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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

신지훈 (서울대학교, 서울대학교 대학원)

발행연도
2020
저작권
서울대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수1

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

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배아 줄기세포가 전분화성을 유지하는 데 있어 주요 전사 인자들의 활성이 조절되는 메커니즘은 매우 중요하다. 특히 M/G1 세포주기 동안에는 주요 전사 인자들이 다시 타겟 유전자로 Reset되어야 할 것이다. 하지만 줄기세포의 세포주기 동안 핵심 전사 인자들이 어떻게 조절되는지에 대한 메커니즘은 알려진 바가 거의 없다.
우리는 마스터 전사인자인 Oct4의 활성이 세포주기동안 어떻게 조절되는지에 대해 주목하였다. G2/M 세포주기에서 Aurkb는 Oct4의 Serine 229번 잔기를 인산화하여 Oct4의 전사활성을 잃게 한다. 전사활성이 급격히 감소된 Oct4는 염색체에서 떨어지게 되고 타겟 유전자들의 발현이 감소하여 줄기세포 위계결정의 기회의 창을 만든다. 세포주기가 진행되어 다시 G1 세포주기로 들어갈 때 PP1에 의해 Serine 229번 인산화가 제거되고 전사활성이 회복된 Oct4는 본래의 타겟 유전자에 Reset되어 타겟 유전자들의 발현을 높인다.
우리는 세포주기에 따른 Oct4의 ChIP-seq을 통해 Genome-wide한 분석을 하였고 Oct4의 타겟 유전자들을 발굴하였다. 특히 세포주기에 따라 G2/M기에 줄어들었던 peak들이 G1기에 증가하는 것을 확인하였고 peak들의 density 또한 G1기에서 G2/M기에 비해 상대적으로 높은 것을 확인하였다. Oct4의 타겟 유전자들은 전분화성 유전자뿐만 아니라 세포주기 유전자와 관련되어 있으며 Oct4가 세포주기에 따라 조절될뿐만 아니라 줄기세포의 세포주기를 조절할 수 있음을 의미한다.
우리는 Oct4의 인산화 및 탈 인산화가 줄기세포에 미치는 영향을 확인하기 위해 인산화 유사 단백질인 S229D mutant와 PP1과의 결합능을 잃은 F271A mutant를 제작하여 줄기세포에 발현시킴과 동시에 세포내 Oct4는 결핍시켰다. 그 결과 두 mutant를 발현하는 줄기세포 모두 Oct4의 Resetting이 정상적으로 이루어지지 않았으며 세포주기는 분화한 세포와 유사하게 G1기가 길어지는 양상을 보였고 결과적으로 전분화성을 상실하였다.
본 연구에서는 배아 줄기세포의 마스터 전사인자인 Oct4가 세포주기동안 인산화에 의해 활성이 조절되는 것을 밝혔고 더 나아가 줄기세포의 세포주기와 전분화성의 연관성에 대해 제시하였다.
* 본 내용은 eLife 학술지 (Shin et al., 2016)에 출판 완료된 내용임

목차

I. INTRODUCTION 1
1-1. Transcriptional mechanism of pluripotent embryonic stem cell 2
1-2. The master regulator of pluripotency : Oct4 3
1-3. The cell cycle of embryonic stem cells 5
1-4. Connection between pluripotency regulators and the cell cycle of embryonic stem cells 7
1-5. Aurora kinase b-protein phosphatase 1 axis during the cell cycle 8
1-6. Purpose of this study 9
II. MATERIALS AND METHODS 13
2-1. Cells and culture conditions 14
2-2. Mitotic Arrest-Release and Cell Cycle Analysis 14
2-3. Immunofluorescence and Confocal Microscopy 15
2-4. DNA Constructs 15
2-5. Generation of stably expressing Flag-Oct4 ZHBTc4 ESCs 16
2-6. Reporter gene assay 16
2-7. In vitro kinase assay 17
2-8. In vitro phosphatase assay 18
2-9. Immunoprecipitation and Western blot 18
2-10. Nascent RNA Analysis 19
2-11. Lentiviral shRNA-mediated knockdown 19
2-12. Real-Time qPCR, Chromatin Immunoprecipitation (ChIP) Assay 20
2-13. ChIP-Seqeuncing 20
2-14. Self renewal assay 21
2-15. Reprogramming 21
2-16. Nano-LC-ESI-MS/MS Analysis of Phosphorylation Sites in Oct4 21
III. RESULTS 26
3-1. Identification of Oct4 phosphorylation at serine 229 residue 27
3-2. Phosphorylated Oct4 at serine 229 is highly enriched in G2/M phase and dissociated from chromatin 34
3-3. Aurora kinase b binds Oct4 and phosphorylates Oct4 at serine 229 in a cell cycle dependent manner 44
3-4. Protein phosphatase 1 binds Oct4 and dephosphorylates serine 229 in Oct4 in G1 phase 52
3-5. PP1-mediated dephosphorylation of Oct4(S229) correlates with the resetting of pluripotency in the next G1 phase 60
3-6. Oct4 targets and resets cell cycle related genes in the next G1 phase 68
3-7. Oct4 ChIP-seq reveals that resetting regions enriched in pluripotency and cell cycle related genes 74
3-8. Oct4 mutants?Oct4(S229D) and Oct4(F271A)?effect the loss of pluripotency and alter the cell cycle by impeding gene expression 77
IV. DISCUSSION 87
V. REFERENCES 93
VI. ABSTRACT IN KOREAN 99

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