KR102320688B1 - Method of screening material inhibiting chromatin condensation of sperm cell targeting ubiquitination of histon3 by PHF7 - Google Patents

Method of screening material inhibiting chromatin condensation of sperm cell targeting ubiquitination of histon3 by PHF7 Download PDF

Info

Publication number
KR102320688B1
KR102320688B1 KR1020200092968A KR20200092968A KR102320688B1 KR 102320688 B1 KR102320688 B1 KR 102320688B1 KR 1020200092968 A KR1020200092968 A KR 1020200092968A KR 20200092968 A KR20200092968 A KR 20200092968A KR 102320688 B1 KR102320688 B1 KR 102320688B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
phf7
sperm
cells
brdt
mice
Prior art date
Application number
KR1020200092968A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
백성희
김창록
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020200092968A priority Critical patent/KR102320688B1/en
Priority to PCT/KR2021/009074 priority patent/WO2022025490A1/en
Priority to JP2022563021A priority patent/JP7501937B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102320688B1 publication Critical patent/KR102320688B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/5005Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells
    • G01N33/5008Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells for testing or evaluating the effect of chemical or biological compounds, e.g. drugs, cosmetics
    • G01N33/5044Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells for testing or evaluating the effect of chemical or biological compounds, e.g. drugs, cosmetics involving specific cell types
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/68Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving proteins, peptides or amino acids
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/68Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving proteins, peptides or amino acids
    • G01N33/689Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving proteins, peptides or amino acids related to pregnancy or the gonads
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2440/00Post-translational modifications [PTMs] in chemical analysis of biological material
    • G01N2440/36Post-translational modifications [PTMs] in chemical analysis of biological material addition of addition of other proteins or peptides, e.g. SUMOylation, ubiquitination

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Gynecology & Obstetrics (AREA)
  • Pregnancy & Childbirth (AREA)
  • Reproductive Health (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

Disclosed herein is a method for screening a sperm chromatin condensation inhibitor which targets histone 3 ubiquitination of PHF7. A substance identified by the method according to the present application can inhibit the activity of PHF7 E3 ubiquitin ligase on histone H3K14 to disturb the stabilization of BRDT without affecting a transcriptional regulatory function of the BRDT, thereby reducing concentration thereof and thus effectively inhibiting a function thereof in removal of the histone. Specific inhibition of the PHF7 using the substance identified through the mechanism can be usefully used as a male contraceptive.

Description

PHF7의 히스톤 3 유비퀴틴화를 표적으로 하는 정자 크로마틴 응축 억제제 스크리닝 방법 {Method of screening material inhibiting chromatin condensation of sperm cell targeting ubiquitination of histon3 by PHF7}{Method of screening material inhibiting chromatin condensation of sperm cell targeting ubiquitination of histon3 by PHF7}

본원은 PHF7의 히스톤 3 유비퀴틴화 조절에 의한 정자 핵 응축 조절을 규명한 분자 기전에 근거한 약물 스크리닝 기술과 관련된 분야이다. The present application is a field related to a drug screening technology based on a molecular mechanism that elucidates the regulation of sperm nucleus condensation by regulating histone 3 ubiquitination of PHF7.

정자형성과정은 부계 유전체의 절반을 갖는 정자를 만드는 복잡한 과정이다. 정원세포에서 유래한 이배체 정세포(spermatid)가 4개의 반수체 정세포로 분열하는 감수분열 이후, 원형 정세포는 정자성숙과정을 거쳐 정자가 되는데 이때 세포질 제거, 핵 응축, 첨체 형성, 꼬리 성장 등을 수반한다. Spermatogenesis is a complex process that produces sperm with half the paternal genome. After meiosis, in which a diploid spermatid derived from a spermatocyte divides into four haploid spermatocytes, the circular spermatocyte undergoes sperm maturation to become a sperm, which is accompanied by cytoplasmic removal, nuclear condensation, acrosome formation, and tail growth.

체세포의 크로마틴은 히스톤으로 구성되어 있는 반면, 정자 크로마틴은 주로 아르기닌이 풍부한 프로타민으로 구성되어 있다. 정자의 더 응축된 크로마틴은 DNA 손상으로부터 유전체를 보호하고 부계 유전체가 자손으로 잘 전달될 수 있도록 한다. 정자성숙과정 동안, 신장형 (elongated) 정세포의 히스톤은 크로마틴으로부터 제거되고, 전이 단백질(TNP)로 교체되고 마지막으로 프로타민으로 교체된다(Wang et al. (2019a) Front Genet 10, 962.). 이러한 히스톤-프로마틴 교환에 문제가 있는 정자는 핵 응축의 실패로 비정상적인 형태와 감소된 운동성을 보이며 결국 수정 능력에 문제를 초래한다 (Wang et al., (2016). Journal of cellular biochemistry 117, 1429-1438).Somatic chromatin is composed of histones, whereas sperm chromatin is mainly composed of arginine-rich protamine. The more condensed chromatin in the sperm protects the genome from DNA damage and allows the paternal genome to be passed on to offspring. During sperm maturation, histones in elongated sperm cells are removed from chromatin, replaced with a transfer protein (TNP) and finally replaced with protamine (Wang et al. (2019a) Front Genet 10 , 962.). Sperm with a problem in this histone-promatin exchange shows abnormal morphology and reduced motility due to failure of nuclear condensation, resulting in problems with fertility (Wang et al., (2016). Journal of cellular biochemistry 117 , 1429) -1438).

히스톤-프로타민 교환 이전에 신장형 정세포에서 일어나는 히스톤 H4 과아세틸화는 히스톤 제거와 정자성숙과정에 필요한 유전자의 전사 조절에 역할을 한다 (Goudarzi et al., 2014). 여러 연구를 통해 H4 과아세틸화에 관여된 여러 종류의 조절 단백질들이 밝혀졌다. PIWI는 신장형 정세포에서 H4 과아세틸화에 필요한 H2A, H2B의 유비퀴틴화를 촉진하는 RNF8의 세포 내 위치를 조절하는데, H4 과아세틸화에 RNF8가 관련되어 있는지는 아직 논쟁 중이다 (Gou et al., (2017) Cell 169, 1090-1104.e1013.; Lu et al. (2010) Nature 466, 508-512.; Sin et al. (2012). Genes Dev 26, 2737-2748.). 크로마틴 리모델러인 CHD5는 H4 과아세틸화와 전사 조절을 통한 정자 머리 발생에 역할 한다. H4 과아세틸화 이후, BRDT는 BD1 도메인을 통해 과아세틸화된 H4 말단의 H4K5/K8 아세틸화를 인지하여 크로마틴 리모델러와 함께 히스톤 제거와 전사 조절에 관여한다. BD1을 통한 아세틸화된 크로마틴의 인지는 브로모 도메인과 DNA의 상호작용에 의해 강화된다. 게다가, 정자 프로테아좀의 단위체 중 하나인 PA200은 정자성숙과정 동안 히스톤의 아세틸화-매개 분해에 필요하다 (Qian et al. (2013) Cell 153, 1012-1024).Histone H4 hyperacetylation, which occurs in kidney sperm cells prior to histone-protamine exchange, plays a role in the transcriptional regulation of genes required for histone removal and sperm maturation (Goudarzi et al., 2014). Several studies have identified several regulatory proteins involved in H4 hyperacetylation. PIWI regulates the subcellular localization of RNF8, which promotes ubiquitination of H2A and H2B required for H4 hyperacetylation in kidney spermatocytes, and whether RNF8 is involved in H4 hyperacetylation is still under debate (Gou et al., ( 2017) Cell 169 , 1090-1104.e1013.; Lu et al. (2010) Nature 466 , 508-512.; Sin et al. (2012). Genes Dev 26 , 2737-2748.). CHD5, a chromatin remodeler, plays a role in sperm head development through H4 hyperacetylation and transcriptional regulation. After H4 hyperacetylation, BRDT recognizes H4K5/K8 acetylation of the hyperacetylated H4 terminus through the BD1 domain, and is involved in histone clearance and transcriptional regulation together with a chromatin remodeler. Recognition of acetylated chromatin through BD1 is enhanced by the interaction of DNA with the bromo domain. Furthermore, PA200, one of the units of the sperm proteasome, is required for acetylation-mediated degradation of histones during sperm maturation (Qian et al. (2013) Cell 153 , 1012-1024).

그러나, 정자성숙과정 동안 히스톤 제거에 대한 분자 기전에 대한 연구는 충분치 않으며, 이에 대한 규명 및 이를 근거로한 남성 생식계 약물 개발 기술이 필요하다. However, studies on the molecular mechanism of histone removal during sperm maturation are not sufficient, and it is necessary to elucidate this and develop a drug for male reproductive system based on it.

본원은 정자형성과정에서 히스톤 H3K14에 대한 PHF7 E3 유비퀴틴 리가아제 활성 조절 기전에 근거한 정자 핵 응축 억제제 스크리닝 방법을 제공하고자 한다.The present application aims to provide a method for screening sperm nucleus condensation inhibitors based on a mechanism for regulating the activity of PHF7 E3 ubiquitin ligase on histone H3K14 during spermatogenesis.

한 양태에서 본원은 PHF7 (PHD finger protein 7) 및 BRDT (Bromodomain testis-specific) 단백질을 (과)발현하는 진핵 세포를 제공하는 단계; 상기 세포를 PHF7의 히스톤3 (H3)의 14번째 라이신 잔기에 대한 유비퀴틴화 활성을 억제할 것으로 기대되는 시험물질과 접촉하는 단계; 상기 접촉 후, 상기 세포에서 상기 H3 단백질의 유비퀴틴화 정도를 측정하는 단계; 및 상기 측정하는 단계에서 상기 시험물질과 접촉한 세포에서, 접촉되지 않은 세포와 비교하여, 상기 H3의 유비퀴틴화가 감소된 경우, 상기 시험물질을 정자 크로마틴 응축에 필요한 히스톤-프로타민 교환 억제제로 선별하는 단계를 포함하는, 정자 크로마틴 응축 억제제 스크리닝 방법을 제공한다. In one aspect, the present application provides a eukaryotic cell (over) expressing PHF7 (PHD finger protein 7) and BRDT (Bromodomain testis-specific) protein; contacting the cell with a test substance expected to inhibit the ubiquitination activity of the 14th lysine residue of histone 3 (H3) of PHF7; after the contact, measuring the degree of ubiquitination of the H3 protein in the cell; and when the ubiquitination of H3 is reduced in cells contacted with the test substance in the measuring step compared to cells not contacted, the test substance is selected as a histone-protamine exchange inhibitor required for sperm chromatin condensation. It provides a method for screening a sperm chromatin condensation inhibitor comprising the steps of.

일 구현예에서, 본원에 따른 방법에 사용되는 세포로는 PHF7을 (과)발현하는 다양한 세포가 사용될 수 있다. 일 구현예에서 상기 세포는 PHF7이 과발현된 HEK (Human Embroynic Kidney) 293T 세포이다. In one embodiment, various cells expressing (over) PHF7 may be used as the cells used in the method according to the present application. In one embodiment, the cell is a Human Embroynic Kidney (HEK) 293T cell overexpressing PHF7.

본원에 따른 방법의 일 구현예에서 세포는 인간을 제외한 동물모델로서 제공되는 것이고, 상기 측정하는 단계에서, 상기 동물모델의 응축형 정세포(spermatid) 에서 BRDT 단백질의 유비퀴틴화 또는 상기 BRDT 단백질의 농도를 측정하는 것을 추가로 포함하며, 상기 BRDT 단백질 유비퀴틴화가 상기 시험물질로 처리되지 않은 세포와 비교하여 증가하거나, 또는 상기 BRDT 단백질의 농도가 상기 시험물질로 처리되지 않은 세포와 비교하여, 감소한 경우, 상기 시험물질을 정자 핵 응축에 필요한 히스톤-크로마틴 교환 억제제로 선별하는 단계를 포함한다. In one embodiment of the method according to the present application, the cell is provided as an animal model other than humans, and in the measuring step, the ubiquitination of the BRDT protein or the concentration of the BRDT protein in the condensed spermatid of the animal model Further comprising measuring, when the BRDT protein ubiquitination is increased compared to cells not treated with the test substance, or the concentration of the BRDT protein is decreased compared to cells not treated with the test substance, the and selecting the test substance as a histone-chromatin exchange inhibitor required for sperm nucleus condensation.

본원에 따른 방법에 따라 스크리닝된 정자 핵 응축 억제제 후보물질은 남성 피임약으로 효과적으로 개발될 수 있다.Sperm nucleus condensation inhibitor candidates screened according to the method according to the present application can be effectively developed as male contraceptives.

본원에서 규명된 기전에 근거한 스크리닝 방법 및 이를 통해 규명된 물질은 히스톤 H3K14에 대한 PHF7 E3 유비퀴틴 리가아제 활성을 억제할 수 있어, BRDT의 전사 조절 기능에 영향을 주지않으면서도, BRDT의 안정화를 방해함으로써 이의 농도를 감소시켜 히스톤 제거에 있어서 이의 기능을 효과적으로 억제할 수 있고 이는 정자의 발생을 억제할 수 있어, 이러한 기전을 통해 규명된 물질을 이용한 PHF7의 특이적인 억제는 남성 피임제로 효과적으로 사용될 수 있다.The screening method based on the mechanism identified herein and the substance identified through it can inhibit the activity of PHF7 E3 ubiquitin ligase on histone H3K14, thereby interfering with the stabilization of BRDT without affecting the transcriptional regulatory function of BRDT. By reducing its concentration, it can effectively inhibit its function in histone removal and it can inhibit the generation of sperm.

특히 기존에 BRDT, BRD2,3 및 4가 속하는 BRD 패밀리의 억제제인 씨에노트라이졸로디아제핀 JQ1 (CAS Number: 1268524-70-4)은 마우스에서 BRDT를 표적함으로써 남성 피임약으로써 제시된 적이 있다. 그러나, JQ1은 신체 전반적으로 발현하는 BRD2,3,4를 억제하여 부작용의 위험이 있다. BRDT가 정자형성과정 초기부터 역할 하는 반면, 본원에서 그 기전에 규명된 PHF7은 감수분열 후 정세포에서 우세하게 발현하고 정자형성과정 후기에 작용하기 때문에, BRDT를 표적으로 하는 경우보다 부작용이 적을 수 있다. 또한 PHF7의 E3 유비퀴틴 리가아제 활성은 정자성숙과정에 필요하므로, PHF7은 남성 불임 검사의 진단 마커로서 사용될 수 있다. In particular, cyenotrizolodiazepine JQ1 (CAS Number: 1268524-70-4), an inhibitor of the BRD family to which BRDT, BRD2,3 and 4 belong, has previously been proposed as a male contraceptive by targeting BRDT in mice. However, there is a risk of side effects because JQ1 inhibits BRD2,3,4 expressed throughout the body. While BRDT plays a role from the beginning of the spermatogenesis process, PHF7, which has been identified in this study, is predominantly expressed in sperm cells after meiosis and acts late in the spermatogenesis process, so there may be fewer side effects than when BRDT is targeted. . In addition, since the E3 ubiquitin ligase activity of PHF7 is required for sperm maturation, PHF7 can be used as a diagnostic marker for male infertility tests.

도 1은 Phf7 tKO 수컷 마우스는 정자 발생 결함을 보인다는 결과이다. (A) 마우스 정자 발생 과정의 도식. (B) 다른 나이의 쥐의 정소에서 상대적인 Phf7 mRNA 레벨. (C) 다른 나이의 쥐의 정소에서 PHF7 단백질 레벨. (D) 8주령 대조군과 Phf7 tKO 마우스의 정소 세포에서 PHF7 단백질 레벨. (E) 야생형 암컷 마우스와 교배한 대조군 및 Phf7 tKO 수컷 마우스의 수정 능력. (F) 헤마톡실린-PAS 염색을 이용한 대조군 및 Phf7 tKO 마우스의 정소 조직 분석. (G) 헤마톡실린-에오신 염색을 이용한 대조군 및 Phf7 tKO 마우스의 부정소 조직 분석. (H) 대조군 및 Phf7 tKO 마우스의 정자의 위상차 현미경 이미지. (I) 대조군 및 Phf7 tKO 마우스 정자의 운동성. (J) 시험관 수정 어세이. 대조군 및 Phf7 tKO 마우스 정자의 상대적 수정 능력. (K) 대조군 및 Phf7 tKO 마우스 정자의 공초점 현미경 이미지. (L) 히스톤 H2A, TH2B, H3, H4 항체를 이용한 대조군 및 Phf7 tKO 마우스 정자의 공초점 현미경 이미지. (M) 대조군 및 Phf7 tKO 마우스 정자 추출액의 히스톤과 프로타민 단백질 레벨. (N) 대조군 및 Phf7 tKO 마우스 정소 절편에서 H3, PRM2 항체를 이용한 면역 염색. 화살표는 H3와 PRM2가 같이 발현하는 응축형 정세포를 나타냄. (O) 대조군 및 Phf7 tKO 마우스 정세포 추출액에서 수행한 면역블롯 분석.
도 2는 PHF7은 히스톤 H3의 14번 라이신에 대한 E3 유비퀴틴 리가아제임을 규명한 결과이다. (A) 대조군 및 Phf7 tKO 마우스 정소 세포 추출액에서 수행한 면역블롯 분석. H3 면역블롯의 장시간 노출 데이터는 25 kDa 아래의 이동된 H3 밴드를 포함. (B) 대조군 및 Phf7 tKO 마우스 정소세포 추출액에서 수행한 면역 침강 분석. (C) Flag-PHF7과 Hismax-Ub를 HEK293T 세포에 트랜스펙션한 후의 면역블롯 분석. (D) E.coli에서 정제한 PHF7과 재조합 뉴클레오좀을 이용한 E2 스크리닝에 대한 in vitro 유비퀴틴화 어세이. 히스톤 유비퀴틴화의 상대적 레벨은 각 면역블롯 아래에 표시. (E) 다른 반응 시간으로 진행한 뉴클레오좀의 in vitro 유비퀴틴화 어세이. H3 유비퀴틴화의 상대적 레벨은 H3 면역블롯 아래에 표시. (F) Ub의 유무에 따른 GST-H3 결실 돌연변이를 이용한 in vitro 유비퀴틴화 어세이. H3 유비퀴틴화 비율은 GST 면역블롯 아래에 표기. 별표(*)는 H3의 폴리 유비퀴틴화를 나타냄. (G) HEK293T 세포에서 HA-PHF7과 H3-Flag KR 돌연변이들을 트랜스펙션한 후 진행한 H3 유비퀴틴화 잔기에 대한 스크리닝. (H) H3-Flag WT과 K14R 돌연변이를 과발현한 HEK293T 세포에서 얻은 히스톤 추출물을 이용한 in vitro 유비퀴틴화 어세이.
도 3은 Phf7 효소 활성이 없는 C160A 낙인 마우스는 정자 형성 과정과 H3 유비퀴틴화에 결함을 보인다는 것을 규명한 결과이다. (A) PHF7 WT, ΔPHD, ΔRING 돌연변이의 도식. HEK293T 세포에서 Flag-PHF7 WT, ΔPHD, ΔRING의 E3 유비퀴틴 리가아제 활성 비교. (B와 C) HEK293T 세포에서 PHF7의 PHD 도메인 돌연변이(B)와 RING 도메인 돌연변이(C)의 E3 유비퀴틴 리가아제 활성의 결함. (D) GST-PHF7의 RING 도메인 돌연변이체를 이용한 in vitro 유비퀴틴화 어세이. (E) Phf7 C160A KI 마우스에 대한 도식. KI 대립유전자는 BamH I (GGATTC)과 Afe I (AGCGCT)의 제한 자리를 가진다. (F) 야생형 암컷 마우스와 교배한 대조군 및 Phf7 CA/CA 수컷 마우스의 수정 능력. (G) 대조군 및 Phf7 CA/CA 수컷 마우스 정자의 운동성. (H) IVF 어세이. 대조군 및 Phf7 CA/CA 수컷 마우스 정자의 수정 능력. (I) 대조군 및 Phf7 CA/CA 수컷 마우스 정자의 공초점 현미경 이미지. (J) 대조군 및 Phf7 CA/CA 수컷 마우스 정자에서 히스톤 H2A, TH2B, H3, H4를 면역염색한 공초점 현미경 이미지. (K) 대조군 및 Phf7 CA/CA 수컷 마우스 정소 절편에서 H3 항체와 PRM2 항체를 이용한 면역 염색의 공초점 현미경 이미지. 화살표는 H3와 PRM2가 같이 발현하는 응축형 정세포를 나타냄. (L) 대조군 및 Phf7 CA/CA 수컷 마우스 정세포 추출액에서 수행한 면역블롯 분석. (M) 대조군 및 Phf7 CA/CA 수컷 마우스 정소 세포 추출액에서 수행한 면역블롯 분석. H3 면역블롯의 장시간 노출 데이터는 25 kDa 아래의 H3ub 밴드를 포함.
도 4는 PHF7의 E3 유비퀴틴 리가아제 활성은 H4 과아세틸화 이후 히스톤 제거에 필요하다는 것을 규명한 결과이다. (A 및 B) 단일 세포 RNA 시퀀싱으로부터 얻은 명명된 세포 유형 별로 색깔로 표기된 두 유전자형의 쥐에서 얻은 정소 세포에 대한 t-SNE 분석(A)과 모든 세포에서의 매우 다양한 유전자의 보정된 발현 레벨(B). 힛맵에 있는 모든 유전자와 세포는 Euclidean distance를 이용하여 분류되었다. 각 세포의 메타데이터는 힛맵 위에 표기되었다 (유전자형, Phf7 f/f , 회색; Phf7 tKO , 빨강과 t-SNE 분석에 쓰인 세포 유형). (C) 대조군 및 Phf7 tKO 마우스의 정소 세포에서 Tnp1/2와 Prm1/2의 상대적 mRNA 레벨. (D) 대조군 및 Phf7 tKO 마우스의 정세포 추출물에서 수행된 TNPs 및 PRMs에 대한 면역블롯 분석. (E) 대조군 및 Phf7 CA/CA 마우스의 정세포 추출물에서 수행된 TNPs 및 PRMs에 대한 면역블롯 분석. (F) 대조군 및 Phf7 tKO 마우스의 정세포 추출물에서 수행된 H4ac 및 H4에 대한 면역블롯 분석. (G) 대조군 및 Phf7 CA/CA 마우스의 정세포 추출물에서 수행된 H4ac 및 H4에 대한 면역블롯 분석. (H) 각 유전자형의 마우스의 정소 절편에서 H4ac 항체, PRM2 항체를 이용하여 수행된 면역염색에 대한 공초점 현미경 이미지. (I) H4 과아세틸화 이후 히스톤 제거에서 PHF7의 기능에 대한 도식 모델.
도 5는 PHF7은 초기 응축형 정세포에서 BRDT의 레벨을 유지하는데 역할 한다는 것을 규명한 결과이다. (A와 B) Phf7 f/f Phf7 tKO 마우스(A), Phf7 +/CA Phf7 CA/CA 마우스(B)의 정세포에서 BRDT의 단백질 레벨과 상대적 mRNA 레벨. (C와 D) Phf7 f/f Phf7 tKO 마우스(C), Phf7 +/CA Phf7 CA/CA 마우스(D)의 정소 절편에서 H4ac 항체와 BRDT 항체를 이용한 면역 염색의 공초점 현미경 이미지. 로마 숫자는 세정관의 정자 형성 과정 단계를 나타낸다. (E) 신장형 혹은 응축형 정세포의 핵에서 H4ac 및 BRDT가 염색된 비율에 대한 정량화.
도 6은 PHF7의 E3 유비퀴틴 리가아제 활성은 BRDT의 안정성을 조절한다는 것을 규명한 결과이다. (A) Phf7 Flag/+ 마우스의 정소 절편에서 BRDT 항체와 Flag 항체를 이용한 면역 염색의 공초점 현미경 이미지. 로마 숫자는 세정관의 정자 형성 과정 단계를 나타낸다. 화살표는 BRDT와 Flag-PHF7이 같이 발현하는 정세포의 핵을 나타낸다. (B) BET 패밀리의 보존된 SPOP 데그론 (D) 서열. (C) HEK293T 세포에 Flag-BRDT (1-555 아미노산) 야생형과 ΔD 돌연변이체를 트랜스펙션 후, MG132 처리 유무에 따른 면역블롯 분석. (D) HEK293T 세포에 Flag-BRDT, SPOP, PHF7의 야생형과 C160A 돌연변이체를 트랜스펙션 후 수행한 면역블롯 분석. (E) Phf7 f/f , Phf7 tKO , Phf7 +/CA , Phf7 CA/CA 마우스의 정세포에서 SPOP, Cul3, BRD4, PTEN의 단백질 레벨. (F) HEK293T 세포에 Flag-BRDT, SPOP, PHF7 야생형과 C160A 돌연변이체를 트랜스펙션 및 MG132 처리 후 수행한 유비퀴틴화 어세이. (G) 트랜스펙션한 HEK293T 세포에서 HA 혹은 PHF7 항체 및 Flag 항체로 면역염색한 공초점 현미경 이미지. (H) BRDT, SPOP-Cul3-Rbx1, PHF7을 이용한 in vitro 유비퀴틴화 어세이.
도 7은 PHF7-매개 히스톤 유비퀴틴화는 BRDT의 유비퀴틴화를 약화시킨다는 것을 규명한 결과이다. (A) HEK293T 세포에서 수행한 BRDT와 PHF7의 면역 침강 실험. (B) E. coli 유래 GST-BRDT와 H3ub혹은 H4ac를 포함한 바이오틴화된 뉴클레오좀과 스트렙트아비딘 비드를 이용한 in vitro 풀다운 어세이. 풀다운된 GST-BRDT의 상대적 비율은 면역블롯 아래에 표기됨. (C) BRDT, SPOP-Cul3-Rbx1, 수식화된 뉴클레오좀을 이용한 in vitro 유비퀴틴화 어세이. (D) 초기 응축형 정세포 (스텝 12)에서 PHF7-매개 H3ub를 통한 BRDT 안정성 조절에 대한 모델.
도 8은 결실 마우스의 제작 결과를 나타낸다. (A) Phf7 유전자를 타겟하는 방법에 대한 도식. Phf7 엑손 4, 5, 6 및 7 대립유전자 (회색 박스)와 lacZ 유전자 (보라색 박스), loxP (녹색 화살표), FRT (청색 박스), 네오마이신 선택 마커 (연두색 박스), 디프테리아 독소 유전자 (DT, 하늘색 박스)를 포함한 타겟팅 벡터. (B) Phf7 f/f Phf7 tKO 마우스의 정소 이미지와 몸무게 대비 정소의 무게에 대한 비율. 에러바는 평균 ± SD을 나타냄. (C와 D) Phf7 f/f Phf7 tKO 마우스의 정소 절편에서 H3(녹색), PRM1(적색, C), TNP2(적색, D), DAPI(청색)에 대한 면역 염색의 공초점 현미경 이미지. 화살표는 PRM1이나 TNP2가 H3와 공동 발현을 보이는 정세포를 나타냄.
도 9는 H3K14ub에 대한 LC-MS/MS 분석 결과를 나타낸다. (A) In vitro로 변형된 히스톤 H3 단백질을 이용한 LC-MS/MS 분석. 표기된 펩타이드 서열과 변형에 해당하는 MS/MS 분석 스펙트럼. (B) LC-MS/MS 분석에서 명명된 펩타이드 서열에 대한 펩타이드 스펙트럼 매치(PSM)의 개수 차이. 두 번 반복된 실험에서 PHF7 과발현과 대조군 샘플이 표기됨. (C) Phf7 f/f Phf7 tKO 마우스의 정소 사이에서 유비퀴틴화된 H2A 및 H2B 단백질에 대한 LC-MS/MS 분석.
도 10은 Phf7 CA/CA 마우스의 분석 결과를 나타낸다. (A) Phf7 +/CA Phf7 CA/CA 마우스 정소 절편의 헤마톡실린-PAS 염색. (B) Phf7 +/CA Phf7 CA/CA 마우스 부정소 절편의 헤마톡실린-에오신 염색. (C) Phf7 +/CA Phf7 CA/CA 마우스 정자의 위상차 현미경 이미지. (D와 E) Phf7 +/CA Phf7 CA/CA 마우스의 정소 절편에서 H3(녹색), PRM1(적색, D), TNP2(적색, E), DAPI(청색)에 대한 면역 염색의 공초점 현미경 이미지. 화살표는 PRM1 혹은 TNP2가 H3와 공동 발현하는 정세포를 나타냄.
도 11은 단일 세포 RNA 시퀀싱은 Phf7-결실 마우스는 야생형 마우스와 유사한 전사체 프로파일을 가짐을 보여준다. (A) 그래프 기반 클러스터로 색칠된 UMAP 플랏. (B) UMAP 플랏 상에 분포된 마우스 세포들. 빨간 점은 각 플랏에서 각 샘플로부터 유래된 세포들을 나타냄. (C) UMAP 플랏 상의 마커 유전자의 보정된 발현 레벨. (D) 세포 내 UMI (Unique Molecular Identifier)의 총 개수의 분포.
도 12는 Phf7이 망가진 마우스의 응축형 정세포에는 H4 아세틸화가 비정상적으로 남아있음을 나타낸다. (A) 정자형성 주기에서 정자성숙과정의 도식. 아리비아 숫자는 정자성숙과정의 스텝(1-16)을 나타냄. 원형 정세포(스텝 1-8), 신장형 정세포(스텝 9-11), 응축형 정세포(스텝 12-13), 응축후 정세포(steps 14-16). (B와 C) Phf7 f/f , Phf7 tKO (B), Phf7 +/CA and Phf7 CA/CA (C) 마우스의 정소 절편 상에서 H4ac (녹색), PNA (적색), and DAPI (청색)에 대한 염색의 공초점 현미경 이미지. 로마 숫자는 세정관 내에서 정자형성 단계(I - XII)를 나타냄.
도 13은 정소 절편에서 PRM1 혹은 TNP2와 H4ac의 공동면역염색 결과로 도 4와 연관된 결과이다. (A) Phf7 f/f , Phf7 tKO , Phf7 +/CA Phf7 CA/CA 마우스 정소 절편 상의 H4ac (적색), PRM1 (녹색), DAPI (청색)에 대한 면역 염색의 공초점 현미경 이미지. (B) Phf7 f/f , Phf7 tKO , Phf7 +/CA Phf7 CA/CA 마우스 정소 절편 상의 H4ac (적색), TNP2 (녹색), DAPI (청색)에 대한 면역 염색의 공초점 현미경 이미지.
도 14는 Flag-Phf7 낙인 마우스의 제작을 나타낸다. (A) Flag-Phf7 knock-in mice에 대한 도식. Phf7 엑손 2 대립유전자 (회색 박스), 3xFlag (적색). 3xFlag (적색), 스페이서 (주황색), 침묵 돌연변이 (하늘색)을 포함하는 낙인(knock-in) 서열. (B) Phf7 +/+ (야생형) 및 Phf7 Flag/+ 마우스의 정소 세포 추출물에서 Flag-PHF7의 단백질 레벨. 별표(*)는 비특이적 밴드를 나타냄. (C) Phf7 Flag/+ 마우스 정소 절편의 Flag(녹색), PNA(적색), DAPI(청색)에 대한 면역 염색의 공초점 현미경 이미지. 로마 숫자는 세정관 내에서 정자형성 단계(I - XII)를 나타냄. (D) Phf7 Flag/+ 마우스 정소 절편의 Flag(녹색), DAPI(청색)에 대한 면역 염색의 공초점 현미경 이미지. (E) Phf7 Flag/+ 마우스 정소 절편의 Flag(녹색), H4ac(적색), DAPI(청색)에 대한 면역 염색의 공초점 현미경 이미지. 로마 숫자는 세정관 내에서 정자형성 단계(I - XII)를 나타냄. 화살표는 Flag-PHF7과 H4ac이 공동 발현하는 정세포를 나타냄.
1 is The result is that Phf7 tKO male mice show spermatogenesis defects. (A) Schematic of the mouse spermatogenesis process. (B) Relative Phf7 mRNA levels in the testis of mice of different ages. (C) PHF7 protein levels in the testis of mice of different ages. (D) PHF7 protein levels in testis cells of 8-week-old control and Phf7 tKO mice. (E) Fertilization capacity of control and Phf7 tKO male mice crossed with wild-type female mice. (F) Testicular tissue analysis of control and Phf7 tKO mice using hematoxylin-PAS staining. (G) Anaphylactic tissue analysis of control and Phf7 tKO mice using hematoxylin-eosin staining. (H) Phase-contrast microscopy images of sperm from control and Phf7 tKO mice. (I) Motility of sperm in control and Phf7 tKO mice. (J) In vitro fertilization assay. Relative fertilization capacity of sperm from control and Phf7 tKO mice. (K) Confocal microscopy images of sperm from control and Phf7 tKO mice. (L) Confocal microscopy images of control and Phf7 tKO mouse sperm using histone H2A, TH2B, H3, H4 antibodies. (M) Histone and protamine protein levels in sperm extracts from control and Phf7 tKO mice. (N) Immunostaining with H3 and PRM2 antibodies in testis sections from control and Phf7 tKO mice. Arrows indicate condensed sperm cells expressing both H3 and PRM2. (O) Immunoblot analysis performed on control and Phf7 tKO mouse sperm cell extracts.
2 is a result of identifying PHF7 is an E3 ubiquitin ligase for lysine 14 of histone H3. (A) Immunoblot analysis performed on control and Phf7 tKO mouse testicular cell extracts. Long exposure data from H3 immunoblots contain shifted H3 bands below 25 kDa. (B) Immunoprecipitation analysis performed on control and Phf7 tKO mouse testicular cell extracts. (C) Immunoblot analysis after transfection of Flag-PHF7 and Hismax-Ub into HEK293T cells. (D) In vitro ubiquitination assay for E2 screening using PHF7 purified from E. coli and recombinant nucleosomes. Relative levels of histone ubiquitination are shown below each immunoblot. (E) In vitro ubiquitination assay of nucleosomes with different reaction times. Relative levels of H3 ubiquitination are shown below the H3 immunoblot. (F) In vitro ubiquitination assay using GST-H3 deletion mutants with or without Ub. The H3 ubiquitination rate is shown below the GST immunoblot. Asterisk (*) indicates polyubiquitination of H3. (G) Screening for H3 ubiquitination residues after transfection of HA-PHF7 and H3-Flag KR mutants in HEK293T cells. (H) In vitro ubiquitination assay using histone extracts obtained from HEK293T cells overexpressing H3-Flag WT and K14R mutations.
3 is a result of finding out that C160A stigma mice without Phf7 enzyme activity show defects in the spermatogenesis process and H3 ubiquitination. (A) Schematic of PHF7 WT, ΔPHD, ΔRING mutants. Comparison of E3 ubiquitin ligase activity of Flag-PHF7 WT, ΔPHD, and ΔRING in HEK293T cells. (B and C) Defects in E3 ubiquitin ligase activity of PHD domain mutants (B) and RING domain mutants (C) of PHF7 in HEK293T cells. (D) In vitro ubiquitination assay using the RING domain mutant of GST-PHF7. (E) Schematic of Phf7 C160A KI mice. The KI allele has restriction sites for BamHI (GGATTC) and Afe I (AGCGCT). (F) Fertilization capacity of control and Phf7 CA/CA male mice crossed with wild-type female mice. (G) Sperm motility of control and Phf7 CA/CA male mice. (H) IVF assay. Fertilization ability of sperm from control and Phf7 CA/CA male mice. (I) Confocal microscopy images of sperm from control and Phf7 CA/CA male mice. (J) Confocal microscopy images of histones H2A, TH2B, H3, and H4 immunostaining in sperm from control and Phf7 CA/CA male mice. (K) Confocal microscopy images of immunostaining with H3 antibody and PRM2 antibody in testis sections from control and Phf7 CA/CA male mice. Arrows indicate condensed sperm cells expressing both H3 and PRM2. (L) Immunoblot analysis performed on sperm cell extracts from control and Phf7 CA/CA male mice. (M) Immunoblot analysis performed on testis cell extracts from control and Phf7 CA/CA male mice. Long exposure data from H3 immunoblot included H3ub band below 25 kDa.
4 is a result of confirming that the E3 ubiquitin ligase activity of PHF7 is required for histone removal after H4 hyperacetylation. (A and B) t-SNE analysis of testis cells from mice of both genotypes, color-coded by named cell type obtained from single-cell RNA sequencing (A) and corrected expression levels of highly diverse genes in all cells ( B). All genes and cells in the heatmap were sorted using Euclidean distance. Metadata of each cell was indicated above the heatmap (genotype, Phf7 f/f , gray; Phf7 tKO , red and cell type used for t-SNE analysis). (C) Relative mRNA levels of Tnp1/2 and Prm1/2 in testis cells of control and Phf7 tKO mice. (D) Immunoblot analysis of TNPs and PRMs performed on sperm cell extracts from control and Phf7 tKO mice. (E) Immunoblot analysis for TNPs and PRMs performed on sperm cell extracts from control and Phf7 CA/CA mice. (F) Immunoblot analysis for H4ac and H4 performed on sperm cell extracts from control and Phf7 tKO mice. (G) Immunoblot analysis for H4ac and H4 performed on sperm cell extracts from control and Phf7 CA/CA mice. (H) Confocal microscopy images of immunostaining performed using H4ac antibody and PRM2 antibody on testis sections of mice of each genotype. (I) Schematic model of the function of PHF7 in histone clearance following H4 hyperacetylation.
Figure 5 is the result of finding out that PHF7 plays a role in maintaining the level of BRDT in the initial condensed sperm cell. (A and B) Protein levels and relative mRNA levels of BRDT in sperm cells of Phf7 f/f and Phf7 tKO mice (A), Phf7 +/CA and Phf7 CA/CA mice (B). (C and D) Confocal microscopy images of immunostaining with H4ac antibody and BRDT antibody in testis sections from Phf7 f/f and Phf7 tKO mice (C), Phf7 +/CA and Phf7 CA/CA mice (D). Roman numerals indicate the stages of the spermatogenesis process in the tubules. (E) Quantification of the ratio of H4ac and BRDT staining in the nucleus of elongated or condensed spermatozoa.
6 is the result of finding out that the E3 ubiquitin ligase activity of PHF7 regulates the stability of BRDT. (A) Confocal microscopy image of immunostaining using BRDT antibody and Flag antibody in testis sections from Phf7 Flag/+ mice. Roman numerals indicate the stages of the spermatogenesis process in the tubules. Arrows indicate nuclei of sperm cells expressing both BRDT and Flag-PHF7. (B) Conserved SPOP degron (D) sequence of the BET family. (C) After transfection of Flag-BRDT (1-555 amino acids) wild-type and ΔD mutants into HEK293T cells, immunoblot analysis with or without MG132 treatment. (D) Immunoblot analysis performed after transfection of the wild-type and C160A mutants of Flag-BRDT, SPOP, and PHF7 into HEK293T cells. (E) Protein levels of SPOP, Cul3, BRD4, and PTEN in sperm cells of Phf7 f/f , Phf7 tKO , Phf7 +/CA , Phf7 CA/CA mice. (F) Ubiquitination assay performed after transfection of Flag-BRDT, SPOP, PHF7 wild-type and C160A mutants into HEK293T cells and MG132 treatment. (G) Confocal microscopic image of transfected HEK293T cells immunostained with HA or PHF7 antibody and Flag antibody. (H) In vitro ubiquitination assay using BRDT, SPOP-Cul3-Rbx1, and PHF7.
7 is the result of finding out that PHF7-mediated histone ubiquitination attenuates BRDT ubiquitination. (A) Immunoprecipitation experiments of BRDT and PHF7 in HEK293T cells. (B) In vitro pull-down assay using E. coli-derived GST-BRDT and biotinylated nucleosomes containing H3ub or H4ac and streptavidin beads. Relative proportions of pulled-down GST-BRDT are shown below the immunoblot. (C) In vitro ubiquitination assay using BRDT, SPOP-Cul3-Rbx1, and modified nucleosomes. (D) Model for BRDT stability regulation through PHF7-mediated H3ub in early condensed spermatozoa (step 12).
Fig. 8 shows the production results of deletion mice. ( A ) Schematic of how to target the Phf7 gene. Phf7 exons 4, 5, 6 and 7 alleles (grey boxes) and lacZ gene (purple boxes), loxP (green arrows), FRT (blue boxes), neomycin selection marker (yellow green boxes), diphtheria toxin gene (DT, targeting vectors (including light blue boxes). ( B ) Phf7 f/f and Phf7 tKO Image of testis in mice and the ratio of testis weight to body weight. Error bars represent mean ± SD. ( C and D ) Confocal microscopy images of immunostaining for H3 (green), PRM1 (red, C), TNP2 (red, D), DAPI (blue) in testis sections from Phf7 f/f and Phf7 tKO mice. Arrows indicate sperm cells in which either PRM1 or TNP2 co-expressed with H3.
9 shows the results of LC-MS/MS analysis of H3K14ub. ( A ) In vitro LC-MS/MS analysis using modified histone H3 protein. MS/MS analysis spectra corresponding to the indicated peptide sequences and modifications. ( B ) Differences in number of peptide spectral matches (PSM) for the named peptide sequences in LC-MS/MS analysis. In two replicates, PHF7 overexpression and control samples are indicated. ( C ) Phf7 f/f and Phf7 tKO LC-MS/MS analysis of ubiquitinated H2A and H2B proteins in the testis of mice.
10 shows the analysis results of Phf7 CA/CA mice. ( A ) Hematoxylin- PAS staining of testis sections from Phf7 +/CA and Phf7 CA/CA mice. ( B ) Hematoxylin -eosin staining of Phf7 +/CA and Phf7 CA/CA mouse testicular sections. ( C ) Phase- contrast microscopy images of Phf7 +/CA and Phf7 CA/CA mouse sperm. ( D and E ) Confocal microscopy of immunostaining for H3 (green), PRM1 (red, D), TNP2 (red, E), DAPI (blue) in testis sections from Phf7 +/CA and Phf7 CA/CA mice. image. Arrows indicate sperm cells in which either PRM1 or TNP2 co-express H3.
11 shows that single cell RNA sequencing shows that Phf7 -deleted mice have transcript profiles similar to wild-type mice. ( A ) UMAP plots colored with graph-based clusters. ( B ) Mouse cells distributed on the UMAP plot. Red dots indicate cells derived from each sample in each plot. ( C ) Corrected expression levels of marker genes on UMAP plots. ( D ) Distribution of the total number of UMIs (Unique Molecular Identifiers) in cells.
Fig. 12 shows that H4 acetylation remains abnormal in condensed sperm cells of mice in which Phf7 is disrupted. ( A ) Schematic of the sperm maturation process in the spermatogenesis cycle. Arabic numerals represent the steps (1-16) of the sperm maturation process. Circular spermatocytes (steps 1-8), elongate spermatocytes (steps 9-11), condensed spermatocytes (steps 12-13), post-condensation spermatocytes (steps 14-16). ( B and C ) Phf7 f/f , Phf7 tKO ( B ), Phf7 +/CA and Phf7 CA/CA ( C ) for H4ac (green), PNA (red), and DAPI (blue) on testis sections from mice. Confocal microscopy image of staining. Roman numerals indicate spermatogenesis stages (I - XII) within the tubules.
13 is a result related to FIG. 4 as a result of co-immunostaining of PRM1 or TNP2 and H4ac in a testis section. ( A ) Confocal microscopy images of immunostaining for H4ac (red), PRM1 (green), DAPI (blue) on testis sections from Phf7 f/f , Phf7 tKO , Phf7 +/CA and Phf7 CA/CA mice. ( B ) Confocal microscopy images of immunostaining for H4ac (red), TNP2 (green), DAPI (blue) on testis sections from Phf7 f/f , Phf7 tKO , Phf7 +/CA and Phf7 CA/CA mice.
14 shows the construction of a Flag-Phf7 branded mouse. ( A ) Schematic of Flag- Phf7 knock-in mice. Phf7 exon 2 allele (grey box), 3xFlag (red). 3xFlag (red), a spacer (orange), a knock-in sequence comprising a silent mutation (sky blue). ( B ) Protein levels of Flag-PHF7 in testis cell extracts from Phf7 +/+ (wild-type) and Phf7 Flag/+ mice. Asterisks (*) indicate non-specific bands. ( C ) Confocal microscopy images of immunostaining for Flag (green), PNA (red), DAPI (blue) of testis sections from Phf7 Flag/+ mice. Roman numerals indicate spermatogenesis stages (I - XII) within the tubules. ( D ) Confocal microscopy images of immunostaining for Flag (green) and DAPI (blue) of testis sections from Phf7 Flag/+ mice. ( E ) Confocal microscopy image of immunostaining for Flag (green), H4ac (red), DAPI (blue) of testis sections from Phf7 Flag/+ mice. Roman numerals indicate spermatogenesis stages (I - XII) within the tubules. Arrows indicate sperm cells co-expressing Flag-PHF7 and H4ac.

본원은 PHF7 (PHD finger protein 7)이 정자성숙 과정에서 히스톤 제거 인자인 BRDT (Bromodomain testis-specific)의 안정성 유지에 중요하다는 발견에 근거한 것이다. 정자형성 과정은 체세포분열, 감수분열, 및 정자성숙 과정을 포함하는 정자를 만드는 복잡한 과정이다. 이 중 정자성숙 과정 동안, 감수분열 후 정세포(spermatid)의 크로마틴에서 히스톤이 제거되고 프로타민으로 대체된다. 이러한 정자형성 과정에서 히스톤-프로마틴 교환은 정자 핵 응축에 중요함에도 불구하고, 그 연구가 부족하며, 이에 대한 조절 기전에 규명이 필요하다. This study is based on the discovery that PHF7 (PHD finger protein 7) is important for maintaining the stability of BRDT (Bromodomain testis-specific), a histone removal factor during sperm maturation. The process of spermatogenesis is a complex process of making sperm that includes mitosis, meiosis, and sperm maturation. Among them, during sperm maturation, histones are removed from chromatin of spermatids after meiosis and replaced with protamine. In this spermatogenesis process, histone-promatin exchange is important for sperm nucleus condensation, but the study is lacking, and the control mechanism for this needs to be elucidated.

본원에서는, 구체적으로 PHF7 단백질이 감수분열 후 정세포에서 히스톤 H3의 14번째 라이신 (K14) 잔기에 대한 E3 유비퀴틴 리가아제로서 작용하며, 이러한 PHF7에 의한 히스톤 유비퀴틴화는 히스톤 제거 인자인 BRDT의 단백질 양을 증가시킴으로서, PHF7 단백질이 히스톤-프로마틴 교환을 조절하는 크로마틴 응축의 중요한 후성유전학적 인자라는 발견에 근거한 것이다. Herein, specifically, the PHF7 protein acts as an E3 ubiquitin ligase for the 14th lysine (K14) residue of histone H3 in sperm cells after meiosis, and histone ubiquitination by PHF7 reduces the protein amount of BRDT, a histone removal factor. By increasing it, it is based on the discovery that the PHF7 protein is an important epigenetic factor of chromatin condensation that regulates histone-promatin exchange.

구체적으로 본원에서는 Phf7 결실 마우스와 E3 유비퀴틴 리가아제 활성이 망가진 Phf7 C160A 돌연변이 마우스를 제작하여 이 마우스들이 초기 응축형 정세포에서 히스톤 제거 인자 BRDT의 조절 이상으로 히스톤-프로타민 교환의 결핍과 정자성숙과정에 이상을 보인다는 것을 밝혔다. 또한 마우스의 정세포에서 히스톤 제거 인자 BRDT의 단백질양이 감소하고, 면역블롯 및 조직면역 염색을 통해 특정 발생 시기에서 BRDT의 발현양 차이를 확인하였다. 또한 본원에서는 PHF7의 E3 유비퀴틴 리가아제의 히스톤 유비퀴틴화에 대한 활성이 BRDT의 유비퀴틴화를 억제시킴으로써 BRDT의 안정화 즉 농도 증가에 기여함을 규명하였다. Specifically, in this study, we produced Phf7-deleted mice and Phf7 C160A mutant mice with impaired E3 ubiquitin ligase activity, and these mice exhibited abnormal histone-protamine exchange and abnormal sperm maturation due to abnormal regulation of the histone removal factor BRDT in early condensed sperm cells. said to show In addition, the protein amount of the histone removal factor BRDT decreased in sperm cells of mice, and differences in the expression level of BRDT were confirmed at specific developmental times through immunoblot and tissue immunostaining. In addition, in the present application, the activity of E3 ubiquitin ligase of PHF7 on histone ubiquitination contributes to stabilization of BRDT, ie, increase in concentration, by inhibiting ubiquitination of BRDT.

이에, PHF7의 결함 또는 발현 또는 활성의 억제는 14번째 라이신 잔기가 유비퀴틴화된 히스톤 3 (H3K14ub)의 결핍을 유도하고 이어서 초기 응축형 정세포에서 BRDT 단백질 양을 감소시켜 히스톤이 프로타민으로 대체되지 않고, 남아있는 비정상적인 정자의 발생을 유도하게 할 수 있다.Therefore, the defect or inhibition of expression or activity of PHF7 induces a deficiency of histone 3 (H3K14ub) in which the 14th lysine residue is ubiquitinated, followed by a decrease in the amount of BRDT protein in the early condensed spermatogonial cells, so that the histone is not replaced with protamine, It can induce the development of the remaining abnormal sperm.

이에 한 양태에서 본원은 PHF7을 표적으로 하는 정자 크로마틴 응축에 필요한 히스톤-프로타민 교환 억제제로 선별하는 단계를 포함하는, 정자 크로마틴 응축 억제제 스크리닝 방법을 제공한다. Accordingly, in one aspect, the present application provides a method for screening a sperm chromatin condensation inhibitor, comprising the step of selecting PHF7 as a histone-protamine exchange inhibitor required for sperm chromatin condensation.

체세포의 크로마틴은 히스톤으로 구성되어 있는 반면, 정자 크로마틴은 주로 아르기닌이 풍부한 프로타민으로 구성되어 있다. 정자의 더 응축된 크로마틴은 DNA 손상으로부터 유전체를 보호하고 부계 유전체가 자손으로 잘 전달될 수 있도록 한다. 정자성숙과정 동안, 신장형 (elongated) 정세포의 히스톤은 크로마틴으로부터 제거되고, 전이 단백질(TNP)로 교체되고 마지막으로 프로타민으로 교체된다 (Wang et al. (2019a) Front Genet 10, 962.). 이러한 히스톤-프로마틴 교환에 문제가 있는 정자는 핵 응축의 실패로 비정상적인 형태와 감소된 운동성을 보이며 결국 수정 능력에 문제를 초래한다 (Wang et al., (2016). Journal of cellular biochemistry 117, 1429-1438).Somatic chromatin is composed of histones, whereas sperm chromatin is mainly composed of arginine-rich protamine. The more condensed chromatin in the sperm protects the genome from DNA damage and allows the paternal genome to be passed on to offspring. During sperm maturation, histones in elongated spermatozoa are removed from chromatin, replaced with a transfer protein (TNP) and finally replaced with protamine (Wang et al. (2019a) Front Genet 10 , 962.). Sperm with a problem in this histone-promatin exchange shows abnormal morphology and reduced motility due to failure of nuclear condensation, resulting in problems with fertility (Wang et al., (2016). Journal of cellular biochemistry 117 , 1429) -1438).

일 구현예에서 상기 방법은 PHF7 및 BRDT를 발현하는 진핵세포를 제공하는 단계; 상기 세포를 PHF7의 히스톤 3 (H3)의 14번째 라이신 잔기에 대한 유비퀴틴화 활성을 억제할 것으로 기대되는 시험물질과 접촉 또는 처리하는 단계; 상기 시험물질로 처리된 세포에서 BRDT 단백질의 유비퀴틴화 정도를 측정하는 단계; 및 상기 측정하는 단계에서 상기 시험물질로 처리된 세포에서, 처리되지 않은 세포와 비교하여, 상기 BRDT의 유비퀴틴화가 증가된 경우, 상기 시험물질을 남성 피임 후보물질로 선별하는 단계를 포함한다. In one embodiment, the method comprises providing a eukaryotic cell expressing PHF7 and BRDT; contacting or treating the cell with a test substance expected to inhibit the ubiquitination activity of the 14th lysine residue of histone 3 (H3) of PHF7; measuring the degree of ubiquitination of the BRDT protein in the cells treated with the test substance; and selecting the test substance as a male contraceptive candidate when the ubiquitination of the BRDT is increased in the cells treated with the test substance in the measuring step compared to the untreated cells.

본원에 따른 표적인 PHF7은 히스톤 메틸 리더로 알려진 PHD 도메인을 갖는 PHF 패밀리의 일원으로, 그 인간 및 마우스의 단백질 및 유전자 서열은 NCBI에 다음과 같이 공지되어 있다: PHF7의 인간 단백질 서열: NP_057567.3, 유전자 서열: NC_000003.12, 마우스 단백질 서열: NP_082225.1, 유전자 서열: NC_000080.6.The target PHF7 according to the present application is a member of the PHF family with a PHD domain known as histone methyl leader, the human and mouse protein and gene sequences of which are known from the NCBI as follows: Human protein sequence of PHF7: NP_057567.3 , gene sequence: NC_000003.12, mouse protein sequence: NP_082225.1, gene sequence: NC_000080.6.

기존에 phf7 유전자의 와해는 정자 생성에 결함을 가져오며, H2A 유비퀴틴화를 감소시킨다는 연구결과가 있었다 (Wang et al., 2019b). 하지만 감수 분열 후 정세포에서 PHF7이 H3K14ub의 E3 유비퀴틴 라이게이즈로서 작용하여 정자 생성 동안 히스톤제거를 위해 BRDT 단백질의 안정성을 유지한다는 결과는 본원에서 처음으로 규명되었다. Previously, there was a study result that disruption of the phf7 gene leads to a defect in sperm production and reduces H2A ubiquitination (Wang et al., 2019b). However, in sperm cells after meiosis, the result that PHF7 acts as an E3 ubiquitin ligase of H3K14ub to maintain the stability of the BRDT protein for histone removal during spermatogenesis was identified here for the first time.

본원에서 규명된 PHF7 E3 유비퀴틴 라이게이즈의 기질인 H3는 히스톤 단백질이다. 인간 및 마우스의 H3 단백질 및 유전자 서열은 NCBI에 다음과 같이 공지되어 있다: H3의 인간 단백질 서열: NP_003520.1, 유전자 서열: NC_000006.12, 마우스 단백질 서열: NP_038578.2, 유전자 서열: NC_000079.6. 상기 아미노산 잔기의 번호를 매김에 있어서, 통상 단백질의 첫 번째 아미노산은 Met이기 때문에, 본원에서 히스톤의 잔기 번호는 Met을 제외하고 그 다음 아미노산을 1번으로 매김한 것이다.H3, a substrate of the PHF7 E3 ubiquitin ligase identified herein, is a histone protein. Human and mouse H3 protein and gene sequences are known from the NCBI as follows: human protein sequence of H3: NP_003520.1, gene sequence: NC_000006.12, mouse protein sequence: NP_038578.2, gene sequence: NC_000079.6 . In the numbering of the amino acid residues, since the first amino acid of a protein is usually Met, the residue numbering of histones herein is that the next amino acid is numbered 1 except for Met.

일반적으로 히스톤 단백질은 진핵세포에서 DNA를 패킹하여 뉴클레오솜이라는 구조적 유니트를 만들어주는 염기성 단백질이다. 히스톤에는 H1/H5, H2A, H2B, H3, 및 H4의 다섯 종류의 패밀리가 있으며, H2A, H2B, H3 및 H4는 뉴클레오솜의 코어를 구성하며, H1/H5 링커 히스톤이다. 코어히스톤은 다이머로 존재한다. 본원에 따른 PHF7 E3 유비퀴틴 라이게이즈는 H3의 14번째 라이신 잔기를 유비퀴틴화 시킨다. 유비퀴틴은 76개의 아미노산으로 이루어진 단백질로, 유비퀴틴화된 단백질의 유비퀴틴은 단백질 분해를 촉진하거나 다른 단백질과의 상호작용을 조절하는 식으로 자신이나 다른 단백질의 활성을 조절한다.In general, histone proteins are basic proteins that pack DNA in eukaryotic cells to make structural units called nucleosomes. There are five families of histones: H1/H5, H2A, H2B, H3, and H4, and H2A, H2B, H3 and H4 constitute the core of the nucleosome, and are H1/H5 linker histones. Core histones exist as dimers. PHF7 E3 ubiquitin ligase according to the present application ubiquitinates the 14th lysine residue of H3. Ubiquitin is a protein consisting of 76 amino acids, and ubiquitin of ubiquitinated proteins regulates the activity of itself or other proteins by promoting protein degradation or regulating interactions with other proteins.

BRDT는 초기 정모세포에서 처음 발현하고 발생 시기에 따라 다양한 기능을 가진다. 정자성숙과정 초기부터 원형 정세포에서 전사가 억제되기 시작해서 정자에서는 모든 전사가 멈춘다고 알려져 있다. 하지만 PHF7과의 연관성은 밝혀지지 않았다. 본원에서는 단일 세포 RNA 시퀀싱 등의 실험을 통해 Phf7 결실이 BRDT 전사에 영향을 주지 않음을 규명하였으며, PHF7에 의한 BRDT 조절은 전사 억제 이후 단계에 작용하는, PHF7이 히스톤-프로마틴 교환을 조절하는 크로마틴 응축의 중요한 후성유전학적 인자로서 작용하는 것을 규명하였다. BRDT의 서열은 NCBI 에 다음과 같이 공지되어 있다: 인간 단백질 서열: NP_001717.3, 유전자 서열: NC_000001.11, 마우스 단백질 서열: NP_473395.2, 유전자 서열: NC_000071.6.BRDT is first expressed in early spermatocytes and has various functions depending on the time of development. It is known that transcription starts to be suppressed in circular sperm cells from the beginning of the sperm maturation process, and all transcription stops in sperm. However, the association with PHF7 has not been established. In this paper, it was verified that Phf7 deletion does not affect BRDT transcription through experiments such as single-cell RNA sequencing. It was found to act as an important epigenetic factor of Martin condensation. The sequence of BRDT is known from the NCBI as follows: human protein sequence: NP_001717.3, gene sequence: NC_000001.11, mouse protein sequence: NP_473395.2, gene sequence: NC_000071.6.

본원에 따른 방법에서 후보물질을 선별하기 위해 시험물질로 처리된 세포에서 상기 히스톤 단백질의 유비퀴틴화 정도를 측정하는 단계를 포함한다. 히스톤 3의 의 유비퀴틴화를 측정하는 방법은 공지되어 있으며, 예를 들면 본원 실시예에 기재된 것을 참조할 수 있다 (Zhang et al. Nat. Commun 8:14799 (2017)). 상기 측정하는 단계에서 상기 시험물질로 처리된 세포에서, 처리되지 않은 세포와 비교하여, 상기 히스톤3의 유비퀴틴화가 감소된 경우, 상기 시험물질을 정자 크로마틴 응축에 요구되는 히스톤-프로마틴 교환 억제제로 선별한다. In order to select a candidate in the method according to the present application, the method includes measuring the degree of ubiquitination of the histone protein in cells treated with a test substance. Methods for measuring the ubiquitination of histone 3 are known, for example, reference may be made to those described in the Examples herein (Zhang et al. Nat. Commun 8:14799 (2017)). When the ubiquitination of the histone 3 is decreased in the cells treated with the test substance in the measuring step, compared to the untreated cells, the test substance is used as a histone-promatin exchange inhibitor required for sperm chromatin condensation. select

일 구현예에서 본원에 따른 방법에 사용되는 세포는 인간 또는 마우스를 포함하는 포유류 유래의 세포로 PHF7을 과발현하는 진핵세포 예를 들면 PHF7을 과발현하는 확립된 세포주 HEK (Human Embryonic Kidney) 293T 이다. 상기 확립된 세포주는 시중에서 구입할 수 있다. 확립된 세포주에서 특정 유전자를 과발현하는 방법은 공지된 것으로 예를 들면 인간 PHF7 유전자를 코딩하는 플라스미드를 목적하는 세포주에 전달이입하여 사용할 수 있다. 하지만 세포주는 이로 제한하는 것은 아니며, 본원에 따른 목적을 달성할 수 있는 다양한 세포가 사용될 수 있다. In one embodiment, the cell used in the method according to the present application is a cell derived from a mammal, including a human or mouse, a eukaryotic cell overexpressing PHF7, for example, an established cell line HEK (Human Embryonic Kidney) 293T overexpressing PHF7. The established cell line is commercially available. Methods for overexpressing a specific gene in an established cell line are known and can be used, for example, by transfecting a plasmid encoding the human PHF7 gene into a cell line of interest. However, the cell line is not limited thereto, and various cells capable of achieving the object according to the present disclosure may be used.

다른 구현예에서 본원에 따른 방법에 사용되는 세포는 동물모델, 예를 들면 마우스의 일부이다. 본원에 따른 방법에서 마우스가 사용된다. In another embodiment the cells used in the method according to the invention are part of an animal model, for example a mouse. A mouse is used in the method according to the invention.

본원에 따른 방법에서 측정하는 단계에서 시험물질과 접촉한 세포에서, 접촉되지 않은 세포와 비교하여, 상기 H3의 유비퀴틴화가 감소된 경우, 상기 시험물질을 정자 크로마틴 응축에 필요한 히스톤-프로타민 교환 억제제로 선별하는 단계를 포함한다. When the ubiquitination of H3 is reduced in cells contacted with the test substance in the step of measuring in the method according to the present application, compared to cells not contacted, the test substance is used as a histone-protamine exchange inhibitor required for sperm chromatin condensation selection step.

일 구현예에서 본원에 따른 방법에서 세포는 인간을 제외한 동물모델로서 제공되며, 이 경우 본원 방법의 측정하는 단계에서, 상기 동물 예를 들면 와일드타입 마우스의 정소 세포에서 BRDT 단백질의 유비퀴틴화 또는 상기 BRDT 단백질의 농도를 측정하는 것을 히스톤 유비퀴틴화 대신에 또는 이에 추가로 포함하며, 상기 BRDT 단백질 유비퀴틴화가 상기 시험물질로 처리되지 않은 세포와 비교하여 증가하거나, 또는 상기 BRDT 단백질의 농도가 상기 시험물질로 처리되지 않은 세포와 비교하여, 감소한 경우, 상기 시험물질을 정자 핵 응축에 필요한 히스톤-크로마틴 교환 억제제로 선별하는 단계를 포함한다. 본원 도 7 및 실시예 6 등에 기재된 바와 같이 BRDT의 유비퀴틴화는 이의 분해를 촉진하여 그 농도를 낮춘다. 따라서 본원에 따른 방법에서 시험물질에 의한 유비티퀸화의 증가는 BRDT 단백질의 농도를 감소시킨다. In one embodiment, in the method according to the present application, the cells are provided as a non-human animal model. In this case, in the measuring step of the method, ubiquitination of BRDT protein or BRDT in testis cells of the animal, for example, a wild-type mouse. measuring the concentration of the protein instead of or in addition to histone ubiquitination, wherein the BRDT protein ubiquitination is increased compared to cells not treated with the test substance, or the concentration of the BRDT protein is treated with the test substance and selecting the test substance as a histone-chromatin exchange inhibitor required for sperm nucleus condensation when it is decreased compared to the untreated cells. As described in FIGS. 7 and 6 herein, ubiquitination of BRDT promotes its degradation and lowers its concentration. Therefore, in the method according to the present application, the increase in ubiquination by the test substance reduces the concentration of the BRDT protein.

이에 본원에 따른 방법에서 PHF7이 히스톤 3 (H3)의 14번째 라이신 잔기에 대한 유비퀴틴화 활성을 억제할 수 있는 후보물질은 궁극적으로 BRDT의 유비퀴틴화를 증가시키고, 이는 BRDT 농도를 감소로 이어져, 결국 정자형성 과정에서 크로마틴 응축의 결함을 유도하여 정자 발생을 억제하고 남성 피임약으로 효과적으로 사용될 수 있다. Accordingly, in the method according to the present application, a candidate substance capable of inhibiting the ubiquitination activity of PHF7 on the 14th lysine residue of histone 3 (H3) ultimately increases ubiquitination of BRDT, which leads to a decrease in BRDT concentration, eventually It induces a defect in chromatin condensation in the spermatogenesis process, inhibits spermatogenesis, and can be effectively used as a male contraceptive.

본원에 따른 방법에 사용되는 세포는 이러한 세포를 포함하는 오가노이드 또는 인간을 제외한 동물모델로서 제공될 수 있다. 이러한 동물모델은 본원 실시예 또는 당업계 공지된 방법을 이용하여 제조될 수 있다. 본원에서 오가노이드란 실제 장기의 미세구조를 나타내는 3차원 환경의 인비트로에서 생산된 미니 장기이다. 이는 자가 재생 및 분화 능을 갖는 세포가 3차원 배양 환경에서 만들어진다. 오가노이드를 제조하는 방법은 공지 (Organoid Culture handbook, Ambiso) 된 것을 참고할 수 있다. The cells used in the method according to the present disclosure may be provided as organoids containing such cells or as non-human animal models. Such an animal model may be prepared using the examples herein or methods known in the art. As used herein, an organoid is a mini-organ produced in vitro in a three-dimensional environment representing the microstructure of an actual organ. Cells with self-renewal and differentiation ability are created in a three-dimensional culture environment. A method for preparing an organoid may refer to a known (Organoid Culture handbook, Ambiso).

본원에 따른 방법에 사용되는 시험물질은 본원에서 규명된 PHF7 유비퀴틴 리가아제의 H3 유비퀴틴화를 통한 정자성숙 과정에서의 크로마틴 응축을 조절하는 후성적 인자로서의 기능의 조절, 변화, 특히 H3 K14의 유비퀴틴화의 억제를 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 according to the present application is an epigenetic factor regulating chromatin condensation in the process of sperm maturation through H3 ubiquitination of PHF7 ubiquitin ligase identified herein, in particular, ubiquitin of H3 K14. Substances expected to result in inhibition of digestion, such as low molecular weight compounds, high molecular weight compounds, mixtures of compounds (eg natural extracts or cell or tissue cultures), or biopharmaceuticals (eg proteins, antibodies, peptides, DNA , RNA, antisense oligonucleotides, RNAi, aptamers, RNAzyme and DNAzyme) or sugars and lipids, and the like.

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, as well as template-based small molecule compounds such as benzodiazepines, hydantoins, biaryls, carbocycles and polycyclic compounds such as naphthalene, phenothi azine, acridine, steroids, etc.), carbohydrates and amino acid derivatives, dihydropyridine, benzhydryl and heterocycles (such as triazine, indole, thiazolidine, etc.), but these are merely exemplary. However, the present invention is not limited thereto.

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% 이상 감소, 약 20% 이상 감소, 약 30% 이상 감소, 약 40% 이상 감소, 약 50% 이상 감소, 약 60% 이상 감소, 약 70% 이상 감소, 약 80% 이상 감소, 약 80% 이상 감소, 약 100% 감소 또는 그 사이의 범위를 포함하는 시험물질을 후보물질로 선별할 수 있으나, 상기를 벗어나는 범위를 제외하는 것은 아니다. 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 and the test substance. About 10% or more reduction, about 20% or more reduction, about 30% or more reduction, about 40% or more reduction, about 50% or more reduction, about 60% or more reduction, about 70 compared to non-contact control % or more, a decrease of about 80% or more, a decrease of about 80% or more, a decrease of about 100% or more, or a range in between may be selected as candidate substances, but the range outside the above is not excluded.

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.

실시예 Example

실험재료 및 방법Experimental materials and methods

Phf7 조건적 낙-아웃 마우스의 제작: IMPC (International Mouse Phenotyping Consortium)에서 Phf7의 첫번째 대립유전자 결실(tm1a)을 갖는 3개의 배아줄기세포(ES 세포)를 얻어서 C57BL/6 배반포에 미세 주사하였다. lacZ 및 neomycin 카세트를 제거하기 위해, 이형접합 F1을 FLPeR 마우스와 교배하였다. 자손 마우스는 Stra8-Cre 마우스와 교배하여 정소 특이적 Phf7 결실 마우스를 얻었다. Phf7 f/f Phf7 tKO 수컷 마우스는 8주령 이후에 실험에 쓰였다. 유전자형 프라이머는 다음과 같다. Construction of Phf7 Conditional Knock-Out Mice: Three embryonic stem cells (ES cells) bearing the first allele deletion (tm1a) of Phf7 were obtained from the International Mouse Phenotyping Consortium (IMPC) and microinjected into C57BL/6 blastocysts. To remove the lacZ and neomycin cassettes, heterozygous F1 was crossed with FLPeR mice. Progeny mice were crossed with Stra8-Cre mice to obtain testis-specific Phf7 deletion mice. Phf7 f/f and Phf7 tKO male mice were used for experiments after 8 weeks of age. Genotype primers are as follows.

Forward 5’-ATCAGTGTGTCCAGAACTTCCATC-3’ Forward 5’-ATCAGTTGTGTCCAGAACTTCCATC-3’

Reverse 5’-TTATC GAGTGGAGGGACAGATGTG-3’. Reverse 5’-TTATC GAGTGGAGGGACAGATGTG-3’.

모든 동물 연구 및 과정은 서울대학교의 실험동물자원관리원 (IACUC, Institutional Animal Care and Use Committee)의 승인을 받았다. All animal studies and procedures were approved by the Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) of Seoul National University.

Phf7 C160A 낙인 마우스와 Flag-Phf7 낙인 마우스의 제작: Phf7 C160A KI 마우스는 이전의 방법으로 sgRNA/Cas9을 트랜스펙션한 ES 세포로부터 제작되었다. 특히, 유전체 수정을 위해 EGR-G01 [129S2 × C57BL/6NCr-Tg(CAG/Acr-Egfp) ES 세포가 이용되었다. sgRNA의 타겟 서열은 5′-GAACATCCACCAGGGGAGTT-3 이다. Phf7의 일곱번째 엑손에 점돌연변이(TGT→GCT, C160A)를 도입하기 위해 HDR 수여 플라스미드 (pBluescript II SK (+) 벡터)가 디자인되었다. C160A 대립유전자를 갖는 키메라 자손은 이형접합(Phf7 +/CA ) 마우스를 얻기 위해 야생형 B6D2F1 마우스와 교배되었다. 다음으로, Phf7 +/CA 마우스는 C57BL/6J 마우스와 교배되었다. Phf7 CA/CA 마우스는 Phf7 +/CA 마우스 간의 교배를 통해 얻었다. Phf7 +/CA , Phf7 CA/CA 마우스는 8주 이후에 실험에 쓰였다. C160A 대립유전자에 대한 유전자형 프라이머는 다음과 같다. Construction of Phf7 C160A labeled mice and Flag-Phf7 labeled mice: Phf7 C160A KI mice were prepared from ES cells transfected with sgRNA/Cas9 by the previous method. In particular, EGR-G01 [129S2 × C57BL/6NCr-Tg( CAG/Acr-Egfp ) ES cells were used for genome modification. The target sequence of sgRNA is 5'-GAACATCCACCAGGGGAGTT-3. An HDR donor plasmid (pBluescript II SK (+) vector) was designed to introduce a point mutation (TGT→GCT, C160A) in the 7th exon of Phf7. Chimeric progeny carrying the C160A allele were crossed with wild-type B6D2F1 mice to obtain heterozygous (Phf7 +/CA) mice. Next, Phf7 +/CA mice were crossed with C57BL/6J mice. Phf7 CA/CA mice were obtained by crossing between Phf7 +/CA mice. Phf7 +/CA , Phf7 CA/CA mice were used in the experiment after 8 weeks. Genotypic primers for the C160A allele are as follows.

Forward; 5’- TCACTGAGCACCAAGCAAATAGAC-3’Forward; 5’-TCACTGAGCACCAAGCAAATAGAC-3’

Reverse; 5’- TCTGAATCTTACACATACTTGAGCA-3’. Reverse; 5'-TCTGAATCTTACACATACTTGAGCA-3'.

KI 대립유전자는 AfeI 제한 자리를 가지며 (도 3E), 유전자형은 AfeI 반응을 통해 구분된다. Flag-Phf7 KI 마우스는 gRNA/Cas9 혼합물과 레퍼런스 DNA를 난자에 주사함으로써 제작되었다. gRNA 서열은 5’-AAAACAAACATCCAAGATTG-3’ 이다. Flag-Phf7 대립유전자에 대한 유전자형 프라이머는 다음과 같다. The KI allele has an AfeI restriction site ( FIG. 3E ), and genotypes are distinguished via the AfeI response. Flag-Phf7 KI mice were constructed by injecting the gRNA/Cas9 mixture and reference DNA into eggs. The gRNA sequence is 5'-AAAACAAACATCCAAGATTG-3'. Genotypic primers for the Flag-Phf7 allele are as follows.

Forward 5’- GGGTGGGACGACAAGAAGAG -3’ Forward 5’-GGGTGGGACGACAAGAAGAG -3’

Reverse 5’- CTTGTCATCGTCATCCTTGT -3’. Reverse 5'- CTTGTCATCGTCATCCTTGT -3'.

모든 동물 연구 및 과정은 서울대학교의 실험동물자원관리원 (IACUC, Institutional Animal Care and Use Committee)과 오사카대학교의 Animal Care and Use Committee of the Research Institute for Microbial Diseases의 승인을 받았다. 이 KI 마우스들의 냉동 정자 (STOCK Phf7<em2(C160A)Osb> Tg(CAG/Acr-EGFP)C3-N01-FJ002Osb, RBRC#11032, CARD#2939; and C57BL/6J-Phf7<em3(FLAG/Phf7)Osb>, RBRC#11056, CARD#2963)는 RIKEN BRC (https://mus.brc.riken.jp/en/) 및 구마모토 대학교 CARD(http://card.medic.kumamoto-u.ac.jp/card/english/)에서 이용 가능할 예정이다. STOCK Phf7<em2(C160A)Osb>, 및 C57BL/6J Phf7<em3(3xFLAG/Phf7)Osb>는 Prof. Masahito Ikawa, Research Institute for Microbial Diseases, OSAKA UNIVERSITY로부터 수득하였다. All animal studies and procedures were approved by Seoul National University's Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) and Osaka University's Animal Care and Use Committee of the Research Institute for Microbial Diseases. Frozen sperm of these KI mice (STOCK Phf7<em2(C160A)Osb> Tg(CAG/Acr-EGFP)C3-N01-FJ002Osb, RBRC#11032, CARD#2939; and C57BL/6J-Phf7<em3(FLAG/Phf7) )Osb>, RBRC#11056, CARD#2963) are RIKEN BRC (https://mus.brc.riken.jp/en/) and Kumamoto University CARD (http://card.medic.kumamoto-u.ac. It will be available at jp/card/english/). STOCK Phf7<em2(C160A)Osb>, and C57BL/6J Phf7<em3(3xFLAG/Phf7)Osb> are Prof. Obtained from Masahito Ikawa, Research Institute for Microbial Diseases, OSAKA UNIVERSITY.

세포 배양: HEK293T 세포(ATCC)는 5% CO2를 포함하는 습식 배양기에서 10% FBS와 항생제를 포함한 DMEM 미디어에서 배양되었다. 이 연구에 쓰인 모든 세포는 마이코플라즈마 오염에 대해 정기적으로 검사 받았다. Cell culture: HEK293T cells (ATCC) were cultured in DMEM media containing 10% FBS and antibiotics in a wet incubator containing 5% CO 2 . All cells used in this study were routinely tested for mycoplasma contamination.

정자 운동성: 부정소에서 얻은 정자는 TYH 방울에 퍼뜨렸다. 10분 배양후, 정자 운동성은 CASA (Computer-assisted sperm analysis) 시스템 (CEROS II)을 통해 분석되었다. Sperm Mobility: Sperm obtained from the spermatozoa was spread in TYH drops. After 10 min incubation, sperm motility was analyzed using a computer-assisted sperm analysis (CASA) system (CEROS II).

In vitro 수정 어세이: PMSG (Pregnant mare serum gonadotropin)를 B6D2F1 암컷 마우스의 복강에 주사하고 48시간 후, hCG (human chorionic gonadotropin)을 주사했다. hCG 주사 후, 14시간 째에 난자를 각 난관의 나팔관에서 추출하고 TYH 방울에서 배양했다. 부정소 정자는 2시간 동안 TYH 방울에서 선행 배양한다. 정자를 난자가 있는 TYH 방울에 첨가했다. 6시간 후, 난자 주위의 난구세포를 hyaluronidase를 5분 처리함으로써 제거하고 위상차 현미경으로 전핵을 관찰하였다. In vitro fertilization assay: Pregnant mare serum gonadotropin (PMSG) was injected into the abdominal cavity of B6D2F1 female mice, and after 48 hours, human chorionic gonadotropin (hCG) was injected. At 14 hours post hCG injection, eggs were extracted from the fallopian tubes of each fallopian tube and cultured in TYH drops. Cervical spermatozoa are pre-incubated in TYH drops for 2 h. Sperm were added to TYH drops with eggs. After 6 hours, the cumulus cells around the egg were removed by treatment with hyaluronidase for 5 minutes, and the pronuclei were observed under a phase-contrast microscope.

조직학: 정소 조직 분석은 이전 방법으로 이루어졌다. 부정소는 10% 포르말린으로 4℃ 밤새 이루어졌다. 고정 후, 조직은 에탄올 농도를 50에서 100%로 올리면서 탈수하였다. 탈수된 표본은 100% 자일렌을 거쳐 파라틴 왁스에 넣었다. 헤마톡실린-에오신 (H&E) 염색을 위해, 조직을 7μm 두께로 자르고 파라핀을 제거하고 수분을 보충한 뒤, 헤마톡실린 3분, 에오신 1분 동안 염색하였다. 이미지는 디지털 현미경으로 얻었다. Histology: Testicular tissue analysis was done by previous methods. Sanitization was done overnight at 4° C. with 10% formalin. After fixation, the tissue was dehydrated while increasing the ethanol concentration from 50 to 100%. The dehydrated specimens were passed through 100% xylene and placed in paraffin wax. For hematoxylin-eosin (H&E) staining, tissues were cut to a thickness of 7 μm, deparaffinized, rehydrated, and stained with hematoxylin for 3 minutes and eosin for 1 minute. Images were obtained with a digital microscope.

마우스 정소 세포의 분리: 마우스 정소 조직은 DMEM-F12 미디어에서 collagenase A, DNase I, 트립신으로 분해하였다. 트립신은 FBS로 블락하고 세포는 70μm, 40μm 스트레이너로 걸러내었다. 원심분리 후, 적혈구는 RBC 용해 버퍼로 제거하였다. 세포는 HBSS로 워시하였다. 정세포는 이전의 프로토콜을 변형하여 중력 침전법인 STA-PUT으로 분리하였다. 컬럼에 DMEM-F12 미디어의 4% BSA를 깔고 2% BSA를 천천히 쌓은 후, 0.5% BSA에 풀어진 정소 세포를 그 위에 로딩한다. 침전은 상온에서 150분 동안 이루어졌다. 각 분획은 위상차 현미경으로 세포 형태를 통해 구분되었다. Isolation of mouse testis cells: Mouse testis tissues were digested with collagenase A, DNase I, and trypsin in DMEM-F12 media. Trypsin was blocked with FBS and the cells were filtered with 70 μm and 40 μm strainers. After centrifugation, red blood cells were removed with RBC lysis buffer. Cells were washed with HBSS. Sperm cells were separated by gravity precipitation method STA-PUT by modifying the previous protocol. After placing 4% BSA in DMEM-F12 media on the column and slowly stacking 2% BSA, testis cells dissolved in 0.5% BSA are loaded thereon. Precipitation was performed at room temperature for 150 minutes. Each fraction was identified through cell morphology by phase-contrast microscopy.

조직면역염색: 부정소에서 얻은 정자는 슬라이드 위에서 말리고 PLL이 처리된 커버슬립 위의 정세포는 1M DTT가 포함된 PBS에서 30분 동안 배양하고 4% PFA가 포함된 PBS에 10분 동안 상온에서 고정한다. 고정된 샘플은 10분 동안 상온에서 0.1% Triton X-100이 포함된 PBS (PBS-T)에서 투과하시켜준다. 염색을 위해, 세포는 2시간 동안 상온에서 항체와 배양하고 형광이 표지된 2차 항체와 1시간 동안 배양한다. 정소 절편을 이용한 조직면역염색은 블락킹에서 마운팅까지 같은 방법으로 이루어졌다. 샘플은 공초점 현미경으로 관찰하였다. 같은 호스트에서 얻은 두 항체를 이용한 이중염색을 위해, 정소 절편은 먼저 BRDT 항체를 4℃ 밤새 배양하고 다음 순서의 항체들을 1시간 동안 상온에서 배양하였다. Alexa 488 AffiniPure Fab Fragment Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L), H4ac 항체, Alexa 594 Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L). 마운팅된 샘플은 공초점 현미경으로 관찰하였다. Tissue immunostaining: Sperm obtained from the amygdala is dried on a slide, and sperm cells on a PLL-treated coverslip are incubated in PBS containing 1M DTT for 30 minutes and fixed in PBS containing 4% PFA for 10 minutes at room temperature. . The fixed sample is permeabilized in PBS (PBS-T) containing 0.1% Triton X-100 at room temperature for 10 minutes. For staining, cells are incubated with an antibody at room temperature for 2 hours and incubated with a fluorescently labeled secondary antibody for 1 hour. Tissue immunostaining using testis sections was performed in the same way from blocking to mounting. Samples were observed under a confocal microscope. For double staining using two antibodies obtained from the same host, testis sections were first incubated with BRDT antibody at 4° C. overnight, and then the following antibodies were incubated at room temperature for 1 hour. Alexa 488 AffiniPure Fab Fragment Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L), H4ac Antibody, Alexa 594 Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L). The mounted samples were observed under a confocal microscope.

트랜스펙션 및 세포 융해 (lysis): 트랜스펙션은 PEI를 이용하였다. 모든 세포는 차가운 PBS로 워시 후 모았고 Laemmli 샘플 버퍼에 융해되었다. 모든 추출물은 SDS-PAGE로 분석되었다. Transfection and cell lysis (lysis): Transfection was performed using PEI. All cells were collected after washing with cold PBS and lysed in Laemmli sample buffer. All extracts were analyzed by SDS-PAGE.

In vitro 유비퀴틴화 어세이: 재조합 단백질 PHF7, UBE1, GST-H3, GST-BRDT, SPOP은 E.coli 스트레인 Rosetta에서 정제하였다. 재조합 뉴클레오좀, GST-H3, 히스톤 추출물을 이용한 히스톤 유비퀴틴화 어세이는 어세이 버퍼 (50 mM Tris-HCl [pH 7.5], 5 mM MgCl2, 2 mM ATP, and 2 mM DTT)에서 유비퀴틴, UBE1, UbcH5b, UbcH5c, PHF7을 이용하여 30℃, 1시간 동안 이루어졌다. Flag-Cul3와 HA-Rbx1은 트랜스펙션한 HEK293T 세포에서 Flag-M2 아가로스 비드와 3xFlag 펩타이드를 이용하여 정제되었다. GST-BRDT, His-SPOP, Flag-Cul3, HA-Rbx1, PHF7을 같은 버퍼에서 30℃, 30분 동안 배양하고 유비퀴틴, UBE1, UbcH5a를 첨가하여 30℃, 1시간 동안 BRDT 유비퀴틴화 어세이를 수행하였다. PHF7과 재조합 뉴클레오좀으로 유비퀴틴화 어세이를 진행 후, 변형된 뉴클레오좀은 PHF7, 유비퀴틴, UbcH5b 및 5c를 제거하기 위해 Amicon Ultra Centrifugal Filters 50K membrane으로 걸러 내었다. 변형된 뉴클레오좀을 이용한 BRDT 유비퀴틴화 어세이는 같은 방법으로 수행하였다. In vitro ubiquitination assay: Recombinant proteins PHF7, UBE1, GST-H3, GST-BRDT and SPOP were purified from E. coli strain Rosetta. Recombinant nucleosome, GST-H3, ubiquitin in histone ubiquitination assay using histone extracts assay buffer (50 mM Tris-HCl [pH 7.5], 5 mM MgCl 2, 2 mM ATP, and 2 mM DTT), UBE1, UbcH5b, UbcH5c, and PHF7 were used at 30° C. for 1 hour. Flag-Cul3 and HA-Rbx1 were purified from transfected HEK293T cells using Flag-M2 agarose beads and 3xFlag peptide. GST-BRDT, His-SPOP, Flag-Cul3, HA-Rbx1, and PHF7 were incubated in the same buffer at 30°C for 30 minutes, and ubiquitin, UBE1, and UbcH5a were added to perform a BRDT ubiquitination assay at 30°C for 1 hour. did. After the ubiquitination assay with PHF7 and recombinant nucleosomes, the modified nucleosomes were filtered with Amicon Ultra Centrifugal Filters 50K membrane to remove PHF7, ubiquitin, UbcH5b and 5c. BRDT ubiquitination assay using modified nucleosomes was performed in the same way.

in vivo 유비퀴틴화 어세이: 정소 세포는 변성 버퍼 (50 mM Tris-HCl [pH 7.5], 1% SDS, 70 mM β-mercaptoethanol)로 용해하고 95℃에서 5분 동안 끓였다. 모든 추출물은 탈변성 버퍼 (20 mM Tris-HCl [pH 7.5], 200 mM NaCl, 1 mM EGTA, 1 mM EDTA, 1% Triton X-100, 단백질 분해효소 저해제)로 희석한 후, H3 항체로 4℃에서 밤새 면역 침강을 수행하였다. HEK293T 세포는 Hismax-Ub를 트랜스펙션하고 MG132를 6시간 처리한 후, 같은 방법으로 세포를 깬다. 면역 침강은 Flag 항체로 4℃에서 2시간 이루어졌다. In vivo ubiquitination assay: Testicular cells were lysed with denaturation buffer (50 mM Tris-HCl [pH 7.5], 1% SDS, 70 mM β-mercaptoethanol) and boiled at 95°C for 5 minutes. All extracts were diluted with denaturation buffer (20 mM Tris-HCl [pH 7.5], 200 mM NaCl, 1 mM EGTA, 1 mM EDTA, 1% Triton X-100, protease inhibitor) and then 4 with H3 antibody. Immunoprecipitation was performed overnight at °C. HEK293T cells were transfected with Hismax-Ub, treated with MG132 for 6 hours, and then disrupted in the same manner. Immunoprecipitation was performed with Flag antibody at 4°C for 2 hours.

면역 침강: 트랜스펙션한 HEK293T 세포를 EBC200 버퍼 (50 mM Tris-HCl [pH 8.0], 200 mM NaCl, 0.5% NP-40, 단백질 분해효소 저해제)로 깨고 원심분리를 하였다. 상층액을 Flag 항체와 4℃에서 2시간 동안 배양하였다. 그 후, 단백질A/G 세파로즈 비드를 넣고 4℃에서 1시간 동안 배양하였다. 비드는 EBC200 버퍼로 워시하고 10분 동안 샘플 버퍼로 끓였다. Immunoprecipitation: The transfected HEK293T cells were disrupted with EBC200 buffer (50 mM Tris-HCl [pH 8.0], 200 mM NaCl, 0.5% NP-40, protease inhibitor) and centrifuged. The supernatant was incubated with Flag antibody at 4°C for 2 hours. Thereafter, protein A/G sepharose beads were added and incubated at 4° C. for 1 hour. Beads were washed with EBC200 buffer and boiled with sample buffer for 10 min.

In vitro 바이오틴-스트렙트아비딘 풀다운 어세이: 재조합 단백질 GST-BRDT는 E.coli 스트레인 Rosetta에서 정제하였다. 재조합 바이오틴화 뉴클레오좀은 PHF7을 이용한 in vitro 유비퀴틴화 어세이에 쓰였고 풀다운 버퍼 (50 mM Tris-HCl [pH 7.4], 125 mM KCl, 5 mM MgCl2, 0.5 mM EDTA, 0.5% Triton X-100, 5 mM DTT)에서 스트렙트아비딘 아가로즈 레진과 4℃에서 1시간 동안 배양하였다. 풀다운 버퍼로 비드에 붙은 뉴클레오좀을 워시하고 GST-BRDT 단백질과 4℃에서 2시간 동안 배양하였다. 비드는 워시하고 10분 동안 끓였다. In vitro biotin-streptavidin pull-down assay: The recombinant protein GST-BRDT was purified from E. coli strain Rosetta. Recombinant biotinylated nucleosomes were used in an in vitro ubiquitination assay using PHF7 and pull-down buffer (50 mM Tris-HCl [pH 7.4], 125 mM KCl, 5 mM MgCl 2 , 0.5 mM EDTA, 0.5% Triton X-100). , 5 mM DTT) and incubated with streptavidin agarose resin at 4°C for 1 hour. The nucleosomes attached to the beads were washed with pull-down buffer and incubated with GST-BRDT protein at 4°C for 2 hours. The beads were washed and boiled for 10 minutes.

LC-MS/MS 분석: 젤에 있는 펩타이드 샘플 프렙과 in vitro 변형된 히스톤 샘플의 LC-MS/MS 분석은 이전 방법으로 이루어졌다. PHF7을 과발현한 HEK293T 세포와 Phf7 f/f Phf7 tKO 마우스 정소 세포의 펩타이드 샘플 프렙과 면역친화 정제는 PTMSCan Ubiquitin Remnant Motif (K-ε-GG) 키트로 수행되었다. 펩타이드 샘플은 3μm Jupiter C18 particles를 이용하여 in-house packed long capillary 컬럼 (100 cm x 75μm i.d.)과 trap 컬럼 (3 cm x 150μm i.d)으로 분리하였다. 300 nl / 분의 유속 및 60분 동안 용매 A (0.1% 포름산을 갖는 물) 내지 40%의 용매 B (0.1% 포름산을 갖는 아세토 니트릴) 범위의 선형 구배를 나노 액체 UPLC (물) Orbitrap Fusion Lumos 질량 분석기(Thermo Scientific)와 결합하여 다음 매개 변수를 사용하여 작동하였다. 전구체 스캔 범위의 m / z 300-1800, 전구체 격리 윈도우의 1.4 Th, 높은 수준의 충돌 에너지 (NCE)의 30% -에너지 충돌 해리 (HCD), 30초의 동적 배제 기간, 각각 전체 MS 또는 MS / MS 스캔에 대해 m / z 200에서 60k 또는 7.5k 해상도 얻어진 데이터세트는 SwissProt Homo sapiens 프로테옴 데이터베이스에 기반하여 10ppm의 전구체 이온 질량 저항에서 MS-GF+ 알고리즘이나 MaxQuant 소프트웨어에 의해 탐색되었다. 위 발견율은 단백질과 펩타이드 수준에서 1%로 설정하였다. 펩타이드 스펙트럼 매치의 넘버는 각 밝혀진 펩타이드 서열에 대해 집계되었다. 관심있는 펩타이드 서열의 강도는 MaxQuant 탐색 결과로부터 얻어지거나 Qual Browser 소프트웨어를 이용하여 XIC (extracted ion chromatogram) 레벨의 수동 주석을 통해 결정되었다. LC-MS/MS analysis: LC-MS/MS analysis of the in- gel peptide sample preparations and the in vitro modified histone samples was performed by previous methods. Peptide sample preparation and immunoaffinity purification of PHF7-overexpressing HEK293T cells and Phf7 f/f and Phf7 tKO mouse testis cells were performed with the PTMSCan Ubiquitin Remnant Motif (K-ε-GG) kit. The peptide sample was separated into an in-house packed long capillary column (100 cm x 75 μm id) and a trap column (3 cm x 150 μm id) using 3 μm Jupiter C18 particles. Nano liquid UPLC (water) Orbitrap Fusion Lumos mass with a flow rate of 300 nl/min and a linear gradient ranging from solvent A (water with 0.1% formic acid) to 40% solvent B (acetonitrile with 0.1% formic acid) for 60 minutes In combination with an analyzer (Thermo Scientific) it was run using the following parameters. m/z 300-1800 of precursor scan range, 1.4 Th of precursor isolation window, 30% of high-level collision energy (NCE)-energy collision dissociation (HCD), dynamic exclusion period of 30 s, full MS or MS/MS respectively Datasets obtained at 60k or 7.5k resolution at m/z 200 for scans were searched by the MS-GF+ algorithm or MaxQuant software at a precursor ion mass resistance of 10 ppm based on the SwissProt Homo sapiens proteome database. The above discovery rate was set to 1% at the protein and peptide level. The number of peptide spectral matches was aggregated for each identified peptide sequence. The intensity of the peptide sequence of interest was either obtained from MaxQuant search results or determined through manual annotation at the extracted ion chromatogram (XIC) level using Qual Browser software.

정량 RT-PCR: RNA는 Trizol을 이용하여 추출되었고 역전사는 2.5 mg의 RNA를 M-MLV cDNA 합성 키트를 이용하여 이루어졌다. mRNA 양은 SYBR TOPreal qPCR 2x PreMix와 BioRad CFX384로 측정하였다. mRNA의 정량은 ddCt 방법으로 계산되었고 모든 반응은 3개의 동일 실험군으로 이루어졌다. 발현은 18S rRNA와 Hprt를 이용하여 보정 되었다. Quantitative RT-PCR: RNA was extracted using Trizol and reverse transcription was performed using M-MLV cDNA synthesis kit with 2.5 mg of RNA. mRNA levels were measured with SYBR TOPreal qPCR 2x PreMix and BioRad CFX384. Quantification of mRNA was calculated by the ddCt method, and all reactions were performed in three identical experimental groups. Expression was corrected using 18S rRNA and Hprt.

단일 세포 RNA 시퀀싱 실험: 단일 세포 RNA 시퀀싱 라이브러리는 Chromium Single Cell 3′ Library & Gel Bead Kit v2를 이용하여 수천개의 정소 세포를 nano liter 규모의 방울로 분리함으로써 만들어졌다. 각 방울에는 역전사를 통해 cDNA가 만들어졌다. 결과적으로, 바코드 시퀀스와 UMI (Unique Molecular Identifier)가 각 cDNA 분자에 첨가되었다. cDNA는 풀링되고 시퀀싱 라이브러리는 매뉴얼대로 프렙되었다. 라이브러리는 Nextseq 550 platform과 Novaseq 6000 platform으로 시퀀싱되었다. Single-cell RNA sequencing experiment: A single-cell RNA sequencing library was prepared by isolating thousands of testis cells into nanoliter-sized droplets using Chromium Single Cell 3' Library & Gel Bead Kit v2. In each drop, cDNA was made by reverse transcription. Consequently, a barcode sequence and a Unique Molecular Identifier (UMI) were added to each cDNA molecule. cDNA was pooled and sequencing libraries were prepared manually. Libraries were sequenced on the Nextseq 550 platform and Novaseq 6000 platform.

단일 세포 RNA 시퀀싱 데이터 분석: 시퀀싱 데이터는 fastq 파일을 만들기 위해 bcl2fastq를 이용하여 다중화 해제되었다. 다중화 해제 후, 리드는 마우스 레퍼런스 유전체에 배열되었고 특징 바코드 매트릭스는 트리밍이 되는 cellranger 카운트를 이용하여 만들어졌고 디폴트 파라미터를 갖는 cellranger aggr로 집계되었다. 다음 분석은 Seurat 프로그램을 이용하여 이루어졌다. 특징 바코드 매트릭스 생성 후에, 3개 미만의 세포에서 발현하는 유전자와 200개 이하의 유전자 발현을 보이는 세포를 제거하였다. 게다가, 미토콘드리아 유전자 발현의 20% 이상을 보이는 세포와 2,000개 이하의 분자 발현을 보이는 세포를 제거하였다. 데이터는 dimension reduction 방법을 통해 보정되었다. High dimension 데이터를 시각화하기 위해, ‘mean.var.plot’을 갖는 FindVariableFeature에 의해 선정된 매우 다양한 유전자들을 통해 PCA (principle component analysis)를 수행하였다. 세포들은 FindCluster를 이용하여 10 PC와 0.5 resolution parameter로 구분된 클러스터에 배정되었다. UMAP을 이용하여 10 PC에 기반하는 세포들을 삽입하였고 세포 클러스터 정보를 시각화하였다. Analysis of single cell RNA sequencing data: The sequencing data was demultiplexed using bcl2fastq to create a fastq file. After demultiplexing, reads were aligned to a mouse reference genome and a matrix of feature barcodes was created using cellranger counts being trimmed and aggregated into cellranger aggr with default parameters. The following analysis was done using the Seurat program. After generation of the feature barcode matrix, genes expressing less than 3 cells and cells showing expression of less than 200 genes were removed. In addition, cells showing more than 20% of mitochondrial gene expression and cells showing expression of less than 2,000 molecules were removed. The data were corrected through the dimension reduction method. To visualize high-dimensional data, PCA (principle component analysis) was performed through a wide variety of genes selected by FindVariableFeature with 'mean.var.plot'. Cells were assigned to clusters separated by 10 PCs and a resolution parameter of 0.5 using FindCluster. Cells based on 10 PCs were inserted using UMAP and cell cluster information was visualized.

정량화 및 통계 분석: 면역블롯의 정량화는 Image J 소프트웨어로 이루어졌다. 통계 분석은 GraphPad Prism 소프트웨어를 이용하여 그룹의 차이를 보여주기 위해 Mann-Whitney U-검정과 Student’s t-검정으로 이루어졌다. Quantification and Statistical Analysis: Quantification of immunoblots was done with Image J software. Statistical analysis was performed using Mann-Whitney U-test and Student's t-test to show group differences using GraphPad Prism software.

실시예 1.Example 1. Phf7Phf7 tKOtKO 수컷 마우스를 이용하여 PHF7 정자형성과정에 관여함을 규명 Investigation of involvement in PHF7 spermatogenesis using male mice

정소에서 Phf7의 높은 발현을 근거로 PHF7이 정자형성과정에서 기능을 분석하였다. 먼저 정자형성과정 동안 Phf7이 언제 발현하는지 알아보기 위해, 본원에서는 다른 발생 시기의 마우스로부터 정소 추출액을 분석하였다. 주령에 따라 다음 발생 단계가 관찰된다; 7 dpp에 정원세포, 14 dpp에 정모세포, 21 dpp에 원형 정세포, 28 dpp에 신장형 정세포, 30 dpp에 응축형 정세포, 35 dpp에 정자 (도 1A). 21 dpp에 Phf7 mRNA 레벨이 증가하고 (도 1B) 28 dpp에 PHF7 단백질 레벨이 증가하므로 (도 1C) Phf7은 원형과 신장형 정세포에서 발현함을 알 수 있었다. Based on the high expression of Phf7 in testis, the function of PHF7 in spermatogenesis was analyzed. First, to find out when Phf7 is expressed during spermatogenesis, we analyzed testis extracts from mice at different developmental times. Depending on age, the following developmental stages are observed; Spermatids at 7 dpp, spermatocytes at 14 dpp, round spermatocytes at 21 dpp, elongated spermatocytes at 28 dpp, condensed spermatocytes at 30 dpp, spermatocytes at 35 dpp ( FIG. 1A ). Since the Phf7 mRNA level increased at 21 dpp ( FIG. 1B ) and the PHF7 protein level increased at 28 dpp ( FIG. 1C ), it was found that Phf7 was expressed in round and elongated spermatogonial cells.

정자형성과정에서 PHF7의 역할을 알아보기 위해, 본원에서는 정소 특이적인 Phf7 낙아웃(KO) 마우스 (이후로 Phf7 tKO )를 제작하였다 (도 8A). 대조군(Phf7 f/f ) 마우스에 비해 Phf7 tKO 마우스의 정소 세포에서 PHF7 단백질 발현이 결실되어 있음을 보았다 (도 1D). 본원에서는 대조군 마우스와 Phf7 tKO 마우스를 야생형 암컷과 교배하였고, Phf7 tKO 수컷은 대조군 수컷에 비해 불임이었다 (도 1E). 대조군 수컷과 Phf7 f/f 수컷의 몸무게 대비 정소 무게에 대한 비율은 큰 차이가 없었다 (도 8B). 게다가, 본원에서는 헤마톡실린-PAS 염색을 하였을 때 Phf7 tKO 수컷의 세정관에서 뚜렷한 결함을 관찰하지 못하였다 (도 1F).To investigate the role of PHF7 in spermatogenesis, testis-specific Phf7 knockout (KO) mice (hereafter, Phf7 tKO ) were constructed ( FIG. 8A ). It was observed that PHF7 protein expression was deleted in testis cells of Phf7 tKO mice compared to control ( Phf7 f/f ) mice ( FIG. 1D ). Here, control mice and Phf7 tKO mice were crossed with wild-type females, and Phf7 tKO males were infertile compared to control males ( FIG. 1E ). Control males and Phf7 f/f There was no significant difference in the ratio of testis weight to male body weight (FIG. 8B). In addition, in the present application, when hematoxylin-PAS staining, Phf7 tKO No obvious defects were observed in the male tubules (FIG. 1F).

부정소에서 헤마톡실린-에오신 염색을 통한 조직학적 분석에서 대조군보다 Phf7 tKO 에서 정자 수가 적은 것을 관찰하였다 (도 1G, 1H). Phf7 tKO 마우스의 정자는 대조군에 비해 낮은 운동성을 보였다 (도 1I). IVF 실험에서 Phf7 tKO 정자가 대조군 정자에 비해 낮은 수정률을 보였다 (도 1J). 이어 정자 형태를 관찰하였고 Phf7 tKO 정자 대부분이 대조군에 비해 둥글고 큰 머리를 가지는 것을 보았다 (도 1K). 이것은 Phf7 tKO 정자가 대조군에 비해 머리에 덜 응축된 크로마틴을 가지는 것을 나타낸다.In histological analysis through hematoxylin-eosin staining in the testis , it was observed that the number of sperms in Phf7 tKO was lower than in the control group (FIGS. 1G, 1H). Sperm from Phf7 tKO mice showed lower motility compared to controls (Fig. 1I). In IVF experiments, Phf7 tKO sperm showed a lower fertilization rate compared to control sperm (Fig. 1J). Then, the sperm morphology was observed, and it was found that most of the Phf7 tKO sperm had a round and large head compared to the control group (FIG. 1K). This indicates that the Phf7 tKO sperm have less condensed chromatin in the head compared to the control.

정자성숙과정 동안, 원형 정세포의 핵은 히스톤-프로타민 교환을 포함한 크로마틴 응축에 의해 응축이 일어난다. 덜 응축된 머리를 갖는 정자는 크로마틴에서 히스톤과 프로타민의 비정상적인 비율에 의해 나타난다. 따라서, 본원에서는 정자에서 히스톤과 프로타민의 양을 측정하였다. 대조군에 비해 Phf7 tKO 정자에서 더 많은 양의 히스톤이 검출되었다 (도 1L, 1M). 게다가, Phf7 tKO 정자에서 더 많은 PRM1과 더 적은 PRM2가 관찰되었다 (도 1M). 다음으로, 히스톤-프로타민 교환이 일어나는 정세포를 분석했다. 원래는 히스톤이 검출되지 않는 응축형 정세포에서 히스톤이 남아있는지 알아보기 위해, 정소 절편에서 히스톤 H3와 PRM1, PRM2, TNP2를 공동 면역염색을 수행하였다. 대조군 마우스의 stage VII-VIII 세정관에는 PRM1, PRM2가 발현하는 응축형 정세포에서 H3가 검출되지 않지만, Phf7 tKO 마우스에서는 H3와 PRM1, PRM2가 같이 발현하는 정세포를 관찰되었다 (도 1N 및 도 8C). 대조군 마우스의 stage I 세정관에 있는 응축형 정세포는 H3는 발현하지 않고 TNP2를 발현한다. 하지만, Phf7 tKO 마우스의 일부 응축형 정세포에서 H3와 TNP2가 같이 발현하였다 (도 8D). 정세포 분획에서 히스톤의 단백질 레벨을 분석하였을 때, 대조군 마우스의 정세포는 발생이 진행됨에 따라 히스톤 레벨이 감소하였으나 Phf7 tKO 마우스에서는 그렇지 않았다 (도 1O). 그러므로, 대조군 마우스의 응축형 정세포에서는 히스톤이 제거되지만, Phf7 tKO 마우스의 응축형 정세포에는 히스톤이 남아있다. 이 데이터들은 Phf7 tKO 수컷이 정자성숙과정에서 히스톤-프로타민 교환에 결함이 있어서 정자 수의 감소와 비정상적인 형태로 인해 불임이 되었음을 보여준다. During sperm maturation, the nucleus of the progenitor sperm cell is condensed by chromatin condensation including histone-protamine exchange. Sperm with less condensed heads is indicated by an abnormal ratio of histones and protamines in chromatin. Therefore, in the present application, the amount of histone and protamine in sperm was measured. Higher amounts of histones were detected in Phf7 tKO sperm compared to controls (Fig. 1L, 1M). Besides, more PRM1 and less PRM2 were observed in Phf7 tKO sperm (Fig. 1M). Next, sperm cells in which histone-protamine exchange occurred were analyzed. In order to determine whether histones remain in condensed sperm cells in which histones were not originally detected, co-immunostaining of histones H3, PRM1, PRM2, and TNP2 was performed in testis sections. In the stage VII-VIII tubules of the control mice, H3 was not detected in the condensed sperm cells expressing PRM1 and PRM2, but in the Phf7 tKO mice, sperm cells expressing both H3, PRM1, and PRM2 were observed ( FIGS. 1N and 8C ) . Condensed sperm cells in stage I tubules of control mice express TNP2 but not H3. However, in some condensed sperm cells of Phf7 tKO mice, H3 and TNP2 were expressed together ( FIG. 8D ). When the protein levels of histones in the sperm fraction were analyzed, the histone levels decreased as development progressed in the sperm cells of the control mice, but not in the Phf7 tKO mice (FIG. 10). Therefore, histones are removed from the condensed sperm cells of the control mice, but the histones remain in the condensed sperm cells of the Phf7 tKO mice. These data show that Phf7 tKO males are defective in histone-protamine exchange during sperm maturation, leading to infertility due to decreased sperm count and abnormal morphology.

실시예 2.Example 2. PHF7은 히스톤 H3의 14번 라이신에 대한 E3 유비퀴틴 리가아제로서 작용함을 규명It was found that PHF7 acts as an E3 ubiquitin ligase for lysine 14 of histone H3.

본원에서는 대조군 마우스에 비해 Phf7 tKO 마우스의 정소 세포에서 25kDa 아래의 H3 밴드가 감소한 것을 관찰하였다 (도 2A). 위로 이동한 밴드가 유비퀴틴화된 H3인지 알아보기 위해, 정소 세포 추출액에서 H3 항체로 면역 침강을 한 다음에 Ub 항체로 탐지하였다. 같은 크기에서 대조군 정소 세포 추출액에서는 유비퀴틴화된 H3가 검출되었고 Phf7 tKO 정소 세포에서는 유비퀴틴화된 H3의 양이 감소하였다 (도 2B).Herein, it was observed that the H3 band below 25 kDa was reduced in testis cells of Phf7 tKO mice compared to control mice ( FIG. 2A ). To determine whether the band shifted upward was ubiquitinated H3, immunoprecipitation was performed with the H3 antibody in the testis cell extract, followed by detection with the Ub antibody. At the same size, ubiquitinated H3 was detected in the control testis cell extract, and the amount of ubiquitinated H3 was decreased in the Phf7 tKO testis cells ( FIG. 2B ).

상기 H3 유비퀴틴화의 결과를 근거로 이어 PHF7이 H3의 E3 유비퀴틴 리가아제로써의 가능성을 상세히 분석하였다. 구체적으로 HEK293T 세포에 PHF7과 유비퀴틴을 과발현하고 PHF7으로 인한 H3 유비퀴틴화를 확인하였다. 흥미롭게도, PHF7과 Hismax-Ub를 넣은 군에서 28kDa의 Hismax-Ub-H3와 22kDa의 내생적 H3ub를 관찰하였다 (도 2C). PHF7이 H2A K119ub를 유도하는 것이 알려져 있는데, PHF7이 있을 때 H2A K119ub가 증가하는 것을 관찰하였다. H2B와 H4는 PHF7의 과발현에 의해 유비퀴틴화 되지 않았다 (도 2C). 재조합 뉴클레오좀을 이용하여 H3의 in vitro 유비퀴틴화 어세이를 수행하였다. 이를 위해, E2 유비퀴틴 컨쥬게이팅 효소를 스크리닝하였고 UbcH5B와 5C가 PHF7이 H3를 유비퀴틴화 할 때의 E2 효소임을 밝혔다 (도 2D). 같은 조건에서, PHF7은 H2A K119, H2B, H4를 유비퀴틴화 시켰지만, H2B K120ub 항체를 썼을 때 H2B K120의 유비퀴틴화는 검출되지 않았다 (도 2D). 그리고 PHF7, E1, UbcH5B/C, Ub의 첨가는 시간 의존적으로 H3 유비퀴틴화를 증가시켰다 (도 2E). 다음으로, PHF7을 매개한 H3 유비퀴틴화의 잔기를 확인하였다. H3의 결실 돌연변이들을 이용한 in vitro 유비퀴틴화 실험은 H3의 N-말단 내에서 유비퀴틴화가 일어남을 보여준다 (도 2F). In vitro 유비퀴틴화 실험에서 얻은 H3ub에 대한 LC-MS/MS는 H3의 유비퀴틴화 잔기가 K14임을 보여주었다 (도 9A). 그리고, 돌연변이 제작을 하였을 때 오직 H3의 K14R 돌연변이만 PHF7에 의해 유비퀴틴화 되지 않았다 (도 2G). H3의 K14 잔기는 in vitro 유비퀴틴화 실험에서도 증명되었다 (도 2H). 그리고, PHF7을 과발현한 HEK293T 세포 추출액에서 유비퀴틴화 단백질에 대한 LC-MS/MS 분석을 통해 대조군에 비해 PHF7의 과발현이 변형된 H3K14 펩타이드를 증가시키는 것을 확인하였다 (도 9B). 대조군과 Phf7 tKO 마우스의 정소 세포를 이용한 LC-MS/MS에서 H2A, H2B 유비퀴틴화가 30% 감소하였다 (도 9C). 그러나, LC-MS/MS 분석에서 정소 세포의 H3K14ub를 검출하진 못하였다. 이것은 H3K14ub가 적은 양으로 존재하거나 적은 비율의 정세포에서 존재하기 때문인 것으로 추정된다. 이 데이터들은 PHF7이 H3의 14번 라이신에 E3 유비퀴틴 리가아제 활성을 가진다는 것을 보여준다.Based on the results of the H3 ubiquitination, the possibility of PHF7 as an E3 ubiquitin ligase of H3 was analyzed in detail. Specifically, PHF7 and ubiquitin were overexpressed in HEK293T cells, and H3 ubiquitination was confirmed by PHF7. Interestingly, 28 kDa Hismax-Ub-H3 and 22 kDa endogenous H3ub were observed in the group containing PHF7 and Hismax-Ub ( FIG. 2C ). It is known that PHF7 induces H2A K119ub, and it was observed that H2A K119ub was increased in the presence of PHF7. H2B and H4 were not ubiquitinated by overexpression of PHF7 (Fig. 2C). An in vitro ubiquitination assay of H3 was performed using recombinant nucleosomes. To this end, we screened the E2 ubiquitin conjugating enzyme and revealed that UbcH5B and 5C are E2 enzymes when PHF7 ubiquitinates H3 (Fig. 2D). Under the same conditions, PHF7 ubiquitinated H2A K119, H2B, and H4, but when H2B K120ub antibody was used, ubiquitination of H2B K120 was not detected (Fig. 2D). And the addition of PHF7, E1, UbcH5B/C, and Ub increased H3 ubiquitination in a time-dependent manner ( FIG. 2E ). Next, residues of H3 ubiquitination mediated by PHF7 were identified. In vitro ubiquitination experiments using deletion mutants of H3 show that ubiquitination occurs within the N-terminus of H3 (FIG. 2F). LC-MS/MS of H3ub obtained in an in vitro ubiquitination experiment showed that the ubiquitination residue of H3 was K14 (FIG. 9A). And, only the K14R mutant of H3 was not ubiquitinated by PHF7 when the mutant was made (FIG. 2G). The K14 residue of H3 was also demonstrated in an in vitro ubiquitination experiment ( FIG. 2H ). In addition, it was confirmed that the overexpression of PHF7 increased the modified H3K14 peptide compared to the control through LC-MS/MS analysis of the ubiquitinated protein in the HEK293T cell extract overexpressing PHF7 ( FIG. 9B ). H2A and H2B ubiquitination decreased by 30% in LC-MS/MS using testis cells from control and Phf7 tKO mice ( FIG. 9C ). However, H3K14ub in testis cells was not detected in LC-MS/MS analysis. This is presumably because H3K14ub is present in a small amount or in a small proportion of sperm cells. These data show that PHF7 has E3 ubiquitin ligase activity on lysine 14 of H3.

PHF7은 PHD 도메인과 RING 도메인을 가진다. 이전 연구들은 PHF7의 N-말단 PHD 도메인이 H3K4me2에 특이적으로 결합하고 PHF7의 RING 도메인이 E3 유비퀴틴 리가아제 활성에 작용함을 보였다. PHF7의 PHD 도메인과 RING 도메인이 H3 유비퀴틴화에 필요한지 알아보기 위해, 각 도메인의 결실 돌연변이를 제작하였고 각 도메인의 결실은 H3 유비퀴틴화를 유도하지 못하였다 (도 3A). RING 도메인과 PHD 도메인의 보존된 아미노산 잔기를 망가뜨린 PHF7 돌연변이들은 E3 유비퀴틴 리가아제 활성을 잃었다 (도 3B, 3C). PHF7의 RING 도메인 돌연변이들은 in vitro에서도 H3를 유비퀴틴화하지 못하였다 (도 3D). 종합하면, PHF7의 PHD 도메인과 RING 도메인이 H3 유비퀴틴화에 필요하고 각 도메인이 망가지면 PHF7에 의한 H3 유비퀴틴화를 상실하였다.PHF7 has a PHD domain and a RING domain. Previous studies have shown that the N-terminal PHD domain of PHF7 specifically binds to H3K4me2 and that the RING domain of PHF7 acts on E3 ubiquitin ligase activity. In order to determine whether the PHD domain and the RING domain of PHF7 are required for H3 ubiquitination, deletion mutants of each domain were constructed, and deletion of each domain did not induce H3 ubiquitination (FIG. 3A). PHF7 mutants that disrupted the conserved amino acid residues of the RING domain and the PHD domain lost E3 ubiquitin ligase activity (FIGS. 3B, 3C). Mutations in the RING domain of PHF7 did not ubiquitinate H3 in vitro ( FIG. 3D ). Taken together, the PHD domain and the RING domain of PHF7 are required for H3 ubiquitination, and when each domain is disrupted, H3 ubiquitination by PHF7 is lost.

실시예 3. Phf7의 효소 활성이 없는 C160A 낙인(knock-in) 마우스의 제작 및 분석Example 3. Construction and analysis of C160A knock-in mice without Phf7 enzymatic activity

PHF7의 E3 유비퀴틴 리가아제 활성이 정자형성과정에 중요한지 알아보기 위해, PHF7의 효소 활성이 망가진 RING 도메인 내에 C160A 돌연변이를 갖는 Phf7 낙인(knock-in, KI) 마우스를(여기서부터 Phf7 CA ) 제작하였다 (도 3E). 대조군 (Phf7 +/CA )과 Phf7 CA/CA 수컷을 야생형 암컷과 교배시켰을 때, Phf7 CA/CA 수컷이 대조군 수컷에 비해 불임이었다 (도 3F). 대조군 수컷은 야생형 수컷과 비슷한 수정 능력을 보이므로 C160A 돌연변이는 열성인 것으로 나타났다. Phf7 CA/CA 마우스의 정소가 눈에 띄는 결함이 보이지 않음에도 불구하고, Phf7 CA/CA 마우스의 부정소에서 적은 수의 정자가 관찰되었다 (도 10A 및 B). Phf7 CA/CA 마우스의 정자는 대조군에 비해 비정상적인 형태, 낮은 운동성, 낮은 수정 능력을 보였다 (도 3G, 3H, 도 10C). Phf7 tKO 마우스의 정자와 유사하게, Phf7 CA/CA 마우스의 정자와 정세포는 정자성숙과정 동안 불완전한 히스톤 제거를 보였는데 (도 3J-3L), 이는 Phf7 CA/CA 마우스가 Phf7 tKO 마우스와 비슷한 표현형을 보임을 나타낸다. 중요한 것은 대조군에 비해 Phf7 CA/CA 마우스의 정소 세포에서 H3 유비퀴틴화가 감소하였다 (도 3M). 종합하여, 이 데이터들은 PHF7의 E3 유비퀴틴 리가아제 활성이 정자성숙과정 동안 H3 유비퀴틴화에 중요함을 나타낸다.In order to investigate whether the E3 ubiquitin ligase activity of PHF7 is important for spermatogenesis, a Phf7 knock-in (KI) mouse having a C160A mutation in the RING domain in which the enzymatic activity of PHF7 is disrupted (here Phf7 CA ) was constructed ( Figure 3E). When control ( Phf7 +/CA ) and Phf7 CA/CA males were crossed with wild-type females, Phf7 CA/CA males were infertile compared to control males ( FIG. 3F ). Control males showed similar fertility to wild-type males, indicating that the C160A mutation was recessive. Although the testis of Phf7 CA/CA mice showed no visible defects, small numbers of sperm were observed in the testis of Phf7 CA/CA mice ( FIGS. 10A and B). Sperm of Phf7 CA/CA mice showed abnormal morphology, low motility, and low fertility compared to the control group (FIGS. 3G, 3H, and 10C). Similar to the sperm of the Phf7 tKO mice, the sperm and sperm cells of the Phf7 CA/CA mice showed incomplete histone clearance during sperm maturation (Fig. 3J-3L), indicating that the Phf7 CA/CA mice exhibited a phenotype similar to that of the Phf7 tKO mice. indicates visible. Importantly, H3 ubiquitination was reduced in testis cells of Phf7 CA/CA mice compared to control ( FIG. 3M ). Taken together, these data indicate that the E3 ubiquitin ligase activity of PHF7 is important for H3 ubiquitination during sperm maturation.

실시예 4. PHF7의 E3 유비퀴틴 리가아제 활성은 H4 과아세틸화 이후의 히스톤 제거에 중요함을 규명Example 4. E3 ubiquitin ligase activity of PHF7 was found to be important for histone removal after H4 hyperacetylation

초파리에서 PHF7은 생식세포에서 하위 유전자의 전사 조절에 역할하는 것으로 알려져 있다. 마우스 정자형성과정에서 Phf7의 결실이 유전체 수준에서 전사체 변화를 유도하는지 알아보기 위해, 10X 지노믹스 분석법을 이용하여 대조군과 Phf7 tKO 마우스의 정소 세포에서 전사체를 분석하였다. 단일 세포 RNA 시퀀싱 결과는 두 개의 생물학적 반복 실험에서 재현성이 높았으며 정원세포부터 정세포까지의 알려진 세포 군집처럼 잘 분류되었다 (도 4A, 도 11). 세포 군집은 정자형성에 관여한 세포들의 구성이 대조군과 Phf7 tKO 마우스에서 유사함을 보여준다. 그러나, 놀랍게도 두 마우스 사이에서 각 군집 내의 유의미한 유전자 발현 패턴의 차이를 발견하지 못하였는데 (도 4B), Phf7의 결함이 마우스의 정자형성과정 동안 전사체에 유의미한 변화를 주지 않는 것임을 나타낸다. 이를 근거로 정자성숙과정 동안 크로마틴 응축의 변화를 분석하였다. In Drosophila, PHF7 is known to play a role in the transcriptional regulation of subgenes in germ cells. To investigate whether deletion of Phf7 in mouse spermatogenesis induces transcriptome changes at the genomic level, transcriptomes were analyzed in testis cells of control and Phf7 tKO mice using 10X genomics analysis. The single-cell RNA sequencing results were highly reproducible in two biological replicates and classified as well as known cell populations from spermatogonia to spermatogonia (Fig. 4A, Fig. 11). Cell population shows that the composition of cells involved in spermatogenesis is similar in control and Phf7 tKO mice. However, surprisingly, we did not find any significant differences in gene expression patterns within each population between the two mice (Fig. 4B), indicating that a defect in Phf7 does not cause significant changes in the transcriptome during spermatogenesis in mice. Based on this, changes in chromatin condensation during sperm maturation were analyzed.

따라서, TnpPrm의 발현을 먼저 분석하였다. 단일 세포 RNA 시퀀싱 결과를 대변하듯, qRT-PCR 분석은 이 유전자들의 mRNA 레벨에 큰 차이가 없음을 보여주었다 (도 4C). 그러나, 정세포 추출액을 이용한 면역블랏 분석은 대조군에 비해 Phf7 tKO Phf7 CA/CA 마우스에서 TNP1/2, PRM2의 단백질 레벨이 감소되어 있는 것을 보여준다 (도 4D, 4E). 다음으로, 신장형 정세포에서 히스톤-프로타민 교환 이전에 일어나는 후성유전학적 이벤트인 H4 과아세틸화를 분석하였다. 놀랍게도, Phf7 tKO Phf7 CA/CA 마우스의 정세포는 대조군에 비해 매우 높은 레벨의 H4 아세틸화를 나타내었다 (도 4F, 4G). Phf7의 결함이 정소에서 H4 아세틸화를 어떻게 늘렸는지 알아보기 위해, 정소 절편에서 면역 염색 실험을 하였다. 마우스에서 정자형성 주기는 12 단계로 이루어져 있고 12 단계 이후로 다음 주기의 1단계가 된다 (도 12). 감수분열 이후, 정자성숙과정은 16 스텝으로 나뉜다. 세정관 기저에 있는 정원세포는 정자형성과정이 진행하면서 안쪽으로 이동하게 되면서 12, 1-8 단계 세정관에 (스텝 12-16) 응축형 정세포가 존재하고 9-11 단계 세정관에는 (스텝 9-11) 신장형 정세포가 존재한다. 대조군 정소에서 H4 아세틸화는 9 단계 세정관의 스텝 9 신장형 정세포에서 처음 나타나고 12 단계 세정관의 스텝 12 응축형 정세포에서 감소하지만, Phf7 tKO Phf7 CA/CA 마우스의 정소에서 H4 아세틸화는 정상적으로는 H4 아세틸화가 존재하지 않는 1-8 단계 세정관의 스텝 13-16 응축형 정세포까지 남아있다 (도 12B, C). 신장형 정세포에서 발생하는 H4 과아세틸화는 히스톤 제거를 유도하고 이로 인해 응축형 정세포에서는 H4 아세틸화의 레벨이 줄어들게 된다. 보다 정확한 검증을 위해 H4ac을 응축형 정세포의 마커인 TNP2 (스텝 11-14 정세포, 11-2 단계), PRM1 (스텝 11-16 정세포, 11-8 단계), PRM2(스텝 14-16 정세포, 2-8 단계)와 공동 면역 염색을 진행하였다. 대조군에서 정소 절편 상의 H4ac과 PRM2는 상반된 발현을 보이지만, Phf7 tKO Phf7 CA/CA 마우스의 정소에서는 모든 세정관에서 H4ac이 검출되었고 PRM2와 공동 염색이 되었다 (도 4H). TNP2와 PRM1은 스텝 11 정세포(11 단계)부터 발현하므로, 대조군에서는 오직 스텝 11-12 정세포 (11-12 단계)에서만 H4ac과 두 단백질이 공동 염색이 된다. 하지만, Phf7 tKO Phf7 CA/CA 마우스에서는 모든 세정관에 H4ac이 발현하므로 TNP2와 PRM1이 발현하는 모든 정세포에서 H4ac과 공동 염색이 된다 (도 13A, B). Phf7 tKO Phf7 CA/CA 마우스의 응축형 정세포에서 히스톤이 남아있음을 관찰 했으므로, Phf7 tKO Phf7 CA/CA 마우스의 응축형 정세포에서 H4ac이 남아있는 것이다.Therefore, the expression of Tnp and Prm was first analyzed. Representing the single-cell RNA sequencing results, qRT-PCR analysis showed no significant differences in the mRNA levels of these genes (Fig. 4C). However, immunoblot analysis using sperm cell extract showed that the protein levels of TNP1/2 and PRM2 were decreased in Phf7 tKO and Phf7 CA/CA mice compared to the control ( FIGS. 4D and 4E ). Next, we analyzed H4 hyperacetylation, an epigenetic event that occurs before histone-protamine exchange in kidney sperm cells. Surprisingly, sperm cells from Phf7 tKO and Phf7 CA/CA mice showed a very high level of H4 acetylation compared to the control group ( FIGS. 4F and 4G ). To determine how a defect in Phf7 increased H4 acetylation in the testis, we performed immunostaining experiments in testis sections. The spermatogenesis cycle in mice consists of 12 stages, and after the 12th stage, it becomes the first stage of the next cycle (FIG. 12). After meiosis, the sperm maturation process is divided into 16 steps. As spermatogonial cells at the base of the tubules move inward during the spermatogenesis process, condensed spermatozoa are present in the tubules of stages 12 and 1-8 (steps 12-16), and in the tubules of stages 9-11 (step 9). -11) kidney-shaped sperm cells are present. In control testis, H4 acetylation first appeared in step 9 elongated spermatozoa from stage 9 tubules and decreased in step 12 condensed spermatocytes from stage 12 tubules, whereas in testis from Phf7 tKO and Phf7 CA/CA mice, H4 acetylation was normally remains until step 13-16 condensed spermatozoa of step 1-8 lavage in the absence of H4 acetylation (Fig. 12B, C). H4 hyperacetylation that occurs in elongated spermatocytes induces histone clearance, which leads to decreased levels of H4 acetylation in condensed spermatocytes. For more accurate verification, H4ac was used as a marker for condensed sperm cells, TNP2 (step 11-14 sperm cell, step 11-2), PRM1 (step 11-16 sperm cell, step 11-8), and PRM2 (step 14-16 sperm cell, step 2). -8) and co-immunostaining was performed. In the control group, H4ac and PRM2 on testis sections showed opposite expression, but in testis of Phf7 tKO and Phf7 CA/CA mice, H4ac was detected in all tubules and co-stained with PRM2 ( FIG. 4H ). Since TNP2 and PRM1 are expressed from step 11 sperm cells (step 11), H4ac and the two proteins are co-stained only in step 11-12 sperm cells (step 11-12) in the control group. However, since H4ac is expressed in all tubules in Phf7 tKO and Phf7 CA/CA mice, all sperm cells expressing TNP2 and PRM1 are co-stained with H4ac ( FIGS. 13A and 13B ). Because we observed that histones remain at Condensing sperm of Phf7 tKO and Phf7 CA / CA mice, which H4ac will remain at Condensing sperm of Phf7 tKO and Phf7 CA / CA mice.

PHF7과 H4ac 사이의 관계를 알아보기 위해, Flag-PHF7 KI 마우스를 제작하였다 (여기서부터Phf7 Flag ) (도 14A). Phf7 Flag/+ 마우스의 정소 세포를 이용한 면역 블롯 분석으로 Flag-PHF7 단백질의 발현을 확인하였다 (도 14B). Flag 항체로 조직면역염색을 하였을 때, 11 단계부터 2 단계 세정관에서, 스텝 11-12 정세포의 핵 내에서 Flag-PHF7을 검출하였다 (도 14C, D). Phf7 Flag/+ 마우스의 정소 절편에서 H4ac과 Flag을 공동 면역 염색하면 Flag-PHF7은 H4ac 유도 이후로 발현하고 스텝 11-12 정세포에서 H4ac과 같이 발현한다 (도 14E). PHF7의 발현 타이밍은 PHF7의 결함이 H4 과아세틸화의 유도에는 영향을 주지 않음을 보여준다. To investigate the relationship between PHF7 and H4ac, Flag-PHF7 KI mice were constructed ( Phf7 Flag from here) (FIG. 14A). The expression of Flag-PHF7 protein was confirmed by immunoblot analysis using testis cells of Phf7 Flag/+ mice ( FIG. 14B ). When tissues were immunostained with Flag antibody, Flag-PHF7 was detected in the nuclei of step 11-12 sperm cells in step 11 to step 2 lavage tubes (FIGS. 14C, D). When testis sections from Phf7 Flag/+ mice were co-immunostained with H4ac and Flag, Flag-PHF7 was expressed after H4ac induction and was expressed as H4ac in step 11-12 sperm cells (FIG. 14E). The timing of expression of PHF7 shows that the defect in PHF7 does not affect the induction of H4 hyperacetylation.

종합하면, Phf7 tKO Phf7 CA/CA 마우스의 응축형 정세포에서 비정상적으로 남아있는 H4 아세틸화는 정자성숙과정 동안 히스톤 제거가 불완전하게 일어났기 때문인 것으로 볼 수 있다. 이러한 결과는 Phf7 tKO Phf7 CA/CA 마우스에서 H4 과아세틸화 이후 히스톤 제거에 문제가 있음을 나타낸다 (도 4I).Taken together, the abnormal H4 acetylation in condensed sperm cells of Phf7 tKO and Phf7 CA/CA mice can be considered to be due to incomplete removal of histones during sperm maturation. These results indicate that there is a problem in histone removal after H4 hyperacetylation in Phf7 tKO and Phf7 CA/CA mice ( FIG. 4I ).

실시예 5. PHF7의 결함은 초기 응축형 정세포에서 BRDT의 감소를 유발하고 불완전한 히스톤 제거로 이어짐을 규명Example 5. It was identified that the defect of PHF7 causes a decrease in BRDT in early condensed sperm cells and leads to incomplete histone removal

Phf7 tKO Phf7 CA/CA 마우스에서 H4 과아세틸화 이후 히스톤 제거가 왜 망가졌는지 분자 기전을 알아보기 위해, 먼저 H4 아세틸화를 인지하는 히스톤 제거 인자인 BRDT의 레벨을 측정하였다. 놀랍게도, Phf7 tKO Phf7 CA/CA 마우스의 정세포에서 BRDT의 단백질 레벨 mRNA 레벨은 차이 없이 대조군에 비해 낮은 것을 보았다 (도 5A, 5B). Phf7 tKO Phf7 CA/CA 마우스에서 어떤 정자성숙 시기에 BRDT가 줄어 있는지 확인하기 위해, BRDT와 H4ac에 대해서 조직면역 염색을 수행하였다. BRDT는 정모세포부터 마우스에서는 신장형 정세포, 사람에서는 정자까지 검출되는 것으로 알려져 있는데, 본 연구진은 BRDT가 대조군 마우스에서 스텝 12 정세포까지 발현하고 그 발현이 스텝 13 정세포에서 감소하는 것을 확인하였다 (도 5C, 5D). H4ac은 스텝 11 정세포와 스텝 12 정세포의 핵에서 BRDT와 공동 염색되고 그들의 레벨이 스텝 13 정세포에서 감소하였다 (도 5E). 놀랍게도, Phf7 tKO Phf7 CA/CA 마우스의 스텝 12 정세포에서 BRDT의 레벨이 감소하였고 스텝 12 정세포와 스텝 13 정세포의 핵에서 H4ac이 더 많이 남아있는 것을 관찰하였다 (도 5C-5E). 히스톤은 후기 신장형 정세포에서 초기 응축형 정세포까지의 시기에 제거되고 H4ac은 스텝 13 정세포에서 검출되지 않는다. 이 데이터들은 스텝 12 정세포까지의 H4ac과 BRDT의 공동 발현이 히스톤 제거에 중요하고, PHF7의 E3 유비퀴틴 리가아제 활성이 스텝 12 정세포에서 BRDT 레벨을 유지하는데 필요함을 나타낸다. 따라서, PHF7의 결함이 스텝 12 정세포에서 BRDT 레벨 유지에 실패했고 이로 인해 불완전한 히스톤 제거가 일어난 것으로 추정하였다. In order to investigate the molecular mechanism of why histone removal was disrupted after H4 hyperacetylation in Phf7 tKO and Phf7 CA/CA mice, the level of BRDT, a histone removal factor that recognizes H4 acetylation, was first measured. Surprisingly, the protein level mRNA level of BRDT in sperm cells of Phf7 tKO and Phf7 CA/CA mice was lower than that of the control group without any difference ( FIGS. 5A and 5B ). To determine at which sperm maturation period BRDT decreased in Phf7 tKO and Phf7 CA/CA mice, tissue immunostaining was performed for BRDT and H4ac. BRDT is known to be detected from spermatocytes to kidney-shaped spermatocytes in mice and spermatozoa in humans. We confirmed that BRDT was expressed up to step 12 spermatocytes in control mice and decreased in step 13 spermatocytes (Fig. 5C). , 5D). H4ac was co-stained with BRDT in the nuclei of Step 11 and Step 12 sperm cells and their levels decreased in Step 13 sperm cells ( FIG. 5E ). Surprisingly, it was observed that the level of BRDT was decreased in step 12 sperm cells of Phf7 tKO and Phf7 CA/CA mice, and more H4ac remained in the nucleus of step 12 sperm cells and step 13 sperm cells ( FIGS. 5C-5E ). Histones are cleared from the late elongated spermatocytes to the early condensed spermatocytes and H4ac is not detected in step 13 spermatocytes. These data indicate that the co-expression of H4ac and BRDT up to step 12 sperm cells is important for histone clearance, and that the E3 ubiquitin ligase activity of PHF7 is required to maintain BRDT levels in step 12 sperm cells. Therefore, it was hypothesized that a defect in PHF7 failed to maintain BRDT levels in step 12 sperm cells, resulting in incomplete histone clearance.

실시예 6. PHF7의 E3 유비퀴틴 리가아제 활성은 BRDT 안정성에 중요함을 규명Example 6. E3 ubiquitin ligase activity of PHF7 was found to be important for BRDT stability

감수분열 후 정세포에서 PHF7이 BRDT와의 관련성을 분석하기위해, 먼저 Phf7 Flag/+ 마우스의 정세포에서 PHF7과 BRDT의 공동 발현을 확인하였다. 조직면역 염색 결과는 PHF7과 BRDT가 스텝 11-12 정세포에서 같이 발현하는 것을 보여준다 (도 6A). BRD2, 3, 4를 포함하는 BET 패밀리는 BD1과 BD2 사이에 SPOP 데그론이 있는데 Cul3-SPOP E3 유비퀴틴 리가아제에 의해 안정성이 조절된다. 중요하게도, 본 연구진은 같은 패밀리 중 하나인 BRDT에 SPOP 데그론 서열이 있는 것을 찾았다 (도 6B). HEK293T 세포에 BRDT과 SPOP을 과발현 후에 진행한 면역블롯 결과는 SPOP에 의한 BRDT 분해가 MG132 처리에 의해 억제되는 것을 보여준다 (도 6C). SPOP 데그론 서열이 없는 BRDT 돌연변이는 SPOP에 의해 영향받지 않았는데 이것은 Cul3-SPOP이 BRDT를 분해시키는 E3 유비퀴틴 리가아제임을 보여준다.To analyze the relationship between PHF7 and BRDT in sperm cells after meiosis, we first confirmed the co-expression of PHF7 and BRDT in sperm cells of Phf7 Flag/+ mice. The tissue immunostaining result shows that PHF7 and BRDT are expressed together in step 11-12 sperm cells (FIG. 6A). The BET family, which includes BRD2, 3, and 4, has a SPOP degron between BD1 and BD2, whose stability is regulated by Cul3-SPOP E3 ubiquitin ligase. Importantly, we found that one of the same family, BRDT, had a SPOP degron sequence (Fig. 6B). Immunoblot results performed after overexpression of BRDT and SPOP in HEK293T cells showed that BRDT degradation by SPOP was inhibited by MG132 treatment ( FIG. 6C ). The BRDT mutation without the SPOP degron sequence was not affected by SPOP, indicating that Cul3-SPOP is an E3 ubiquitin ligase that degrades BRDT.

PHF7이 BRDT 안정성에 영향을 주는지 알아보기 위해, HEK293T 세포에 BRDT, SPOP, PHF7을 과발현하였다. PHF7 WT은 SPOP을 매개한 분해를 약화시킴으로써 BRDT 단백질 양을 늘린 반면, PHF7 C160A는 그러지 못하였다 (도 6D). SPOP의 알려진 기질인 BRD4와 PTEN은 PHF7에 의해 증가하지 않았는데 PHF7이 SPOP의 활성에 영향을 준 것이 아님을 보여준다. SPOP과 Cul3는 정세포에서 발현하고 PHF7 돌연변이 정세포에서 BRD4와 PTEN 또한 대조군과 큰 차이가 없었다 (도 6E). 다음으로, 유비퀴틴화 어세이에서 PHF7 C160A가 아닌 WT만이 BRDT의 유비퀴틴화를 약화시켰다 (도 6F). 세포면역염색 분석은 BRDT, SPOP, PHF7이 핵 내에서 같이 발현함을 보여주었다 (도 6G). in vitro 유비퀴틴화 어세이는 PHF7 자체가 SPOP에 의해 유도된 BRDT의 유비퀴틴화를 약화시키지는 않았다 (도 6H). 이는 PHF7이 직접적으로 BRDT의 유비퀴틴화를 조절하지 않음을 보여준다. 종합적으로, 이 데이터들은 PHF7의 E3 유비퀴틴 리가아제 활성은 SPOP에 의한 BRDT의 분해를 약화시킴으로써 BRDT 안정성을 유지하는데 중요함을 보여준다. To determine whether PHF7 affects BRDT stability, BRDT, SPOP, and PHF7 were overexpressed in HEK293T cells. PHF7 WT increased the amount of BRDT protein by attenuating SPOP-mediated degradation, whereas PHF7 C160A did not ( FIG. 6D ). BRD4 and PTEN, known substrates of SPOP, were not increased by PHF7, suggesting that PHF7 did not affect the activity of SPOP. SPOP and Cul3 were expressed in sperm cells, and BRD4 and PTEN in PHF7 mutant sperm cells were also not significantly different from the control group (FIG. 6E). Next, only WT, but not PHF7 C160A, attenuated the ubiquitination of BRDT in the ubiquitination assay (Fig. 6F). Cell immunostaining analysis showed that BRDT, SPOP, and PHF7 were co-expressed in the nucleus (FIG. 6G). In the in vitro ubiquitination assay, PHF7 itself did not attenuate SPOP-induced ubiquitination of BRDT ( FIG. 6H ). This shows that PHF7 does not directly regulate ubiquitination of BRDT. Collectively, these data show that the E3 ubiquitin ligase activity of PHF7 is important for maintaining BRDT stability by attenuating the degradation of BRDT by SPOP.

PHF7이 BRDT 단백질 안정성에 어떻게 영향을 주는지 알아보기 위해, 먼저 PHF7과 BRDT의 결합을 확인하였다. 하지만, PHF7은 BRDT와 직접적으로 붙지 않았고 (도 7A) 이는 PHF7을 매개한 히스톤 유비퀴틴화가 BRDT의 조절과 관련이 있는지 조사하게 하였다. GST-BRDT와 히스톤 유비퀴틴화나 H4ac를 갖는 뉴클레오좀을 이용한 in vitro 풀다운 어세이는 PHF7 매개 히스톤 유비퀴틴화가 H4ac을 갖는 뉴클레오좀과 BRDT의 결합을 약하게 증가시켰다 (도 7B). 그럼에도 불구하고, PHF7 매개 히스톤 유비퀴틴화와 H4ac를 갖는 뉴클레오좀이 SPOP에 의해 유도된 BRDT 유비퀴틴화를 억제하였고, 각각 하나씩 있는 뉴클레오좀은 그러지 않았다 (도 7C). 이 데이터들은 PHF7 매개 히스톤 유비퀴틴화는 H4ac이 있을 때 BRDT와 상호작용하고 BRDT의 유비퀴틴화를 조절함을 보여준다. 신장형 정세포에서 H4 과아세틸화 이후 BRDT가 H4ac를 인지하고 PHF7 매개 히스톤 유비퀴틴화는 초기 응축형 정세포에서 BRDT의 안정화에 기여하여 히스톤 제거를 촉진하도록 함을 추정하게 되었다 (도 7D).In order to investigate how PHF7 affects BRDT protein stability, the binding of PHF7 to BRDT was first confirmed. However, PHF7 did not bind directly to BRDT ( FIG. 7A ), which led to investigate whether PHF7-mediated histone ubiquitination is related to the regulation of BRDT. In vitro pull-down assay using GST-BRDT and histone ubiquitination or nucleosomes having H4ac, PHF7-mediated histone ubiquitination slightly increased the binding of nucleosomes with H4ac to BRDT ( FIG. 7B ). Nevertheless, PHF7-mediated histone ubiquitination and H4ac-bearing nucleosomes inhibited SPOP-induced BRDT ubiquitination, while one each did not (Fig. 7C). These data show that PHF7-mediated histone ubiquitination interacts with BRDT in the presence of H4ac and modulates ubiquitination of BRDT. It was hypothesized that BRDT recognized H4ac after H4 hyperacetylation in elongated spermatogonial cells, and that PHF7-mediated histone ubiquitination contributed to stabilization of BRDT in early condensed spermatogonial cells to promote histone removal (Fig. 7D).

초파리에서 PHF7은 초기 생식세포에서 수컷 특이적인 유전자 발현을 활성화시킴으로써 정원세포로써의 결정을 조절하는 것으로 알려져 있다. 마우스에서, 이전 연구는 원형 정세포에서 PHF7 매개 H2Aub에 초점이 맞추어졌고 이후 신장형 정세포에서 히스톤-프로타민 교환에 필요한 과정인 RNF8 매개 H2Aub 및 H2Bub가 일어날 것으로 추정하였다. In Drosophila, PHF7 is known to regulate spermatogenesis by activating male-specific gene expression in early germ cells. In mice, previous studies have focused on PHF7-mediated H2Aub in prototypical spermatocytes and subsequently postulated that RNF8-mediated H2Aub and H2Bub, processes required for histone-protamine exchange, will occur in elongated spermatocytes.

본원에서는 H3K14ub가 PHF7의 또 다른 기질이며 정자성숙과정에서 히스톤-프로타민 교환에 중요함을 밝혔다. 신장형 정세포에서 H4 과아세틸화 이후, PHF7 매개 히스톤 유비퀴틴화가 이와 조합하여 BRDT의 안정화에 기여하고 즉, PHF7이 초기 응축형 정세포에서 BRDT를 유지하는 중요한 역할을 하게 된다. PHF7의 결함은 H3K14ub의 결핍을 유도하고 이어서 초기 응축형 정세포에서 BRDT 단백질 양을 감소시켜 히스톤이 남아있는 비정상적인 정자의 발생을 유도하게 된다. 본 발명은 히스톤 유비퀴틴화를 통한 크로마틴 상의 풍부한 BRDT 히스톤-프로타민 교환을 위한 히스톤 제거를 촉진하는 것을 제시한다.Here, it was revealed that H3K14ub is another substrate of PHF7 and is important for histone-protamine exchange during sperm maturation. After H4 hyperacetylation in elongate spermatogonial cells, PHF7-mediated histone ubiquitination in combination contributes to the stabilization of BRDT, that is, PHF7 plays an important role in maintaining BRDT in early condensed spermatocytes. Defect of PHF7 induces H3K14ub deficiency and subsequently decreases the amount of BRDT protein in early condensed spermatozoa, leading to the generation of abnormal sperm with histones. The present invention proposes to promote histone clearance for abundant BRDT histone-protamine exchange on chromatin via histone ubiquitination.

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.

Claims (4)

PHF7 (PHD finger protein 7) 및 BRDT (Bromodomain testis-specific) 단백질을 발현하는 진핵 세포를 제공하는 단계;
상기 세포를 PHF7의 히스톤3 (H3)의 14번째 라이신 잔기에 대한 유비퀴틴화 활성을 억제할 것으로 기대되는 시험물질과 접촉하는 단계;
상기 접촉 후, 상기 세포에서 상기 H3 단백질의 유비퀴틴화 정도를 측정하는 단계; 및
상기 측정하는 단계에서 상기 시험물질과 접촉한 세포에서, 접촉되지 않은 세포와 비교하여, 상기 H3의 유비퀴틴화가 감소된 경우, 상기 시험물질을 정자 크로마틴 응축에 필요한 히스톤-프로타민 교환 억제제로 선별하는 단계를 포함하는, 정자 크로마틴 응축 억제제 스크리닝 방법.
providing a eukaryotic cell expressing PHF7 (PHD finger protein 7) and BRDT (Bromodomain testis-specific) proteins;
contacting the cell with a test substance expected to inhibit the ubiquitination activity of the 14th lysine residue of histone 3 (H3) of PHF7;
after the contact, measuring the degree of ubiquitination of the H3 protein in the cell; and
In the measuring step, when the ubiquitination of H3 is reduced in cells contacted with the test substance compared to cells not contacted in the measuring step, selecting the test substance as a histone-protamine exchange inhibitor required for sperm chromatin condensation Containing, sperm chromatin condensation inhibitor screening method.
제 1 항에 있어서,
상기 세포는 PHF7을 과발현하는 HEK293T 세포인, 정자 크로마틴 응축 억제제 스크리닝 방법.
The method of claim 1,
The method for screening a sperm chromatin condensation inhibitor, wherein the cell is a HEK293T cell overexpressing PHF7.
제 1 항에 있어서,
상기 세포는 인간을 제외한 동물모델로서 제공되는 것이고,
상기 측정하는 단계에서, 상기 동물모델의 정세포에서 BRDT 단백질의 유비퀴틴화 또는 상기 BRDT 단백질의 농도를 측정하는 것을 추가로 포함하며,
상기 BRDT 단백질 유비퀴틴화가 상기 시험물질로 처리되지 않은 세포와 비교하여 증가하거나, 또는 상기 BRDT 단백질의 농도가 상기 시험물질로 처리되지 않은 세포와 비교하여, 감소한 경우, 상기 시험물질을 정자 핵 응축에 필요한 히스톤-크로마틴 교환 억제제로 선별하는 단계를 포함하는, 정자 크로마틴 응축 억제제 스크리닝 방법.
The method of claim 1,
The cells are provided as animal models other than humans,
In the measuring step, it further comprises measuring the ubiquitination of BRDT protein or the concentration of the BRDT protein in sperm cells of the animal model,
When the BRDT protein ubiquitination is increased compared to cells not treated with the test substance, or the concentration of the BRDT protein is decreased compared to cells not treated with the test substance, the test substance is required for sperm nucleus condensation A method for screening a sperm chromatin condensation inhibitor, comprising the step of screening with a histone-chromatin exchange inhibitor.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 정자 크로마틴 응축 억제제는 남성 피임제로 사용되는 것인, 정자 크로마틴 응축 억제제 스크리닝 방법.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The sperm chromatin condensation inhibitor is used for male contraceptives, the sperm chromatin condensation inhibitor screening method.
KR1020200092968A 2020-07-27 2020-07-27 Method of screening material inhibiting chromatin condensation of sperm cell targeting ubiquitination of histon3 by PHF7 KR102320688B1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200092968A KR102320688B1 (en) 2020-07-27 2020-07-27 Method of screening material inhibiting chromatin condensation of sperm cell targeting ubiquitination of histon3 by PHF7
PCT/KR2021/009074 WO2022025490A1 (en) 2020-07-27 2021-07-15 Method for screening sperm chromatin condensation inhibitor targeting histone 3 ubiquitination of phf7
JP2022563021A JP7501937B2 (en) 2020-07-27 2021-07-15 Screening method for sperm chromatin condensation inhibitors targeting PHF7-mediated histone 3 ubiquitination

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200092968A KR102320688B1 (en) 2020-07-27 2020-07-27 Method of screening material inhibiting chromatin condensation of sperm cell targeting ubiquitination of histon3 by PHF7

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102320688B1 true KR102320688B1 (en) 2021-11-01

Family

ID=78519190

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200092968A KR102320688B1 (en) 2020-07-27 2020-07-27 Method of screening material inhibiting chromatin condensation of sperm cell targeting ubiquitination of histon3 by PHF7

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP7501937B2 (en)
KR (1) KR102320688B1 (en)
WO (1) WO2022025490A1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6187749B1 (en) * 1994-02-10 2001-02-13 Simeg Ltd. Methods for variation of chromatin condensation

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110095610A (en) 2018-01-31 2019-08-06 中国科学院上海生命科学研究院 A kind of high throughput protein analysis method and its applicable library
US20200199576A1 (en) 2018-12-19 2020-06-25 Northwestern University Orthogonal ubiquitin transfer as a method to identify cellular substrates of e3 ubiquitin ligases

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6187749B1 (en) * 1994-02-10 2001-02-13 Simeg Ltd. Methods for variation of chromatin condensation

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Meng et al., Cell Death & Differentiation, Vol. 26, 2019, pp. 2194-2207. *
Nobuhiro Nakamura, Cells, Vol. 2, 2013, pp. 732-750. *
Wang et al., Frontiers in Genetics, Vol. 10, No. 962, 2019. *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022025490A1 (en) 2022-02-03
JP7501937B2 (en) 2024-06-18
JP2023521926A (en) 2023-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Huang et al. M-Phase Phosphoprotein 9 regulates ciliogenesis by modulating CP110-CEP97 complex localization at the mother centriole
Gai et al. ASPM and CITK regulate spindle orientation by affecting the dynamics of astral microtubules
Zimmerman et al. Mitosis-specific anchoring of γ tubulin complexes by pericentrin controls spindle organization and mitotic entry
Surka et al. The mammalian septin MSF localizes with microtubules and is required for completion of cytokinesis
Blagden et al. Drosophila Larp associates with poly (A)-binding protein and is required for male fertility and syncytial embryo development
Larocque et al. Protection of p27Kip1 mRNA by quaking RNA binding proteins promotes oligodendrocyte differentiation
Murphy et al. GCP5 and GCP6: two new members of the human γ-tubulin complex
Jin et al. Brahma is essential for Drosophila intestinal stem cell proliferation and regulated by Hippo signaling
Von Stetina et al. α-Endosulfine is a conserved protein required for oocyte meiotic maturation in Drosophila
US7510850B2 (en) Isolation of the mitotic spindle matrix and its methods of use
Kaya-Copur et al. The Hippo pathway controls myofibril assembly and muscle fiber growth by regulating sarcomeric gene expression
Lu et al. Requirement for lamin B receptor and its regulation by importin β and phosphorylation in nuclear envelope assembly during mitotic exit
Ogushi et al. Reconstitution of the oocyte nucleolus in mice through a single nucleolar protein, NPM2
Sharifi Tabar et al. The stoichiometry and interactome of the Nucleosome Remodeling and Deacetylase (NuRD) complex are conserved across multiple cell lines
Wang et al. Impaired plasma membrane localization of ubiquitin ligase complex underlies 3-M syndrome development
Ellenbecker et al. Dynein light chain DLC-1 facilitates the function of the germline cell fate regulator GLD-1 in Caenorhabditis elegans
Hertz et al. Neuronally enriched RUFY3 is required for caspase-mediated axon degeneration
Akkaya et al. Roles of developmentally regulated KIF2A alternative isoforms in cortical neuron migration and differentiation
Byeon et al. Proteomic identification of phosphorylation-dependent septin 7 interactors that drive dendritic spine formation
Young et al. Developmentally regulated Tcf7l2 splice variants mediate transcriptional repressor functions during eye formation
Akhmetova et al. Phosphorylation of pnut in the early stages of drosophila embryo development affects association of the septin complex with the membrane and is important for viability
KR102320688B1 (en) Method of screening material inhibiting chromatin condensation of sperm cell targeting ubiquitination of histon3 by PHF7
Ayyub et al. Reduction of Cullin-2 in somatic cells disrupts differentiation of germline stem cells in the Drosophila ovary
Eisman et al. An amino-terminal polo kinase interaction motif acts in the regulation of centrosome formation and reveals a novel function for centrosomin (cnn) in Drosophila
Yang et al. Drosophila mars is required for organizing kinetochore microtubules during mitosis

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant