KR102279295B1 - Method of screening a material regulating autophagy targeting O-GlcNACylation of ULK1 protein - Google Patents

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Abstract

본원에 따른 O-GlcNAcylation된 ULK1이 ATG14L과 결합하여 이의 인산화를 유도하는데 중추적이 역할을 하고, 이는 이어 VPS34의 활성화로 이루어져 이에 따라 PI3P 의 증가로 인한 파고포어(phagophore) 형성과 자가포식작용의 개시로 이어지는 기전에 근거한 본원의 방법은 자가포식작용과 관련된 질병 치료를 위한 신약개발의 표적으로 유용하게 사용될 수 있다. 특히 ULK1 O-GlcNAcylation은 오토파고좀과 리소좀의 융합이 아닌 초기의 오토파고좀 진행에 기여함을 규명하여 초기 자가포식 작용 조절에 유용한 신약 개발에 사용될 수 있다. O-GlcNAcylated ULK1 according to the present application binds to ATG14L and plays a pivotal role in inducing its phosphorylation, which is followed by activation of VPS34. Accordingly, phagophore formation and initiation of autophagy due to increase in PI3P The method of the present application based on the mechanism leading to autophagy can be usefully used as a target for the development of new drugs for the treatment of diseases related to autophagy. In particular, it was found that ULK1 O-GlcNAcylation contributes to the initial autophagosome progression rather than the fusion of autophagosome and lysosome, and thus can be used in the development of new drugs useful for regulating early autophagy.

Description

ULK1 단백질의 O-GlcNAc화를 표적으로 하는 자가포식 조절제 스크리닝 방법 {Method of screening a material regulating autophagy targeting O-GlcNACylation of ULK1 protein}Autophagy modulator screening method targeting O-GlcNAc of ULK1 protein {Method of screening a material regulating autophagy targeting O-GlcNACylation of ULK1 protein}

본원은 ULK1 단백질의 O-GlcNAc화를 표적으로 하는 자가포식 조절제 스크리닝 방법과 관련된 기술이다. The present application relates to a method for screening autophagy modulators targeting O-GlcNAcylation of ULK1 protein.

자가포식(Autophagy)은 세포내 영양분이 부족한 환경에서 세포가 자신의 불필요한 단백질, 노화된 소기관 등을 지질 이중층으로 구성된 자가포식소체(membrane vacuole, autophagosome)가 둘러싼 후 라이소좀과 합쳐져 둘러싸인 내부 물질을 분해하도록 유도하는 라이소좀-의존 방식으로 세포내 구성물질을 변동, 조정하는 과정(Levine and Klionsky, (2004) Dev Cell 6, 463-377)으로, 결함이 있는 거대 단백질 복합체 및 세포내 소기관을 제거하여, 세포 성장, 생존 및 항상성에 중요한 역할을 한다.In autophagy, in an environment where intracellular nutrients are scarce, cells surround their unnecessary proteins and aging organelles with lipid bilayers (membrane vacuole, autophagosome), which combine with lysosomes to decompose the enclosed internal material. It is a process of altering and modulating intracellular components in a lysosome-dependent manner (Levine and Klionsky, (2004) Dev Cell 6, 463-377) by removing defective large protein complexes and intracellular organelles. , plays an important role in cell growth, survival and homeostasis.

따라서 자가포식 조절에 이상이 있는 경우, 변성단백질(misfolded protein)의 축적이 초래되어 이로 인해 신경변성질환이 발생하는 것으로 알려져 있다(Komatsu et al., (2006), Nature, 441, 880-884). Therefore, it is known that when there is an abnormality in autophagy regulation, the accumulation of misfolded protein is caused, thereby causing neurodegenerative diseases (Komatsu et al., (2006), Nature, 441, 880-884). .

또한 자가포식은 암세포에서 활성화(Ding et al., (2009), Mol. Cancer Ther.,8(7), 2036-2045)되며, 자가포식 억제제가 항암 치료제로서 작용하는 것으로 알려져 있다(Maiuri et al., (2007) Nat. Rev. Cell Biol. 8, 741-752). 아울러 암 및 신경변성 질환에 추가하여 자가포식은 간 질환, 심장 질환, 근육 질환 및 췌장 질환과 연관된 것으로 알려져 있다(Levine and Kroemer, (2008), Cell, 132, 27-42; Fortunato and Kroemer, (2009), Autophagy, 5(6)).In addition, autophagy is activated in cancer cells (Ding et al., (2009), Mol. Cancer Ther., 8(7), 2036-2045), and autophagy inhibitors are known to act as anticancer therapeutics (Maiuri et al. ., (2007) Nat. Rev. Cell Biol. 8, 741-752). Moreover, in addition to cancer and neurodegenerative diseases, autophagy is known to be associated with liver disease, heart disease, muscle disease, and pancreatic disease (Levine and Kroemer, (2008), Cell, 132, 27-42; Fortunato and Kroemer, ( 2009), Autophagy, 5(6)).

따라서, 세포의 자가포식의 조절을 통한 다양한 치료제 개발에 대한 연구가 진행되고 있다. Therefore, research on the development of various therapeutic agents through the regulation of autophagy of cells is in progress.

미국 공개특허공보 제2010-0233730호는 치료를 위한 자가포식 조절에 관한 것으로, 세포에 시험물질을 처리한 후 대사 스트레스를 가해 자가포식체(autophagosome)의 세포내 변화 관찰을 통해, 자가포식 조절제를 선별하는 방법을 개시하고 있다. U.S. Patent Publication No. 2010-0233730 relates to autophagy control for treatment, and after treatment with a test substance in cells, metabolic stress is applied to observe intracellular changes in autophagosomes, A method of screening is disclosed.

미국 공개특허공보 2014-0134661호는 치료를 위한 자가포식 조절에 관한 것으로 p62 단백질을 마커로 해서 이에 영향을 미치는 물질을 자가포식 조절제로 선별하는 스크리닝 방법을 개시하고 있다.US Patent Application Laid-Open No. 2014-0134661 relates to autophagy regulation for treatment, and discloses a screening method for selecting a substance affecting the p62 protein as a marker as an autophagy modulator.

한국 등록특허 제1645359호는 Beclin1 단백질을 표적으로 하는 자가포식 조절제를 스크리닝 하는 방법을 개시한다.Korean Patent Registration No. 1645359 discloses a method for screening an autophagy modulator that targets the Beclin1 protein.

자가포식은 다양한 단백질이 관여하는 복잡한 생물학적 현상으로 자가포식을 초기 단계에서 조절할 수 있는 신규 표적의 개발이 필요하다. Autophagy is a complex biological phenomenon involving various proteins, and it is necessary to develop new targets that can control autophagy at an early stage.

본원은 자가포식을 초기 단계에서 조절할 수 있는 ULK1 단백질의 O-GlcNAc화를 표적으로 하는 자가포식 조절제의 스크리닝 방법을 제공하고자 한다. The present application aims to provide a screening method for an autophagy modulator that targets O-GlcNAcylation of ULK1 protein, which can regulate autophagy at an early stage.

한 양태에서 본원은 ULK 단백질을 발현하는 세포를 저농도 포도당에서 배양하는 단계; 상기 세포를 상기 서열번호 1의 서열을 기준으로 ULK1의 755번째 트레오닌 잔기에서 O-GlcNAcylation을 조절할 것으로 기대되는 시험물질과 접촉하는 단계; 및 상기 접촉 후, 상기 ULK1의 755번째 트레오닌 잔기에서 O-GlcNAcylation 정도를 측정하는 단계; 및 상기 측정하는 단계에서, 시험물질로 처리되지 않은 경우와 비교하여 시험물질로 처리된 경우와 비교하여 상기 O-GlcNAcylation에 변화가 있는 경우, 상기 시험물질은 자가포식 조절제 후보물질로 선별하는 단계를 포함하는, 자가포식 조절제 스크리닝 방법을 제공한다. In one aspect, the present application provides a method comprising: culturing a cell expressing a ULK protein in a low concentration of glucose; contacting the cell with a test substance expected to regulate O-GlcNAcylation at the 755th threonine residue of ULK1 based on the sequence of SEQ ID NO: 1; and after the contact, measuring the degree of O-GlcNAcylation at the 755th threonine residue of ULK1; and in the measuring step, when there is a change in the O-GlcNAcylation compared to the case treated with the test substance compared to the case not treated with the test substance, the test substance is selected as an autophagy modulator candidate It provides a method for screening autophagy modulators, including.

일 구현예에서 본원에서는 인간 단백질이 사용되나 다른 종류의 단백질 사용을 제외하는 것은 아니다. 예를 들면 서열번호 1의 서열을 기준으로 ULK1 755번째 트레오닌 잔기에 해당하는 잔기는 다른 종, 예를 들면 마우스의 서열의 754번째 잔기에 상응하며, 다른 위치에서도 이러한 상응하는 잔기를 당업자라면 용이하게 특정할 수 있을 것이다. In one embodiment, human proteins are used herein, but the use of other types of proteins is not excluded. For example, based on the sequence of SEQ ID NO: 1, the residue corresponding to the 755th threonine residue in ULK1 corresponds to the 754th residue in the sequence of another species, for example, a mouse, and a person skilled in the art can easily identify the corresponding residue in other positions will be able to specify

일 구현예에서 상기 선별하는 단계에서, 상기 시험물질로 처리되지 않은 경우와 비교하여, 상기 ULK1의 755번째 트레오닌 잔기에서 상기 O-GlcNAcylation 정도가 증가된 경우 상기 시험물질을 자가포식 활성화제, 또는 상기 시험물질로 처리되지 않은 경우와 비교하여 상기 O-GlcNAcylation 정도에 변화가 없거나 감소한 경우, 상기 시험물질을 자가포식 억제제 후보물질로 선별한다. In one embodiment, in the selecting step, when the degree of O-GlcNAcylation at the 755th threonine residue of ULK1 is increased compared to the case where the test substance is not treated with the test substance, the test substance is treated as an autophagy activator, or the When there is no change or a decrease in the degree of O-GlcNAcylation compared to the case where the test substance is not treated, the test substance is selected as an autophagy inhibitor candidate.

다른 구현예에서 본원의 세포는 AMPK 및 PPI를 추가로 발현하며, 상기 측정하는 단계는 상기 ULK1의 317번 및 556번 세린 잔기에서의 인산화 및 상기 ULK1의 758번째 세린 잔기에서의 탈인산화 및 측정하는 단계를 추가로 포함하며, 이 경우 측정결과 상기 시험물질로 처리되지 않은 경우와 비교하여 상기 탈인산화 및 인산화가 증가한 경우 상기 시험물질을 자가포식 활성화제, 그리고 상기 측정결과 상기 시험물질로 처리되지 않은 경우와 비교하여 상기 탈인산화 및 인산화가 변화가 없거나 감소한 경우, 상기 시험물질을 자가포식 억제제로 선별한다. In another embodiment, the cell of the present application further expresses AMPK and PPI, and the measuring comprises phosphorylation at serine residues 317 and 556 of ULK1 and dephosphorylation at serine residue 758 of ULK1 and measuring. In this case, when the dephosphorylation and phosphorylation are increased compared to the case where the test substance is not treated as a result of the measurement, the test substance is used as an autophagy activator, and as a result of the measurement, the test substance is not treated with the test substance. When the dephosphorylation and phosphorylation do not change or decrease compared to the case, the test substance is selected as an autophagy inhibitor.

다른 구현예에서 본원의 세포는 ATG14L 및 VPS34 리피드 카이나아제룰 추가로 발현하며, 이 경우 측정하는 단계는 ATG14의 인산화 및 VPS34 리피드 카이나아제의 활성을 측정하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 측정결과 상기 시험물질로 처리되지 않은 경우와 비교하여 상기 ATG14L의 인산화 및 VPS34 리피드 카이나아제의 활성이 증가한 경우 시험물질을 자가포식 활성화제, 그리고 상기 측정결과 상기 시험물질로 처리되지 않은 경우와 비교하여 상기 ATG14L의 인산화 및 VPS34 리피드 카이나아제의 활성이 변화가 없거나 감소한 경우 시험물질을 자가포식 억제제 후보물질로 선별한다. In another embodiment, the cell of the present disclosure further expresses ATG14L and VPS34 lipid kinase, and in this case, the measuring step further comprises measuring the phosphorylation of ATG14 and the activity of VPS34 lipid kinase, wherein the measuring Result When the phosphorylation of ATG14L and the activity of VPS34 lipid kinase were increased compared to the case not treated with the test substance, the test substance was an autophagy activator, and the measurement result compared with the case not treated with the test substance. When the phosphorylation of ATG14L and the activity of VPS34 lipid kinase do not change or decrease, the test substance is selected as an autophagy inhibitor candidate.

일 구현예에서 본원에 따른 ULK1 단백질은 758번째 세린 잔기가 탈인산화되거나 또는 상기 ULK1 단백질은 317 또는 556번째 세린 잔기가 인산화된 단백질일 수 있고, 이 경우 상기 세포는 정상 포도당 농도에서 배양될 수 있다. In one embodiment, the ULK1 protein according to the present disclosure may be a protein in which the 758th serine residue is dephosphorylated, or the ULK1 protein may be a 317th or 556th serine residue is phosphorylated, in which case the cells may be cultured at a normal glucose concentration. .

본원에 따른 방법에 사용되는 세포는 본원에 따른 목적을 달성할 수 있는 한 제한되는 것은 아니나 예를 들면 세포는 H1299, HEK293, 또는 SW620 세포주를 포함한다. Cells used in the method according to the present application are not limited as long as they can achieve the object according to the present application, but for example, the cells include H1299, HEK293, or SW620 cell lines.

본원에 따른 방법에 의해 선별된 자가포식 조절제는 암, 신경퇴행성 질환, 자가면역 질환, 심혈관 질환, 대사질환, 또는 유전성 근육 질환의 예방 또는 치료에 효과적으로 사용될 수 있다. The autophagy modulator selected by the method according to the present application can be effectively used for preventing or treating cancer, neurodegenerative disease, autoimmune disease, cardiovascular disease, metabolic disease, or hereditary muscle disease.

O-GlcNAcylation된 ULK1이 ATG14L과 결합하여 이의 인산화를 유도하는데 중추적인 역할을 하고, 이는 이어 VPS34의 활성화로 이루어져 이에 따라 PI3P 의 증가로 인한 파고포어(phagophore) 형성과 자가포식작용의 개시로 이어지는 기전에 근거한 본원의 방법은 자가포식작용과 관련된 질병 치료를 위한 신약개발의 표적으로 유용하게 사용될 수 있다. 특히 ULK1 O-GlcNAcylation은 오토파고좀과 리소좀의 융합이 아닌 초기의 오토파고좀 진행에 기여함을 규명하여 초기 자가포식 작용 조절에 유용한 신약 개발에 사용될 수 있다. O-GlcNAcylated ULK1 binds to ATG14L and plays a pivotal role in inducing its phosphorylation, which in turn consists of activation of VPS34, which in turn leads to phagophore formation and initiation of autophagy due to increase in PI3P. The method of the present application based on this method can be usefully used as a target for the development of new drugs for the treatment of diseases related to autophagy. In particular, it was found that ULK1 O-GlcNAcylation contributes to the initial autophagosome progression rather than the fusion of autophagosome and lysosome, and thus can be used in the development of new drugs useful for regulating early autophagy.

도 1은 OGT에 의한 ULK1의 O-GlcNAcylation이 트레오닌 754 잔기에 일어난다는 것을 나타낸다 (A) H1299 세포에서 내인성 ULK1과 OGT의 공동면역침강 실험 (B) 야생형 또는 ULK1-/- HEK293 세포에서 내인성 ULK1과 OGT의 공동면역침강 실험 (C) in vitro O-GlcNAcylation 실험 이후에 ULK1 O-GlcNAcylation 탐지 (D) H1299 세포에서 OGA 억제제인 Thiamet G (1μM) 처리 후 SWGA 또는 면역침강실험을 통한 ULK1 O-GlcNAcylation 탐지 (E) 야생형 또는 결손 돌연변이 △279-833, 1-600, 279-833 aa ULK1의 O-GlcNAcylation 탐지 (F) 야생형 또는 포인트 돌연변이 T635V, T754Y, T635V/T754 ULK1은 Flag 특이 항체를 통해 정제된 이후 각각의 O-GlcNAcylation 탐지 (G) ETD 질량분석을 통해 ULK1 O-GlcNAcylation이 T754 사이트에 일어남을 규명 (H) ULK1 O-GlcNAcylation 사이트는 진화적으로 보존됨 (I) 트레오닌 754는 티로신 (Y), 아스파라긴 (N), 알라닌 (A) 으로 변이시킴. T754과 다른 위치인 S757을 대조군으로 비교 및 실험하기 위해 S757을 알라닌 (A)로 변이시킴.
도 2는 당 결핍 상황에서 ULK1 O-GlcNAcylation이 증가하는 것을 나타냄 (A 와 B) 표기된 시간만큼 당 결핍된 H1299, HEK293, SW620 세포. 샘플을 ULK1 특이 항체로 공동면역침강하여 내인성 OGT 또는 O-GlcNAcylation을 탐지. OGT/ULK1 또는 LC3-II/β-actin 비율이 나타나있음 (C) H1299 세포를 당 결핍 시키고 4시간 동안 일반 미디어로 교체하여 수확 (D) 야생형 HEK293 세포와 ULK1-/- HEK293 세포를 비교하여 ULK1 O-GlcNAcylation이 ULK1 특이적으로 일어난다는 것을 나타냄. SWGA 비드를 사용하여 자유 UDP-GlcNAc과 유사한 NADG의 존재유무에 따라 O-GlcNAcylation 비교 (E) 비특이적 (siNS) 또는 OGT 특이적 (siOGT) 녹다운 이후 기재된 시간에 따라 당 결핍을 유도 (F) H1299 세포에서 면역염색법을 통해 비특이적 또는 OGT 특이적 녹다운 및 GFP-LC3 (초록색) 발현 이후 LC3 puncta 수량화. 핵은 DAPI를 이용하여 착색시킴 (파란색). 세 차례 같은 방식의 비의존적 실험을 통해 유사한 결과가 도출되어 각 표본에 대한 상징적인 이미지를 나타냄. 스케일바 10μm. P 값은 t-test (***p<0.0001)를 통해 구하였음. mean ± SEM로 표현. (G) 면역침강실험과 면역염색기법을 동시에 수행. OGT의 녹다운에 의한 ULK1 O-GlcNAcylation 감소가 나타남 (H) 면역염색기법으로 내인성 ULK1를 녹다운 (siULK1) 시킨 이후 siRNA에 저항성을 가진 야생형 또는 돌연변이 ULK1을 복원하여 GFP-LC3 puncta 양상의 상징적인 이미지를 나타냄. 모든 샘플에서 당 결핍을 통해 자가포식작용을 유도함. 세 차례 같은 방식의 비의존적 실험을 통해 유사한 결과가 도출됨. 스케일바 10μm. P 값은 t-test (***p<0.0001)를 통해 구하였음. mean ± SEM로 표현. 면역염색기법에 나타낸 녹다운 효율과 야생형 ULK1 및 돌연변이 ULK1의 복원 효율을 이뮤노블로팅으로 나타냄.
도 3은 ULK1의 탈인산화와 O-GlcNAcylation이 차례대로 일어남을 나타냄 (A) H1299 세포에서 표기된 시간에 따라 당 결핍을 시킨 후 ULK1 T754 O-GlcNAcylation 및 S757 인산화 탐지 (B) H1299 세포에서 mTOR 억제제인 Torin 1을 표기된 시간에 따라 처리하고 ULK1 O-GlcNAcylation과 S757 인산화를 탐지 (C) mTOR의 활성화 돌연변이 (mTOR CA)를 과발현한 후에 ULK1 O-GlcNAcylation을 탐지. 세포에 6시간 동안 당 결핍을 통해 ULK1 O-GlcNAcylation을 유도하였음 (D) HEK293 세포에서 HA-표지된 야생형 또는 돌연변이 (T754N, S757A, S757D) ULK1를 과발현하고 당 결핍 시킨 후 HA 특이적인 항체를 사용하여 면역침강을 수행, 표기된 항체에 대한 이뮤노블로팅을 나타냄 (E) ULK1과 탈인산화효소 PP1, PP2A, PP5의 결합을 표기된 당 결핍 시간에 따라 비교함 (F) H1299 세포에서 표기된 당 결핍 시간에 따라 내인성 ULK1과 PP1에 대한 공동면역침강 수행 (G) shRNA를 사용하여 PP1이 녹다운 된 H1299 세포에서 표기된 시간만큼 당 결핍한 후에 면역침강실험을 수행하여 ULK1 O-GlcNAcylation을 탐지 (H) H1299 세포에서 표기된 시간에 따라 Tautomycetin (TMC) 처리 (10 nM) 후에 ULK1 O-GlcNAcylation 탐지 (I) HEK293 세포에서 PP1을 과발현한 후에 ULK1과 OGT에 대해 공동면역침강실험 수행 (J) PP1 과발현 이후 ULK1 O-GlcNAcylation 및 S757 인산화 탐지 (K) H1299 세포에서 mTOR CA 과발현 후에 PP1 과발현 유뮤에 따른 ULK1 O-GlcNAcylation 및 S757 인산화 탐지 (L) H1299 세포에서 내인성 PP1 녹다운 유무에 따라 상징적인 GFP-LC3 (초록색) 발현양상을 면역염색기법을 통해 비교. 핵은 DAPI를 이용하여 착색시킴 (파란색). 세 차례 같은 방식의 비의존적 실험을 통해 유사한 결과가 도출되어 각 표본에 대한 상징적인 이미지를 나타냄. 스케일바 10μm. P 값은 t-test (***p<0.0001)를 통해 구하였음. mean ± SEM로 표현. PP1의 녹다운 효율을 면역염색기법 실험과 나란히 이뮤노블로팅으로 나타냄.
도 4는 자가포식작용 개시단계에서 ULK1 O-GlcNAcylation이 ATG14L를 통해 VPS34를 활성화 시킴을 나타낸다 (A) HEK293 세포에서 3시간 동안 당 결핍 이후 야생형 또는 T754N/T754Q 돌연변이와 내인성 ATG14L, Beclin1, VPS34 사이의 결합을 공동면역침강실험을 수행하여 나타냄. 샘플을 반으로 나누어 면역침강실험을 진행 (B) 내인성 OGT를 녹다운하여 3시간 동안 당 결핍 이후 ULK1 특이적 항체를 이용하여 공동면역침강실험을 수행. ATG14L, O-GlcNAc, ULK1 특이적인 항체로 탐지 (C) HEK293 세포에서 야생형 또는 돌연변이 OGT를 과발현 한 후에 내인성 ULK1 및 ATG14L의 공동면역침강실험 수행 (D) HEK293 세포에서 mTOR CA 돌연변이를 과발현한 이후 3시간 동안 당 결핍. ULK1 특이적 항체를 사용하여 공동면역침강실험 수행한 후에 표기된 항체로 탐지 (E) H1299 세포에서 PP1을 과발현 한 뒤에 OGT를 녹다운 하였음. ULK1 특이적 항체를 사용하여 면역침강실험을 수행한 후에 표기된 항체를 이용하여 이뮤노블로팅으로 나타냄 (F) ULK1 -/- HEK293 세포에서 야생형, T754N, T754Q, S757A, T754N/S757A 돌연변이 ULK1을 각각 복원한 후에 3시간 동안 당 결핍을 하였다.
도 5는 AMPK에 의한 인산화가 ULK1 O-GlcNAcylation을 앞선다는 내용을 나타낸다 (A 와 B) H1299 세포에서 Compound C (10μM) 처리의 유무 (A), 또는 shRNA를 통한 AMPKα 녹다운 (B) 이후에 표기된 시간에 따라 당 결핍시킨 후에 ULK1 특이적 항체를 사용하여 면역침강실험을 수행하고 표기된 항체를 사용하여 블롯을 관찰 (C 와 D) HEK293 세포에서 HA-표지된 야생형, S317A, S467A, S555A, T574A, S637A, S777A 돌연변이 ULK1 (C) 또는 HA-표지된 야생형, S317D, S467D, S555D, T574D, S637D, S777D 돌연변이 ULK1 (D)를 OGT와 함께 과발현하고 3시간 동안 당 결핍을 주었음. HA 특이적 항체를 사용하여 면역침강실험을 수행한 후에 표기된 항체를 사용하여 블롯을 관찰함. O-GlcNAc/HA 비율을 나타낸다.
도 6은 ULK1의 탈인산화와 O-GlcNAcylation이 자가포식작용 초기 단계를 조절한다는 것을 나타냄 (A) H1299 세포에서 PP1을 과발현한 후에 3시간 동안 당 결핍 시키고 ULK1 특이적 항체를 사용하여 공동면역침강실험 수행 및 표기된 항체를 사용한 블롯 관찰 (B) in vitro 인산화 실험. Flag-ULK1을 과발현 시킨 세포를 3시간 동안 당 결핍 시키고 수확한 뒤에 Flag 특이적인 M2 비드를 사용하여 면역침강실험을 수행함. 정제된 단백질을 in vitro 인산화 실험에 사용. E. coli의 한 종류인 M13pRep을 사용하여 pQE-His-ATG14L 단백질을 증폭 및 정제하였음. 32P를 통해 ATG14L의 인산화를 측정하였음 (C 와 D) 세포 용해물에서 Flag-VPS34를 Flag 특이적 M2 비드를 사용하여 in vitro 지질 인산화 실험을 위해 정제하였음. 야생형 또는 돌연변이 ULK1가 과발현 된 세포에서 VPS34에 의한 32P-PI(3)P 합성 (C) PP1 과발현 된 세포에서 VPS34에 의한 32P-PI(3)P 합성 (D)을 TLC 기법과 방사능 사진 촬영실험을 통해 확인. 세 차례 같은 방식의 비의존적 실험을 통해 유사한 결과가 도출됨. 스케일바 10μm. P 값은 t-test (*p<0.01) 또는 one-way ANOVA (**p<0.001) 를 통해 구하였음. mean ± SEM로 표현 (E) 당 결핍 상황에서 PP1에 의한 탈인산화와 AMPK에 의한 인산화를 통해 OGT 의존적인 ULK1 O-GlcNAcylation이 일어나며 결과적으로 ATG14L을 통한 VPS34의 활성화를 유도하여 파고포어 형성을 촉진한다는 것을 보여주는 모델 그림이다.
도 7은 본원에서 규명된 기전을 도식적으로 요약해서 나타낸 것이다.
1 shows that O-GlcNAcylation of ULK1 by OGT occurs at residue 754 of threonine (A) co-immunoprecipitation experiment of endogenous ULK1 and OGT in H1299 cells (B) wild-type or ULK1-/- with endogenous ULK1 in HEK293 cells OGT co-immunoprecipitation experiment (C) ULK1 O-GlcNAcylation detection after in vitro O-GlcNAcylation experiment (D) ULK1 O-GlcNAcylation detection through SWGA or immunoprecipitation experiment after treatment with OGA inhibitor Thiamet G (1 μM) in H1299 cells (E) O-GlcNAcylation detection of wild-type or deletion mutant △279-833, 1-600, 279-833 aa ULK1 (F) Wild-type or point mutant T635V, T754Y, T635V/T754 ULK1 after purification using Flag-specific antibody Detection of individual O-GlcNAcylation (G) ETD mass spectrometry revealed that ULK1 O-GlcNAcylation occurs at the T754 site (H) ULK1 O-GlcNAcylation site is evolutionarily conserved (I) Threonine 754 is tyrosine (Y), Asparagine (N), mutated to alanine (A). S757 was mutated to alanine (A) to compare and test T754 and S757 at a different position as a control.
Figure 2 shows that ULK1 O-GlcNAcylation is increased in a glucose deprivation situation (A and B) H1299, HEK293, SW620 cells depleted in glucose for the indicated time. Detect endogenous OGT or O-GlcNAcylation by co-immunoprecipitation of samples with ULK1-specific antibodies. The ratio of OGT/ULK1 or LC3-II/β-actin is shown (C) Harvested by depriving H1299 cells and replacing them with normal media for 4 hours (D) Comparing wild-type HEK293 cells with ULK1-/- HEK293 cells for ULK1 This indicates that O-GlcNAcylation is ULK1-specific. Comparison of O-GlcNAcylation in the presence or absence of NADG similar to free UDP-GlcNAc using SWGA beads (E) Non-specific (siNS) or OGT-specific (siOGT) knockdown followed by glucose starvation at the indicated times (F) H1299 cells LC3 puncta quantification after non-specific or OGT-specific knockdown and GFP-LC3 (green) expression via immunostaining in Nuclei are stained with DAPI (blue). Three independent experiments in the same manner yielded similar results, representing a symbolic image for each sample. Scale bar 10 μm. P value was obtained through t-test (***p<0.0001). Expressed as mean ± SEM. (G) Immunoprecipitation experiment and immunostaining technique were performed simultaneously. Reduction of ULK1 O-GlcNAcylation by OGT knockdown (H) After knockdown of endogenous ULK1 (siULK1) by immunostaining technique, wild-type or mutant ULK1 resistant to siRNA was restored to obtain a symbolic image of the GFP-LC3 puncta pattern. indicate. Autophagy was induced through glucose deprivation in all samples. Similar results were obtained through three independent experiments in the same manner. Scale bar 10 μm. P value was obtained through t-test (***p<0.0001). Expressed as mean ± SEM. Immunoblotting shows the knockdown efficiency and restoration efficiency of wild-type ULK1 and mutant ULK1 shown in the immunostaining technique.
Figure 3 shows that ULK1 dephosphorylation and O-GlcNAcylation occur sequentially (A) ULK1 T754 O-GlcNAcylation and S757 phosphorylation detection after glucose deprivation in H1299 cells according to the indicated time (B) mTOR inhibitor in H1299 cells Torin 1 was treated according to the indicated time and ULK1 O-GlcNAcylation and S757 phosphorylation were detected (C) ULK1 O-GlcNAcylation was detected after overexpressing an activating mutation of mTOR (mTOR CA). ULK1 O-GlcNAcylation was induced in cells through glucose deprivation for 6 hours. (D) HA-labeled wild-type or mutant (T754N, S757A, S757D) ULK1 was overexpressed in HEK293 cells and HA-specific antibody was used after glucose deficiency Immunoprecipitation was performed to show immunoblotting for the indicated antibody (E) Binding of ULK1 to dephosphorylation enzymes PP1, PP2A, and PP5 was compared according to the indicated glucose depletion time (F) Marked glucose depletion time in H1299 cells Co-immunoprecipitation for endogenous ULK1 and PP1 according to the method (G) Using shRNA to detect ULK1 O-GlcNAcylation by performing an immunoprecipitation experiment after glucose deficiency for the indicated time in H1299 cells in which PP1 was knocked down using shRNA (H) H1299 cells ULK1 O-GlcNAcylation detection after Tautomycetin (TMC) treatment (10 nM) according to the time indicated in (I) Co-immunoprecipitation experiment on ULK1 and OGT after PP1 overexpression in HEK293 cells (J) ULK1 O- after PP1 overexpression GlcNAcylation and S757 phosphorylation detection (K) ULK1 O-GlcNAcylation and S757 phosphorylation detection according to the presence or absence of PP1 overexpression after mTOR CA overexpression in H1299 cells (L) Symbolic GFP-LC3 (green) expression pattern according to the presence or absence of endogenous PP1 knockdown in H1299 cells were compared through immunostaining technique. Nuclei are stained with DAPI (blue). Three independent experiments in the same manner yielded similar results, representing a symbolic image for each sample. Scale bar 10 μm. P value was obtained through t-test (***p<0.0001). Expressed as mean ± SEM. The knockdown efficiency of PP1 was shown by immunoblotting in parallel with the immunostaining technique.
Figure 4 shows that ULK1 O-GlcNAcylation activates VPS34 through ATG14L at the stage of initiation of autophagy (A) Between wild-type or T754N/T754Q mutants and endogenous ATG14L, Beclin1, and VPS34 after glucose deprivation in HEK293 cells for 3 hours Binding is shown by performing co-immunoprecipitation experiments. The sample was divided in half and an immunoprecipitation experiment was performed (B) After the endogenous OGT was knocked down and glucose was depleted for 3 hours, a coimmunoprecipitation experiment was performed using a ULK1-specific antibody. Detection with ATG14L, O-GlcNAc, and ULK1-specific antibodies (C) Co-immunoprecipitation experiments of endogenous ULK1 and ATG14L after overexpression of wild-type or mutant OGT in HEK293 cells (D) After overexpression of mTOR CA mutation in HEK293 cells 3 Glucose deficiency for hours. Co-immunoprecipitation experiment was performed using a ULK1-specific antibody and detection with the indicated antibody (E) After overexpressing PP1 in H1299 cells, OGT was knocked down. Immunoprecipitation experiment was performed using a ULK1-specific antibody, followed by immunoblotting using the indicated antibody. (F) Wild-type, T754N, T754Q, S757A, T754N/S757A mutant ULK1 in ULK1-/- HEK293 cells, respectively. After restoration, glucose starvation was observed for 3 hours.
5 shows that phosphorylation by AMPK precedes ULK1 O-GlcNAcylation (A and B) with or without Compound C (10 μM) treatment in H1299 cells (A), or after AMPKα knockdown via shRNA (B) After time-dependent glucose deprivation, immunoprecipitation experiments were performed using ULK1-specific antibodies and blots were observed using the indicated antibodies (C and D). In HEK293 cells, HA-labeled wild-type, S317A, S467A, S555A, T574A, S637A, S777A mutant ULK1 (C) or HA-labeled wild-type, S317D, S467D, S555D, T574D, S637D, S777D mutant ULK1 (D) was overexpressed with OGT and given glucose deprivation for 3 hours. After performing an immunoprecipitation experiment using an HA-specific antibody, the blot was observed using the indicated antibody. The O-GlcNAc/HA ratio is shown.
6 shows that ULK1 dephosphorylation and O-GlcNAcylation regulate the initial stage of autophagy. (A) After overexpressing PP1 in H1299 cells, glucose deprivation was performed for 3 hours and co-immunoprecipitation experiment using ULK1-specific antibody. Performed and observed blots using the indicated antibodies (B) In vitro phosphorylation experiments. Cells overexpressing Flag-ULK1 were deprived of sugar for 3 hours and harvested, followed by immunoprecipitation experiment using Flag-specific M2 beads. Purified protein used for in vitro phosphorylation experiments. The pQE-His-ATG14L protein was amplified and purified using M13pRep, a type of E. coli. Phosphorylation of ATG14L was measured through 32 P (C and D). Flag-VPS34 from cell lysates was purified for in vitro lipid phosphorylation using Flag-specific M2 beads. Synthesis of 32 P-PI(3)P by VPS34 in cells overexpressing either wild-type or mutant ULK1 (C) Synthesis of 32 P-PI(3)P by VPS34 in cells overexpressing PP1 (D) by TLC technique and radiographs Confirmed by shooting experiment. Similar results were obtained through three independent experiments in the same manner. Scale bar 10 μm. P value was obtained through t-test (*p<0.01) or one-way ANOVA (**p<0.001). Expressed as mean ± SEM (E) In a glucose-deficient situation, OGT-dependent ULK1 O-GlcNAcylation occurs through PP1 dephosphorylation and AMPK phosphorylation, and as a result, it induces activation of VPS34 through ATG14L to promote phagopore formation. This is a model drawing that shows
7 is a schematic summary of the mechanisms elucidated herein.

ULK1(Unc-51 like autophagy activating kinase)은 에너지 고갈 상황에서 mTOR(mechanistic target of rapamycin)와 AMPK(AMP-activated protein kinase)에 의한 조절을 받으며 자가포식작용의 개시과정을 조절하나 그 구체적 기전은 알려지지 않았다. 당 결핍 상황에서 ULK1은 mTOR로부터 분리되고 AMPK에 의해 인산화 되면서 ULK1의 활성이 증가한다. 본원에서는 ULK1이 당 결핍 상황에서 OGT(UDP-N-acetyl-D-glucosamine:protein-O-beta-N-acetyl-D-glucosaminyl transferase)에 의해 트레오닌 754 잔기에서 O-GlcNAcylation 되고, 이어 mTOR에 의해 세린 757 잔기에서 인산화된 ULK1이 탈인산화 효소인 PP1(Protein Phosphatase 1)에 의해 탈인산화 되고, 이는 ULK1이 AMPK에 의해 인산화 된 이후에 발생하는 것을 규명하였다. 또한 ULK1의 O-GlcNAcylation은 ULK1와 ATG14L의 결합을 유도하여 ATG14L(Beclin 1-associated autophagy-related key regulator)의 인산화를 유도하는데 중추적인 역할을 하고, 이는 이어 VPS34의 활성화로 이루어져 이에 따라 PI3P의 증가로 인한 파고포어(phagophore) 형성과 자가포식 작용의 개시로 이어짐을 규명한 것에 근거한 것이다. ULK1 (Unc-51 like autophagy activating kinase) is regulated by mTOR (mechanistic target of rapamycin) and AMPK (AMP-activated protein kinase) under energy depletion and regulates the initiation process of autophagy, but the specific mechanism is unknown. didn't In the situation of glucose deficiency, ULK1 is dissociated from mTOR and phosphorylated by AMPK, increasing the activity of ULK1. Herein, ULK1 is O-GlcNAcylated at the 754 residue of threonine by OGT (UDP-N-acetyl-D-glucosamine:protein-O-beta-N-acetyl-D-glucosaminyl transferase) in a sugar-deficient situation, followed by O-GlcNAcylation by mTOR It was confirmed that ULK1 phosphorylated at serine 757 residue was dephosphorylated by PP1 (Protein Phosphatase 1), a dephosphorylation enzyme, which occurred after ULK1 was phosphorylated by AMPK. In addition, O-GlcNAcylation of ULK1 induces the binding of ULK1 and ATG14L and plays a pivotal role in inducing phosphorylation of ATG14L (Beclin 1-associated autophagy-related key regulator), which in turn leads to activation of VPS34, thus increasing PI3P. This is based on the fact that it leads to the formation of phagophores and the initiation of autophagy.

구체적으로 당이 고갈되지 않은 상태에서 ULK1는 mTOR에 의해 세린 637, 757 잔기가 인산화된 상태로 존재한다. 당 결핍 상황에서는 상기 인산화된 세린 잔기 특히 757번 잔기가 탈인산화 효소인 PP1에 의해 탈인산화 되고, AMPK(5'-AMP-activated protein kinase catalytic subunit alpha-2)에 의해 특히 세린 317 및 555 잔기가 인산화가 되어 활성되고, 이어 OGT(UDP-N-acetyl-D-glucosamine:protein-O-beta-N-acetyl-D-glucosaminyl transferase)에 의해 트레오닌 754 잔기에 O-GlcNAcylation이 일어나고, ATG14을 경유하여, VPS34를 활성화하여 자가포식을 유도하는 것을 규명하는 것을 규명하였다. Specifically, in a state in which sugars are not depleted, ULK1 exists in a state in which serine 637 and 757 residues are phosphorylated by mTOR. In a sugar-deficient situation, the phosphorylated serine residue, particularly residue 757, is dephosphorylated by PP1, a dephosphorylation enzyme, and residues 317 and 555 of serine are specifically dephosphorylated by AMPK (5'-AMP-activated protein kinase catalytic subunit alpha-2). It is phosphorylated and activated, followed by O-GlcNAcylation at the 754 residue of threonine by OGT (UDP-N-acetyl-D-glucosamine:protein-O-beta-N-acetyl-D-glucosaminyl transferase), and via ATG14 , It was identified that the activation of VPS34 induces autophagy.

이에 한 양태에서 상기 기전을 표적으로 하는 자가포식 조절제의 스크리닝 방법에 관한 것이다. Accordingly, in one aspect, it relates to a screening method for an autophagy modulator that targets the above mechanism.

본원에서 잔기의 위치를 언급함에 있어서는 마우스 서열을 기준으로 기술을 하며, 마우스 서열의 잔기에 해당하는 인간 서열의 잔기는 본원에 개시되어 있고, 당업자라면 본원의 실험결과 및 개시사항을 근거로 상응하는 잔기를 특정할 수 있을 것이다. When referring to the position of the residues herein, the description is based on the mouse sequence, and the residues in the human sequence corresponding to the residues in the mouse sequence are disclosed herein, and those skilled in the art will find the corresponding corresponding residues based on the experimental results and disclosure herein. residues may be specified.

일 구현예에서 상기 방법은 ULK1 단백질을 제공하는 단계 또는 저농도의 포도당에서 ULK1을 (과)발현하는 세포를 제공하는 단계; 상기 ULK1의 754번째 트레오닌 잔기에서 O-GlcNAcylation을 조절할 것으로 기대되는 시험물질과 접촉하는 단계; 및 상기 접촉 후, 상기 ULK1의 754번째 잔기에서 O-GlcNAcylation 변화를 판단하는 단계; 및 상기 판단하는 단계에서, 시험물질로 처리되지 않은 경우와 비교하여 시험물질로 처리된 경우와 비교하여 상기 O-GlcNAcylation에 변화가 있는 경우, 상기 시험물질은 자가포식 조절제 후보물질로 선별하는 단계를 포함한다. In one embodiment, the method comprises the steps of providing a ULK1 protein or providing a cell (over)expressing ULK1 at a low concentration of glucose; contacting a test substance expected to regulate O-GlcNAcylation at the 754th threonine residue of ULK1; and after the contact, determining a change in O-GlcNAcylation at residue 754 of ULK1; And in the determining step, if there is a change in the O-GlcNAcylation compared to the case treated with the test substance compared to the case not treated with the test substance, the test substance is selected as an autophagy modulator candidate include

본원에서 자가포식(autophagy 또는 autophagocytosis)이란 라이소좀을 이용하여 세포내 불필요하거나 변성된 단백질을 포함하는 다양한 세포구성성분을 제거하는 이화작용을 일컫는 것이다. 자가포식 조절에 이상이 있는 경우, 변성단백질(misfolded protein)의 축적이 초래되어 이로 인해 신경변성질환이 발생하는 것으로 알려져 있다(Komatsu et al., (2006), Nature, 441, 880-884). 또한 자가포식은 암세포에서 활성화(Ding et al., (2009), Mol. Cancer Ther.,8(7), 2036-2045)되며, 자가포식 억제제가 항암 치료제로서 작용하는 것으로 알려져 있다(Maiuri et al., (2007) Nat. Rev. Cell Biol. 8, 741-752). 아울러 암 및 신경변성 질환에 추가하여 자가포식은 간 질환, 심장 질환, 근육 질환 및 췌장 질환과 연관된 것으로 알려져 있다(Levine and Kroemer, (2008), Cell, 132, 27-42; Fortunato and Kroemer, (2009), Autophagy, 5(6)). 따라서 본원에 개시된 기술을 이용한 자가포식 조절제 및 조절방법은 상기와 같은 자가포식 조절 이상으로 인한 다양한 질환의 치료 또는 예방에 효과적으로 사용될 수 있다. As used herein, autophagy (autophagy or autophagocytosis) refers to a catabolism that uses lysosomes to remove various cellular components including unnecessary or denatured proteins in the cell. It is known that when there is an abnormality in autophagy regulation, the accumulation of misfolded protein is caused, thereby causing neurodegenerative disease (Komatsu et al., (2006), Nature, 441, 880-884). In addition, autophagy is activated in cancer cells (Ding et al., (2009), Mol. Cancer Ther., 8(7), 2036-2045), and autophagy inhibitors are known to act as anticancer therapeutics (Maiuri et al. ., (2007) Nat. Rev. Cell Biol. 8, 741-752). Moreover, in addition to cancer and neurodegenerative diseases, autophagy is known to be associated with liver disease, heart disease, muscle disease, and pancreatic disease (Levine and Kroemer, (2008), Cell, 132, 27-42; Fortunato and Kroemer, ( 2009), Autophagy, 5(6)). Therefore, the autophagy modulator and method using the technology disclosed herein can be effectively used for the treatment or prevention of various diseases caused by abnormal autophagy control as described above.

본원에서 조절(modulation)이란, 특정 생물학적 기능의 활성화, 자극 또는 상향 조절, 또는 저하 또는 하향 조절, 또는 양쪽 모두를 포함하며, 인 비트로 상태에서의 조절, 인비보 상태에서의 조절, 엑스비보 상태에서의 조절을 모두 포함하는 것이다. 이런 관점에서 본원에 따른 방법에서 조절은 자가포식 활성화제 또는 향상제, 또는 자가포식 억제제를 모두 포함하는 것이다. 일 구현예에서 본원에 따른 방법에서 상기 선별하는 단계에서, 상기 시험물질로 처리되지 않은 경우와 비교하여, 상기 ULK1의 754 잔기에서 상기 O-GlcNAcylation 정도가 증가된 경우 상기 시험물질을 자가포식 활성화제, 또는 상기 시험물질로 처리되지 않은 경우와 비교하여 상기 O-GlcNAcylation 정도가 감소한 경우 상기 시험물질을 자가포식 억제제 후보물질로 선별할 수 있다. As used herein, modulation includes activation, stimulation or up-regulation, or reduction or down-regulation of a specific biological function, or both, and includes modulation in an in vitro state, modulation in an in vivo state, and in an ex vivo state. It includes all of the control of In this respect, the modulation in the method according to the invention comprises both an autophagy activator or enhancer, or an autophagy inhibitor. In one embodiment, in the step of selecting in the method according to the present application, when the degree of O-GlcNAcylation at residue 754 of ULK1 is increased compared to the case where the test substance is not treated with the test substance, the test substance is used as an autophagy activator , or when the degree of O-GlcNAcylation is decreased compared to the case where the test substance is not treated with the test substance, the test substance may be selected as an autophagy inhibitor candidate.

본원에 따른 방법에 사용되는 ULK1은 PI(3)P(Phosphatidylinositol 3-phosphate)를 생성하는데 필수적인 VPS34의 세포내 위치를 조절하며, PI(3)P는 세포내 수송과 오토파고좀 형성에 중요한 분자적 마커이기도 하다(Backer, 2008; Hara et al., 2008; Itakura and Mizushima, 2010). 포유동물에서 ULK1의 유전자 및 단백질 서열은 공지된 것으로 예를 들면 인간 단백질 및 유전자 서열은 각각 NP_003556.1, NM_003565.3, 마우스의 경우 각각 NP_033495.2, NM_009469.3로 GenBank에 공지되어 있다. 인간과 마우스의 단백질 서열 본원에서 각각 서열번호 1 및 서열번호 2로 개시되어 있으며, 이들은 본원에서 언급되는 잔기에 대하여 서로 상응하는 잔기를 가지고 있으며, 상기 서열의 배열을 통한 비교를 통해 당업자라면 본원에서 언급되는 잔기를 각각 인간 마우스 단백질 서열에서 용이하게 특정할 수 있을 것이다. 일 구현예에서는 인간 ULK1 단백질이 사용되며, 마우스의 754번째 트레오닌에 상응하는 인간 ULK1의 잔기는 755번째 트레오닌 잔기이고, 마우스 757번째 세린 잔기에 상응하는 인간 ULK1의 잔기는 758번째 세린 잔기이고, 마우스 317번째 잔기에 상응하는 인간 ULK1의 잔기는 317번째 잔기이고, 마우스 555번째 잔기에 상응하는 인간 ULK1의 잔기는 556번째 잔기이다. 다른 종 유래의 ULK1을 사용을 배제하는 것은 아니며, 다른 종 유래의 ULK1을 사용하는 경우에도 당업자라면 본원에 개시된 서열 및 결과를 근거로 각 종에서 해당하는 잔기의 위치를 용이하게 파악하여 특정할 수 있을 것이다. ULK1 used in the method according to the present application regulates the intracellular localization of VPS34, which is essential for the production of PI(3)P (Phosphatidylinositol 3-phosphate), and PI(3)P is an important molecule for intracellular transport and autophagosome formation It is also an enemy marker (Backer, 2008; Hara et al., 2008; Itakura and Mizushima, 2010). The gene and protein sequences of ULK1 in mammals are known, for example, human proteins and gene sequences are known to GenBank as NP_003556.1, NM_003565.3, and NP_033495.2, NM_009469.3, respectively, for mice, respectively. Human and mouse protein sequences are disclosed herein as SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2, respectively, which have residues corresponding to each other with respect to the residues mentioned herein, Each of the mentioned residues will be readily identifiable in human mouse protein sequences. In one embodiment, human ULK1 protein is used, the residue of human ULK1 corresponding to the 754th threonine of the mouse is the 755th threonine residue, the human ULK1 residue corresponding to the 757th serine residue of the mouse is the 758th serine residue, and the mouse The residue in human ULK1 corresponding to residue 317 is residue 317, and the residue in human ULK1 corresponding to residue 555 in mouse is residue 556. The use of ULK1 derived from other species is not excluded, and even when ULK1 derived from another species is used, those skilled in the art can easily identify and specify the position of the corresponding residue in each species based on the sequences and results disclosed herein. There will be.

본원에 따른 방법에서 본원에 따른 기능을 갖는 한 다양한 유래, 그리고 각 유래의 단백질 서열 및 이와 실질적으로 동일한 서열을 갖는 전장 또는 단편이 사용될 수 있다. In the method according to the present application, a protein sequence of various origins and each origin and a full length or fragment having a sequence substantially identical thereto can be used as long as it has the function according to the present application.

본원의 방법에 사용될 수 있는 ULK1은 분리된 형태 또는 특히 이를 발현하는 세포 또는 상기 세포를 포함하는 동물의 형태로 제공될 수 있다. 세포의 경우 본원의 방법에 채용되는 단백질을 내인적으로 발현하거나, 또는 이를 발현하는 플라스미드의 도입(transient 또는 stable 전달이입)에 의해 이를 발현 또는 과발현하는 세포주일 수 있다.ULK1 that can be used in the method of the present disclosure may be provided in an isolated form or in the form of a cell expressing the same or an animal comprising the cell. In the case of cells, it may be a cell line expressing or overexpressing the protein employed in the present method endogenously, or by introducing a plasmid expressing the same (transient or stable transfection).

본원에 사용되는 단백질은 당업계에 공지된 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 특히 유전자 재조합 기술을 이용하는 것이다. 예를 들면 상기 단백질을 코딩하는 상응하는 유전자를 포함하는 플라스미드를 원핵 또는 진핵세포 세포 예를 들면 곤충세포, 포유류 세포에 전달하여 과발현시킨 후 정제하여 사용할 수 있다. 상기 플라스미드는 예를 들면 본원의 예시적 구현예에서 사용한 것과 같은 동물 세포주에 트랜스팩션한 후, 발현된 단백질을 정제하여 사용할 수 있으나, 이로 제한하는 것은 아니다. 이 경우 단백질은 검출의 편이를 위해 다양한 표식물질, 예를 들면 바이오틴, 형광물질, 아세틸화, 방사선 동위원소와 같은 것으로 공지된 방법 또는 시중의 단백질 표지 키트를 사용하여 표지될 수 있으며, 표지된 물질에 적합한 검출기기를 사용하여 검출될 수 있다.Proteins used herein can be prepared using methods known in the art. In particular, the use of genetic recombination technology. For example, a plasmid containing a corresponding gene encoding the protein can be transferred to a prokaryotic or eukaryotic cell such as an insect cell or a mammalian cell, overexpressed, and purified before use. The plasmid may be used, for example, after transfection into an animal cell line as used in the exemplary embodiment of the present application, and then the expressed protein may be purified and used, but is not limited thereto. In this case, the protein may be labeled using a known method or a commercially available protein labeling kit such as various labeling materials, for example, biotin, fluorescent material, acetylation, radioisotope, for convenience of detection, and the labeled material It can be detected using a detection device suitable for

또는 스크리닝 단백질을 암호화하는 DNA 또는 RNA 서열을 적당한 숙주 세포에서 발현시켜 세포를 본원의 방법에 사용하거나, 또는 그 세포 파쇄물을 만들거나 상기 스크리닝 단백질의 mRNA를 시험관내에서 번역한 후 당업계에 공지된 단백질 분리 방법에 의해 스크리닝 단백질을 정제할 수 있다. 통상, 세포잔여물(cell debris) 등을 제거하기 위해 상기 세포 파쇄물 또는 시험관내 번역한 결과물을 원심분리한 후, 침전, 투석, 각종 컬럼 크로마토그라피 등을 적용한다. 이온교환 크로마토그라피, 겔-퍼미에이션 크로마토그라피, HPLC, 역상-HPLC, 프렙용 SDS-PAGE, 친화성 컬럼 등은 컬럼 크로마토그라피의 예이다. 친화성 컬럼은, 예를 들어, 항-스크리닝 단백질 항체를 이용하여 만들 수 있다.Alternatively, the DNA or RNA sequence encoding the screening protein is expressed in a suitable host cell to use the cell in the method herein, or a cell lysate thereof or in vitro translation of the mRNA of the screening protein is known in the art. The screening protein can be purified by a protein isolation method. Usually, after centrifugation of the cell lysate or the in vitro translated product to remove cell debris, etc., precipitation, dialysis, various column chromatography, etc. are applied. Ion exchange chromatography, gel-permeation chromatography, HPLC, reverse-phase-HPLC, preparative SDS-PAGE, affinity column, etc. are examples of column chromatography. Affinity columns can be made using, for example, anti-screening protein antibodies.

일 구현예에서는 ULK1을 발현하는 확립된 세포주 예를 들면 H1299, HEK293, 그리고 SW620 세포주를 포함하는 세포주가 사용될 수 있다. 단, 이로 제한하는 것은 아니며, 당업자라면 본원의 실시예 등을 참조하여 적절한 것을 선택할 수 있을 것이다. In one embodiment, established cell lines expressing ULK1, for example, cell lines including H1299, HEK293, and SW620 cell lines may be used. However, the present invention is not limited thereto, and those skilled in the art will be able to select an appropriate one with reference to the Examples of the present application.

본원에 따른 방법에 ULK1을 (과)발현하는 세포를 사용하는 경우, 세포는 저농도의 포도당에서 배양된다. 정상 포도당 농도는 2000.00 mg/L ~ 4500.00 mg/L, 고농도 범위는 4500.00 mg/L 이상이고, 저농도는 0.00 mg/L ~ 700 mg/L 이다. 본원에서 저농도 포도당 농도는 포도당의 고갈 또는 결핍을 포함하는 개념이다.When cells (over)expressing ULK1 are used in the method according to the invention, the cells are cultured at a low concentration of glucose. Normal glucose concentration is 2000.00 mg/L ~ 4500.00 mg/L, high concentration is 4500.00 mg/L or more, and low concentration is 0.00 mg/L ~ 700 mg/L. As used herein, the low glucose concentration is a concept including depletion or deficiency of glucose.

O-GlcNAc 변형(O-GlcNAcylation)은 GlcNAc 당그룹이 단백질의 세린이나 트레오닌에 공유결합된 형태를 일컫는다. OGT(UDP-N-acetyl-D-glucosamine:protein-O-beta-N-acetyl-D-glucosaminyl transferase) 효소에 의해 매개되어 표적의 양과 기능에 변화를 초래하는 생물학적 현상이다. O-GlcNAcylation은 OGT에 의해서만 일어나며 UDP-GlcNAc의 N-acetylglucosamine을 단백질 기질에 이동시킨다. 반면 OGA는 단백질 기질에서 빠르게 O-GlcNAcylation을 제거한다(Slawson and Hart, 2011; Vocadlo, 2012). 상반된 작용을 하는 이 두 개의 효소는 세포내 여러 시그널이나 과정에 반응하여 단백질의 번역 후 수식화를 유도하고 기능을 조절한다. 본원에서는 당 결핍 상황에서는 상기 인산화된 세린 잔기 특히 757번 잔기가 탈인산화 효소인 PP1에 의해 탈인산화 되고, AMPK에 의해 특히 S555, S317 잔기가 인산화가 되어 활성되고, 이어 OGT 에 의해 트레오닌 754 잔기에 O-GlcNAcylation이 일어나고, ATG14을 경유하여, Phosphatidylinositol 3-kinase인 VPS34를 활성화하여 자가포식을 유도하는 것을 규명하는 것을 규명하였다. O-GlcNAc modification (O-GlcNAcylation) refers to a form in which a GlcNAc sugar group is covalently bonded to serine or threonine of a protein. OGT (UDP-N-acetyl-D-glucosamine:protein-O-beta-N-acetyl-D-glucosaminyl transferase) is a biological phenomenon that causes changes in the amount and function of the target mediated by the enzyme. O-GlcNAcylation occurs only by OGT and transfers N-acetylglucosamine from UDP-GlcNAc to the protein substrate. On the other hand, OGA rapidly removes O-GlcNAcylation from protein substrates (Slawson and Hart, 2011; Vocadlo, 2012). These two enzymes with opposing actions induce post-translational modification of proteins and regulate their functions in response to various intracellular signals or processes. In the present application, in a sugar-deficient situation, the phosphorylated serine residue, particularly the 757 residue, is dephosphorylated by the dephosphorylation enzyme PP1, and in particular, the S555 and S317 residues are phosphorylated by AMPK and activated, followed by OGT to the threonine 754 residue. It was identified that O-GlcNAcylation occurred and, via ATG14, activated VPS34, a phosphatidylinositol 3-kinase, to induce autophagy.

VPS34는 VPS15와 안정적인 콤플렉스를 이룬다. VPS15는 Beclin1과 결합하는데 이는 VPS34를 통해 자가포식작용을 촉진하는 (ATG14L, UVRAG, Bif1, AMBRA-1) 인자들, 그리고 자가포식작용을 억제하는 (Bcl2, BclxL, Rubicon) 인자들과 결합한다(Itakura et al., 2008; Liang et al., 2006; Matsunaga et al., 2009; Pattingre et al., 2008; Sun et al., 2008; Takahashi et al., 2008; Zalckvar et al., 2009; Zhong et al., 2009). 특히 ATG14L은 오토파고좀 형성을 유도하는 기능을 하는데 그 배경에는 ATG14L이 VPS34의 세포내 위치를 조절하며, ATG14L과 VPS34 콤플렉스의 결합이 AMPK를 매개한 VPS34 지질인산화 활성화에 중요하기 때문이다(Kim et al., 2013; Matsunaga et al., 2009). 그러나 ATG14L이 어떻게 VSP34-Beclin1 콤플렉스를 조절하는지에 대한 매커니즘이 규명되지 않았다. 본원에서는 당 결핍 상황에서 OGT에 의한 ULK1의 O-GlcNAcylation이 트레오닌 754 잔기에 일어나고, ULK1의 O-GlcNAcylation은 ATG14L을 통해 정상적인 VPS34의 활성화를 유도하는데 중요하며, 이는 PI(3)P의 합성과 파고포어 형성을 통한 자가포식작용의 개시를 이끈다는 점을 규명하였다.The VPS34 forms a stable complex with the VPS15. VPS15 binds to Beclin1, which through VPS34 binds to factors that promote autophagy (ATG14L, UVRAG, Bif1, AMBRA-1) and factors that inhibit autophagy (Bcl2, BclxL, Rubicon) ( Itakura et al., 2008; Liang et al., 2006; Matsunaga et al., 2009; Pattingre et al., 2008; Sun et al., 2008; Takahashi et al., 2008; Zalckvar et al., 2009; Zhong et al., 2009). In particular, ATG14L functions to induce autophagosome formation, because ATG14L regulates the intracellular localization of VPS34, and binding of ATG14L and VPS34 complex is important for AMPK-mediated activation of VPS34 lipid phosphorylation (Kim et al. al., 2013; Matsunaga et al., 2009). However, the mechanism of how ATG14L regulates the VSP34-Beclin1 complex has not been elucidated. Herein, O-GlcNAcylation of ULK1 by OGT occurs at residue 754 of threonine in a sugar-deficient situation, and O-GlcNAcylation of ULK1 is important for inducing normal VPS34 activation through ATG14L, which is important for PI(3)P synthesis and diastole. It was identified that it leads to the initiation of autophagy through pore formation.

이에 본원에 따른 방법에서 본원에 따른 방법은 AMPK 및 PPI를 추가로 포함하며, 본원에 따른 상기 측정하는 단계는 상기 ULK1의 세린 317번 및 세린 555번 잔기에서의 인산화를 측정하는 단계 및 상기 ULK1의 757번 잔기에서의 탈인산화를 측정하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 측정결과 상기 시험물질로 처리되지 않은 대조군과 비교하여 상기 탈인산화 및 인산화가 증가한 경우 상기 시험물질을 자가포식 활성화제, 상기 측정결과 상기 탈인산화 및 인산화가 변화가 없거나 감소한 경우, 상기 시험물질을 자가포식 억제제로 선별한다. Accordingly, in the method according to the present application, the method according to the present application further comprises AMPK and PPI, and the measuring according to the present application comprises the steps of measuring phosphorylation at serine 317 and serine 555 residues of ULK1 and the ULK1 It further comprises the step of measuring dephosphorylation at residue 757, and as a result of the measurement, when the dephosphorylation and phosphorylation are increased compared to the control not treated with the test substance, the test substance is used as an autophagy activator, the measurement As a result, when the dephosphorylation and phosphorylation do not change or decrease, the test substance is selected as an autophagy inhibitor.

본원에 따른 방법에 사용되는 mTOR 및 AMPK 단백질 및 핵산 서열은 공지되어 있다: mTOR의 단백질 및 핵산 서열 DB 번호는 각각 NP_004949.1, NM_004958.4; AMPK의 단백질 및 핵산 서열 DB 번호는 각각 NP_006242.5, NM_006251.5. PPI (Protein Phosphatase 1)의 단백질 및 핵산 서열 DB 번호는 각각 NP_002699.1 및 NM_002708.4로 공지되어 있다. The mTOR and AMPK protein and nucleic acid sequences used in the method according to the present application are known: The protein and nucleic acid sequence DB numbers of mTOR are NP_0049491, NM_004958.4, respectively; The protein and nucleic acid sequence DB numbers of AMPK are NP_006242.5 and NM_006251.5, respectively. The protein and nucleic acid sequence DB numbers of PPI (Protein Phosphatase 1) are known as NP_002699.1 and NM_002708.4, respectively.

또한 본원에 따른 방법에서 본원에 따른 방법은 ATG14L 및 VPS34 리피드 카이나아제를 추가로 포함하며, 이들 단백질 및 핵산 서열은 다음과 같이 공지되어 있다: ATG14L의 단백질 및 핵산 서열 DB 번호는 각각 NP_055739.2, NM_014924.4; VPS34의 단백질 및 핵산 서열 DB 번호는 각각 NP_002638.2, NM_002647.4로 공지되어 있다. Also in the method according to the present application the method according to the present invention further comprises ATG14L and VPS34 lipid kinase, these protein and nucleic acid sequences are known as follows: Protein and nucleic acid sequence DB number of ATG14L is NP_055739.2 respectively , NM_014924.4; The protein and nucleic acid sequence DB numbers of VPS34 are known as NP_002638.2 and NM_002647.4, respectively.

상기 단백질을 포함하는 경우, 본원에 따른 방법의 선별하는 단계에서 ATG14L의 인산화 및 VPS34 리피드 카이나아제의 활성을 측정하는 단계를 추가로 포함하며, 그 결과 상기 ATG14L의 인산화 및 VPS34 리피드 카이나아제의 활성을 증가시키는 물질은 자가포식 활성화제, 그리고 상기 ATG14L의 인산화 및 VPS34 리피드 카이나아제의 활성을 감소시키는 물질은 자가포식 억제제 후보물질로 선별할 수 있다. In the case of including the protein, the method further comprises measuring the phosphorylation of ATG14L and the activity of VPS34 lipid kinase in the selecting step of the method according to the present application, as a result of which phosphorylation of ATG14L and the activity of VPS34 lipid kinase are measured. A substance that increases the activity is an autophagy activator, and a substance that reduces the phosphorylation of ATG14L and the activity of VPS34 lipid kinase can be selected as an autophagy inhibitor candidate.

본원에 따른 방법에서 O-GlcNAcylation 측정, 인산화 정도 및 키나아제의 활성을 측정하는 방법은 당업계에 공지되어 있으며, 본원의 실시예에 기재된 방법을 참조로하여 적절한 것을 선택할 수 있을 것이다. 또한 본원에 따른 방법에서 O-GlcNAcylation된 ULK1은 ATG14L와의 결합을 통해 ATG14L의 인산화를 촉진시키기 때문에, 상기 단백질 간의 결합이 또한 측정될 수 있다. 단백질 간의 결합 또는 상호작용은 당업계에 공지된 다양한 방법을 이용하여 측정될 수 있다. 예를 들면 세포내 단백질의 결합/상호작용을 확인하는 이스트투하이브리드법, 콘포칼현미경법, 공동면역침전법, 표면플라즈마공명(SPR) 및 스펙트로스코피법을 포함하나 이로 제한하는 것은 아니며, 이러한 방법에 관한 비교 및 자세한 실험법에 관한 추가의 참고문헌은 Berggard et al., (2007) "Methods for the detection and analysis of protein-protein interactions", PROTEOMICS Vol7: pp 2833-2842에 기재된 것을 참고할 수 있다.Methods for measuring O-GlcNAcylation, phosphorylation level and kinase activity in the method according to the present application are known in the art, and an appropriate one may be selected with reference to the method described in the Examples herein. In addition, since O-GlcNAcylated ULK1 promotes phosphorylation of ATG14L through binding to ATG14L in the method according to the present disclosure, the binding between the proteins can also be measured. Binding or interaction between proteins can be measured using a variety of methods known in the art. Examples include, but are not limited to, yeast-to-hybrid method, confocal microscopy, co-immunoprecipitation method, surface plasma resonance (SPR) and spectroscopy method for confirming intracellular protein binding/interaction. For further references to comparisons and detailed experimental methods, see Berggard et al., (2007) "Methods for the detection and analysis of protein-protein interactions", PROTEOMICS Vol7: pp 2833-2842.

ULK1의 상위 조절자로는 mTORC1과 AMPK가 있다. ULK1은 mTORC1에 의해 세린 637과 757 잔기에 인산화 되며 이는 AMPK와의 결합을 방해하여 ULK1의 활성을 억제한다(Hosokawa et al., 2011; Mizushima et al., 2010). 이와 반대로 AMPK는 세포의 신진대사를 조절하여 에너지 항상성을 유지하고 자가포식작용을 유도한다. 기존의 연구에서 ULK1이 AMPK에 의존적인 인산화를 통해 활성화 된다는 사실이 증명되었다. 세린 555 사이트는 AMPK에 의해 인산화 되는 주 타겟 사이트이다. 이 밖에도 세린 317, 세린 467, 트레오닌 574, 세린 637, 세린 777과 같이 AMPK에 의존적인 여러 ULK1 인산화 사이트가 밝혀져 있다(Egan et al., 2011; Kim et al., 2011). 그 중 세린 317과 777은 ULK1의 인산화 활성을 조절한다. 세린 467, 세린 555, 그리고 트레오닌 574는 영양결핍상황에서 미토콘드리아의 항상성을 유지하는데 관여한다. 세린 637은 mTORC1과 AMPK가 인산화시키는 공통적인 사이트이다. 본원에서는 ULK1의 O-GlcNAcylation은 mTOR에 의해 인산화된 세린 757 잔기가 탈인산화 효소인 PP1에 의해 탈인산화 되고, ULK1이 특히 세린 317번, 세린 555번 잔기에서 AMPK에 의해 인산화 된 이후에 일어나는 것을 규명하였다. 또한 앞서 언급한 바와 같이 포도당이 결핍된 상태에서 상기 mTOR에 의해 인산화된 잔기는 PP1에 의해 탈인산화된다. Upstream regulators of ULK1 include mTORC1 and AMPK. ULK1 is phosphorylated at residues 637 and 757 of serine by mTORC1, which inhibits the activity of ULK1 by interfering with binding to AMPK (Hosokawa et al., 2011; Mizushima et al., 2010). Conversely, AMPK regulates cell metabolism to maintain energy homeostasis and induce autophagy. Previous studies have demonstrated that ULK1 is activated through AMPK-dependent phosphorylation. Serine 555 site is the main target site phosphorylated by AMPK. In addition, several AMPK-dependent ULK1 phosphorylation sites such as serine 317, serine 467, threonine 574, serine 637, and serine 777 have been identified (Egan et al., 2011; Kim et al., 2011). Among them, serine 317 and 777 regulate phosphorylation activity of ULK1. Serine 467, serine 555, and threonine 574 are involved in maintaining mitochondrial homeostasis under nutritional deficiencies. Serine 637 is a common site for phosphorylation of mTORC1 and AMPK. Herein, it was identified that O-GlcNAcylation of ULK1 occurs after serine 757 residue phosphorylated by mTOR is dephosphorylated by PP1, a dephosphorylation enzyme, and ULK1 is phosphorylated by AMPK, especially at serine 317 and serine 555 residues. did. In addition, as mentioned above, the residues phosphorylated by mTOR in a glucose-deficient state are dephosphorylated by PP1.

이에 본원에 따른 방법에서 상기 세포는 AMPK 및 PPI를 추가로 발현하며, 상기 ULK1의 317번 및 555번 세린 잔기에서의 인산화 및 상기 ULK1의 757번째 잔기에서의 탈인산화 및 측정하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 측정결과 상기 시험물질로 처리되지 않은 경우와 비교하여 상기 탈인산화 및 인산화가 증가한 경우 상기 시험물질을 자가포식 활성화제, 그리고 상기 측정결과 상기 시험물질로 처리되지 않은 경우와 비교하여 상기 탈인산화 및 인산화가 변화가 없거나 감소한 경우, 상기 시험물질을 자가포식 억제제로 선별할 수 있다. Accordingly, in the method according to the present application, the cell further expresses AMPK and PPI, and further comprising the steps of phosphorylation at serine residues 317 and 555 of ULK1 and dephosphorylation at residue 757 of ULK1 and measuring. and, as a result of the measurement, if the dephosphorylation and phosphorylation were increased compared to the case where the test substance was not treated, the test substance was used as an autophagy activator, and as a result of the measurement, compared with the case where the test substance was not treated, the dephosphorylation When phosphorylation and phosphorylation do not change or decrease, the test substance can be selected as an autophagy inhibitor.

본원의 방법에 사용되는 시험물질은 ULK1 또는 본원에서 규명된 ULK1의 자가포식 기전에 작용하여 O-GlcNAcylation의 조절 또는 변화를 가져올 것으로 기대되는 물질 예를 들면 저분자량 화합물, 고분자량 화합물, 화합물들의 혼합물(예컨대, 천연 추출물 또는 세포 또는 조직 배양물), 또는 바이오의약품(예컨대, 단백질, 항체, 펩타이드, DNA, RNA, 안티센스 올리고뉴클레오타이드, RNAi, 앱타머, RNAzyme 및 DNAzyme) 또는 당 및 지질 등을 포함하나 이로 한정하는 것은 아니다.The test substance used in the method of the present application is a substance expected to cause regulation or change of O-GlcNAcylation by acting on ULK1 or the autophagy mechanism of ULK1 identified herein, for example, low molecular weight compounds, high molecular weight compounds, mixtures of compounds (e.g., natural extracts or cell or tissue cultures), or biopharmaceuticals (e.g., proteins, antibodies, peptides, DNA, RNA, antisense oligonucleotides, RNAi, aptamers, RNAzyme and DNAzyme) or sugars and lipids, etc. It is not limited to this.

본원에 따른 일 구현예에서는 저분자화합물이 시험물질로 사용될 수 있다. 상기 시험 물질은 합성 또는 천연 화합물의 라이브러리로부터 얻을 수 있으며 이러한 화합물의 라이브러리를 얻는 방법은 당업계에 공지되어 있다. 합성 화합물 라이브러리는 Maybridge Chemical Co.(UK), Comgenex(USA), Brandon Associates(USA), Microsource(USA) 및 Sigma-Aldrich(USA)에서 구입 가능하며, 천연 화합물의 라이브러리는 Pan Laboratories(USA) 및 MycoSearch(USA)에서 구입 가능하다. 시험 물질은 당업계에 공지된 다양한 조합 라이브러리 방법에 의해 얻을 수 있으며, 예를 들어, 생물학적 라이브러리, 공간 어드레서블 패러럴 고상 또는 액상 라이브러리(spatially addressable parallel solid phase or solution phase libraries), 디컨볼루션이 요구되는 합성 라이브러리 방법, "1-비드 1-화합물" 라이브러리 방법, 그리고 친화성 크로마토그래피 선별을 이용하는 합성 라이브러리 방법에 의해 얻을 수 있다. 분자 라이브러리의 합성 방법은, DeWitt et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 90, 6909, 1993; Erb et al. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 91, 11422, 1994; Zuckermann et al., J. Med. Chem. 37, 2678, 1994; Cho et al., Science 261, 1303, 1993; Carell et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 33, 2059, 1994; Carell et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 33, 2061; Gallop et al., J. Med. Chem. 37, 1233, 1994 등에 개시되어 있다. 예를 들면 약물의 스크리닝 목적을 위해서는 화합물은 저분자량의 치료효과를 갖는 것이 사용될 수 있다. 예를 들면 중량이 400 Da, 600 Da 또는 800 Da과 같은 약 1000 Da 내외의 화합물이 사용될 수 있다. 목적에 따라 이러한 화합물은 화합물 라이브러리의 일부를 구성할 수 있으며, 라이브러리를 구성하는 화합물의 숫자도 수십개부터 수백만개까지 다양하다. 이러한 화합물 라이브러리는 펩타이드, 펩토이드 및 기타 환형 또는 선형의 올리고머성 화합물, 및 주형을 기본으로 하는 저분자 화합물, 예컨대 벤조디아제핀, 하이단토인, 바이아릴, 카보사이클 및 폴리사이클 화합물(예컨대 나프탈렌, 페노티아진, 아크리딘, 스테로이드 등), 카보하이드레이트 및 아미노산 유도체, 디하이드로피리딘, 벤즈하이드릴 및 헤테로사이클(예컨대 트리아진, 인돌, 티아졸리딘 등)을 포함하는 것일 수 있으나, 이는 단지 예시적인 것으로 이로 한정되는 것은 아니다.In one embodiment according to the present application, a low molecular weight compound may be used as a test substance. The test substance may be obtained from a library of synthetic or natural compounds, and methods for obtaining a library of such compounds are known in the art. Synthetic compound libraries are available from Maybridge Chemical Co. (UK), Comgenex (USA), Brandon Associates (USA), Microsource (USA) and Sigma-Aldrich (USA), and natural compound libraries are available from Pan Laboratories (USA) and It can be purchased from MycoSearch (USA). Test substances can be obtained by various combinatorial library methods known in the art, for example, biological libraries, spatially addressable parallel solid phase or solution phase libraries, deconvolution It can be obtained by the required synthetic library method, the "1-bead 1-compound" library method, and the synthetic library method using affinity chromatography selection. Methods for synthesizing molecular libraries are described in DeWitt et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 90, 6909, 1993; Erb et al. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 91, 11422, 1994; Zuckermann et al., J. Med. Chem. 37, 2678, 1994; Cho et al., Science 261, 1303, 1993; Carell et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 33, 2059, 1994; Carell et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 33, 2061; Gallop et al., J. Med. Chem. 37, 1233, 1994, et al. For example, for drug screening purposes, compounds having a low molecular weight therapeutic effect may be used. For example, a compound having a weight of about 1000 Da, such as 400 Da, 600 Da, or 800 Da, may be used. Depending on the purpose, these compounds may form a part of a compound library, and the number of compounds constituting the library varies from tens to millions. Such compound libraries include peptides, peptoids and other cyclic or linear oligomeric compounds, and template-based small molecule compounds such as benzodiazepines, hydantoins, biaryls, carbocycles and polycyclic compounds such as naphthalene, phenothi azine, acridine, steroid, etc.), carbohydrates and amino acid derivatives, dihydropyridine, benzhydryl and heterocycles (such as triazine, indole, thiazolidine, etc.), but these are merely exemplary. It is not limited to this.

또한 예를 들면 바이올로직스가 스크리닝에 사용될 수 있다. 바이올로직스는 세포 또는 바이오분자를 일컫는 것으로, 바이오분자란, 단백질, 핵산, 탄수화물, 지질 또는 생체내 및 생체외에서 세포 시스템 등을 이용하여 생산된 물질을 일컫는 것이다. 바이오분자를 단독으로 또는 다른 바이오분자 또는 세포와 조합으로 제공될 수 있다. 바이오분자는 예를 들면, 폴리뉴클레오타이드, 펩타이드, 항체, 또는 기타 혈장에서 발견되는 단백질 또는 생물학적 유기물질을 포함하는 것이다.Also, for example, biologics can be used for screening. Biologics refers to cells or biomolecules, and biomolecules refer to proteins, nucleic acids, carbohydrates, lipids, or substances produced using cell systems in vivo and in vitro. The biomolecule may be provided alone or in combination with other biomolecules or cells. Biomolecules include, for example, polynucleotides, peptides, antibodies, or other proteins or biological organisms found in plasma.

일 구현예에서 본원에 따른 방법에서 후보물질을 선별할 수 있는 증가 또는 감소는 당업자라면 본원에 개시된 결과 및 당업자의 상식을 고려하여 적절하게 선택할 수 있으며, 예를 들면 이로 제한하는 것은 아니나 시험물질과 접촉되지 않은 대조군과 비교하여 시험물질의 존재하에서 약 10% 증가 또는 감소, 약 20% 증가 또는 감소, 약 30% 증가 또는 감소, 약 40% 증가 또는 감소, 약 50% 증가 또는 감소, 약 60% 증가 또는 감소, 약 70% 증가 또는 감소, 약 80% 증가 또는 감소, 약 90% 증가 또는 감소, 약 100% 증가 또는 감소, 또는 그 이상 및 그 사이의 범위를 포함한다. In one embodiment, the increase or decrease that can select a candidate substance in the method according to the present application can be appropriately selected by those skilled in the art in consideration of the results disclosed herein and common knowledge of those skilled in the art, for example, but not limited thereto, with the test substance about 10% increase or decrease, about 20% increase or decrease, about 30% increase or decrease, about 40% increase or decrease, about 50% increase or decrease, about 60% in the presence of the test substance as compared to an uncontacted control increase or decrease, increase or decrease by about 70%, increase or decrease by about 80%, increase or decrease by about 90%, increase or decrease by about 100%, or more and ranges therebetween.

본원에 따른 방법에 의해 선별된 후보물질은 앞서 언급한 바와 같이, 암, 자가면역 질환, 심장 질환과 같은 다양한 질환의 치료제로 개발/사용될 수 있다.As mentioned above, the candidate material selected by the method according to the present application may be developed/used as a therapeutic agent for various diseases such as cancer, autoimmune disease, and heart disease.

본원에서 사용된 용어 "치료"란 질환, 또는 질환으로 인한 증상 또는 상태의 억제, 제거, 경감, 완화, 개선, 및/또는 예방을 포함하는 개념이다. As used herein, the term “treatment” is a concept including the inhibition, elimination, alleviation, alleviation, amelioration, and/or prevention of a disease, or a symptom or condition caused by the disease.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, examples are presented to help the understanding of the present invention. However, the following examples are provided for easier understanding of the present invention, and the present invention is not limited thereto.

실시예Example

실험방법 및 실험재료Experimental methods and materials

세포 배양cell culture

HEK293, H1299, SW620 세포는 Zell Shield(Minerva Biolabs GmbH) 1%, 10% FBS가 첨가된 DMEM 배지(Welgene, LM001-05), 또는 RPMI-1640 배지(Welgene, LM011-01)에서 배양되었다. 마이코플라즈마가 없는 조건을 보장하기 위해, 일상적으로 모든 세포의 마이코플라즈마 검사를 수행하였다. 과발현 실험의 경우 리포펙타민 3000(Life Technologies, 100022052)과 Gene In(Global Stem, catalog# 73802, 73012)을 사용하여 제조사가 권장한 실험방법에 따라 트랜스펙션을 유도하였다. 세포는 컬쳐 기준 48-72시간 이후에 수확하거나 트랜스펙션 기준 24-36시간 이후에 수확하였다. 표기되지 않은 경우 일반 배지에 배양하였다. 당 결핍 실험의 경우 세포를 PBS(Welgene, LB001-02)로 두 차례 씻어주고 당 성분이 제거된 DMEM(Welgene, LM001-56) 또는 RPMI1640(Welgene, LM011-60)에 투석된 FBS(TCB, 101DI)를 섞어서 처리하였다. HEK293, H1299, SW620 cells were cultured in DMEM medium (Welgene, LM001-05) supplemented with Zell Shield (Minerva Biolabs GmbH) 1%, 10% FBS, or RPMI-1640 medium (Welgene, LM011-01). To ensure mycoplasma-free conditions, all cells were routinely tested for mycoplasma. For overexpression experiments, transfection was induced by using Lipofectamine 3000 (Life Technologies, 100022052) and Gene In (Global Stem, catalog# 73802, 73012) according to the experimental method recommended by the manufacturer. Cells were harvested 48-72 hours after culture or 24-36 hours after transfection. If not indicated, cultured in normal medium. In the case of glucose deprivation experiment, cells were washed twice with PBS (Welgene, LB001-02), and FBS (TCB, 101DI) dialyzed in DMEM (Welgene, LM001-56) or RPMI1640 (Welgene, LM011-60) from which sugar was removed. ) was mixed and treated.

CRISPR/Cas9을 이용한 ULK1-/- 세포 제작 Construction of ULK1-/- cells using CRISPR/Cas9

KO 세포를 만들기 위해 세포에 다음과 같은 서열을 가진 px330 plasmid를 트랜스펙션 하였다: ULK1 Fw-5’-AGCAGATCGCGGGCGCCATG-3’, Rv-5’-CATGGCGCCCGCGATCTGCT-3’. 트랜스펙션 이후에 각 세포를 분리하여 콜로니가 형성될 때까지 배양하고 그 이후에 분주하여 단백질 발현 및 genomic DNA 서열분석으로 KO 여부를 구분하였다. To generate KO cells, the cells were transfected with px330 plasmid with the following sequences: ULK1 Fw-5’-AGCAGATCGCGGGCGCCATG-3’, Rv-5’-CATGGCGCCCGCGATCTGCT-3’. After transfection, each cell was isolated and cultured until colonies were formed, and then divided into KOs by protein expression and genomic DNA sequencing.

LC-ETD-MS/MS 분석LC-ETD-MS/MS analysis

Flag-표지된 ULK1을 OGT와 함께 과발현하여 당화를 유도하였다. ULK1을 Flag-표지된 M2 비드로 정제하여 분리하였다. 단백질은 50 mM ammonium bicarbonate에 8M urea를 첨가하여 변형시키고 환원시킨 뒤 시스테인 thiol을 alkylation 시켰다. 이후에 trypsin을 사용하여 소화하고 LC-ETD-MS/MS을 진행하였다. Orbitrap Fusion Lumos 질량분석기(Thermo Fisher Scientific), nanoACQUITY UPLC(Waters), in-house packed capillary analytical column 과 trap column을 사용하여 ETD-MS/MS 데이터를 얻었다. Glycosylation was induced by overexpressing Flag-labeled ULK1 together with OGT. ULK1 was isolated by purification with Flag-labeled M2 beads. The protein was modified by adding 8M urea to 50 mM ammonium bicarbonate, reduced, and then alkylated with cysteine thiol. Then, it was digested using trypsin and LC-ETD-MS/MS was performed. ETD-MS/MS data were obtained using an Orbitrap Fusion Lumos mass spectrometer (Thermo Fisher Scientific), nanoACQUITY UPLC (Waters), in-house packed capillary analytical column and trap column.

플라스미드plasmid

px330 sgRNA 클로닝 벡터(Addgene, #42230)를 CRISPR/Cas9을 이용한 ULK1-/- 세포 구축에 사용하였다. 플라스미드 변이에 필요한 taq polymerase로 nPfu-Forte mutagenesis kit(Enzynomics, P410)을 사용하였다. The px330 sgRNA cloning vector (Addgene, #42230) was used to construct ULK1-/- cells using CRISPR/Cas9. The nPfu-Forte mutagenesis kit (Enzynomics, P410) was used as the taq polymerase required for plasmid mutation.

항체 및 시약Antibodies and Reagents

Beclin1 특이적 항체(NB110-87318)와 LC3B 특이적 항체(NB100-2220)는 Novus Biologicals에서 구입하였다. ULK1 특이적 항체(A7481), Flag 특이적 항체(F3165), ATG13 특이적 항체(SAB4200100), p-serine 특이적 항체(P5747), β-actin 특이적 항체(A1978), L-α-Phosphatidylinositol sodium salt(P0639)는 Sigma Aldrich에서 구입하였다. PP1 특이적 항체(sc-7482), mTOR 특이적 항체(sc-1549-R)는 Santa Cruz Biotechnology에서 구입하였다. ATG14L 특이적 항체(Ab173943), ATG101 특이적 항체(Ab105387), O-linked N-acetylglucosamine RL II 항체(Ab2739), OGT 특이적 항체(Ab96718)는 Abcam에서 구입하였다. p-S757 UKL1 특이적 항체(#6888), p-S555 ULK1 특이적 항체(#5869), p-T172 AMPK 특이적 항체(#2531), p-S2448 mTOR 특이적 항체(#2971S), VPS34 특이적 항체(#3811S)는 Cell Signaling에서 구입하였다. HA 특이적 항체(#MMS-101R)는 Covance에서 구입하였다. PP5 특이적 항체(A300-909A)는 Bethyl Laboratories에서 구입하였다. SWGA 비드(AL-1023S)는 Vector Laboratories에서 구입하였다. Torin 1(4247)과 tautomycetin(2305)은 Tocris에서 구입하였다.Beclin1-specific antibody (NB110-87318) and LC3B-specific antibody (NB100-2220) were purchased from Novus Biologicals. ULK1-specific antibody (A7481), Flag-specific antibody (F3165), ATG13-specific antibody (SAB4200100), p-serine-specific antibody (P5747), β-actin-specific antibody (A1978), L-α-Phosphatidylinositol sodium Salt (P0639) was purchased from Sigma Aldrich. PP1-specific antibody (sc-7482) and mTOR-specific antibody (sc-1549-R) were purchased from Santa Cruz Biotechnology. ATG14L-specific antibody (Ab173943), ATG101-specific antibody (Ab105387), O-linked N-acetylglucosamine RL II antibody (Ab2739), and OGT-specific antibody (Ab96718) were purchased from Abcam. p-S757 UKL1 specific antibody (#6888), p-S555 ULK1 specific antibody (#5869), p-T172 AMPK specific antibody (#2531), p-S2448 mTOR specific antibody (#2971S), VPS34 specific Red antibody (#3811S) was purchased from Cell Signaling. HA specific antibody (#MMS-101R) was purchased from Covance. PP5 specific antibody (A300-909A) was purchased from Bethyl Laboratories. SWGA beads (AL-1023S) were purchased from Vector Laboratories. Torin 1 (4247) and tautomycetin (2305) were purchased from Tocris.

공동면역침강실험Co-immunoprecipitation experiment

모든 세포는 4℃ PBS로 헹궈준 후에 수확하였다. EBC200 버퍼(50 mM Tris-HCl [pH 8.0], 0.2 M NaCl, 0.5% NP-40, protease 억제제)로 세포를 용해하였고 30분간 얼음에 보관하였다. 세포 용해액은 14,000 × g로 4℃에서 10분간 원심분리하여 펠렛을 제거하였고 Bio-Rad Protein Assay Dye Reagent Concentrate(Bio-Rad, #500-0006)를 사용하여 정량 및 표준화 하였다. 공동면역침강 실험에서는 세포 용해액에 먼저 표기된 항체를 2-4시간동안 처리한 후에 protein A-와 protein G-sepharose 비드(GE Healthcare)로 rotator에 1시간 보관하였다. 비드는 EBC200 버퍼로 5회 헹구고 SDS PAGE-loading buffer를 처리하여 끓였다. 이후 SDS-PAGE를 통해 블롯을 분석을 하였다. All cells were harvested after rinsing with PBS at 4°C. Cells were lysed with EBC200 buffer (50 mM Tris-HCl [pH 8.0], 0.2 M NaCl, 0.5% NP-40, protease inhibitor) and stored on ice for 30 minutes. The cell lysate was centrifuged at 14,000 × g at 4°C for 10 minutes to remove the pellet, and quantified and standardized using Bio-Rad Protein Assay Dye Reagent Concentrate (Bio-Rad, #500-0006). In the co-immunoprecipitation experiment, the labeled antibody was first treated with the cell lysate for 2-4 hours, and then stored in a rotator with protein A- and protein G-sepharose beads (GE Healthcare) for 1 hour. The beads were rinsed 5 times with EBC200 buffer and boiled with SDS PAGE-loading buffer. Then, the blot was analyzed by SDS-PAGE.

면역형광 분석법Immunofluorescence assay

세포를 코팅된 커버 슬립에서 키웠다. 면역형광 실험을 위해서 세포를 PBS로 두 번 씻어주고, 2% 포름알데히드로 30분 동안 고정시켰다. 세포를 0.1% triton-X 100이 첨가된 PBS로 2번 헹궈주었다. 항체의 침투를 위하여 세포를 0.5% triton-X 100 녹아져 있는 PBS에 5분 동안 인큐베이션 시킨 뒤, 항체의 비특이적인 결합을 막기 위하여 blocking buffer(5% BSA in 0.1% PBS-T)로 블로킹 시켜줬다. 일차 항체를 블로킹 용액에 넣어서 세포와 인큐베이션 시켰다. 이 후, 0.1% PBS-T용액으로 8번 씻어준 뒤 이차 항체(donkey anti-mouse IgG; AlexaFluor 488, AlexaFluor 594; donkey anti-rabbit IgG AlexaFluor 488, AlexaFluor 594, Invitrogen, blocking buffer로 1:200으로 희석)와 함께 1시간 인큐베이션 시켰다. 이후 다시 0.1% PBS-T용액으로 8회 씻어준 뒤, 벡타쉴드(vectashield)(H-1000)로 마운팅하고, 컨포컬 현미경(Carl Zeiss, LSM700)으로 사진을 얻었다. 자가포식작용 실험에서는 세포를 GFP-LC3/mCherry-GFP-LC3를 과발현하고 커버슬립에 sub-culture 한 후에 당 결핍을 주고 고정시켰다. 공편재화 실험에서는 세포를 HA-PP1/Flag-ULK1으로 과발현 시키고 커버슬립에 sub-culture 한 뒤에 당 결핍을 주고 고정시켰다. Cells were grown on coated coverslips. For immunofluorescence experiments, cells were washed twice with PBS and fixed with 2% formaldehyde for 30 minutes. The cells were washed twice with PBS containing 0.1% triton-X 100. For the penetration of the antibody, the cells were incubated in PBS with 0.5% triton-X 100 dissolved in them for 5 minutes, and then blocked with a blocking buffer (5% BSA in 0.1% PBS-T) to prevent non-specific binding of the antibody. . The primary antibody was placed in a blocking solution and incubated with the cells. After that, after washing 8 times with 0.1% PBS-T solution, the secondary antibody (donkey anti-mouse IgG; AlexaFluor 488, AlexaFluor 594; donkey anti-rabbit IgG AlexaFluor 488, AlexaFluor 594, Invitrogen, blocking buffer 1:200 dilution) and incubated for 1 hour. After washing again with 0.1% PBS-T solution 8 times, mounting with vectashield (H-1000), and taking a picture with a confocal microscope (Carl Zeiss, LSM700). In the autophagy experiment, cells overexpressed GFP-LC3/mCherry-GFP-LC3 and sub-cultured on coverslips were given glucose deficiency and fixed. In the colocalization experiment, cells were overexpressed with HA-PP1/Flag-ULK1, sub-cultured on coverslips, and fixed with glucose deficiency.

in vitroin vitro 인산화 실험 Phosphorylation experiment

ULK1 단백질을 HEK293 세포에서 Flag 특이적 M2 agarose affinity gel(Sigma)로 면역침강하였다. 결과물을 BC150(20 mM Tris-HCL, pH 7.9, 15% glycerol, 1 mM EDTA, 1mM DTT (dithiothreitol), 0.05% NP40, and 150 mM KCl)로 3회, BC300(20 mM Tris-HCL, pH 7.9, 15% glycerol, 1 mM EDTA, 1 mM DTT (dithiothreitol), 0.05% NP40, and 300 mM KCl)로 3회, 그리고 다시 BC150으로 3회 헹궈주었다. Flag 펩티드를 사용하여 affinity gel에서 용출하였다. His-ATG14L 단백질은 E. coli strain M15pRep에서 증폭시킨 뒤 Ni-NTA resin(QIAGEN)을 사용하여 정제하였다. ULK1과 ATG14L 단백질을 kinase assay buffer(10 mM HEPES at pH 7.4, 50 mM NaCl, 10 mM MgCl2, 10 mM MnCl2,1 mM DTT, protease inhibitors, 10 mM cold ATP, 샘플당 10 μCi [γ-32P] ATP)에 섞고 37℃에서 30분간 반응시킨 뒤에 SDS 샘플 버퍼를 넣어 반응을 종료시켰다. 이후 SDS-PAGE와 방사능 사진 측정을 통해 분석하였다. ULK1 protein was immunoprecipitated using Flag-specific M2 agarose affinity gel (Sigma) in HEK293 cells. The resultant was washed three times with BC150 (20 mM Tris-HCL, pH 7.9, 15% glycerol, 1 mM EDTA, 1 mM DTT (dithiothreitol), 0.05% NP40, and 150 mM KCl), BC300 (20 mM Tris-HCL, pH 7.9) , 15% glycerol, 1 mM EDTA, 1 mM DTT (dithiothreitol), 0.05% NP40, and 300 mM KCl) three times, and then again three times with BC150. It was eluted from affinity gel using Flag peptide. His-ATG14L protein was amplified in E. coli strain M15pRep and purified using Ni-NTA resin (QIAGEN). ULK1 and ATG14L proteins were mixed with kinase assay buffer (10 mM HEPES at pH 7.4, 50 mM NaCl, 10 mM MgCl 2 , 10 mM MnCl 2 , 1 mM DTT, protease inhibitors, 10 mM cold ATP, 10 μCi per sample [γ- 32] P] ATP) and reacted at 37°C for 30 minutes, and then SDS sample buffer was added to terminate the reaction. Then, it was analyzed by SDS-PAGE and radiographic measurements.

in vitroin vitro VSP34 지질인산화 실험 VSP34 Lipid Phosphorylation Experiment

Flag-표지된 VSP34를 발현시킨 HEK293 세포를 Flag 특이적 M2-agarose affinity gel을 사용하여 면역침강하고 NP-40 버퍼로 헹궈준 후에 TBS 버퍼(150 mM NaCl, 50 mM Tris-HCl [pH 7.4])에 3xFlag 펩티드를 희석하여 용출시켰다. 이후에 샘플을 인산화 실험 버퍼(20 mM HEPES [pH 7.4], 1 mM EGTA, 0.4 mM EDTA, and 5 mM MgCl2)에 넣고 10분간 안정화 시킨 뒤에 10 mM MnCl2과 2 mg sonicated phosphatidylinositol(Sigma), 10 μCi [ATP-32P]와 1 mM cold ATP를 섞고 15분간 상온에서 반응시켰다. 10 μl 1M HCl을 넣어서 반응을 종료하고 2x 부피만큼의 methanol/CHCl3(1:1)을 넣고 vortexing 한 뒤에 원심분리하여 유기용액 부분을 TLC(Analtech)에 옮기고 resolution 버퍼(CHCl3 / methanol / NH4OH (30%) / water (129:100:4.29:24))에 바닥만 닿게 담가두었다. 반응이 완료된 이후 방사능 사진 측정을 하였다.HEK293 cells expressing Flag-labeled VSP34 were immunoprecipitated using Flag-specific M2-agarose affinity gel, rinsed with NP-40 buffer, and then rinsed with TBS buffer (150 mM NaCl, 50 mM Tris-HCl [pH 7.4]). 3xFlag peptide was diluted and eluted. Thereafter, the sample was placed in phosphorylation buffer (20 mM HEPES [pH 7.4], 1 mM EGTA, 0.4 mM EDTA, and 5 mM MgCl 2 ) and stabilized for 10 minutes, followed by 10 mM MnCl 2 and 2 mg sonicated phosphatidylinositol (Sigma), 10 μCi [ATP- 32 P] and 1 mM cold ATP were mixed and reacted at room temperature for 15 minutes. Add 10 μl 1M HCl to complete the reaction, add 2x volume of methanol/CHCl 3 (1:1), vortex, and centrifuge to transfer the organic solution to TLC (Analtech) and resolution buffer (CHCl 3 / methanol / NH 4 OH (30%) / water (129:100:4.29:24)) was soaked so that only the bottom touched. After the reaction was completed, radiographic measurements were taken.

In vitroin vitro OGT 실험 OGT experiment

재조합형의 Flag-OGT 단백질을 HEK293 세포에서 정제하고 재조합형의 6XHis-tagged ULK1 단백질을 E. coli에서 정제하여 반응 버퍼(50 mM Tris-HCl pH 7.5, 12.5 mM MgCl2, 2 mM UDP-GlcNAc, 1 mM DTT)에 섞어서 샘플 당 총 부피 25 μl이 되도록 하였다. 샘플을 37℃에서 24시간 동안 반응시키고 SDS-PAGE을 실행한 뒤 PVDF에 블로팅 하고 O-GlcNAc 특이적 항체로 ULK1의 O-GlcNAc을 탐지하였다. Recombinant Flag-OGT protein was purified from HEK293 cells, and recombinant 6XHis-tagged ULK1 protein was purified from E. coli in reaction buffer (50 mM Tris-HCl pH 7.5, 12.5 mM MgCl 2 , 2 mM UDP-GlcNAc, 1 mM DTT) to a total volume of 25 μl per sample. The sample was reacted at 37° C. for 24 hours, SDS-PAGE was performed, blotted on PVDF, and O-GlcNAc of ULK1 was detected with an O-GlcNAc specific antibody.

수량화 및 통계분석Quantification and Statistical Analysis

모든 실험은 최소 세 차례 같은 방식 및 비의존적인 방식으로 진행하였다. mean ± SEM 로 표현하였다. 유의미성 분석은 GraphPad Prism 소프트웨어를 사용하여 one-tailed unpaired t-test 또는 one-way ANOVA 방식으로 진행하였다. P<0.05를 통계적으로 유의미하다고 정의하였다. *p < 0.01, **p < 0.001, ***p < 0.0001.All experiments were conducted at least three times in the same manner and in an independent manner. It was expressed as mean±SEM. Significance analysis was performed using GraphPad Prism software in one-tailed unpaired t-test or one-way ANOVA method. P <0.05 was defined as statistically significant. *p < 0.01, **p < 0.001, ***p < 0.0001.

실시예 1. OGT에 의한 ULK1 트레오닌 754 잔기에서 O-GlcNAcylation 규명Example 1. Identification of O-GlcNAcylation at ULK1 threonine 754 residue by OGT

ULK1은 자가포식작용의 개시단계에서 중요한 조절자로 기능하기 때문에 ULK1를 조절하는 상위조절자를 규명하는 것이 필요하다. 예상치 못하게 ULK1와 OGT가 서로 결합하는 것을 관찰했다. ULK1 특이적 항체를 사용한 공동면역침강실험을 통해 ULK1과 OGT가 내인적으로 결합하는 것을 확인하였다(도 1A). 이어 CRISPR/Cas9를 이용하여 ULK1-/- HEK293 세포를 제작하고 ULK1과 OGT가 야생형 세포에서만 특이적으로 결합하는 것을 확인하였다(도 1B). 이를 바탕으로 ULK1가 OGT의 타겟일 가능성을 타진해 보았다. ULK1에 O-GlcNAcylation이 일어나는지 확인하기 위해 in vitro OGT 실험을 진행하였다. OGT가 도입되었을 때 ULK1의 O-GlcNAc이 증가하는 것을 확인하였다(도 1C). 또한 OGA 억제제인 Thiamet G를 처리하였을 때 ULK1의 전체 단백질량은 변화하지 않으면서 ULK1의 O-GlcNAcyation이 증가하는 것을 확인하였다(도 1D). Since ULK1 functions as an important regulator in the initiation of autophagy, it is necessary to identify upstream regulators regulating ULK1. Unexpectedly, we observed that ULK1 and OGT bind to each other. It was confirmed that ULK1 and OGT bind endogenously through a co-immunoprecipitation experiment using a ULK1-specific antibody (FIG. 1A). Subsequently, ULK1-/- HEK293 cells were prepared using CRISPR/Cas9, and it was confirmed that ULK1 and OGT bind specifically only to wild-type cells ( FIG. 1B ). Based on this, the possibility of ULK1 being the target of OGT was investigated. In order to confirm whether O-GlcNAcylation occurs in ULK1, an in vitro OGT experiment was performed. It was confirmed that O-GlcNAc of ULK1 increased when OGT was introduced ( FIG. 1C ). In addition, it was confirmed that the O-GlcNAcyation of ULK1 was increased when Thiamet G, an OGA inhibitor, was treated without changing the total protein amount of ULK1 ( FIG. 1D ).

다음으로 ULK1에 O-GlcNAcyation이 일어나는 위치를 찾아보기로 하였다. 여러 ULK1 결손 돌연변이에서 O-GlcNAcylation 여부를 확인하였다. 야생형, 279-833 아미노산이 결손된 △279-833 돌연변이, 1-600 아미노산, 그리고 279-833 아미노산 돌연변이들을 HEK293 세포에 과발현하고 면역침강실험을 수행하여 O-GlcNAc 밴드를 탐지하였다. ULK1이 601-833 아미노산 영역에서만 O-GlcNAcylation 되는 것을 확인하였다(도 1E). 최근 연구에서 ULK1이 두 개의 다른 사이트인 트레오닌 635와 트레오닌 754에서 O-GlcNAc 된다는 사실이 보고되었으나(Ruan et al., 2017), 본 연구에서는 둘 중 트레오닌 754 잔기가 압도적으로 강하게 O-GlcNAcylation 되는 것을 확인하였다(도 1F). 정확한 O-GlcNAcylation 사이트를 확인하기 위해 electron dissociation(ETD) 질랑분석을 진행하였고 ULK1가 진화적으로 보존된 자리인 트레오닌 754 잔기에 O-GlcNAcylation 되는 것을 확인하였다(도 1G, 1H). Next, it was decided to find the location where O-GlcNAcyation occurs in ULK1. O-GlcNAcylation was confirmed in several ULK1 deletion mutants. Wild-type, Δ279-833 mutant lacking 279-833 amino acids, 1-600 amino acids, and 279-833 amino acid mutations were overexpressed in HEK293 cells, and an O-GlcNAc band was detected by performing an immunoprecipitation experiment. It was confirmed that ULK1 is O-GlcNAcylation only in the 601-833 amino acid region (FIG. 1E). In a recent study, it was reported that ULK1 is O-GlcNAc at two different sites, threonine 635 and threonine 754 (Ruan et al., 2017), but in this study, threonine 754 residue was overwhelmingly strongly O-GlcNAcylated. was confirmed (FIG. 1F). Electron dissociation (ETD) analysis was performed to confirm the exact O-GlcNAcylation site, and it was confirmed that O-GlcNAcylation was performed at the threonine 754 residue, which is an evolutionarily conserved site of ULK1 (FIGS. 1G, 1H).

이와 더불어 세 종류의 다른 트레오닌 754 돌연변이(T754A, T754N, T754Y)를 시험해보기로 하였다. 먼저, 트레오닌 잔기를 알라닌으로 변이시켰다. 여기서 T754는 mTOR에 의존적으로 인산화되는 세린 757(S757)과 매우 근접하기 때문에 mTOR의 알려진 타겟 모티프 서열에 상응하는 아스파라긴(N)과 티로신(Y)으로도 변이시켰다(Hsu et al., 2011). mTOR에 의존적인 인산화를 고려하게 된 까닭은 기존 연구에 따르면 정상적인 상황에서 mTOR가 ULK1를 인산화 시키지만 영양소 결핍 상황이 되면 mTOR에 의한 ULK1 인산화가 사라지면서 비활성 상태를 해재시키기 때문이다(Kim et al., 2011). 그러므로 여러 mTOR에 의한 인산화가 정상적으로 일어나도록 mTOR 타겟 모티프에 상응하는 보존된 잔기을 가진 T754 돌연변이를 제작하게 되었다. 공동면역침강 실험을 통해 ULK1의 O-GlcNAcylation이 야생형 ULK1에서만 일어나고 T754Y, T754N, T754A에서는 O-GlcNAcylation이 일어나지 않은 것을 확인하였고, 이는 ETD 질량분석 데이터와 일치하는 결과이기도 하다(도 1I). 연구도중 예상치 못하게 T754A 돌연변이가 S757 인산화 다이나믹스가 손실된 것을 확인하였고, 이는 OGT에 의한 O-GlcNAcylation과 mTOR에 의한 인산화 사이의 연관성을 관찰하는데 적절치 못하다고 판단하였다. 따라서 ULK1의 O-GlcNAc 기능연구에 T754N 돌연변이를 사용하기로 하였다. In addition, three other threonine 754 mutations (T754A, T754N, T754Y) were to be tested. First, the threonine residue was mutated to alanine. Here, since T754 is very close to mTOR-dependent phosphorylated serine 757 (S757), asparagine (N) and tyrosine (Y) corresponding to the known target motif sequence of mTOR were also mutated (Hsu et al., 2011). The reason for considering mTOR-dependent phosphorylation is that, according to previous studies, mTOR phosphorylates ULK1 under normal conditions, but when nutrient deficiency occurs, mTOR phosphorylation of ULK1 by mTOR disappears and releases the inactive state (Kim et al., 2011). Therefore, a T754 mutant with a conserved residue corresponding to the mTOR target motif was constructed so that phosphorylation by several mTORs occurs normally. Through the co-immunoprecipitation experiment, it was confirmed that O-GlcNAcylation of ULK1 occurred only in wild-type ULK1 and that O-GlcNAcylation did not occur in T754Y, T754N, and T754A, which is also consistent with the ETD mass spectrometry data (FIG. 1I). During the study, it was confirmed that the T754A mutation unexpectedly lost the S757 phosphorylation dynamics, which was judged to be inappropriate for observing the association between O-GlcNAcylation by OGT and phosphorylation by mTOR. Therefore, it was decided to use the T754N mutation to study the O-GlcNAc function of ULK1.

실시예 2. 증가된 ULK1 O-GlcNAcylation이 당 결핍 상황에서 오토파고좀 형성과 양의 상관관계를 규명Example 2. Investigation of positive correlation between increased ULK1 O-GlcNAcylation and autophagosome formation in a sugar-deficient situation

ULK1의 활성은 대부분 영양분의 유효성에 따라 달라지며, 당 결핍과 같은 영양분의 결핍 상황은 ULK1의 활성을 증가시킨다(Kim et al., 2011; Shang and Wang, 2011). 그러므로 ULK1와 OGT의 상호작용이 당 결핍에 의한 영향을 받는지 실험하기로 하였다. H1299, HEK293, 그리고 SW620 세포주에서 확인한 결과 ULK1과 OGT의 결합이 당 결핍 상황에서 증가하는 것을 확인하였다(도 2A). 동시에 ULK1의 O-GlcNAc 수치가 당 결핍 상황에서 증가하는 것을 확인하였으며(도 2B), LC3 II 변환의 증가와 함께 일어나는 것을 확인하였다. 이는 세포에서 ULK1의 O-GlcNAcylation이 자가포식작용의 진행과 양의 상관관계를 이룬다는 것을 뜻한다. 더 나아가 우리는 당 수치가 ULK1 O-GlcNAcylation 수치와 음의 상관관계를 가질 것이며 당을 다시 첨가했을 때 ULK1 의 O-GlcNAc 수치를 다시 떨어트릴 것이라고 예측하였다. 예상대로 당 결핍에 이은 당 수치 복원은 ULK1의 변형을 다시 원점으로 돌려놓았다(도 2C). 또한 UDP-GlcNAc을 모방하는 free N-acetyl D-glucosamine(NADG)를 처리하였을 때 ULK1 O-GlcNAcylation 밴드가 감소하고, ULK1-/- HEK293 세포에서는 이러한 현상이 일어나지 않는 것을 SWGA 비드를 사용해 확인하였다(도 2D).The activity of ULK1 largely depends on the effectiveness of nutrients, and nutrient deficiency conditions such as sugar deficiency increase the activity of ULK1 (Kim et al., 2011; Shang and Wang, 2011). Therefore, it was decided to test whether the interaction between ULK1 and OGT is affected by glucose deficiency. As a result of confirming in H1299, HEK293, and SW620 cell lines, it was confirmed that the binding of ULK1 and OGT was increased in a glucose-deficient situation (FIG. 2A). At the same time, it was confirmed that the O-GlcNAc level of ULK1 increased in the glucose-deficient situation ( FIG. 2B ), and it was confirmed that it occurred with the increase of LC3 II conversion. This means that O-GlcNAcylation of ULK1 in cells positively correlates with the progression of autophagy. Furthermore, we predicted that the sugar level would have a negative correlation with the ULK1 O-GlcNAcylation level and that re-addition of sugar would lower the ULK1 O-GlcNAc level again. As expected, restoration of glucose levels following glucose deprivation reversed the modification of ULK1 (Fig. 2C). In addition, it was confirmed using SWGA beads that the ULK1 O-GlcNAcylation band decreased when free N-acetyl D-glucosamine (NADG) mimicking UDP-GlcNAc was treated, and that this phenomenon did not occur in ULK1-/- HEK293 cells ( Figure 2D).

더 나아가 OGT의 녹다운이 ULK1 O-GlcNAcylation을 감소시키며 이는 자가포식작용의 억제로 이어지는지 보고자 하였다. 먼저, ULK1 O-GlcNAcylation 수치가 siRNA를 이용한 OGT 녹다운 상황에서 현저히 감소하는 것을 확인하였다(도 2E). 다음으로, GFP-LC3 puncta를 자가포식작용 진행 마커로 활용하였다. GFP-LC3 puncta가 OGT 수치가 떨어졌을 때 현저히 감소하는 것을 확인하였다. 이는 OGT 녹다운이 오토파고좀 형성을 저해했다는 것으로 해석된다(도 2F, 2G). ULK1의 O-GlcNAcylation이 오토파고좀 형성을 조절하는지 더 정확히 분석하기 위해 siRNA를 사용하여 ULK1을 녹다운 시키고 siRNA에 저항성을 가진 야생형 또는 T754N 돌연변이 ULK1를 복원하였다. mCherry-GFP-LC3 리포터를 사용해 전체 LC3 puncta 형성과 자가포식작용 진행정도를 확인하기로 하였다. 이 리포터는 리소좀 내부와 같은 산성 환경에서 GFP 시그널이 감소하지만 mCherry 시그널은 보존된다. 그러므로 이 리포터는 오토파고좀(GFP+/mCherry+ yellow puncta)과 오토리소좀(GFP/mCherry+ red puncta)을 구분하는데 유용한 도구이다. 실험한 결과 T754N에서 총 오토파고좀 개수와 총 오토리소좀 개수가 야생형에서보다 현저히 감소한 것을 확인하였다(도 2H). 이를 통해 ULK1 O-GlcNAcylation이 오토파고좀 형성을 유도하는 것을 알 수 있다. 오토파고좀과 리소좀의 융합을 억제하는 억제제인 Bafilomycin A1을 사용하여 자가포식작용 진행여부를 가늠해 보았다. Bafilomycin A1을 처리하였을 때 야생형과 T754N 돌연변이 세포에서 유의미하게 증가하였다. 리소좀과 융합을 하지 못해 오토파고좀 개수가 증가한 것을 보아 ULK1 O-GlcNAcylation의 기능은 오토파고좀과 리소좀의 융합이 아닌 초기의 오토파고좀 진행에 기여한다는 것을 알 수 있었다(도 2H).Furthermore, we wanted to see if knockdown of OGT reduces ULK1 O-GlcNAcylation, which leads to inhibition of autophagy. First, it was confirmed that the ULK1 O-GlcNAcylation level was significantly reduced in the OGT knockdown situation using siRNA (FIG. 2E). Next, GFP-LC3 puncta was used as a marker for autophagy progression. It was confirmed that the GFP-LC3 puncta was significantly reduced when the OGT level fell. It is interpreted that OGT knockdown inhibited autophagosome formation (FIGS. 2F, 2G). To more accurately analyze whether O-GlcNAcylation of ULK1 regulates autophagosome formation, siRNA was used to knockdown ULK1 and siRNA-resistant wild-type or T754N mutant ULK1 was restored. It was decided to check the overall LC3 puncta formation and the progress of autophagy by using the mCherry-GFP-LC3 reporter. This reporter decreases the GFP signal in an acidic environment, such as inside the lysosome, but preserves the mCherry signal. Therefore, this reporter is a useful tool to differentiate between autophagosomes (GFP+/mCherry+ yellow puncta) and autolysosomes (GFP/mCherry+ red puncta). As a result of the experiment, it was confirmed that the total number of autophagosomes and the total number of autolysosomes were significantly reduced in T754N than in the wild type (FIG. 2H). Through this, it can be seen that ULK1 O-GlcNAcylation induces autophagosome formation. Using Bafilomycin A1, an inhibitor that inhibits the fusion of autophagosome and lysosome, was used to evaluate the progress of autophagy. It was significantly increased in wild-type and T754N mutant cells when treated with Bafilomycin A 1 . As the number of autophagosomes increased due to inability to fuse with lysosomes, it was found that the function of ULK1 O-GlcNAcylation contributes to the initial progression of autophagosomes, not autophagosomes and lysosomes (FIG. 2H).

실시예 3. ULK1의 탈인산화와 O-GlcNAcylation이 순서대로 발생하는 것을 규명Example 3. Investigation that dephosphorylation of ULK1 and O-GlcNAcylation occur sequentially

한 연구에 따르면 고효율 질량분석을 통해 711개의 인산화된 펩티드로 인산화 다이나믹스를 수치화 하였을 때 O-GlcNAcylation 증가는 280개의 인산화 펩티드의 인산화 감소로 이어진 반면 148개의 인산화 펩티드의 인산화가 증가되었다(Wang et al., 2008). 이 두 종류의 변형간에 누화는 동일하거나 가까운 잔기에 대하여 원자의 공간적 배치에 따른 위치적인 경쟁에 의해 비롯되어 한 종류의 변형이 다른 종류의 변형에 영향을 준 것일 수도 있다. ULK1는 영양분이 충분한 상황에서 mTOR에 의해 S757에 인산화 되는 것이 알려져 있으므로, 이러한 O-GlcNAcylation 과 인산화 사이의 크로스톡이 ULK1에 적용되는지 보고자 하였다(Hwang et al., 2017; Kim et al., 2011). S757은 O-GlcNAc 사이트와 겨우 세 개의 아미노산만큼 떨어져 있으며, 영양분 결핍 상황에서 이 S757 인산화가 확연히 감소한다는 점이 알려져 있다(Kim et al., 2011). 먼저 ULK1의 S757 인산화 감소가 T754의 O-GlcNAc 증가와 동시에 일어나는 것으로 보아 이 두 종류의 변형이 서로 크로스톡을 할 가능성이 있음을 나타낸다(도 3A). 또한 ULK1과 mTOR 사이의 결합이 당 결핍 상황에서 감소하는 것을 확인하였다(도 3A). According to one study, when phosphorylation dynamics were quantified with 711 phosphorylated peptides through high-efficiency mass spectrometry, an increase in O-GlcNAcylation led to a decrease in phosphorylation of 280 phosphorylated peptides, while phosphorylation of 148 phosphorylated peptides increased (Wang et al. , 2008). Crosstalk between these two types of modifications may be caused by positional competition according to the spatial arrangement of atoms for the same or close residues, so that one type of modification affects the other type of modification. Since ULK1 is known to be phosphorylated at S757 by mTOR under conditions of sufficient nutrients, we wanted to see if the crosstalk between O-GlcNAcylation and phosphorylation is applied to ULK1 (Hwang et al., 2017; Kim et al., 2011). . S757 is only three amino acids away from the O-GlcNAc site, and it is known that S757 phosphorylation is significantly reduced in nutrient deprivation conditions (Kim et al., 2011). First, the decrease in S757 phosphorylation of ULK1 coincides with the increase in O-GlcNAc of T754, indicating that these two types of modifications are likely to crosstalk with each other (FIG. 3A). In addition, it was confirmed that the binding between ULK1 and mTOR was decreased in the situation of glucose deficiency ( FIG. 3A ).

위의 증거를 바탕으로 ULK1의 O-GlcNAcylation과 인산화 사이에 어떠한 상관관계가 있는지 보고자 하였다. mTOR에 의한 ULK1의 인산화는 영양분이 충분한 상황에서 ULK1의 활성을 저해하는 것이 알려져 있다. 그러므로 세포에 mTOR의 억제제인 Torin 1을 처리해 보았을 때, mTOR에 의한 ULK1의 인산화가 감소하는 반면 T754의 O-GlcNAcylation은 증가하는 것을 관찰하였다(도 3B). 다음으로 이러한 음의 상관관계가 성립되려면 mTOR의 활성화 돌연변이를 과발현 하면 O-GlcNAcylation을 반전시킬 수 있을 것이라 추측하고 해당 실험을 진행하였다. 활성화 mTOR 돌연변이(mTOR CA)는 네 곳의 잔기(I2017T, V2198A, L2216H, and L2260P)를 변형시켜서 제작하였다(Das et al., 2011). mTOR CA 돌연변이를 사용하여 ULK1의 O-GlcNAcylation이 반전되는 것을 확인하였다. ULK1의 O-GlcNAcylation은 mTOR CA의 발현량에 상응하여 감소하였으며 옆의 인산화는 mTOR CA의 발현량에 상응하여 증가하였다(도 3C). 이를 통해 ULK1의 T754 O-GlcNAcylation과 S757 인산화가 번갈아 그리고 가역적으로 일어난다는 것을 알 수 있다. 추가적으로 당 결핍 상황에서 야생형과 돌연변이 ULK1의 O-GlcNAcylation과 인산화를 확인하기로 하였다. 예상한대로 T754N과 S757D(S757 인산화 모방) 돌연변이에서 O-GlcNAcylation이 되지 않는 반면 야생형과 S757A 돌연변이에서 O-GlcNAcylation이 일어나는 것을 관찰하였다(도 3D). 이러한 결과는 당 결핍 상황에서 탈인산화와 O-GlcNAcylation이 순차적으로 일어난다는 사실을 뒷받침 한다. 결국 ULK1 S757의 인산화가 확연히 감소해야 O-GlcNAcylation 이 일어나는 것이다. Based on the above evidence, we wanted to report what kind of correlation there is between O-GlcNAcylation and phosphorylation of ULK1. It is known that phosphorylation of ULK1 by mTOR inhibits the activity of ULK1 in the context of sufficient nutrients. Therefore, when cells were treated with Torin 1, an inhibitor of mTOR, phosphorylation of ULK1 by mTOR was decreased while O-GlcNAcylation of T754 was increased ( FIG. 3B ). Next, in order to establish such a negative correlation, overexpression of an activating mutation of mTOR could reverse O-GlcNAcylation, and the experiment was carried out. The activating mTOR mutant (mTOR CA) was constructed by modifying four residues (I2017T, V2198A, L2216H, and L2260P) (Das et al., 2011). It was confirmed that the O-GlcNAcylation of ULK1 was reversed using the mTOR CA mutation. O-GlcNAcylation of ULK1 decreased corresponding to the expression level of mTOR CA, and lateral phosphorylation increased corresponding to the expression level of mTOR CA ( FIG. 3C ). Through this, it can be seen that T754 O-GlcNAcylation and S757 phosphorylation of ULK1 occur alternately and reversibly. Additionally, we decided to check O-GlcNAcylation and phosphorylation of wild-type and mutant ULK1 under glucose-deficient conditions. As expected, it was observed that O-GlcNAcylation did not occur in the T754N and S757D (S757 phosphorylation mimics) mutants, whereas O-GlcNAcylation occurred in the wild-type and S757A mutants (FIG. 3D). These results support the fact that dephosphorylation and O-GlcNAcylation occur sequentially in the situation of glucose deficiency. Ultimately, O-GlcNAcylation occurs only when phosphorylation of ULK1 S757 is significantly reduced.

다음으로, ULK1의 탈인산화를 도모하는 탈인산화 효소가 있을 것이라 예측했다. 당 결핍 상황에서 ULK1과의 결합을 비교한 결과 PP2A나 PP5보다 PP1이 가장 강한 결합력을 보였다(도 3E). 또한 PP5를 녹다운 했을 때 LC3 II의 수치가 증가하는 것으로 미루어 보아 PP5는 자가포식작용의 방향과 맞지 않았고 반면 PP1 녹다운은 LC3 II의 감소를 유도하여 PP1이 가장 가능성이 높은 탈인산화효소로 지목되었다. 비록 PP1의 총 단백질량은 변함이 없었지만 PP1과 ULK1간의 결합이 당 결핍 상황에서 증가하였다(도 3F). 두 분자간의 결합이 증가하면서 ULK1의 S757 인산화도 감소하였는데 이는 PP1에 의한 탈인산화 작용에 의한 것일 가능성이 있었다. 더 나아가 ULK1과 PP1 사이의 상호작용이 면역염색실험으로 증명되었다. 영양분이 충분한 상황에서 ULK1과 PP1은 결합하지 않았으나 당 결핍 상황에서 두 분자간의 결합이 증가하였다. ULK1과 PP1의 결합을 확인한 뒤에 PP1을 녹다운 하여 ULK1의 O-GlcNAcylation에 어떠한 영향을 주는지 보기로 하였다. 실제로 당 결핍 상황에서 PP1의 부재로 인해 ULK1의 O-GlcNAcylation이 현저히 감소하였다(도 3G).Next, we predicted that there would be a dephosphorylation enzyme that promotes the dephosphorylation of ULK1. As a result of comparing binding to ULK1 in a glucose-deficient situation, PP1 showed the strongest binding force than PP2A or PP5 (FIG. 3E). Also, judging from the fact that the level of LC3 II increased when PP5 was knocked down, PP5 did not match the direction of autophagy, whereas PP1 knockdown induced a decrease in LC3 II, suggesting that PP1 was the most likely dephosphorylation enzyme. Although the total protein amount of PP1 did not change, the binding between PP1 and ULK1 was increased in the sugar-deficient situation (FIG. 3F). As the binding between the two molecules increased, the phosphorylation of S757 of ULK1 was also decreased, which may be due to dephosphorylation by PP1. Furthermore, the interaction between ULK1 and PP1 was demonstrated by immunostaining experiments. In the case of sufficient nutrients, ULK1 and PP1 did not bind, but in the case of glucose deficiency, the binding between the two molecules was increased. After confirming the binding of ULK1 and PP1, PP1 was knocked down to see how it affects O-GlcNAcylation of ULK1. In fact, O-GlcNAcylation of ULK1 was significantly reduced due to the absence of PP1 in the glucose-deficient situation (FIG. 3G).

이번에는 이러한 탈인산화 현상이 PP1에 의해 특이적으로 일어나는지 보기 위해 PP1 특이적 억제제인 tautomycetin(TMC)를 처리하였다. 당 결핍 상황에서 TMC를 처리하나 결과 ULK1의 O-GlcNAcylation이 유의미하게 감소한 것으로 보아(도 3H) 당 결핍 상황에서 탈인산화 현상이 O-GlcNAcylation에 필수적이라는 것을 알 수 있다. 더 나아가 PP1의 과발현은 ULK1과 OGT 사이의 결합을 유도하였다(도 3I). 이에 따라 PP1의 과발현 정도에 따라 ULK1의 O-GlcNAcylation이 그에 상응하게 증가하였고 S757 인산화는 확연하게 감소하였다(도 3J). 이것으로 미루어 보아 PP1에 의한 ULK1 탈인산화는 ULK1과 OGT의 결합을 증가시켜 ULK1의 O-GlcNAcylation을 촉진한다는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 당 결핍 상황에서 ULK1이 mTOR로부터 분리되는 것만으로는 ULK1의 O-GlcNAcylation이 유도될 수 없으며 PP1에 의한 활발한 탈인산화가 이루어져야 ULK1과 OGT간의 결합이 가능해진다는 추가적인 단서를 제공하였다. 또한 PP1의 과발현은 mTOR에 의한 ULK1 O-GlcNAcylation 억제를 반전시킬 수 있었다(도 3K). 이 결과에 따라 앞서 도 2F에서처럼 OGT를 녹다운 했을 때 오토파고좀 형성이 억제 되었듯이 PP1을 녹다운 했을 때 오토파고좀 형성이 억제될 것이라고 예측하고 실험을 진행하였다. 예상한 바와 같이 PP1을 녹다운 하였을 때 당 결핍 상황에서 GFP-LC3의 puncta가 현저히 감소하는 것을 확인하였다(도 3L). 종합하면, 이러한 결과는 단순히 ULK1과 PP1의 밀접한 상관관계를 증명했을 뿐만 아니라 당 결핍 상황에서 PP1이 ULK1과 결합하여 다니면서 ULK1이 탈인산화 된 상태로 유지시켜 줌으로서 ULK1상에서 OGT에 의한 O-GlcNAcylation과 mTOR에 의한 인산화 사이의 문지기 역할을 한다는 것을 증명하였다.This time, tautomycetin (TMC), a PP1-specific inhibitor, was treated to see if this dephosphorylation was specifically caused by PP1. TMC was treated in the glucose-deficient situation, but as a result, O-GlcNAcylation of ULK1 was significantly reduced (FIG. 3H), indicating that dephosphorylation is essential for O-GlcNAcylation in the glucose-deficient situation. Furthermore, overexpression of PP1 induced binding between ULK1 and OGT ( FIG. 3I ). Accordingly, according to the degree of overexpression of PP1, O-GlcNAcylation of ULK1 was increased correspondingly, and phosphorylation of S757 was significantly decreased ( FIG. 3J ). From this, it can be seen that dephosphorylation of ULK1 by PP1 increases the binding of ULK1 and OGT, thereby promoting O-GlcNAcylation of ULK1. These results provided an additional clue that O-GlcNAcylation of ULK1 cannot be induced only by the separation of ULK1 from mTOR in a glucose-deficient situation, and that binding between ULK1 and OGT is possible only through active dephosphorylation by PP1. In addition, overexpression of PP1 was able to reverse the inhibition of ULK1 O-GlcNAcylation by mTOR ( FIG. 3K ). According to this result, it was predicted that autophagosome formation would be inhibited when PP1 was knocked down, just as autophagosome formation was inhibited when OGT was knocked down as in FIG. 2F, and the experiment was conducted. As expected, when PP1 was knocked down, it was confirmed that the puncta of GFP-LC3 was significantly reduced in the glucose-deficient situation (FIG. 3L). Taken together, these results not only proved the close correlation between ULK1 and PP1, but also maintain the dephosphorylated state of ULK1 while PP1 binds to ULK1 in the sugar-deficient situation, thereby reducing O-GlcNAcylation and O-GlcNAcylation by OGT on ULK1. It was demonstrated that it acts as a gatekeeper between phosphorylation by mTOR.

실시예 4. 자가포식작용의 초기 단계에서 ULK1 O-GlcNAcylation이 ATG14L을 통해 VPS34의 활성화에 중요한 역할을 하는 것을 규명 Example 4. Investigation that ULK1 O-GlcNAcylation plays an important role in the activation of VPS34 through ATG14L in the early stage of autophagy

T754 O-GlcNAcylation 사이트는 ULK1의 기능을 조율하는 영역 안에 존재하기 때문에 이러한 변형이 ULK1의 인산화효소로서의 기능에 영향을 줄 가능성이 있다. 그러므로 ULK1의 알려진 기질인 ATG14을 사용하여 in vitro 인산화 실험을 진행하기로 하였다. 그 결과 T754N과 T754A 돌연변이는 야생형 ULK1과 비슷한 정도의 인산화 활성을 보였다. 이러한 돌연변이의 경우 구조적인 결함이 있을 가능성을 배제하기 위해 야생형 또는 돌연변이 ULK1와 ATG13간의 결합을 비교하였다. ATG13과 이들간의 결합에는 유의미한 차이가 없었다. 그렇다면 O-GlcNAcylation이 ULK1의 단백질-단백질 상호작용 등과 같은 기능에 어떠한 영향을 주는지에 대해 실험하기로 하였다. 알려진 ULK1 타겟인 ATG14L이나 VPS34 등과의 결합 친연성을 확인해 보았다. 오토파고좀 형성을 유도하고 VPS34의 중요한 조절자로 작용하는 ATG14L의 경우 ULK1의 야생형과 비교했을 때 T754N, T754Q과의 결합이 현저히 떨어진 것을 확인하였다(도 4A). T754Q 돌연변이는 mTOR의 알려진 타겟 모티브에 기반한 T754 돌연변이이인 T754N과 더불어 같이 사용되었다. 흥미롭게도 OGT를 녹다운 시켰을 때 ULK1과 ATG14L과의 결합이 유의미하게 감소하는 것을 확인하였다(도 4B). ULK1의 O-GlcNAcylation이 ATG14L과의 결합에 중요하다는 단서를 바탕으로 야생형 또는 비활성 돌연변이 OGT를 각각 과발현 했을 때 ULK1의 O-GlcNAcylation 유무에 따라 ULK1과 ATG14L 간의 결합이 어떻게 달라지는지 보기로 하였다. 돌연변이 OGT와는 다르게 야생형 OGT가 과발현 되었을 때에만 ULK1과 ATG14L간의 결합이 증가한 것으로 보아 두 분자간의 상호작용이 O-GlcNAcylation에 의존적이라는 것을 알 수 있다(도 4C). 더불어 도 3C에서 mTOR CA의 과발현에 의해 O-GlcNAcylation이 감소한 단서를 토대로 같은 방식으로 mTOR CA를 과발현 하였을 때 ULK1과 ATG14L간의 결합이 감소할 것이라고 예측하였다. 실제로 ULK1과 ATG14L의 결합이 감소하고 S757 인산화가 증가하는 것을 확인하였다(도 4D). Since the T754 O-GlcNAcylation site resides in a region that coordinates the function of ULK1, it is possible that this modification affects the function of ULK1 as a kinase. Therefore, it was decided to proceed with an in vitro phosphorylation experiment using ATG14, a known substrate of ULK1. As a result, T754N and T754A mutants showed similar phosphorylation activity to wild-type ULK1. For these mutations, binding between wild-type or mutant ULK1 and ATG13 was compared to rule out the possibility of structural defects. There was no significant difference in the binding between ATG13 and them. Then, we decided to test how O-GlcNAcylation affects functions such as protein-protein interaction of ULK1. Binding affinity with known ULK1 targets, such as ATG14L or VPS34, was checked. In the case of ATG14L, which induces autophagosome formation and acts as an important regulator of VPS34, it was confirmed that binding to T754N and T754Q was significantly lowered when compared with the wild type of ULK1 (FIG. 4A). The T754Q mutation was used in conjunction with T754N, a T754 mutation based on a known target motif of mTOR. Interestingly, it was confirmed that the binding of ULK1 and ATG14L was significantly reduced when OGT was knocked down ( FIG. 4B ). Based on the clue that O-GlcNAcylation of ULK1 is important for binding to ATG14L, we decided to examine how the binding between ULK1 and ATG14L changes depending on the presence or absence of O-GlcNAcylation of ULK1 when wild-type or inactive mutant OGT is overexpressed, respectively. Unlike mutant OGT, binding between ULK1 and ATG14L was increased only when wild-type OGT was overexpressed, suggesting that the interaction between the two molecules is dependent on O-GlcNAcylation (FIG. 4C). In addition, it was predicted that the binding between ULK1 and ATG14L would be reduced when mTOR CA was overexpressed in the same manner based on the clue that O-GlcNAcylation was reduced by overexpression of mTOR CA in FIG. 3C . In fact, it was confirmed that the binding of ULK1 and ATG14L decreased and S757 phosphorylation increased ( FIG. 4D ).

탈인산화만으로도 ULK1과 ATG14L간의 결합이 가능할 수도 있기 때문에 O-GlcNAcylation의 정당성에 대해 의문을 가질 수 있다. 이러한 가능성을 확인하기 위해 PP1을 과발현을 통해 ULK1을 탈인산화 시킨 뒤에 OGT를 녹다운 하여 ULK1이 탈인산화 및 deO-GlcNAcylation 되도록 유도하였다. 놀랍게도 PP1 과발현에 의해 증가되었던 ULK1과 ATG14L의 결합이 OGT 녹다운에서 사라졌다. 이를 근거로 O-GlcNAcylation은 단순히 주변의 인산화와 크로스톡을 이루는 기능뿐만 아니라 내제적인 기능도 갖고 있다는 것을 알 수 있다(도 4E). 본 발명자들은 야생형과 O-GlcNAc 돌연변이 T754N, T754Q, 인산화 돌연변이 S757A, 그리고 이중 돌연변이 T754N/S757A ULK1를 사용하여 가설을 확증하기로 하였다. T754N/S757A 돌연변이의 경우 탈인산화와 deO-GlcNAcylated 형태를 모두 갖추었기 때문에 실험에 포함시켰다. 흥미롭게도 야생형과 S757A 돌연변이만 ATG14L에 결합할 수 있었는데 여기서 T754N/S757A는 결합하지 못한 것으로 보아 탈인산화만으로는 ATG14L에 결합할 수 없다는 것을 알 수 있다(도 4F). 종합하면 O-GlcNAcylation이 일어나려면 탈인산화가 필수적이지만 O-GlcNAcylation은 여전히 ATG14L과의 결합에 중요한 그 자체만의 기능을 갖고 있다.Since binding between ULK1 and ATG14L may be possible only with dephosphorylation, the justification of O-GlcNAcylation may be questioned. To confirm this possibility, ULK1 was dephosphorylated through overexpression of PP1 and then OGT was knocked down to induce dephosphorylation and deO-GlcNAcylation of ULK1. Surprisingly, the binding of ULK1 and ATG14L, which was increased by PP1 overexpression, was abolished in OGT knockdown. Based on this, it can be seen that O-GlcNAcylation has an intrinsic function as well as a function of simply forming a crosstalk with surrounding phosphorylation (Fig. 4E). We decided to confirm the hypothesis using wild-type and O-GlcNAc mutants T754N, T754Q, phosphorylation mutation S757A, and double mutation T754N/S757A ULK1. The T754N/S757A mutant was included in the experiment because it had both dephosphorylated and deO-GlcNAcylated forms. Interestingly, only wild-type and S757A mutants were able to bind ATG14L, but T754N/S757A did not bind, indicating that dephosphorylation alone could not bind ATG14L (FIG. 4F). Taken together, dephosphorylation is essential for O-GlcNAcylation to occur, but O-GlcNAcylation still has its own function, which is important for binding to ATG14L.

실시예 5. AMPK에 의한 ULK1의 인산화는 ULK1의 O-GlcNAcylation 이전에 발생하는 것을 규명Example 5. Investigation that phosphorylation of ULK1 by AMPK occurs before O-GlcNAcylation of ULK1

기존의 연구에서 AMPK와 mTORC1이 ULK1상에서 서로 상반된 기능을 갖고 있다는 점을 토대로 O-GlcNAcylation이 이러한 상호작용상의 어느 시점에서 기능하는지 알아보자 하였다. 세포에 AMPK 억제제인 Compound C를 처리하고 당 결핍을 유도하자 AMPK에 의존적인 S555 인산화 감소와 더불어 ULK1 의 O-GlcNAcylation이 현저히 감소하는 것을 확인하였다(도 5A). 이러한 결과는 AMPK에 의한 인산화가 O-GlcNAcylation보다 먼저 일어날 가능성을 제시한다. 이 가설에 대하나 추가적인 단서를 얻기 위해 shRNA를 사용하여 AMPKα를 녹다운한 세포에서 당 결핍을 유도하였다. Compound C를 처리한 실험결과와 마찬가지로 AMPK 녹다운은 AMPK에 의존적인 S555인산화와 더불어 ULK1 O-GlcNAcylation을 현저히 감소시켰다(도 5B).Based on the fact that AMPK and mTORC1 have opposite functions on ULK1 in previous studies, we tried to find out at what point in this interaction O-GlcNAcylation functions. When the cells were treated with Compound C, an AMPK inhibitor, and sugar deficiency was induced, it was confirmed that AMPK-dependent S555 phosphorylation and O-GlcNAcylation of ULK1 were significantly reduced (FIG. 5A). These results suggest the possibility that phosphorylation by AMPK occurs before O-GlcNAcylation. To provide further clues to this hypothesis, shRNA was used to induce glucose depletion in AMPKα knockdown cells. Similar to the experimental results treated with Compound C, AMPK knockdown significantly reduced ULK1 O-GlcNAcylation as well as AMPK-dependent S555 phosphorylation (FIG. 5B).

그러나 AMPK가 억제 되거나 녹다운 되면 전체적인 자가포식작용이 저해되어 그에 따라 OGT가 영향을 받았을 가능성이 있다. 이러한 의문을 배제하기 위해 AMPK에 의존적인 ULK1 인산화 사이트인 S317, S467, S555, T574, S637, S777을 각각 알라닌 (SA) 돌연변이로 제작하여 O-GlcNAcylation에 어떠한 영향을 주는지 확인해 보기로 하였다. 두 SA 돌연변이에서 확연히 낮은 O-GlcNAcylation이 탐지되었는데, 이는 AMPK에 의한 S317 S555 인산화가 T754 O-GlcNAcylation 이전에 일어난다는 것으로 해석할 수 있다(도 5C). 반대로 위의 여섯 사이트를 아스파르트산으로 교체하여 인산화 상태를 모방하였을 때 S317과 S555의 SD 돌연변이에서 O-GlcNAcylation이 증가한 것을 확인하였다(도 5D). 이는 AMPK에 의한 ULK1의 인산화가 ULK1 O-GlcNAcylation 이전에 일어나며 ULK1의 O-GlcNAcylation에 긍정적인 영향을 줄 가능성을 제시한다. 이러한 결과를 통해 당 결핍 상황에서 ULK1에 순차적인 변형 과정이 있다는 것을 알 수 있다. PP1에 의한 탈인산화와 AMPK에 의한 인산화에 이어 OGT에 의한 ULK1 O-GlcNAcylation이 일어나며 이러한 일련의 과정을 통해 ULK1과 ATG14L 간의 결합이 이루어진다. However, if AMPK is inhibited or knocked down, overall autophagy is inhibited, and thus OGT may be affected. In order to exclude this question, we decided to check how the AMPK-dependent ULK1 phosphorylation sites S317, S467, S555, T574, S637, and S777 have alanine (SA) mutations, respectively, and how they affect O-GlcNAcylation. Remarkably low O-GlcNAcylation was detected in both SA mutants, which can be interpreted as S317 S555 phosphorylation by AMPK occurs before T754 O-GlcNAcylation (Fig. 5C). Conversely, when the above six sites were replaced with aspartic acid to mimic the phosphorylation state, it was confirmed that O-GlcNAcylation was increased in SD mutants of S317 and S555 ( FIG. 5D ). This suggests the possibility that ULK1 phosphorylation by AMPK occurs before ULK1 O-GlcNAcylation and has a positive effect on ULK1 O-GlcNAcylation. These results suggest that there is a sequential modification process in ULK1 in the situation of glucose deficiency. Following dephosphorylation by PP1 and phosphorylation by AMPK, ULK1 O-GlcNAcylation by OGT occurs. Through this series of processes, binding between ULK1 and ATG14L is made.

실시예 6. ULK1의 탈인산화와 O-GlcNAcylation은 자가포식작용의 개시 단계 조절에 중요함을 규명Example 6. Investigation that dephosphorylation of ULK1 and O-GlcNAcylation are important for regulating the initiation phase of autophagy

PP1에 의해 ULK1의 O-GlcNAcylation이 증가한다는 단서와 O-GlcNAcylation이 ULK1-ATG14L 결합에 중요하다는 단서를 근거로 ATG14L과 ULK1의 결합이 PP1에 의한 S757 탈인산화에 의해 영향을 받는지 보기로 하였다. PP1을 과발현 시켰을 때 ULK1과 ATG14L간의 결합이 PP1 발현량에 상응하여 증가하는 것을 관찰하였다(도 6A). ULK1은 세린/트레오닌 인산화 효소이며 VPS34 콤플렉스의 요소인 VPS34나 Beclin1을 인산화 시킬 수 있기 때문에 ULK1과 ATG14L의 결합이 VPS34 콤플렉스 요소인 ATG14L의 인산화를 유도할 수 있을 것이라 추측하였다. 이러한 추측은 ATG14L 인산화가 영양분 결핍 상황에서 VPS34의 인산화효소 활성을 촉진하고 파고포어와 오토파고좀 형성을 도출한다는 기존의 연구 결과와 같은 맥락이기도 하다(Park et al., 2016). ULK1가 ATG14L의 인산화를 유도하는지 확인하기 위해 in vitro 인산화 실험을 진행하였다. 그 결과 ATG14L의 인산화 형태가 탐지되었고 이와 더불어 ULK1의 자체적인 인산화 활성으로 인한 ULK1의 인산화 또한 탐지되었다(도 6B). 그러므로 ULK1이 ATG14L의 인산화를 유도한다는 사실을 밝혔다. Based on the clue that O-GlcNAcylation of ULK1 is increased by PP1 and the clue that O-GlcNAcylation is important for ULK1-ATG14L binding, we decided to examine whether the binding of ATG14L and ULK1 is affected by S757 dephosphorylation by PP1. When PP1 was overexpressed, it was observed that the binding between ULK1 and ATG14L increased corresponding to the PP1 expression level ( FIG. 6A ). Since ULK1 is a serine/threonine kinase and can phosphorylate VPS34 or Beclin1, elements of the VPS34 complex, it was speculated that the binding of ULK1 and ATG14L could induce phosphorylation of ATG14L, a component of the VPS34 complex. This conjecture is also in the same context as the previous study that ATG14L phosphorylation promotes the kinase activity of VPS34 and induces the formation of phagopores and autophagosomes in the context of nutrient deficiency (Park et al., 2016). In order to confirm whether ULK1 induces phosphorylation of ATG14L, an in vitro phosphorylation experiment was performed. As a result, the phosphorylated form of ATG14L was detected. In addition, phosphorylation of ULK1 due to its own phosphorylation activity was also detected ( FIG. 6B ). Therefore, we found that ULK1 induces phosphorylation of ATG14L.

ATG14L이 존재할 경우 VPS34 콤플렉스가 AMPK에 의해 활성화 되며, 반대로 ATG14L의 부재시 VPS34 콤플렉스가 AMPK에 의해 억제된다(Kim et al., 2013). 이러한 정보를 토대로 ULK1-ATG14L의 결합이 안 될 경우 VPS34의 지질 인산화효소 활성이 저해될 것이라는 가설을 세우고 실험을 진행하였다. ULK1-/- HEK293 세포에서 in vitro VPS34 지질 인산화효소 실험을 통해 야생형 또는 돌연변이 ULK1을 복원했을 때 야생형 ULK1만이 VPS34의 지질 인산화효소 활성을 유도할 수 있다는 것을 발견하였다(도 6C). 이번에는 비슷한 방식으로 야생형 HEK293에서 in vitro VPS34를 진행하되 PP1의 과발현을 유도하여 인산화 정도를 확인해 보기로 하였다. VPS34활성이 PP1의 과발현량에 상응하여 증가하는 것을 32P-PI(3)P로 탐지하여 확인하였다(도 6D).In the presence of ATG14L, the VPS34 complex is activated by AMPK, whereas in the absence of ATG14L, the VPS34 complex is inhibited by AMPK (Kim et al., 2013). Based on this information, we hypothesized that the lipid kinase activity of VPS34 would be inhibited if the binding of ULK1-ATG14L was not performed, and the experiment was conducted. It was found that only wild-type ULK1 could induce the lipid kinase activity of VPS34 when wild-type or mutant ULK1 was restored through an in vitro VPS34 lipid kinase experiment in ULK1-/- HEK293 cells ( FIG. 6C ). This time, in vitro VPS34 was performed in wild-type HEK293 in a similar manner, but overexpression of PP1 was induced to check the degree of phosphorylation. The increase in VPS34 activity corresponding to the overexpression amount of PP1 was confirmed by detection with 32 P-PI(3)P ( FIG. 6D ).

VPS34는 자가포식작용 이외에 세포의 여타 다른 과정에도 관여할 수 있으므로 이러한 가능성을 확인하기 위해 ULK1의 O-GlcNAc 돌연변이가 VPS34의 자가포식작용 유도 기능에 영향을 주는지 보기로 하였다. WIPI 패밀리 단백질들의 경우 파고포어에서 PI(3)P를 인지하여 자가포식작용에 특이적인 PI(3)P-결합인자들로 작동하는 것이 잘 알려져 있다(Proikas-Cezanne et al., 2015). WIPI의 위치는 VPS34의 활성에 의존적이기 때문에 WIPI puncta 형성을 야생형 또는 T754N 돌연변이 ULK1이 복원된 세포에서 확인하였다. 당 결핍 상황에서 야생형 ULK1과 다르게 T754N 돌연변이 ULK1가 복원된 세포에서 WIPI puncta가 현저히 감소한 것을 확인하였다. 이 결과는 VPS34의 활성을 나타내는 WIPI puncta 형성이 ULK1의 O-GlcNAcylation에 의존적이라는 것을 증명한다. 종합적으로 이러한 결과는 ULK1 O-GlcNAcylation이 ATG14L에 의한 VPS34의 지질 인산화효소 기능 촉진을 유도하여 PI(3)P형성과 파고포어 형성으로 이끈다는 것을 보여준다.Since VPS34 can be involved in other cellular processes besides autophagy, we decided to examine whether the O-GlcNAc mutation of ULK1 affects the autophagy-inducing function of VPS34 to confirm this possibility. It is well known that WIPI family proteins recognize PI(3)P in phagophores and act as PI(3)P-binding factors specific for autophagy (Proikas-Cezanne et al., 2015). Since the location of WIPI is dependent on the activity of VPS34, WIPI puncta formation was confirmed in cells in which wild-type or T754N mutant ULK1 was restored. It was confirmed that WIPI puncta was significantly reduced in cells in which T754N mutant ULK1 was restored, unlike wild-type ULK1 in a glucose-deficient situation. These results demonstrate that WIPI puncta formation, which indicates the activity of VPS34, is dependent on O-GlcNAcylation of ULK1. Collectively, these results show that ULK1 O-GlcNAcylation induces the promotion of lipid kinase function of VPS34 by ATG14L, leading to PI(3)P formation and phagopore formation.

본 연구는 당 결핍 상황에서 ULK1의 순차적인 번역 후 변형, 즉 PP1에 의한 탈인산화와 AMPK에 의한 인산화, 그리고 OGT에 의한 O-GlcNAcylation으로 인해 자가포식작용의 개시가 조절된다는 사실을 증명한다. 또한 당 결핍으로 인한 ULK1의 O-GlcNAcylation 사이트를 규명하고 ULK1의 O-GlcNAcylation이 ATG14L을 통해 VPS34의 지질 인산화효소 기능을 증가시켜 오토파고좀 형성을 조절한다는 것을 밝혔다(도 6E).This study demonstrates that the initiation of autophagy is regulated by sequential post-translational modifications of ULK1, i.e., dephosphorylation by PP1, phosphorylation by AMPK, and O-GlcNAcylation by OGT in the context of glucose deficiency. In addition, we identified the O-GlcNAcylation site of ULK1 caused by sugar deficiency and revealed that O-GlcNAcylation of ULK1 regulates autophagosome formation by increasing the lipid kinase function of VPS34 through ATG14L (Fig. 6E).

기존의 연구에 따르면 성장인자 작용 과정에서 OGT가 PI(3)P 형성사이트로 모집된다는 사실이 밝혀졌는데 이는 PI3K에 의해 촉발된 시그널링 캐스캐이드가 O-GlcNAcylation에 의해 조절될 가능성을 시사한다(Yang et al., 2008). OGT가 세포막의 PI(3)P에 모집 된다는 연구결과와 더불어 OGT가 새로 형성되는 오토파고좀에 모집될 것이라는 예측도 있었다(Hanover et al., 2010).Previous studies have revealed that OGT is recruited to the PI(3)P formation site during growth factor action, suggesting that the signaling cascade triggered by PI3K may be regulated by O-GlcNAcylation (Yang). et al., 2008). In addition to the study result that OGT is recruited to PI(3)P in the cell membrane, it was also predicted that OGT would be recruited to newly formed autophagosomes (Hanover et al., 2010).

본원에서는 프리오토파고좀 구조상에서 OGT의 특이적인 타겟을 발견하였으며 이로 인해 ATG14L이 타입 III PI3K인 VPS34를 활성화시켜 PI(3)P의 형성을 유도한다는 것을 규명하였다. VSP34에 의한 파고포어에서의 PI(3)P 전환은 프리오토파고좀 구조 형성에 매우 중요하다. 두 개의 다른 연구결과에 따르면 ATG14L이 이중막 구조형성을 촉진하여 자가포식작용을 유도하며 ATG14L의 부재는 오토파고좀 형성에 결함을 가져온다(Matsunaga et al., 2009; Zhong et al., 2009). 그와 더불어 ATG14L과 함께 콤플렉스를 이루는 VPS34의 활성이 ULK1에 매우 의존적이라는 사실이 밝혀졌지만 자세한 매커니즘에 대한 연구가 진행되지 않았다. 본 연구에서 ULK1의 O-GlcNAcylation이 ULK1과 ATG14L의 결합을 유도하여 VPS34의 지질 인산화효소 기능을 촉진한다는 증거를 제시하였다.In the present application, a specific target of OGT was found in the structure of the preautophagosome, and it was found that ATG14L activates VPS34, a type III PI3K, to induce the formation of PI(3)P. PI(3)P conversion in phagopores by VSP34 is very important for preautophagosome structure formation. According to the results of two other studies, ATG14L promotes the formation of a bilayer structure and induces autophagy, and the absence of ATG14L leads to a defect in autophagosome formation (Matsunaga et al., 2009; Zhong et al., 2009). In addition, it was found that the activity of VPS34, which forms a complex with ATG14L, is highly dependent on ULK1, but detailed mechanisms have not been studied. In this study, we presented evidence that O-GlcNAcylation of ULK1 induces the binding of ULK1 and ATG14L, thereby promoting the lipid kinase function of VPS34.

나아가 PP1이 ULK1의 당화 사이트에 근접한 S757을 탈인산화 하여 O-GlcNAcylation을 촉진한다는 단서를 제시함으로서 O-GlcNAcylation이 탈인산화 효소를 매개하여 작용한다는 사실을 밝혔다. 이러한 현상은 당 결핍 상황에서 기폭제와 같은 기능을 갖게 되며 mTOR에 의한 인산화와 OGT에 의한 O-GlcNAcylation 사이의 중간 과정으로 여겨진다. 또한 PP1과 OGT의 공통적인 타겟이 ULK1 외에도 더 존재할 것이라고 추측한다. 왜냐하면 H1299 세포에서 당 결핍시 글로벌 O-GlcNAcylation이 증가하는 것이 보고되었기 때문이다(Yi et al., 2012). 본 연구는 ULK1의 O-GlcNAcylation이 ATG14L을 통한 VPS34의 활성화와 파고포어 형성에 중요하다는 것을 증명하였다.Furthermore, by suggesting a clue that PP1 promotes O-GlcNAcylation by dephosphorylating S757 close to the glycosylation site of ULK1, it was revealed that O-GlcNAcylation works by mediating dephosphorylation enzymes. This phenomenon has a catalytic function in the situation of glucose deficiency and is considered to be an intermediate process between phosphorylation by mTOR and O-GlcNAcylation by OGT. It is also speculated that the common targets of PP1 and OGT exist in addition to ULK1. This is because it has been reported that global O-GlcNAcylation increases during glucose deficiency in H1299 cells (Yi et al., 2012). This study demonstrated that O-GlcNAcylation of ULK1 is important for activation of VPS34 and phagopore formation through ATG14L.

흥미롭게도 당 결핍 상황에서 AMPK에 의한 ULK1의 S317 S555 인산화는 ULK1의 O-GlcNAcylation보다 먼저 일어난다. 다른 인산화 사이트인 S467, T574, S777의 인산화 상태는 ULK1의 O-GlcNAcylation에 최소한의 영향을 주는 것으로 보이며 S637의 인산화는 ULK1의 O-GlcNAcylation에 영향을 주지 않는 것으로 파악된다. 당 결핍 상황에서 mTOR는 저해되지만 반대로 AMPK는 활성화 되므로 자가포식작용의 초기단계에서 S637의 인산화 상태는 매우 불분명하다(Shang and Wang, 2011). 이와 더불어, S757은 오직 mTOR에 의해서만 인산화 되지만 당 결핍 상황에서 AMPK가 mTOR를 억제하기 때문에 AMPK의 녹다운이나 억제제를 사용한 기능 저해는 S757의 인산화에 영향을 줄 수 있다. 이와 관련하여 정확한 매커니즘에 대한 추가적인 연구가 절실하다.Interestingly, S317 S555 phosphorylation of ULK1 by AMPK occurs prior to O-GlcNAcylation of ULK1 in the context of glucose deprivation. The phosphorylation status of other phosphorylation sites, S467, T574, and S777, seems to have a minimal effect on O-GlcNAcylation of ULK1, and phosphorylation of S637 does not appear to affect O-GlcNAcylation of ULK1. In a glucose deprivation situation, mTOR is inhibited but AMPK is activated, so the phosphorylation state of S637 in the early stage of autophagy is very unclear (Shang and Wang, 2011). In addition, although S757 is phosphorylated only by mTOR, AMPK inhibits mTOR in a glucose-deficient situation, so knockdown of AMPK or inhibition of its function using an inhibitor may affect phosphorylation of S757. In this regard, further research on the exact mechanism is urgently needed.

본 연구는 당 결핍 상황에서 ULK1상에 일어나는 순차적인 번역 후 변형이 pro-자가포식작용과 anti-자가포식작용 반응 사이에 문지기 역할을 하며 이는 자가포식작용의 진행에 있어 꼭 필요한 결정단계라는 것을 보여준다. 자가포식작용은 많은 에너지를 소비하는 과정이고 세포의 생존을 위한 단기적 및 장기적인 대책을 마련하는 중대한 과정이므로 세포가 이러한 여러 단계를 검문소처럼 활용하여 나머지 반응을 진행할지 여부를 확인한다고 생각한다. 본 연구는 자가포식작용의 초기 단계가 탈인산화와 O-GlcNAcylation 사이의 크로스톡을 통해 조절된다는 것을 밝힘으로서 추후 신약 개발에 필요한 새로운 타겟을 발굴하였다.This study demonstrates that sequential post-translational modifications on ULK1 in the context of glucose deprivation act as a gatekeeper between pro-autophagy and anti-autophagy, which is an essential determinant of the progression of autophagy. . Since autophagy is a process that consumes a lot of energy and is a critical process that prepares short-term and long-term countermeasures for cell survival, we think that cells use these multiple steps as a checkpoint to determine whether the rest of the reaction will proceed. This study discovered a new target for future drug development by revealing that the initial stage of autophagy is regulated through the crosstalk between dephosphorylation and O-GlcNAcylation.

이상에서 본원의 예시적인 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본원의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본원의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본원의 권리범위에 속하는 것이다.Although the exemplary embodiments of the present application have been described in detail above, the scope of the present application is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present application as defined in the following claims are also included in the scope of the present application. will belong to

본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다.All technical terms used in the present invention, unless otherwise defined, have the meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art of the present invention. The contents of all publications herein incorporated by reference are incorporated herein by reference.

<110> Seoul National University R&DB Foundation Sookmyung Women's university industry-academic cooperation foundation <120> Method of screening a material regulating autophagy targeting O-GlcNACylation of ULK1 protein <130> DP201903006P <160> 2 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 1050 <212> PRT <213> Homo sapiens <220> <221> MISC_FEATURE <222> (1)..(1050) <223> ULK1 <400> 1 Met Glu Pro Gly Arg Gly Gly Thr Glu Thr Val Gly Lys Phe Glu Phe 1 5 10 15 Ser Arg Lys Asp Leu Ile Gly His Gly Ala Phe Ala Val Val Phe Lys 20 25 30 Gly Arg His Arg Glu Lys His Asp Leu Glu Val Ala Val Lys Cys Ile 35 40 45 Asn Lys Lys Asn Leu Ala Lys Ser Gln Thr Leu Leu Gly Lys Glu Ile 50 55 60 Lys Ile Leu Lys Glu Leu Lys His Glu Asn Ile Val Ala Leu Tyr Asp 65 70 75 80 Phe Gln Glu Met Ala Asn Ser Val Tyr Leu Val Met Glu Tyr Cys Asn 85 90 95 Gly Gly Asp Leu Ala Asp Tyr Leu His Ala Met Arg Thr Leu Ser Glu 100 105 110 Asp Thr Ile Arg Leu Phe Leu Gln Gln Ile Ala Gly Ala Met Arg Leu 115 120 125 Leu His Ser Lys Gly Ile Ile 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Ser Gly Ser Thr Pro Pro Gln Gly 755 760 765 Pro Arg Thr Arg Met Phe Ser Ala Gly Pro Thr Gly Ser Ala Ser Ser 770 775 780 Ser Ala Arg His Leu Val Pro Gly Pro Cys Ser Glu Ala Pro Ala Pro 785 790 795 800 Glu Leu Pro Ala Pro Gly His Gly Cys Ser Phe Ala Asp Pro Ile Ala 805 810 815 Ala Asn Leu Glu Gly Ala Val Thr Phe Glu Ala Pro Asp Leu Pro Glu 820 825 830 Glu Thr Leu Met Glu Gln Glu His Thr Glu Ile Leu Arg Gly Leu Arg 835 840 845 Phe Thr Leu Leu Phe Val Gln His Val Leu Glu Ile Ala Ala Leu Lys 850 855 860 Gly Ser Ala Ser Glu Ala Ala Gly Gly Pro Glu Tyr Gln Leu Gln Glu 865 870 875 880 Ser Val Val Ala Asp Gln Ile Ser Leu Leu Ser Arg Glu Trp Gly Phe 885 890 895 Ala Glu Gln Leu Val Leu Tyr Leu Lys Val Ala Glu Leu Leu Ser Ser 900 905 910 Gly Leu Gln Ser Ala Ile Asp Gln Ile Arg Ala Gly Lys Leu Cys Leu 915 920 925 Ser Ser Thr Val Lys Gln Val Val Arg Arg Leu Asn Glu Leu Tyr Lys 930 935 940 Ala Ser Val Val Ser Cys Gln Gly Leu Ser Leu Arg Leu Gln Arg Phe 945 950 955 960 Phe Leu Asp Lys Gln Arg Leu Leu Asp Arg Ile His Ser Ile Thr Ala 965 970 975 Glu Arg Leu Ile Phe Ser His Ala Val Gln Met Val Gln Ser Ala Ala 980 985 990 Leu Asp Glu Met Phe Gln His Arg Glu Gly Cys Val Pro Arg Tyr His 995 1000 1005 Lys Ala Leu Leu Leu Leu Glu Gly Leu Gln His Met Leu Ser Asp Gln 1010 1015 1020 Ala Asp Ile Glu Asn Val Thr Lys Cys Lys Leu Cys Ile Glu Arg Arg 1025 1030 1035 1040 Leu Ser Ala Leu Leu Thr Gly Ile Cys Ala 1045 1050 <210> 2 <211> 1051 <212> PRT <213> Mus musculus <220> <221> MISC_FEATURE <222> (1)..(1051) <223> ULK1 <400> 2 Met Glu Pro Gly Arg Gly Gly Val Glu Thr Val Gly Lys Phe Glu Phe 1 5 10 15 Ser Arg Lys Asp Leu Ile Gly His Gly Ala Phe Ala Val Val Phe Lys 20 25 30 Gly Arg His Arg Glu Lys His Asp Leu Glu Val Ala Val Lys Cys Ile 35 40 45 Asn Lys Lys Asn Leu Ala Lys Ser Gln Thr Leu Leu Gly Lys Glu Ile 50 55 60 Lys Ile Leu Lys Glu Leu Lys His Glu Asn Ile Val Ala Leu Tyr Asp 65 70 75 80 Phe Gln Glu Met Ala Asn Ser Val Tyr Leu Val Met Glu Tyr Cys Asn 85 90 95 Gly Gly Asp Leu Ala Asp Tyr Leu His Thr Met Arg Thr Leu Ser Glu 100 105 110 Asp Thr Val Arg Leu Phe Leu Gln Gln Ile Ala Gly Ala Met Arg Leu 115 120 125 Leu His Ser Lys Gly Ile Ile His Arg Asp Leu Lys Pro Gln Asn Ile 130 135 140 Leu Leu Ser Asn Pro Gly Gly Arg Arg Ala Asn Pro Ser Asn Ile Arg 145 150 155 160 Val Lys Ile Ala Asp Phe Gly Phe Ala Arg Tyr Leu Gln Ser Asn Met 165 170 175 Met Ala Ala Thr Leu Cys Gly Ser Pro Met Tyr Met Ala Pro Glu Val 180 185 190 Ile Met Ser Gln His Tyr Asp Gly Lys Ala Asp Leu Trp Ser Ile Gly 195 200 205 Thr Ile Val Tyr Gln Cys Leu Thr Gly Lys Ala Pro Phe Gln Ala Ser 210 215 220 Ser Pro Gln Asp Leu Arg Leu Phe Tyr Glu Lys Asn Lys Thr Leu Val 225 230 235 240 Pro Ala Ile Pro Arg Glu Thr Ser Ala Pro Leu Arg Gln Leu Leu Leu 245 250 255 Ala Leu Leu Gln Arg Asn His Lys Asp Arg Met Asp Phe Asp Glu Phe 260 265 270 Phe His His Pro Phe Leu Asp Ala Ser Thr Pro Ile Lys Lys Ser Pro 275 280 285 Pro Val Pro Val Pro Ser Tyr Pro Ser Ser Gly Ser Gly Ser Ser Ser 290 295 300 Ser Ser Ser Ser Ala Ser His Leu Ala Ser Pro Pro Ser Leu Gly Glu 305 310 315 320 Met Pro Gln Leu Gln Lys Thr Leu Thr Ser Pro Ala Asp Ala Ala Gly 325 330 335 Phe Leu Gln Gly Ser Arg Asp Ser Gly Gly Ser Ser Lys Asp Ser Cys 340 345 350 Asp Thr Asp Asp Phe Val Met Val Pro Ala Gln Phe Pro Gly Asp Leu 355 360 365 Val Ala Glu Ala Ala Ser Ala Lys Pro Pro Pro Asp Ser Leu Leu Cys 370 375 380 Ser Gly Ser Ser Leu Val Ala Ser Ala Gly Leu Glu Ser His Gly Arg 385 390 395 400 Thr Pro Ser Pro Ser Pro Thr Cys Ser Ser Ser Pro Ser Pro Ser Gly 405 410 415 Arg Pro Gly Pro Phe Ser Ser Asn Arg Tyr Gly Ala Ser Val Pro Ile 420 425 430 Pro Val Pro Thr Gln Val His Asn Tyr Gln Arg Ile Glu Gln Asn Leu 435 440 445 Gln Ser Pro Thr Gln Gln Gln Thr Ala Arg Ser Ser Ala Ile Arg Arg 450 455 460 Ser Gly Ser Thr Ser Pro Leu Gly Phe Gly Arg Ala Ser Pro Ser Pro 465 470 475 480 Pro Ser His Thr Asp Gly Ala Met Leu Ala Arg Lys Leu Ser Leu Gly 485 490 495 Gly Gly Arg Pro Tyr Thr Pro Ser Pro Gln Val Gly Thr Ile Pro Glu 500 505 510 Arg Pro Ser Trp Ser Arg Val Pro Ser Pro Gln Gly Ala Asp Val Arg 515 520 525 Val Gly Arg Ser Pro Arg Pro Gly Ser Ser Val Pro Glu His Ser Pro 530 535 540 Arg Thr Thr Gly Leu Gly Cys Arg Leu His Ser Ala Pro Asn Leu Ser 545 550 555 560 Asp Phe His Val Val Arg Pro Lys Leu Pro Lys Pro Pro Thr Asp Pro 565 570 575 Leu Gly Ala Thr Phe Ser Pro Pro Gln Thr Ser Ala Pro Gln Pro Cys 580 585 590 Pro Gly Leu Gln Ser Cys Arg Pro Leu Arg Gly Ser Pro Lys Leu Pro 595 600 605 Asp Phe Leu Gln Arg Ser Pro Leu Pro Pro Ile Leu Gly Ser Pro Thr 610 615 620 Lys Ala Gly Pro Ser Phe Asp Phe Pro Lys Thr Pro Ser Ser Gln Asn 625 630 635 640 Leu Leu Thr Leu Leu Ala Arg Gln Gly Val Val Met Thr Pro Pro Arg 645 650 655 Asn Arg Thr Leu Pro Asp Leu Ser Glu Ala Ser Pro Phe His Gly Gln 660 665 670 Gln Leu Gly Ser Gly Leu Arg Pro Ala Glu Asp Thr Arg Gly Pro Phe 675 680 685 Gly Arg Ser Phe Ser Thr Ser Arg Ile Thr Asp Leu Leu Leu Lys Ala 690 695 700 Ala Phe Gly Thr Gln Ala Ser Asp Ser Gly Ser Thr Asp Ser Leu Gln 705 710 715 720 Glu Lys Pro Met Glu Ile Ala Pro Ser Ala Gly Phe Gly Gly Thr Leu 725 730 735 His Pro Gly Ala Arg Gly Gly Gly Ala Ser Ser Pro Ala Pro Val Val 740 745 750 Phe Thr Val Gly Ser Pro Pro Ser Gly Ala Thr Pro Pro Gln Ser Thr 755 760 765 Arg Thr Arg Met Phe Ser Val Gly Ser Ser Ser Ser Leu Gly Ser Thr 770 775 780 Gly Ser Ser Ser Ala Arg His Leu Val Pro Gly Ala Cys Gly Glu Ala 785 790 795 800 Pro Glu Leu Ser Ala Pro Gly His Cys Cys Ser Leu Ala Asp Pro Leu 805 810 815 Ala Ala Asn Leu Glu Gly Ala Val Thr Phe Glu Ala Pro Asp Leu Pro 820 825 830 Glu Glu Thr Leu Met Glu Gln Glu His Thr Glu Thr Leu His Ser Leu 835 840 845 Arg Phe Thr Leu Ala Phe Ala Gln Gln Val Leu Glu Ile Ala Ala Leu 850 855 860 Lys Gly Ser Ala Ser Glu Ala Ala Gly Gly Pro Glu Tyr Gln Leu Gln 865 870 875 880 Glu Ser Val Val Ala Asp Gln Ile Ser Gln Leu Ser Arg Glu Trp Gly 885 890 895 Phe Ala Glu Gln Leu Val Leu Tyr Leu Lys Val Ala Glu Leu Leu Ser 900 905 910 Ser Gly Leu Gln Thr Ala Ile Asp Gln Ile Arg Ala Gly Lys Leu Cys 915 920 925 Leu Ser Ser Thr Val Lys Gln Val Val Arg Arg Leu Asn Glu Leu Tyr 930 935 940 Lys Ala Ser Val Val Ser Cys Gln Gly Leu Ser Leu Arg Leu Gln Arg 945 950 955 960 Phe Phe Leu Asp Lys Gln Arg Leu Leu Asp Gly Ile His Gly Val Thr 965 970 975 Ala Glu Arg Leu Ile Leu Ser His Ala Val Gln Met Val Gln Ser Ala 980 985 990 Ala Leu Asp Glu Met Phe Gln His Arg Glu Gly Cys Val Pro Arg Tyr 995 1000 1005 His Lys Ala Leu Leu Leu Leu Glu Gly Leu Gln His Thr Leu Thr Asp 1010 1015 1020 Gln Ala Asp Ile Glu Asn Ile Ala Lys Cys Lys Leu Cys Ile Glu Arg 1025 1030 1035 1040 Arg Leu Ser Ala Leu Leu Ser Gly Val Tyr Ala 1045 1050 <110> Seoul National University R&DB Foundation Sookmyung Women's university industry-academic cooperation foundation <120> Method of screening a material regulating autophagy targeting O-GlcNACylation of ULK1 protein <130> DP20190306P <160> 2 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 1050 <212> PRT <213> Homo sapiens <220> <221> MISC_FEATURE <222> (1)..(1050) <223> ULK1 <400> 1 Met Glu Pro Gly Arg Gly Gly Thr Glu Thr Val Gly Lys Phe Glu Phe 1 5 10 15 Ser Arg Lys Asp Leu Ile Gly His Gly Ala Phe Ala Val Val Phe Lys 20 25 30 Gly Arg His Arg Glu Lys His Asp Leu Glu Val Ala Val Lys Cys Ile 35 40 45 Asn Lys Lys Asn Leu Ala Lys Ser Gln Thr Leu Leu Gly Lys Glu Ile 50 55 60 Lys Ile Leu Lys Glu Leu Lys His Glu Asn Ile Val Ala Leu Tyr Asp 65 70 75 80 Phe Gln Glu Met Ala Asn Ser Val Tyr Leu Val Met Glu Tyr Cys Asn 85 90 95 Gly Gly Asp Leu Ala Asp Tyr Leu His Ala Met Arg Thr Leu Ser Glu 100 105 110 Asp Thr Ile Arg Leu Phe Leu Gln Gln Ile Ala Gly Ala Met Arg Leu 115 120 125 Leu His Ser Lys Gly Ile Ile His Arg Asp Leu Lys Pro Gln Asn Ile 130 135 140 Leu Leu Ser Asn Pro Ala Gly Arg Arg Ala Asn Pro Asn Ser Ile Arg 145 150 155 160 Val Lys Ile Ala Asp Phe Gly Phe Ala Arg Tyr Leu Gln Ser Asn Met 165 170 175 Met Ala Ala Thr Leu Cys Gly Ser Pro Met Tyr Met Ala Pro Glu Val 180 185 190 Ile Met Ser Gln His Tyr Asp Gly Lys Ala Asp Leu Trp Ser Ile Gly 195 200 205 Thr Ile Val Tyr Gln Cys Leu Thr Gly Lys Ala Pro Phe Gln Ala Ser 210 215 220 Ser Pro Gln Asp Leu Arg Leu Phe Tyr Glu Lys Asn Lys Thr Leu Val 225 230 235 240 Pro Thr Ile Pro Arg Glu Thr Ser Ala Pro Leu Arg Gln Leu Leu Leu 245 250 255 Ala Leu Leu Gln Arg Asn His Lys Asp Arg Met Asp Phe Asp Glu Phe 260 265 270 Phe His His Pro Phe Leu Asp Ala Ser Pro Ser Val Arg Lys Ser Pro 275 280 285 Pro Val Pro Val Pro Ser Tyr Pro Ser Ser Gly Ser Gly Ser Ser Ser 290 295 300 Ser Ser Ser Ser Thr Ser His Leu Ala Ser Pro Ser Leu Gly Glu 305 310 315 320 Met Gln Gln Leu Gln Lys Thr Leu Ala Ser Pro Ala Asp Thr Ala Gly 325 330 335 Phe Leu His Ser Ser Arg Asp Ser Gly Gly Ser Lys Asp Ser Ser Cys 340 345 350 Asp Thr Asp Asp Phe Val Met Val Pro Ala Gln Phe Pro Gly Asp Leu 355 360 365 Val Ala Glu Ala Pro Ser Ala Lys Pro Pro Pro Asp Ser Leu Met Cys 370 375 380 Ser Gly Ser Ser Leu Val Ala Ser Ala Gly Leu Glu Ser His Gly Arg 385 390 395 400 Thr Pro Ser Pro Ser Pro Pro Cys Ser Ser Ser Pro Ser Pro Ser Gly 405 410 415 Arg Ala Gly Pro Phe Ser Ser Ser Arg Cys Gly Ala Ser Val Pro Ile 420 425 430 Pro Val Pro Thr Gln Val Gln Asn Tyr Gln Arg Ile Glu Arg Asn Leu 435 440 445 Gln Ser Pro Thr Gln Phe Gln Thr Pro Arg Ser Ser Ala Ile Arg Arg 450 455 460 Ser Gly Ser Thr Ser Pro Leu Gly Phe Ala Arg Ala Ser Pro Ser Pro 465 470 475 480 Pro Ala His Ala Glu His Gly Gly Val Leu Ala Arg Lys Met Ser Leu 485 490 495 Gly Gly Gly Arg Pro Tyr Thr Pro Ser Pro Gln Val Gly Thr Ile Pro 500 505 510 Glu Arg Pro Gly Trp Ser Gly Thr Pro Ser Pro Gln Gly Ala Glu Met 515 520 525 Arg Gly Gly Arg Ser Pro Arg Pro Gly Ser Ser Ala Pro Glu His Ser 530 535 540 Pro Arg Thr Ser Gly Leu Gly Cys Arg Leu His Ser Ala Pro Asn Leu 545 550 555 560 Ser Asp Leu His Val Val Arg Pro Lys Leu Pro Lys Pro Pro Thr Asp 565 570 575 Pro Leu Gly Ala Val Phe Ser Pro Pro Gln Ala Ser Pro Pro Gln Pro 580 585 590 Ser His Gly Leu Gln Ser Cys Arg Asn Leu Arg Gly Ser Pro Lys Leu 595 600 605 Pro Asp Phe Leu Gln Arg Asn Pro Leu Pro Pro Ile Leu Gly Ser Pro 610 615 620 Thr Lys Ala Val Pro Ser Phe Asp Phe Pro Lys Thr Pro Ser Ser Gln 625 630 635 640 Asn Leu Leu Ala Leu Leu Ala Arg Gln Gly Val Val Met Thr Pro Pro 645 650 655 Arg Asn Arg Thr Leu Pro Asp Leu Ser Glu Val Gly Pro Phe His Gly 660 665 670 Gln Pro Leu Gly Pro Gly Leu Arg Pro Gly Glu Asp Pro Lys Gly Pro 675 680 685 Phe Gly Arg Ser Phe Ser Thr Ser Arg Leu Thr Asp Leu Leu Leu Lys 690 695 700 Ala Ala Phe Gly Thr Gln Ala Pro Asp Pro Gly Ser Thr Glu Ser Leu 705 710 715 720 Gln Glu Lys Pro Met Glu Ile Ala Pro Ser Ala Gly Phe Gly Gly Ser 725 730 735 Leu His Pro Gly Ala Arg Ala Gly Gly Thr Ser Ser Pro Ser Pro Val 740 745 750 Val Phe Thr Val Gly Ser Pro Pro Ser Gly Ser Thr Pro Pro Gln Gly 755 760 765 Pro Arg Thr Arg Met Phe Ser Ala Gly Pro Thr Gly Ser Ala Ser Ser 770 775 780 Ser Ala Arg His Leu Val Pro Gly Pro Cys Ser Glu Ala Pro Ala Pro 785 790 795 800 Glu Leu Pro Ala Pro Gly His Gly Cys Ser Phe Ala Asp Pro Ile Ala 805 810 815 Ala Asn Leu Glu Gly Ala Val Thr Phe Glu Ala Pro Asp Leu Pro Glu 820 825 830 Glu Thr Leu Met Glu Gin Glu His Thr Glu Ile Leu Arg Gly Leu Arg 835 840 845 Phe Thr Leu Leu Phe Val Gln His Val Leu Glu Ile Ala Ala Leu Lys 850 855 860 Gly Ser Ala Ser Glu Ala Ala Gly Gly Pro Glu Tyr Gln Leu Gln Glu 865 870 875 880 Ser Val Val Ala Asp Gln Ile Ser Leu Leu Ser Arg Glu Trp Gly Phe 885 890 895 Ala Glu Gln Leu Val Leu Tyr Leu Lys Val Ala Glu Leu Leu Ser Ser Ser 900 905 910 Gly Leu Gln Ser Ala Ile Asp Gln Ile Arg Ala Gly Lys Leu Cys Leu 915 920 925 Ser Ser Thr Val Lys Gln Val Val Arg Arg Leu Asn Glu Leu Tyr Lys 930 935 940 Ala Ser Val Val Ser Cys Gln Gly Leu Ser Leu Arg Leu Gln Arg Phe 945 950 955 960 Phe Leu Asp Lys Gln Arg Leu Leu Asp Arg Ile His Ser Ile Thr Ala 965 970 975 Glu Arg Leu Ile Phe Ser His Ala Val Gln Met Val Gln Ser Ala Ala 980 985 990 Leu Asp Glu Met Phe Gln His Arg Glu Gly Cys Val Pro Arg Tyr His 995 1000 1005 Lys Ala Leu Leu Leu Leu Glu Gly Leu Gln His Met Leu Ser Asp Gln 1010 1015 1020 Ala Asp Ile Glu Asn Val Thr Lys Cys Lys Leu Cys Ile Glu Arg Arg 1025 1030 1035 1040 Leu Ser Ala Leu Leu Thr Gly Ile Cys Ala 1045 1050 <210> 2 <211> 1051 <212> PRT <213> Mus musculus <220> <221> MISC_FEATURE <222> (1)..(1051) <223> ULK1 <400> 2 Met Glu Pro Gly Arg Gly Gly Val Glu Thr Val Gly Lys Phe Glu Phe 1 5 10 15 Ser Arg Lys Asp Leu Ile Gly His Gly Ala Phe Ala Val Val Phe Lys 20 25 30 Gly Arg His Arg Glu Lys His Asp Leu Glu Val Ala Val Lys Cys Ile 35 40 45 Asn Lys Lys Asn Leu Ala Lys Ser Gln Thr Leu Leu Gly Lys Glu Ile 50 55 60 Lys Ile Leu Lys Glu Leu Lys His Glu Asn Ile Val Ala Leu Tyr Asp 65 70 75 80 Phe Gln Glu Met Ala Asn Ser Val Tyr Leu Val Met Glu Tyr Cys Asn 85 90 95 Gly Gly Asp Leu Ala Asp Tyr Leu His Thr Met Arg Thr Leu Ser Glu 100 105 110 Asp Thr Val Arg Leu Phe Leu Gln Gln Ile Ala Gly Ala Met Arg Leu 115 120 125 Leu His Ser Lys Gly Ile Ile His Arg Asp Leu Lys Pro Gln Asn Ile 130 135 140 Leu Leu Ser Asn Pro Gly Gly Arg Arg Ala Asn Pro Ser Asn Ile Arg 145 150 155 160 Val Lys Ile Ala Asp Phe Gly Phe Ala Arg Tyr Leu Gln Ser Asn Met 165 170 175 Met Ala Ala Thr Leu Cys Gly Ser Pro Met Tyr Met Ala Pro Glu Val 180 185 190 Ile Met Ser Gln His Tyr Asp Gly Lys Ala Asp Leu Trp Ser Ile Gly 195 200 205 Thr Ile Val Tyr Gln Cys Leu Thr Gly Lys Ala Pro Phe Gln Ala Ser 210 215 220 Ser Pro Gln Asp Leu Arg Leu Phe Tyr Glu Lys Asn Lys Thr Leu Val 225 230 235 240 Pro Ala Ile Pro Arg Glu Thr Ser Ala Pro Leu Arg Gln Leu Leu Leu 245 250 255 Ala Leu Leu Gln Arg Asn His Lys Asp Arg Met Asp Phe Asp Glu Phe 260 265 270 Phe His His Pro Phe Leu Asp Ala Ser Thr Pro Ile Lys Lys Ser Pro 275 280 285 Pro Val Pro Val Pro Ser Tyr Pro Ser Ser Gly Ser Gly Ser Ser Ser 290 295 300 Ser Ser Ser Ser Ala Ser His Leu Ala Ser Pro Ser Leu Gly Glu 305 310 315 320 Met Pro Gln Leu Gln Lys Thr Leu Thr Ser Pro Ala Asp Ala Ala Gly 325 330 335 Phe Leu Gln Gly Ser Arg Asp Ser Gly Gly Ser Ser Lys Asp Ser Cys 340 345 350 Asp Thr Asp Asp Phe Val Met Val Pro Ala Gln Phe Pro Gly Asp Leu 355 360 365 Val Ala Glu Ala Ala Ser Ala Lys Pro Pro Pro Asp Ser Leu Leu Cys 370 375 380 Ser Gly Ser Ser Leu Val Ala Ser Ala Gly Leu Glu Ser His Gly Arg 385 390 395 400 Thr Pro Ser Pro Ser Pro Thr Cys Ser Ser Ser Pro Ser Pro Ser Gly 405 410 415 Arg Pro Gly Pro Phe Ser Ser Asn Arg Tyr Gly Ala Ser Val Pro Ile 420 425 430 Pro Val Pro Thr Gln Val His Asn Tyr Gln Arg Ile Glu Gln Asn Leu 435 440 445 Gln Ser Pro Thr Gln Gln Gln Thr Ala Arg Ser Ser Ala Ile Arg Arg 450 455 460 Ser Gly Ser Thr Ser Pro Leu Gly Phe Gly Arg Ala Ser Pro Ser Pro 465 470 475 480 Pro Ser His Thr Asp Gly Ala Met Leu Ala Arg Lys Leu Ser Leu Gly 485 490 495 Gly Gly Arg Pro Tyr Thr Pro Ser Pro Gln Val Gly Thr Ile Pro Glu 500 505 510 Arg Pro Ser Trp Ser Arg Val Pro Ser Pro Gln Gly Ala Asp Val Arg 515 520 525 Val Gly Arg Ser Pro Arg Pro Gly Ser Ser Val Pro Glu His Ser Pro 530 535 540 Arg Thr Thr Gly Leu Gly Cys Arg Leu His Ser Ala Pro Asn Leu Ser 545 550 555 560 Asp Phe His Val Val Arg Pro Lys Leu Pro Lys Pro Pro Thr Asp Pro 565 570 575 Leu Gly Ala Thr Phe Ser Pro Gln Thr Ser Ala Pro Gln Pro Cys 580 585 590 Pro Gly Leu Gln Ser Cys Arg Pro Leu Arg Gly Ser Pro Lys Leu Pro 595 600 605 Asp Phe Leu Gln Arg Ser Pro Leu Pro Pro Ile Leu Gly Ser Pro Thr 610 615 620 Lys Ala Gly Pro Ser Phe Asp Phe Pro Lys Thr Pro Ser Ser Gln Asn 625 630 635 640 Leu Leu Thr Leu Leu Ala Arg Gln Gly Val Val Met Thr Pro Pro Arg 645 650 655 Asn Arg Thr Leu Pro Asp Leu Ser Glu Ala Ser Pro Phe His Gly Gln 660 665 670 Gln Leu Gly Ser Gly Leu Arg Pro Ala Glu Asp Thr Arg Gly Pro Phe 675 680 685 Gly Arg Ser Phe Ser Thr Ser Arg Ile Thr Asp Leu Leu Leu Lys Ala 690 695 700 Ala Phe Gly Thr Gln Ala Ser Asp Ser Gly Ser Thr Asp Ser Leu Gln 705 710 715 720 Glu Lys Pro Met Glu Ile Ala Pro Ser Ala Gly Phe Gly Gly Thr Leu 725 730 735 His Pro Gly Ala Arg Gly Gly Gly Ala Ser Ser Pro Ala Pro Val Val 740 745 750 Phe Thr Val Gly Ser Pro Pro Ser Gly Ala Thr Pro Pro Gln Ser Thr 755 760 765 Arg Thr Arg Met Phe Ser Val Gly Ser Ser Ser Ser Leu Gly Ser Thr 770 775 780 Gly Ser Ser Ser Ala Arg His Leu Val Pro Gly Ala Cys Gly Glu Ala 785 790 795 800 Pro Glu Leu Ser Ala Pro Gly His Cys Cys Ser Leu Ala Asp Pro Leu 805 810 815 Ala Ala Asn Leu Glu Gly Ala Val Thr Phe Glu Ala Pro Asp Leu Pro 820 825 830 Glu Glu Thr Leu Met Glu Gin Glu His Thr Glu Thr Leu His Ser Leu 835 840 845 Arg Phe Thr Leu Ala Phe Ala Gln Gln Val Leu Glu Ile Ala Ala Leu 850 855 860 Lys Gly Ser Ala Ser Glu Ala Ala Gly Gly Pro Glu Tyr Gln Leu Gln 865 870 875 880 Glu Ser Val Val Ala Asp Gln Ile Ser Gln Leu Ser Arg Glu Trp Gly 885 890 895 Phe Ala Glu Gln Leu Val Leu Tyr Leu Lys Val Ala Glu Leu Leu Ser 900 905 910 Ser Gly Leu Gln Thr Ala Ile Asp Gln Ile Arg Ala Gly Lys Leu Cys 915 920 925 Leu Ser Ser Thr Val Lys Gln Val Val Arg Arg Leu Asn Glu Leu Tyr 930 935 940 Lys Ala Ser Val Val Ser Cys Gln Gly Leu Ser Leu Arg Leu Gln Arg 945 950 955 960 Phe Phe Leu Asp Lys Gln Arg Leu Leu Asp Gly Ile His Gly Val Thr 965 970 975 Ala Glu Arg Leu Ile Leu Ser His Ala Val Gln Met Val Gln Ser Ala 980 985 990 Ala Leu Asp Glu Met Phe Gln His Arg Glu Gly Cys Val Pro Arg Tyr 995 1000 1005 His Lys Ala Leu Leu Leu Leu Glu Gly Leu Gln His Thr Leu Thr Asp 1010 1015 1020 Gln Ala Asp Ile Glu Asn Ile Ala Lys Cys Lys Leu Cys Ile Glu Arg 1025 1030 1035 1040 Arg Leu Ser Ala Leu Leu Ser Gly Val Tyr Ala 1045 1050

Claims (7)

AMPK, PPI 및 ULK1 단백질을 발현하는 세포를 저농도 포도당에서 배양하는 단계;
상기 세포를 서열번호 1의 서열을 기준으로 ULK1의 755번째 트레오닌 잔기에서 O-GlcNAcylation을 조절할 것으로 기대되는 시험물질과 접촉하는 단계; 및
상기 접촉 후, 상기 ULK1의 755번째 트레오닌 잔기에서 O-GlcNAcylation 정도, 상기 ULK1의 317번 및 556번 세린 잔기에서의 인산화 및 상기 ULK1의 758번째 세린 잔기에서의 탈인산화를 측정하는 단계를 포함하며,
상기 측정하는 단계에서, 시험물질로 처리되지 않은 경우와 비교하여 상기 ULK1의 755번째 트레오닌 잔기에서 상기 O-GlcNAcylation 정도가 증가된 경우, 그리고 상기 탈인산화 및 인산화가 증가한 경우 상기 시험물질을 자가포식 활성화제, 또는 상기 시험물질로 처리되지 않은 경우와 비교하여 상기 O-GlcNAcylation 정도가 변화가 없거나 감소한 경우, 그리고 상기 탈인산화 및 인산화가 변화가 없거나 감소한 경우, 상기 시험물질을 자가포식 억제제 후보물질로 선별하는 것인, 자가포식 조절제 스크리닝 방법.
culturing cells expressing AMPK, PPI and ULK1 proteins in low glucose concentration;
contacting the cell with a test substance expected to regulate O-GlcNAcylation at the 755th threonine residue of ULK1 based on the sequence of SEQ ID NO: 1; and
After the contact, measuring the degree of O-GlcNAcylation at the 755th threonine residue of ULK1, phosphorylation at 317 and 556 serine residues of ULK1, and dephosphorylation at the 758th serine residue of ULK1,
In the measuring step, when the degree of O-GlcNAcylation at the 755th threonine residue of ULK1 is increased and the dephosphorylation and phosphorylation are increased compared to the case where the test substance is not treated, the test substance is activated by autophagy When the degree of O-GlcNAcylation does not change or decreases, and when the dephosphorylation and phosphorylation do not change or decrease compared to the case where the test substance is not treated with the first or the test substance, the test substance is selected as an autophagy inhibitor candidate A method for screening an autophagy modulator.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 세포는 ATG14L 및 VPS34 리피드 카이나아제룰 추가로 발현하며,
상기 측정하는 단계는 ATG14L의 인산화 및 VPS34 리피드 카이나아제의 활성을 측정하는 단계를 추가로 포함하며,
상기 측정결과 상기 시험물질로 처리되지 않은 경우와 비교하여 상기 ATG14L의 인산화 및 VPS34 리피드 카이나아제의 활성이 증가한 경우 시험물질을 자가포식 활성화제, 그리고
상기 측정결과 상기 시험물질로 처리되지 않은 경우와 비교하여 상기 ATG14L의 인산화 및 VPS34 리피드 카이나아제의 활성이 변화가 없거나 감소한 경우 시험물질을 자가포식 억제제 후보물질로 선별하는 것인, 자가포식 조절제 스크리닝 방법.
The method of claim 1,
The cells further express ATG14L and VPS34 lipid kinase,
The measuring step further comprises measuring the phosphorylation of ATG14L and the activity of VPS34 lipid kinase,
As a result of the measurement, when the phosphorylation of ATG14L and the activity of VPS34 lipid kinase increased compared to the case where the test substance was not treated, the test substance was treated with an autophagy activator, and
As a result of the measurement, when the phosphorylation of ATG14L and the activity of VPS34 lipid kinase do not change or decrease compared to the case where the test substance is not treated with the test substance, the test substance is selected as an autophagy inhibitor candidate. Way.
제 1 항에 있어서,
상기 ULK1 단백질은 758번째 세린 잔기가 탈인산화되거나 또는
상기 ULK1 단백질은 317 또는 556번째 세린 잔기가 인산화된 단백질이고, 상기 세포는 정상 포도당 농도에서 배양되는 것인, 자가포식 조절제 스크리닝 방법.
The method of claim 1,
The ULK1 protein is dephosphorylated at position 758 or
The ULK1 protein is a protein in which the 317th or 556th serine residue is phosphorylated, and the cell is cultured at a normal glucose concentration, autophagy modulator screening method.
제 1 항, 제 4 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세포는 H1299, HEK293, 또는 SW620 세포주인, 자가포식 조절제 스크리닝 방법.
6. The method of any one of claims 1, 4 or 5,
The cell line is H1299, HEK293, or SW620 cell line, autophagy modulator screening method.
제 1 항, 제 4 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자가포식 조절제는 암, 신경퇴행성 질환, 자가면역 질환, 심혈관 질환, 대사질환, 또는 유전성 근육 질환의 예방 또는 치료용인, 자가포식 조절제 스크리닝 방법.
6. The method of any one of claims 1, 4 or 5,
The autophagy modulator is for the prevention or treatment of cancer, neurodegenerative disease, autoimmune disease, cardiovascular disease, metabolic disease, or hereditary muscle disease, autophagy modulator screening method.
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