BTB/POZ domain 단백질-단백질 상호작용 지도 작

Dept. of Medical Science/석사[한글] 세포의 각종 생명현상들은 복잡한 단백질-단백질 상호작용 네트워크에 의하여 이루어진다. 단백질간의 상호작용 및 상호작용의 세포 안에서의 기능 규명은 게놈 프로젝트, 프로테옴 기술의 발달에 따라 엄청나게 쏟아지고 있는 단백질 정보로부터 의-약학적 응용기술, 신약개발에 필수적이다. 본 연구실에서 연구하고 있는POZ domain을 가진 단백질들은 발생, 세포주기, 암 발생 등에 중요한 역할을 하며 POZ domain을 매개로 homodimer, hetrodimer를 형성할 수 있다. 그러므로 기존에 알려진 PLZF, BCL6, Miz-1과 같이 생체 내에서 중요한 기능을 하는 단백질의POZ domain을 포함해 다른 알려지지 않은 POZ domain간의 상호작용 여부를 조사하는 것은 아직 밝혀지지 않은 다양한 생물학적 기능을 밝히는데 매우 중요하다.본 연구에서POZ-POZ domain의 상호작용을 조사하기 위해 먼저 캐나다 토론토 대학의Prive 박사의 BTB도메인 데이터베이스에서 인간의 모든 POZ domain 아미노산 서열을 수집한 다음, 아미노산 서열의 상동성 결과를 바탕으로 계통수를 작성하였고 총 183개의 BTB/POZ 단백질을 POZ domain 제외한 다른 domain의 특징을 바탕으로 BTB-ZF, BBK, Elongin C, MATH-BTB, Skp1A, BTB-only, T1-Kv총 7 그룹으로 나누었다. 각 그룹 안의 구성원간에는 상동성이 높아 서로 상호작용할 가능성이 높으므로 POZ-도메인 단백질간의 상호작용을 Gateway system과 BiFC기술을 융합한 시스템을 이용하여 고속으로 분석하였다. 그 결과 BTB-ZF group 의 NG35, DPZF, FAZF또는 BBK group의 KLHL14, KLHL21등의 POZ domain 은 대부분의 다른 POZ domain과 상호작용이 관찰 되었다. 하지만 GAN, ZBTB1, ZBTB11, Th-POK, 다른 POZ domain과 거의 상호작용하지 않음을 알 수 있었다. BTB domain간 상호작용이 일어나지 않은 경우는 구조적인 분석을 통하여 상호작용에 중요한 core BTB fold에 다른 추가적인 아미노산 서열이 삽입된 결과라는 추정을 이끌어 낼 수 있었다. 그리고 또한 다른 그룹간의 POZ domain은 상호작용이 거의 일어나지 않음을 확인할 수 있었다. 본인은 이러한 상호작용을 결과를 바탕으로 인간 POZ domain 상호작용 지도를 구성하였으며, 이러한 상호작용 지도의 실효성을 증명하기 위해 의미 있다고 판단되는 상호 작용 중 하나인 Miz-1 POZ, APM-1 POZ의 상호작용을 채택하여 생물학적 기능을 동정하였다.먼저 GST-pull down과 immunoprecipitation을 통하여 in vitro, in vivo 에서의 상호작용을 검증하였다. 이로써 POZ domain을 매개로 한 상호작용에 의해 온전한 단백질간의 상호작용이 이루어짐을 알 수 있었다. 또한ChIP assay와 Reporter assay를 통하여 p21 의 활성인자로 알려진 Miz-1이 APM-1과 상호작용함으로써Miz-1의 전사활성 기능을 억제함을 알 수 있었다.이를 통하여 본 연구에서 조사된 상호작용 지도로부터 아직 명확하지 않거나 밝혀지지 않은 다양한 생물학적 기능에 대한 단서 및 과제를 추론할 수 있다. [영문] The BTB/POZ [Broad complex, Tramtrack, Bric a brac (BTB) or poxvirus and zinc finger (POZ)] class protein family proteins have been implicated in many biological processes, including tumorigenesis, DNA damage responses, cell cycle progression and a multitude of developmental events. The various BTB/POZ domains can form homo- or hetero-dimers. Also the domains can interact with non-BTB/POZ proteins. Although a number of molecular interaction among BTB/POZ regulatory proteins are possible, partnerships of interaction and functions of many BTB/POZ class proteins are unknown. We collected the amino acid sequence information of all 183 human BTB/POZ domain proteins and analyzed the sequence homology and phylogenic relationship of virtually entire human BTB/POZ domain proteins. And we prepared over two hundred protein-protein interaction expression clones that were fused either with the YFP N-terminus (YN) or YFP C-terminus (YC) of the pFPIA plasmids system that we developed recently. By the BiFC protein-protein interaction assay using the two hundreds of the expression plasmids, we were able to observe numerous protein-protein interactions of various POZ domains. We demonstrated that several POZ domains have strong interactions with other POZ domains which were mostly classified in the same group. But mostly, there were relatively few interactions between the molecules of other groups. Based on interaction mapping, we were able to analyze protein-protein interactions of virtually every POZ domain proteins.To investigate biological function and significance of a particular POZ domain to POZ domain interaction identified by our approach, we choose APM-1, potentially important interaction partner of Miz-1. Miz-1 regulates expression of several genes (eg. p21waf/cip1), and which can be repressed by c-Myc. Detailed studies have been conducted primarily on the cyclin dependent kinase inhibitor gene such as the p15INK4b (CDKN2B) and the p21waf/cip1 CIP1(CDKN1A). We found that, by immunoprecipitation, and GST fusion protein pull down, Miz-1 interacted with APM-1 via their POZ domain directly in vitro and in vivo. We also found that APM-1 is recruited to the p21waf/cip1 promoter by interacting with Miz-1 by ChIP. The data suggested protein-protein interaction map identified by high speed BiFC system is significant.ope