Autophagy is a bulk degradation system that functions in response to cellular stresses such as metabolic stress, endoplasmic reticulum stress, oxidative stress, and developmental processes. During autophagy, cytoplasmic components are captured in double-membrane vesicles called autophagosomes. The autophagosome fuses with the lysosome, producing a vacuole known as an autolysosome. The cellular components are degraded by lysosomal proteases and recycled. Autophagy is important for maintaining cellular homeostasis, and the process is evolutionarily conserved. According to recent studies, autophagy regulates cancer, immune response and neurodegenerative disease. In this study, we performed RNAi screening using Drosophila S2 cells and larvae, we found that Kibra acts as a novel autophagy regulator.
Kibra is an upstream regulator of the hippo signaling pathway, which controls organ size by affecting cell growth, proliferation, and apoptosis. In mammals, Kibra is mostly expressed in the kidney and brain, and it is known to regulate learning and memory, cell migration, and membrane trafficking. Kibra is mainly localized in the apical membrane domain of epithelial cells and acts as a scaffold protein. We found that Kibra is required for autophagy to function properly. The absence of Kibra caused defects in the formation of autophagic vesicles and autophagic degradation during starvation. We also found that the well-known cell polarity protein aPKC interacts with Kibra, and its activity affects autophagy upstream of Kibra. Constitutively active aPKC decreased autophagic vesicle formation and autophagic degradation during starvation. We confirmed the interaction between aPKC and Kibra in S2 cells and Drosophila larvae. In our study, overexpression of Kibra rescued autophagy defects in constitutively active aPKC expression. Taken together, our data suggests that Kibra and aPKC are essential for regulating starvation-induced autophagy.
자가포식작용(Autophagy)은 세포 내의 물질을 분해하는 체계로, 세포 대사과정에서 생기는 스트레스, 단백질의 3차구조형성 문제로 인한 소포체의 스트레스, 활성산소에 의한 스트레스 그리고 발생 과정과 같이 다양한 세포 활동에 관여한다. 이렇게 자가포식작용은 세포의 항상성 유지에 중요한 역할을 하며, 진화적으로 잘 보존되어 있다. 자가포식작용이 일어날 때, 세포질에 존재하는 물질들은 두 겹의 막으로 이루어진 소낭에 포획되게 되는데, 이 소낭을 자가포식소체 라고 부른다. 자가포식소체는 리소좀과 융합하여 자가용해소체 라고 불리는 소체를 만들게 된다. 이 과정에서 자가포식소체에 포획된 세포 내 물질들은 리소좀의 분해효소에 의해 분해되고, 분해된 물질들은 소체의 막에 존재하는 투과효소를 통해 빠져 나와 재사용 된다. 최근의 연구들에 따르면 자가포식작용은 암, 면역반응, 퇴행성 뇌질환 등 다양한 질병에 영향을 미치는 것으로 알려져 활발한 연구가 이루어지고 있다.
우리는 초파리를 이용하여 대량의 스크리닝을 수행하였고 kibra 라고 명명된 자가포식작용을 조절하는 새로운 유전자를 발굴하였다. Kibra는 포유류에서 신장과 뇌에서 주로 발현하며, 학습 및 기억, 세포의 이동, 세포막 운송을 조절한다고 알려져 있다. 초파리에서 Kibra는 세포 성장 및 증식과 세포자멸사에 영향을 줘서 장기의 크기를 조절한다고 알려진 Hippo 신호 전달 체계의 상위 조절 단백질로 알려져 있다. Kibra는 상피세포 내에서 주로 정단세포막 부분에 위치하고 있으면서 다른 단백질들을 고정해주는 발판의 역할을 한다.
본 연구에서 우리는 Kibra가 자가포식작용이 적절히 일어나는데 필요하다는 것을 확인하였다. Kibra의 발현을 RNAi나 저 발현 돌연변이를 통해 저해하였을 경우, 영양 부족으로 인해 발생하는 자가포식소체 및 자가용해소체의 형성과 자가포식에 의한 분해작용에 문제가 생기는 것을 확인할 수 있었다. 또한 kibra가 세포 극성 단백질로 잘 알려진 aPKC와 상호작용을 하여 자가포식작용을 조절한다는 것을 알게 되었다. 구조적으로 항상 활성상태인 aPKC를 발현 시켰을 때, 영양 부족으로 인해 발생하는 자가포식소체의 형성과 자가포식에 의한 분해작용이 저해되는 것을 확인하였고 이러한 표현형은 Kibra의 발현이 억제되었을 때와 비슷함을 확인하였다. 본 연구에서 우리는 세포실험을 통해 aPKC와 Kibra가 물리적으로 결합함을 입증하였다. 그리고 초파리 유충의 지방조직을 이용한 실험에서 Kibra를 과 발현 시켰을 때 구조적으로 활성화 된 aPKC로 인한 자가포식작용 억제 현상이 회복 되는 것을 통하여 kibra와 aPKC가 유전적으로 상호작용함을 입증하였다. 이러한 결과들로부터 우리는 Kibra와 aPKC가 영양 부족으로 인해 발생하는 자가포식작용에 중요한 역할을 함을 알 수 있었다.
