53BP1 regulates histone acetylation through interaction with ATP-Citrate-Lyase

Abstract

The tumor suppressor protein 53BP1 functions at the intersection of two major DNA repair pathway promotes non-homologous end joining (NHEJ) and inhibits homologus recombina-tion (HR). Recent many studies show that 53BP1 play a role in different cellular processes. Here we provide new function of 53BP1, regulating histone acetylation. We showed that 53BP1 interacts with metabolic enzyme ACL in vitro and vivo, and regu-late ACL activity both in cytosolic and nuclear. And found that 53BP1 can regulate ACL ac-tivity through interaction with ACL. ACL is a cross-link between glucose metabolism and fatty acid synthesis/mevalonate pathway and converts citrate to acetyl-CoA. In the nucleus, acetyl-CoA serves as a substrate for histone acetyltansferases (HATs) that modify histones with acetate to affect the transcription of key metabolism gene. We identify that through effect on ACL activity, 53BP1 regulate ACL-dependent histone acety-lation under different conditions. And based on RNA-sequencing data. 53BP1 deficient cells shown hypoexpression of RNA metabolism relevant genes, DNA repair, cancer, cell death and ROS regulation relevant genes; mtDNA replication and repair relevant gene; centriole biogenesis relevant gene; DNA replication relevant genes and so on, Moreover, acetylation of histone H3 at these genes promoter was specifically reduced upon silencing of 53BP1. Consequently, 53BP1 through binding with ACL and regulate ACL activity, plays an im-portant role in acetyl-CoA, through regulate histone acetylation, gene expression was changed when slicing of 53BP1. New functions of 53BP1 out in this article. |유전자 손상 반응의 중요 조절자인 53BP1이 대사 효소인 ACL과 결합함을 yeast two hybrid assay를 통해 처음으로 동정하여, 53BP1에 의한 ACL효소 활성 조절 기전을 확인하였다. ACL 효소는 메토콘드리아와 세포질내의 아세틸 CoA 조절을 통해서 지질대사과 포도당 대사에 중요한 역할을 차지할뿐만 아니라 세포핵내 아세틸 CoA 조절을 통해 히스톤 아세틸레이션에 중요한 역할을 한다고 보고되어 있다. 히스톤 변형, 즉 히스톤 아세틸화는 DNA메틸화와 함께 DNA의 염기서열에는 변화가 일어나지 않은 상태에서 유전자의 발현을 조절하는 가장 핵심적인 후천적 기작이다. 53BP1과 효소인 ACL의 상호작용확인하기 위해 먼저 in vivo와 in vitro에서 53BP1과 ACL의 결합을 면역침강법을 통해 확인하였다. 특히 53BP1 N-terminal부위가 ACL과의 결합에 중요함을 확인하였고 이부분 결합에 통하여 ACL효소의 활성에 영향을 미친다. 이어서 ACL 효소 활성조절을 통해 포도당대사와 연관성 확인하기 위해 동물실험을 진행하였다. 53BP1결핍된 마우스에서 지방합성이 감소된다는 것을 확인하였고 지방합성과정중에 중요한 genes ACC하고 FAS의 단백질 발현양이 감소되다는 것 확인 할 수 있었다. 그다음에 53BP1의 히스톤 아세틸화와 연관성을 확인하기 위하여 실험진행하였다. 히스톤 아세틸레이션의 변화를 확인하기 위해 실험을 4부분으로 진행하였다. 1. 일반상태에 세포내 히스톤 아세틸레이션의 변화. 2. 세포주기에 의하여 히스톤 아세틸레이션의 변화. 3. 지방전구세포에서 지방세포로 분화되는 adipogenesis과정에서 히스톤 아세틸레이션의 변화, 몇 상관 gene의 발현. 4. Mouse 모델에서 testis의 development의 정도을 통해 히스톤 아세틸레이션의 변화확인하였다. 4부분 실험은 모두다 53BP1 gene 존재하거나 결핍한 상태에서 비교해서 진행하였으나 53BP1 gene결핍한 상태에서 히스톤 아세틸화 감소되다는 것을 확인 할 수 있었다. 이어서 히스톤 아세틸레이션 조절을 통해 gene expression을 어떻게 조절하는지에 대한 연구도 진행하였다. 결론적으로 ACL은 세포에 Acetyl-CoA를 공급하는 효소로 53BP1이 세포 내ACL효소 화성조절을 통해 히스톤의 아세틸화를 조절함으로써 gene expression 영향을 미치며53BP1의 세포내 새로운 기능을 확인하였다.