Molecular mechanism underlying development of Xenopus laevis : Jmjd6 mediated GSK3β RNA splicing in eye development, Cav3.2 mediated fertilization and trabeculation in heart development of Xenopus laevis
- 주제(키워드) Jmjd6 , eye development , GSK3β , RNA alternative splicing , WNT/β-catenin signaling , T-type calcium channels , Cav3.2 , Fertilization , Heart development , trabeculae , calcineurin/NFAT pathway , Xenopus laevis
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 주봉건
- 발행년도 2020
- 학위수여년월 2020. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 생명과학과
- UCI I804:11029-000000065163
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
The organogenesis during embryonic development requires an intricate balance of cell differentiation, proliferation and tissue growth to generate fully functional organ. For a long time, enormous transcription factors and related signaling networks have been well identified. Based on those concrete evidences, I tried to figure out the effect of calcium influx through T-Type calcium channel and RNA splicing which are relatively lesser known biological event compares to transcription regulation, during fertilization, embryonic heart and eye development of Xenopus laevis. In this thesis, calcium entry into cells through one of T-type calcium channel, Cav3.2 is closely related with fertilization. Pharmacological studies showed that treatment of Cav3.2 inhibitors significantly reduce the rate of fertilization. Moreover, in ventricle, calcium entry through Cav3.2 was identified as inducer of trabeculation through calcineurin/NFAT signaling during heart development. Chemical mediated T-type calcium channel inhibition or morpholino mediated Cav3.2 knock down led to perturbation of endocardial/myocardial differentiation and deformation of trabeculae. Embryos with cyclosporin A or FK-506 treatment for inhibiting the calcineurin also resulted similar phenotypes with Cav3.2 deficient embryos and sustained existence of NFaTc1 in cytoplasm was observed in heart of Cav3.2 deficient embryos. Conclusively, calcium influx through Cav3.2 should be suggested as biological event that activates calcineurin and regulates NFAT cellular translocation which mediate ventricular trabeculation. Moreover, another event, RNA splicing mediated by Jmjd6 is also identified as important to eye development. I demonstrated that knockdown of Jmjd6a by morpholino resulted in malformation of eye including deformed retinal layer and no lens formation. Jmjd6 interacts with splicing factor U2AF25 and GSK3β RNA in the anterior region of Xenopus embryos and knockdown of Jmjd6a led to deletion of GSK3β RNA exon 1 and 2, resulting in generation of N’-terminal truncated GSK3β protein. This event further caused decreased phosphorylation of β-catenin and sebsequently increased β-catenin stability. Therefore, Jmjd6 mediated RNA splicing could be suggested as important event in Xenopus eye development through regulation of GSK3β RNA splicing and canonical Wnt/β-catenin signaling. Taken together, my results suggest that biological events like calcium influx and RNA splicing which are beyond the general transcriptional regulation, tightly regulates organ development. Furthurmore, non-transcriptional regulations including distribution of redox potential, asymmatric intracellular localization of metabolite or ions have worthy to be considered to elucidate the mechanisms of organogenesis during development.
more초록/요약
발생 과정에서 장기형성은 세포의 분열과 분화 그리고 조직의 성장 간에 이루어지는 복잡한 조율을 통해 진행되며, 오랜 기간 이에 대한 연구는 주로 전사효소들과 관련된 신호전달체계들을 중심으로 진행되었다. 과거의 성과들을 기반으로, 본 연구에서는 JMJD6에 의한 RNA splicing조절, T형 칼슘 통로를 통한 칼슘 이온의 유입과 같은 전사조절 이외의 생물학적 반응들이 Xenopus laevis의 장기형성에 어떤 영향을 미치는지에 대해 알아보았다. Jmjd6의 발현을 억제하면 렌즈와 시신경층의 형성이 저해되는데 이는 눈 발생 과정 중에Jmjd6가 U2AF25와 직접적으로 결합하여 GSK3β RNA의 splicing 과정을 조절하고 있기 때문임을 확인했다. Jmjd6의 발현을 억제할 경우, GSK3β RNA의 엑손1번과 2번이 유실된 형태로 RNA splicing 결과가 달라지게 된다. 이로 인해 형성된 비정상적인 GSK3β는 세포 내 β-catenin의 양을 조절하는 본연의 기능을 잃어버리게 되고 WNT 신호체계의 비정상적인 활성화가 유도되는 것을 확인하였다. 한편, 개구리의 수정 과정 중에T형 칼슘 통로를 통한 칼슘 이온의 유입을 저해제 처리를 통해 억제할 경우 수정률이 감소되는 것을 확인하였다. 배아 발생 과정에서 T 형 칼슘 통로의 저해제를 처리하거나 T형 칼슘 통로 아형 중 하나인 Cav3.2의 발현을 억제할 경우 심장 내막과 심근의 세포 분화가 정상의 경우보다 늦어지거나 정상적으로 진행되지 못하며 특히 심방의 섬유주 형성이 현저히 저해되었다. 이러한 변화는 cyclosporin A 또는 FK-506과 같은 calcineurin 억제제를 처리한 배아에서도 유사하게 관찰되었으며 이러한 현상은 calcineurin에 의해 활성화된 후 핵 내로 이동하는 NFaTc1의 이동이 일어나지 않기 때문임을 확인했다. 이와 같은 결과들을 통해 기존에 알려진 일반적인 전사조절 이외에도 세포 안쪽으로의 칼슘이온 유입, 산화환원 전위의 분포, 대사 중간 물질의 분포 그리고 금속이온들의 세포 내 분포와 같은 생물학적 기전들 역시 복잡한 기관형성 과정 내에서 중요한 역할을 하고 있으며 이러한 기관형성 과정을 이해하기 위해서는 반드시 고려해야 할 요소들임을 확인했다.
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