간암에서 PHF2/SREBP1c 조절 축에 의한 팔미트산 유도 지질대사 재구성의 기전 연구

학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 의과대학 의과학과, 2024. 2. 전양숙.Cancer is a fundamental disorder involving uncontrolled cell growth with the potential for metastasis and invasion. To support their rapid proliferation, cancer cells reprogram lipid metabolism and utilize lipids as building blocks. Among lipids, palmitic acid (PA) is the most common fatty acid found in the human body and mediates post-translational lipid modification named palmitoylation. Although many proteins undergo palmitoylation, their pathophysiological functions in cancer cells are poorly understood. In this dissertation, I discover the molecular mechanisms of palmitoylation-driven lipid reprogramming in liver cancer cells. PA accelerates zinc finger DHHC-type palmitoyltransferase 23 (ZDHHC23)-mediated palmitoylation of a plant homeodomain finger protein 2 (PHF2), resulting in ubiquitin-dependent degradation of PHF2. This dissertation also suggests that PHF2 is an intrinsic tumor suppressor by acting as an E3 ubiquitin ligase of sterol regulatory element binding protein 1c (SREBP1c), a major transcription factor of lipid synthesis in the liver. PHF2 directly binds to SREBP1c and induces degradation of SREBP1c, thereby repressing lipogenesis and proliferation of HCC cells. Notably, PHF2 loss-induced SREBP1c induction increases cellular free fatty acids and consequent PA induction creates the vicious PA/PHF2/SREBP1c cycle. Overall, these findings unravel a previously unexplored lipid reprogramming by a diet rich in PA and excessive PA in cells. Since PA seems to act as a molecular checkpoint of this axis, palmitate intake should be carefully monitored in patients with liver cancer.암은 세포가 분열을 끊임없이 거듭하며 다른 조직으로 침투, 전이하는 질병이다. 빠르게 성장하는 암세포는 세포막과 신호 분자를 합성하기 위해 세포 내 지질 대사를 변화시키고 증가한 지방을 세포 증식의 원료로 삼는다. 이러한 지질대사체 중 팔미트산은 인체 내 가장 많이 존재하는 지방산으로 '팔미토일화'라는 단백질 번역 후 변형 단계를 매개한다. 인체 내 많은 단백질이 팔미토일화된다고 알려져 있으나 팔미토일화의 병태생리학적 기능은 제대로 밝혀지지 않았다. 따라서, 본 연구에서는 팔미토일화에 매개된 지질대사 경로 전환이 어떠한 분자 생리학적 기전을 통해 간암 세포 성장에 영향을 미치는지 밝히고자 하였다. 간암 세포에서 팔미트산은 ZDHHC23 효소를 통해 PHF2를 팔미토일화시키고 이어서 PHF2의 유비퀴틴 의존적 단백질 분해를 촉진했다. 또한 본 연구는 PHF2가 간에서 지질 합성을 담당하는 전사 인자인 SREBP1c의 유비퀴틴 효소 역할을 하여 암 억제 단백질로 기능한다는 사실을 밝혔다. 또한 PHF2에 의한 SREBP1c의 단백질 분해는 간암 세포에서 지방산 합성과 암세포 증식의 감소로 이어졌다. 주목할 점은 팔미트산 처리에 의한 PHF2 감소는 SREBP1c 단백질을 안정시키고, 증가한 SREBP1c 단백질은 팔미트산을 포함한 세포 내 지방산을 재생산시켰다. 이렇게 증가한 팔미트산은 최종적으로 팔미트산/PHF2/SREBP1c 악순환 고리를 초래하였다. 따라서 이 연구 결과는 팔미트산이 간암 증식 악순환 고리의 원인이 됨을 밝혀, 향후 간암 환자의 지방 섭취 제한이 암 치료의 효과적인 돌파구가 될 것임을 시사하고 있다.Abstract i Contents iii List of Figures v List of Abbreviations xi Part I (General Introduction: Role of PHF2) 1 1.1 General Introduction 2 1.2 Figure 6 Part II (Palmitoylation-driven PHF2 Ubiquitination and Its Role in Liver Cancer) 7 2.1 Introduction 8 2.2 Materials and Methods 15 2.3 Results 32 2.4 Figures 40 2.5 Discussion 80 Part III (PHF2-mediated SREBP1c Ubiquitination and Its Role in Liver Cancer) 83 3.1 Introduction 84 3.2 Materials and Methods 88 3.3 Results 98 3.4 Figures 102 3.5 Discussion 131 Part IV (The Palmitic Acid/PHF2/SREBP1c Loop Aggravates Liver Cancer by Rewiring Lipid Metabolism) 133 4.1 Introduction 134 4.2 Materials and Methods 137 4.3 Results 150 4.4 Figures 153 4.5 Discussion 165 Part V (Overall Discussion and Conclusion) 168 References 173 Abstract in Korean 193박