시스템생물학과 장연규교수 연구팀은 마우스 배아줄기세포에서 단백질 인산화 효소인 Tousled-like kinase 1(Tlk1)이 Oct4, Sox2, Nanog 등의 전분화능 핵심전사인자들의 음성적 조절자로서 작용하여 정상적인 분화조절에 중요하다는 사실을 밝혔다.

기존에 Tlk1은 세린/트레오닌 인산화 효소로서 초파리와 예쁜 꼬마선충 그리고 식물에서 발달과 관련한 기능이 알려져 있었으나 줄기세포에서의 기능은 밝혀져 있지 않았다. 마우스 배아줄기세포는 전분화능과 자기복제능을 가지고 있는데 Tlk1의 발현을 인위적으로 감소시킨 돌연변이세포에서는 분화신호가 있어도 정상적인 분화유도가 진행되지 않는 결함을 보인다(그림 참조). 이런 분화유도 실패와 일치되게 Oct4 등의 전분화능 핵심전사인자의 발현이 비정상적으로 높게 유지됨을 확인하였다. 흥미롭게도 Tlk1의 과발현은 미분화 배양조건에서도 전분화능 핵심전사인자들의 발현을 감소시키며, G₂/M기에 정지된 세포집단의 증가로 인한 심각한 세포증식 저해와 함께 세포사멸도 유도된다는 사실을 알게 되었다. 이와 같은 Tlk1 과발현 줄기세포에서 관찰된 세포주기의 G₂/M기 정지는 유사분열 표지자인 히스톤 H3-Ser10 인산화 수준의 현저한 증가와 세포주기 조절인자인 Wee1과 CDK1-Tyr15 인산화 수준의 감소양상과 일치하였다.

본 연구의 의의는 단백질 인산화 효소인 Tlk1-의존적인 세포주기 조절은 생쥐 배아줄기세포의 분화과정 동안 세포운명 결정에 중요하다는 것을 처음으로 밝힌 점이다.

이상의 연구결과는 “Scientific Reports” 온라인 (1월 10일자-한국시간)판에 게재되었다 (Tousled-like kinase 1 is a negative regulator of core transcription factors in murine embryonic stem cells. Scientific Reports 8, 334; DOI:10.1038/s41598-017-18628-9).

[본 연구는 미래창조과학부가 주관하는 한국연구재단의 연구비[No.2011-0030049 & No. 2016R1A2B1012050]와 BK21-플러스 프로그램의 지원 하에 수행되었다].