Functional characterization of NEDD8 in HDAC6 and ubiquitin mediated signaling pathway

Abstract

NEDD8(Neural Precursor Cell Expressed, Developmentally Down-Regulated 8)은 81개의 아미노산으로 구성된 작은 단백질로서, 전사체의 조절 및 유전체 손상/복구(DNA damage response, DDR) 기작을 포함한 세포 내의 다양한 신호전달체계에서 필수적인 역할을 한다고 알려져 있다. 또한 12개의 유비퀴틴유사체(ubiquitin like modifiers, ULMs)중 NEDD8은 유비퀴틴의 아미노산 서열과 60%가 완전히 일치하며 80%의 아미노산서열은 물리화학적 및 기능적 특징이 유사하다. 또한 NEDD8은 유비퀴틴과 유사하게 카르복실기 말단에 di-glycine motif를 보유하고 있다. 이러한 구조적 유사성에도 불구하고 세포 내 유비퀴틴과 NEDD8간의 기능적 차이점은 명확히 규명되어 있지 않다. 이에 본 연구에서는 human protein micro array system을 활용하여 NEDD8과 특이적으로 결합하는 단백질들(NEDD8 Interacting Proteins, SNIPs)을 동정하였으며, 이를 통해 histone deacetylase 6(HDAC6) 및 BAG3 등과 같은 선택적 autophagy와 연관된 NEDD8 결합 단백질들을 동정하였다. 이들 중 HDAC6는 프리유비퀴틴체인의 수용체로써 세포 내 유비퀴틴화된 aggregate들의 분해를 유도하는 과정에서 aggresome의 형성에 관여하는 주요 단백질로 보고된 바 있다. 본 연구에서는 NEDD8이 HDAC6와의 특이적 상호작용을 통해 어떻게 세포 내 주요 신호 전달 과정에 관여하는지에 대한 연구를 진행하였다. NEDD8과 HDAC6간의 상호 결합능 분석을 위해 HDAC6 및 NEDD8의 돌연변이체들을 제작하여 실험을 진행하였으며, 이를 통해 NEDD8이 유비퀴틴과 유사한 방식으로 카르복실 말단의 di-glycine motif를 통해 HDAC6와 결합하고 있으며, HDAC6는 프리유비퀴틴체인의 결합도메인으로 알려진 BUZ/ZnF-UBP도메인을 매개로 NEDD8과 결합하고 있음을 확인하였다. 이러한 연구결과는 프리유비퀴틴체인 및 NEDD8이 HDAC6의 BUZ/ZnF-UBP도메인을 매개로 상호 경쟁적으로 결합할 수 있음을 의미하는 연구 결과이다. 이 후, 프리유비퀴틴체인, NEDD8 및 HDAC6간의 상호작용에 대한 연구를 진행한 결과, 흥미롭게도 HDAC6는 프리 유비퀴틴체인 중 K63 프리유비퀴틴체인보다 K11 프리유비퀴틴체인과 보다 강하게 결합하고 있음을 확인하였으며, 이들 간의 결합이 NEDD8의해 저해되는 것을 관찰하였다. 이와 같은 결과는 NEDD8과 K11 프리유비퀴틴체인이 HDAC6와 동일한 부위에 결합하고 있음을 의미하는 것으로, 세포 내 특정 환경에 따른 각 단백질들의 양적 변화양상이 이들 단백질 간의 결합을 특이적으로 조절할 수 있다는 것을 시사하는 것이다. 또한 이러한 연구결과는 NEDD8이 K11 프리유비퀴티체인과 HDAC6에 의해 매개되는 세포 내 신호전달체계에서 중요한 저해제로서 작용할 수 있음을 제시하고 있다. 종합적으로 본 연구 결과는 NEDD8이 HDAC6 과 프리유비퀴틴체인의 결합을 매개로 나타나는 다양한 세포 내 신호전달 과정에서 중요한 negative regulator(음성조절자)로써 작용할 수 있음을 제시하고 있다.