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1 Journal of Life Science 2015 Vol. 25. No ~480 Molecular Mechanism of Endoplasmic Reticulum Stress Transducer OASIS Family Kisang Kwon 1, Seung-Whan Kim 2, Kweon Yu 3 and O-Yu Kwon 4 * 1 Department of Biomedical Laboratory Science, College of Health & Welfare, Kyungwoon University, Gumi , Korea 2 Department of Emergency Medicine, Chungnam National University Hospital, Daejeon , Korea 3 Korea Research Institute of Bioscience & Biotechnology, Daejeon , Korea 4 Department of Anatomy, College of Medicine, Chungnam National University, Daejeon , Korea Received March 16, 2015 /Revised April 12, 2015 /Accepted April 12, 2015 ISSN (Print) ISSN (Online) DOI : The endoplasmic reticulum (ER) in the eukaryotic cells is the first compartment in the secretory pathway. Almost secretory proteins and membrane proteins are secreted through the ER, in which post-translational modifications occur via diverse signals from the ER lumen to the cytoplasm and nucleus. Only then are correctly-folded proteins secreted to the outside cells. Unfolded proteins that accumulate in the ER cause a kind of intracellular stress, ER stress, and activate an unfolded protein response (UPR) system. The 3 major transducers of the UPR are inositol requiring 1 (IRE1), PKR-like ER kinase (PERK) and activating transcription factor 6 (ATF6), all of which are ER transmembrane proteins. Recently, novel types of a new ATF6 family have been identified. Those commonly have an ER-transmembrane domain, a transcription-activation domain and a basic leucine zipper (bzip) domain Luman, OASIS, BBF2H7, CREBH and CREB4. Each factor functions by regulating the UPR in specific organs and tissues. Although the detailed molecular mechanisms of OASIS family members are unknown, in this study we comprehensively introduce these molecular signals. Key words : Endoplasmic reticulum (ER), old astrocyte specifically induced substance (OASIS), unfolded protein response (UPR) - Review - 서 Lasker Award 는미국의노벨상으로불리는상이다. 왜냐 하면이상은노벨상의지표로서수상자의 86 명이노벨상을 수상했다 년도 Basic Medical Research 부분의수상자는 Kazutoshi Mori 교수 (Kyoto University), Peter Walter 교수 (University of California, San Francisco) 이다. 이들은각각독 립적으로 unfolded protein response (UPR) 관련연구의선구 자들이다. 지금우리가이해하는 mrna 에서만들어진단백 질은어떤운명과정을거치면서완전한단백질이되는가? 라 는물음의답은거의대부분이이들의연구결과를바탕으로 하고있다. 특히각종질병과의관계가분명해지면서, UPR 연 구는앞으로가장중요한생명과학분야의하나가될것이다. 인체는약 270종류 (70조정도 ) 의세포가다양한형태및기능을종합적으로작동할수있도록구성된생명체이다. 특히다양하게발달하는세포에따라서세포내소기관 (organelle) 의 *Corresponding author *Tel : , Fax : * oykwon@cnu.ac.kr This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 론 형태와기능이아주다양하다. 대부분의분비단백질과막형성단백질은소포체 (ER, endoplasmic reticulum) 에서다양한번역후변형과정 (posttranslational modification step) 을거쳐서기능을가진성숙한단백질로완성된다, 이과정에서소포체내 (ER lumen) 에존재하는여러종류의분자샤페론 (ER molecular chaperone) 이단백질의성숙과정에직접적으로관여한다. 결국 ER라는세포내소기관은단백질의품질관리 (ERQC, ER quality control) 기관이다. 세포외부의다양한자극은세포에게는스트레스가되어세포내에존재하는단백질의 folding 및 assembly을방해하여소포체내에불완전하게 folding된단백질 (unfolded proteins이축적된다, 이런상태를소포체스트레스 (ER stress) 라고한다. 세포의입장에서는소포체기능이상은아주중요한문제임으로직접적으로스트레스로부터방어할수있는 system을작동시킨다, 이것을 UPR이라고한다. 이 system은단백질의성숙과정을총괄하며비상시에는세포사로부터세포를보호하는역할을담당하기때문에효모에서포유세포에이르기까지모든진핵세포에널리잘보존되어있다. 최근에는 UPR과각종질환이직접적인관계가알려지면서 UPR signal 해명에많은과학자들이관심을보이고있다 [27, 28]. UPR에는 3종류의 transducers가작동하는것이알려지고있다. Inositol requiring 1 (IRE1), PKR-like ER kinase (PERK), activating transcription factor 6 (ATF6) 이다 [22]. 이들의공통

2 474 생명과학회지 2015, Vol. 25. No. 4 점은 ER membrane에위치하며 ER lumen의신호를 cytoplasm과 nucleus에전달하는역할을한다. IRE1는 ER에존재하는 I형의막관통단백질로서, ER lumen의 N-말단이 ER stress를인식하면 2량화하여세포질쪽에있는 kinase 도메인이자기인산화함으로서 IRE1분자의 C-말단이 ribonuclease 도메인이활성화된다. 그결과출아효모의 UPR에특이적인전사인자 Hac1p를코드하고있는 Hac유전자의 mrna에서이번역을강하게억제하고있는 intron이제거되면서 Hac1p 가발현하여표적유전자의전사가촉진된다. 포유동물에도 yeast Ire1p와상동성을보이는막관통형단백질이 2종류 (IRE1α와 IREβ) 존재하여 UPR에관여하는것으로알려져있다. 활성화된 IRE1 2량체는 XBP1 전사인자의 mrna를 splicing하여만들어진또다른 mrna가번역된단백질 XBP1만이전사인자의활성을가진다. 최근연구에의하면 XBP1 단백질은 PI3K subunit인 p85가전사인자가되기위하여결합에필수적인것으로 ER 관련질병연구에새로운실마리를제공할것이다. PERK는일반적으로번역은개시단계에서제어된다. 특히, eukaryotic initiation factor-2 (eif-2) 의 α subuint의 51번째 serine이인산화됨으로써번역이전반적으로억제되는것이알려져있다. ER stress에응답하여일어나는번역억제의분자기구는 PERK라고이름부쳐진단백질이분리됨으로인하여크게진전되었다. PERK도 IRE1α와 IRE1β와같이 ER의막을관통 (I 형 ) 하는 protein kinase이다. ER lumen에변성단백질이축적되면 2량체가되어활성화된다. 자기인산화를통해서활성화된 PERK의세포질측의도메인은 eif-2의 α subunit를인산화하여번역을억제한다. ATF6은 II형의막관통단백질로서 DNA결합도메인인염기성 leusine zipper 영역은세포질쪽에존재한다. ER lumen에변성단백질이축적되면 ATF6은 proteolysis를받아서활성화된다. 그래서어떤 protease의작용을받아서 ATF6의세포질측의 1/2정도가 ER 막에서끊겨나간다. 끊겨진이단편이핵으로이동하여 ERSE (ER stress element) 의 CCACG염기부분에결합함으로써표적유전자의전사가활성화된다. ATF6이 ERSE에결합하기위하여서는 CCACG염기와 NF-Y가결합하고있는 CCAAT염기가정확하게 9염기가떨어져있는것이필수적으로 NF-Y와 ATF6 은전사복합체를형성한다. 최근에 ATF6와유사한새로운 ER-resident transcription factors를 Data base search 방법으로동정되었다. ER 막관통의 bzip domain을가진것혹은 kinase domain을가진구조적인특성을가진유전자를선발하였다 [2, 13]. ATF6와아주닮은분자구조를가진 5종류의막관통형 bzip전사인자이다. 이들을일반적으로 old astrocyte specifically induced substance (OASIS) family라고부르다 (Luman, OASIS, BBF2H7, CREBH, CREB4). 진화적으로 ATF6와 OASIS family는 C. elegans이상의개체에존재한다. C. elegans에는비록포유동물의것과는상동성이조금떨어지지만 3종류의 basic leucine zipper (bzip) domain 전사인자가있으며, Drosophila에는 2종류가존재하다. 본논문에서는 OASIS family (Luman, OASIS, BBF2H7, CREBH, CREB4) 의 signal pathway를중심을조직특이적인발현특성에관하여포괄적인설명을한다. OASIS family members (Fig. 1) [2, 13] ER stress가세포에작용하면세포는자신의생리현상을변화시켜환경에대응한다. 그러나도저히생존이어려울것같으면 apoptosis를택하여부분적인손실을통해서세포전체의안전을도모하려고최선을다하여항상성 (homeostasis) 을유지하려고노력할것이다. 즉내부에축적되는불량단백질 (un-/misfolded protein) 을처리한다든지세포전체의단백질합성능력을저하시켜서세포의생존을최대한유지하려고할것이다. 동일한 ER stress를받아도여러종류의세포는각각받는감수성이다르다. 예를들어서, 대뇌피질의초기배양세포에 ER stress를주면신경세포들은모두죽지만 astrocyte는살아남았다. 결국 ER stress를받는정도가세포의종류에따라서다르다. 이가설에바탕을두고신경세포와 astrocyte의 ER response차이와 genome sequence data를바탕으로하는 bioinformatics방법으로새로운 ATF6 like ER stress sensor가동정되었다. 포유동물에서 ER stress의대표적인 sensor로는 PERK, IRE1, ATF6가알려져있다. 이들의활성에의해서최종적으로단백질번역억제, ER chaperone 유도, ER-associated degradation (ERAD) 기전을작동시킨다. 새로운 5종류를 OASIS family (Luman, OASIS, BBF2H7, CREBH, CREB4) 라고부른다. 이들은공통적으로 ER 막관통의 bzip domain과 kinase domain을가진분자구조적을특성으로가진단백질들이다. 즉, 5종류의 ATF6 유사구조의막관통형 bzip transcriptional factor이다. 이들은분자진화적으로아주밀접한관계이며, 공통된단백질구조로인하여 Golgi에서 site-1 protease (S1P) 및 site-2 protease (S2P) 에의해서 2단계절단과정을통해서생성된 N-말단단편이세포핵으로이동하여전사인자로서작동하게된다. 그러나이들은각각조직특이적인분포에의한미묘한기능의차이와각각다른 target 유전자때문에특징적인세포내기능을보인다. 이들에의해서다양한조직 / 세포특이적인 ER stress response가가능하다고생각된다. Luman (Fig. 2) [15, 17] Luman은 herpes simplex virus VP16의 cellular counterpart로서처음보고된분자이다. Luman의 mrna는각종장기및조직에서발현되지만번역산물인단백질발현은 trigeminal ganglion neuron, monocyte, dendritic cell에서만확인된다. 다른 OASIS family와동일하게 S1P가인식하는배열을 ER lumen domain에가지고있어서 RIP (regulated intramembrane proteolysis) 작용에의해서막내절단이일어남으로써전사인자로기능을가지게된다. 그러나 ER stress에의해

3 Journal of Life Science 2015, Vol. 25. No Fig. 1. Predicted peptide features of bzip transmembrane transcription factors and those evolutional relations. OASIS family members including Luman (CREB3), OASIS (CREB3L1), BBF2H7 (CREB3L2), CREBH (CREB3L3) and CREB4 (CREB3L4) share regions of high sequence similarity with ATF6. They have a transmembrane domain, a bzip domain, and a transcription activation domain. About 30 amino acids adjacent to the N-terminal end of the bzip region are conserved in the Luman, OASIS, BBF2H7, CREBH and CREB4 proteins, but are absent in ATF6 [22]. Fig. 2. The putative signalling pathways and cellular functions regulated by Luman. Luman, DC-STAMP and OS9 interact with each other at the cytosolic site of the ER. Upon dendritic maturation, the Luman/DC-STAMP complex translocates to the Golgi apparatus and Luman is subjected to RIP. The Cleaved N-terminal fragment of Luman is moved into the nucleus. In the absence of the interaction with LRF, Luman forms a complex with the co-factor HCF-1, and binds to UPRE-like or ERSE-II sequences to promote transcription of Herp and EDEM. When Luman interacts with LRF in the nucleus, Luman is rapidly degraded by the proteasome and transcription of the target genes is suppressed [2]. 서절단되지않는다는보고도있어서아직은분명한분자기전은모르는상태이다. Luman에결합하는인자가몇종류알려져있다. 그중의하나가 dendritic cell-specific transmembrane protein (DC- STAMP) 로서 osteosarcoma 9 (OS9) 과 ER의세포질쪽막에서상호결합한상태로존재한다. DC-STAMP는 dendritic cell에발현하는단백질로서 ER막에수회막관통하는형태로존재하며미분화 dendritic cell가 dendritic differentiation signal (LPS, cytokines) 을받아서 ER에서 Golgi로이동과동시에막내절단되어 N-말단 Luman이핵으로이동함으로써분화가진행된다. Host cell factor 1 (HCF-1) 과결합하여 UPRE-like 혹은 ERSE-II에결합하여 ERAD에관여하는 homocysteine- induced ER protein (Herp), ER degradation enhancing α -mannosidase like protein (EDEM) 등의유전자전사를촉진시킨다. 그러나 62 kda Zn-finger protein (LRF) 와결합하면 proteasome에의해서분해되던지아니면 target 유전자의전사가억제된다. 결국, Luman은 ERAD pathway를활성화함으로써 stress를받은 ER lumen의환경을개선하는 response기능에관여하는것을생각된다. Dendritic cell이미분화상태일때는 Luman과 DC-STAMP는결합하여 ER에있다가분화가시작되면이들은 Goligi로이동한다. 그후에 Luman이막내절단되면 N-말단단편이핵내로이동하여 dendritic cell의분화를촉진시킨다. 이와같은현상을바탕으로 Dendritic cell에서 Luman의기능을여러가지로추측할수있다. 최근의재미

4 476 생명과학회지 2015, Vol. 25. No. 4 있는연구결과로, 활성화 Luman은 sensing nerve의 axonal ER의 injury 회복을위한 regeneration signal을제공하는것 [14], nervous system을기능적으로조절하는것 [19], Jun activation domain-binding protein 1 (JAB1) 혹은 COP9 signalosome complex unit 5 (CSN5) 가 Luman에결합하여 Lumandegradation을통해서활성을억제한다는것 [5] 등이보고되고있다. Dendritic cell의분화시작을 Luman 혹은 DC- STAMP이어떻게감지하여 Golgi로이동시키는지? Luman의전사 target이어떤기전으로 dendritic cell의분화시키는지? 이에관한해명은 dendritic cell의분화에작용하는 Luman의생체내기능을이해할수있는중요한과제이다. Old astrocyte specifically induced substance (OASIS) (Fig. 3) [11, 16, 24] OASIS는오랜시간동안배양한 astrocyte에서특이하게발현하는전사인자이다. OASIS의 N-말단 (transmembrane domain) 은 ATF6와 31% 의상동성을보이지만 C-말단 (ER lumen domain) 은상동성을보이지않는다. 그러나 C-말단은 S1P에인식되는 RSLL염기배열을가지고있다. CNS의 astrocyte이외에는뼈조직 (osteoblast), 소화관 (goblet cells in the large intestine), salivary gland에서강하게발현한다. OASIS 는 ER stress를받으면막내에서절단되어 p50-oasis가만들어지는것이보고되어있다. 생체내에서는미분화세포에서분 Fig. 3. Putative mechanisms responsible for bone formation by OASIS. During osteoblast differentiation after treatment of mesenchymal stem cells with BMP2, which is required for bone formation, mild ER stress is induced in osteoblasts and OASIS is activated in response to the ER stress. ER stress in osteoblasts induced by the BMP2 signalling pathway is associated with a high demand for synthesis and secretion of bone matrix proteins. Activated OASIS directly binds to the CRE-like sequence in the Col1a1 promoter region and induces its transcription in osteoblasts for osteogenesis [13]. 비계통세포로분화할때에대량의단백질생합성 (bone matrix proteins) 에의하여세포는약하게 ER에 stress를받게된다 [ 생리적 ER stress (physiological ER stress)], 이같은 physiological ER stress에대한 response로서 OASIS의막내절단이일어나는것으로생각된다. OASIS결손마우스는야생마우스에비하여체격은조금작아지지만, 전체골격에서는뼈형성기능이현저하게약해져서 femoral fracture가관찰되기도한다. Osteoblast에서 OASIS의전사 target중의하나가 type-i collagen이다. Type-I collagen 유전자의 promotor영역에는 cyclic AMP-response element (CRE) 와유사한배열 (-1584~ 1591 nt) 이존재한다. OASIS는 CRE 유사배열에결합하여 type-i collagen의전사를활성화하여서 bone matrix형성을촉진하게된다. Full-length OASIS는 normal condition에서는쉽게분해되지만 physiological ER stress에서오히려안정적인상태를유지한다. 사람의질병중에 type-i collagen 생합성결함에의한 osteogenesis imperfecta (OI) 이보고되어있다. OI의가장특징적인장애는불완전한전신골격형성이다. 흥미롭게골형성결함과함께기관지염, 복부팽창, 비장비대증상이관찰된다, 이경우에유전자분석결과 OASIS유전자전영역의결손이확인되었다. OASIS는 CNS의 astrocyte에서도발현하지만 OASIS결손마우스에서는신경전구세포에서 astrocyte로의분화가지연된다. CNS에서 OASIS의 target gene은신경전구세포에서 astrocyte분화에필수적인 glial cell missing 1 (Gcm1) 이다. 신경전구세포에서 astrocyte로분화할때에는 physiological ER stress가일어나는것으로보아, OASIS는약한 ER stress에 response하여활성화되어 Gcm1의발현수준을조절함으로써신경전구세포에서 astrocyte분화를촉진시키는것으로생각된다. 그외에 OASIS결손마우스는 large intestine의 goblet cell 의분화장애를가진다. OASIS결손마우스에 dextran sulfate sodium (DSS) 을이용하여대장염 (DSS-induced colitis) 을유발시키면 goblet cell분비장애로인하여대장염이극도로심해진다 [8]. 이런상태에 chemical chaperone (tauroursodeoxycholic acid) 을처리하면증상이완화되는것으로보아 OASIS관련된 ER stress와깊은상관성이있는것으로보인다. 최근의관련연구결과로는, OASIS가 injured cerebral cortex 에서 chondroitin 6-O-sulfotransferase 1 (C6ST-1) 의유전자전사를조절하는것 [20] OASIS가 bone의 fracture healing에중요한역할을하는것 [7], Apolipoprotein E4 (Apo-E4) domain이 OASIS와결합하여 ER stress를통해서기능적인 astrocyte 손상을초래하는것 [30] 등이보고되어있다. 이상과같은연구결과를바탕으로 astrocyte분화에관여하는 OASIS의직접적인기능연구가필요하다. B-box binding transcription factor 2 human homolog on chromosome 7 (BBF2H7) (Fig. 4) [12, 23]

5 Journal of Life Science 2015, Vol. 25. No BBF2H7는구조적으로 OASIS에아주닮은 ER막관통형전사인자이다. OASIS와같이 ER stress 대한 response로서 ER 막내절단이이루어져 p60-bbf2h7 (N-말단) 이만들어진다. BBF2H7 관련 ER stress, 역시 physiological ER stress로서 sex determining region Y-box 9 (Sox9) signal의작동의의해서만들어진과량의 extracellular matrix (ECM) 이원인이다. BBF2H7 유전자결손마우스는긴뼈의성장연골발달, 특히연골증식에필요한대량의 ECM을생산하는 proliferative zone 이현저히나쁘다. 이곳에존재하는 chondrocyte의 ER lumen 에는 type-ii collagen과 cartilage oligomeric matrix protein (COMP) 등의연골기질이 Golgi로이동을못한상태로대량으로축적되어있어서비정상적으로팽창된모양으로보인다. 즉, 전형적인 ER storage disease (ERSD) 증상을보인다. BBF2H7의전사 target의하나가 ER-Golgi사이의소포수송 (vesicle traffic) 에필수적인 Sec23a이다. Sec23a에의한분비과립 [coat protein complex II (COPII) vesicle] 은많은양의 ECM 을세포외공간에만든다. 그러나 BBF2H7가결손되면 chondrocyte에서 Sec23a의전사가일어나지않기때문에이미만들어진연골기질이 ER에서 Golgi로이동할수없게되어 ER 에머무르게된다. 결과적으로연골기질이만들어지지않게된다. BBF2H7의 N-말단 ( 전사인자 ) 은 CRE-like domain에결합하여 matrix 분비경로를활성화하지만 BBF2H7의 ER lumen측 domain인 C-말단은세포밖으로분비되어세포질의 Indian hedgehog homolog (Ihh) 와결합하여이웃한 chondrocyte의 protein patched homolog 1 (Ptch1) 을자극하여 paracrine 분비양식으로세포증식을돕는다. 결국 BBF2H7는위와같은 2가지방법을통해서생장기의연골성장에필수적인역할을한다. 그러나이들의상호조절기전은아직잘모르는상태이다. 최근의흥미로운연구결과에의하면 BBF2H7는 growth plate cartilage에서 ATF5-myeloid cell leukemia 1 (MCL1) pathway을활성화함으로써 apoptosis를억제한다는것이다 [9], 이결과는 BBF2H7을이용한연골치료에실마리를제공것으로보인다. Fig. 4. Putative mechanisms responsible for cartilage formation by BBF2H7. Transcription factor Sox9 is essential for chondrocyte differentiation. Sox9 facilitates the synthesis of various proteins for chondrocyte differentiation and induces physiological ER stress in chondrocytes by hyperproduction of cartilage extracellular matrix (ECM). Physiological ER stress activates BBF2H7 during chondrocyte differentiation. Activated N-terminal BBF2H7, p60 BBF2H7, directly binds to the CRE like sequence within the Sec23a promoter region and facilitates its transcription in chondrocytes. Sec23a has crucial roles in COPII vesicle formation and anterograde transport of cargo proteins from the ER to the Golgi. Sec23a recruits other components of the COPII vesicle, including Sec13 and Sec31, and completes the complex before transporting secretory proteins from the ER to the Golgi. The axis of the BBF2H7-Sec23a pathway is essential for the ER stress-coupled protein transport system from the ER to the Golgi in chondrocytes [13]. camp responsive element-binding protein, hepatocyte specific (CREBH) (Fig. 5) [21, 29] CREBH는 RIP-regulated liver-specific transcription factor 로처음보고되었으며, liver에서강하게발현하고 OASIS와 BBF2H7과동일하게 ER stress response로서 SIP와 S2P에의해서 2단계절단을받아서활성화되는형식을취한다. Proinflammatory cytokine과 LPS의자극에의해서발생한 ER stress 에의해서만들어진 CREBH의 N-말단은 ATF6의 N-말단단편과몇종류의 homo/heterodimer를형성하여 acute inflammatory response때에발현하는 serum amyloid P-component (SAP) 와 C-reactive protein (CRP) 의유도를 positive하게촉진시킴으로써간세포의염증반응에관여하는것으로생각된다. 그리고이과정에서 iron homeostasis를제어하는 Hepcidin peptide hormone의전사기능과 innate immunity을조절한다는보고도있다. 이같은선택적인조절과다양한 N-CREBH/ p50-atf6의복합체형성과이들의상호조절기전및 RIP에의한 CREBH와 ATF6의상호절단기전이간세포특이적으로일어나는지는모르는상태이다. 최근에 CREBH 관련연구중주목할만한것으로는아래와같은것들이있다. CREBH의활성을통해서 Alpha lipoic acid 가 hepatic fibroblast growth factor 21 (FGF21) 유전자의발현을촉진하는것 [3], Melatonin이 reactive oxygen species (ROS) 을감소시키고 UPR을상응시킴으로써간세포의 stress 를조절한다는것 [10], CREBH이 hepatitis B viral protein (HBx) 과상호작용하여 hepatocellular carcinoma의증식을촉진시키는것 [4], CREBH이 fat specific protein 27 (Fsp27) 유전자의전사를활성화함으로써 lipid droplet형성과 hepatic steatosis를촉진하는것 [6] 등이있다. CREBH의분자기전연

6 478 생명과학회지 2015, Vol. 25. No. 4 Fig. 5. Putative roles of CREBH in the APR and iron homeostasis. Proinflammatory cytokines and LPS induce ER stress followed by cleavage of CREBH and ATF6. These activated fragments of CREBH and ATF6 form homodimers/heterodimers and promote transcription of APR genes such as CRP and SAP. Hepcidine, which is a peptide hormone that is secreted by the liver, and controls body iron homeostasis, is also induced by CREBH after proinflammatory stimuli or ER stress [2]. 구는포괄적인간질환극복에긍정적인정보를제공할것이다. Cyclic AMP-responsive element-binding protein 3- like protein 4 (CREB-4) (Fig. 6) [1, 18, 25, 26] CREB-4는사람의 spermatozoa에서 mouse CREB3 homolog (identity 62%) 로처음알려졌다. CREB-4 유전자의선택적 mrna splicing에의해서각각의 isoform (CREB-4 alpha, CREB-4 beta) 이만들어진다. 이들은모두 ER 막관통영역과 bzip domain을가지고있지만각각의 N-말단염기배열은상이하다, 그리고 ER lumen에 S1P의인식부위를가지고있지만 ER stress에의해서막내절단은일어나지않고 Golgi내의 negative regulator에의해서 RIP절단이일어난다. ER lumen의 C-말단을결손시킨변이형 CREB-4에서는 S1P에의한절단현상이일어난다. 이런점으로보아 CREB-4의 C-말단부위에 S1P의존적으로절단하는것에대하여 negative하게작용하는 domain과 negative regulator의존재가추정될뿐, 현재로서는확실한어떤증거도없다. CREB-4 beta의 N-말단은 UPRE에결합하여전사활성을촉진시키지만 CREB-4 alpha N-말단은전사활성능력을억제한다. 그리고 CREB-4 beta의 N-말단은 ribosome associated membrane protein 4 (RAMP4) 의전사능력도촉진시킨다. 이같은현상은세포가변화하는생리변화에적응하기위하여 Fig. 6. Putative signalling mediated by CREB4 in spermatozoa. The murine CREB4 gene is preferentially expressed in testis and generates two types of proteins, CREB4a and CREB4b, differing by an N-terminal extension of 55 amino acids. C-terminal lumenal domains of both isoforms act as negative regulators of S1P-mediated cleavage. CREB4b has the potential to bind to the UPRE sequence (TGACGTGG) and promote transcription of RAMP4 (ribosome associated membrane protein 4), which acts to stabilize transmembrane proteins. In contrast, CREB4a suppresses the transcription of RAMP4 by masking the UPRE in RAMP4 s enhancer region. The number of spermatozoa in the epididymis of CREB4 knockout mice is significantly reduced, suggesting that CREB4 plays a role in male germ cell development [2]. mrna splicing 제어 system을통해서 homeostasis를유지하려는것으로생각된다. 이에대한연구결과가 in vitro 에서는전사인자로서의기능연구가알려져있지만, in vivo에서의전사제어기전에관해서는잘알지못하고있는상태이다. CREB- 4 결손마우스는정상적으로태어나육안으로는형태적인변화를구별할수없지만조직학적인연구결과 spermatogonia 의 apoptosis에의한정자숫자의현저한감소가관찰된다. 그결과 CREB-4는 spermatogenesis에중요한역할을하는것으로보인다 [1]. 진화학적으로 CREB-4 alpha/beta 의형성, Golgi 내 negative regulator와 CREB-4의 negative site, CREB-4 alpha/beta의 N-말단의상호견제작용등은앞으로해결해야할중요한문제들이다. 이런현상에의한 spermatogenesis의조절기전도남겨진큰숙제이다. 결 세포가내외의변화에대응하기위하여 unfolded protein response (UPR) system을발전시킨것으로알려졌다. 그러나 론

7 Journal of Life Science 2015, Vol. 25. No 최근의여러연구결과에따르면 UPR은단지세포의 homeostasis 유지를위한기능이외에조직특이적으로중요한생리기능을제어하는것으로알게되었다. 여기에서는 UPR의 transducer중의하나인 activating transcription factor 6 (ATF6) 와구조적으로유사한 5종류의 old astrocyte specifically induced substance (OASIS family) [Luman, old astrocyte specifically induced substance (OASIS), B-box binding transcription factor 2 human homolog on chromosome 7 (BBF2H7), camp responsive element-binding protein, hepatocyte specific (CREBH), Cyclic AMP-responsive elementbinding protein 3-like protein 4 (CREB-4)] 의분자기능을소개한다. 이들각각의유전자결손은 ER lumen에서적극적인 mis-/unfolded protein의제거에는영향을미치지않지만세포분화및성숙에이상을가져와조직형성에장애가발생하는등다양한세포에서여러종류의세포생리현상을조절하고있다. 특히아주정교하게세포생리를조절하는약한 ER stress 인 생리적 ER stress (physiological ER stress) 가어떻게 UPR 을조절되는지는앞으로해결해야할큰과제이다. 그리고 OASIS family중에는 ER stress에의해서활성화되지않는것들의기전, 꼭 OASIS family에속하는전사인자가 ER membrane에있어야하는이유등도흥미로운과제이다. ER 기능조작에의한세포분화 / 성숙의제거법이확립된다면여러종류의 ER과관련된질환예방및치료그리고세포재생에폭넓게응용될것으로기대된다. 감사의글 이논문은 2014년도정부 ( 교육부 ) 의재원으로한국연구재단의지원을받아수행된기초연구사업임 (2013R1A1A ). References 1. Adham, I. M., Eck, T. J., Mierau, K., Müller, N., Sallam, M. A., Paprotta, I., Schubert, S., Hoyer-Fender, S. and Engel, W Reduction of spermatogenesis but not fertility in Creb3l4-deficient mice. Mol. Cell Biol. 25, Asada, R., Kanemoto, S., Kondo, S., Saito, A. and Imaizumi, K The signalling from endoplasmic reticulum-resident bzip transcription factors involved in diverse cellular physiology. J. Biochem. 149, Bae, K. H., Min, A. K., Kim, J. G., Lee, I. K. and Park, K. G Alpha lipoic acid induces hepatic fibroblast growth factor 21 expression via up-regulation of CREBH. Biochem. Biophys. Res. Commun. 455, Cho, H. K., Kim, S. Y., Kyaw, Y. Y., Win, A. A., Koo, S. H., Kim, H. H. and Cheong, J HBx induces the proliferation of hepatocellular carcinoma cells via AP1 overexpressed by ER stress. J. Biochem. [Epub ahead of print] 5. DenBoer, L. M., Iyer, A., McCluggage, A. R., Li, Y., Martyn, A. C. and Lu, R JAB1/CSN5 inhibits the activity of Luman/CREB3 by promoting its degradation. Biochim. Biophys. Acta. 1829, Felmlee, D. J. and Baumert, T. F Hepatitis C virus co-opts innate immunity component for lipid droplet formation. J. Hepatol. 59, Funamoto, T 1., Sekimoto, T., Murakami, T., Kurogi, S., Imaizumi, K. and Chosa, E Roles of the endoplasmic reticulum stress transducer OASIS in fracture healing. Bone 49, Hino, K., Saito, A., Asada, R., Kanemoto, S. and Imaizumi, K Increased susceptibility to dextran sulfate sodium-induced colitis in the endoplasmic reticulum stress transducer OASIS deficient mice. PLoS One 9, e Izumi, S., Saito, A., Kanemoto, S., Kawasaki, N., Asada, R., Iwamoto, H., Oki, M., Miyagi, H., Ochi, M. and Imaizumi, K The endoplasmic reticulum stress transducer BBF2H7 suppresses apoptosis by activating the ATF5-MCL1 pathway in growth plate cartilage. J. Biol. Chem. 287, Kleber, A., Kubulus, D., Rössler, D., Wolf, B., Volk, T., Speer, T. and Fink, T Melatonin modifies cellular stress in the liver of septic mice by reducing reactive oxygen species and increasing the unfolded protein response. Exp. Mol. Pathol. 97, Kondo, S., Murakami, T., Tatsumi, K., Ogata, M., Kanemoto, S., Otori, K., Iseki, K., Wanaka, A. and Imaizumi, K OASIS, a CREB/ATF-family member, modulates UPR signalling in astrocytes. Nat. Cell Biol Kondo, S., Saito, A., Hino, S., Murakami, T., Ogata, M., Kanemoto, S., Nara, S., Yamashita, A., Yoshinaga, K., Hara, H. and Imaizumi, K BBF2H7, a novel transmembrane bzip transcription factor, is a new type of endoplasmic reticulum stress transducer. Mol. Cell Biol Kondo, S., Saito, A., Asada, R., Kanemoto, S. and Imaizumi, K Physiological unfolded protein response regulated by OASIS family members, transmembrane bzip transcription factors. IUBMB Life 63, Liang, G., Audas, T. E., Li, Y., Cockram, G. P., Dean, J. D., Martyn, A. C., Kokame, K. and Lu, R Luman/CREB3 induces transcription of the endoplasmic reticulum (ER) stress response protein Herp through an ER stress response element. Mol. Cell Biol. 26, Lu, R., Yang, P., O'Hare, P. and Misra, V Luman, a new member of the CREB/ATF family, binds to herpes simplex virus VP16-associated host cellular factor. Mol. Cell Biol. 17, Murakami, T., Kondo, S., Ogata, M., Kanemoto, S., Saito, A., Wanaka, A. and Imaizumi, K Cleavage of the membrane-bound transcription factor OASIS in response to endoplasmic reticulum stress. J. Neurochem. 96, Myllyharju, J Extracellular matrix and developing growth plate. Curr. Osteoporos Rep. 12, Nagamori, I., Yomogida, K., Ikawa, M., Okabe, M., Yabuta, N. and Nojima, H The testes-specific bzip type transcription factor Tisp40 plays a role in ER stress responses

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