Oct 23, 2023
NPAS4
자연 614권, 페이지
Nature 614권, 732~741페이지(2023)이 기사 인용
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측정항목 세부정보
신경 활동은 적응 회로 리모델링에 중요하지만 유사분열 후 뉴런의 긴 수명에 걸쳐 게놈의 안정성에 내재된 위험을 초래합니다. 뉴런이 활동이 활발한 기간 동안 잠재적으로 손상을 줄 수 있는 수십 년의 자극을 견딜 수 있는 특수한 게놈 보호 메커니즘을 획득했는지 여부는 알려져 있지 않습니다. 여기에서 우리는 새로운 형태의 NuA4-TIP60 염색질 변형자가 유도성 신경 세포 특이 전사 인자인 NPAS4 주변의 활성화된 뉴런에서 조립되는 활동 의존적 DNA 복구 메커니즘을 식별합니다. 우리는 뇌에서 이 복합체를 정화하고 신경 전사체 및 회로에 대한 활동 의존적 변화를 유도하는 기능을 보여줍니다. 활동으로 인해 유발되는 뇌의 DNA 이중 가닥 파손 환경을 특성화함으로써 우리는 NPAS4-NuA4가 반복적으로 손상된 조절 요소에 결합하고 추가 DNA 복구 기계를 동원하여 복구를 자극한다는 것을 보여줍니다. NPAS4-NuA4에 의해 결합된 유전자 조절 요소는 연령에 따른 체세포 돌연변이 축적으로부터 부분적으로 보호됩니다. 손상된 NPAS4-NuA4 신호 전달은 조절 장애가 있는 활성 의존성 전사 반응, 신경 억제에 대한 통제력 상실 및 게놈 불안정성을 비롯한 일련의 세포 결함을 초래하며, 이는 모두 유기체 수명을 단축시킵니다. 또한, NuA4 복합체의 여러 구성 요소의 돌연변이가 신경발달 및 자폐 스펙트럼 장애를 유발하는 것으로 보고되었습니다. 함께, 이러한 발견은 신경 활동을 게놈 보존과 직접 연결하는 신경 특이적 복합체를 식별하며, 그 중단은 발달 장애, 신경 퇴행 및 노화에 기여할 수 있습니다.
적절한 신경 성숙과 회로 가소성을 위해서는 감각 경험이 필수적입니다1. 경험에 기반한 신경 활동에 의해 시작된 신호 전달 계통은 수상돌기 및 시냅스 성장, 시냅스 제거, 억제성 신경전달 동원 및 적응성 수초화와 같은 다양한 과정을 제어하는 유전자 프로그램의 유도로 최고조에 이릅니다. 그러나 신경 활동은 또한 유기체의 수명 동안 생존해야 하는 유사분열 후 뉴런의 게놈 무결성을 위협합니다. 예를 들어, 활동이 증가하는 기간 동안 대사 요구가 높아지면 게놈의 활발하게 전사되는 영역에 대한 산화 손상이 증가할 수 있습니다8. 활동 유도 전사 자체는 자극 유도 유전자의 프로모터와 같은 조절 요소에서 반복적인 DNA 이중 가닥 절단(DSB)의 유도와 연결되어 있기 때문에 게놈 안정성에 추가 위협을 제기합니다2,3,4,5 ,9,10. 전사와 DNA 절단의 결합은 세포 유형 전반에 걸쳐 관찰되지만, 이 과정은 복제 의존적 DNA 복구 경로를 사용할 수 없고 손상된 세포를 대체하기 위한 제한된 재생 메커니즘을 보유하는 수명이 긴 뉴런에 특정한 문제를 제기합니다. 신경 게놈에 축적되는 DNA 손상은 신경퇴행성 장애와 유기체 노화의 주요 특징입니다12,13. 따라서 손상을 예방하고 복구하기 위해 뉴런이 사용하는 전략을 이해하면 인간의 장수 및 노화 치료법으로 직접적으로 해석될 수 있습니다. 지금까지 활동이 증가하는 동안 게놈 불안정성의 위험을 완화하는 신경세포별 복구 기계의 예는 없습니다. 뉴런에 특이적인 활동 의존적 전사 프로그램의 특징을 조사함으로써 우리는 유도성 뉴런 특이적 전사 인자 주위에 조립되는 이전에 알려지지 않은 형태의 NuA4 염색질 리모델러-DNA 복구 복합체를 통해 DNA 복구에 대한 뉴런 활동의 생화학적 결합을 발견했습니다. NPAS4.
다양한 자극에 의해 광범위하게 발현되고 유도되는 대부분의 활성 유도성 전사 인자와 달리 NPAS4는 막 탈분극 유도 칼슘 신호 전달에 따라 뉴런에서 선택적으로 발현됩니다. 신경 활동에 특별히 맞춰진 이 요소의 기능을 이해하기 위해 우리는 성체 마우스 뇌에서 NPAS4 함유 단백질 복합체를 정제하려고 했습니다. 우리는 NPAS4가 활성화된 뉴런에서 생화학적 활동을 확장하는 다중 하위 단위 복합체로 조립될 수 있다고 추론했습니다. 크기 배제 크로마토그래피와 비변성 겔 전기영동을 사용하여 우리는 NPAS4가 약 1 MDa의 고분자량 복합체에 존재한다는 것을 관찰했습니다. 이종이량체 파트너(ARNT1 및 ARNT2) 중 하나를 포함하는 NPAS4의 예상 크기는 약 175kDa이므로 이 발견은 NPAS4가 알려지지 않은 여러 단백질 파트너와 상호 작용한다는 것을 나타냅니다(확장 데이터 그림 1a).