Tissue-specific promoter usages of acetyl-CoA carboxylase β gene in human and rodent

Abstract

[한글]

Acetyl-CoA carboxylase b (ACCb)는 지방산 산화를 조절하는 중요한 효소로서 근육과 심장, 간에서 고 발현 된다. ACCb 유전자 발현은 두 종류의 프로모터들, P-Ib과 P-IIb, 에 의해 조절되는 것으로 알려져 있다. 그러나 아직까지 조직 특이적인 ACCb 유전자 발현이 어떻게 조절되는 지에 관한 명확한 기작은 알려진 바가 없다. 본 연구를 통해, 근육과 심장에서의 ACCb 유전자 발현은 P-Ib를 통해 조절되고 있음을 확인하였고 P-Ib는 근육 특이적인 단백질의 전사를 조절하는 전사인자인 myogenic regulatory factor 4 (MRF4)와 retinoid X receptor a (RXRa)에 의해서, 심장 특이적 발현 단백질을 조절하는 전사인자들로 알려진 cardiac-specific homeobox protein (Csx)과 GATA4에 의해서 발현이 조절됨을 확인하였다. 이는 골격근과 심장에서의 ACCb 발현이 조직 특이적인 전사인자에 의한 전사 조절 결과임을 나타낸다. 또다른 조절 기작을 DNA 염기서열상 메틸화 (CpG methylation)를 분석함으로써 규명하고자 하였다. 각 조직에서 ACCb 유전자의 exon 1a 주변의 CpG 메틸화를 분석한 결과, 간 조직에서 추출한 DNA는 P-Ib 프로모터는 완전히 메틸화되어 있으나, 골격근에서 추출한 DNA는 절반 정도 메틸화가 되어 있었다. 이를 통해, 근육에서의 P-Ib 프로모터를 이용한 전사 조절은 조직 특이적인 전사인자 뿐만 아니라 DNA 염기 서열상 디메틸화에 의한 조절을 포함한다는 결론을 얻을 수 있었다. ACCb의 프로모터 이용은 사람과 쥐에서 다른 양상을 보였다. 사람의 골격근에서는 P-Ib 프로모터 뿐 만 아니라 P-IIb 프로모터에 의해서도 전사가 활발히 일어나지만, 쥐의 골격근에서는 P-Ib 프로모터만이 전사에 기여한다. 종간에 ACCb 프로모터 이용의 차이가 P-IIb 프로모터의 염기서열 차이에 기인할 가능성을 나타내는 결과로, 사람의 P-IIb 프로모터에는 전사 시작 부위 주변에 MRF에 의한 전사 활성화에 중요한 역할을 담당하는 2개의 MRF 결합 부위가 존재하는데 쥐에서는 이러한 결합자리가 보존되지 않았다. 마지막으로, 본 논문에서는 간암 세포주들에서 특이적으로 ACCb 전사를 담당하는 새로운 프로모터 (Promoter Ob)가 P-Ib 보다 3Kb 위쪽에 존재함을 확인하였다.이상의 연구 결과들을 통해 조직에 따라 ACCb 유전자 발현이 다르게 나타나는 기전을 밝히었다.

[영문]Acetyl-CoA carboxylase b (ACCb) is a critical enzyme in the regulation of fatty acid oxidation, and is dominantly expressed in the skeletal muscle, heart and liver. It has been established that two promoters, P-Ib and P-IIb, control the transcription of the ACCb gene. However, the precise mechanism involved in controlling tissue-specific gene expression of ACCb is largely unknown yet. This study showed that promoter P-Ib, being active in the skeletal muscle and heart, but not in the liver, could be activated by myogenic regulatory factors (MRFs) and retinoid X receptor a (RXRa) in a synergistic manner. Moreover, P-Ib was also activated markedly by the cardiac-specific transcription factors, Csx/Nkx2.5 and GATA4. These results suggest that the proper stimulation of P-Ib by these tissue-specific transcription factors is important for ACCb expressions in skeletal muslce and heart. In addition, CpG sites around human exon 1a transcribed by P-Ib are half-methylated in muscle, but completely methylated in the liver where P-Ib is absolutely inactive. In humans, the skeletal muscle uses P-IIb as well as P-Ib, whereas only P-Ib is active in rat skeletal muscle. The proximal MRF-binding sites in human P-IIb, which are not conserved in rat P-IIb, might contribute to this difference in P-IIb usage between human and rat skeletal muscle. Hepatoma-derived cell lines primarily use another novel promoter located about 3 kb upstream of P-Ib, designated as P-Ob. This study is the first to explain the mechanisms underlying the differential regulation of ACCb gene expression between tissues in living organisms.