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CSHL Ubiquitins, autophagy & disease 참석 후기
CSHL Ubiquitins, autophagy & disease 참석 후기 저자 김동영 (서울대학교)
등록일 2019.06.07
자료번호 BRIC VIEW 2019-C12
조회 870  인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
요약문
2019년 4월 23일~27일 뉴욕 Cold Spring Harbor Laboratory에서 Ubiquitins, autophagy & disease meeting에 참석하였다. Keynote speaker인 UCSF의 Jonathan Weissman 교수와 NIH의 Richard Youle 박사를 포함해 유비퀴틴, 오토파지와 관련된 총 48개의 강연과 90개의 포스터 발표가 5일에 걸쳐 진행되었다. 참석인원은 총 200여명이었으며, Meet the Speakers Lunch, Wine and Cheese Party 등 다른 연구자들과 소통할 수 있는 프로그램도 준비되어 서로의 연구에 대한 토론이 활발하게 진행되었다.
키워드: 유비퀴틴, 오토파지, CSHL
분야: Biotechnology

목차

Ⅰ. 주요 발표 내용
  1. 4월 23일 주요 내용
    - Quality Control
  2. 4월 24일 주요 내용
    - Physiology
    - Drug discovery
  3. 4월 25일 주요 내용
    - Autophagy
    - Ubiquitin in the nucleus
  4. 4월 26일 주요 내용
- Disease
Ⅱ. 총평

 

Cold Spring Harbor Laboratory 캠퍼스 풍경
< Cold Spring Harbor Laboratory 캠퍼스 풍경 >

 

Ⅰ. 주요 발표 내용

1. 4월 23일 주요 내용

1st Session: Ribosome quality control

1) The role of two ligases in protecting the cell from failed translation reactions
Jonathan Weissman (Keynote speaker). 이분은 protein folding, ribosomal quality control 관련 연구를 진행하고 있으며, 이번 학회에서는 ubiquitination과 ribosome quality control 간의 연관성에 대한 발표를 진행하였다. mRNA 이상으로 인해 ribosome이 translation을 마치지 못한 상태로 계속 존재하게 되면 이는 세포에 큰 위협이 된다. 그렇기 때문에 이러한 ‘stalled’ ribosome을 제거하는 기작이 존재하는데 그것을 Ribosome Quality control Complex (RQC)라고 한다. Weissman 교수 연구팀은 Ribosome profiling 기법과 stalled ribosome의 peptide에 생성되는 carboxy-terminal alanine and threonine extensions (CAT tails)에 표지하는 방법을 이용하여 기존에 잘못 translation된 polypeptide를 제거하는 것으로 알려진 Ltn1이라는 E3 ubiquitin ligase가 CAT tail에 직접 ubiquitination을 하는 것이 아니라 ribosome exit tunnel에 있는 lysine을 expose하여 ubiquitination을 유도한다는 사실을 발견하였다.

2) Mechanism of ribosome-associated quality control
Harvard medical school의 Sichen Shao 교수팀은 RQC에 의해 변화되는 RNA에 관해 연구하고 있으며, 본 학회에서는 RQC가 일어나는 상황에서의 tRNA modification에 대한 연구를 발표하였다. 이 연구에서는 RQC에 의해서 tRNA가 정교하게 잘리는 것을 확인하였는데, 이것이 ANKZF1과 60S ribosomal subunit의 interaction에 의해 일어난다는 것을 밝혔으며, 이 기작은 peptide가 ubiquitination되었을 때에만 일어난다는 사실을 밝혔다. 또한 tRNA를 자르는 enzyme으로 Vms1p를 제시하였고, 이렇게 잘리게 된 tRNA는 amino acid와 결합하는 3’ CCA부분이 제거되고, 이를 통해 stalled ribosome에서 벗어난다. 이후 이 tRNA는 다시 재활용된다. 이 과정을 통해 RQC가 일어날 때 tRNA의 손실을 막는 것으로 보인다.

3) Mallosteric misfolding and rhomboidal retrotranslocation: Lesson from regulated ERAD
Endoplasmic-reticulum-associated protein degradation (ERAD)는 conformation이 망가진 단백질에 선택적으로 작용하여 분해를 일으키는 기작이다. 이를 통해 세포가 항상성을 유지한다. ERAD가 어떻게 특이적으로 작용하는지에 대한 연구는 UCSD의 Randy Hampton 교수팀에서 진행하고 있다. 이번 학회에서는 Hmg2라는 DNA repair와 관련된 membrane protein이 ERAD에 의해서 어떻게 조절되는지에 대해 발표하였다. Hmg2는 GGPP라는 sterol pathway molecule과 결합하게 되면 가역적인 변화가 일어나면서 HRD pathway에 의해 인식된다. 결국 Hmg2는 ubiquitination이 되고, ubiquitin proteasome system에 의해 degrade된다. GGPP는 나노몰 농도 수준에서 작용하고 유사한 물질들에 의해 활성 저해가 일어날 수 있음이 관찰되었다. 이 연구는 약물이 단백질의 folding에 영향을 주어 분해되도록 유도하는 “mallostery” effect의 실제 예시 중 하나이다.

2. 4월 24일 주요 내용

2nd session: Physiology / Screens

1) Multiplex CRISPR/Cas9 library screens targeting ubiquitin and autophagy networks
siRNA나 CRISPR/Cas system을 이용한 단일 유전자 발현 저해 전략은 ubiquitination이나 autophagy 분야에서 흔하게 사용되는 방법이다. 하지만 이러한 방법들은 시간 및 비용이 많이 든다는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 독일 Goethe university의 Ivan Dikic는 circular synthesized (3Cs) gene을 기반으로 한 발현 저해 라이브러리를 제작하였다. 이를 통해 총 1,010개의 gRNA를 만들었고 이를 사람의 deubiquitining enzyme (DUB)연구에 활용하였다. DUB와 autophagy의 연관성을 확인하기 위해 fluorescent LC3를 기반으로 한 reporter system을 FACS를 이용하여 DUB의 활성이 autophagy를 유발하는지 확인하였다. 그 결과 597개의 기존에 알려지지 않은 유전자 간의 상관관계를 확인하였고, 그와 동시에 이를 분석할 수 있는 분석 방법을 개발해서 발현 저해 기반 라이브러리를 이용한 스크리닝을 더 효율적으로 할 수 있도록 하였다.

2) Anaphase-promoting complex (APC/C)-dependent control of cell identity
세포조직의 발달과 항상성 유지에 progenitor cell의 생장은 필수적이다. Progenitor cell의 gene expression은 잘 통제되는 것으로 유명하다. 세포분열이 진행되면서 전사가 저해될 때 세포 종류에 따른 gene expression program은 새로운 cell cycle에 들어갈 때마다 재시작되어야 하는데, 어떻게 이러한 조절이 가능한지에 대한 연구는 별로 진행되지 않았다. UC Berkeley의 Eugene Oh는 progenitor cell의 세포분열 시 gene expression이 조절되는 방법으로 ubiquitin 관련 메커니즘을 확인하였다. 세포분열이 일어날 때 histone ubiquitination이 일어난다는 사실은 이미 알려져 있었지만 어떠한 E3 ligase가 작용을 하는 지는 알려져 있지 않았다. 이를 확인하기 위해 UV-crosslinking 이후 histone을 pull-down해서 Mass spectrometry를 진행했지만 E3 ligase를 확인할 수 없었다. 이후 denaturing immunoprecipitation을 통해 전사 조절 인자인 WDR5와 TBP가 E3 ligase인 APC/C를 transcription start site (TSS)로 이동시킨다는 사실을 발견하였다. 이렇게 이동한 APC/C는 histone에 K11/K48 ubiquitin chain을 붙이고 이로 인해 TSS에서 nucleosome이 제거되고 progenitor cell 특이적인 gene expression이 일어나게 된다.

3) A multi-omics screening approach for DUB-based tumor vulnerabilities identifies OTUD6B as a new oncogene in multiple myeloma
Multiple myeloma (MM)은 골수의 plasma cell에 발생하는 혈액암의 일종으로, 치료법의 발전에도 불구하고 완치할 수 없는 질병으로 새로운 약물의 발견이 필요하다. Proteosome의 작용을 저해시켰을 때 빠르게 반응하는 것으로 보아 MM에서 ubiquitin proteasome system이 중요한 역할을 한다는 것을 추측할 수 있다. Technical university of Munich의 Carmen Richter는 CRISPR/Cas9을 이용한 DUB screening으로 MM cell에서 중요한 역할을 하는 DUB인 OTUD6B를 확인하였다. 이후 이 DUB의 기질을 확인하기 위해 proximity based labeling과 mass spectrometry를 이용한 proteome wide screening을 진행하였고, 그 결과 LIN28B라는 기질을 찾아내었다. LIN28B는 miRNA 조절을 통해 RAS같은 oncogene을 stabilize한다고 알려진 단백질인데 OTUD6B는 LIN28B의 cold shock domain과 결합하고, 이 결합은 phosphorylation이 되면 약해진다. 그리고 in vivo ubiquitination study를 통해 OTUD6B가 없으면 LIN28B의 ubiquitination이 증가하고 이 chain은 K48 chain이어서 degradation이 촉진되는 것을 밝혔다. 이를 통해 MM cell을 특이적으로 죽일 수 있는 drug target으로 OTUD6B가 유망할 것이라 제시하였다.

4) C-terminal end-directed protein elimination by CRL2 ubiquitin ligases
Miscellaneous defective protein은 특이적으로 제거되는데, 그 분자적 기작은 알려진 바가 없다. Academia sinica의 Chi S Yen 연구팀은 DesCEND (Destruction via C-End Degrons)라는 메커니즘을 통해 C-terminus에 문제가 있는 단백질들을 제거한다는 것을 밝혔다. 이 과정은 CRL2라는 E3 ligase에 의해 진행이 된다. DesCEND에 의해 분해되는 단백질들은 C-terminus에 특이적인 서열을 가지고 있는데, 끝부분에 glycine이 오는 경우에 분해되는 경우가 많았고, selenocystein이 있는 경우에는 거의 분해되지 않았다.

 

Meet the speakers lunch 연자들과 함께 점심을 먹으며 토론할 수 있는 기회가 있다.
< Meet the speakers lunch 연자들과 함께 점심을 먹으며 토론할 수 있는 기회가 있다. >
출처: Ubiquitins, Autophagy & Disease. Photographer: Constance Brukin

 

3rd session: Drug discovery / Disease

1) SALL4 mediates teratogenicity as a Thalidomide dependent cereblon substrate
Cereblon이라는 small molecule에 의한 표적 단백질의 분해는 광범위하게 새로운 치료의 가능성을 제공한다. 하지만 cereblon과 binding하는 분자들은 thalidomide라는 출생 시 심각한 부작용을 일으키는 약물과 관련이 있다. 이러한 부작용을 연구하기 위해 Celgene의 Mary E Matyskiela는 thalidomide와 관련 있는 단백질인 SALL4의 기능을 연구하고 있다. SALL4는 teratogenicity에 민감한 토끼 등에서는 분해가 되지만 resistant한 동물인 쥐 등에서는 분해가 잘 되지 않음을 확인했다.

2) Proteasome profiling by mass spectrometry analysis of proteolytic peptides
세포는 proteasome을 통해 불필요한 단백질들을 제거하고 기능을 유지한다. Proteasome에 의해 잘린 단백질들을 연구하기 위해서 Weizzmann institute of science의 Yifat Merbl 연구팀은 mass spectrometry를 이용한 방법인 MAPP (mass spectrometry analysis of proteolytic peptides)를 개발했고, 이를 암세포와 primary immune cell에 적용해보았고, cancer cell line의 proliferation, proinflammatory signal과 관련된 패턴들을 확인할 수 있었다. 이 방법으로 다양한 질환의 세포들을 확인한다면 단백질이 aggregation되는 질환인 Parkinson’s disease나 알츠하이머 등의 연구에 큰 도움을 줄 수 있고, 이외에도 autoimmunity와 cancer 관련 질환 연구에도 새로운 관점을 제시해 주었다.

3) The E3 ubiquitin ligase SPOP controls resolution of systemic inflammation by triggering MYD88 degradation
Innate immune cell은 골수에 존재하는 세포의 대부분을 차지하는 세포들로 외부의 병원체들로부터 개체를 보호하는 일차적인 방어선 역할을 한다. 이러한 세포들은 항원이 들어왔을 때 즉각적으로 분화를 시작해야 하기 때문에 inflammatory signal이 왔을 때 빠르게 전사가 일어나서 줄기세포나 progenitor cell이 생장, 분화되어야 한다. 분화가 유도되는 메커니즘은 심도 있게 연구되고 있다. New York University의 Luca Busino는 이러한 메커니즘으로 Spop이라는 E3 ligase를 제시하였다. Spop이 없으면 염증이 유도되었을 때 해소되지 않고 지속되어서 과면역 신드롬이나 패혈증 등을 유발하였다. 이 Spop의 작용기전으로 제시된 것은 Myd88이라는 선천 면역 전달물질이다. Spop Myd88에 ubiquitination을 추가하여 면역반응을 조절한다는 사실을 확인하였다.

 

Wine & Cheense party 야외에서 와인 등을 마시며 각자의 연구 분야에 대해 토론하는 자리이다
< Wine & Cheense party 야외에서 와인 등을 마시며 각자의 연구 분야에 대해 토론하는 자리이다. >
출처: Ubiquitins, Autophagy & Disease. Photographer: Constance Brukin

 

3. 4월 25일 주요 내용

4th session: Autophagy

1) Structure and function of KLHL20 – An E3 ligase regulating autophagy
KLHL20은 CUL3-dependent BTB-Kelch family에 속하는 ubiquitin ligase로 오토파지, 암, 알츠하이머병 등과 연관성이 알려져 있으며, DAPK1, ULK1 등의 ubiquitination과 분해를 촉진한다고 알려져 있다. 이러한 활성을 통해 KLHL20은 오토파지를 종결시키는 것으로 밝혀졌다. University of Oxford의 Zhuoyao Chen은 KLHL20이 어떻게 기질과 상호작용을 하는지를 구조적, 생화학적으로 분석하였다. 그 결과 KLHL20의 binding motif인 ‘LPDLV’이 DAPK1의 death domain과 결합한다는 사실을 밝힐 수 있었다.

2) FIP200 Claw domain binding to p62 promotes autophagosome formation at ubiquitin condensates
Selective autophagy는 잘 보존된 단백질 분해 과정으로, 단백질 aggregates뿐만 아니라 세포소기관이나 병원균 등을 분해하는 것으로 알려져 있다. 오토파지가 일어나는 동안 autophagosome이라는 세포 소기관이 형성되면서 세포질 내의 물질을 가두고 이것이 lysosome과 합쳐지면서 분해된다. P62는 선택적으로 가둘 물질과 결합하고 이를 ATG8이라는 autophagosome membrane에 존재하는 단백질과 상호작용을 통해 작동한다고 알려져 있다. University of Vienna의 Eleonora Turco는 p62의 LIR motif 주변에 있는 부분이 ULK1 complex의 subunit인 FIP200을 ubiquitin이 달려있는 단백질들 쪽으로 움직이도록 해주고 이를 통해 autophagy를 일으킨다는 사실을 밝혔다.

3) Identification of a novel function of the mammalian ATG4 family during PINK1/PARKIN mitophagy
Atg8 protein family는 PINK1/Parkin mitophagy나 starvation에 유도된 오토파지에서 autophagosome-lysosome를 결합시키는 데 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. 뿐만 아니라 autophagosome의 형성 등에도 중요한 역할을 한다. Atg4는 cycteine protease로 Atg8은 이 단백질에 의해 활성화되어 C-terminus에 glycine이 노출되게 되고 이 부분이 lipidation이 된다. Monash university의 Thanh N Nguyen은 Atg4가 없는 HeLa cell에서 PINK1/Parkin mitophagy 시 autophagosome이 형성되지 않는 것을 발견하였다. 그런데 LC3/GABARAP이 없는 cell에서도 autophagosome은 형성이 되기 때문에 이것은 Atg4가 Atg8과는 관련 없는 또 다른 기능을 가지고 있음을 확인한 것이다.

5th session: Ubiquitin in the nucleus

1) Ubiquitin shuttle proteins and the stress response at the replication fork
Genome을 유지하기 위해서는 stalled replication fork의 보호와 효율적인 재시작이 중요하다. Replication fork는 DNA에 결손이 있거나 물리적인 방해가 있는 등의 문제가 있을 시 멈추게 된다. The Rockefeller university의 Agata Smogorzewska 연구팀은 yeast proteasome shuttle protein인 Ddi1의 homolog인 DDI1, DDI2가 replication fork에서의 DNA damage response에 참여한다는 것을 발견했다. DDI2를 pull-down해서 mass spectrometry로 확인했을 때 proteosome과 replisome을 확인하였다. 또, DDI1/2가 없을 때 replication stress를 발생시키는 약물에 민감해지는 것을 확인하였다. DDI1/2가 없을 때 replication fork에 어떠한 protein이 존재하는지 확인하기 위해 iPOND assay를 진행한 결과 Replication Termination Factor 2 (RTF2)가 가장 많이 확인되었다. 또, ubiquitination된 RTF2가 DDI2와 binding하는 것도 확인하였고, 이를 통해 DDI1/2가 RTF2를 proteasome으로 이동시켜 분해를 도와준다는 사실을 밝혔다.

2) Global remodeling of the proteome
Erythropoiesis는 progenitor cell에서 적혈구로 분화하는 과정을 말하는 것인데, 이 과정에서 세포 내 proteome의 98%가 변화하게 된다. 이 과정이 적절하게 진행이 되기 위해서는 세 가지 조건이 필요하다. 첫 번째, ribosome이 많이 존재해야 한다. 그다음, 핵이 제거되어야 하고 모든 세포 내 소기관과 ribosome이 제거되어야 한다. 이 과정의 분자적 기작은 거의 알려진 바가 없다. Harvard medical school의 Miguel A prado는 multiplexed quantitative proteomic techniques를 사용하여 E2/E3 hybrid enzyme인 UBE2O가 적혈구의 분화 마지막 과정에 증가하고, 이것이 proteome에서 ribosome을 인식하고 분해하여 proteome remodeling을 진행한다는 사실을 알게 되었다. 이 외에도 TRIM10, TRIM58, UBE2H 등의 ubiquitin ligase도 적혈구의 분화에 많은 역할을 하고 있음을 확인하였다. 이를 통해 ubiquitin system이 이러한 극단적인 proteome 변화에도 주요하게 작용하는 시스템이라는 것을 밝혔다.

 

Poster session
< Poster session >
출처: Ubiquitins, Autophagy & Disease. Photographer: Constance Brukin

 

4. 4월 26일 주요 내용

6th session: Disease

1) Co-opting the ubiquitin/proteasome system for therapeutic benefit
Venetoclax는 BCL-2라는 apoptosis regulator를 억제하는 약물로 만성 백혈병에서 apoptosis를 일으켜 효과적으로 치료하는 것으로 알려져 있다. 하지만 약물을 한종류만 처리하는 것은 효과가 제한적이다. 이를 극복하기 위해 Genentech의 Ingrid E Wertz는 메커니즘에 기반한 combination 전략을 통해 항암작용의 극대화를 도모하였다. 항체-약물 복합체인 polatuzumab vedotin은 BCL-2의 분해를 촉진하는 기능을 해서 venetoclax와 함께 처리되었을 때 지속적인 암 조직의 감소를 확인할 수 있었다. 이렇게 두 개의 서로 다른 약물을 이용해서 시너지 효과를 얻을 수 있다면 약물의 부작용은 최소화하면서 최대의 치료 효과를 낼 수 있을 것이라 제시하였다.

2) Ubiquitination of the In-Between-RING (IBR) domain of HOIP regulates immune signaling and cell death
The Linear Ubiquitin Chain Assembly Complex (LUBAC)은 HOIP, SHARPIN, HOIL-1L로 구성된 E3 ligase로 현재까지 알려진 E3 ligase 중 유일하게 Met1 linked linear ubiquitin chain을 만든다. LUBAC은 immune response, cell death, cancer 등과의 관련성이 알려져 있다. HOIP이나 HOIL-1L에 문제가 있는 쥐는 배아상태에서 죽는 것으로 알려져 있고, SHARPIN이 없는 경우에는 피부세포에 apoptosis가 일어나는 것이 관찰된 바 있다. LUBAC은 human cancer에서 과발현된다고 알려져 있기 때문에 관련성은 존재하지만 분자적 기작은 알려진 바가 없다. IMBA의 Lilian M Fennell은 HOIP의 ubiquitination site를 mass spectrometry를 이용해 동정하고 각 site별로 mutation을 만들어 각각의 기능을 확인했다. 그 결과 K788R에서 fibroblast의 apoptosis가 관찰되었다. 또, 이 변이가 다른 LUBAC subunit에는 어떠한 영향을 주는지 확인해 보았을 때 SHARPIN이 관련이 되어 있는 것으로 확인하였다.

II. 총평

이번 학회는 매년 정기적으로 열리는 Ubiquitin, autophagy 관련 학회이며 특히 ubiquitin에 초점이 맞춰져 있는 학회이다. 이 학회의 특징이자 장점은 아직 발표되지 않은 연구를 위주로 강연이나 포스터 발표가 진행되기 때문에 최신 연구의 진행 방법이나 분야를 알 수 있는 기회가 된다는 것이다. 또, 학회의 규모가 크지는 않지만 이 분야에서 권위 있는 교수들이 많이 참석하기 때문에 도움이 많이 된 것 같다. 나중에 박사 졸업 후 연구실을 찾을 때 방문해 봐도 좋을 것으로 판단된다. 다만 일정이 오전부터 밤늦은 시간까지 이어지기 때문에 시차적응을 미리 하지 않으면 견디기 힘들고, 내부 숙소가 협소해서 외부의 숙소에서 묵게 되는 경우도 생기는 등 몸이 편한 학회는 아니다. 하지만 강연이나 포스터 세션에 대한 참여도가 높고 계속 다른 사람들과 이야기 나눌 기회들이 있기 때문에 본인의 연구를 더 발전시키는데 큰 도움이 되는 학회이다.

 

마지막날 저녁에 나온 랍스터
< 마지막날 저녁에 나온 랍스터 >

 

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김동영(2019). CSHL Ubiquitins, autophagy & disease 참석 후기. BRIC View 2019-C12. Available from https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=report&id=3243 (Jun 07, 2019)
* 자료열람안내 본 내용은 BRIC에서 추가적인 검증과정을 거친 정보가 아님을 밝힙니다. 내용 중 잘못된 사실 전달 또는 오역 등이 있을 시 BRIC으로 연락(member@ibric.org) 바랍니다.
 
  댓글 1
회원작성글 김의민  (2019-06-07 14:13)
정말 유익한 정보 감사합니다 ;)
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