BioWave  Vol. 20 No. 3
서울시립대학교 세포신호전달 연구실 조익훈 교수
연구실 홈페이지
실험실 소개  
세포 신호전달은 생명체의 발생, 분화, 유지를 위해 필수불가결한 생체 시스템임. 각각의 신호전달 경로들은 다양한 단백질에 의한 kinase cascade를 기반으로 구성되어 있고, 자신들의 타겟 유전자 발현 조절을 통하여 세포단위로부터 개체에 이르기까지의 생명현상을 조절함. 세포 신호전달 체계는 개체의 발생에 대한 이해를 돕고, 다양한 질병의 치료법 개발과 질병의 발병 억제를 목적으로 장기간에 걸쳐 연구되고 있음.

본 실험실 에서는 다양한 신호전달 경로 중 Wnt signaling과 Hippo signaling을 중점적으로 연구하고 있음. Wnt와 Hippo신호전달은 모두 발생 단계에서 중요한 요소로써 그 존재가 밝혀졌지만 근래에 들어서는 다양한 질병, 특히 암 또는 신경계 질환과의 연관성 때문에 이를 치료하기 위해 필수적으로 이해해야 하는 연구분야로 인식되고 있음. 본 연구실의 연구결과는 각각의 신호전달 체계에 대해 심도 깊은 이해와 이들간의 cross-talk에 대한 정보를 제공해 줄 수 있을 것으로 기대됨. 또한 이러한 연구가 기초과학에 대한 이해도 향상을 제공함과 동시에 다양한 질병 치료법을 발견하는데 큰 기여를 할 것이라 생각됨.
연구내용  
(1) Wnt signaling의 새로운 조절 기전 규명을 통한 Therapeutic target 제시 및 발생조절에 대한 연구
Wnt signaling은 초기에는 암을 일으키는 proto-oncogene으로 연구되었지만 Drosophila의 wing development에서 중요한 역할을 한다고 밝혀짐으로써 더 많은 연구가 진행되어왔음. 이처럼 다양한 생명 현상 조절에서 중요한 역할을 하는 Wnt signaling에 관련된 연구는 기초학문으로서의 중요성을 가짐과 동시에 다양한 질병의 therapeutic target을 제공함. 지금까지 많은 잠재 therapeutic target들이 밝혀졌지만 임상적 유용성이 확립된 수준까지는 도달하지 못하여 새로운 생물학적 조절 기전에 근거한 target의 발굴이 계속되어야 함. 이와 같은 연구를 위하여, 본 연구진들은 최근 몇 년간 다양한 형태의 국가 연구비 지원을 통하여 다음과 같은 프로젝트를 수행해 왔음.

i. 새로운 조절 Components 및 조절기전 발굴:
Wnt signaling의 정교한 조절을 위하여 아직도 많은 조절자의 발굴이 필요함. 본 연구실에서는 Wnt 신호전달의 핵심조절자인 Axin이라는 단백질의 활성 및 level을 조절하는 인자로서 PRMT1, Smurf2, Mest/Peg1, β-TrCP 등을 발굴하고 그 조절 기전을 발표한바 있음. 특히, Wnt signaling의 조절단계에서 Wnt ligand가 Receptor에 결합한 후 co-receptor LRP6의 phosphorylation으로 이어지는 단계의 기전은 많이 밝혀지지 않았음. 본 연구진은 small GTPase인 Arf1/6가 LRP6의 phosphorylation에 필수적인 PIP2 의 형성에 관여함을 확인해 Arf1/6가 Wnt signaling의 새로운 조절인자임을 밝힌 바 있음. 또한, Wnt signaling 조절에서 E3 ligase mediated ubiquitination의 중요성은 잘 알려져 있는 반면 Deubiquitinase에 관련한 연구는 거의 없음. 본 연구진은 Deubiquitinase인 USP14가 Wnt signaling의 Key regulator인 Dishevelled의 ubiquitination을 조절해 Wnt signaling을 positive하게 조절함을 확인하였음. 이 연구 결과를 통하여 Deubiquination을 통한 Wnt signaling의 조절기전을 밝힘. 최근에는 Autophagy의 mater regulator로 알려진 TFEB라는 전사인자가 Wnt signaling을 전달하는 핵심조절 인자임을 밝혀서 그에 관련된 연구를 진행 중임.

ii. Wnt 신호전달의 조절에 의한 뇌발생 기전 연구:
뇌의 앞 뒤 축 결정 과정(Neural patterning)에서 Wnt signaling의 조절이 필요함을 밝힌 연구임. 이 과정에서 DP1 단백질이 Cytoplasm에서는 Wnt signaling을 억제하고 Wnt signaling이 높은 곳에서는 핵 내로 이동해 NLK와 interaction해 Wnt signaling을 더욱 더 높여주는 현상을 발견함. 이 현상으로 인해 앞 뒤 축의 Wnt signaling 경계가 명확하게 됨. 이 연구 결과는 2013년 국가연구개발 우수성과로 선정되었을 뿐 아니라 EMBO Journal의 “Have you seen..?” section에 소개되고 EMBO J을 홍보하는 배너로 사용되었음 (아래 그림, "...probably represents the most comprehensive single study ever published in this field." 라는 식으로 소개 됨).

EMBO J 홍보 배너

iii. Specific therapeutic target 및 Hippo signaling과의 crosstalk 기전 연구:
Merlin은 Neurofibromatosis type II(NFII) 질환의 원인 유전자이지만 어떤 기전을 통해 암 형성이 유도되는지 잘 밝혀져 있지 않음. 또한 Merlin은 Hippo signaling의 upstream regulator임이 밝혀진 바 있음. 본 연구진은 Merlin이 Wnt signaling의 Co-receptor인 LRP6와 결합하여 Wnt signaling을 억제함을 발견하였고, NF2 환자 조직에서 Hippo signaling의 Key molecule인 YAP이 아닌 Wnt signaling의 Key molecule인 β-catenin의 level이 증가되어 있음을 확인하였음. 이와 같이 Wnt signaling과 Hippo signaling의 crosstalk의 기전을 규명한 후 이를 통하여 질병의 치료를 위한 후보 물질을 발굴하는 연구들 수행하고 있음. 최는에는 Wnt의 co-receptor인 LRP6 가 metabolic status에 반응하여 Hippo signaling을 조절한다는 결과를 확보하여서 그에 관련된 연구를 진행 중임.

Role of Wnt signaling in development and disease

(2) Hippo signaling pathway를 조절하는 새로운 인자 발견 및 기능 연구
Hippo pathway는 우리 몸의 기관들의 크기와 세포의 증식속도를 조절하는 신호전달체계로, kinase cascade를 통해 여러 core component들이 인산화되면서 신호를 전달함. Hippo pathway 가 비활성화된 상태에서는 transcription co-activator인 YAP이 인산화 되지 않아서 핵 내로 이동하여 TEAD라는 전사인자와 결합하여 세포 증식과 관련된 유전자 발현을 촉진함. 하지만, Hippo pathway 가 활성화되면 MST 및 LATS라는 kinase가 활성화되어 YAP을 인산화시켜서 14-3-3이라는 단백질과 결합하여 세포질 내에 존재하게 됨. 그에 따라 세포 증식과 관련된 유전자 발현이 일어나지 않음 (아래 그림). 다양한 종류의 암에서 YAP의 level이 높아서 세포증식이 촉진됨이 밝혀져 있음. 따라서 Hippo pathway를 잘 조절하는 것은 암의 형성 및 증식을 억제하는 데 중요하며 비정상적인 Hippo pathway에 의해 발생하는 암의 치료를 보다 효과적으로 할 수 있다고 생각됨.

Hippo signaling pathway

본 연구실에서는 지금까지 알려진 Hippo pathway의 core component들 외에 새로운 component들을 찾고 이것을 therapeutic target으로 이용하여 암의 치료에 적용하고자 함. 최근에 본 연구실에서는 NLK(Nemo-like kinase)라는 kinase가 YAP의 S128 residue를 인산화시켜 YAP이 cytoplasm에 존재하게 하는 S127 residue의 인산화를 억제함으로써 YAP이 핵 내에 존재하게 한다는 것을 밝혔음. 또한 Hippo pathway에서 core component kinase로서 기능하는 LATS의 E3 ligase인 ITCH를 안정화시키는 deubiquitinase YOD1을 발굴하였음. YOD1이 ITCH를 안정화시켜 LATS의 degradation을 증가시키게 되면 결과적으로 YAP이 인산화되지 못하면서 세포 증식과 간의 크기 증가를 촉진한다는 것을 밝혔음. YAP은 최종적으로 target gene의 발현을 촉진하기 때문에 Hippo pathway를 조절하는데 있어서 가장 중요한 단백질임. 하지만 아직까지 YAP이 어떻게 핵 내로 들어가게 되는 지에 대해서는 많이 알려진 것이 없음. 현재 본 연구실에서는 YAP의 핵 내로의 이동을 조절하는 component를 발굴하여 이를 통해 YAP의 localization을 조절하는 mechanism을 연구하는 중임.

(3) 알츠하이머 치매의 병인 기전 규명을 위한 줄기세포와 신경줄기세포를 이용한 연구
i. Small molecule을 이용한 줄기세포의 분화조절 연구:
줄기세포의 질병 치료를 목적으로 하는 연구에서 줄기세포에 관한 연구는 필수로 여겨지고 있음 본 연구진은 줄기세포를 신경세포로 효과적으로 분화시키는 방법을 찾기 위해 다양한 small molecule을 이용하여 최적의 분화방법을 찾아내는 연구를 진행한 바 있음. 또한 신경줄기세포의 유전자 분석 및 조절을 통하여 신경계 관련 질환을 진단하는 방법개발과 치료법을 모색하고 있음.

Small molecule을 이용한 줄기세포의 분화조절 연구

ii. Mest/Peg1 유전자의 loss-of-imprinting이 알츠하이머 치매의 병인 기전일 가능성 검증
현재 우리나라는 급속한 고령화에 따라 노인 의료비의 기하급수적인 상승폭이 일어나고 있는 실정임. 급속한 인구의 노령화에 따라 알츠하이머 치매(AD)의 유병율도 같이 증가하게 되며 핵가족화로 인한 가족 지지체계의 붕괴는 노인 개인이 부담해야 하는 경제적 부담을 가중시키며, 아울러 가족 전체 나아가서는 사회 전체의 막대한 경제적인 부담을 가중시킴. 치매는 조기 발견 및 조기치료를 할 경우 그 진행을 상당 부분 지연시킬 수 있으며 그 조기 발견을 위한 바이오 마커개발에 선진국에서는 수십 년 전부터 막대한 연구 개발비를 들여 연구를 지속해 오고 있음.

현재까지 알츠하이머병의 biomarker 및 병리 가설은 모두 아밀로이드 가설 및 타우가설 및 이와 연관된 조절인자를 기반으로 발전하였음. 2018년 현재, 이러한 가설에 가반하여 개발된 알츠하이머병의 질환 조절을 목적으로 한 신약은 모두 실패로 끝남. 이와 관련하여 여러 가지 학설들이 제기 되고 있으나, 신경세포 독성인자의 역할 이외에도 방어인자의 역할 및 신경세포 사멸기전의 조절 인자를 기반으로 한 현재 알츠하이머병의 질병 모델의 패러다임 변화의 필요성이 제기됨.

포유류는 부모에게서 한 쌍의 대립유전자를 물려받으며, 이 대립유전자는 부모 중 누구에게 받았는지는 중요하지 않음. 하지만, 예외적으로 부모 중 어느 쪽으로부터 유전자를 받느냐에 따라 발현이 될 수도 그렇지 않을 수도 있는 경우를 유전자 각인(genomic imprinting)이라고 함. Cui et al. (2003)의 결과에 의하면 노화되면서 imprinted gene인 IGF의 조절이 풀려서(Loss of Imprinting) IGF의 발현이 증가하고, 이에 따라 대장암의 발병이 증가한다고 함. 본 연구진은 imprinted gene이라고 알려진 Mest/Peg1이 Wnt signaling의 co-receptor인 LRP6의 modification을 조절함에 의해서 Wnt signaling을 inhibition 한다는 사실을 밝혔음 (Jung et al. 2011). LRP6의 유전자 변이는 만발성 알츠하이머 병과 연관이 있었으며, 이는 APO E ε4 gene의 carrier status와 synergistic 하게 작용하여 Wnt 신호 전달 체계 이상 유발 및 이로 인한 신경 퇴행을 유발할 것이라는 보고가 있었음 (De Ferrari et al. 2007).

위의 선행 연구 결과에 근거하여 본 연구진은 Mest/Peg1의 imprinting 조절 이상과 알츠하이머 치매와의 연관성 규명을 통하여 지금까지 알려졌던 기전과는 전혀 다른 개념의 치매 발병 및 진행 기전을 제시하는 연구를 수행중임. 특히 최근에 개발된 CRISPR-Cas9 system을 이용한 genome editing 기술을 이용하여 본 연구진의 가설을 검증하고 치매의 동물 모델을 개발하는 연구를 수행중임.

Mest depletion results in neurodegeneration

연구성과  
2012년 이후 논문

  • Kim W, Jho EH. (2018)
    The history and regulatory mechanism of the Hippo pathway.
    BMB Rep., [Epub ahead of print]

  • Kim Y, Jho EH. (2018)
    Regulation of the Hippo Signaling Pathway by Ubiquitin Modification.
    BMB Rep., [Epub ahead of print]

  • Park J, Jung H, Kim K, Lim KM, Kim JY, Jho EH, Oh ES. (2017)
    D-tyrosine negatively regulates melanin synthesis by competitively inhibiting tyrosinase activity.
    Pigment Cell Melanoma Res., [Epub ahead of print]

  • Kang DH, Lee DJ, Lee S, Lee SY, Jun Y, Kim Y, Kim Y, Lee JS, Lee DK, Lee S, Jho EH, Yu DY, Kang SW. (2017)
    Interaction of tankyrase and peroxiredoxin II is indispensable for the survival of colorectal cancer cells.
    Nat Commun., 8(1):40

  • Kim Y, Jho EH. (2017)
    Deubiquitinase YOD1: the potent activator of YAP in hepatomegaly and liver cancer.
    BMB Rep., 50(6):281-282

  • Ji L, Bishayee K, Sadra A, Choi S, Choi W, Moon S, Jho EH, Huh SO. (2017)
    Defective neuronal migration and inhibition of bipolar to multipolar transition of migrating neural cells by Mesoderm-Specific Transcript, Mest, in the developing mouse neocortex.
    Neuroscience, 355:126-140

  • Kim Y, Kim W, Song Y, Kim JR, Cho K, Moon H, Ro SW, Seo E, Ryu YM, Myung SJ, Jho EH. (2017)
    Deubiquitinase YOD1 potentiates YAP/TAZ activities through enhancing ITCH stability.
    Proc Natl Acad Sci U S A, 114(18):4691-4696

  • Cho SJ, Cha BS, Kwon OS, Lim J, Shin DM, Han DW, Ishitani T, Jho EH, Fornace AJ, Cha HJ. (2017)
    Wip1 directly dephosphorylates NLK and increases Wnt activity during germ cell development.
    Biochim Biophys Acta., 1863(4):1013-1022

  • Jang J, Jung Y, Kim Y, Jho EH, Yoon Y. (2017)
    LPS-induced inflammatory response is suppressed by Wnt inhibitors, Dickkopf-1 and LGK974.
    Sci Rep., 7:41612 (co-corresponding)

  • Moon S, Kim W, Kim S, Kim Y, Song Y, Bilousov O, Kim J, Lee T, Cha B, Kim M, Kim H, Katanaev VL, Jho E. (2017)
    Phosphorylation by NLK inhibits YAP-14-3-3-interactions and induces its nuclear localization.
    EMBO Rep., 18(1):61-71. (F1000Prime Recommendations, In F1000Prime, 20 Feb 2017)

  • Hong AW, Meng Z, Yuan HX, Plouffe SW, Moon S, Kim W, Jho E, Guan KL. (2017)
    Osmotic stress-induced phosphorylation by NLK at Ser 128 activates YAP.
    EMBO Rep., 18(1):72-86

  • Kim W, Khan SK, Gvozdenovic-Jeremic J, Kim Y, Dahlman J, Kim H, Park O, Ishitani T, Jho EH, Gao B, Yang Y. (2017)
    Hippo signaling interactions with Wnt/β-catenin and Notch signaling repress liver tumorigenesis.
    J Clin Invest., 127(1):137-152

  • Kim M, Kim S, Lee SH, Kim W, Sohn MJ, Kim HS, Kim J, Jho EH. (2016)
    Merlin inhibits Wnt/β-catenin signaling by blocking LRP6 phosphorylation.
    Cell Death Differ., 23(10):1638-47

  • Kim S, Jho EH. (2016)
    Merlin, a regulator of Hippo signaling, regulates Wnt/β-catenin signaling.
    BMB Rep., 49(7):357-8

  • Cha B, Geng X, Mahamud MR, Fu J, Mukherjee A, Kim Y, Jho EH, Kim TH, Kahn ML, Xia L, Dixon JB, Chen H, Srinivasan RS. (2016)
    Mechanotransduction activates canonical Wnt/β-catenin signaling to promote lymphatic vascular patterning and the development of lymphatic and lymphovenous valves.
    Genes Dev., 30(12):1454-69

  • Shin DW, Sohn MJ, Kim HS, Lee DJ, Jeon SR, Hwang YJ, Jho EH. (2015)
    Clinical analysis of spinal stereotactic radiosurgery in the treatment of neurogenic tumors.
    J Neurosurg Spine, 23 (4):429-37

  • Cha B, Park Y, Hwang BN, Kim SY, Jho EH. (2015)
    Protein Arginine Methyltransferase 1 Methylates Smurf2.
    Mol Cells, 38(8):723-8

  • Kim H, Kim S, Song Y, Kim W, Ying QL, Jho EH. (2015)
    Dual Function of Wnt Signaling during Neuronal Differentiation of Mouse Embryonic Stem Cells.
    Stem Cells Int., 2015:459301

  • Cho HG, Lee SG, Kim WH, Lee JS, Park PH, Cheon DS, Jheong WH, Jho EH, Lee JB, Paik SY. (2014)
    Acute gastroenteritis outbreaks associated with ground-waterborne norovirus in South Korea during 2008-2012.
    Epidemiol Infect., 142(12):2604-9

  • Cho HG, Lee SG, Kim JE, Yu KS, Lee DY, Park PH, Yoon MH, Jho EH, Kim J, Paik SY. (2014)
    Molecular epidemiology of norovirus GII.4 variants in children under 5 years with sporadic acute gastroenteritis in South Korea during 2006-2013.
    J Clin Virol., 61(3):340-4

  • Kim M, Jho EH. (2014)
    Cross-talk between Wnt/β-catenin and Hippo signaling pathways: a brief review.
    BMB Rep., 47(10):540-5

  • Jung H, B-G Kim, WH Han, JH Lee, J-Y Cho, WS Park, MM Maurice, J-K Han, MJ Lee, D Finley and Jho EH. (2013)
    Deubiquitination of Dishevelled by Usp14 is required for Wnt signaling.
    Oncogenesis, 2:e64

  • Choi EJ, Kim S, Jho EH, Song KJ and Kee SH. (2013)
    Axin expression enhances herpes simplex virus type 1 replication by inhibiting virus-mediated cell death in L929 cells.
    J. Gen. Virol., 94(Pt 7):1636-46

  • Cho HG, Choi JH, Lee HK, Mun SK, Lee JB, Jho EH, Kang C and Lim YH. (2013)
    Oseltamivir-resistant influenza viruses isolated in South Korea from 2005 to 2010.
    Arch Virol., 158(11):2365-70

  • Kim W, Kim M, Jho EH. (2013)
    Wnt/β-catenin signalling: from plasma membrane to nucleus.
    Biochem J., 450(1):9-21 (Invited review)

  • Cho HG, Choi JH, Kim WH, Hong HK, Yoon MH, Jho EH, Kang C and Lim YH. (2013)
    High prevalence of amantadine-resistant influenza A virus isolated in Gyeonggi Province, South Korea, during 2005-2010.
    Arch Virol., 158(1):241-5

  • Kim W, Kim SY, Kim T, Kim M, Bae DJ, Choi HI, Kim IS, Jho EH. (2013)
    ADP-ribosylation factors 1 and 6 (Arf1/6) regulate Wnt/β-catenin signalingvia control of LRP6 phosphorylation.
    Oncogene, 32(28):3390-6

  • Kim W, Kim H, Katanaev V, Lee S, Ishitani T, Cha B, Han JK and Jho EH. (2012)
    Dual functions of DP1 promote biphasic Wnt-on and Wnt-off states during anteroposterior neural patterning.
    EMBO J., 31(16):3384-97

  • Cha B and Jho EH. (2012)
    Protein arginine methyltransferases (PRMT) as therapeutic targets.
    Expert Opinion on Therapeutic Targets, 16(7):651-64 (Invited review)

  •  
    멤버사진
    확대보기  
      지도교수: 조익훈

     박사과정: 송용희, 김소영, Renuka Prasad,
                    Anderson Tan, 김지영, 권혜련, 정원영
     석사과정: 이승용, 송가현, 차새롬

    Contact : 02-6490-2671 (Tel.) / 02-6490-2664 (FAX)
    Homepage
     
    < 본 정보는 해당 대학/연구실에서 제공하는 자료를 바탕으로 구성된 내용으로, BRIC에서 작성한 정보가 아님을 밝힙니다. >
    등록 2018.02.27
    주소복사
    © BRIC