Journal of Korean Association of Cancer Prevention 2001; 6(3): 181-189 종설 Tumor Suppressor BRCA1 의기능과최근연구동향 동의대학교한의과대학생화학교실및한의학연구소 정정원 최영현 Recent Progress and New Findings in the Roles of Tumor Suppressor BRCA1 Jung Won Jung and Yung Hyun Choi Department of Biochemistry, College of Oriental Medicine, Dong-Eui University and Research Center for Oriental Medicine, Busan, Korea Breast cancer, which results from genetic and environmental factors leading to the accumulation of mutations in essential genes, is a common solid malignancy in women. The hereditary breast and ovarian cancer syndrome includes genetic alterations of various susceptibility genes. Among them, the breast cancer susceptibility gene (BRCA1) on chromosome 17q21 encodes an 1,863 amino acid protein that is important for normal embryonic development. Germline mutations of this gene are linked to a significantly increased lifetime risk for breast and/or ovarian cancer, and recent studies suggest that the same may be true for prostate cancer. Several activities that may contribute to the tumor suppressor function of BRCA1 have been identified via in vitro and in vivo studies. These include 1 regulation of cell proliferation; 2 participation in DNA repair/ recombination; 3 induction of programed cell death in damaged cells; and 4 regulation of transcription. A second breast cancer susceptibility gene (BRCA2) operates in some of the same molecular pathways as BRCA1, and mutations of this gene predispose to breast and ovarian cancer and probably to other tumor types, including prostate cancer. Less than 5% of breast cancers are hereditary, but over 90% of hereditary breast cancers are caused by a mutation of either BRCA1 or BRCA2. The mutation may be inherited from either the maternal or the paternal side of the family. A large number of diverse functions have been attributed to the BRCA1 and BRCA2 breast cancer susceptibility genes. Here we review recent progress and new findings in the field. ꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏꠏ Key Words: BRCA1, BRCA2, Breast and ovarian cancer 책임저자 : 최영현, ꂕ 614-052, 부산시부산진구양정동산 45 번지, 동의대학교한의과대학생화학교실 Tel: 051-850-7413, Fax: 051-853-4036, E-mail: choiyh@dongeui.ac.kr 이연구의일부는 2000 년한국학술진흥재단의지원에의하여연구되었음 (KRF-2000-F00015).
182 대한암예방학회지 : 제 6 권제 3 호 2001 서론 Breast cancer susceptibility gene 1 (BRCA1) 은최근에새로이동정된유전자로서유방암과난소암의환자에서높은돌연변이를보이고있다. 다른유전자의염기서열과연관성이없어염기서열에서는그들의기능에관한정보를별로얻을수없다. 현재까지의연구결과로 BRCA1은 DNA 손상수선, 배아증식 (embryonic proliferation), 전사조절, centrosome duplication, 세포증식, apoptosis 등의세포내여러중요기전에서핵심적인역할을하는보편적인유전자로인식되고있다. 1) 그렇다면이렇게여러가지보편적인생체경로에관여하며항상발현되는유전자에돌연변이가일어나면왜특이적으로유방암과자궁암을일으키기쉬운지, 왜같은유전자가배아증식과암억제에모두요구되는지에관한의문에해답을찾을필요가있다. 유방암은백인여성들에서약 10% 이상발병하는가장보편적인암중의하나로서매년약 180,000명의여자와일부남성들에게서발병되고있다. 2) 유방암의약 90% 정도는산발성질병으로서, 이미잘알려진감수성부위에서생식세포단계의돌연변이없이발병한다. 하지만나머지 10% 경우두개의종양억제유전자인 BRCA1과 BRCA2의돌연변이가발병의원인이된다. 3,4) BRCA1 은 1990년염색체상의지도가밝혀졌으며 1994년동정되었다. 3) BRCA1의돌연변이는가족성유방암환자의 45%, 유방및자궁암환자의 80% 이상에서발견되고있다. 뿐만아니라 BRCA1 보인자는대장암에걸릴위험성도 4배나증가되며, 남자보인자의경우전립선암에걸릴위험성이 3배정도증가된다. 5) 여러가지결과로 BRCA1은종양억제유전자로간주되고있지만산발성질병일경우 BRCA1의돌연변이는거의발견되지않는다. 6) 더구나 Brca1 돌연변이를가지고있는 mouse 배아는임신기간동안증식의결핍으로인해사망하게되는, 이것은종양형성을억제하는 BRCA1의작용에대한질문을던지게한다. 7~9) 이러한관찰은 BRCA1이직접적인세포증식을억제하는유전자 (gatekeeper) 라기보다는유전자 전체의안정성을유지하기위한 1차적인기능을하는유전자 (caretaker) 일것이라는가설을이끌어내고있다. 10,11) 최근에는배양된돌연변이세포주뿐만아니라 mice에서 hypomorphic, 조직-특이적돌연변이를이용하여 BRCA1에대한기능분석이활발하다. 이같은실험에서 BRCA1은몇가지세포경로에서필수적인역할을한다는것이밝혀졌다. 12,13) 결론적으로, BRCA1의결핍은 DNA 손상수선의결핍, 비정상적인 centrosome duplication, 세포주기의중단, 성장지연, apoptosis의증가, 종양발생등의결과를낳는다. 어떻게하나의유전자가이렇듯매우넓은효과를나타낼까? 그단서가되는것중하나가바로 BRCA1과결합하는단백질들이다. 본총설에서는 BRCA1 기능에대한이해를위해 BRCA1의구조와발현그리고여러가지결합단백질들에의해조절되는다양한경로들에대해살펴보고자한다. BRCA1의구조 BRCA1 유전자는 24개의 exon을가지고있으며사람은 1,863개, 쥐는 1,812개의아미노산으로구성된 multidomain을가진단백질이다 (Fig. 1). 3,9) 사람의 BRCA1과쥐의 Brca1 사이의아미노산서열의유사성은 60% 정도이다. 다른종양억제유전자의경우이것보다훨씬더높은유사성을가진다. 종종새로이동정된유전자에서유사한서열의 motif는생물학적인기능을유추할수있는단서가되는데, BRCA1에서처음으로발견되고가장잘연구된 motif는 N-말단근처에있는 RING finger domain이다. RING finger는단백질-단백질혹은단백질-dna사이의결합을필요한 zinc-결합영역으로서보존된 cysteine과 histidine 으로구성되어있다. 12,13) 몇몇 RING finger 단백질은 ubiquitin화를촉진시킨다. 14,15) 최근연구결과 Brca1 RING finger와인접영역이 ubiquitin-conjugation enzyme 존재하에 in vitro 상에서 ubiquitin 화되었음이보고된바있다. 15,16) 다른 RING finger 단백질의연구결과에비추어보면만일 BRCA1 RING finger가세포내성장인자들의 ubiquitin화에관련되어있다면아마도 RING finger의손실은
정정원 최영현 :Tumor Suppressor BRCA1 의기능과최근연구동향 183 RING finger NLS sequences Granin consensus BRCT domain BRCT domain 20-68 224-500 758-1064 1314-1863 Iinteraction with 175-303, 433-511 Rad51 interaction Interaction with DNA BAP1 and BARD1 TP53 binding repair machinary c-myc interaction Transcriptional activation region Fig. 1. The structure of BRCA1 demonstrating the N-terminal zinc finger, the C-terminal transactivation domain, and BRCT repeats. Interacting proteins and their approximate interacting sites are shown. 증식을촉진하는단백질의정상상태의수준을증가시키게될것이다. 또한 BRCA1 RING finger 영역은 BARD1 (BRCA1-associated RING domain 1) 과 heterodimer를이루는지역이기도하다. 14) 최근에는 BAP1 (BRCA1-associated protein-1) 이라는탈 uniquitin화 (de-ubiquitinating) 효소와의결합에도이영역이관여하는것으로밝혀졌다. 14) BAP 이다른단백질의 BRCA1 ubiquitin화또는 BRCA1 자체의 ubiquitin-의존성분해를조절하는지는매우흥미로운일이될것이다. 17,18) BRCA1의 C-말단에는덜보존된반복서열인 BRCT (BRCA1 C-terminal) 영역이두개존재한다. 19,20) BRCT 영역은수선이나세포주기조절에관련된단백질에서많이발견되는원형의영역으로써, tumor suppressor p53, RNA polymerase II, RNA helicase A, p300, CBP (CREB binding protein), BRCA2, retinoblastoma protein (prb), histone-deacetylase complex, 그리고 CtlP 등과직-간접적으로결합하고있다. 또한 BRCA1 단백질의 60% 이상을암호화하는 exon 11은두개의 NLS (nuclear-localization signal: 핵으로이동하게하는신호 ) 를가지고있으며 RAD50, RAD51, RB 그리고 c-myc 등과상호작용을한다 (Fig. 1). 21~27) BRCA1의세포내발현과세포주기보통의정상세포에서 BRCA1은핵에존재하는단백질이다. 18) BRCA1에서동정된 NLS 부위는핵수송신호수용체 (nuclear transport signal receptor) 의하위단위체인 importin-α와결합한다. 28,29) BRCA1 mrna와단백질은세포주기의 G1 후기에서 S기동안에그발현이증가하며 G1 후기와 S기동안에과인산화고 M기이후에일시적으로탈인산화된다. 30) G1-S 전이에서의 BRCA1의기능은과인산화된 prb에결합하여세포주기의진행을중단시키는것으로알려지고있다. 31) G1-S 전이에서의역할뿐만아니라, BRCA1은 mitotic spindles의 assembly와딸세포로의적절한염색체분리를조절함으로써 G2-M checkpoint를조절한다. 32,33) Brca1의 exon 11이결손된 mouse embryonic fibroblast는 G1-S checkpoint는정상이지만 G2-M checkpoint에서는비정상적인현상을나타냈다. 34) 그리고상당히많은부분의세포에서 centrosome이증폭되어있어비정상적인염색체의분리가일어났다. 34) p53과 prb를포함하는 G2-M checkpoint를조절하는단백질은 centrosome에위치하는데, BRCA1 또한체세포분열동안 centrosome에위치하며 centrosome의구성요소인 γ tubulin과결합하는것으로밝혀져있다. 35) 또한 BRCA1 에돌연변이가일어날경우 centrosome duplication 조절이되지않아유전적불안정이유도된다. 36) 발생에서의 BRCA1의발현 BRCA1과 BRCA2는갑상선과정소에서가장많이발현되고, 어디에서나관찰되는단백질이다. 또한 mouse의발생과정에서두유전자는빠르게분열하거나분화하는조직에서가장높게발현된
184 대한암예방학회지 : 제 6 권제 3 호 2001 다. 유선조직에서두유전자의발현은발생을진행하면서조절되고있으며, 사춘기와임신중증가하며수유기간에는감소한다. 37,38) 또한, 난소호르몬에의해 BRCA1의발현이 BRCA2 보다는훨씬더많이증가하더라도태아와성체조직에서두유전자의공간적-시간적발현차이는거의없는데, 이것은아마도두유전자가같은인자에의해서함께조절되는것으로볼수있다. 한편 knockout을통해 Brca1과 Brca2에대한몇가지다른 null 유전자를 homozygous하게가지고있는 mice를만들었는데, 8,39) 두유전자모두 null인 mice는배아단계에서치사를일으켰다. 그리고 Rad51와연관된 knockout mice를이용한실험에서 Brca1 및 Brca2는초기발생에서중대한역할을하며, 그기능이소실되었을때발생이중단되며치사되는것으로보아 BRCA1과 BRCA2 유전자모두발생과정을조절하는중요한인자로서역할을함을잘알수있다. 40) DNA 손상수선에서의 BRCA1의역할 BRCA1이 DNA 손상수선에관련되어있다는여러가지의증거들이제시되어지고있다. 그첫번째로 RAD50, RAD51, BRCA2와같은 DNA-손상수선경로에관련되는여러가지단백질들과 BRCA1이결합한다는것이다. 41,42) BRCA1은효모 의 RecA의 homolog로알려져있는 RAD51과결합을할뿐아니라, DNA 손상물질을처리하였을때 DNA 복제가진행되는곳의핵내구조물에서같은곳에위치하였다. 42) RAD51은 DNA-손상수선동안 BRCA1, BRCA2와함께안정된복합체를형성하며, RAD50 또한 in vitro 및 in vivo에서 BRCA1과결합한다. 19,43) DNA 손상에반응하여 BRCA1에는많은변화가일어나는데, 그중하나가인산화이다. 이때의인산화는 G1-S 전이동안발생하는인산화와는그위치가다른데, DNA 손상에따른 BRCA1의인산화는 ATM에의해수행된다. 44,45) 이로인해전사억제자인 CtBP와결합하는것으로알려져있으며그기능은밝혀지지않은 CtlP에의해해리된다. BRCA1에서 CtlP가분리됨으로써 BRCA1이 DNA-손상반응유전자들의전사를활성화시키게된다. 46) 그러한유전자중의하나가 BRCA1을과다발현시켰을때증가되는 GADD45로여겨지고있다 (Fig. 2). 두번째증거는 BRCA1이결핍된 embryonic stem (ES) 세포와유전자 targeting을사용한형태학적인분석에서찾아볼수있다. BRCA1-결핍 ES 세포는 γ- irradiation과과산화수소와같은산화물질에대해 감수성이매우높게나왔다. 47) 뿐만아니라, 수선되지못한 DNA 손상의직접적인결과로나타나는비정상적인염색체수와구조를보였다. 9) RAD51과 BRCA2가 targeting으로파손된 embryo DNA damage DNA-PK p53 Bcl-2/Bax Apoptosis RNA pol II BRCA1 p21 Cell Cycel Arrest CBP/p300 Rad51 C-Myc DNA Repair Fig. 2. Multiple cellular functions for BRCA1. Some of the functions in which the protein have been implicated are shown, although the mechanisms underlying these putative functions remain unclear.
정정원 최영현 :Tumor Suppressor BRCA1 의기능과최근연구동향 185 에서도 BRCA1이없는 embryo와유사한형태를보였다. 즉, 부분적으로 p53 돌연변이에서회복되는 γ-irradiation에과민감성, 비정상적인염색체, 빠른배아치사등의결과를보였다. 48) 또한 BRCA1, BRCA2 그리고 RAD51은 S기세포에 hydroxyurea나 UV irradiation에노출되었을때 proliferating cell nuclear antigen (PCNA) 복제위치에서동시에존재하였다. 49) DNA-손상수선과의연관성에대한직접적인증거는 BRCA1-결핍 ES 세포의기능적인분석을통해서나타나게되었는데이들세포에서는전사-결합수선 (transcriptioncoupled repair) 이결핍되어있다는것을발견되었다. 47) 전사조절에서의 BRCA1의역할 BRCA1은세포내에서유전자의발현을조절할수있기때문에전사인자로알려져있다. 그첫번째증거는 GAL4 DNA binding domain과결합시켜세포로주입시켰을때 GAL4 의존성 promoter 가활성화되었다는사실이다. 50,51) BRCA1의 C-말단에는여러가지전사조절활성인자및억제자와결합하는두개의 BRCT domain을가지고있으며, 두번째 BRCT domain은 p53과결합하여 cyclin dependent kinase inhibitor p21 promoter의 p53-의존성전사를자극시킨다. 52) 이결과는 p53 경로와 BARD1의기능을연결시키므로매우중요한의미를지닌다. BRCA1이 p53의 DNA 결합력을변화시켜 p53의반응이한유전자집단에서다른유전자집단으로이동하는결과를낳을수있을것이다. 다른연구자의보고에의하면 BRCA1 은 STAT1 (signal transducer and activator of transcription 1) 에결합하여 interferon-γ (IFN-γ) 에의해촉진되는성장억제를증가시키는데연관되어있다고한다. 53) STAT1은 Janus kinase (JAK) 에의해인산화되며 IFN-γ의생물학적효과를수행하는단백질이다. 54) 세포에 IFN-γ을처리하면 p21 을통한성장억제가일어나는데이때 BRCA1이관련한다는보고가있다. 20) 즉 BRCA1은선택적으로 IFN-γ 표적유전자를조절할수있다. 최근에는 BRCA1의표적유전자를동정하기위해서 cdna array를사용한접근을시도하고있다. 55,56) 배양세포에 BRCA1을발현시키면 apoptosis가일어나며주표적유전자는 DNA-손상반응유전자인 GADD45라는것이밝혀졌다. GADD45의증가는 JNK/SAPK-의존성 apoptosis를야기한다. 57) 한편 N-말단은전사활성과관련이있을것으로추측되는 RING finger 구조를포함하고있다. 여기에결합하고있는것으로밝혀진첫번째 BIPs 은 BARD1이다. 58) BRCA1-BARD1 복합체는 polyadenylation factor인 CStF-50 (cleavage stimulation factor) 과결합하고있다. 59) CStF-50은새로이합성되는 RNA의 3' 말단에결합하여 polyadenylation 을위한절단점을생성하는역할을하는데이활성은 BARD1에의해억제된다. 또한 BRCA1, BARD1 그리고 RAD51이 S기동안 DNA가손상된부분에함께위치하는데, 이로부터 BRCA1이 BARD1을통해 polyadenylation을막아서 DNA 수선이일어나는곳에서부적절한 RNA splicing이일어나는것을막아주는역할을할것으로추정할수있다. 59,60) BRCA1은전사를촉진할뿐아니라억제하는기능도가지는것으로알려져있다. Yeast twohybrid 방법을사용하여 BRCA1이 helix-loop-helix 전사인자인 c-myc과결합하고있다는사실을밝혔으며, c-myc은종양유전자로 CDC25A와같은유전자들의전사를활성화시키는것으로알려져 있다. 61) CDC25A promoter의 c-myc 결합부위를이용한 reporter assay를사용한결과 BRCA1이 c-myc의전사활성을농도-의존적으로억제하였으며, 또한 BRCA1은 c-myc, H-ras의형질전환능력을억제시켰다. 이러한사실로서 BRCA1이 c-myc 과같은종양유전자의작용을억제시켜서종양형성을막을수있을것으로추정할수있다. 62) 또한 BRCA1이 estrogen receptor-α (ER-α) 의전사활성억제를통해서 estrogen에의해유도되는신호전달을억제한다는사실이밝혀졌다. 63) 이것은 estrogen-er-α 신호가유방암생성에매우중요한역할을하기때문에 BRCA1의종양억제능력과일치하는결과이다. 63,64) BRCA1 활성의조절비가족성종양에서 BRCA1의돌연변이는거의
186 대한암예방학회지 : 제 6 권제 3 호 2001 발견되지않으며, 발현자체도매우감소되어있거나확인할수없을정도이다. 65) 이러한현상이 BRCA1의발현이낮은세포들만선택적으로살아남은결과인지아닌지는연구되어져야할매우중요한과제이다. 왜냐하면 BRCA1의발현이높으면세포의증식이억제되기때문이다. 다시말해서종양세포는 BRCA1의발현을억제하는능력을획득함으로다른세포들보다성장의우위를점유하게된다. 최근 BIPs에관한연구는 BRCA1 의발현과활성이매우다양한세포내작용기전을통해서조절될수있음을보여주고있다. 최근 ubiquitin-proteasome 경로가 RING finger를포함하는단백질들의안정성을조절하는데관련이있다는연구결과가나왔다. 66) 이에 BRCA1의 RING domain과결합하는단백질을동정하는연구가시도되었는데, Jensen등 14) 은 BAP1이 BRCA1 의 RING domain과결합하고있음을밝혔다. BAP1 은 ubiquitin C-terminal hydrolase (UCH) family에속하는단백질이다. BAP1이 in vitro에서는 BRCA1 과결합을하더라도면역조직화학염색을통한 in vivo상에서는매우적은수만이 BRCA1과같은장소에위치하고있다. 14) 그럼에도불구하고 MCF-7 유방암세포에서 BAP1을과발현시키면 BRCA1의성장억제활성을 4배나증가되는것이관찰되었다. 14,67) BRCA1의 ubiqutination에관여하는단백질이아직까지동정되지않았다하더라도, ubiquitinproteasome 경로에의한 p53 단백질의안정성조절에관한최근연구결과는 BRCA1의안정성조절에대한작용기전을유추할수있게한다. 17,18) MDM2는 p53을 ubiquitinaiton시켜서분해시킨다. 68) 종양억제자인 p19arf는 MDM2와결합하여 MDM2의 ubiquitin-ligase 활성을저해시킴으로써 p53 단백질을보호한다. 이처럼 BRCA1 ubiquitination에관련된새로운단백질을동정하여조사하는일은매우흥미있는일이다. 68,69) 인산화는 BRCA1 활성을조절하는또다른방식이다. BRCA1은 G1 후기와 S기동안과인산화되고 M기이후초기에일시적으로탈인산화된다. 28,70) 또정상세포가 γ-irradiation에노출되면 BRCA1이과인산화된다. 하지만, AT 환자에서유래한 ATM-deficient fibroblasts (mutated in ataxia telangiectasia) 와 lymphoblast 세포는 γ-irradiation이 후 BRCA1이과인산화가되지않는데, 이것은 BRCA1의과인산화는 ATM의활성에의존함을시사하는것이다. 45,71) Cortez등 44) 은 in vivo와 in vitro 상에서 ATM이 serine-glutamine 잔기가모여있는많은곳에서 BRCA1을인산화시킨다는것을증명하였다. BRCA1의인산화장소인 S1432와 S1532에 missense 돌연변이가일어나면 BRCA1- deficient 세포주의 radiation 과민감성이회복되지않기때문에이들영역의인산화는기능적으로매우중요하다. 44) 이연구는 BRCA1의활성이인산화에의해서조절된다는직접적인증거를제공하고있다. 또한 ATM-/- 세포와 BRCA1-/- 세포는비정상적인 G2-M checkpoint 조절, DNA 손상물질에의한민감도등을포함하는표현형상의많은부분에서유사성을공유하고있다. BRCA1과 ATM사이의결합은이러한표현형상의유사성에대한근거가되고있다. 46,72) Cdk2 및 casein kinase II를포함하는몇몇단백질들또한각각의독특한위치에서 BRCA1과결합하여인산 화시키는것으로알려져있다. 73) 하지만아직이들의생물학적인중요성은연구되어야할과제로남아있다. Transcriptional silencing은 CpG island의 metylation을통해서수행될수있다. 74) BRCA1의 5 말단쪽에있는조절지역은 GC content가 56% 나되는 TATA-less promoter를가지고있다. 이러한사실은이유전자가 CpG methylation을통해서전사조절이될수있음을시사하는매우유력한단서가된다. 75) 정상세포에서 BRCA1 promoter에있는 CpG dinucleotides는 unmetylation되어있어서전사가일어나지만, 유방암및자궁암에서는전사개시점주위의특정 CpG 잔기가 metylation되어서 BRCA1의전사가일어나지않는다. 76) BRCA1의 promoter에는많은전사인자들이결합할수있는 motif를포함하고있다. 그중하나는 methylationsensitive camp-response element binding (CREB) site이다. 76) 이곳은몇몇유방암에서비정상적으로 metylation되어있으며따라서 BRCA1이매우적게발현된다. BRCA2는정상이나종양조직에서 metylation되어있지않기때문에 BRCA1의전사가 CpG-island metylation에의해감소조절된다는사실은매우중요하게여겨지고있다. 77)
정정원 최영현 :Tumor Suppressor BRCA1 의기능과최근연구동향 187 성장조절에서의 BRCA1의역할 BRCA1이세포증식을직접조절하는가? 이것은상당한논쟁이되고있는질문이다. Brca1-null embryo의돌연변이분석을통해서 Brca1의기능적소실은세포증식을저해한다는사실이밝혀졌다. 왜냐하면돌연변이 embryo는극심한성장결손으로인해서배아발생의초기단계동안사망하기때문이다. 78) 게다가 Cre-LoxP approach를사용해서유방표피세포에서 Brca1에 conditional mutation을일으켰을때 chromosomal abnormality, 광범위한 apoptosis 등이관찰되었다. 79) 또유방종양형성은오랜잠복기이후에형성되고유전적불안정성과 p53 전사의변형등과연관되어있었다. 이러한결과들은 BRCA1이없으면곧바로종양형성을시작하는게아니라유전적인불안정을일으키고, 이것이 p53의불활성을포함하는또다른변형을일어나게하며결국종양형성을일으키게된다. 9) BRCA1 가족성유방암은 chromosome abnormalities가증가되어있으며 p53 돌연변이율이매우높다. 9,80) 이것은위와같은모델에부합되는것이다. 반면, BRCA1이직접적으로성장조절에관련되어있다는연구도활발히진행되고있다. Antisense oligonucleotide를사용하여 BRCA1 의발현을억제했을때정상세포와종양세포모두성장이가속화되었으며, 종양세포에 wild-type BRCA1을삽입시켰을때는세포증식이억제되었다. 81,82) 하지만, 이러한성장억제는폐암혹은대장암세포에서는일어나지않고유방암과난소암세포와같은특이적인세포형태에서만일어나는현상이었다. BRCA1의직접적인성장조절에관한난해한문제들이최근들어 BRCA1에의한성장억제가 prb에의존적이라는증거가제시되면서풀리게되었다. 여러종류의세포들을사용하여실험을한결과 wild-type prb를가지고있는세포만이 BRCA1에의한성장억제를일으켰다. 70,71) 이후 BRCA1은탈인산화된 prb에만결합한다는사실이밝혀졌다. 탈인산화된 prb는 E2F 와결합하여세포증식에관련된유전자들의전사를억제하기때문에 BRCA1은 prb를탈인산화된상태로유지시켜세포의성장을억제하는것 이다. 83) 또한 BRCA1-pRB 복합체는 histonedeacetylase 복합체와결합하는것으로알려져있으며, prb-histone-deactylase 복합체는 E2F-reponsive 유전자의전사를억제하는것으로밝혀져있다. 84,85) 이것은 prb를통한 BRCA1의성장억제기전에부합되는또하나의단서가된다. 결론및앞으로의과제 BRCA1이전사조절능력을가진다는증거를요약하면다음과같다. 1) BRCA1의 C-말단이다른단백질의 DNA-binding domain과결합을시켰을때전사조절활성 domain으로작용한다. 2) BRCA1은 RNA polymerase II (core and holoenzyme) 과복합체를이룬다. 3) BRCA1의발현을임의로증가시키면다양한유전자의 promoter가활성화된다. 4) 몇몇 BIP은전사조절에서매우잘알려진단백질들이다. 한편 BRCA1의가장큰특징은다양한세포내기능을가지고있는분자들과직-간접적으로결합하고있다는것이다. 이러한 BIPs을통해서 BRCA1의기능을유추할수는있다. 예를들어, 전사조절에서의활성과억제, DNA 손상수선, 세포주기 checkpoint 조절, 중심체복제, 세포증식등에관련된다양한생물학적경로에있는단백질과결합을하고있다. 하지만, 아직명확하게정설로밝혀진것은아니다. BRCA1은유방과난소외에다양한조직에서발현이된다. 하지만 BRCA1과연관된종양여성은유방과난소에선택적으로나타나는이유는무엇인가? 다른조직에 BRCA1의하류단계조절자나 partner가없기때문인지, BRCA1이없을때기능을할수있는다른종양억제유전자있기때문인지에대한의문이제기된다. 또는 BRCA1과연관된유방암과난소암을증가시키는혹은다른조직에서종양형성을억제할수있는특이적인조절자가있을가능성도생각해볼수있다. 더구나 p21의발현을조절하는 BRCA1의기능에대해서는논란의여지가많다. 만일 BRCA1이 p21의발현을활성화시킨다면왜 BRCA1이없는세포가완전한 G1/S 세포주기 checkpoint를가지고있는것일까? 이와같이앞으로의연구방향은 BRCA1과각각의 BIP의결합이특이적인지비특이적인지, 그리고
188 대한암예방학회지 : 제 6 권제 3 호 2001 실제로 BRCA1의기능을발휘하고있는지에대한물리적인중요성을밝히는데초점을맞추어야할것이다. 게다가계속해서또다른 BIP들을동정해야하고 BRCA1의하위단계의전사조절표적들을동정해야할것이다. 또한보통의발달과정과종양형성과정동안에 BRCA1의발현과안정성이어떻게조절되는지도연구되어져야한다. 이러한노력들은치사성이높은이유전병을치료함에있어서매우유용하게적용될것이다. 참고문헌 1) Brodie SG, Deng C. Trends Genet 2001; 17: S18-22. 2) Alberg AJ, et al. Curr Opin Oncol 1997; 9: 505-511. 3) Miki Y, et al. Science 1994; 266: 66-71. 4) Wooster R, et al. Science 1994; 265: 2088-2090. 5) Antoniou AC, et al. Genet Epidemiol 2001; 21: 1-18. 6) Easton D. Nat Genet 1997; 16: 210-211. 7) Hakem R, et al. Cell 1996; 85: 1009-1023. 8) Hakem R, et al. J Mammary Gland Biol Neoplasia 1998; 3: 431-445. 9) Shen SX, et al. Oncogene 1998; 17: 3115-3124. 10) Yu V. Breast Cancer Res 2000; 2: 82-85. 11) Dimitrov SD, et al. Folia Biol (Krakow) 2001; 47: 120-127. 12) Wu LC, et al. Nat Genet 1996; 14: 430-440. 13) Jin Y, et al. Proc Natl Acad Sci USA 1997; 94: 12075-12080. 14) Jensen DE, et al. Oncogene 1998; 16: 1097-1112. 15) Hashizume R, et al. J Biol Chem 2001; 276: 14537-14540. 16) Lorick KL, et al. Proc Natl Acad Sci USA 1999; 96: 11364-11369. 17) Blagosklonny MV, et al. Oncogene 1999; 18: 6460-6468. 18) Choi YH. Int J Oncol 2001; 19: 687-693. 19) Ouchi T, et al. Proc Natl Acad Sci USA 1998; 95: 2302-2306. 20) Chai YL, et al. Oncogene 1999; 18: 263-268. 21) Huyton T, et al. Mutat Res 2000; 460: 319-332. 22) Deng CX, Brodie SG. Bioessays 2000; 22: 728-737. 23) Miyake T, et al. J Biol Chem 2000; 275: 40169-40173. 24) Fan S, et al. Oncogene 2001; 20: 77-87. 25) Yamane K, et al. Oncogene 2001; 20: 2859-2867. 26) Makiniemi M, et al. J Biol Chem 2001; 276: 30399-30406. 27) Dulic A, et al. Biochemistry 2001; 40: 5906-5913. 28) Chen Y, et al. Cancer Res 1996; 56: 3168-3172. 29) Li S, et al. J Biol Chem 1998; 273: 6183-6189. 30) Gudas JM, et al. Cell Growth Differ 1996; 7: 717-723. 31) Satterwhite DJ, et al. Biochem Biophys Res Commun 2000; 276: 686-692. 32) Zabludoff SD, et al. Oncogene 1996; 13: 649-653. 33) Blackshear PE, et al. Oncogene 1998; 16: 61-68. 34) Xu X, et al. Mol Cell 1999; 3: 389-395. 35) Hsu LC, White RL. Proc Natl Acad Sci USA 1998; 95: 12983-12988. 36) Deng CX, Mutat Res 2001; 477: 183-189. 37) Bertwistle D, Ashworth A, Curr Opin Genet Dev 1998; 8: 14-20. 38) Welcsh PL, et al. Trends Genet 2000; 16: 69-74. 39) Bhattacharyya A, et al. J Biol Chem 2000; 275: 23899-23903. 40) Irminger-Finger I, et al. Biol Chem 1999; 380: 117-128. 41) Scully R, et al. Cell 1997a; 88: 265-725. 42) Scully R, et al. Cell 1997b; 90: 425-435. 43) Zhong Q, et al. Science 1999; 285: 747-750. 44) Cortez D, et al. Science 1999; 286: 1162-1166. 45) Gatei M, et al. Cancer Res 2000; 60: 3299-3304. 46) Li S, et al. Nature 2000; 406: 210-215. 47) Gowen LC, et al. Science 1998; 281: 1009-1012. 48) Brugarolas J, Jacks T. Nat Med 1997; 3: 721-722. 49) Chen J, et al. Mol Cell 1998; 2: 317-328. 50) Monteiro AN, et al. Proc Natl Acad Sci USA 1996; 93: 13595-13599. 51) Chapman MS, Verma IM. Nature 1996; 382: 678-679. 52) Callebaut I, Mornon JP. FEBS Lett 1997; 400: 25-30. 53) Ouchi T, et al. Proc Natl Acad Sci USA 2000; 97: 5208-5213. 54) Leonard WJ, Int J Hematol 2001; 73: 271-277. 55) Favis R, et al. Nat Biotechnol 2000; 18: 561-564. 56) Tian H, et al. Genomics 2000; 63: 25-34. 57) Harkin DP, et al. Cell 1999; 97: 575-586. 58) Meza JE, et al. J Biol Chem 1999; 274: 5659-5665. 59) Kleiman FE, Manley JL. Science 1999; 285: 1576-1579. 60) Kleiman FE, Manley JL. Cell 2001; 104: 743-753. 61) Wang Q, et al. Oncogene 1998; 17: 1939-1948. 62) Aunoble B, et al. Int J Oncol 2000; 16: 567-576. 63) Fan S, et al. Science 1999; 284: 1354-1356. 64) Fan S, et al. Oncogene 2001; 20: 4827-4841. 65) Futreal PA, et al. Science 1994; 266: 120-122. 66) Joazeiro CA, et al. Science 1999; 286: 309-312. 67) Jensen DE, Rauscher FJ 3rd. Ann N Y Acad Sci 1999; 886: 191-194.
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