주요내용 설명

□ 논문명, 저자정보

논문명	Dishevelled has a YAP nuclear export function in a tumor suppressor context-dependent manner
저 자	육종인 교수(교신저자, 연세대학교), 김현실 교수(교신저자, 연세대학교), 이윤미 교수(제1저자, 연세대학교), 김남희 교수(제1저자, 연세대학교), 조은애(연세대학교), 양지혜(연세대학교), 차용훈(연세대학교), 강희은(연세대학교), 윤준섭(연세대학교), 조수빈(연세대학교), 이선형(국립암센터), 페트라 파시리코바(Petra Paclikova, 마사리코바대학교), 토마스 라다스키에비츠(Tomasz W. Radaszkiewicz, 마사리코바대학교), 비체슬라프 브리야 교수(Vitezslav Bryja, 마사리코바대학교), 강치구(연세대학교), 육영수(연세대학교), 차소영(연세대학교), 김수열 교수(국립암센터)

□ 연구의 주요내용

1. 연구의 필요성

○ 히포(Hippo) 신호는 세포의 증식과 사멸을 조절하여 조직과 장기의 크기를 조절하는 것으로 알려진 신호전달체계이다. 히포 신호의 억제는 세포핵 내 YAP*의 양을 증가시키고 TEAD* 전사인자의 활성을 증가시켜 결과적으로 발생 과정에서 조직과 장기의 성장 및 암 발생을 유도하는 것으로 알려져 있다.

* YAP (Yes-associated protein) : 암을 유발하는 단백질(oncoprotein)로 히포 신호의 중요 하부 작동체(effector)로 전사보조인자임. 히포 신호가 ‘on’이면 YAP이 인산화되고 비활성화됨.

* TEAD (TEA domain family members) : 히포 신호의 전사인자. 히포 신호가 ‘off’시에 YAP 인산화가 감소되고 전사보조인자인 YAP이 핵 내에 존재하게 되면서 전사인자인 TEAD와 결합하여 표적인자들의 발현이 증가하게 됨.

○ 선행연구에서는 YAP이 윈트(Wnt) 신호조절인자인 DVL(dishevelled) 및 β-catenin 등과의 결합을 통해 윈트 신호*를 억제조절한다는 개념이 지배적이었다. 그러나 이러한 이론에는 암을 유발하는 것으로 알려진 YAP이 대표적인 암신호전달체계인 윈트 신호의 활성을 억제한다는 모순이 있고, 또한 실제 대부분의 인체 암 조직에서 윈트 신호의 활성과 YAP 활성이 동시에 증가되어 있는 현상을 설명하지 못했다.

* 윈트(Wnt) 신호 : 사람의 암에서 암억제유전자를 제외하고 가장 중요한 암유전자임. 대장암에서는 90% 이상의 환자에서 윈트 신호전달 유전자의 돌연변이가 발견되고, 그 외의 다양한 암에서도 윈트 신호의 활성화가 암줄기세포 유지와 암 전이를 조절함.

○ 인산화에 의존하여 YAP의 핵외이송(nuclear export)이 조절된다는 것은 히포 신호의 잘 알려진 세포 내 조절기전이다. 그러나 YAP의 세포질로의 핵외이송을 조절하는 물질이 무엇인지에 대해서는 알려져 있지 않았다.

○ 따라서, 이 연구에서는 YAP의 세포질로의 핵외이송을 조절하는 물질을 규명하고, 윈트 신호와 YAP 활성을 동시에 증가시키는 조절기전에 대해 연구하였다.

2. 연구내용

○ 이 연구에서는 윈트 신호의 활성인자인 DVL(dishevelled)이 인산화된 YAP와 결합하여 세포핵 내에 YAP의 활성 및 TEAD 전사인자의 활성을 억제시키는 결과를 보였다. 기존 연구에서는 YAP이 DVL과의 결합을 통해 윈트 신호를 억제조절한다는 결과를 보고하였지만, DVL에 의한 YAP 활성 억제를 증명해 보인 것으로 상반되는 억제조절기전에 해당한다.

○ DVL이 YAP 활성을 억제하는 것은 DVL이 인산화된 YAP와 결합한 후 DVL이 YAP을 세포질로 핵외이송하는 기전에 의한 것이다. DVL 내에 존재하는 핵외이송신호(nuclear export signal)에 돌연변이를 일으켜서 비활성화했을 때 세포핵 내 YAP의 양이 증가하고 TEAD 전사인자의 활성이 증가되는 것을 통해 이를 확인하였다. (그림1) 또한 YAP의 세포 내 구역화(subcellular localization)에는 DVL이 필수적임을 확인하였다.

○ p53 또는 LKB1이 결손되면, DVL에 의한 YAP 활성 억제가 차단될 수 있음을 확인하였다. 기존 연구에서 종양억제인자(tumour suppressor)인 p53 및 LKB1 축(axis)이 YAP의 인산화 상태를 결정하고 결과적으로 YAP의 핵-세포질 수송을 결정하는 것으로 알려져 있었다. 이번 연구에서 p53 또는 LKB1의 결손 시에 YAP의 인산화가 억제되면서, DVL에 의한 YAP 활성억제 기능이 차단될 수 있어 윈트 신호와 YAP이 동시에 활성화될 수 있음을 규명하였다. (그림2)

○ 또한 세포실험 뿐만 아니라 생체 동종이식 암 발생 기능 검증실험을 시행하여 각각 p53과 LKB1 녹다운(knockdown) 시에 YAP과 DVL의 동시 활성화(co-activation)에 의해 생체 내 암 발생이 유도됨을 증명했다. (그림3)

○ 유방암 환자의 카플란-마이어(Kaplan-Meier) 생존분석을 통해 YAP과 윈트 신호의 동시활성화가 p53 돌연변이 환자에서 나쁜 예후와 상관관계가 있음을 밝혔다. 이는 TCGA 원발성 유방암 환자 샘플 1093개의 RNA 발현 데이터 분석을 통해 이뤄졌으며 YAP 타겟유전자인 CTGF와 TCF/LEF 전사인자의 타겟유전자인 Axin2 전사체가 예후 마커로 사용되었다. (그림4)

3. 연구성과/기대효과

○ 윈트 신호의 활성인자인 DVL이 인산화된 YAP와 결합하여 YAP을 세포질로 핵외이송하고 핵 내에 YAP 활성 및 TEAD 전사인자의 활성을 억제시킨다.

○ p53 또는 LKB1의 결손 시에는 YAP의 인산화가 억제되면서, DVL에 의한 YAP 활성억제 기능이 차단될 수 있어 윈트 신호와 YAP이 동시에 활성화될 수 있으며, 이러한 조절은 기능적이다.

○ 이 연구결과는 발생과정과 인체 암에서 상피의 증식과 극성(polarity)의 상호조절에 대한 통찰력을 제공할 수 있을 것이며, 후속 연구를 통해 기형 및 암 예후 예측의 바이오마커를 제공할 수 있을 것이다.

□ 그림 설명

(그림1) 디셰벌드(DVL)에 의한 YAP의 핵외이송(nuclear export)

정상 DVL 처리할 때에는 DVL(초록)과 YAP(빨강)이 모두 세포질에서 관찰되는데, 이는 DVL이 YAP을 핵에서 세포질로 핵외이송시키기 때문이다(왼쪽 그림).

반면, DVL이 돌연변이된 경우, DVL(초록)과 YAP(빨강)이 모두 핵(파랑)에서 관찰된다. 이는 돌연변이된 DVL이 YAP의 핵외이송을 유도하지 못해 YAP이 핵 내에 머물게 된 것이다 (오른쪽 그림).

(그림2) 디셰벌드(DVL)에 의한 윈트 및 히포 신호 조절 도식도

종양억제자 p53과 LKB1 축이 정상일 때 윈트 신호의 활성인자인 DVL는 핵 내 YAP의 활성을 억제한다. (왼쪽 그림)

반면, p53 혹은 LKB1 축의 손실은 DVL에 의한 YAP의 핵외이송을 억제시켜 윈트 신호의 전사인자들, 즉 TCF/LEF와 히포 신호의 전사인자 TEAD를 동시에 활성화되게 유도한다. (오른쪽 그림)

(그림3) p53과 LKB1이 손실되었을 때 YAP과 디셰벌드(DVL)의 동시 활성화에 의한 암 발생

p53이 손실된 shRNA 실험(왼쪽 그림)에서, p53이 손실된 실험군의 YAP과 DVL이 동시 활성화되었을 때 종양의 크기가 확연히 증가한다.

LKB1이 손실된 돌연변이 실험(오른쪽 그림)에서, LKB1이 손실된 실험군의 YAP과 DVL이 동시 활성화되었을 때 종양의 크기가 확연히 증가한다.

(그림4) p53 정상 및 돌연변이가 있는 유방암 환자의 생존 분석

20년 장기생존율을 분석했을 때, CTGF(YAP 타겟유전자)와 Axin2(Wnt 신호 타겟유전자) 발현이 동시에 높은 경우(CTGF/Axin2-High) p53 돌연변이 유방암 환자 그룹(오른쪽 그림)에서는 나쁜 예후를 보인다. 이러한 연관성은 p53 정상인 유방암 환자 그룹(왼쪽 그림)에서는 역전되었다.