생화학분자생물학회

새로운 조절세포사 캐리옵토시스(karyoptosis) 발견과 기전 규명

Discovery of karyoptosis, a new regulated cell death, and unveiling the molecular mechanisms

Exp. Mol. Med. 56 686-699 (2024)

(원문 title: Dysregulated CREB3 cleavage at the nuclear membrane induces karyoptosis-mediated cell death)

조용연: 가톨릭대학교 약학대학 (yongyeon@catholic.ac.kr)

연구배경

세포는 항상성과 기능 유지를 위해 외부 자극이나 내부 손상에 대해 다양한 형태의 세포사멸 프로그램을 가동한다. 이러한 세포사멸은 무작위적 손상이 아닌, 유전자와 신호전달 네트워크에 의해 정밀하게 제어되는 현상으로서, 조절세포사(regulated cell death, RCD)로 분류된다. RCD에는 아팝토시스, 오토파지, 네크롭토시스, 페롭토시스, 파이롭토시스 등 20여 종 이상의 세포사멸 유형이 포함되며, 이들 각각은 고유한 분자기전과 형태학적 특징을 지닌다(Lee, Byun et al., 2023). 정상적인 RCD는 손상된 세포를 제거하고 조직 항상성을 유지하는 데 필수적이지만, 이 기전이 손상되거나 비정상적으로 작동할 경우 암, 퇴행성질환, 면역질환 등 다양한 병리적 상태를 유발한다.

최근에는 새로운 형태의 RCD인 캐리옵토시스(karyoptosis)가 보고되면서 핵막 온전성 유지(nuclear envelope integrity)와 세포사멸 간의 새로운 연관성이 주목받고 있다. 캐리옵토시스는 기존 세포사멸 경로와는 다른 양상으로, 핵막의 구조적 파열과 핵 내용물의 유출을 주요 특징으로 한다. 이 과정은 세포 내막(nuclear inner membrane, INM)에서 발생하는 전사인자의 구조적 변화와 밀접히 연관되어 있으며, 기존의 아팝토시스나 네크롭토시스와는 뚜렷하게 구별되는 분자표지와 형태학적 변화를 동반한다(Lee, Bang et al., 2024).

캐리옵토시스의 핵심 조절인자로 밝혀진 단백질은 CREB3(cAMP response element-binding protein 3)이다. CREB3는 bZIP(leucine zipper) 도메인을 가진 type II 막내재 전사인자로, 평상시에는 전장형 CREB3 (CREB3-FL라고 명명함)의 형태로 소포체(ER) 및 핵 내막(INM)에 고정되어 있다. 이 단백질은 bZIP 도메인을 통해 라민(lamin A/C 및 B)과 크로마틴 DNA에 동시에 결합하며, INM에서 크로마틴을 결박(tethering)하여 핵 구조의 안정성을 유지하는 데 핵심 역할을 한다(Lee, Bang et al., 2024).

그러나 자외선 B(UVB), ER 스트레스 유발 물질(Brefeldin A, H₂O₂, A23187 등) 등의 외부 자극이 가해질 경우, CREB3는 S1P/S2P 단백질분해효소에 의해 절단되어 N-말단 단편인 cleaved CREB3 (CREB3-CF라고 명명함) 형태로 전환된다. 이 절단은 INM에 존재하던 CREB3-FL의 고정성을 해체하고, 결과적으로 핵막의 물리적 힘 균형을 붕괴시켜 폭발적인 핵막 파열을 초래한다(Chen, Byun et al., 2024; Lee, Bang et al., 2024).

이러한 핵막 파열은 이전에 Manolis Fanto 교수가 2018년 퇴행성 신경질환 환자의 신경세포에서 만성적 오토파지 억제에 의해 유도된 핵막 붕괴 현상을 관찰하며 "karyoptosis"로 명명한 바 있다(Baron and Fanto, 2018). 그러나 당시는 그 분자기전이나 유도 단백질이 규명되지 않았다. 이후 독립적인 연구를 통해 본 연구진은 CREB3-CF의 과발현이 다양한 암세포, 특히 악성 피부 흑색종 세포에서 강력한 세포사멸을 유도하며, 이 과정이 캐리옵토시스임을 입증하였다. 전사활성 기능보다 핵막 구조와의 상호작용이 세포사에 결정적이라는 점은 CREB3의 새로운 기능적 패러다임을 제시한다. 여기에서 보여주는 결과는 캐리옵토시스에 대한 세계 첫번째 연구 결과로 발표된 2024년 발표 연구 논문의 결과(Exp Mol Med. 2024 Mar;56(3):686-699)를 기반하여 작성하였다. 

캐리옵토시스는 아팝토시스, 오토파지, 네크롭토시스, 파이롭토시스와 비교하여 caspase 활성, LC3-II 전환, RIPK3/MLKL 인산화, gasdermin D 절단 등과는 무관하게 진행되어 생화학적으로도 뚜렷하게 구별된다. 이는 캐리옵토시스가 독립적이고 고유한 RCD 경로임을 뒷받침한다. 또한 CREB3-CF는 γH2AX 수준을 증가시키며 DNA 손상 반응(DDR)을 유도하고, p21 활성화 및 p53 비의존적 경로를 통해 암세포의 증식 억제와 노화(senescence)를 유도하는 것이 확인되었다.

이러한 발견은 CREB3가 단순한 전사인자에 그치지 않고, 핵막 구조의 유지와 붕괴를 동시에 조절하는 ‘이중 기능 단백질’이라는 새로운 관점을 제시한다. 나아가 CREB3-CF의 생성과 캐리옵토시스 유도 메커니즘을 이해하고 이를 조절하는 전략은 향후 암 치료 및 퇴행성 질환의 새로운 타깃으로 기능할 수 있는 기반이 될 것이다.

연구결과

1. CREB3-FL의 핵막 위치화 및 CREB3-CF 과발현에 의한 핵막 파열 기전

CREB3는 bZIP(basic leucine zipper) 도메인을 가진 type II 막내재 전사인자이다. 이전 활성화 기전에서는 CREB3-FL 형태로 ER에서 번역된 후 골지체로 옮겨진 후, S1P/S2P 단백질 분해효소에 의해 잘려 생성된 CREB3-CF가 핵으로 들어가 전사인자로 작용하는 것으로 알려져 있었다. 본 연구진은 CREB3-CF의 과발현으로 핵 형태 변화가 유도됨을 관찰하면서 karyoptosis 연구가 시작되었다(그림 1A). CREB3-FL, CREB3-CF 및 CREB3-FL-dTM을 각각 과발현하여 핵 형태 변화를 관찰한 결과, CREB3-FL를 제외한 두 벡터에서 핵 형태 변화화 유도되었고, DAPI가 세포질에서도 확산되어 관찰됨에 따라 핵막 파열이 수반됨을 확인하였다(그림 1B). CREB3-FL의 경우 S1P에 의한 절단이 이루어지지 않으면 골지에 축적되어야만 하는 기존 학설을 확인하기 위해서 CREB3-FL와 CREB3-FL-mtS1P(S1P 인식자리 돌연변이형)를 과발현한 세포주를 이용하여 공촛점 현미경 관찰 결과를 바탕으로 CREB3-FL가 핵막에 위치함을 확인하였으며(그림 1C), N-말단 및 C-말단에 각기 다른 tag을 융합한 Myc-CREB3-FL-HA을 형광현미경으로 관찰하여 CREB3-FL가 핵막에 위치함을 한번 더 확인하였다(그림 1D). 이 결과는 CREB3-FL가 핵막을 관통하여 있을 때 핵막의 온전성이 유지되며, 비정상적 CREB3-FL의 절단 또는 막관통영역 결손 CREB3의 발현(CREB3-FL-dTM)은 핵 형태 변화와 핵막 파열을 유도하는 것이 증명되었다.   

CREB3-CF의 과발현 또는 CREB3-FL의 결박 해체가 급격한 핵막 파열과 세포사(karyoptosis)를 유도한다는 점은, CREB3의 구조적 기능이 세포사멸 경로와 직접 연결됨을 입증하는 결정적 증거라 할 수 있다.

그림 1. CREB3의 핵막 국재화 및 핵막파열 유도. (A) CREB3-FL 및 CREB3-CF에 의한 핵 형태 변화. (B) 캐리옵토시스 유발 핵심 영역 도출. (C) CREB3-FL의 핵막 국재화. (D) 이중 융합 단백질을 이용한 CREB3-FL의 핵막 국재화 검증.

2. CREB3-FL와 CREB3-CF의 핵 크로마틴 DNA와의 결합

세포핵 내 유전정보는 히스톤 단백질과 결합하여 크로마틴이라는 고차 구조를 형성하며, 이는 유전자의 발현 조절 및 핵 구조의 안정성에 핵심적인 역할을 한다. 크로마틴은 히스톤 단백질 8량체(core histone octamer)에 약 147bp의 DNA가 감겨 형성된 뉴클레오좀(nucleosome)을 기본 단위로 하며, 이들이 염주처럼 연결되어 핵 내 유전물질을 고도로 조직화된 상태로 유지한다. 특히 핵막에 근접한 주변부 이질염색질(heterochromatin)은 라민 단백질과 핵 내막 단백질들에 의해 물리적으로 결박되어 있다. 핵 내막에서 CREB3-FL 단백질의 역할은 bZIP 영역을 이용한 크로마틴을 결박하는 것으로 예측하였다. 이를 확인하기 위하여 새로운 단백질 추출법을 적용하였다. 

크로마틴에 강력하게 결합한 단백질 용출 용액(1% Triton X-100, 0.1% SDS, 0.5% sodium deoxycholate)을 이용하여 핵 분획을 용해하고, 원심분리한 침전 분획을 이용하여 1 M NaCl을 첨가하여 용출하면 크로마틴 DNA와 강한 결합을 한 단백질의 일부를 회수할 수 있으며, 뉴클레오좀과 같이 크로마틴 DNA에 둘러싸인 단백질의 경우 아직도 침전 분획에 많이 남아있게 된다(그림 2A). 이를 확인하기 위한 검증 실험을 한 결과 CREB3-FL, CREB3-CF 및 CREB3-FL-mtS1P 단백질은 모두 1 M NaCl 용출 분획에서 증가하였고, 그럼에도 불구하고 침전물 분획에 더 많이 남아 있는 것이 확인되었다(그림 2B). 덧붙여서 CREB3-CF의 영역 특이적 결손 과발현 단백질을 이용한 면역침강 실험은 CREB3의 bZIP 영역이 핵막 라미나를 구성하는 lamin A/C 및 lamin B와 상호작용하는 것이 명백하게 증명하였다(그림 2C). 

이를 바탕으로 CREB3-CF 영역 연속제거 단백질의 과발현을 통해 bZIP 영역을 제거하면 CREB3-CF에 의해 관찰되던 핵 형태 변화와 핵막 파열이 일어나지 않음을 확인하였다(그림 2D). 이는 CREB3가 단백질-단백질 및 단백질-DNA 상호작용을 매개로 핵막-크로마틴 간 구조적 다리 역할을 수행함을 의미한다. 또한 막관통영역을 선택적으로 제거한 CREB3-FL-dTM 돌연변이는 핵막 고정성이 사라진 형태이며, 표현형적으로 CREB3-CF와 유사한 형태의 핵막 파열이 유도되었다(그림 1B). 이는 크로마틴에 결합된 CREB3가 핵막에 고정되어 있을 때만 핵 구조 안정성이 유지된다는 결정적 증거이다. 즉, CREB3는 크로마틴 결박 역할을 수행하는 동시에, 그 고정성 자체가 핵막 물리적 긴장 균형(force balance)의 유지에 필수적인 요인으로 작용하는 것이다. 

이러한 결과를 종합하면, CREB3-FL는 핵 내막에 고정된 상태에서 크로마틴 DNA 및 핵 라미나와 이중 결합하는 구조적 중개자로서 기능하며, 이는 단순한 전사인자의 역할을 넘어서서 새로운 핵막 안정성 조절자로서의 기능적 패러다임을 제시한다. 특히 이 결박 기능이 CREB3-CF 생성과 함께 상실될 경우, 구조적 붕괴가 유도되어 캐리옵토시스라는 새로운 조절세포사로 이어질 수 있다는 점은 세포사멸 연구 및 암 치료 전략에 중요한 시사점을 제공한다.

그림 2. CREB3-FL의 핵 내막에서 핵 라미나-크로마틴 DNA 복합체 형성. (A) 핵 크로마틴 단백질 추출을 위한 새로운 시험법 개발 계략. (B) 핵 크로마틴 DNA와의 직접 결합 CREB3의 검출. (C) CREB3-CF와 핵 라미나 단백질의 상호작용. (D) CREB3-CF의 캐리옵토시스 유발 세부영역 검출.

3. CREB3-CF 생성 외부자극 동정과 캐리옵토시스 감수성 고찰

CREB3는 bZIP 도메인을 가진 type II 막내재 전사인자로서, 전사체의 번역과 선택적 이어맞추기(splicing)에 의해 합성된 CREB3-FL와 CREB3-FL-dTM(막관통영역 결손형)과, S1P/S2P 단백질분해효소에 의한 절단을 통해 생성된 CREB3-CF 형태로 존재한다. 이들 세 가지 형태의 CREB3는 모두 생리적인 단백질 생성 경로에 의해 생산이 유도될 수 있다는 점에서, 그 생성 조건과 기능적 차이를 규명하는 것이 핵막 파열 및 세포사멸 기전을 이해하는 데 매우 중요하다.

특히 CREB3-CF는 전사 또는 번역에 의해 직접적으로 생성되는 것이 아니라, S1P/S2P protease의 활성에 의존하여 CREB3-FL가 특정 조건에서 절단됨으로써 생성된다. 따라서 CREB3-CF의 생성은 세포 내∙외부 환경 변화, 즉 다양한 스트레스 자극에 민감하게 반응하며 그 양이 유동적으로 조절될 수 있다. 본 연구에서는 이러한 가설을 바탕으로, CREB3-CF의 생성을 유도하는 자극 요인을 체계적으로 규명하고, 각 자극이 핵막 파열과 세포사멸(캐리옵토시스) 유도에 어떤 영향을 미치는지를 분석하였다.

실험적으로는 다양한 스트레스 조건이 부여되었다. 이들 조건에서 CREB3의 절단 양상을 면역블롯 분석을 통해 관찰한 결과, UVB(그림 3A), brefeldin A (BFA) 및 golgicide A(그림 3B), A23187 및 H₂O₂ (그림 3C)는 CREB3-FL의 절단을 촉진하여 CREB3-CF의 생성 수준을 증가시키는 주요 외부 자극으로 확인되었다. 더욱이 BFA 처리 후 감소했던 CREB3-FL가 BFA 제거 후 다시 증가(그림 3D)하여 스트레스에 의해 CREB3-FL의 절단과 CREB3-CF 생성이 핵막의 구조적 변환을 일으키고, 이는 곧 핵막 구조의 안정성에 직접적 영향을 줄 수 있다는 것을 의미한다.

한편, CREB3-CF 생성의 생리학적 함의를 파악하기 위해 흑색종 세포주에 CREB3-FL를 과발현한 후 UVB 자극을 부여한 실험에서는 CREB3-FL 및 CREB3-CF의 생성량이 현저히 증가하였다(그림 3E). 이에 상응하여 핵 형태 이상과 함께 DAPI 염색의 세포질 내 확산이 확인되었다. 이는 핵막이 파열되었음을 나타내는 전형적인 형태학적 특징으로, CREB3-CF가 실질적인 캐리옵토시스 유도인자임을 강하게 제시하였다.

이러한 실험 결과는 CREB3-CF가 핵 내막에 고정되어 핵막-크로마틴 구조를 유지하는 결박자 역할을 수행하고 있으며, 외부 자극에 의해 이 구조가 CREB3-CF 형태로 절단되면 결박이 해체되고 핵막의 물리적 안정성이 붕괴됨으로써 캐리옵토시스가 유도된다는 모델을 뒷받침한다. CREB3-CF는 단순한 전사 인자라기보다, 외부 환경 변화에 따라 ‘구조적 스위치’로 기능하여(Chen, Lee et al., 2024), 세포가 스트레스에 적응하지 못할 경우 핵막을 파괴함으로써 세포사멸을 유도하는 일종의 ‘안전장치’ 역할을 수행하는 것으로 해석할 수 있다.

그림 3. CREB3 절단과 양적 변화를 유도하는 외부인자 도출. (A) UVB 처리에 의한 CREB3-FL 및 -CF의 양적 변화. (B) ER 소포수송 억제제에 의한 CREB3-FL 및 -CF의 양적 변화. (C) ER 자극 화합물에 의한 CREB3-FL 및 -CF의 양적 변화. (D) 소소수송 억제 제거에 의한 CREB3-FL 및 -CF의 양적 변화. (E) UVB 자극선양 및 시간에 따른 CREB3-FL 및 -CF의 양적 변화 검증.

4. 기존 조절세포사와 구별되는 캐리옵토시스의 특이성

세포사멸은 아팝토시스, 오토파지, 네크롭토시스, 파이롭토시스 등으로 대표되는 다양한 조절세포사(regulated cell death, RCD) 경로를 통해 매개되며, 각 경로는 고유의 유발 신호, 형태학적 변화, 그리고 생화학적 마커들로 정의된다. 최근에 새롭게 규명된 캐리옵토시스(karyoptosis)는 전사인자 CREB3의 절단에 의해 유도되는 핵막 중심의 세포사멸 경로로써, 기존의 RCD들과는 명확히 구별되는 특이성을 가진다. 이를 규명하기 위해 본 연구에서는 CREB3-CF 과발현에 의해 유도되는 캐리옵토시스를 다양한 기존 RCD 마커들과 비교하였다.

먼저, 아팝토시스는 caspase family 단백질의 활성화와 PARP (poly ADP-ribose polymerase) 절단을 핵심 분자적 지표로 한다. 항암제 cisplatin을 처리한 세포에서는 절단형 caspase-3, caspase-7, 그리고 PARP의 증가가 관찰되었지만, CREB3-CF를 과발현하여 유도된 캐리옵토시스에서는 이들 마커의 유의미한 변화가 나타나지 않았다(그림 4A). 이는 캐리옵토시스가 아팝토시스 경로와는 독립적으로 작동하며 caspase 비의존적 세포사임을 시사한다.

다음으로, 오토파지의 경우 p62/SQSTM1 및 LC3B-II 축적이 일반적인 생화학적 지표로 활용된다. CQ(chloroquine) 처리에 의해 오토파지 대사흐름이 억제되면 이들 단백질의 축적이 유도되며, 이는 오토파고좀(autophagosome) 형성과정의 억제를 의미한다. 중요하게도 CREB3-CF에 의해 유도된 캐리옵토시스 조건에서는 LC3-II 및 p62의 축적이 보여 오토파지를 반영하지 않았다(그림 4B). 이는 캐리옵토시스가 자가포식 경로와도 독립적인 새로운 유형의 세포사임을 의미한다.

또한, 네크롭토시스는 RIPK3와 MLKL의 인산화에 의해 정의된다. 본 연구에서는 lipopolysaccharide/sMAC/zVAD-fmk (LSZ) 삼중처리를 통해 네크롭토시스를 유도하고, phospho-RIPK3 및 phospho-MLKL의 수준을 비교하였다. LSZ 처리 조건에서는 해당 마커들의 인산화가 뚜렷하게 증가한 반면, CREB3-CF 유도 조건에서는 두 인자의 인산화가 거의 유도되지 않아(그림 4C), 캐리옵토시스는 네크롭토시스 경로와도 별개의 세포사로 분류될 수 있음이 입증되었다.

마지막으로 파이롭토시스는 Gasdermin D(GSDMD)의 절단과 세포질 염증성 싸이토카인의 유출을 특징으로 하며, 인플라마좀(inflammasome) 복합체의 활성화에 의해 매개된다. 그러나 CREB3-CF 과발현 조건에서는 GSDMD의 절단이 관찰되지 않았다(그림 4D). 이로써 CREB3-CF에 의해 유도되는 캐리옵토시스는 파이롭토시스와도 구별되는 독립적 세포사로서의 특성을 확인할 수 있었다.

이상의 결과들은 CREB3-CF에 의해 유도되는 캐리옵토시스가 아팝토시스, 오토파지, 네크롭토시스, 파이롭토시스와는 분자 수준에서 전혀 다른 기전을 통해 일어나는 생화학적으로 독립적인 세포사임을 분명히 보여주었다. 특히 핵막의 구조적 붕괴를 출발점으로 하며, caspase, 오토파지 대사흐름, RIPK3/MLKL, Gasdermin D 등 기존 경로의 핵심 인자들이 활성화되지 않는다는 점은 캐리옵토시스가 전통적인 세포사멸 경로들의 하위 분류가 아닌, 독립된 조절세포사(RCD)의 한 유형임을 입증하였다.

이러한 생화학적 분리 기준은 캐리옵토시스를 기존 세포사멸과 정확히 구별하여 진단하고, 병리학적으로는 캐리옵토시스만을 선택적으로 유도하거나 억제하는 표적 치료전략 개발의 기초 자료로 활용될 수 있다. CREB3-CF 기반의 캐리옵토시스 연구는 향후 핵막 기반 세포사멸의 새로운 패러다임을 정립하는 데 기여할 것이다.

그림 4. 기타 조절세포사와 구별되는 CREB3-CF-유도 캐리옵토시스의 특징. (A) 캐리옵토시스와 아팝토시스 활성화의 생화학적 지표 차별성. (B) 캐리옵토시스와 오토파지 억제의 생화학적 지표 동등성. (C) 캐리옵토시스와 네크롭토시스의 생화학적 지표 활성화 차별성. (D) 캐리옵토시스와 파이롭토시스 활성화의 생화학적 지표 차별성.

5. 캐리옵토시스를 통한 피부흑색종 증식 억제의 분자적 근거와 병리학적 시사점

피부흑색종은 멜라닌세포에서 기원하는 고악성도 피부암으로, 일반적인 암종에 비해 국내 유병률은 낮은 편이지만 최근에는 자외선 노출 증가, 고령화, 생활환경 변화 등의 영향으로 발병률이 급격히 상승하고 있다. 특히 피부흑색종은 조기진단이 어려울 뿐 아니라, 발생 초기부터 림프절 및 원격 장기로의 전이 가능성이 높아 생존율이 낮고, 재발과 약물 내성이 잦아 고난이도 치료가 요구되는 대표적 난치성 악성종양이다.

본 연구진은 UVB 조사에 의해 CREB3-FL가 절단되어 CREB3-CF가 생성되며, 이 단백질이 핵막 파열을 유도하여 새로운 형태의 세포사인 캐리옵토시스를 일으킨다는 점에 착안하였다. 이를 기반으로 CREB3-CF가 피부흑색종 세포의 생존과 증식에 미치는 영향을 분석하였다.

우선, 사람 유래 악성 피부흑색종 세포주에 CREB3-CF를 과발현시킨 결과, 세포의 형태학적 변화와 함께 뚜렷한 증식 억제가 관찰되었다. colony formation assay, 세포주기 분석 등의 결과는 CREB3-CF의 발현이 세포 증식률을 크게 감소시켰다(그림 5A). 뿐만 아니라 CREB3-CF 과발현 세포에서는 노화의 바이오마커 중 하나인 senescence-associated β-galactosidase(SA-β-gal) 염색 양성 세포의 수가 현저히 증가하였다(그림 5B). 이는 CREB3-CF가 세포사멸과 더불어 세포노화를 유도한다는 것을 의미하며, p21, γH2AX 등의 노화 및 DNA 손상 응답 관련 지표 역시 유의미하게 증가하였다(그림 5C). CREB3-CF에 의한 캐리옵토시스 유도를 실제 환경적 자극 조건에서 재현하기 위해, 여름철 해변에서 약 20-30분간 햇빛에 노출될 때 피부세포가 받는 UVB 강도에 상응하는 자외선을 피부흑색종 세포에 조사한 결과, 아팝토시스와 독립적 경로를 거치는 세포사멸률이 약 16-40% 정도 측정되었다(그림 5D). 당연히 CREB3-FL를 과발현한 피부흑색종 세포에 UVB를 처리하면 캐리옵토시스에 의한 세포사멸 감수성이 증가하였다(그림 5E). 이 결과를 바탕으로 CREB3-CF가 단순한 사멸 유도 인자를 넘어, 암세포의 증식 억제를 유도하는 이중 기능적 조절자로 작용함을 시사한다. 더 나아가서, 이는 CREB3가 단지 실험실 내 인위적 발현 조건에서만 작용하는 것이 아니라, 생리적 자극 수준에서도 실질적인 세포사멸을 유도할 수 있음을 보여준다. 특히 이 사멸률은 아팝토시스, 네크롭토시스 등 기존 알려진 RCD 경로에 의한 사멸률과 비교하여 동등하거나 더 높은 수준으로 평가된다.

이러한 결과는 CREB3-CF가 유도하는 캐리옵토시스가 피부흑색종과 같은 고악성도 암세포에서 매우 효과적인 사멸 경로가 될 수 있음을 의미하며, 기존 항암기전으로 저항을 나타내는 세포에서도 대체 혹은 병용 요법으로 활용될 수 있는 가능성을 제시한다. 또한 CREB3-CF 생성 조절을 위한 약물 또는 유전자 기반 치료 전략은 자외선 기반 항암 치료(UV-mimetic therapy)와의 병용을 통해 선택적 암세포 표적 사멸을 유도하는 새로운 치료 패러다임으로 확장될 수 있다.

그림 5. 캐리옵토시스의 피부흑색종 증식에 미치는 영향. (A) 캐리옵토시스 유발에 의한 피부흑색종 증식 억제 검증. (B) 캐리옵토시스 유발에 의한 암세포 노화 유도. (C) 캐리옵토시스 유도와 노화/세포주기 조절인자 바이오마커 양적 변화 검증. (D) UVB 처리에 의한 새로운 세포사멸 군집 및 세포사멸 경로 추축. (E) CREB3-FL 과발현과 UVB 처리에 의한 캐리옵토시스 감수성 검증.

결론

CREB3가 캐리옵토시스 유발의 핵심 인자로 발견되기 이전에는 단순히 전사인자로써의 역할만 생각했다. 기타 leucine zipper 족 단백질과 다르게 막관통영역을 가진다는 구조적 차이점이 있었으나, 전사인자 그 이상의 역할은 전혀 고려되지 않았다. 본 연구를 통해 “핵심원리에 의해 ER에서 합성된 CREB3가 ER 막에서 골지체로 전이되고, 골지체에 있는 S1P/S2P에 의해 절단되면 막관통영역 앞쪽 N-말단이 핵으로 들어가 전사인자로 역할을 수행한다”는 활성화 개념이 새로운 개념으로 대체되었다. 새로운 개념은 “CREB3-FL는 핵심원리에 따라 ER에서 합성되어 미상의 기전으로 핵 내막에 위치한다. 핵 내막에서 막관통영역 앞쪽 N-말단은 lamin A/C, lamin B 및 크로마틴 DNA와 직접적 상호작용을 통해 크로마틴을 핵 내막에 결박한다. 이 결박은 핵 안쪽에 바깥쪽으로 밀어내는 크로마틴의 팽창력과 핵의 위치 조정과 최대 팽창을 유도하는 세포골격-매개 인력에 대항하여 핵 라미나를 통한 지지력과 크로마틴을 철사처럼 이용하여 세포 안쪽으로 잡아당기는 응축력이 평형을 이루게 된다. 이때 크로마틴과 핵 라미나 그리고 핵 내막을 연결하는 결박자의 역할을 CREB3-FL가 수행한다. 따라서 이질염색질과 진정염색질(euchromatin)의 역동적 변화가 CREB3-FL의 절단에 의해 조절되나, 이 절단이 비정상적으로 진행되어 이질염색질이 핵막에서 이탈하면 핵막이 폭발하드시 깨어지는 캐리옵토시스가 유발된다. 이 캐리옵토시스 개념은 핵막에 대한 새로운 연구법 제시와 생명현상의 이해 및 세포 운명 조절에 있어서 중요한 개념이 될 것이다. 

그림 6. CREB3 단백질의 활성화에 대한 개념의 진화. (A) 전사인자로써의 CREB3 활성화 유도 개념. (B) 캐리옵토시스 인자로써의 CREB3-FL의 역할과 캐리옵토시스 유발 기전.

참고문헌

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