Acetylation에 의한 enolase 1과 pyruvate kinase M2의 활성조절

Abstract

Enolase는 세포 내 에너지 생산을 위한 glycolysis의 경로 중 2-phospho-D-glycerate와 phosphoenolpyruvate의 전환을 양방향으로 촉매 하는 효소이다.진핵 세포에서 enolase는 두 개의 subunit가 서로 역평행 방향으로 마주보며 dimer를 이루고 있다.Glycolysis에 관여된 효소 중 하나인 pyruvate kinase의 M2 isoform (PKM2)은 암세포와 배아세포에서 주로 발현되는 효소이다. PKM2는 enolase의 다음단계 효소로써 enolase에 의해 만들어진 phosphoenolpyruvate를 pyruvate로 만들고, 이때 떨어진 인산기를 ADP에 옮겨 ATP를 생성한다. 간 조직에서 glycolysis, gluconeogenesis, tricarboxylic acid (TCA) cycle, urea cycle, fatty acid 대사, 그리고 glycogen 대사에 관여하는 대부분의 효소들이 acetylation 된다고 알려져 있는데, enolase와 pyruvate kinase 역시 acetylation이 된다고 알려져 있다. Glycolysis나 gluconeogenesis에 관여된 효소들이 PTM 중 하나인 acetylation에 의해 효소활성과 안정성이 조절된다는 사실이 여러 논문을 통하여 밝혀져 있다. 이에 본 연구는 enolase 1과 PKM2의 acetylation으로 인해 효소활성과 효소간의 결합을 확인하고자 하였다.우선 deacetylase 억제제인 trichostatin A (TSA)와 nicotinamide (NAM)를 처리 하였을 때 enolase 1과 하위단계의 효소인 PKM2가 acetylation이 되는것을 확인하였다. 또 TSA와 NAM을 처리 하였을 때 enolase 1과 PKM2의 결합이 증가됨을 확인할 수 있었다. 또한 enolase 1의 효소활성이 감소하였고, PKM2 역시 acetylation되는 상황에서 효소활성이 감소되는 사실을 확인하였다.또 PKM2 knock-down을 통한 실험이나, 재조합 단백질을 이용한 실험에서도 PKM2의 knock-down시 enolase 1의 효소활성이 증가됨을 보였는데, enolase 1의 acetylation으로 PKM2와 결합이 증가됨을 확인하였고 이것이 enolase 1의 효소활성에 영향을 미칠 가능성을 시사한다.포도당 농도의 변화를 통해서도 enolase 1과 PKM2의 acetylation을 확인할 수 있었는데, 고농도의 포도당 농도일 때 enolase 1의 acetylation이 증가하였고, 0 mM의 포도당 농도일 때, PKM2의 acetylation의 증가를 확인하였다. Enolase 1의 경우에는 포도당 농도의 변화에 따른 효소활성의 차이를 확인할 수 없었지만, PKM2의 경우에는 포도당 농도의 변화가 효소활성에서도 큰 영향을 미쳤는데, acetylation이 감소되는 고농도의 포도당 존재시 효소활성이 증가함을 확인했다. Enolase 1과 PKM2는 TSA와 NAM에 의해 효소활성이 감소 되는데, enolase 1의 효소활성에 중요한 아미노산인 Lys345, Lys396 잔기가 deacetylase에 영향을 받아서 acetylation될 가능성이 있고, acetylation이 되어 PKM2와 결합이 된다면 enolase 1의 구조의 변화로 인해 enolase 1의 효소활성에도 변화가 있을 것으로 예측 된다. PKM2 역시 효소활성에 중요한 역할을 하는 아미노산 중 하나가 Lys305 이라고 알려졌는데, deacetylase 억제제를 처리한 경우와 저농도의 포도당 존재시 acetylation되는 lysine잔기가 PKM2의 효소활성에 중요한 아미노산인 Lys305 도 포함 되는것이 아닐까 예측 된다.