<p>Bip의 발현상승은 ER stress signal과 관련되어 있다고 알려져 있다. 즉, Bip이 ER lumen에서 ER membrane을 관통하고있는 IRE1, PERK, ATF6과 각각 결합하고 있다가 ER stress를 받으면 그들로부터 떨어져 나와서 ER chaperone의 기능을 발휘한다. IRE1은 ER에 존재하는 I형의 막관통 단백질로서, ERlumen의 N-말단이 ER stress를 인식하면 dimer가 되고 세포질 쪽에 있는 kinase domain이 autophosphorylation함으로서 IRE1 단백질분자의 C-말단의 ribonuclease domain이 활성화된다. 그 결과 yeast의 UPR에 특이적인 전사인자 Hac1p를 코드하고 있는 Hac유전자의 mRNA에서 이 번역을 강하게 억제하고 있는 intron이 제거되면서 Hac1p가 발현하여서 표적유전자의 전사가 촉진된다. 포유동물에도 yeast Ire1p와 상동성을 보이는 막관통형 단백질이 2종류(IRE1α와 IREβ) 존재하여 UPR에 관여하는 것으로 알려져 있다. 활성화된 IRE1 dimer는 XBP1 전사인자의 mRNA를 splicing하여 만들어진 또 다른 mRNA가 번역된 단백질 XBP1만이 전사인자의 활성을 가진다.</p><p>PERK에 의한 번역억제는 일반적으로 번역 개시단계에서 제어된다. 특히, 진핵생물 개시인자 2 eIF2의 α subuint의 51번째 serine이 인산화 되어서 번역이 전반적으로 억제되는 것이 알려져 있다. ER stress에 응답하여 일어나는 번역억제의 분자기구는 PERK라고 이름 부쳐진 단백질이 분리됨으로 인하여 크게 진전되었다. PERK도 IRE1α와 IRE1β와 같이 ER의 막을 관통(I 형)하는 protein kinase이다. ER lumen에 변성단백질이 축적되면 dimer가 되어 활성화된다. autophosphorylation를 통해서 활성화된 PERK의 세포질 측의 domain은 eIF2의 αsubuint를 phosphorylation하여 translation을 억제한다. ATF6은 II형의 막관통 단백질로서 DNA 결합 domain인 염기성 leusine zipper 영역은 세포질 쪽에 존재한다. ER lumen에 변성단백질이 축적되면 ATF6은 proteolysis를 받아서 활성화되고, protease의 작용을 받아서 ATF6의 세포질측의 1/2정도가 ER막에서 끊겨 나간다. 끊겨진 이 단편이 핵으로 이동하여 ERSE (ER stress element)의 CCACG 염기부분에 결합함으로써 표적유전자의 transcription이 활성화된다. ATF6이 ERSE에 결합하기 위하여서는 CCACG염기와 NF-Y가 결합하고 있는 CCAAT염기가 정확하게 9염기가 떨어져 있는 것이 필수적으로 NF-Y와 ATF6은 전사복합체를 형성한다. 이와 같이 IRE1, PERK, ATF6는 모두 ER stress에 의해 활성화되어 ERstress transducer의 역할을 수행한다. 본 연구에서는 신경세포에 \( \mathrm{CoCl}_{2} \)를 처리하여 hypoxia를 유도하였을 때, 어떤 ERstress signal이 이용되는지 알기 위해 ER membrane kinase인 IRE1, PERK, ATF6의 발현을 조사하였으며, ATF6은 미미한 발현의 변화가 관찰되었고 PERK는 1.5배를 상회하는 발현을 보였다. 그러나 IRE1의 경우는 \( 1 \mathrm{x} \) 농도에서 약 2.5배 정도 증가한 강한 발현을 보였다(Fig. 5). 즉 IRE1이 가장 강하게 활성화되며, 다음으로 PERK와 ATF6이 뒤를 잇는다. 이들 ER mem-brane kinase는 각각 고유한 하부 신호 전달 인자를 통해 ERstress response에 관여한다. 즉 IRE1은 XBP1 mRNA의 splic-ing을 통해, PERK는 eIF2 α를 phosphorylation시킴으로써, 그리고 ATF6은 mRNA로부터 ATF6 protein을 translation하여 ER stress response를 일으킨다. 본 연구에서는 \( \mathrm{CoCl}_{2} \)에 의해 hypoxia로 유도된 신경세포에서 활성화된 ER membranekinase가 어떤 하부 신호 전달 인자를 매개로 하여 ER stressresponse를 일으키는지 그 산물의 발현을 조사하였으며, ATF6 단백질의 발현변화 역시 ATF6의 mRNA의 변화와 같이 약한 상승발현이 관찰되었고, PERK 단백질 자체의 발현과 PERK의 하부 신호 전달 인자인 eIF2 α의 인산화형이 강한 발현을 보여 ATF6과 PERK는 각각의 하부 신호 전달 인자를 통해 ER stress response에 관여하는 것으로 보인다. 그러나 IRE1의 하부 신호 전달인자인 XBP1 mRNA splicing을 관찰한 결과 IRE1 자체의 강한 발현이 있었음에도 XBP1 mRNA splicing이 전혀 관찰되지 않았다(Fig. 7). XBP1의 mRNA가 splicing되어 활성화된 XBP1의 mRNA는 Pst I에 의해 splicing되지 아니하나, 활성화되지 아니한 XBP1의 mRNA는 splicing된다. Tunicamycin을 처리한 세포에서는 splicing이 없다. 즉 아주 강한 XBP1 mRNA splicing이 관찰되었으나 \( \mathrm{CoCl}_{2} \)를 처리한 세포에서는 pst1 제한효소에 의한 splicing이 관찰되었으며, 이는 XBP1의 mRNA의 splicing은 전혀 발생하지 않았다는 의미다. 이들 결과로 볼 때 \( \mathrm{CoCl}_{2} \)에 의한 ER stress에서 ATF6과 PERK는 비록 약하지만 하부로 고유한 신호를 전달하여 ER stress response에 역할을 하는 것으로 보이나 IRE1은 전혀 하부로 신호를 전달하지 않았다. 그렇다면 IRE1이 관련하는 apoptosis pathway에서의 하부 신호 전달 인자인 TRAF2의 발현을 알아보았다(Fig. 10). 아주 강한 TRAF2의 발현이 \( \mathrm{CoCl}_{2} \)를 처리한 세포군에서 유일하게 관찰되었다. 이는 \( \mathrm{CoCl}_{2} \)처리에 의한 apoptosis유도에는 IRE1은 ER stress 과정의 하부 신호 전달 인자인 XBP1을 작용시키지 않고 바로 TRAF2의 발현을 조절한다는 것을 말한다. 한편 ER stress와 관련하여 apoptosis를 유도하는 transcriptional factor로 알려진 C/EBP homologous protein (CHOP)의 발현은 아주 약한 발현양상을 보였고, 이 과정에 ATF6과 PERK가 일정한 역할을 담당하는 것으로 보인다.</p><p>Hypoxia에 의해 유도되는 신경세포의 apoptosis 기전은 아직 밝혀지지 아니한 부분이 많다. 본 연구에 의해서 신경세포가 hypoxia에 의한 ER stress에 과다하게 노출될 경우 apopto-sis가 발생할 수 있으며, 이에 관여하는 ER chaperone의 발현을 증명하여 그 기전을 도출하였으나, 복잡한 apoptosis의 과정을 총체적으로 파악하기 위해선, 다른 신호 전달 기전과의 연관성에 대한 연구가 폭넓게 이루어져야 하겠다. 이러한 지속적인 관심과 연구를 통해 그 기전과 관여인자가 명백해진다면, hypoxia에 가장 취약한 조직인 중추신경계 질환의 예방 및 치료에 응용할 수 있을 것으로 생각된다.</p>
Bip이 ER stress를 받으면 어떻게 되는가?
Bip이 ER lumen에서 ER membrane을 관통하고있는 IRE1, PERK, ATF6과 각각 결합하고 있다가 ER stress를 받으면 그들로부터 떨어져 나와서 ER chaperone의 기능을 발휘