Epidermis-specific ablation of O-GlcNAc transferase(OGT) affects skin homeostasis

국문 초록 (Abstract)

진핵생물에서 많은 단백질들이 각 제 기능을 위해서는 post-translational modification이 필요하다. 그 중 GlcNAc을 단백질에 붙여주는 OGT와 붙은 GlcNAc을 떼어주는 OGA에 의해서 O-GlcNAcylation이 조절이 되며 이것은 광범위하게 단백질들의 기능에 영향을 미친다. 이전 연구에서 전사 인자인 Sp1 (specificity protein 1)은 각질형성세포의 분화를 촉진시키며 세포 실험에서 O-GlcNAcylated Sp-1의 발현이 증가하면 각질형성세포의 분화가 감소한다는 결과가 보고 되었다. 본 연구에서는 이러한 결과가 생체 내에서도 같은 결과가 나오는 지와 피부 항상성에 어떠한 영향을 미치는 지를 알기 위해 조사하였다. 먼저 쥐들 간의 교배를 통해 표피에 특이적으로 OGT를 발현 안 시키는 개체를 태어나게 하였고 그 결과 정상적으로 발현되는 개체들에 비해 성장이 느리며 태어난 지 10 일 이내에 다 죽는 양상을 보였다. 개체 간의 조직학적 차이를 보기 위해 피부 조직으로 여러 면역조직화학적 염색을 하였다. 먼저 제대로 OGT가 발현 안 되는지를 보기 위해 O-GlcNAc 항체인 RL2로 염색하여서 발현이 안 되는 것을 확인하였고 그 후 피부 분화 지표인 involucrin와 loricrin, cytokeratin 14 의 발현양상을 비교하였을 시에는 정상적인 쥐와 발현 안 되는 쥐 사이의 커다란 차이는 발견되지 않았다. 별 다른 차이점을 발견하지 못해 배아 상태일 때의 차이를 보기 위해 피부 장벽 기능을 비교하였고 그 결과 OGT 발현이 안 되는 개체가 정상 개체보다 더 빨리 피부 장벽 기능이 만들어지는 것을 확인하였으나 정확히 어떤 요인이 차이 나는 지는 확인하지 못하였다. 피부 분화에서는 OGT의 역할을 규명하지 못하였고 조직학적으로 봤을 때 피부에 OGT 발현 안 되는 개체들의 피하지방층이 정상적인 개체들의 피하지방층보다 얇은 것이 확인되었다. 표피의 Wnt/β-catenin 신호에 의해 지방세포화 인자들이 분비됨으로써 지방생성을 돕는다는 것이 보고된 바가 있고 이에 따라 Wnt/β-catenin 신호에 OGT가 연관되어있는 것을 보기 위해 정상적인 쥐와 OGT 발현이 안 되는 쥐로부터 각질형성세포를 키워 TOP-flash assay를 실시하였고 그 결과 표피에 OGT 발현 안 되는 쥐의 각질형성세포에서 정상 쥐의 각질형성세포보다 β-catenin 활성이 낮은 것을 확인하였다. 이로 O-GlcNAcylation이 Wnt/β-catenin 신호에 영향을 주는 것을 알 수 있다. 태어난 지 10 일 이내에 죽는 조건으로 인해 어느 정도 자란 개체에서 표피의 OGT 발현이 안 되면 피부에 어떤 영향을 미치는 지를 보기 위해 성체에 유도적으로 표피의 OGT 발현을 못하게 하였다. 그 결과 같이 태어난 정상적인 쥐들에 반해 털들이 빨리 자라는 것이 목격되었다. 그리고 피부 분화에서는 이전 결과와 마찬가지로 정상적인 쥐들과 피부에 OGT 발현 안 되는 쥐의 차이는 보이지 않았다. 이러한 결과들로 인해 정확히 어떤 요인이나 작용 기전에 영향을 끼치는 지는 알 수 없지만 OGT가 어떤 요인이라 작용 기전에 영향을 미치고 그로 인해 피부 항상성에 영향을 준다는 결론을 내릴 수 있으며 성체에서의 결과와 태어난 직후의 결과가 상반되기 때문에 모발 성장에 대한 OGT의 역할에 대해서는 추후 연구가 더 필요 되어지는 것을 시사한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Many of proteins are required to post-translational modified to achieve their proper function. These include proteolytic cleavage, methylation, acetylation, prenylation, phosphorylation, glycosylation, ubiquitination, nitrosylation and lipidation.The modification of proteins with O-linked N-acetylglucosamine (O-GlcNAc) is recently discovered protein modification, which is performed by O-linked GlcNAc transferase (OGT) in nucleocytoplasm. And O-GlcNAcase (OGA) function is removal of O-GlcNAc in O-GlcNAcylated protein. O-GlcNAc cycle affects broadly cell signaling. Transcription factor Sp1 is a one of O-GlcNAc modified protein. In vitro, decrease of O-GlcNAcylated Sp1 leads to increase of differentiation in keratinocyte. In this study, we investigated whether loss of OGT may affect skin homeostasis. We produced mice with epidermis-specific OGT knockout. And, we were compared to WT and OGT cKO in epidermal differentiation via immunohistochemistry, immunofluorescence. There was no significant difference between WT and OGT cKO in epidermal differentiation at postnatal. So, we were compared to WT and OGT cKO in embryo. We demonstrated that epidermal OGT ablation promotes skin barrier function in embryo. But, I could not find difference between WT and OGT cKO in epidermal differentiation via immunofluorescence double staining. Recently, it was reported that epidermal Wnt/β-catenin signaling regulates adipogenesis via secretion of adipogenic factors. And, OGT cKO mice are thinner than WT in subcutaneous fat thickness. To measure β-catenin activity of Keratinocyte isolated from WT and OGT cKO, we experimented TOP-flash assay. We determined β-catenin activity of keratinocytes, demonstrated that β-catenin activity of keratinocytes isolated from WT is higher than β-catenin activity of keratinocytes isolated from OGT KO. These data suggested that O-GlcNAc cycle is related to adipogenesis by inhibition epidermal Wnt/β-catenin signaling. Inducible conditional knockout of OGT results in rapid hair growth relative to WT mice. But, there were no significant difference in epidermal differentiation. We concluded that the OGT in epidermis affects skin homeostasis by influencing unknown factor. And, In further studies should be focused on hair cycle because results came out differently.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. Introduction 1
• Ⅱ. Materials and Methods 3
• Ⅲ. Results 6
• Ⅳ. Discussion 9
• Ⅴ. References 11
• Abstract (In Korean) 34