The SUMO isopeptidase activity of SENP7 can sustain the expression of developmental genes but not a repressive state on chromosome X
이 연구는 SENP7가 유전자 조절에서 이중적인 역할을 한다는 것을 밝히는데, 여기서 SENP7의 촉매 이소펩티다아제 활성은 발달 유전자 발현과 염색질 응축을 유지하기에 충분한 반면, 그 N-말단 영역은 X 염색체 유전자의 억제 상태를 안정화하는 데 독특하게 요구된다.
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당신의 몸을 모든 세포가 각자의 특정한 직업을 가진 고유한 동네인, 거대하고 북적이는 도시라고 상상해 보세요. 이 도시가 계속 운영되기 위해서는 각 동네가 어떤 지시를 따르고 어떤 지시를 무시해야 하는지 정확히 알아야 합니다. 이것이 바로 유전학의 세계이며, DNA는 마스터 설계도를 쥐고 있습니다. 하지만 DNA는 단순히 정적인 두루마리가 아닙니다. 그것은 히스톤이라는 실타래에 단단히 감겨 크로마틴이라는 구조를 형성합니다. 크로마틴을 도서관이라고 생각해보세요. 책(유전자)들이 선반 위에 빽빽하게 쌓여 있으면 읽기가 어렵고, 지시 사항은 침묵 상태가 됩니다. 반대로 선반이 느슨해지고 책들이 밖으로 끌려 나오면, 지시 사항을 읽을 수 있게 되고 세포는 무엇을 해야 할지 알게 됩니다.
세포가 이 도서관을 관리하는 방법 중 하나는 "수모이레이션(sumoylation)"이라 불리는 과정입니다. 이것을 도서관 직원이나 책 자체에 붙일 수 있는 작은 포스트잇이라고 상상해 보세요. 이 포스트잇들은 책이 어떻게 조직되는지, 혹은 직원이 어떻게 행동하는지를 바꿀 수 있습니다. 하지만, 포스트잇을 재사용하거나 메시지를 바꾸기 위해 떼어낼 방법이 필요한 것처럼, 세포에는 수모(sumo) 포스트잇을 제거하는 특별한 "지우개"인 프로테아제(protease)가 있습니다. 특히 SENP라고 불리는 이 지우개 가족은 수모 포스트잇을 제거합니다. 만약 이 지우개들이 고장 나면, 포스트it이 쌓여 도서관은 엉망이 되고, 도시의 동네들은 잘못된 지시를 읽기 시작하여 혼란을 초래할 수 있습니다. 이것이 과학자들이 이 지우개들에 주목하는 이유입니다. 이들은 세포 질서의 문지기이며, 이들이 실패하면 발달에 문제가 생길 수 있기 때문입니다.
이제 이 지우개 중 하나인 SENP7이라는 단백질에 대한 구체적인 이야기를 해보겠습니다. 과학자들은 궁금했습니다: 만약 우리가 이 특정 지우개를 가져가 버린다면 어떤 일이 벌어질까? 그리고 더 흥미롭게도, 이 지우개는 작동하기 위해 몸 전체가 필요한 것일까, 아니면 단지 그 "절단 도구"만 있으면 충분할까? 이를 알아내기 위해, CABIMER와 다름슈타트 공과대학교의 연구진은 SENP7이 완전히 결핍된 특수한 인간 세포를 만들었습니다. 그들은 이 세포들을 범죄 현장처럼 취급하며, 어떤 유전자가 읽히고 어떤 유전자가 무시되는지에 대한 단서를 찾았습니다.
그들이 발견한 것은 이 단일 단백질의 매우 다른 두 가지 역할에 관한 이야기였습니다. 첫째, 그들은 SENP7이 없으면 세포의 "발달 도서관"이 어두워진다는 것을 발견했습니다. 신경계, 심장, 폐를 만드는 데 필요한 유전자들이 줄어들었는데, 마치 도시가 성장하는 법을 잊어버린 것 같았습니다. 이는 세포의 정상적인 발달 능력에 나쁜 소식이었습니다. 하지만 그 후, 도서관의 특정 구역인 X 염색체에서 이상한 일이 일어나고 있다는 것을 알아차렸습니다. 이 고장 난 세포들에서 X 염색체의 유전자들은 평소의 침묵을 깨고 점점 더 크게 소리치고 있었습니다.
SENP7이 어떻게 이 두 가지 상반된 일을 수행하는지 알아내기 위해, 과학자들은 "자르고 붙이기" 게임을 했습니다. 그들은 실제로 포스트잇을 자르는 부분(촉매 도메인)을 가져와서 고장 난 세포에 다시 넣어주었고, 나머지 단백질의 몸체(N-터미널 영역)는 남겨두었습니다. 그 결과는 놀라운 분리였습니다. "절단 도구"만으로도 발달 유전생물에게는 슈퍼히어로가 되었습니다. 그것은 도서관의 조직을 복구하고 빛을 다시 켜는 데 성공했으며, 세포가 뉴런으로 분화하기 시작하도록 도왔습니다. 발달 유전자가 활성화되도록 하는 데 있어서는, 지우개에게 그저 칼날만 있으면 충분했던 것입니다.
하지만 그들이 다시 X 염색체를 보았을 때 이야기는 반전되었습니다. "절단 도구"를 다시 가져다 놓았음에도 불구하고, X 염색체의 유전자들은 여전히 크고 무질서하게 유지되었습니다. 침묵은 회복되지 않았습니다. 연구진은 X 염색체를 조용하게 유지하기 위해서는 단백질의 "몸체", 즉 뒤에 남겨진 긴 N-터미널 영역이 필요하다는 것을 깨달았습니다. 이 단백질의 부분은 염색체를 단단하고 억제된 상태로 붙잡아 두는 특수한 닻이나 보안 요원 역할을 합니다. 이 특정 닻 없이는 "절단 도구"만으로는 그 일을 해낼 수 없었습니다.
이 논문은 SENP7이 이중 목적의 도구임을 시사합니다. 성장과 뇌 발달에 필요한 거대한 유전자 집단에 대해, 이 단백질의 주된 역할은 억제하는 포스트잇을 제거하여 유전자가 말할 수 있게 하는 지우기로서 작용하는 것입니다. 하지만 X 염색체에 대해서는, 그 역할이 구조적입니다. 이 단백질은 긴 꼬리를 사용하여 염색체를 물리적으로 닫힌 조용한 상태로 붙잡아 둡니다. 이 연구는 SENP7을 잃는 것이 어떤 유전자는 너무 조용하고 어떤 유전자는 너무 시끄러운, 엉망이 된 크로마틴 구조로 이어진다는 것을 확인해 줍니다. 촉매 활성은 "너무 조용한" 문제를 해결할 수 있지만, X 염색체의 "너무 시끄러운" 문제는 전체 단백질을 필요로 합니다. 이 발견은 단일 단백질이 게놈의 어느 부분을 지키느냐에 따라 완전히 다른 두 가지 작동 모드를 가질 수 있음을 강조하며, 우리의 세포 도시가 적절한 활동량과 적절한 침묵을 모두 갖추어 운영되도록 보장한다는 것을 보여줍니다.
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