Studies on the Epigenetic and Transcriptional Regulation of Autophagy by PHF23 = PHF23에 의한 오토파지의 후성 유전 및 전사 조절 기작에 대한 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Autophagy is a conserved self-digestion pathway essential for maintaining cellular homeostasis. While the transcriptional and epigenetic activation of autophagy under nutrient-deprived condition is well studied, the repression mechanisms of autophagy under basal conditions remain poorly understood. Here, plant homeodomain finger protein 23 (PHF23) is identified as an epigenetic repressor of autophagy through a CRISPR interference (CRISPRi) screen. Importantly, PHF23 inhibits autophagy gene expression via two distinct mechanisms: by recruiting the nucleosome remodeling and deacetylase (NuRD) complex to autophagy gene promoters, and by reducing chromatin accessibility at enhancers through downregulation of AP-1 and C/EBPβ transcription factors. This dual repression requires an intact PHD domain and is relieved following PHF23 degradation under amino acid starvation or mTOR inhibition. Notably, genetic or pharmacological inhibition of PHF23 induces autophagy and promotes the autophagic clearance of pathological protein aggregates, including Tau and α1-antitrypsin Z variant (ATZ), highlighting PHF23 as a potential therapeutic target in proteotoxic diseases.

국문 초록 (Abstract)

자가포식 (오토파지)은 종간 보존된 자가 소화 경로로 세포 내 항상성 유지에 필수적이다. 영양 결핍 등 스트레스 상황에 활성화 되는 자가포식의 전사 및 후성유전학적 조절 기전은 광범위하게 연구되어 왔으나, 정상 조건에서 자가포식이 억제되는 분자적 기전은 여전히 명확히 규명되지 않았다. 본 연구에서는 CRISPR interference (CRISPRi) 스크리닝을 통해 plant homeodomain finger protein 23 (PHF23) 이 자가포식의 후성유전적 억제자로 기능함을 발굴하고 기전을 규명하였다. PHF23은 두 가지 기전을 통해 자가포식 유전자 발현을 억제하는데, 첫째, nucleosome remodeling and deacetylase (NuRD) 복합체를 자가포식 유전자 프로모터에 모집하여 전사 활성 마커인 히스톤 아세틸레이션을 저해하였고, 둘째, AP-1 및 C/EBP 전사인자의 발현을 감소시켜 인핸서의 활성을 낮췄다. 이러한 PHF23의 이중 억제 기능은 PHD 도메인에 의존적이며, 아미노산 결핍이나 mTOR 억제 상황에서 PHF23이 분해됨에 따라 완화됨을 관찰하였다. 또한 자가포식을 유도하기 위해 PHF23을 유전적 혹은 약리적으로 억제한 결과, mutant Tau 및 a1-antitrypsin Z variant (ATZ)를 포함한 병리적 단백질 응집체의 제거가 촉진되었다. 본 연구를 통해 새로운 자가포식 유전자 발현의 억제자로 PHF23을 발굴하였고, 프로모터 및 인핸서 모두에 영향을 주는 억제 기전을 규명하였으며, 이를 통해 병리적 단백질 응집체를 제거할 수 있는 잠재적 치료 표적으로 제시하였다.

목차 (Table of Contents)

• ABSTRACT i
• CONTENTS iii
• LIST OF FIGURES v
• CHAPTER I Introduction 1
• I-1. Autophagy 2
• 1.1. General information about autophagy 2
• 1.2. Transcriptional and epigenetic regulation of autophagy 4
• I-2. Epigenetic Regulation and Histone Dynamics 5
• 2.1. Overview of epigenetic regulations and histone post-translational modifications 5
• 2.2. Transcriptional regulation by histone modifications 7
• I-3. PHF23 9
• 3.1. PHD finger protein family 9
• 3.2. General information about PHF23 10
• CHAPTER II PHF23 represses autophagy by epigenetically inhibiting autophagy gene promoters and enhancers 12
• II-1. Summary 13
• II-2. Introduction 14
• II-3. Results 16
• II-4. Discussion 49
• II-5. Materials and Methods 51
• CHAPTER III Nutrient responsive degradation of PHF23 and its therapeutic potential in protein aggregation disorders 64
• III-1. Summary 65
• III-2. Introduction 66
• III-3. Results 68
• III-4. Discussion 82
• III-5. Materials and Methods 83
• CHAPTER IV Conclusion 88
• ACKNOWLEDGEMENT 93
• REFERENCES 94
• 국문 초록 / ABSTRACT IN KOREAN 102