HNRNPC 마우스 모델 및 새로운 연구 진전

GBM 발병 기전에서 HNRNPC는 어떤 역할을 하나요?

본 글은 HNRNPC 마우스 모델과 최신 연구 성과를 중심으로 설명합니다. 이러한 마우스 모델의 구축은 hnRNP C1 및 C2 단백질의 기능과 스플라이싱 인자 hnRNP C의 발현 조절 연구에 도움이 됩니다. 새로운 연구 결과에 대한 이해는 연구자들이 연구 동향을 파악하는 핵심 요소입니다.

HNRNPC 마우스 모델 표현형

기존 대다수 연구 결과에 따르면 HNRNPC 유전자 트랩 대립유전자 동형접합 마우스는 낭배형성이 진행되지 않고 난형 실린더 단계에서 발달이 정지된 후 다양한 시점에 재흡수됩니다.

Williamson D J 등의 연구팀은 C1 및 C2 hnRNP가 mRNA 생합성의 필수 단계에는 필요하지 않지만, 해당 단백질이 하나 이상의 단계의 속도 및/또는 충실도에 영향을 미칠 수 있으며, hnRNP C는 마우스 착상 후 발달에 필수적이라는 사실을 밝혔습니다. 연구팀은 C1/C2 유전자의 바이러스 파괴와 관련된 표현형을 특성화하기 위해 4A4 ES 세포주를 C57BL/6 배반포에 주입했습니다(53개). 생성된 키메라는 4A4 프로바이러스를 자손에게 전달했습니다. 프로바이러스 이형접합 마우스는 모든 면에서 정상이었으나, 이형접합 교배로 생산된 220마리 이상의 자손에서는 파괴된 hnRNP C 유전자 동형접합 마우스가 발견되지 않았습니다(데이터 미제시). 이 분석에는 C57BL/6 배경으로 9회 역교배 후 얻은 자손도 포함되었으므로, 4A4 프로바이러스의 전달은 열성 배아 치사 돌연변이와 밀접하게 연관되어 있는 것으로 보입니다^[1].

그림 1. hnRNP C 돌연변이 배아의 표현형. (A~D) 전체 표본 제작 결과, 597nt PCR 산물(위쪽 밴드)로 확인된 hnRNP C 널 배아가 E6.5 이후 발달하지 못하는 것을 보여줍니다.

(A) E6.5 시점에서 아직 재흡수되지 않은 돌연변이 배아는 정상 동배보다 약간 작았습니다(가장 오른쪽은 아직 라이헤르트막으로 둘러싸여 있음).

(B~D) E7.0부터 E8.5까지 돌연변이 배아(오른쪽 및 아래쪽)의 크기 차이가 명확하게 관찰됩니다. 정상 배아가 빠른 세포 증식과 형태학적 변형을 거치는 동안, 생존한 돌연변이 배아는 약간만 성장하는 것으로 나타났으며 E8.5 시점에는 대부분 괴사되어(가장 오른쪽) 모체 조직과 분리하기 어려웠습니다.

(E, G, J) 난형 실린더(E), 원시선 후기(G), 체절 초기(J) 단계 정상 배아의 시상 단면. (F) 난형 실린더 단계로 추정되는 돌연변이 배아. 이 배아는 정상 동배보다 작고, 배아 영역과 배외 영역의 경계(화살촉)가 명확하지 않으며, 외태반 원추가 발달하지 않았습니다. (H) E7.5 시점 돌연변이 배아는 낭배형성이 진행되지 않았으며 정상 E6.5 배아와 유사한 형태를 보였습니다. (I) 재흡수가 진행 중인 더 심한 영향을 받은 배아. 이 배아는 중자궁막 축에 대해 방향이 잘못된 것으로 보입니다(모든 배아는 중자궁막이 페이지 위쪽을 향하도록 배치됨).

(K) E8.5 시점에는 대부분의 돌연변이 배아의 재흡수 과정이 거의 완료되었습니다.

(L) E8.5 시점에 생존한 돌연변이 배아로, 다른 구조는 확인되지 않았으나 벽 내배엽 세포(화살표)가 형성된 것을 보여줍니다. A: 양막강, All: 요막, E: 외태반강, epc: 외태반 원추, ex: 외체강, P: 원시선, pc: 전양막강, pe: 벽 내배엽, v: 혈관^[1].

그림 1에서 보는 바와 같이 hnRNP C 돌연변이 동형접합 배아는 E7.0 시점에 야생형 및 이형접합 형제 배아와 쉽게 구별되었습니다. E6.5 시점에 생존한 돌연변이 배아는 야생형 및 이형접합 동배와 유사하지만 약간 작은 형태를 보였습니다(그림 1A, 배아 2 및 4). 낭배형성 과정은 약 E6.5에 시작되어 세포가 원시선을 통해 이동하여 중간 중배엽 층을 형성하면서 이중층 난형 실린더를 다층 배아로 변형시킵니다. 그러나 130개 이상의 돌연변이 배아 중 초기 낭배형성의 형태학적 특징을 보이는 배아는 없었습니다(그림 1B~D). 조직학적 분석(그림 1E~L)을 통해 돌연변이 배아가 난형 실린더 단계까지 진행되지만(그림 1F), 배아 치사를 설명할 수 있는 특정 형태학적 결함은 나타나지 않는 것을 확인했습니다. 임신 기간과 관계없이 돌연변이 배아는 난형 실린더 단계에서 발달이 정지된 후 다양한 시점에 재흡수되었습니다(그림 1H, I, K, L)^[1].

HNRNPC 유전자 최신 연구 동향

Wang L C 등의 연구팀은 HNRNPC가 GBM의 악성 진행에 중요한 역할을 하며 예후 예측에 활용될 수 있다는 사실을 밝혔습니다. 연구팀은 웨스턴 블롯, RT-PCR, 면역조직화학 염색을 통해 HNRNPC 발현이 신경교종의 악성도 및 발달과 관련이 있음을 검증했습니다. 마찬가지로 HNRNPC의 높은 발현은 좋은 예후와 연관되어 있었습니다.

그림 2. 인간 신경교종에서 HNRNPC 발현은 조직학적 악성도 및 임상 결과와 연관됩니다. (A) RT-PCR 분석을 통해 신경교종 및 정상 뇌 조직에서 HNRNPC의 mRNA 발현 수준을 검출했습니다. (B) 다양한 신경교종 조직에서의 HNRNPC mRNA 발현 수준. (C) 정상 뇌 조직 및 다양한 등급의 신경교종에서 HNRNPC의 단백질 수준을 평가했습니다. (D) 신경교종 조직에서 면역조직화학 염색을 통해 HNRNPC 발현을 확인했습니다. (E) 61명의 신경교종 환자에서 HNRNPC 발현 수준과 전체 생존(OS) 기간의 연관성을 확인하기 위해 카플란-마이어 분석을 수행했습니다(p = 0.0268)^[2].

그림 3. 신경교종에서 m6A RNA 메틸화 조절인자의 발현 변화 및 잠재적 기능 요약^[2].

해당 연구 결과는 GBM에서 m6A RNA 메틸화 조절인자의 잠재적 기능, 예후 가치 및 발현 특징을 확인했으며, HNRNPC는 임상 생존율, m6A 메틸화 수준, 신경교종의 악성 진행과 높은 연관성이 있는 핵심 바이오마커로 활용될 수 있습니다(그림 3)^[2].

현재까지 HNRNPC는 여러 유형의 암에서 다양한 기능을 하는 것으로 보고되고 있습니다. 또한 Wang L C 등의 연구는 RT-PCR, IHC 염색, WB를 통해 HNRNPC 발현의 차이를 보여주었습니다. RT-PCR 및 WB 분석 결과 신경교종 샘플에서 HNRNPC가 상향 조절되었으며, Park 등의 연구에서도 교모세포종에서 유사한 결과가 보고된 바 있습니다^[3]. 연구팀은 또한 카플란-마이어 분석을 통해 HNRNPC가 높게 발현하는 신경교종 환자의 예후가 좋다는 것을 확인했습니다. 이 결과는 TCGA 데이터셋의 예측과 일치했습니다. 기존에는 신경교종에서 단백질 수준의 HNRNPC 발현을 보여주는 IHC 증거가 부족했습니다. 따라서 연구팀은 25개의 다양한 등급의 신경교종 조직에 면역조직화학 염색을 수행하여 HNRNPC 발현과 신경교종의 관계를 심층적으로 연구했으며, HNRNPC 발현 수준이 신경교종의 악성 진행에 유의미하게 기여한다는 것을 입증했습니다. 모든 결과는 HNRNPC가 진단 및 예후를 예측하는 새로운 치료 접근법이 될 수 있음을 시사합니다. 다만 HNRNPC의 기전을 규명하기 위한 추가 실험이 시급히 필요한 상황입니다.

참고문헌

[1] Williamson DJ, Banik-Maiti S, DeGregori J, Ruley HE. hnRNP C is required for postimplantation mouse development but Is dispensable for cell viability. Mol Cell Biol. 2000 Jun;20(11):4094-105. doi: 10.1128/MCB.20.11.4094-4105.2000.

[2] Wang LC, Chen SH, Shen XL, Li DC, Liu HY, Ji YL, Li M, Yu K, Yang H, Chen JJ, Qin CZ, Luo MM, Lin QX, Lv QL. M6A RNA Methylation Regulator HNRNPC Contributes to Tumorigenesis and Predicts Prognosis in Glioblastoma Multiforme. Front Oncol. 2020 Oct 8;10:536875. doi: 10.3389/fonc.2020.536875.

[3] Park YM, Hwang SJ, Masuda K, Choi KM, Jeong MR, Nam DH, et al. Heterogeneous nuclear ribonucleoprotein C1/C2 controls the metastatic potential of glioblastoma by regulating PDCD4.Mol Cell Biol. (2012) 32:4237–44. doi: 10.1128/MCB.00443-12