생화학분자생물학회

Ubiquitylation of MLKL at lysine 219 positively regulates necroptosis-induced tissue injury and pathogen clearance 

서진호 

한국생명공학연구원 환경질환연구센터 

세포사멸은 분자적 기전 조절 유무에 따라 수동적 세포사멸(accidental cell death)과 능동적 세포사멸(regulated cell death; RCD)로 나뉜다. 아팝토시스 발견 이후 대략 50년 동안 능동적 세포사멸은 아팝토시스가 유일한 능동적 세포사멸기전으로 여겨져 왔으나, 최근 10여년 전, 능동적 세포괴사인 네크롭토시스(necroptosis)의 발견 이후 다양한 능동적 세포사멸 기전이 발견되고 있으며, 아팝토시스로 설명되지 않던 질환들에 대해 새로운 분자적 제어 기전을 기반으로 다양한 연구를 진행하고 있다. 네크롭토시스는 그 중 가장 잘 열려진 능동적 세포괴사 기전으로 외부의 다양한 사이토카인(cytokine), pathogen-associated molecular pattern(PAMP), damage-associated molecular pattern(DAMP) 등을 통해 활성화 되는 세포사멸 기전으로, 허혈성 질환, 염증성 질환, 감염 질환 등등 다양한 질환에 밀접한 연관을 가지고 있다. 네크롭토시스의 분자적 기전은 Ligand 부착 이후, Caspase 활성도가 억제되어 있는 상황 속에서 RIPK1-RIPK3-MLKL로 이루어진 네크로좀을 형성하며, 인산화 Cascade를 통해 MLKL의 올리고머형성을 유도, 세포막에 구멍을 내거나, 이온 channel 조절을 통해 네크롭토시스를 유도한다. 네크롭토시스 발견 이후 신호전달 경로의 중추 단백질들인 RIPK1-RIPK3-MLKL에 대한 다양한 제어기전들이 발표되어 왔으나 MLKL에 대한 제어 기전들은 아직 연구가 부족한 상황이다. 본 연구는 MLKL의 새로운 제어 기전으로 219 라이신 잔기(Lysine; K)에 유비퀴틴화를 발견하였다. 네크롭토시스 신호전달 경로가 활성화 될수록 MLKL 유비퀴틴화가 증가되는 것을 관찰하였으며, 이러한 증가는 RIPK3에 의한 MLKL 인산화가 필요하였다. MLKL의 K63-linked 유비퀴틴화는 MLKL 세포막 이동 이전에 일어나는 제어기전으로 관찰되었으며, 질량분석 방법을 통해 Pseudokinase domain에 위치한 K219에서 유비퀴틴화가 일어나는 것을 분석하였다. 구조 시뮬레이션 분석을 통해 기존 인산화(MLKL의 S345) 이후 활성화된 MLKL activation loop의 flexibility가 K219 유비퀴틴화가 될 경우 증가되는 것을 밝혀냈으며, MLKL의 K219를 Arginine으로 바꾼 Knock-in 세포의 경우 네크롭토시스가 일어나지 않는 것을 관찰하였다. 최종적으로 IAP 억제제와 Caspase 억제제를 통한 피부 염증 모델을 이용해 마우스 실험을 진행한 결과 MLKLK219R/K219R Knock-in 마우스의 경우 피부 염증이 거의 진행되지 않는 것을 관찰하였다. 이러한 연구 결과는 네크롭토시스 신호 활성화에 따른 새로운 MLKL 제어기전을 제시함으로써 다양한 염증성, 감염성 질환과 밀접하게 연결되고 있는 네크롭토시스의 분자적 신호전달 기전을 이해하는데 도움을 줄 것으로 기대한다. 

논문출처: Nature communications 2021 Jun 12(1):3364

저자: Garcia LR, Tenev T, Newman R, Haich RO, Liccardi G, John SW, Annibaldi A, Yu L, Pardo M, Young SN, Fitzgibbon C, Fernando W, Guppy N, Kim H, Liang LY, Lucet IS, Kueh A, Roxanis I, Gazinska P, Sims M, Smyth T, Ward G, Bertin J, Beal AM, Geddes B, Choudhary JS, Murphy JM, Aurelia Ball K, Upton JW, Meier P.​