Human telomerase activity plays an important role in immortality of cells and tumorigenesis. Whereas telomerase activity is tightly repressed in most human normal somatic cells, telomerase activity is activated in most human cancer cells. Major factor that determines the telomerase activity is known to be the expression of its catalytic subunit, human telomerase reverse transcriptase (hTERT) gene. Here I would demonstrate that novel factors may be involved in telomerase regulations and offer the starting point for the study of telomerase regulation pathway through chemical genomic approach.
I mentioned that telomerase activity is regulated by the expression of its catalytic subunit, hTERT gene. From this fact, I identified small molecules inhibiting the hTERT gene expression in human cancer cells from screening procedure of selected set of chemical libraries after development of assay system for hTERT gene expression.
Next, I studied the small molecules’ action mechanism on the basis of the fact that Sp1 and HDAC2 are important factors in regulating the hTERT gene expression. So I performed the experiments to confirm whether identified small molecules inhibit the hTERT gene expression by affecting the Sp1 and whether HDAC is involved in this inhibition process. The results of the experiments suggested the possibility that small molecules might induce Sp1 modification and this modification might inhibit the hTERT gene expression by increasing the interaction between Sp1 and HDAC2 and increasing the recruitment of HDAC2 onto the hTERT promoter. I demonstrated that identified two small molecules induced the Sp1 phosphorylation.
Finally, I suggest the action mechanism model of identified small molecules like this: first, identified small molecule binds to its target proteins and affects their function in the cell. This induces the signal transduction to the next components and finally inhibits the hTERT gene expression. Thus, identifying the target proteins of these identified small molecules suggests the starting point for the study of the novel telomerase regulation pathway.
Telomerase는 세포의 immortality와 암화 과정에 중요한 역할을 한다. Telomerase 활성은 인간 정상체세포에서는 강하게 억제되어 있는 반면, 대부분의 인간 암세포에서는 강하게 활성화되어 있다. 이러한 telomerase의 활성을 결정짓는 대표적 요소가 바로 그것의 구성 요소 중 하나인 human telomerase reverse transcriptase (hTERT) 유전자의 발현이다. 이에 본 연구에서는 화학 유전체학적인 접근을 통해 telomerase activity를 억제할 수 있는 저분자 화합물을 이용하여 telomerase 조절에 관련된 새로운 요소를 찾고 그것을 시발점으로 전반적인 telomerase regulation pathway를 밝혀나가려는 목적을 가지고 있다.
우선, telomerase 활성은 그것의 구성 요소인 hTERT 유전자의 발현에 의해 조절된다는 사실로부터 hTERT 유전자 발현에 대한 assay system을 개발하고 그것을 이용하여 chemical library screening 과정을 통해 인간 암세포에서 hTERT 유전자 발현을 억제하는 저분자 화합물을 식별하였다. 다음 단계로 Sp1과 HDAC2가 hTERT 유전자 발현을 조절하는데 중요한 요소라는 기존에 알려진 사실에 기초하여 식별된 저분자 화합물의 작용 기작을 연구하였다. 그래서 식별된 저분자 화합물이 Sp1에 영향을 줌으로써 hTERT 유전자 발현을 억제하는지 그리고 이 과정에 HDAC이 관여하고 있는지 확인하는 실험을 수행하였다. 그 결과 이러한 저분자 화합물이 Sp1의 변이를 유도하고 이것이 결국 Sp1과 HDAC2의 interaction을 증가시켜 hTERT promoter 상에 HDAC2의 모집을 증가시킴으로써 hTERT 유전자 발현을 억제한다는 가능성을 제시하였다. 그리고 이러한 Sp1의 변이가 Sp1의 인산화임을 보여줌으로써 새로운 연구 가능성을 제시하였다.
결국, 식별된 저분자 화합물의 작용 기작을 다음과 같이 제시한다. 일단 식별된 저분자 화합물이 세포내에서 그것의 표적 단백질에 결합하여 단백질의 기능에 영향을 준다. 이것이 다음 단계로의 신호전달을 유도하고 최종적으로 hTERT 유전자 발현을 억제하는 것이다. 따라서 이러한 저분자 화합물의 세포 내에서의 표적 단백질을 밝혀냄을 시작으로 새로운 telomerase 조절 경로에 대한 연구를 진행시켜 나갈 수 있을 것이다. 아마도 그 조절 경로상에 Sp1의 인산화 혹은 탈인산화에 관여하는 kinases나 phosphatases가 존재할 것이라 추정된다.
