Liver receptor homolog-1에 의한 베테인호모시스테인 메틸전이효소 유전자 발현 조절 기전

Abstract

Liver receptor homolog-1 (LRH-1) is an orphan nuclear receptor. It is primarily involved in lipid and cholesterol metabolism, and previous study confirmed that LRH-1 expression was increased in the liver during fasting. Betaine-homocysteine S-methyltransferase (BHMT), one of the most abundant proteins in the liver, is involved inn the regulation of homocysteine metabolism. Furthermore, it is known that decreased BHMT gene expression leads to homocysteine accumulation in the liver, which can induce endoplasmic reticulum (ER) stress. In this study, the mechanism of controlling the expression of BHMT by LRH-1 was identified, and the effect of BHMT deficiency on metabolic function was revealed in the liver. During fasting, both BHMT and LRH-1 gene expression increasedin the liver of normal mice, but BHMT gene expression was decreased in LRH-1 deficient mice. In addition, the lipid peroxide content in the liver tissues of LRH-1 deficient mice was increased. Promoter activity analysis confirmed the binding of LRH-1 to a specific site at +131 ∼ +137 bp of the BHMT promoter. In conclusion, this study suggested that LRH-1-mediated increase in BHMT gene expression alleviates triglyceride accumulation by suppressing reactive oxygen species levels and reducing ER stress.

간 수용체 동족체–1(Liver receptor homolog-1, LRH-1)은 장, 간 및 췌장에서 유전자 발현을 조절하는 세포 내 전사인자이며, 대사 항상성을 조절하는 중요한 고아 핵 수용체이다. 주로 지질과 콜레스테롤 대사에 관여하며, 금식 시 간에서 LRH-1 발현이 증가한다고 보고되어 있다. LRH-1의 표적인자들이 일부 규명되었으나 아직도 표적인자에 대한 발굴이 부족한 실정이다. 베테인 호모시스테인 S-메틸 전이효소(Betaine-homocysteine S-methyltransferase, BHMT)는 간에 존재하는 가장 풍부한 단백질 중 하나로써 호모시스테인 대사 조절에 관여한다. 또한 BHMT의 발현이 감소하였을 때 간에서 축적된 호모시스테인은 소포체 스트레스를 유발한다고 알려져 있다. 지금까지 간에서 BHMT 기능 연구는 되어 있으나, BHMT 발현 조절 기전은 거의 알려진 바가 없다. 따라서 이 연구에서는 LRH-1에 의한 BHMT의 발현 조절 기전을 규명하고 BHMT의 유전자 발현 감소에 의한 간 대사 기능에 미치는 영향을 밝히고자 한다. LRH-1 정상 및 LRH-1 결핍 마우스에서 간 조직 및 혈청을 분리하였고 QPCR, Western Blot 및 조직염색분석을 통하여 LRH-1 표적인자를 규명하였다. 금식한 정상 마우스의 간에서 LRH-1과 함께 BHMT의 유전자 발현이 증가하였으나, LRH-1 결핍 마우스에서는 BHMT 유전자 발현이 증가하지 않았다. 또한 헤마톡실린-에오신 염색을 통해 금식한 LRH-1 결핍 마우스의 간에서 중성지방이 더 축적되는 것을 확인하였고, 활성산소종에 의해 증가되는 지질과산화물의 함량을 측정한 결과, 금식 상태의 LRH-1 결핍 마우스에서 많이 증가된 것을 보았다. BHMT가 LRH-1에 의해 조절되는지 확인하기 위해 HepG2 세포에 LRH-1을 과발현한 결과 BHMT의 발현이 유의하게 증가하였다. 추가적으로 LRH-1에 의해 BHMT의 발현이 직접적으로 조절되는지 확인하기 위하여 프로모터 활성도 분석을 한 결과, BHMT 프로모터의 +131∼+137 bp 사이에 LRH-1이 결합하는 부위가 있음을 검증하였다. 이러한 연구결과는 금식 시 간에서 LRH-1의 활성으로 인한 BHMT의 발현 증가가 활성산소종을 억제하고 소포체 스트레스를 감소시킴으로써 중성지방 축적을 개선하는 것에 도움이 될 것이라고 제시하였다.