특정 스플라이싱에서의 비정상적 변화는 전사 재프로그래밍 없이도 부분적 EMT를 통해 악성 암으로의 진행을 조절할 수 있다는 흥미로운 가능성을 보여준다.

EMT 관련 선택적 스플라이싱은 EMT가 일어난 암세포주에서 ESRP1과 ESRP2의 발현을 낮추고, 스플라이싱 패턴을 사용하여 luminal B와 기저 유방암 세포주를 구별할 수 있음이 밝혀졌다. 특히 EMT 관련 선택적 스플라이싱 isoform은 인간 유방암을 분류하는데 사용될 수 있으며, 다양한 질병이나 암의 발생을 제어하는데 상피 특정 선택적 스플라이싱을 이용할 수 있음이 증명되었다.

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그림3. 차별적 스플라이싱에 의한 EMT 조절

1.4 번역 및 번역 후 조절

SNAIL과 ZEB 패밀리의 번역을 제어하는 전사 후 miRNA 조절 루프는 잘 정립되어 있고, 최근에는 일반적인 번역 조절 메커니즘 또한 EMT에 상당한 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. Y-Box binding protein 1 (YB1)은 일반적인 mRNA 결합 단백질로, 세포에서 높은 농도로 존재할 때, 단백질 번역을 억제하고 5′ 7-methylguanosine cap을 포함하는 mRNA의 저장을 용이하게 한다. 또한 YB1의 발현 증가는 악성암과도 연관이 있는데, RAS가 변환된 유방상피세포에서 YB1은 IRES 매개의 번역 개시를 통한 mRNA의 캡(cap)구조 비의존성 번역을 유도하여 EMT관련 전사인자들인 SNAI1, ZEB2, LEF1, TWIST1 등을 발현시킨다. 따라서, YB1에 의한 번역 조절은 EMT를 유도할 뿐만 아니라 잠재적인 전이 능력도 향상시키는 것으로 여겨진다.

TGFβ 또한 EMT 관련 유전자의 중요한 번역 체크포인트의 조절을 통해 EMT를 조절한다. 예를 들어 번역 연장의 차단은 ribosomal A site에서 EEF1A1의 방출을 억제하는 HNRNPE1을 통해 가능하고, HNRNPE1과 EEF1A1 사이의 상호작용은 조절된 mRNA의 3’UTR에 존재하는 줄기루프구조 33-뉴클레오티드 길이의 BAT (TGFβ-활성화 번역)요소의 결합에 의해 안정화되는데, TGFβ 신호전달에서, BAT–HNRNPE1–EEF1A1 복합체는 AKT2 매개 HNRNPE1 인산화에 의해 붕괴됨으로써, 악성 암의 진행에 관여하는 ILEI와 DAB2와 같은 타깃 EMT 전사체의 번역 연장을 재활성화 한다.

EMT의 주요 핵심인자로 알려진 SNAI1 또한 번역 후 인산화, 라이신 산화 및 유비퀴틸화와 같은 다양한 미세 조절 메커니즘에 의해 조절 받는다. 일반적으로 이러한 조절 메커니즘들은 GSK3β 의존성 및 비의존성 메커니즘으로 분리될 수 있다. GSK3β는 WNT 신호전달의 주요 조절자로서의 기능을 가지는 세린/트레오닌 키나아제이고, 상피 분화의 유지보수를 위해 필수적인 단백질이다. SNAI1의 분해 기작을 살펴보면, CK1에 의한 SNAI1의 인산화를 거쳐 다시 GSK3β에 의한 인산화가 유도되면 E3 유비퀴틴 라이게이즈인 βTRCP1에 의해 유비퀴틸화되어 SNAI1 단백질의 분해가 일어난다. 이 메커니즘은 GSK3β를 비활성화하여 SNAI1 단백질 안전성을 유도하는 여러 수용체 티로신 키나아제 신호전달 경로에 의해 상쇄된다. 마찬가지로, TNFα 매개 SNAIL은 NF-κB에 의해서도 안정화 되는데, 이때 NF-κB는 β-casein에 의한 SNAI1-βTRCP1와 GSK3β의 결합 억제를 조절한다. 또한, WNT–GSK3β–βTRCP1 축은 BRCA1 발현을 억제하여 암세포 EMT 프로그램을 제어하는 SNAI2의 활성을 조절하는 것으로 밝혀졌다. 이 밖에도 MDM2와 FBXL14와 같은 GSK3β 비의존성 유비퀴틴 리가아제들은 SNAI1과 SNAI2를 타깃으로 한다고 보고되고 있다. 흥미롭게도 PPA는 분해를 위해 SNAI1, SNAI2, TWIST1 그리고 ZEB2를 타깃으로 하며, 구조적으로 관련이 없는 EMT 관련 인자들을 조직적으로 제어한다고 보고 되었다. 반대로, SNAI1 단백질은 PAK1과 ATM에 의해 특정 인산화에 의해서 안정화된다. 특히, 이러한 EMT 유도 키나아제들은 DNA 손상에 의해 활성화되며, LOXL2와 SNAI1 사이의 직접적인 상호작용을 통해 중요 EMT 전사인자들을 안정화시킨다. 이 밖에도, SNAI1은 과혈당증 조건에서 O-GlcNAc 수식화를 유도하여 SNAI1의 안정성을 향상시킨다.

반면, 거의 모든 암에서 발견되는 단백질 분해효소의 과발현은 EMT의 안정화를 유도하는 신호 변화 조절을 통해 직접적으로 EMT 전사인자들에 영향을 주지 않고도 EMT를 유도할 수 있다. 예를 들면, 단백질 분해 효소 중 하나인 MMP3는 유방 상피세포에서 RAC1B 단백질을 통해 활성산소종(ROS)을 증가시키며, SNAI1과 간엽마커의 발현을 촉진한다. 이와 유사한 방식으로, MMP13과 TMPRSS4은 EMT 전사인자 활성을 간접적으로 증가시켜 EMT 과정에 영향을 준다. 비록, MMP는 세포외 기질(ECM)을 분해하는 역할을 가지나, EMT 또한 이러한 과정에서 촉진시킬 수 있는데, 이러한 주장은 TWIST1에 의한 invadopodia의 형성 및 invadopodia 매개로 한 혈관 기저막의 단백질 분해에 기반한다. 흥미롭게도, 종양 관련 대식세포들은 EGF와 CSF1 피드백 신호를 통해 암세포의 침윤이 용이한 미세환경을 만들기도 한다. 이와 같이, 종양세포의 운동성과 관련하여 대식세포의 역할 연구는 EMT 조절 단백질들과 연계한 중요한 기본 경로를 규명하였다.

이 밖에도 SNAI1의 세포 내 위치가 그것의 활성을 조절할 수 있다는 것이 이전의 다양한 실험 결과들을 통해 규명되었다. 다양한 상피 암에서 과발현된 PAK1과 LATS2는 SNAI1의 인산화를 유도하여 핵으로의 이동을 촉진함으로써 SNAI1의 안정성 및 전사 활성을 증가시킨다. 이 밖에도, STAT3의 타깃인 LIV1 또한 SNAI1의 핵으로의 이동을 조절한다. 반면, PRKD1은 SNAI1의 인산화를 유도하여 14-3-3σ 과의 결합을 통해 SNAI1의 핵 밖으로의 이동을 돕는다. PRKD1 발현은 다른 암 종류에서 약화되어 있는데 특히 전립선암에서 그것의 재발현은 중간엽 마커의 발현을 억제하면서, 전이를 감소시키는 MET를 야기한다.

2. 결론

암세포에서의 비정상적인 EMT의 유도는 anoikis에 대한 저항성, 발암유전자 유도 노화, 세포사멸, DNA 복구의 화학요법 및 면역요법의 변화, 강화된 줄기세포의 성질, 세포 이동, 침윤 및 전이와 같은 다양한 형질들의 획득과 밀접한 연관이 있으며, 이러한 형질들은 대체로 EMT의 속성 및 강도에 의존할 것이다. 지난 몇 년 동안 정상 및 종양 상피 세포의 EMT 재프로그래밍은 전사, 전사 후, 번역, 번역 후의 단계에서 체계적으로 발생함이 입증되었다. 하지만 이제껏 EMT 관련 다른 많은 세포자극들이 밝혀졌지만 단백질 분해효소, 후성유전인자, 단백질 번역 제어 인자, 선택적 스플라이싱 변이 등, EMT 조절에 영향을 주고 세포를 EMT 과정으로 유도하는 비정상적, 비조절성의 프로세스에 대한 이해는 이제 막 태동하는 단계이다. 지금까지 TGFb 의존성 EMT의 유도는 하나의 성장인자가 전사, 비번역 RNA 및 번역 조절 네트워크와 연관하여 어떻게 EMT를 조절하는 지 명백하게 입증이 되었다. EMT 유도 방법 및 이들의 제어 메커니즘과 다양한 신호전달 체계와의 연관성을 밝히는 일은 암의 발생과 진행을 이해하는 데에 큰 도움을 줄 것이며, 다양한 조절 네트워크에서의 EMT제어 기작에 대한 이해와 통찰력은 가까운 미래에 다양한 암 진단 및 예후 예측뿐만 아니라 혁신적인 항전이 치료법을 위한 기반이 될 것이다.

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송경진(2015). 암의 발생 및 진행 과정에서 EMT를 규정하는 조절 네트워크. BRIC View 2015-R07. Available from https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=report&id=2314 (Apr 20, 2015)
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