KR102371762B1 - Use for regulating cell differentiation and apoptosis by BRCA1 mediated NSD2 ubiquitination - Google Patents

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Abstract

The present invention is to provide a method for screening therapeutic agents for leukemia through BRCA1-mediated NSD2 ubiquitination and a method for inducing differentiation of leukemia cells. More specifically, it is confirmed that BRCA1 translocated from the cytoplasm to the nucleus interacts with NSD2 in the nucleus to induce differentiation of NSD2 protein by ubiquitination, and it is confirmed that the differentiation of NSD2 protein by ubiquitination induces differentiation of leukemia cells into red blood cells and increases apoptosis of leukemia cells. Accordingly, a BRCA1-mediated NSD2 ubiquitination regulation method can be provided as a leukemia therapeutic agent screening method that increases apoptosis by inducing differentiation of leukemia cells into red blood cells and can be provided as a method for differentiating leukemia cells for differentiation therapy for cancer treatment.

Description

BRCA1 매개 NSD2 유비퀴틴화를 통한 세포 분화 및 세포사멸 조절 용도{Use for regulating cell differentiation and apoptosis by BRCA1 mediated NSD2 ubiquitination}{Use for regulating cell differentiation and apoptosis by BRCA1 mediated NSD2 ubiquitination}

본 발명은 BRCA1 매개 NSD2 유비퀴틴화를 통한 백혈병 치료제 스크리닝 방법 및 백혈병 세포 분화 유도방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for screening a therapeutic agent for leukemia through BRCA1-mediated NSD2 ubiquitination and a method for inducing differentiation into leukemia cells.

백혈병(leukemia)은 백혈구가 종양성으로 증식하는 질환을 총칭한다. 백혈병의 종류는 백혈병이 기원하는 백혈구에 따라 골수성 백혈병과 림프성 백혈병으로 나눌 수 있고, 진행속도에 따라 급성백혈병과 만성백혈병으로 나뉜다. 백혈병의 임상학적 양상은 질환의 유형과 침범한 세포의 성질에 따라 다양하다. 림프성 백혈병은 림프계 혈액세포가, 골수성 백혈병은 골수계 혈액세포가, 그리고 만성골수성백혈병(CML)은 변이가 생긴 조혈모세포 (pluripotent hematopoietic stem cell)의 악성 클론들에 의해서 발생한다.Leukemia refers to a disease in which white blood cells proliferate as a tumor. The types of leukemia can be divided into myeloid leukemia and lymphocytic leukemia according to the white blood cells from which the leukemia originates. The clinical manifestations of leukemia vary depending on the type of disease and the nature of the cells involved. Lymphocytic leukemia is caused by lymphoid blood cells, myeloid leukemia is caused by myeloid blood cells, and chronic myelogenous leukemia (CML) is caused by malignant clones of mutated hematopoietic stem cells.

급성골수성백혈병은 백혈병 중 가장 흔한 질환이며, 골수에서 미성숙 세포 단계의 백혈구가 악성세포로 변해 과다 증식한 후 혈액을 타고 온몸으로 퍼지는 것이다. 급성골수성백혈병이 발생하는 원인은 정확히 밝혀지지 않았지만 흡연과 방사선이나 화학약품 노출에 의한 것으로 알려져 있다.Acute myeloid leukemia is the most common leukemia among leukemias, in which immature leukocytes in the bone marrow transform into malignant cells, proliferate excessively, and then spread throughout the body via blood. The exact cause of acute myeloid leukemia is unknown, but it is known to be caused by smoking and exposure to radiation or chemicals.

만성골수성백혈병은 급성골수성백혈병과 달리 골수에서 백혈구를 만들어 낼 때 성숙한 과립구가 사멸하지 않고 증식하여 발병한다. 만성골수성백혈병 환자의 대부분은 9번 염색체와 22번 염색체가 서로 붙어 있는 특이한 형태의 염색체가 발견되는 데, 이 염색체를 '필라델피아 염색체'라고 한다. 초기에는 증상이 잘 나타나지 않지만 병이 진행되며 피로와 식욕부진, 빈혈 등이 나타난다. 만성골수성백혈병은 천천히 진행되지만 치료하지 않으면 급성골수성백혈병으로 진행될 수 있다. Unlike acute myeloid leukemia, chronic myelogenous leukemia develops when mature granulocytes proliferate rather than die when white blood cells are produced in the bone marrow. In most chronic myeloid leukemia patients, chromosomes 9 and 22 are attached to each other and a unique type of chromosome is found, and this chromosome is called the Philadelphia chromosome. In the early stages, symptoms do not appear well, but as the disease progresses, fatigue, anorexia, and anemia appear. Chronic myeloid leukemia progresses slowly, but if left untreated, it can progress to acute myeloid leukemia.

이러한 만성골수성백혈병의 치료제로 글리벡이 개발되어 있으며, 글리벡 이외에도 다사티닙과 닐로티닙 등의 약물을 이용하여 치료하고, 이밖에 조혈모세포이식과 같은 치료방법이 있다.Gleevec has been developed as a treatment for such chronic myeloid leukemia, and in addition to Gleevec, it is treated using drugs such as dasatinib and nilotinib, and there are other treatment methods such as hematopoietic stem cell transplantation.

암 치료에 있어서 분화요법 (differentiation therapy)은 화학물질을 사용하여 종양세포를 분화시켜, 정상세포와 유사하게 사멸하도록 유도하는 암 치료방법으로, 분화된 세포는 정상세포와 같은 기능을 하지는 않지만 정상세포와 유사한 사멸을 하게 된다. 또한, 분화요법을 시행하는 경우 암세포가 방사선이나 항암치료에 민감하게 반응하여 항암 효과를 향상시킬 수 있다.In cancer treatment, differentiation therapy is a cancer treatment method that uses chemicals to differentiate tumor cells to induce death similar to normal cells. Differentiated cells do not function like normal cells, but are normal cells. death similar to that of In addition, when differentiation therapy is performed, cancer cells respond sensitively to radiation or chemotherapy, thereby enhancing the anticancer effect.

공개특허 제10-2016-0115503호 (2016.10.06. 공개)Patent Publication No. 10-2016-0115503 (published on October 6, 2016)

본 발명은 BRCA1 매개 NSD2 유비퀴틴화를 조절하여 백혈병 세포 내 NSD2 분해를 유도하여 백혈병 세포의 적혈구세포로의 분화 및 세포사멸을 유도할 수 있는 백혈병 치료제 스크리닝 방법 및 백혈병 세포의 적혈구세포로의 분화유도 방법을 제공하고자 한다.The present invention provides a method for screening a leukemia therapeutic agent capable of inducing differentiation and apoptosis of leukemia cells into red blood cells by inducing degradation of NSD2 in leukemia cells by regulating BRCA1-mediated NSD2 ubiquitination, and a method for inducing differentiation of leukemia cells into red blood cells would like to provide

본 발명은 (1) 백혈병 세포에 시험물질을 처리하는 단계; (2) 상기 시험물질이 처리된 암세포에서 BRCA1에 의한 NSD2 유비퀴틴화 수준을 확인하는 단계; (3) 대조구 시료와 비교하여 BRCA1에 의한 NSD2 유비퀴틴화 수준이 증가한 시험 물질을 선별하는 단계를 포함하는 백혈병 치료제 스크리닝 방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of (1) treating leukemia cells with a test substance; (2) determining the level of NSD2 ubiquitination by BRCA1 in cancer cells treated with the test substance; (3) It provides a screening method for a therapeutic agent for leukemia, comprising the step of selecting a test substance having an increased level of NSD2 ubiquitination by BRCA1 compared to a control sample.

본 발명은 BRCA1을 유효성분으로 함유하는, 시험관 내(in vitro) 백혈병 세포의 NSD2 유비퀴틴화 유도용 시약조성물을 제공한다.The present invention provides a reagent composition for inducing NSD2 ubiquitination in leukemia cells in vitro, containing BRCA1 as an active ingredient.

또한, 본 발명은 시험관 내(in vitro) 백혈병 세포의 BRCA1에 의한 NSD2 유비퀴틴화 활성을 유도하는 단계를 포함하는 백혈병 세포의 적혈구 세포로의 분화 유도 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for inducing differentiation of leukemia cells into red blood cells, comprising inducing NSD2 ubiquitination activity by BRCA1 of the leukemia cells in vitro.

본 발명에 따르면, 세포질에서 핵으로 전위된 BRCA1이 핵 내 NSD2와 상호작용하여 유비퀴틴화에 의한 NSD2 단백질 분해를 유도하는 것이 확인되었으며, 상기 유비퀴틴화에 의한 NSD2 단백질 분해는 백혈병 세포의 적혈구 세포로의 분화를 유도하고, 백혈병 세포의 세포사멸을 증가시키는 것이 확인됨에 따라, BRCA1 매개 NSD2 유비퀴틴화 조절 방법은 백혈병 세포의 적혈구 세포로의 분화를 유도하여 세포사멸을 증가시키는 백혈병 치료제 스크리닝 방법으로 제공될 수 있으며, 암 치료 분화요법을 위한 백혈구 세포의 분화방법으로 제공될 수 있다.According to the present invention, it was confirmed that BRCA1 translocated from the cytoplasm to the nucleus interacts with NSD2 in the nucleus to induce NSD2 protein degradation by ubiquitination. As it was confirmed that it induces differentiation and increases apoptosis of leukemia cells, the BRCA1-mediated NSD2 ubiquitination regulation method can be provided as a screening method for a leukemia therapeutic agent that induces differentiation of leukemia cells into red blood cells and increases apoptosis. And it can be provided as a method of differentiation of white blood cells for cancer treatment and differentiation therapy.

도 1은 NSD2가 적혈구로의 K562 세포 분화를 억제하는 것을 확인한 결과로, 도 1a는 헤민 매개성 분화 동안 K562 세포에서 genome-wide human knockout screen과정을 나타낸 모식도이며, 도 1b는 배양 3일 후 NaOH 또는 헤민에 의해 선택된 적혈구 분화 양성 세포에 대한 CRISPR-Cas9 가이드 순위 점수(유전자를 표적하는 sgRNA 내 4개의 shRNA CRISPR-Cas9 guide scores의 평균으로 부터 유래됨)를 확인한 결과이며, 도 1c는 NSD2, PAX1, SIRT3 또는 SOX4를 결실시키고 30 μM 헤민을 처리한 K562 세포에서 HBE1 및 HBA1/2 mRNA의 수준을 실시간 PCR을 이용하여 정량한 결과로, 결과값을 평균 ± SEM로 나타내었으며, n= 5; *p < 0.05 및 **p < 0.01.이며, 도 1d의 왼쪽 도면은 NSD2, PAX1, SIRT3 또는 SOX4 결실 K562 세포를 o-디아니시딘 (o-dianisidine) 염색하여 세포 분화를 확인한 결과로, 갈색으로 염색된 세포는 헤모글로빈 축적을 나타내며, 검은색 화살표는 o-디아니시딘 양성 세포를 나타내는 결과로, 스케일 바는 25 μm이며, 오른쪽 도면은 정량 분석 결과로, 평균 ± SEM로 나타내었으며, n = 4; *p < 0.05 및 **p < 0.01 이다. 도 1e는 야생형 또는 NSD2의 Y1118A 변이체를 과발현시킨 K562 세포에 30 μM 헤민을 처리하고 HBE1 및 HBA1/2 mRNA 수준을 실시간 PCR을 이용하여 정량한 결과로, 상기 결과는 평균 ± SEM, n = 5; *p < 0.05 및 **p < 0.01로 나타냈으며, 도 1f는 야생형 또는 NSD2의 Y1118A 변이체를 과발현시킨 K562 세포를 o-디아니시딘 (o-dianisidine) 염색하여 세포 분화를 확인한 결과로, 갈색으로 염색된 세포는 헤모글로빈 축적을 나타내고, 검은색 화살표는 o-디아니시딘 양성 세포를 나타낸 것으로 스케일 바는 25 μm이다. 도 1g는 야생형 또는 NSD2의 Y1118A 변이체를 과발현시킨 K562 세포에서 헤민 매개성 세포 분화 유도를 확인하기 위해 항-CD235A를 1시간 동안 염색한 후 FACS로 분류한 결과이며, 헤민 처리된 K562 세포의 값(적색선)을 대조군으로 사용하였다. 도 1h는 항-CD235A를 이용하여 야생형, NSD2의 Y1118A 또는 K292R 변이체를 과발현시킨 K562 세포에서 FACS 데이터를 정량한 결과로, 상기 결과는 평균 ± SEM, n = 4; **p < 0.01로 나타내었다.
도 2는 K562의 분화가 유비퀴틴 유도를 통하여 NSD2 안정성을 감소시키는 것을 확인한 결과로, 도 2a의 왼쪽 도면은 30 μM 헤민을 1 및 2일 동안 처리한 K562 세포의 용해물을 이용하여 NSD2 단백질 수준을 확인한 면역블롯 결과이며, 오른쪽 도면은 실시간 PCR을 이용하여 CD36 및 NSD2 mRNA 수준을 확인하였으며, 결과값은 평균 ± SEM, n=4; *p<0.05로 나타내었다. 도 2b는 30 μM 헤민을 2일간 처리하고 MG132 단백질분해효소 억제제를 6시간 처리한 K562 세포의 용해물에 적합한 항체를 이용하여 NSD2 발현 수준을 확인한 면역블롯팅 결과이며, 도 2c는 K562 세포에 30 μM 헤민을 16시간 처리하고 100 μg/ml 사이클로헥시미드 (cycloheximide)를 처리한 후 세포 용해물을 2, 4, 6 및 8 시간 후 수집하여 NSD2 안정성 조절에 대한 헤민 매개성 분화의 영향을 확인한 면역블롯팅 결과이며, 도 2d는 NSD2의 폴리유비퀴틴화 사슬을 확인한 면역침강 분석 결과로, 30 μM 헤민을 2일간 처리하고 10 μM MG132을 6시간 처리한 후 수집한 K562 세포의 용해물을 항-NSD2 항체를 이용하여 면역침강하고, 적합한 항체를 이용하여 관련된 단백질 및 폴리유비퀴틴 사슬을 면역블롯팅 분석한 결과이다.
도 3은 BRCA1이 NSD2의 폴리유비퀴틴화의 유도를 통하여 NSD2 단백질 안정성을 감소시키는 것을 확인한 결과로, 도 3a는 flag-BRCA1 형질주입된 293T 세포 추출물에서 항-flag 항체와 면역침강분석을 수행하여 BRCA1 상호작용 파트너를 확인한 결과로, 연관된 단백질을 용출하고 SDS-PAGE로 분리하여 면역블롯팅한 결과이며, 도 3b는 BRCA1 또는 BRCA1 결실 구조를 나타낸 모식도이며, 도 3c는 절단된 GST-BRCA1 변이체를 이용한 GST pull-down 분석 결과로, 위쪽 도면은 K562 세포 추출물을 GST-BRCA1 또는 GST-BRCA1 결실 돌연변이체와 배양하고 연관된 단백질을 용출한 후 SDS-PAGE로 분리하여 면역블롯팅한 결과이며, 아래 도면은 BRCA1 또는 BRCA1 결실 돌연변이 량을 확인한 쿠마시 염색 결과이며, 도 3d는 두 개의 독립적인 shRNA를 이용하여 안정적으로 BRCA1 넉다운된 293T 세포를 이용한 NSD2 및 BRCA1의 면역블롯 분석 결과이며, 도 3e는 BRCA1이 형질주입된 293T 세포 추출물을 적합한 항체를 이용하여 면역블롯팅한 결과이며, 도 3f는 293T 세포에 BRCA1을 형질주입하고 10 μM MG132를 3시간 처리한 후 수집하여 NSD2의 폴리유비퀴틴 사슬을 확인한 면역침강 분석 결과이며, 도 3g는 안정적으로 BRCA1을 넉다운시킨 K562 세포에 30 μM 헤민을 처리하고 적합한 항체를 이용하여 면역블롯팅하여 NSD2 및 BRCA1 단백질 수준을 확인한 결과이며, 도 3h는 안정적으로 BRCA1을 넉다운시킨 K562 세포에 30 μM 헤민 및 10 μM MG13을 처리하고 면역침강 분석을 수행하여 NSD2의 폴리유비퀴틴 사슬을 확인한 결과이며, 도 3i는 30 μM 헤민을 2일간 처리한 K562 세포로부터 얻은 전체 단백질에서 세포질 및 핵 분획을 분리하고 면역블롯을 이용하여 NSD2 및 BRCA1의 국소화를 확인한 결과로, H3 및 튜불린을 각각 핵 및 세포질 분획에 대한 양성 대조군으로 사용하였다. 도 3j는 30 μM 헤민을 2일간 처리하고 MG132를 6시간 처리한 K562 세포와 항-BRCA1 항체를 이용하여 NSD2 상호작용 파트너를 확인한 면역침강 분석 결과이다.
도 4는 헤민 매개성 분화 동안 BRCA1이 NSD2 폴리유비퀴틴화를 유도하는 것을 확인한 결과로, 도 4a는 NSD2의 WT 또는 K292R 변이체를 과발현시킨 K562 세포에 30 μM 헤민을 2일간 처리하고 NSD2의 면역블롯 분석을 수행한 결과이며, 도 4b는 NSD2의 WT 또는 K292R 변이체를 안정적으로 과발현시킨 K562 세포에 30 μM 헤민 및 100 μg/ml 사이클로헥시미드 (cycloheximide)를 처리하고 2, 4, 6 및 8 시간 후 세포용해물을 수집하여 적합한 항체를 이용하여 수행한 면역블로팅 분석 결과이며, 도 4c는 NSD2의 WT 또는 K292R 변이체를 과발현시킨 K562 세포에 30 μM 헤민을 2일간 처리하고 MG132를 6시간 처리한 후 NSD2의 폴리유비퀴틴 사슬을 확인한 면역침강 분석 결과이며, 도 4d는 BRCA1, NSD2-WT 또는 NSD2 K292R 변이체를 형질주입한 293T 세포에 100 μg/ml 사이클로헥시미드를 처리하고 2, 4, 6 및 8시간 후 수집한 세포용해물에 적합한 항체를 이용하여 면역블롯을 수행한 결과이며, 도 4e는 BRCA1, NSD2-WT 또는 NSD2 K292R 변이체를 형질주입한 293T 세포에 10 μM MG132을 3시간 처리하고, NSD2의 폴리유비퀴틴 사슬을 확인한 면역침강 분석 결과이다.
도 5는 NSD2이 적혈구 분화 관련 유전자의 발현을 조절하여 K562 세포 분화를 억제하는 것을 확인한 결과로, 도 5a는 계층적 군집화 (hierarchical clustering)로 NSD2 타겟 유전자를 확인하여 K562 NSD2 결실 세포에서 발현 차이를 나타내는 혈구 관련 유전자를 나타낸 것으로, 최소 1.5 배의 계수로 상향 또는 하향 조절되는 유전자군을 각각 적색 및 녹색으로 나타내었다. 도 5b는 annotation tool인 DAVID를 이용한 NSD2 타겟 유전자의 기능 분류 결과이며, 도 5c는 안정적으로 NSD2 넉다운된 K562 세포에서 분화 관련 유전자의 mRNA 수준을 실시간 PCR로 정량한 결과로, β-액틴으로 표준화되었으며, 결과값은 평균 ± SEM, n =4; *p < 0.05, **p < 0.01로 나타내었다. 도 5d는 마이크로어레이 데이터에서 NSD2 넉다운과 헤민 처리 간의 차별적으로 발현된 유전자 중 중첩된 125개의 유전자를 나타내는 면적 비례 벤다이어그램 결과이며, 도 5e는 K562 세포에 30 또는 50 μM 농도의 헤민 처리 후 분화관련 유전자의 mRNA 수준을 실시간 PCR 분석으로 정량하고 β-액틴 수준으로 표준화하였으며, 결과값은 평균 ± SEM, n = 4; *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001이다. 도 5f는 NSD2의 WT 또는 K292R 변이체가 과발현된 K562 세포에 30 μM 헤민을 2시간 동안 처리하고 분화 관련 유전자의 mRNA 수준을 실시간 PCR로 정량한 후 β-액틴 수준으로 표준화하였으며, 결과값은 평균 ± SEM, n = 4; *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001이다. 도 5g는 NSD2의 WT 또는 K292R 변이체가 과발현된 K562 세포 또는 벡터 대조군을 CD235A로 1시간 동안 염색하고 FACS로 분류하여 헤민에 의한 세포 분화를 확인한 결과로, 헤민 처리된 K562 세포 값(적색선)은 대조군으로 사용되었다. 도 5h는 NSD2의 WT 또는 K292R 변이체가 과발현된 K562 세포 또는 벡터 대조군을 o-디아니시딘으로 염색하여 세포 분화를 확인한 결과로, 갈색으로 염색된 세포는 헤모글로빈 축적을 나타내고, 검은색 화살표는 o-디아니시딘 양성 세포를 나타낸 것으로 스케일 바는 25 μm이며, (c), (d) 및 (f)의 모든 결과는 평균 ± SEM, (n = 3)이며, *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001이다.
도 6은 BRCA1 돌연변이가 헤민 매개성 K562 세포 분화를 저해하는 것을 확인한 결과로, 도 6a는 BRCA1 넉다운 K562 세포에 30 μM 헤민을 2일간 처리하고 분화 관련 유전자의 mRNA 수준을 실시간 PCR로 분석하여 β-액틴으로 표준화한 결과로, 결과값은 평균 ± S.D. (n=6)으로 나타내었으며, *p<0.05, **p<0.01 및 ***p < 0.001 이다. 도 6b는 BRCA1 넉다운 K562 또는 대조군 세포를 CD235A로 1시간 염색하고 FACS로 분류하여 헤민에 의한 세포 분화를 확인한 결과로, shNC K562 세포의 값(적색선)을 대조군으로 사용하였다. 도 6c는 K562 BRCA1 넉다운 또는 대조군 세포를 o-디아니시딘으로 염색하여 세포 분화를 확인한 결과로, 왼쪽 도면에서 갈색으로 염색된 세포는 헤모글로빈 축적을 나타내고, 검은색 화살표는 o-디아니시딘 양성 세포를 나타낸 것으로 스케일 바는 25 μm이며, 오른쪽 도면은 정량 데이터를 나타낸 것으로 결과값은 평균 ± SEM, n=4; *p < 0.05, ***p < 0.001이다. 도 6d는 BRCA1의 WT, P871L, E1038G, K1183R 또는 S1613G 변이체가 과발현된 K562 세포에 30 μM 헤민을 2일간 처리하고 BRCA1 및 NSD2의 면역블롯을 수행한 결과이며, 도 6e는 BRCA1의 WT, P871L, E1038G, K1183R 또는 S1613G 변이체가 과발현된 K562 세포에 30 μM 헤민을 2일간 처리하고 면역블롯을 이용하여 BRCA1의 각 돌연변이의 국소화를 확인한 결과로, 전체 단백질에서 세포질 및 핵 분획을 분리하였으며, H3 및 튜불린을 각각 핵 및 세포질에 대한 양성대조군으로 사용하였다. 도 6f는 NSD2 및 BRCA1 WT 또는 돌연변이 간의 상호작용을 확인한 면역침강 분석 결과로, BRCA1의 WT 또는 4개의 돌연변이가 과발현된 K562 세포에 30 μM 헤민을 2일간 처리하고 MG132를 6시간 처리하여 확인한 결과이며, 도 6g는 BRCA1의 WT, P871L, E1038G, K1183R, S1613G 또는 4개의 돌연변이 변이체가 과발현된 K562 세포에서 K562 분화를 확인한 FACS 분석 결과로, K562 세포에 30 μM 헤민을 2일간 처리하고 헤민 처리된 K562 세포에서 발현된 BRCA1 WT 값(적색선)을 대조군으로 사용하였다.
1 is a result confirming that NSD2 inhibits K562 cell differentiation into erythrocytes. FIG. 1a is a schematic diagram showing the genome-wide human knockout screen process in K562 cells during hemin-mediated differentiation, and FIG. 1b is NaOH after 3 days of culture. Or the result of confirming the CRISPR-Cas9 guide ranking score (derived from the average of the four shRNA CRISPR-Cas9 guide scores in the sgRNA targeting the gene) for the erythrocyte differentiation-positive cells selected by hemin, Figure 1c is NSD2, PAX1 , The levels of HBE1 and HBA1/2 mRNA were quantified using real-time PCR in K562 cells in which SIRT3 or SOX4 was deleted and treated with 30 μM hemin, and the results were expressed as mean ± SEM, n = 5; *p < 0.05 and **p < 0.01. The left figure of FIG. 1d shows the results of confirming cell differentiation by staining NSD2, PAX1, SIRT3 or SOX4-deleted K562 cells with o-dianisidine. Cells stained with , indicate hemoglobin accumulation, the black arrow indicates the result of o-dianisidine positive cells, the scale bar is 25 μm, the figure on the right is the quantitative analysis result, which is expressed as mean ± SEM, n = 4; *p < 0.05 and **p < 0.01. FIG. 1E shows the results of quantifying HBE1 and HBA1/2 mRNA levels using real-time PCR after treatment with 30 μM hemin in K562 cells overexpressing the Y1118A mutant of wild-type or NSD2, and the results are the mean ± SEM, n = 5; *p < 0.05 and **p < 0.01, and FIG. 1f is the result of confirming cell differentiation by staining with o-dianisidine in K562 cells overexpressing the Y1118A mutant of wild-type or NSD2. Stained cells indicate hemoglobin accumulation, black arrows indicate o-dianisidine positive cells, and the scale bar is 25 μm. Figure 1g is the result of FACS sorting after staining with anti-CD235A for 1 hour to confirm hemin-mediated cell differentiation induction in K562 cells overexpressing Y1118A mutant of wild-type or NSD2, and the values of hemin-treated K562 cells ( red line) was used as a control. Figure 1h is the result of quantification of FACS data in K562 cells overexpressing wild-type, Y1118A or K292R mutants of NSD2 using anti-CD235A, the results are the mean ± SEM, n = 4; **p < 0.01.
Figure 2 is the result of confirming that K562 differentiation reduces NSD2 stability through ubiquitin induction, the left figure of Figure 2a shows the level of NSD2 protein using the lysate of K562 cells treated with 30 μM hemin for 1 and 2 days. It is the confirmed immunoblot result, and the figure on the right shows the CD36 and NSD2 mRNA levels using real-time PCR, and the results are mean ± SEM, n=4; *P<0.05. Figure 2b is an immunoblotting result confirming the NSD2 expression level using an antibody suitable for the lysate of K562 cells treated with 30 μM hemin for 2 days and treated with MG132 protease inhibitor for 6 hours, Figure 2c is 30 in K562 cells After treatment with μM hemin for 16 hours and treatment with 100 μg/ml cycloheximide, cell lysates were collected after 2, 4, 6 and 8 hours to confirm the effect of hemin-mediated differentiation on NSD2 stability regulation. Immunoblotting results, FIG. 2d is an immunoprecipitation analysis result confirming the polyubiquitination chain of NSD2. The lysate of K562 cells collected after treatment with 30 μM hemin for 2 days and treatment with 10 μM MG132 for 6 hours was anti- These are the results of immunoprecipitation using an NSD2 antibody and immunoblotting analysis of related proteins and polyubiquitin chains using a suitable antibody.
3 is a result confirming that BRCA1 reduces NSD2 protein stability through induction of polyubiquitination of NSD2. As a result of confirming the interaction partner, the related protein was eluted, separated by SDS-PAGE, and immunoblotted. FIG. 3b is a schematic diagram showing the BRCA1 or BRCA1 deletion structure, and FIG. As a result of GST pull-down analysis, the upper figure is the result of incubating the K562 cell extract with GST-BRCA1 or GST-BRCA1 deletion mutant, eluting the associated protein, and then separating it by SDS-PAGE and immunoblotting. Coomassie staining results confirming the amount of BRCA1 or BRCA1 deletion mutants, FIG. 3D is the result of immunoblot analysis of NSD2 and BRCA1 using 293T cells stably knocked down BRCA1 using two independent shRNAs, and FIG. 3E is BRCA1 transfection. It is the result of immunoblotting of the injected 293T cell extract using a suitable antibody, and FIG. 3f is an immunoprecipitation analysis confirming the polyubiquitin chain of NSD2 by transfecting BRCA1 into 293T cells and treating with 10 μM MG132 for 3 hours. Results, Figure 3g is the result of confirming the NSD2 and BRCA1 protein levels by treatment with 30 μM hemin in K562 cells stably knocked down BRCA1 and immunoblotting using an appropriate antibody, Figure 3h is K562 stably knocked down BRCA1 Cells were treated with 30 μM hemin and 10 μM MG13, and immunoprecipitation analysis was performed to confirm the polyubiquitin chain of NSD2. As a result of isolating and confirming the localization of NSD2 and BRCA1 using immunoblot, H3 and tubulin were It was used as a positive control for the fraction. 3j is the result of immunoprecipitation analysis confirming the NSD2 interaction partner using K562 cells and anti-BRCA1 antibody treated with 30 μM hemin for 2 days and MG132 for 6 hours.
Figure 4 shows the results confirming that BRCA1 induces NSD2 polyubiquitination during hemin-mediated differentiation. 4b shows K562 cells stably overexpressing WT or K292R mutants of NSD2 were treated with 30 μM hemin and 100 μg/ml cycloheximide and 2, 4, 6 and 8 hours later It is the result of immunoblotting analysis performed using a suitable antibody by collecting the cell lysate, and FIG. 4c shows K562 cells overexpressing WT or K292R mutant of NSD2 with 30 μM hemin for 2 days and MG132 after treatment for 6 hours. It is the result of immunoprecipitation analysis confirming the polyubiquitin chain of NSD2, and FIG. 4d is 293T cells transfected with BRCA1, NSD2-WT or NSD2 K292R mutant treated with 100 μg/ml cycloheximide and treated with 2, 4, 6 and 8 It is the result of performing an immunoblot using an antibody suitable for the cell lysate collected after a period of time, and FIG. 4e is a 293T cell transfected with BRCA1, NSD2-WT or NSD2 K292R mutant treated with 10 μM MG132 for 3 hours, and NSD2 It is the result of immunoprecipitation analysis confirming the polyubiquitin chain of
Figure 5 is the result of confirming that NSD2 suppresses K562 cell differentiation by regulating the expression of erythrocyte differentiation-related genes. The indicated blood cell-related genes are shown, and gene groups that are up- or down-regulated by a factor of at least 1.5 times are shown in red and green, respectively. Figure 5b is the result of functional classification of the NSD2 target gene using the annotation tool DAVID, Figure 5c is the result of quantifying the mRNA level of the differentiation-related gene in K562 cells stably knocked down NSD2 by real-time PCR, standardized with β-actin , results are mean ± SEM, n = 4; *p < 0.05, **p < 0.01. 5D is an area-proportional Venn diagram showing the overlapping 125 genes among differentially expressed genes between NSD2 knockdown and hemin treatment in microarray data, and FIG. 5E is a differentiation-related relationship after hemin treatment at a concentration of 30 or 50 μM in K562 cells. mRNA levels of genes were quantified by real-time PCR analysis and normalized to β-actin levels, and the results were mean ± SEM, n = 4; *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001. FIG. 5f shows that K562 cells overexpressed with WT or K292R variants of NSD2 were treated with 30 μM hemin for 2 hours, the mRNA levels of differentiation-related genes were quantified by real-time PCR, and then normalized to β-actin levels, and the results were average ± SEM, n = 4; *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001. Figure 5g is the result of confirming cell differentiation by hemin by staining with CD235A for 1 hour and sorting by FACS K562 cells or vector control overexpressing WT or K292R variants of NSD2, hemin-treated K562 cells value (red line) is the control was used as Figure 5h is the result of confirming cell differentiation by staining K562 cells or vector control overexpressing WT or K292R variants of NSD2 with o-dianisidine. Cells stained in brown indicate hemoglobin accumulation, and black arrows indicate o- Scale bar is 25 μm to represent dianisidine-positive cells, all results in (c), (d) and (f) are mean ± SEM, (n = 3), *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001.
6 is a result confirming that the BRCA1 mutation inhibits hemin-mediated K562 cell differentiation. As a result of normalization to actin, the result value was expressed as mean ± SD (n=6), and *p<0.05, **p<0.01, and ***p <0.001. 6b is a result of confirming cell differentiation by hemin by staining BRCA1 knockdown K562 or control cells with CD235A for 1 hour and sorting by FACS, and the value of shNC K562 cells (red line) was used as a control. 6c is a result of confirming cell differentiation by staining K562 BRCA1 knockdown or control cells with o-dianisidine. , the scale bar is 25 μm, and the figure on the right shows quantitative data, and the results are mean ± SEM, n=4; *p < 0.05, ***p < 0.001. Figure 6d shows the results of BRCA1 WT, P871L, E1038G, K1183R or S1613G mutants overexpressed K562 cells treated with 30 μM hemin for 2 days and immunoblots of BRCA1 and NSD2 were performed, and Figure 6e is BRCA1 WT, P871L, K562 cells overexpressed with E1038G, K1183R or S1613G mutants were treated with 30 μM hemin for 2 days and the localization of each mutation of BRCA1 was confirmed using immunoblot. Bullin was used as a positive control for the nucleus and cytoplasm, respectively. Figure 6f is the result of immunoprecipitation analysis confirming the interaction between NSD2 and BRCA1 WT or mutant, BRCA1 WT or 4 mutants overexpressed K562 cells were treated with 30 μM hemin for 2 days and MG132 was treated for 6 hours. , FIG. 6G is a FACS analysis result confirming K562 differentiation in K562 cells overexpressing WT, P871L, E1038G, K1183R, S1613G or four mutants of BRCA1. K562 cells were treated with 30 μM hemin for 2 days and hemin-treated K562 BRCA1 WT values expressed in cells (red line) were used as controls.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 발명자들은 세포질에서 핵으로 전위된 BRCA1 [Breast cancer 1] 이 핵 내 NSD2 [Multiple Myeloma SET domain (MMSET/NSD2)]와 상호작용하여 유비퀴틴화에 의한 NSD2 단백질 분해를 유도하는 것을 확인하였으며, 상기 유비퀴틴화에 의해 유도된 NSD2 단백질 분해는 백혈병 세포의 적혈구 세포로의 분화를 유도하고, 백혈병 세포의 세포사멸을 증가시키는 것을 확인함에 따라, BRCA1 매개 NSD2 유비퀴틴화 조절 방법은 백혈병 세포의 적혈구 세포로의 분화를 유도하여 세포사멸에 이르게 하는 백혈병 치료제 스크리닝 방법으로 제공될 수 있으며, 암 치료 분화요법을 위한 백혈구 세포의 분화방법으로 제공하고자 한다.The inventors of the present invention confirmed that BRCA1 translocated from the cytoplasm to the nucleus [Breast cancer 1] interacts with NSD2 [Multiple Myeloma SET domain (MMSET/NSD2)] in the nucleus to induce NSD2 protein degradation by ubiquitination, As it was confirmed that NSD2 protein degradation induced by ubiquitination induces differentiation of leukemia cells into red blood cells and increases apoptosis of leukemia cells, the BRCA1-mediated NSD2 ubiquitination regulation method is to convert leukemia cells into red blood cells. It can be provided as a screening method for a therapeutic agent for leukemia that induces the differentiation of leukemia and leads to apoptosis, and it is intended to provide a method for differentiation of leukocyte cells for differentiation therapy for cancer treatment.

본 발명은 (1) 백혈병 세포에 시험물질을 처리하는 단계; (2) 상기 시험물질이 처리된 암세포에서 BRCA1에 의한 NSD2 유비퀴틴화 수준을 확인하는 단계; (3) 대조구 시료와 비교하여 BRCA1에 의한 NSD2 유비퀴틴화 수준이 증가한 시험 물질을 선별하는 단계를 포함하는 백혈병 치료제 스크리닝 방법을 제공할 수 있다.The present invention comprises the steps of (1) treating leukemia cells with a test substance; (2) determining the level of NSD2 ubiquitination by BRCA1 in cancer cells treated with the test substance; (3) It is possible to provide a screening method for a therapeutic agent for leukemia, comprising the step of selecting a test substance having an increased level of NSD2 ubiquitination by BRCA1 compared to a control sample.

상기 BRCA1에 의한 NSD2 유비퀴틴화 수준 증가는 NSD2의 단백질 안정성을 감소시켜, 백혈병 세포의 적혈구 세포로의 분화를 유도하고, 백혈병 세포의 사멸을 증가시키는 것일 수 있다.The increase in NSD2 ubiquitination level by BRCA1 may decrease protein stability of NSD2, induce differentiation of leukemia cells into red blood cells, and increase death of leukemia cells.

상기 NSD2 유비퀴틴화는 NSD2 Lys292에서 유비퀴틴화되는 것일 수 있다.The NSD2 ubiquitination may be ubiquitination at NSD2 Lys292.

상기 시험물질은 BRCA1을 핵으로 전위시키고 NSD2에 대한 유비퀴틴화 활성을 증가시켜 암세포 내 NSD2 단백질 분해를 증가시키는 것일 수 있다.The test substance may translocate BRCA1 to the nucleus and increase NSD2 protein degradation in cancer cells by increasing ubiquitination activity for NSD2.

상기 백혈병은 급성골수성백혈병, 만성골수성백혈병, 급성림프구성백혈병 및 만성림프구성백혈병으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다. The leukemia may be selected from the group consisting of acute myeloid leukemia, chronic myelogenous leukemia, acute lymphocytic leukemia and chronic lymphocytic leukemia.

상기 BRCA1에 의한 NSD2 유비퀴틴화 수준은 효소면역분석법(ELISA), 면역침강법(immunoprecipitation), 면역조직화학, 웨스턴 블랏(Western Blotting) 및 유세포 분석법(FACS)으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나로 측정하는 것일 수 있다.The level of NSD2 ubiquitination by BRCA1 may be measured by any one selected from the group consisting of enzyme immunoassay (ELISA), immunoprecipitation, immunohistochemistry, Western blotting and flow cytometry (FACS). there is.

본 발명의 "유비퀴틴화 (ubiquitination)"는 진핵생물의 거의 모든 조직에서 발견되는 작은 단백질인 유비퀴틴을 다른 단백질에 부착하는 과정을 유비퀴틴화라 하며, 상기 유비퀴틴화를 통해 해당 단백질의 활성을 변화시키거나 세포내 단백질의 기능을 변화시킬 수 있으나, 유비퀴틴화의 주된 현상은 유비퀴틴화된 표적 단백질을 프로테아좀(proteasome)으로 분해하는 것이다.The "ubiquitination" of the present invention refers to the process of attaching ubiquitin, a small protein found in almost all tissues of eukaryotes, to other proteins is called ubiquitination, and through the ubiquitination, the activity of the corresponding protein is changed or cells It can change the function of the protein, but the main phenomenon of ubiquitination is the degradation of the ubiquitinated target protein into the proteasome.

본 발명의 스크리닝 방법을 언급하면서 사용되는 용어 "시험물질"은 유전자의 발현량에 영향을 미치거나, 단백질의 발현 또는 활성에 영향을 미치거나 또는 단백질 사이의 결합에 영향을 미치는지 여부를 검사하기 위하여 스크리닝에 이용되는 미지의 후보 물질을 의미한다. 상기 시험물질은 화학물질, 뉴클레오타이드, 안티센스-RNA, siRNA(small interference RNA) 및 천연물 추출물을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.The term "test substance" used while referring to the screening method of the present invention affects the expression level of a gene, affects the expression or activity of a protein, or affects the binding between proteins. It refers to an unknown candidate substance used for screening. The test substance includes, but is not limited to, chemicals, nucleotides, antisense-RNA, small interference RNA (siRNA), and natural product extracts.

본 발명은 BRCA1을 유효성분으로 함유하는, 시험관 내(in vitro) 백혈병 세포의 NSD2 유비퀴틴화 유도용 시약조성물을 제공할 수 있다.The present invention can provide a reagent composition for inducing NSD2 ubiquitination in leukemia cells in vitro, containing BRCA1 as an active ingredient.

또한, 본 발명은 시험관 내(in vitro) 백혈병 세포의 BRCA1에 의한 NSD2 유비퀴틴화 활성을 유도하는 단계를 포함하는 백혈병 세포의 적혈구 세포로의 분화 유도 방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention may provide a method for inducing differentiation of leukemia cells into red blood cells, comprising the step of inducing NSD2 ubiquitination activity by BRCA1 of leukemia cells in vitro.

상기 NSD2는 적혈구 세포로의 분화를 유도하는 유전자인 VEGFa, DNAse2, FOS, BCL6, PIM 및 CD36의 발현을 억제하여 백혈구 세포의 적혈구 세포로의 분화를 저해하는 것일 수 있다.The NSD2 may inhibit the differentiation of white blood cells into red blood cells by inhibiting the expression of VEGFa, DNAse2, FOS, BCL6, PIM, and CD36, which are genes inducing differentiation into red blood cells.

본 발명에서 사용된 "BRCA1"은 NCBI accession no. NM_007294.4 일 수 있다."BRCA1" used in the present invention is NCBI accession no. It may be NM_007294.4.

본 발명에서 사용된 "NSD2"는 NCBI accession no. NM_133330.3 일 수 있다."NSD2" used in the present invention is NCBI accession no. It can be NM_133330.3.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, to help the understanding of the present invention, examples will be described in detail. However, the following examples are merely illustrative of the content of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art.

<실험예><Experimental example>

하기의 실험예들은 본 발명에 따른 각각의 실시예에 공통적으로 적용되는 실험예를 제공하기 위한 것이다.The following experimental examples are intended to provide experimental examples commonly applied to each embodiment according to the present invention.

1. 플라스미드 구축1. Plasmid Construction

pCMV3-C-Flag NSD2 플라스미드를 Sino Biological Inc. (Beijing, China)에서 구입하였다. NSD2를 박테리아 발현 벡터 pGEX-4T1, a pcmv-3Xflag 벡터 (Sigma, St. Louis, MO) 및 변형된 plenti-puro-3Xflag 벡터 (Addgene; #39481)에 삽입하여 GST-NSD2 융합 단백질 및 포유류 발현 벡터를 구축하였다. NSD2 (Y1118A) 또는 NSD2 (K292R) 점 돌연변이를 제작하고 pcmv-3Xflag 벡터 및 변형된 plenti-puro-3Xflag 벡터에 삽입하였다. NSD2 #1 (residues 1-400), NSD2 #2 (residues 400-1365) 및 NSD2 #3 (residues 1000-1365)을 암호화하는 서열을 pGEX-4T1 벡터로 서브클로닝하였다. The pCMV3-C-Flag NSD2 plasmid was obtained from Sino Biological Inc. (Beijing, China). GST-NSD2 fusion protein and mammalian expression vector by inserting NSD2 into bacterial expression vector pGEX-4T1, a pcmv-3Xflag vector (Sigma, St. Louis, MO) and modified plenti-puro-3Xflag vector (Addgene; #39481) was built. NSD2 (Y1118A) or NSD2 (K292R) point mutations were constructed and inserted into the pcmv-3Xflag vector and the modified plenti-puro-3Xflag vector. Sequences encoding NSD2 #1 (residues 1-400), NSD2 #2 (residues 400-1365) and NSD2 #3 (residues 1000-1365) were subcloned into the pGEX-4T1 vector.

또한, plasmid pBABE puro HA BRCA1를 Addgene (#14999)에서 구입하였으며, BRCA1을 박테리아 발현 벡터 pGEX-4T1 및 plenti-puro 벡터에 삽입하였다. BRCA1 점 돌연변이 (P871L, E1038G, K1183G, S1613G, 4개의 돌연변이)를 제작하고 plenti-puro 벡터에 삽입하였다. BRCA del#1 (residues 1-420), BRCA1 del#2 (residues 400-1100) 및 BRCA1 del#3 (residues 1080-1863)을 암호화하는 서열을 pGEX-4T1 벡터로 서브클로닝하였다. 플라스미드 plko-shNSD2 #1, plkoshNSD2 #2 및 pcDNA6-HA-Ub 앞서 보고된 방법으로 준비하였다 (Woo Park, J., et al., Sci. Rep. 5, 12485 (2015).) 사람 BRCA1에 대한 shRNA를 siRNA sequence designer software (Clontech)를 이용하여 디자인하였다. shRNA 플라스미드 구축을 위해 표 1 (Supplementary Table 1)과 같은 5′→ 3′방향의 프라이머를 이용하여 이중 나선 올리고뉴클레오티드를 생산하였으며, 상기 올리고뉴클레오티드를 pLKO.1 TRC 벡터의 AgeI/EcoRI 부위에 삽입하였다.In addition, the plasmid pBABE puro HA BRCA1 was purchased from Addgene (#14999), and BRCA1 was inserted into the bacterial expression vector pGEX-4T1 and the plenti-puro vector. BRCA1 point mutations (P871L, E1038G, K1183G, S1613G, 4 mutations) were constructed and inserted into the plenti-puro vector. Sequences encoding BRCA del#1 (residues 1-420), BRCA1 del#2 (residues 400-1100) and BRCA1 del#3 (residues 1080-1863) were subcloned into the pGEX-4T1 vector. Plasmids plko-shNSD2 #1, plkoshNSD2 #2 and pcDNA6-HA-Ub were prepared by the previously reported method (Woo Park, J., et al., Sci. Rep. 5, 12485 (2015).) for human BRCA1 shRNA was designed using siRNA sequence designer software (Clontech). For shRNA plasmid construction, double-stranded oligonucleotides were produced using primers in the 5′→3′ direction as shown in Table 1 (Supplementary Table 1), and the oligonucleotides were inserted into the AgeI/EcoRI site of the pLKO.1 TRC vector. .

NameName Sequencing (5' to 3')Sequencing (5' to 3') purposepurpose shMMSET #1 senseshMMSET #1 sense CCGGGGGCATTGTTCAAGCAGAAGACTCGAGCTTCTGCTTGAACAATGCCCTTTTTGCCGGGGGCATTGTTCAAGCAGAAGACTCGAGCTTCTGCTTGAACAATGCCCTTTTTG shRNAshRNA shMMSET #1 anti-senseshMMSET #1 anti-sense AATTCAAAAAGGGCATTGTTCAAGCAGAAGACTCGAGTCTTCTGCTTGAACAATGCCCAATTCAAAAAGGGCATTGTTCAAGCAGAAGACTCGAGTCTTCTGCTTGAACAATGCCC shRNAshRNA shMMSET #2 senseshMMSET #2 sense CCGGCGGAAAGCCAAGTTCACCTTTCTCGAGAAAGGTGAACTTGGCTTTCCGTTTTTGCCGGCGGAAAGCCAAGTTCACCTTTCTCGAGAAAGGTGAACTTGGCTTTCCGTTTTTG shRNAshRNA shMMSET #2 anti-senseshMMSET #2 anti-sense AATTCAAAAACGGAAAGCCAAGTTCACCTTTCTCGGAAAGGTGAACTTGGCTTTCCGAATTCAAAAACGGAAAGCCAAGTTCACCTTTCTCGGAAAGGTGAACTTGGCTTTCCG shRNAshRNA shBRCA1 CDS FshBRCA1 CDS F CCGGGAGTATGCAAACAGCTATAATCTCGAG ATTATAGCTGTTTGCATACTCTTTTTGCCGGGAGTATGCAAACAGCTATAATCTCGAG ATTATAGCTGTTTGCATACTCTTTTTG shRNAshRNA shBRCA1 CDS RshBRCA1 CDS R AATTCAAAAAGAGTATGCAAACAGCTATAAT CTCGAGATTATAGCTGTTTGCATACTCAATTCAAAAAGAGTATGCAAACAGCTATAAT CTCGAGATTATAGCTGTTTGCATACTC shRNAshRNA shBRCA1 UTR FshBRCA1 UTR F CCGGCCCTAAGTTTACTTCTCTAAACTCGAG TTTAGAGAAGTAAACTTAGGGTTTTTGCCGGCCCTAAGTTTACTTCTCTAAACTCGAG TTTAGAGAAGTAAACTTAGGGTTTTTG shRNAshRNA shBRCA1 UTR RshBRCA1 UTR R AATTCAAAAACCCTAAGTTTACTTCTCTAAACTCGAG TTTAGAGAAGTAAACTTAGGGAATTCAAAAACCCTAAGTTTACTTCTCTAAACTCGAG TTTAGAGAAGTAAACTTAGGG shRNAshRNA BCL6 proximal Promoter FBCL6 proximal promoter F AGGGACCTGAGTTGCATTCTGAGGGACCTGAGTTGCATTCTG ChIPChIP BCL6 proximal Promoter RBCL6 proximal promoter R GAACCTGTTTCCTGCTTGCCGAACCTGTTTCCTGCTTGCC ChIPChIP BCL6 distal Promoter FBCL6 distal Promoter F CTGAAGAGCCACCTGCGAATCTGAAGAGCCACCTGCGAAT ChIPChIP BCL6 distal Promoter RBCL6 distal Promoter R CATTAGCGTAGTGGTTGCCCCATTAGCGTAGTGGTTGCCC ChIPChIP BCL6 genebody FBCL6 genebody F CTGGAGATGGTATTGCCGCCCTGGAGATGGTATTGCCGCC ChIPChIP BCL6 genebody RBCL6 genebody R TGTGGGAAGGGCTACGAATCTGTGGGAAGGGCTACGAATC ChIPChIP CD36 proximal Promoter FCD36 proximal promoter F GCCAGTCTTGAGGTCCTACAT GCCAGTCTTGAGGTCCTACAT ChIPChIP CD36 proximal Promoter RCD36 proximal promoter R GAGTGCATCAACTACAAAGACATGAGTGCATCAACTACAAAAGACAT ChIPChIP CD36 distal Promoter FCD36 distal Promoter F ACTGAATGGATACCTTGCCCACTGAATGGATACCTTGCCC ChIPChIP CD36 distal Promoter RCD36 distal Promoter R GCTCTGCCAACTCAAGAAGTGCTCTGCCAACTCAAGAAGT ChIPChIP CD36 genebody FCD36 genebody F AGGTGAGTGAGTCCCCACAAAGGTGAGTGAGTCCCCACAA ChIPChIP CD36 genebody RCD36 genebody R TGACATTTGCCAAGTAGAAGACTTGACATTTGCCAAGTAGAAGACT ChIPChIP HBE1 proximal Promoter FHBE1 proximal promoter F AGAGGATTCTCTGGAAGCACTGAGAGGATTTCTCTGGAAGCACTG ChIPChIP HBE1 proximal Promoter RHBE1 proximal promoter R TCCACAGTGGGACTAAAGCCTCCACAGTGGGACTAAAGCC ChIPChIP HBE1 distal Promoter FHBE1 distal Promoter F GATGGGCTAGAGTTCCTCTTTCGATGGGCTAGAGTTCCTCTTTC ChIPChIP HBE1 distal Promoter RHBE1 distal Promoter R GTCACTGGGCAATACAAGACCTGTCACTGGGCAATACAAGACCT ChIPChIP HBE1 genebody FHBE1 genebody F GGGTGAGGGTGTAGGTAGGTGGGTGAGGGTGTAGGTAGGT ChIPChIP HBE1 genebody RHBE1 genebody R GGTTTGTGCCCACCCAAAAAGGTTTGTGCCCACCCAAAAA ChIPChIP RRAS2 proximal Promoter FRRAS2 proximal promoter F AGTGGGTGTCAGTTGGGAGTAGTGGGTGTCAGTTGGGAGT ChIPChIP RRAS2 proximal Promoter RRRAS2 proximal promoter R CCACACAATCCCTTACATAGACAACCACACAATCCCTTACATAGACAA ChIPChIP RRAS2 distal Promoter FRRAS2 distal Promoter F ATATAGGCAATCTCTCAGTCCCTATATAGGCAATCTCTCAGTCCCT ChIPChIP RRAS2 distal Promoter RRRAS2 distal Promoter R CCCTGGAGAGAGTGTGGAACCCCTGGAGAGAGTGTGGAAC ChIPChIP RRAS2 genebody FRRAS2 genebody F ATAGATGACAGAGCAGCCCGATAGATGACAGAGCAGCCCG ChIPChIP RRAS2 genebody RRRAS2 genebody R ACATGGGCTAATATTCCAGATCA ACATGGGCTAATATTCCAGATCA ChIPChIP VEGFA FVEGFA F ACGAAAGCGCAAGAAATCCCACGAAAGCGCAAGAAATCCC RT-PCRRT-PCR VRGFA RVRGFA R GGAGGCTCCAGGGCATTAGGGAGGCTCCAGGGCATTAG RT-PCRRT-PCR DNAse2 FDNAse2 F AGCCAAGAACCCTGGAACAGAGCCAAGAACCCTGGAACAG RT-PCRRT-PCR DNAse2 RDNAse2 R GCCGGAGTACAGGTCATCTCGCCGGAGTACAGGTCATCTC RT-PCRRT-PCR FOS FFOS F CTTTGCAGACCGAGATTGCC CTTTGCAGACCGAGATTGCC RT-PCRRT-PCR FOS RFOS R ATCAGGGATCTTGCAGGCAG ATCAGGGATCTTGCAGGCAG RT-PCRRT-PCR BCL6 FBCL6 F ATGAGGAGTTTCGGGATGTCATGAGGAGTTTCGGGATGTC RT-PCRRT-PCR BCL6 RBCL6 R TGCCTCTTCTGGGATTGTTTTGCCTCTTCTGGGATTGTTT RT-PCRRT-PCR PIM FPIM F GCTGTGCTGGGAGAAATACTGCTGTGCTGGGAGAAATACT RT-PCRRT-PCR PIM RPIM R GGTCTTGGCTTTGAAACAGTGGTCTTGGCTTTGAAACAGT RT-PCRRT-PCR CD36 FCD36 F TGTCCTGGCTGTGTTTGGAGTGTCCTGGCTGTGTTTGGAG RT-PCRRT-PCR CD36 RCD36R AGACTGTGTTGTCCTCAGCGAGACTGTGTGTCCTCAGCG RT-PCRRT-PCR P5 0 nt staggerP5 0 nt stagger AATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCTTTGTGGAAAGGACGAAACACCGAATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCTTTGTGGAAAGGACGAAACACCG illumina sequencingillumina sequencing P5 1nt staggerP5 1nt stagger AATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCTCTTGTGGAAAGGACGAAACACCGAATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCTCTTGTGGAAAGGACGAAACACCG illumina sequencingillumina sequencing P5 2 nt staggerP5 2 nt stagger AATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCTGCTTGTGGAAAGGACGAAACACCGAATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCTGCTTGTGGAAAGGACGAAACACCG illumina sequencingillumina sequencing P5 3 nt staggerP5 3 nt stagger AATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCTAGCTTGTGGAAAGGACGAAACACCGAATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCTAGCTTGTGGAAAGGACGAAACACCG illumina sequencingillumina sequencing P5 4 nt staggerP5 4 nt stagger AATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCTCAACTTGTGGAAAGGACGAAACACCGAATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCTCAACTTGTGGAAAGGACGAAACACCG illumina sequencingillumina sequencing P5 6 nt staggerP5 6 nt stagger AATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCTTGCACCTTGTGGAAAGGACGAAACACCGAATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCTTGCACCTTGTGGAAAGGACGAAACACCG illumina sequencingillumina sequencing P5 7 nt staggerP5 7 nt stagger AATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCTACG
CAACTTGTGGAAAGGACGAAACACCG
AATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCTACG
CAACTTGTGGAAAGGACGAAACACCG
illumina sequencingillumina sequencing
P5 8 nt staggerP5 8 nt stagger AATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCTACGCAACTTGTGGAAAGGACGAAACACCGAATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCTACGCAACTTGTGGAAAGGACGAAACACCG illumina sequencingillumina sequencing P7 primerP7 primer CAAGCAGAAGACGGCATACGAGATNNNNNNNNGTGACTGGAGTTC
AGACGTGTGCTCTTCCGATCTTCTACTATTCTTTCCCCTGCACTGT
CAAGCAGAAGACGGCATACGAGATNNNNNNNNGTGACTGGAGTTC
AGACGTGTGCTCTTCCGATCTTCTACTATTCTTTCCCCTGCACTGT
illumina sequencingillumina sequencing
C01C01 GCACGACCGCACGACC Barcod sequenceBarcode sequence D01D01 TATGGACCTATGGACC Barcod sequenceBarcode sequence

2. 항체2. Antibodies

H3K36me2 (Millipore, Billerica, MA; 07-274, dilution (1:2000)), BRCA1 (07-434 dilution (1:1000)), Flag (Sigma, St. Louis, MO; F3165, dilution into 1 ng/ml)), NSD2 (EpiCypher, Durham, NC; 13-0002 dilution (1:1000)), MMSET/NDS2 (Abcam, ab75359 dilution (1:1000)), APC-CD235A (eBioscience, Waltham, MA;17-9987-42), FK2 (Enzo Life Sciences, Farmingdale, NY; BML-pw-8810-0100, dilution (1:1000)), β-actin (sc-47778 dilution (1:1000)), H3 (sc-8654, dilution (1:1000)), PARP1 (sc-56197, dilution (1:1000)) 및 tubulin (sc-9103, dilution (1:1000)) (all from Santa Cruz Biotechnology, Dallas, TX) 에 대한 항체를 사용하였다.H3K36me2 (Millipore, Billerica, MA; 07-274, dilution (1:2000)), BRCA1 (07-434 dilution (1:1000)), Flag (Sigma, St. Louis, MO; F3165, dilution into 1 ng/ ml)), NSD2 (EpiCypher, Durham, NC; 13-0002 dilution (1:1000)), MMSET/NDS2 (Abcam, ab75359 dilution (1:1000)), APC-CD235A (eBioscience, Waltham, MA; 17- 9987-42), FK2 (Enzo Life Sciences, Farmingdale, NY; BML-pw-8810-0100, dilution (1:1000)), β-actin (sc-47778 dilution (1:1000)), H3 (sc- 8654, dilution (1:1000)), PARP1 (sc-56197, dilution (1:1000)) and tubulin (sc-9103, dilution (1:1000)) (all from Santa Cruz Biotechnology, Dallas, TX) Antibody was used.

3. 세포 배양3. Cell Culture

293T를 DMEM (Dulbecco’s modified Eagle’s medium) 배지에서 K562 세포는 10% 불활성화된 태아소혈청 (FBS) 및 0.05% 페니실린-스트렙토마이신이 포함된 RPMI 1640 배지에서 각각 37℃, 5% CO2 조건에서 배양하였다. In DMEM (Dulbecco's modified Eagle's medium) medium, K562 cells were cultured in RPMI 1640 medium containing 10% inactivated fetal bovine serum (FBS) and 0.05% penicillin-streptomycin, respectively, at 37°C and 5% CO 2 conditions. did

폴리에틸렌이민 (polyethyleneimine, PEI) 또는 리포펙타민 2000 (Invitrogen, Carlsbad, CA)을 이용하여 DNA 293T 세포를 DNA 구조물을 형질주입하였다. K562 세포의 분화를 위해 30 mM 헤민 (hemin, Sigma, St. Louis, MO)을 처리하였다. 48시간 배양 후 세포를 수집하여 사용하였다.DNA 293T cells were transfected with DNA constructs using polyethyleneimine (PEI) or lipofectamine 2000 (Invitrogen, Carlsbad, CA). For differentiation of K562 cells, 30 mM hemin (hemin, Sigma, St. Louis, MO) was treated. After 48 hours of incubation, cells were collected and used.

단백질 안정성을 확인하기 위해, 세포에 100 μg/ml 사이클로헥사미드 (cyclohexamide, Sigma, St. Louis, MO)를 치리하고 2, 4, 6 및 8 시간 동안 배양한 후 세포를 수집하여 웨스턴 블롯 분석에 사용하였다. To confirm protein stability, cells were treated with 100 μg/ml cyclohexamide (cyclohexamide, Sigma, St. Louis, MO) and incubated for 2, 4, 6, and 8 h before cells were collected and subjected to western blot analysis. was used.

4. CRISPR-Cas9 스크리닝 (screening)4. CRISPR-Cas9 screening

CRISPR-Cas9 스크리닝을 앞서 보고된 방법(Doench, J. G. et al., Nat. Biotechnol. 34, 184-191 (2016))으로 수행하였다. 도 1a와 같은 실험 과정으로 genome-wide CRISPR screening을 수행하였다. 사람 Brunello pooled library plasmids (전체 sgRNA 76,441 및 유전자 당 4 sgRNA) 및 CRISPR-V2 plasmid를 Addgene (각각 cat #73178 및 #52961)으로 부터 얻었으며, 프로토콜에 따라 전기천공법으로 증폭시켰다.CRISPR-Cas9 screening was performed by the previously reported method (Doench, J. G. et al., Nat. Biotechnol. 34, 184-191 (2016)). Genome-wide CRISPR screening was performed with the same experimental procedure as in FIG. 1A. Human Brunello pooled library plasmids (total sgRNA 76,441 and 4 sgRNA per gene) and CRISPR-V2 plasmids were obtained from Addgene (cat #73178 and #52961, respectively) and amplified by electroporation according to the protocol.

렌티바이러스 생산을 위해, 293T 세포를 100mm 표면적 당 2 × 106 세포가 되도록 조직 배양접시에 감염시켰다. 플라스미드 DNA를 pMD2.G 및 pPAX2의 lentiviral packaging plasmid mixture이 포함된 배지로 희석하고 폴리에틸렌이민 (PEI) (3 μg PEI:1 μg DNA)을 이용하여 형질 감염시켰다. 형질감염 후 36 및 72시간 포인트 사이에 바이러스 상층액을 수집하였다. For lentivirus production, 293T cells were infected in tissue culture dishes to become 2 × 10 6 cells per 100 mm surface area. Plasmid DNA was diluted with a medium containing the lentiviral packaging plasmid mixture of pMD2.G and pPAX2 and transfected using polyethyleneimine (PEI) (3 μg PEI: 1 μg DNA). Virus supernatants were collected between 36 and 72 hour points post transfection.

1 μg/mL 퓨로마이신 존재하에서 바이러스의 연속희석법과 클론원성 밀도로 분주된 목적 세포를 형질도입하여 렌티바이러스 역가를 확인하였다.The lentiviral titer was confirmed by transducing target cells dispensed with clonogenic density and serial dilution of the virus in the presence of 1 μg/mL puromycin.

CRISPR-Cas9 스크리닝은 2개의 벡터 시스템으로 수행되었다. 첫번째로, K562 세포에 렌티-CRISPR-V2 바이러스를 감염시키고 Cas9 발현된 K562 세포를 생산하기 위해 1 μg/mL 퓨로마이신을 이용하여 선별하였다. 각 150 mm 플레이트 당 2.5 × 107 세포에 동일한 밀도의 폴리브렌을 이용하여 Cas9 발현된 K562 세포에 Brunello pooled library virus (at a multiplicity of infection of 0.3)를 감염시켰다.CRISPR-Cas9 screening was performed with two vector systems. First, K562 cells were infected with lenti-CRISPR-V2 virus and selected using 1 μg/mL puromycin to produce Cas9-expressing K562 cells. Brunello pooled library virus (at a multiplicity of infection of 0.3) was infected into Cas9-expressing K562 cells using polybrene at the same density in 2.5 × 10 7 cells per 150 mm plate.

3일 후 150 mm 플레이트 당 2.5 × 107 세포의 K562 세포를 배양한 후 3일 동안 NaOH 또는 헤민 (hemin)을 처리하였다, 분화된 세포를 분류하기 위해, 헤민 처리된 세포를 PBS로 세척하고 1× 결합 완충액으로 세포를 재현탁시킨 후 실온의 암조건에서 30분 동안 CD235A-APC Abs 로 염색하였다.After 3 days, 2.5 × 10 7 K562 cells per 150 mm plate were cultured and treated with NaOH or hemin for 3 days. To sort differentiated cells, hemin-treated cells were washed with PBS and 1 × Cells were resuspended in binding buffer and stained with CD235A-APC Abs for 30 minutes at room temperature in the dark.

CD235A+ 세포를 FACS Aria III (BD biosciences) 및 양성 APC 염색으로 분리하였다 (total CD235A+ cells). FACS 분석으로 확인된 분리된 분획의 순도는 50 % 이상 이었다.CD235A+ cells were isolated by FACS Aria III (BD biosciences) and positive APC staining (total CD235A+ cells). The purity of the isolated fractions confirmed by FACS analysis was more than 50%.

5. 차세대 염기서열 분석 (NGS) 라이브러리 준비 및 시퀀싱 (sequencing)5. Next Generation Sequencing (NGS) Library Preparation and Sequencing

PCR 증폭 방법으로 시퀀싱 라이브러리를 준비하였다. wizard genomic DNA purification kit (Promega)를 이용하여 제조사의 설명서에 따라 유전체 DNA (Genomic DNA, gDNA)을 분리하였다. A sequencing library was prepared by PCR amplification method. Genomic DNA (genomic DNA, gDNA) was isolated using the wizard genomic DNA purification kit (Promega) according to the manufacturer's instructions.

NGS 라이브러리 시퀀싱을 위해, 주어진 샘플에 대한 10개 병렬 PCR을 준비하였다. 최대 5 μg gDNA, P5 stagger primer mix (1 μM), a uniquely barcoded P7 primer (1 μM) 및 5× HiPI PCR master mix (Elpis Biotech)를 포함한 다수의 50 μl 반응물 (total volume)로부터 분리된 바코드 샘플과 시퀀싱 어댑터를 부착하여 gDNA의 PCR을 수행하였다. PCR 주기 조건은 다음과 같다: 95℃에서 1분간 시작한 후 94℃에서 30초, 52.5℃에서 30초, 72℃에서 30초를 28 사이클 진행하였으며, 최종 10분 동안 72℃에서 신장(extension)하였다.For NGS library sequencing, 10 parallel PCRs for a given sample were prepared. Barcode samples isolated from multiple 50 μl reactions (total volume) containing up to 5 μg gDNA, P5 stagger primer mix (1 μM), a uniquely barcoded P7 primer (1 μM) and 5× HiPI PCR master mix (Elpis Biotech) PCR of gDNA was performed by attaching a sequencing adapter and a sequencing adapter. PCR cycle conditions were as follows: After starting at 95°C for 1 minute, 28 cycles of 30 seconds at 94°C, 30 seconds at 52.5°C, and 30 seconds at 72°C were performed, followed by extension at 72°C for the final 10 minutes. .

표 1의 P5/P7 프라이머는 DNA Technologies (IDT)에서 합성하였으며, 샘플은 제조사의 설명서에 따라 Agencourt AMPure XP SPRI bead (Beckman Coulter, A63880)로 정제하였다. 최종 정제된 생성물을 DNA Picogreen Quantification Protocol Guide (QuantiFluor dsDNA system kits for Promega)에 따라 DNA Picogreen으로 정량하였으며, TapeStation DNA screentape HSD1000 (Agilent)를 이용하여 검증하였다. The P5/P7 primers in Table 1 were synthesized by DNA Technologies (IDT), and the samples were purified with Agencourt AMPure XP SPRI beads (Beckman Coulter, A63880) according to the manufacturer's instructions. The final purified product was quantified with DNA Picogreen according to the DNA Picogreen Quantification Protocol Guide (QuantiFluor dsDNA system kits for Promega), and verified using the TapeStation DNA screentape HSD1000 (Agilent).

또한, HiSeqTM 2500 platform (Illumina, San Diego, USA)를 이용하여 배열하였다. 모든 sgRNA 삽입물에 대하여 벡터 5'에서 나타나는 1차 판독 결과에서 CACCG 서열을 먼저 검색하여 계수하였다. In addition, it was arranged using the HiSeqTM 2500 platform (Illumina, San Diego, USA). For all sgRNA inserts, the CACCG sequence was first searched for and counted in the primary read result shown in vector 5'.

다음 20 nt는 sgRNA 삽입물로, 라이브러리 내 존재가 가능한 모든 sgRNA의 참조 파일로 맵핑하였다. 그 후 P7 프라이머를 포함하는 8-nt 바코드를 기반으로 한 조건(예 : PCR 플레이트의 웰)에서 판독값을 확인하였다. The next 20 nt are sgRNA inserts, which were mapped to reference files of all possible sgRNAs in the library. The reads were then confirmed under conditions based on the 8-nt barcode containing the P7 primer (eg, wells of a PCR plate).

6. 데이터 가공 및 분석6. Data processing and analysis

sgRNA 스페이서 서열은 참조 human Brunello library에 맵핑하였다. 표준화된 판독수는 샘플 당 전체 판독수로 표준화하여 얻었다.The sgRNA spacer sequence was mapped to a reference human Brunello library. Normalized reads were obtained by normalizing to total reads per sample.

먼저, CD235A 양성 세포와 비교하여 4개의 sgRNAs 중 3개 이상이 증가 또는 감소 패턴을 보이는 유전자를 선택하였다. NaOH 또는 헤민 처리된 CD235A 양성 샘플 사이에서 표준화된 sgRNA 판독 수의 평균 로그 배수 변화를 계산하여 CRISPR 가이드 점수를 나타내었다.First, compared to CD235A-positive cells, genes showing an increase or decrease in three or more of the four sgRNAs were selected. CRISPR guide scores were expressed by calculating the mean log fold change in the number of normalized sgRNA reads between NaOH or hemin-treated CD235A positive samples.

7. 면역침강 및 유비퀴틴 분석7. Immunoprecipitation and Ubiquitin Assay

293T 세포에 flag-BRCA1을 형질주입하고 48시간 후 NSD2 항체를 이용하여 세포 용해물을 면역침강시켰다. 단백질 A/G 아가로스 비드 (GenDEPOT)를 첨가한 후 혼합물을 4℃에서 2시간 동안 회전시켰다. 결합된 단백질을 각 항체로 면역블롯팅하여 분석하였다. 293T cells were transfected with flag-BRCA1, and after 48 hours, the cell lysate was immunoprecipitated using the NSD2 antibody. After addition of Protein A/G agarose beads (GenDEPOT), the mixture was spun at 4° C. for 2 hours. The bound protein was analyzed by immunoblotting with each antibody.

유비퀴틴 분석을 위해, 일시적으로 형질주입한 293T 또는 K562 세포를 변형된 RIPA 완충액 (10mM Tris-HCl [pH 7.5], 150mM NaCl, 0.025% SDS, 1% sodium deoxycholate, 1% NP-40, 1× protease inhibitor cocktail, 5mM EDTA)으로 용해시켰다. 항-NSD2를 이용하여 세포용해물을 면역침강시킨 후 단백질 A/G 아가로스 비드를 첨가하고 혼합물을 4℃에서 2시간 동안 회전시켰다. 결합된 단백질은 적합한 항체를 이용한 면역블로팅으로 분석하였다.For ubiquitin assay, transiently transfected 293T or K562 cells were treated with modified RIPA buffer (10 mM Tris-HCl [pH 7.5], 150 mM NaCl, 0.025% SDS, 1% sodium deoxycholate, 1% NP-40, 1× protease). inhibitor cocktail, 5 mM EDTA). After immunoprecipitation of cell lysates using anti-NSD2, protein A/G agarose beads were added and the mixture was spun at 4°C for 2 hours. Bound proteins were analyzed by immunoblotting with a suitable antibody.

8. 역방향 전사 및 실시간 PCR 분석8. Reverse Transcription and Real-Time PCR Analysis

RNAiso Plus (TaKaRa, Kusatsu, Japan)를 이용하여 바이러스 감염된 K562 세포에서 전체 RNA를 분리하였다. cDNA 합성 후, cDNA를 증폭시키고 mRNA 발현 분석을 수행하였다. Supplementary Table 1과 같은 PCR 프라이머를 사용하였다. 적절한 길이의 단일 생성물 증폭을 확인하기 위해 각 PCR 수행 후 해리 곡선을 확인하였다. Total RNA was isolated from virus-infected K562 cells using RNAiso Plus (TaKaRa, Kusatsu, Japan). After cDNA synthesis, cDNA was amplified and mRNA expression analysis was performed. PCR primers as in Supplementary Table 1 were used. Dissociation curves were checked after each PCR run to confirm amplification of a single product of appropriate length.

단계당 3배 반응물로부터 얻은 각각의 CT 값으로 평균 역치주기 (threshold cycle, CT) 및 표준오차 값을 계산하였다. Mean threshold cycle (C T ) and standard error values were calculated with each C T value obtained from triplicate reactants per step.

표준화된 평균 CT 값은 β-액틴의 평균 CT 값을 감하여 ΔCT 로 추정하였으며, ΔΔCT 값은 대조군 ΔCT 와 각 샘플에서 얻은 값 간의 차이를 계산하여 나타내었다. 처리되지 않은 대조군에 비례하여 유전자 발현의 n 배 변화는 2-ΔΔCT로 계산되었다.The normalized mean C T value was estimated as ΔC T by subtracting the average C T value of β-actin, and the ΔΔCT value was calculated by calculating the difference between the control ΔC T and the value obtained from each sample. An n-fold change in gene expression relative to untreated controls was calculated as 2- ΔΔCT .

9. 초원심세포분획법 (Subcellular fractionation)9. Subcellular fractionation

완충액 A (10mM HEPES [pH 7.9], 10mM KCl, 0.1mM EDTA, 1mM DTT, 0.5mM PMSF, 1× protease inhibitor cocktail, and 0.4% NP-40)를 이용하여 얼음 위에서 10분간 세포를 용해시키고 3분간 15,000 × g로 원심분리하여 핵 및 세포질 분획을 준비하였다.Cells were lysed on ice for 10 minutes using buffer A (10 mM HEPES [pH 7.9], 10 mM KCl, 0.1 mM EDTA, 1 mM DTT, 0.5 mM PMSF, 1× protease inhibitor cocktail, and 0.4% NP-40) on ice for 3 minutes. The nuclear and cytoplasmic fractions were prepared by centrifugation at 15,000 × g.

상층액에서 세포질 분획을 얻었으며, 완충액 B (20mM HEPES [pH 7.9], 0.4M NaCl, 1 mM EDTA, 10% glycerol, 1mM DTT, 0. PMSF 및 1× protease inhibitor cocktail)로 펠렛을 추가 용해시켰다. 펠렛을 파이펫으로 재현탁시킨 후 4℃에서 2시간 동안 교반시키고 용해물을 15,000 × g로 원심분리한 후 상층액을 수집하여 핵 분획을 얻었다.The cytoplasmic fraction was obtained from the supernatant, and the pellet was further lysed with buffer B (20 mM HEPES [pH 7.9], 0.4 M NaCl, 1 mM EDTA, 10% glycerol, 1 mM DTT, 0. PMSF and 1× protease inhibitor cocktail). . The pellet was resuspended with a pipette, stirred at 4°C for 2 hours, the lysate was centrifuged at 15,000 × g, and the supernatant was collected to obtain a nuclear fraction.

10. FACS 분석10. FACS Analysis

세포 증식을 확인하기 위해 앞서 보고된 방법(Shi, J. et al., Nat. Biotechnol. 33, 661-667 (2015).)을 약간 변형시켜 유세포 분석 (Flow cytometry analysis)을 수행하였다. To confirm cell proliferation, flow cytometry analysis was performed with a slight modification of the previously reported method (Shi, J. et al., Nat. Biotechnol. 33, 661-667 (2015).).

pLKO-GFP-NC 또는 pLKO-GFP-shNSD2 플라스미드는 PEI 시약을 이용하여 293T 세포에 pMD2.G 및 pPAX2 플라스미드를 형질주입하여 렌티바이러스 생산에 사용되었다. 형질주입 후 36 및 72 시간 사이에 바이러스 상층액을 수집하였다.The pLKO-GFP-NC or pLKO-GFP-shNSD2 plasmids were used for lentivirus production by transfecting 293T cells with pMD2.G and pPAX2 plasmids using PEI reagent. Virus supernatants were collected between 36 and 72 hours post-transfection.

증식 분석을 위해, GFP 렌티바이러스로 형질주입된 K562를 BD Accuri™ C6 Plus flow cytometer (BD Biosciences)를 이용하여 유세포 분석하였다. Gating은 GFP 양성을 확인하기 전에 forward 및 side scatter를 사용하여 살아있는 세포에 대하여 수행되었다. For proliferation assay, K562 transfected with GFP lentivirus was flow cytometered using a BD Accuri™ C6 Plus flow cytometer (BD Biosciences). Gating was performed on living cells using forward and side scatter before confirming GFP positivity.

세포사멸에 있어 NSD2의 영향을 확인하기 위해, K562 shNC 및 shNSD2 세포를 PBS로 세척하고 1×결합완충액으로 재현탁시키고 FITC-Anenexin V 및 PI (BD Bioscience)를 첨가하여 실온의 암조건에서 30분 동안 배양한 후 FACSCalibur 시스템을 이용하여 세포를 FACS 분석하였다.To confirm the effect of NSD2 on apoptosis, K562 shNC and shNSD2 cells were washed with PBS, resuspended in 1× binding buffer, and FITC-Annexin V and PI (BD Bioscience) were added thereto for 30 minutes at room temperature in the dark. After incubation for a while, the cells were analyzed by FACS using a FACSCalibur system.

K562 분화 비율을 확인하기 위해, K562 세포에 NSD2 WT, Y1118A 또는 K292R를 유도하고 30mM 헤민을 처리하였다. 세포를 PBS로 세척하고, 1× 결합완충액으로 재현탁시키고 APC-CD235A를 첨가하여 실온의 암조건에서 30분 동안 배양한 후 FACSCalibur 시스템을 이용하여 세포를 FACS 분석하였다.To determine the K562 differentiation rate, K562 cells were induced with NSD2 WT, Y1118A or K292R and treated with 30 mM hemin. Cells were washed with PBS, resuspended in 1× binding buffer, and then cultured for 30 minutes in dark conditions at room temperature with the addition of APC-CD235A, followed by FACS analysis of the cells using a FACSCalibur system.

11. 크로마틴 면역침강 분석11. Chromatin Immunoprecipitation Assay

ChIP 분석을 앞선 보고(Kim, J. Y. et al., Mol. Cell. Biol. 28, 2023-2034 (2008).)와 같이 수행하였다. 간략하게, K562 세포에 30mM 헤민을 48시간 동안 처리하였다. 배지에 1% 포름알데하이드를 첨가하여 세포를 교차결합시켰으며, 37℃에서 10분간 배양한 후 125mM 글리신을 첨가하고 실온에서 5분간 배양하였다. ChIP analysis was performed as previously reported (Kim, J. Y. et al., Mol. Cell. Biol. 28, 2023-2034 (2008).). Briefly, K562 cells were treated with 30 mM hemin for 48 h. Cells were cross-linked by adding 1% formaldehyde to the medium, and incubated at 37° C. for 10 minutes, then 125 mM glycine was added and incubated at room temperature for 5 minutes.

SDS 용해 완충액으로 세포를 세척하고 샘플을 초음파분해한 후 적합한 항체를 이용하여 면역침강을 수행하였다. 면역침강물을 용출시키고 역가교시켰다.After washing the cells with SDS lysis buffer and sonicating the sample, immunoprecipitation was performed using a suitable antibody. Immunoprecipitates were eluted and back-crosslinked.

DNA 단편을 정제한 후 각각의 PCR 프라이머 쌍을 이용하여 (Supplementary Table 1) 정량을 위한 PCR 증폭을 수행하였다. After purifying the DNA fragment, PCR amplification for quantification was performed using each PCR primer pair (Supplementary Table 1).

적절한 길이의 단일 생성물의 증폭을 확인하기 위해 각 PCR 수행 후 해리 곡선을 확인하였다. 단계당 3배 반응물로부터 얻은 각각의 CT 값으로 평균 역치주기 (threshold cycle, CT) 및 표준오차 값을 계산하였다. 표준화된 평균 CT 값은 각 유전자의 평균 CT를 감하여 ΔCT로 추정하였다.Dissociation curves were checked after each PCR to confirm amplification of a single product of appropriate length. Mean threshold cycle (C T ) and standard error values were calculated with each C T value obtained from triplicate reactants per step. The normalized mean C T value was estimated as ΔC T by subtracting the mean C T of each gene.

12. O-디아니시딘 (O-dianisidine) 염색12. O-dianisidine staining

앞선 보고(Sawafuji, K., Miyakawa, Y., Kizaki, M. & Ikeda, Y., Am. J. Hematol. 72, 67-69 (2003).)에 따라, K562 세포에서 O-디아니시딘 염색을 수행하여 헤모글로빈 활성을 확인하였다.According to a previous report (Sawafuji, K., Miyakawa, Y., Kizaki, M. & Ikeda, Y., Am. J. Hematol. 72, 67-69 (2003).), O-dianisidine in K562 cells Staining was performed to confirm hemoglobin activity.

간략하게, K562 세포를 30 nM 헤민과 함께 2일간 배양하였다. 헤모글로빈 합성을 확인하기 위해, K562 세포를 PBS로 세척하고 암조건에서 0.6 mg/ml 3,3′- 디메톡시 벤지딘 (3,3′-dimethoxy benzidine, Sigma, St. Louis, MO, USA), 0.01M 아세트산나트륨 (sodium acetate, pH 4.5), 0.65% H2O2 및 40% (v/v) 에탄올로 15분 동안 염색하였다. Briefly, K562 cells were incubated with 30 nM hemin for 2 days. To confirm hemoglobin synthesis, K562 cells were washed with PBS and under dark conditions, 0.6 mg/ml 3,3′-dimethoxy benzidine (3,3′-dimethoxy benzidine, Sigma, St. Louis, MO, USA), 0.01 M sodium acetate (sodium acetate, pH 4.5), 0.65% H 2 O 2 and 40% (v/v) ethanol was stained for 15 minutes.

이후 세포를 PBC로 한번 세척하고 현미경 분석을 위해 70% 글리세롤로 현탁시켰다.The cells were then washed once with PBC and suspended in 70% glycerol for microscopic analysis.

평균을 확인하기 위해, 3개의 독립적인 위치에서 계수하여 디아니시딘 양성 세포의 백분율을 계산하였다. 실험 일부에서 K562 세포에 앨리서팁 (alisertib, AURKA inhibitor)를 함께 처리하였다.To confirm the mean, the percentage of dianisidine positive cells was calculated by counting at three independent locations. In some experiments, K562 cells were treated with alisertib (AURKA inhibitor).

13. 조직 분석13. Organizational Analysis

림프종 조직이 포함된 포르말린 고정, 파라핀 내장 조직 분석 슬라이드를 US BIOMAX에서 구입하였다. Formalin-fixed, paraffin-embedded tissue analysis slides containing lymphoma tissue were purchased from US BIOMAX.

간략하게, 자일렌으로 파라핀을 제거하고 등급화된 에탄올로 재수화시켜 3% 과산화수소 (hydrogen peroxide)에 10분간 배양하여 내인성 페록시다아제 활성을 차단하였다. 다음으로, 항원 회수를 위해 100mM 시트르산염 완충액(pH 6.0)으로 10분간 조직 절편을 가열한 후 실온에서 20분 동안 정상 말 혈청과 사전 배양하였다.Briefly, endogenous peroxidase activity was blocked by deparaffinization with xylene, rehydration with graded ethanol, and incubation in 3% hydrogen peroxide for 10 min. Next, for antigen retrieval, the tissue sections were heated with 100 mM citrate buffer (pH 6.0) for 10 minutes and then pre-incubated with normal horse serum for 20 minutes at room temperature.

항-BRCA1 항체 (diluted 1:100)를 1차 항체로 사용하였다. Anti-BRCA1 antibody (diluted 1:100) was used as the primary antibody.

그 후 샘플을 바이오틴화된 항-래빗 및 항-마우스 2차 항체 (Vectastain Laboratories) 및 스트렙타비딘-호스래디쉬 페록시다아제 (Zymed Laboratories Inc.)와 함께 배양하였다. DAB (3,3-diaminobenzidine; Vectastain Laboratories)를 발색체로 사용하였으며, 대비 염색을 위해 에오신을 사용하였다.Samples were then incubated with biotinylated anti-rabbit and anti-mouse secondary antibodies (Vectastain Laboratories) and streptavidin-horseradish peroxidase (Zymed Laboratories Inc.). DAB (3,3-diaminobenzidine; Vectastain Laboratories) was used as a chromogen, and eosin was used for counterstaining.

14. 마이크로어레이 분석14. Microarray Analysis

NSD2 타겟 유전자 프로파일링을 위해, 28,688 개의 RefSeq 주석이 달린 전사체에 상응하는 47,231개 이상의 특이적인 비드 타입의 비드 풀을 포함하는 Illumina HumanHT-12 v4 Expression BeadChip (Illumina)을 이용하였다.For NSD2 target gene profiling, the Illumina HumanHT-12 v4 Expression BeadChip (Illumina) was used, which contained a bead pool of more than 47,231 specific bead types corresponding to 28,688 RefSeq annotated transcripts.

대조군과 shNSD2 안정화 K562 세포주로부터 분리된 전체 RNA (0.55 μg)을 역전사시키고, Illumina TotalPrep RNA amplification kit manual (Ambion)에 따라, 증폭시켰다. Total RNA (0.55 μg) isolated from the control and shNSD2-stabilized K562 cell line was reverse transcribed and amplified according to the Illumina TotalPrep RNA amplification kit manual (Ambion).

다음으로, 시험관 내 (In vitro)에서 전사를 수행하여 cRNA (0.75 μg)를 생성하였으며, 상기 cRNA는 각 어레이에서 혼성화되고, Amersham fluorolink streptavidin-Cy3 (GE Healthcare Bio-Sciences)로 표지되었다. Next, transcription was performed in vitro to generate cRNA (0.75 μg), which was hybridized in each array and labeled with Amersham fluorolink streptavidin-Cy3 (GE Healthcare Bio-Sciences).

이 후 Illumina Bead Array Reader Confocal Scanner를 이용하여 어레이 (array)를 스캔하였다. Illumina GenomeStudio v2011.1 (Gene Expression Module v1.9.0)를 이용하여 어레이 데이터를 추출하고 분석하였다. 이러한 데이터 세트는 제출번호 GSE144939로 Gene Expression Omnibus 제출되었다. 어레이 프로브는 로그로 전환되었으며, 사분위수 (quantile) 방법으로 표준화되었다. 중요한 프로브 목록에 대한 유전자 빈도 및 기능 분석은 DAVID software (http://david. abcc.ncifcrf.gov/home.jsp)를 이용하여 수행되었다.Thereafter, the array was scanned using the Illumina Bead Array Reader Confocal Scanner. Array data were extracted and analyzed using Illumina GenomeStudio v2011.1 (Gene Expression Module v1.9.0). This data set was submitted to Gene Expression Omnibus under submission number GSE144939. Array probes were converted to logarithms and normalized to the quantile method. Gene frequency and function analysis for the list of important probes was performed using DAVID software (http://david.abcc.ncifcrf.gov/home.jsp).

<실시예 1> 헤민(hemin) 매개 K562 세포 분화에 대한 NSD2의 영향 확인<Example 1> Confirmation of the effect of NSD2 on hemin-mediated K562 cell differentiation

분화 암세포 치료는 암세포가 최종 분화를 겪게하는 것이다. 그러나 적백혈병 (erythroleukemia) 세포주 K562의 분화 메커니즘에 대해서는 상대적으로 거의 알려져 있지 않으므로, 상기 메커니즘의 이해를 위해 도 1a와 같이 헤민 매개성 적혈구 분화에 영향을 미치는 K562 세포의 돌연변이를 확인하기 위해 genome-wide CRISPR-Cas9 mutagenesis screening (76,441개의 single guide RNAs (sgRNAs) 포함)을 수행하였다. Differentiation Cancer cell therapy is to allow cancer cells to undergo terminal differentiation. However, since relatively little is known about the differentiation mechanism of the erythroleukemia cell line K562, as shown in FIG. CRISPR-Cas9 mutagenesis screening (including 76,441 single guide RNAs (sgRNAs)) was performed.

Cas9을 발현하는 K562에서 sgRNA 라이브러리의 렌티바이러스를 감염시켰다. 상기 세포에 NaOH 또는 헤민을 3일간 처리하고, 적혈구 분화를 나타내는 CD235A-양성 K562 세포를 분류하였다. 각 sgRNA 풍부도에서 중앙값으로 보정된 로그 배수 변화를 나타내는 CRISPR-Cas9 가이드 점수를 이용하여, NaOH 처리된 K562 세포뿐만 아니라 분화된 K562 세포로부터 얻은 스크리닝 데이터를 비교하였다. 다음으로 DAVID ontology tool를 이용하여 분화에 영향을 줄 수 있는 유전자 리스트를 기반으로 온톨로지(ontology) 분석을 수행하여 MAPK cascade, 과립구 분화 및 조혈 전구 세포 분화를 확인하였다.Lentiviruses of the sgRNA library were infected in K562 expressing Cas9. The cells were treated with NaOH or hemin for 3 days, and CD235A-positive K562 cells showing erythroid differentiation were sorted. Screening data obtained from NaOH-treated K562 cells as well as differentiated K562 cells were compared using the CRISPR-Cas9 guide score, which represents the median-corrected log fold change in each sgRNA abundance. Next, using the DAVID ontology tool, ontology analysis was performed based on the list of genes that could affect differentiation to confirm the MAPK cascade, granulocyte differentiation, and hematopoietic progenitor cell differentiation.

추가 분석을 위해, NaOH 처리된 K562 세포에 비해 CD235A 양성 K562 세포에서 최소 3개의 sgRNA가 배타적으로 증가한 유전자를 확인하였다. For further analysis, genes with an exclusively increased at least three sgRNAs in CD235A-positive K562 cells compared to NaOH-treated K562 cells were identified.

그 결과, 도 1b와 같이 RUNX1, SOX4 및 DOCK1을 포함하여 조혈 전구세포 분화에 중요한 것으로 알려진 몇 개의 유전자를 확인할 수 있었다.As a result, several genes known to be important for hematopoietic progenitor cell differentiation, including RUNX1, SOX4 and DOCK1, could be identified as shown in FIG. 1b.

다음으로, CRISPR 스크리닝으로 확인된 PAX1, SIRT3, SOX4 및 NSD2 각 유전자를 표적으로 하는 4개의 sgRNA를 제작하였다. CD235A를 분화마커로 사용했기 때문에 각 유전자가 CD235A mRNA 수준을 조절할 수 있는 지 확인한 결과, 상기 유전자들의 넉아웃은 CD235A 발현 수준에 영향을 미치지 않는 것이 확인되었다.Next, four sgRNAs targeting each of the genes PAX1, SIRT3, SOX4 and NSD2 confirmed by CRISPR screening were constructed. Since CD235A was used as a differentiation marker, it was confirmed that each gene could regulate the CD235A mRNA level. As a result, it was confirmed that knockout of the genes did not affect the CD235A expression level.

상기 유전자들의 감소는 헤민 매개 분화 동안 적혈구 분화 마커, HBE1 및 HBA1/2와 같은 글로빈 유전자의 발현을 유도하고 헤민에 의한 GATA1 발현의 감소를 가속화시켰다. 또한, 도 1d를 참고하면, 헤민에 의해 유도된 분화 동안 O-디아니시딘(dianisidine) 양성 세포 수가 증가하였으며, 상기 유전자의 넉아웃은 대조군보다 O-디아니시딘 양성 세포 수를 증가시켰다.Reduction of these genes induced the expression of globin genes such as erythroid differentiation markers, HBE1 and HBA1/2, during hemin-mediated differentiation and accelerated the reduction of GATA1 expression by hemin. Also, referring to FIG. 1D , the number of O-dianisidine-positive cells increased during differentiation induced by hemin, and knockout of the gene increased the number of O-dianisidine-positive cells than the control group.

상기 결과로부터 K562 세포 분화에 있어서, NSD2의 감소는 강한 영향을 나타내는 것이 확인되었다. From the above results, it was confirmed that the decrease in NSD2 had a strong effect on K562 cell differentiation.

헤민에 의해 유도된 적혈구 분화 동안 NSD2의 역할을 확인하기 위해, 사람 백혈병 세포인 K562에 렌티바이러스 감염을 통하여 안정적으로 과발현된 NSD2 WT 또는 Y1118A, HMTase 결실 돌연변이체를 생성하였다. In order to confirm the role of NSD2 during hemin-induced erythrocyte differentiation, we generated NSD2 WT or Y1118A, HMTase deletion mutants stably overexpressed in K562 human leukemia cells through lentiviral infection.

도 1e를 참고하면, 헤민 처리는 글로빈 유전자 발현 수준을 향상시킨 반면, NSD2의 과발현은 헤민에 의해 유도된 HBE1 및 HBA1/2 증가를 저해시켰다. 놀랍게도 HMTase 결실 돌연변이 NSD2 Y1118A는 K562 세포 분화에 영향을 나타내지 않았다. Referring to FIG. 1E , hemin treatment improved the globin gene expression level, whereas overexpression of NSD2 inhibited the increase in HBE1 and HBA1/2 induced by hemin. Surprisingly, the HMTase deletion mutant NSD2 Y1118A had no effect on K562 cell differentiation.

또한, 도 1f와 같이 헤민에 의해 유도되는 분화 동안 O-디아니시딘 양성 세포 수는 증가하였으나, NSD2 과발현은 헤민 처리된 K562 세포에서 심각한 표현 변형을 일으키지 않았다. 그러나 NSD2 Y1118A은 O-디아니시딘 양성 세포 수를 약간 증가시켰다. 앞선 CRISPR-Cas9 스크리닝과 일치하게 NSD2 넉다운은 대조군 세포와 비교하여 헤민이 처리된 K562 세포에서 O-디아니시딘 양성 세포 수를 더욱 증가시켰다. In addition, although the number of O-dianisidine-positive cells increased during hemin-induced differentiation as shown in FIG. 1f , NSD2 overexpression did not cause serious expression changes in hemin-treated K562 cells. However, NSD2 Y1118A slightly increased the number of O-dianisidine positive cells. Consistent with the previous CRISPR-Cas9 screening, NSD2 knockdown further increased the number of O-dianisidine positive cells in hemin-treated K562 cells compared to control cells.

또한, 도 1g와 같이 FACS 분석에서 NSD2 과발현은 헤민에 의해 유도되는 분화 마커 CD235A의 증가를 억제시킨 반면, NSD2 Y1118A는 매우 약한 영향을 나타내었다. In addition, as shown in FIG. 1g , in FACS analysis, NSD2 overexpression suppressed the hemin-induced increase in the differentiation marker CD235A, whereas NSD2 Y1118A had a very weak effect.

향상된 적혈구 분화는 뚜렷한 증식 감소를 동반하기 때문에 NSD2의 조절장애가 K562 세포 분화에 어떠한 영향을 미치는 지 확인하였다. Since enhanced erythrocyte differentiation is accompanied by a marked decrease in proliferation, it was confirmed how dysregulation of NSD2 affects K562 cell differentiation.

NSD2 결실 및 GFP K562 세포를 이용한 세포 증식 분석 결과, NSD2 결실은 세포 증식을 감소시키는 것이 확인되었으며, FACS 분석 결과, NSD2 넉다운은 아포토시스 세포를 증가시켰다. 또한, 웨스턴 블롯 분석 결과, 아포토시스 마커인 PARP의 절단이 확인되었다.As a result of cell proliferation analysis using NSD2 deletion and GFP K562 cells, it was confirmed that NSD2 deletion decreased cell proliferation, and as a result of FACS analysis, NSD2 knockdown increased apoptotic cells. In addition, as a result of Western blot analysis, cleavage of PARP, an apoptosis marker, was confirmed.

상기 결과로부터 NSD2의 넉다운은 아포토시스 및 적혈구 분화의 유도를 통하여 백혈병 세포 증식을 억제하는 것이 확인되었다.From the above results, it was confirmed that the knockdown of NSD2 suppressed the proliferation of leukemia cells through induction of apoptosis and erythrocyte differentiation.

<실시예 2> NSD2 폴리유비퀴틴화를 통한 NSD2 발현 감소 확인<Example 2> Confirmation of NSD2 expression reduction through NSD2 polyubiquitination

도 1과 같이 NSD2가 적혈구로의 세포 분화를 억제하는 것이 확인됨에 따라, 분화된 K562 세포에서 NSD2 발현 수준을 확인하였다.As it was confirmed that NSD2 inhibited cell differentiation into red blood cells as shown in FIG. 1, the expression level of NSD2 was confirmed in differentiated K562 cells.

그 결과, 도 2a(왼쪽)와 같이 헤민에 의해 유도된 분화 동안 NSD2 단백질 수준이 감소한 반면, 도 2a(오른쪽)와 mRNA 수준은 변하지 않았다.As a result, the level of NSD2 protein decreased during hemin-induced differentiation as shown in FIG. 2a (left), while the mRNA level in FIG. 2a (right) did not change.

상기 결과와 같이 NSD2 단백질 수준이 감소하였기 때문에 NSD2의 단백질 수준은 헤민에 의해 유도된 분화 동안 프로테아좀에 의한 분해에 의해 조절될 수 있을 것이라고 가정하였다.Since the NSD2 protein level was decreased as shown in the above results, it was hypothesized that the protein level of NSD2 could be regulated by proteasome degradation during hemin-induced differentiation.

이를 확인하기 위해, 프로테아좀 억제제 MG132을 처리한 결과, 도 2b와 같이 K562 세포에서 헤민 매개성 NSD2의 감소는 나타나지 않았다. To confirm this, as a result of treatment with the proteasome inhibitor MG132, hemin-mediated reduction of NSD2 in K562 cells as shown in FIG. 2b did not appear.

또한, GATA1의 감소를 통한 적혈구 분화 유도체인 NaBu (sodium butyrate)로 유도된 K562 세포 분화를 확인하였다.In addition, K562 cell differentiation induced by NaBu (sodium butyrate), a derivative of erythrocyte differentiation through reduction of GATA1, was confirmed.

그 결과, 앞선 실험 결과와 일치하게 NaBu에 의해 유도된 분화동안 NSD2의 단백질 안정성이 감소하였다. As a result, the protein stability of NSD2 was decreased during NaBu-induced differentiation, consistent with the previous experimental results.

또한, 세포에서 시간 의존적 NSD2 발현에 대한 추가적이 분석을 위해, K562 세포에 단백질 합성 억제제인 사이클로헥시미드 (cycloheximide, CHX; 100 μg/ml)를 처리하였다. In addition, for further analysis of time-dependent NSD2 expression in cells, K562 cells were treated with a protein synthesis inhibitor, cycloheximide (CHX; 100 μg/ml).

그 결과, 도 2c와 같이 대조군 세포에서 NSD2 반감기가 대략 8시간으로 확인된 반면, 헤민 처리된 K562 세포에서는 약 4시간으로 빠르게 감소하였다. 또한, 도 2d와 같이 K562 세포에서 헤민 처리는 NSD2의 폴리유비퀴틴화를 증가시키는 것이 확인되었다.As a result, as shown in FIG. 2c , the half-life of NSD2 was confirmed to be approximately 8 hours in the control cells, whereas it rapidly decreased to approximately 4 hours in the hemin-treated K562 cells. In addition, as shown in FIG. 2d , it was confirmed that hemin treatment increased polyubiquitination of NSD2 in K562 cells.

상기 결과로부터 헤민에 의해 유도된 K562 세포 분화는 단백질분해효소 의존적으로 NSD2 분해를 유도하는 것이 확인되었다. From the above results, it was confirmed that K562 cell differentiation induced by hemin induces NSD2 degradation in a protease-dependent manner.

<실시예 3> BRCA1의 NSD2에 대한 E3 리가아제 활성 확인<Example 3> Confirmation of E3 ligase activity on NSD2 of BRCA1

이전 연구에서 얻은 데이터로부터, NSD2는 유비퀴틴 E3 리가아제인 BRCA1과 상호작용하는 것으로 알려짐에 따라, 실제로 NSD2와 BRCA1간의 상호작용을 확인하기 위해, NSD2 및 BRCA를 과발현하는 293T 세포에서 co-immunoprecipitation (co-IP) 분석을 수행하였다.From the data obtained from previous studies, as NSD2 is known to interact with BRCA1, a ubiquitin E3 ligase, in fact, to confirm the interaction between NSD2 and BRCA1, co-immunoprecipitation (co-immunoprecipitation (co-immunoprecipitation) in 293T cells overexpressing NSD2 and BRCA -IP) analysis was performed.

그 결과, 도 3a와 같이 생체 내에서 NSD2가 BRCA1과 물리적으로 상호작용하는 것이 확인되었다.As a result, it was confirmed that NSD2 physically interacts with BRCA1 in vivo as shown in FIG. 3a.

또한, 상기 결과로부터 BRCA1이 어떤 도메인과 상호작용에 관여하였는 지를 확인하기 위해, 도 3b와 같이 BRCA1 야생형 (WT) 또는 결실 구조를 사용하여 시험관 내에서 GST pull-down 분석을 수행하였다. In addition, in order to confirm which domain was involved in the interaction of BRCA1 from the above results, GST pull-down analysis was performed in vitro using the BRCA1 wild-type (WT) or deletion construct as shown in FIG. 3b.

그 결과, 도 3c와 같이 BRCA1 (BRCA1 del#2)의 중간 영역이 BRCA1과 NSD2 간의 상호작용을 담당하는 것을 확인할 수 있었다.As a result, it was confirmed that the middle region of BRCA1 (BRCA1 del#2) is responsible for the interaction between BRCA1 and NSD2 as shown in FIG. 3c.

마찬가지로, NSD2 WT 또는 결실 구조를 이용한 시험관 내 GST pull-down 분석에서 HMG, PHD, RING, 및 PWWP 도메인을 포함하는 NSD2 (NSD2 del#2)의 중간 영역이 NSD2와 BRCA1 사이의 상호작용에 기여하는 것이 확인되었다. Similarly, in in vitro GST pull-down analysis using NSD2 WT or deletion constructs, the intermediate region of NSD2 (NSD2 del#2) containing HMG, PHD, RING, and PWWP domains contributed to the interaction between NSD2 and BRCA1. it was confirmed

다음으로, BRCA1은 E3 유비퀴틴 리가아제 활성을 가지기 때문에, BRCA1이 NSD2 단백질 수준을 조절할 수 있는 지 확인하였다.Next, since BRCA1 has E3 ubiquitin ligase activity, it was confirmed whether BRCA1 could regulate the NSD2 protein level.

도 3d 및 도 3e를 참고하면, 두 개의 독립적인 shRNA를 이용한 렌티바이러스 감염을 통하여 생성된 안정적으로 BRCA1 넉다운된 293T 세포에서 BRCA1 넉다운은 NSD2를 상향조절한 반면, BRCA1이 과발현된 293T 세포에서는 NSD2 감소가 확인되었다.Referring to FIGS. 3D and 3E , BRCA1 knockdown upregulated NSD2 in stably BRCA1 knockdown 293T cells generated through lentiviral infection using two independent shRNAs, whereas NSD2 decreased in BRCA1 overexpressed 293T cells. has been confirmed

BRCA1 과발현 동안 폴리유비퀴틴화를 통하여 NSD2 안정성이 조절될 수 있는지 확인하기 위해, 100 μg/ml CHX 처리와 함께 BRCA1이 과발현된 293T 세포에서 시간 의존적으로 NSD2 단백질 수준을 확인하였다. To determine whether NSD2 stability can be regulated through polyubiquitination during BRCA1 overexpression, the NSD2 protein level was checked in a time-dependent manner in BRCA1 overexpressed 293T cells with 100 μg/ml CHX treatment.

그 결과, 예상대로 BRCA1 과발현은 NSD2의 안정성을 감소시켰으나, 대조군에서의 안정성은 감소되지 않았다. 또한, 도 3f와 같이 293T 세포에서 BRCA1은 NSD2 폴리유비퀴틴화 수준을 향상시켰다. As expected, overexpression of BRCA1 reduced the stability of NSD2, but not the stability of the control group. In addition, as shown in FIG. 3f , BRCA1 improved the level of NSD2 polyubiquitination in 293T cells.

상기 결과로부터 BRCA1이 폴리유비퀴틴화를 통하여 NSD2와 상호작용하여 분해를 촉진시키는 것이 확인되었다. From the above results, it was confirmed that BRCA1 interacts with NSD2 through polyubiquitination to promote degradation.

다음으로, 헤민 처리된 K562 세포에서 BRCA1이 NSD2를 조절하는 지 확인하였다. 그 결과, 도 3g와 같이 헤민에 의한 적혈구 분화는 대조군 세포에서 NSD2 단백질 수준을 감소시켰으나, BRCA1 넉다운 K562 세포에서는 확인되지 않았다. Next, it was confirmed whether BRCA1 regulates NSD2 in hemin-treated K562 cells. As a result, as shown in FIG. 3G, hemin-induced erythrocyte differentiation reduced NSD2 protein levels in control cells, but was not confirmed in BRCA1 knockdown K562 cells.

또한, 도 3h와 같이 대조군 K562 세포에서 헤민에 의해 유도된 분화동안 NSD2의 폴리유비퀴틴화 수준은 NSD2의 수준을 증가시킨 반면, BRCA1이 넉다운된 K562 세포에서는 확인되지 않았다. 놀랍게도 상기 결과에서 BRCA1 넉다운이 293T 세포가 아닌 미분화된 K562 세포에서 내재화된 NSD2 발현에 영향을 미치지 않는 것이 확인되었다. In addition, as shown in FIG. 3h , the polyubiquitination level of NSD2 during hemin-induced differentiation in control K562 cells increased the level of NSD2, whereas it was not confirmed in K562 cells in which BRCA1 was knocked down. Surprisingly, it was confirmed from the above results that BRCA1 knockdown did not affect the expression of internalized NSD2 in undifferentiated K562 cells, not 293T cells.

상기 결과로부터 미분화된 K562 세포에서 BRCA1은 NSD2와 공동국소화되지 않을 것으로 예상됨에 따라, 헤민에 의해 유도되는 K562 분화 동안 NSD2 및 BRCA1의 위치를 확인하였다. From the above results, as it was expected that BRCA1 would not colocalize with NSD2 in undifferentiated K562 cells, the localization of NSD2 and BRCA1 during hemin-induced K562 differentiation was confirmed.

그 결과, 도 3i와 같이 NSD2는 주로 핵에 국한되어 있었으며, 헤민에 의한 분화는 NSD2를 하향조절하였다. 또한, 도 4D와 같이 NaBu는 앞서 확인된 바와 같이 세포질에서 핵으로 BRCA1의 전좌를 증가시켜 NSD2와 공동국소화시켰다. 따라서 도 3J와 같이 헤민에 의해 유도되는 K562 세포 분화동안 BRCA1 및 NSD2 간의 내인성 상호작용은 증가되었다.As a result, as shown in FIG. 3i , NSD2 was mainly confined to the nucleus, and differentiation by hemin downregulated NSD2. In addition, as shown in Figure 4D, NaBu co-localized with NSD2 by increasing the translocation of BRCA1 from the cytoplasm to the nucleus, as previously confirmed. Therefore, as shown in FIG. 3J, the endogenous interaction between BRCA1 and NSD2 was increased during hemin-induced K562 cell differentiation.

상기 결과들로부터 BRCA1은 NSD2에 대한 E3 유비퀴틴 리가아제 활성을 나타내며, 헤민 처리된 K562 세포에서 전좌를 통하여 NSD2 단백질 수준을 감소시키는 것이 확인되었다.From the above results, it was confirmed that BRCA1 exhibits E3 ubiquitin ligase activity on NSD2, and reduces NSD2 protein level through translocation in hemin-treated K562 cells.

<실시예 4> BRCA1에 의해 유도되는 NSD2의 폴리유비퀴틴화 확인<Example 4> Confirmation of polyubiquitination of NSD2 induced by BRCA1

앞선 실험에서 H2O2와 같은 산화스트레스가 K562 세포의 적혈구 분화를 유도하고, 단백질체 데이터베이스에서 DNA 손상이 Lys292에서 NSD2의 폴리유비퀴틴화를 유도하는 것으로 확인됨에 따라, UV, 에토포시드 (etoposide), H2O2 및 독소루비신을 포함하는 몇 가지 DNA 손상용 약물 처리에 의해 NSD2 발현 수준이 감소하는 것을 확인하였다.In the previous experiment, oxidative stress such as H 2 O 2 induced erythrocyte differentiation of K562 cells, and as it was confirmed in the proteomic database that DNA damage induces polyubiquitination of NSD2 in Lys292, UV, etoposide , H 2 O 2 It was confirmed that the NSD2 expression level is reduced by the treatment of several drugs for DNA damage, including doxorubicin.

BRCA1은 K562 분화동안 NSD2 단백질 안정성의 감소와 관련이 있고, 산화스트레스는 K562 분화를 유도하기 때문에 BRCA1이 헤민에 의해 유도되는 분화 동안 Lys292에서 NSD2의 폴리유비퀴틴화를 유도할 것이라 가정하였다.Since BRCA1 is associated with a decrease in NSD2 protein stability during K562 differentiation, and oxidative stress induces K562 differentiation, we hypothesized that BRCA1 would induce polyubiquitination of NSD2 at Lys292 during hemin-induced differentiation.

이를 확인하기 위해, 먼저 flag-NSD2 또는 flag-NSD2 K292R이 안정적으로 과발현된 K562 세포를 생성하였으며, 도 4a와 같이 NSD2 하향조절을 확인하였다. 그러나 유비퀴틴화 결실 돌연변이체 NSD2 K292R에서는 헤민이 유도하는 분화 동안 NSD2 하향조절되지 않았다.To confirm this, first, K562 cells in which flag-NSD2 or flag-NSD2 K292R were stably overexpressed were generated, and NSD2 downregulation was confirmed as shown in FIG. 4a. However, NSD2 was not downregulated during hemin-induced differentiation in the ubiquitination deletion mutant NSD2 K292R.

NSD2 안정성이 헤민 처리동안 Lys292의 폴리유비퀴틴화를 통하여 조절될 수 있는지 확인하기 위해, 헤민 처리된 NSD2 WT 또는 NSD2 K292R를 과발현시킨 K562 세포에 100 μg/ml CHX로 처리 후 시간의존적 NSD2 발현을 확인하였다. To confirm that NSD2 stability can be regulated through polyubiquitination of Lys292 during hemin treatment, hemin-treated NSD2 WT or K562 cells overexpressing NSD2 K292R were treated with 100 μg/ml CHX and time-dependent NSD2 expression was confirmed. .

그 결과, 도 4b를 참고하면 예상했던 바와 같이 헤민에 의해 유도된 K562 분화는 NSD2 WT의 안정성을 감소시킨 반면, NSD2 K292R에서는 확인되지 않았다. As a result, referring to FIG. 4b , as expected, K562 differentiation induced by hemin reduced the stability of NSD2 WT, but was not confirmed in NSD2 K292R.

다음으로, MG132 처리 후 헤민 처리된 K562 세포에서 NSD2 및 NSD2 K292R의 폴리유비퀴틴화 사슬 확인하였다. 그 결과, 도 4c와 같이 헤민 처리는 NSD2의 폴리유비퀴틴화 수준을 유도하였으나 NSD2 K292R에서는 확인되지 않았다.Next, polyubiquitination chains of NSD2 and NSD2 K292R were identified in hemin-treated K562 cells after MG132 treatment. As a result, as shown in FIG. 4c , hemin treatment induced the polyubiquitination level of NSD2, but was not confirmed in NSD2 K292R.

Lys292에서의 NSD2 폴리유비퀴틴화의 조절에 있어 BRCA1의 역할을 확인하기 위해, BRCA1이 과발현된 293T 세포에 100 μg/ml CHX를 처리한 후 NSD2의 WT 또는 K292R 돌연변이체의 안정성을 확인하였다.In order to confirm the role of BRCA1 in the regulation of NSD2 polyubiquitination in Lys292, BRCA1 overexpressed 293T cells were treated with 100 μg/ml CHX, and then the stability of NSD2 WT or K292R mutants was confirmed.

도 4d를 참고하면, BRCA1의 추가는 293T 세포에 CHX가 처리된 경우, NSD2 WT을 불안정하게 한 반면, NSD2 K292R 돌연변이체는 6시간 이상 안정적을 유지시켰다. 또한, 도 4e와 같이 BRCA1은 NSD2의 폴리유비퀴틴화를 유도하였으나, NSD2 K292R에서는 폴리유비퀴틴화가 확인되지 않았다.Referring to FIG. 4d , the addition of BRCA1 destabilized NSD2 WT when 293T cells were treated with CHX, whereas the NSD2 K292R mutant was stable for more than 6 hours. Also, as shown in FIG. 4E , BRCA1 induced polyubiquitination of NSD2, but polyubiquitination was not observed in NSD2 K292R.

상기 결과로부터 K562 세포 분화 동안 BRCA1은 Lys292에서의 NSD2 폴리유비퀴틴화를 통하여 NSD2 안정성을 조절하는 것을 확인할 수 있었다.From the above results, it was confirmed that BRCA1 regulates NSD2 stability through NSD2 polyubiquitination at Lys292 during K562 cell differentiation.

<실시예 5> NSD2에 의한 적혈구 분화 유전자 조절 효과 확인<Example 5> Confirmation of Effect of Regulating Erythrocyte Differentiation Gene by NSD2

K562 세포 분화동안 NSD2의 기능을 확인하기 위해, NSD2가 안정적으로 넉다운된 K562 세포에서 유전자 발현을 프로파일링하였다. To confirm the function of NSD2 during K562 cell differentiation, gene expression was profiled in K562 cells in which NSD2 was stably knocked down.

도 5a를 참고하면, NSD2의 넉다운은 473개의 유전자(fold change [FC] > 1.5, p < 0.01)를 조절하였으며, 그 중 143개의 유전자가 하향조절되고 331개의 유전자라 상향조절되었다.Referring to FIG. 5a , the knockdown of NSD2 regulated 473 genes (fold change [FC] > 1.5, p < 0.01), of which 143 genes were down-regulated and 331 genes were up-regulated.

DAVID 온톨로지 도구를 이용하여 NSD2 타겟 유전자가 수행하는 신호과정을 분석하였다. 그 결과, 도 5b와 같이 타겟 유전자의 농축이 물질대사, 면역, 세포자멸사 및 분화 조절에 관여하는 것이 확인되었다.The signaling process performed by the NSD2 target gene was analyzed using the DAVID ontology tool. As a result, it was confirmed that the enrichment of the target gene is involved in the regulation of metabolism, immunity, apoptosis and differentiation as shown in FIG. 5b.

NSD2는 적혈구로의 K562 분화 억제제 역할을 하기 때문에, 적혈구 분화와 연관된 몇 개의 타겟 유전자를 선택하였으며, VEGFa, DNAse2, FOS, BCL6, PIM 및 CD36을 포함한 선택된 유전자들의 qRT-PCR을 수행하였다.Since NSD2 acts as an inhibitor of K562 differentiation into erythrocytes, several target genes associated with erythrocyte differentiation were selected, and qRT-PCR of selected genes including VEGFa, DNAse2, FOS, BCL6, PIM and CD36 was performed.

그 결과, 도 5c와 같이 NSD2는 전사 활성 인자 H3K36의 메틸화에 대한 HMTase 활성을 가지며, NSD2 결실 K562 세포에서 상기 분화와 관련된 타겟 유전자를 강하게 상향조절하였다. As a result, as shown in FIG. 5c , NSD2 had HMTase activity for methylation of the transcriptional activator H3K36, and strongly upregulated the target gene related to the differentiation in NSD2-deleted K562 cells.

NSD2는 선택된 유전자를 간접적으로 조절할 것으로 가정하였으며, 이를 확인하기 위해, 항-NSD2 및 항-H3K36me2 항체를 이용하여 크로마틴 면역침강 분석 (ChIP)을 수행하였다.It was hypothesized that NSD2 would indirectly regulate the selected gene, and to confirm this, chromatin immunoprecipitation analysis (ChIP) was performed using anti-NSD2 and anti-H3K36me2 antibodies.

그 결과, 헤민에 의해 유도되는 분화 동안 BCL6, CD36 및 HBE1 프로모터의 유입은 영향을 받지 않았으나, 헤민에 의해 유도되는 분화 동안 직접적인 타겟 유전자 RRAS2 프로모터는 증가하고 H3K36me2 유도가 확인되었다.As a result, it was confirmed that the influx of BCL6, CD36 and HBE1 promoters was not affected during hemin-induced differentiation, but the direct target gene RRAS2 promoter increased and H3K36me2 induction was confirmed during hemin-induced differentiation.

상기 결과로부터 NSD2가 K562 세포 분화 동안 타겟 유전자를 간접적으로 조절하는 것이 확인되었다.From the above results, it was confirmed that NSD2 indirectly regulates the target gene during K562 cell differentiation.

NSD2는 AURKA의 메틸화를 유도하고 키나아제 활성을 향상시키고, AURKA는 백혈병 세포 분화를 억제하기 때문에, NSD2가 AURKA 키나아제 활성 유도를 통하여 유전자를 조절할 것으로 가정하였다. 이를 확인한 결과, 헤민에 의해 유도된 분화 동안 AURKA의 메틸화 수준이 감소하는 것을 확인하였으며, AURKA 억제제 앨리서팁 (alisertib)은 적혈구 분화 관련 유전자를 유도하여 헤민 처리시 K562 분화를 가속화시켰다.Since NSD2 induces AURKA methylation and enhances kinase activity, and AURKA inhibits leukemia cell differentiation, it was hypothesized that NSD2 would regulate genes through induction of AURKA kinase activity. As a result of confirming this, it was confirmed that the methylation level of AURKA decreased during hemin-induced differentiation, and the AURKA inhibitor alisertib induced erythrocyte differentiation-related genes to accelerate K562 differentiation upon hemin treatment.

도 1과 같이 확인된 NSD2의 넉다운에 의한 적혈구 분화 유도 결과를 바탕으로 NSD2 넉다운의 마이크로어레이 데이터를 공개된 헤민 처리 연구의 데이터와 비교하였다.Based on the results of induction of erythrocyte differentiation by the knockdown of NSD2 confirmed as shown in FIG. 1 , the microarray data of the knockdown of NSD2 was compared with the data of the published hemin treatment study.

그 결과, 도 5d와 같이 NSD2 넉다운된 세포에서 1.5배 이상의 변화를 나타낸 유전자의 약 26% (125/473)가 헤민에 의해 유도된 타겟 유전자와 겹치는 것이 확인되었으며, 예상대로 선택된 표적 유전자가 마이크로어레이 데이터에서 확인되었다. As a result, it was confirmed that about 26% (125/473) of genes showing 1.5-fold or more changes in NSD2 knockdown cells overlapped with the target gene induced by hemin as shown in FIG. 5d, and as expected, the selected target gene was microarrayed confirmed in the data.

헤민 처리된 K562 세포에서 선택된 유전자에 대한 조절을 확인하기 위해, qRT-PCR 분석을 수행하였다. To confirm the regulation of selected genes in hemin-treated K562 cells, qRT-PCR analysis was performed.

도 5e를 참고하면 헤민은 BCL6, VEGFa, FOS, PIM1, DNaseII 및 CD36 유전자를 상향조절시켰다. Referring to FIG. 5e, hemin upregulated BCL6, VEGFa, FOS, PIM1, DNaseII and CD36 genes.

또한, NSD2 과발현이 K562 세포의 헤민에 의해 유도되는 분화를 억제하는 할 수 있는지 확인하였다. 그 결과, 도 5f와 같이 NSD2 과발현은 분화와 관련된 유전자의 헤민 매개 유도를 억제하였으며, 더욱이 NSD2 K292R의 과발현은 헤민에 의해 유도되는 유전자를 강하게 하향조절하였다. In addition, it was confirmed whether NSD2 overexpression could inhibit the hemin-induced differentiation of K562 cells. As a result, as shown in FIG. 5f , NSD2 overexpression inhibited hemin-mediated induction of differentiation-related genes, and further, overexpression of NSD2 K292R strongly downregulated hemin-induced genes.

이러한 표현형 수준의 차이를 이해하기 위해, FACS를 이용하여 헤민 처리 후 NSD2 과발현된 세포에서 CD235A 수준을 확인하였다. In order to understand the difference in these phenotypic levels, the level of CD235A in NSD2 overexpressing cells after hemin treatment was confirmed using FACS.

그 결과, 도 5g와 같이 NSD2 과발현은 헤민 매개 CD235A 유도를 저해하고 야생형보다 NSD2 K292R에 강하게 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 5f와 같이 o-디아니시딘 염색에서도 유사한 결과가 확인되었다.As a result, as shown in FIG. 5g , it was confirmed that NSD2 overexpression inhibited hemin-mediated CD235A induction and had a stronger effect on NSD2 K292R than the wild type. In addition, similar results were confirmed in o-dianisidine staining as shown in FIG. 5f.

상기 결과로부터 NSD2은 적혈구 분화와 관련된 유전자의 하향조절을 통하여 헤민에 의해 유도되는 적혈구 분화를 억제하는 것이 확인되었다.From the above results, it was confirmed that NSD2 suppressed erythrocyte differentiation induced by hemin through downregulation of genes related to erythrocyte differentiation.

<실시예 6> K562 세포 분화에 있어서 BRCA1 및 NSD2의 역할 확인<Example 6> Confirmation of roles of BRCA1 and NSD2 in K562 cell differentiation

K562 세포 분화 동안, BRCA1에 의해 조절된 NSD2 안정성의 생리학적 중요성을 확인하기 위해, BRCA1 넉다운 K562 세포에서 NSD2에 의해 하향조절되는 것으로 확인된 타겟 유전자의 발현 수준을 정량하였다. To confirm the physiological significance of NSD2 stability regulated by BRCA1 during K562 cell differentiation, expression levels of target genes identified as downregulated by NSD2 in BRCA1 knockdown K562 cells were quantified.

도 6a를 참고하면, 헤민 처리는 적혈구 분화와 관련된 유전자를 상향조절하였으며, BRCA1 넉다운 K562 세포에서는 타겟 유전자 발현에 어떠한 영향도 확인되지 않았다. 또한, FACS 결과, 도 6b와 같이 대조군 세포와 비교하여, BRCA1 넉다운 세포에서는 헤민에 의해 유도된 분화가 확인되지 않았다. 이와 유사하게 도 6c와 같이 BRCA1 넉다운은 적은 수의 o-디아니시딘 양성 세포를 초래하였다.Referring to FIG. 6a , hemin treatment upregulated genes related to erythrocyte differentiation, and no effect was found on target gene expression in BRCA1 knockdown K562 cells. In addition, as a result of FACS, hemin-induced differentiation was not observed in the BRCA1 knockdown cells as compared to the control cells as shown in FIG. 6b . Similarly, as shown in Figure 6c, BRCA1 knockdown resulted in a small number of o-dianisidine positive cells.

상기 결과들로부터 BRCA1의 넉다운은 적혈구 관련 유전자의 하향조절을 통하여 헤민에 의해 유도되는 분화를 저해하는 것이 확인되었다.From the above results, it was confirmed that BRCA1 knockdown inhibited hemin-induced differentiation through downregulation of erythrocyte-related genes.

유방암, 난소암 및 림프암을 포함한 여러 암에서 BRCA1의 다양한 돌연변이가 확인됨에 따라, BRCA1의 하향조절 또는 돌연변이가 골수 세포 분화 동안 NSD2의 조절장애를 통하여 백혈병을 유발할 것이라 가정하였다.As various mutations of BRCA1 have been identified in several cancers including breast, ovarian, and lymphoma, it was hypothesized that downregulation or mutation of BRCA1 would lead to leukemia through dysregulation of NSD2 during myeloid cell differentiation.

이를 확인하기 위해, 림프종에서 BRCA1의 수준을 확인하였다.To confirm this, the level of BRCA1 in lymphoma was checked.

HPA 분석에서 도 7A와 같이 림프종의 BRCA1이 하향조절이 확인되었다. 또한, 조직 분석에서 과립구 및 거대 B 세포 림프종에서 BRCA1의 하향조절이 확인되었다.Downregulation of BRCA1 in lymphoma was confirmed in HPA analysis as shown in FIG. 7A. In addition, tissue analysis confirmed downregulation of BRCA1 in granulocyte and large B-cell lymphoma.

또한, TCGA database (https://portal.gdc.cancer.gov/) 를 이용하여 BRCA1에서 여러 암 관련 돌연변이를 확인하고, K562 세포 분화 동안 NSD2의 분해에 대한 상기 유전자들의 역할을 확인하였다.In addition, several cancer-related mutations in BRCA1 were identified using the TCGA database (https://portal.gdc.cancer.gov/), and the role of these genes in the degradation of NSD2 during K562 cell differentiation was confirmed.

먼저, BRCA1 WT 및 돌연변이 구조가 안정적으로 과발현된 K562 세포를 생성하고, 헤민에 의해 유도되는 K562 세포 분화 동안 NSD2 수준을 확인하였다.First, we generated K562 cells stably overexpressed with BRCA1 WT and mutant constructs, and checked NSD2 levels during hemin-induced K562 cell differentiation.

그 결과, 도 6d를 참고하면, 앞선 결과들과 동일하게 BRCA1 WT는 NSD2 단백질 수준이 감소된 반면, K1183R 돌연변이에서는 확인되지 않았다. As a result, referring to FIG. 6d , as in the previous results, the BRCA1 WT had a decreased level of the NSD2 protein, but was not confirmed in the K1183R mutant.

BRCA1 K1138R 돌연변이가 분화중에 NSD2 단백질 수준을 감소시키는 이유를 확인하기 위해, 293T 세포에서 NSD2와 BRCA1 간의 상호작용을 확인한 결과, NSD2는 BRCA1 돌연변이와 무관하게 BRCA1과 상호작용하는 것이 확인되었다.In order to determine why the BRCA1 K1138R mutation reduces NSD2 protein levels during differentiation, the interaction between NSD2 and BRCA1 in 293T cells was confirmed.

놀랍게도, 도 6e와 같이 BRCA1 K1138R은 세포질에서 핵으로 전위되지 않았으며, K562 세포 분화 동안 NSD2의 단백질 수준을 감소시키지 않았다.Surprisingly, as shown in Fig. 6e, BRCA1 K1138R did not translocate from the cytoplasm to the nucleus and did not reduce the protein level of NSD2 during K562 cell differentiation.

또한, 도 6f와 같이 BRCA1 WT은 헤민 처리에 대한 반응으로 NSD2와의 상호작용을 유도한 반면, BRCA1의 다른 4개의 돌연변이들은 NSD2와 상호작용하지 않았다.Also, as shown in Fig. 6f, BRCA1 WT induced interaction with NSD2 in response to hemin treatment, whereas the other four mutants of BRCA1 did not interact with NSD2.

상기 결과로부터 BRCA1의 돌연변이 형태는 상호작용을 위해 전위되지 않은 것이 확인되었다.From the above results, it was confirmed that the mutant form of BRCA1 was not translocated for interaction.

BRCA1의 돌연변이가 K562 세포 분화에 영향을 미치는 지를 확인하기 위해, FACS를 이용하여 BRCA1 WT 또는 각 돌연변이가 과별현된 K562 세포에 헤민 처리 후 CD235A 수준을 확인하였다. To determine whether BRCA1 mutation affects K562 cell differentiation, CD235A levels were checked after hemin treatment in BRCA1 WT or K562 cells overexpressed with each mutation using FACS.

그 결과, 도 6g와 같이 BRCA1 WT 과발현은 헤민 매개성 CD235A 유도를 강하게 향상시켰으며, BRCA1 P871L, E1038G 또는 S1613G에서는 헤민 매개성 CD235A 유도가 약하게 증가된 반면, BRCA1 K1138R에서는 유도를 나타내지 못하였다.As a result, as shown in FIG. 6g , BRCA1 WT overexpression strongly enhanced hemin-mediated CD235A induction, and hemin-mediated CD235A induction was weakly increased in BRCA1 P871L, E1038G or S1613G, whereas BRCA1 K1138R did not induce induction.

상기 결과들로부터 BRCA1의 수준은 K562 세포 분화에 중요하며, 림프종 환자에서 발견되는 BRCA1 돌연변이 K1183R은 헤민 처리된 K562 세포에서 핵으로의 전위를 저해하여 K562 세포의 적혈구 세포로의 분화를 억제하는 것을 확인할 수 있었다.From the above results, it was confirmed that the level of BRCA1 is important for K562 cell differentiation, and the BRCA1 mutation K1183R found in lymphoma patients inhibits nuclear translocation in hemin-treated K562 cells, thereby inhibiting the differentiation of K562 cells into red blood cells. could

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above in detail a specific part of the content of the present invention, for those of ordinary skill in the art, it is clear that this specific description is only a preferred embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (9)

(1) 백혈병 세포에 시험물질을 처리하는 단계;
(2) 상기 시험물질이 처리된 암세포에서 BRCA1에 의한 NSD2 유비퀴틴화 수준을 확인하는 단계;
(3) 대조구 시료와 비교하여 BRCA1에 의한 NSD2 유비퀴틴화 수준이 증가한 시험 물질을 선별하는 단계를 포함하는 백혈병 치료제 스크리닝 방법.
(1) treating leukemia cells with a test substance;
(2) determining the level of NSD2 ubiquitination by BRCA1 in cancer cells treated with the test substance;
(3) A screening method for a therapeutic agent for leukemia comprising the step of selecting a test substance having an increased level of NSD2 ubiquitination by BRCA1 compared to a control sample.
청구항 1에 있어서, 상기 BRCA1에 의한 NSD2 유비퀴틴화 수준 증가는 NSD2의 단백질 안정성을 감소시켜, 백혈병 세포의 적혈구 세포로의 분화를 유도하고, 백혈병 세포의 사멸을 증가시키는 것을 특징으로 하는 백혈병 치료제 스크리닝 방법.The method according to claim 1, wherein the increase in NSD2 ubiquitination level by BRCA1 reduces the protein stability of NSD2, induces differentiation of leukemia cells into red blood cells, and increases the death of leukemia cells. . 청구항 1에 있어서, 상기 NSD2 유비퀴틴화는 NSD2 Lys292에서 유비퀴틴화되는 것을 특징으로 하는 백혈병 치료제 스크리닝 방법.The method according to claim 1, wherein the NSD2 ubiquitination is ubiquitinated at NSD2 Lys292. 청구항 1에 있어서, 상기 시험물질은 BRCA1을 핵으로 전위시키고 NSD2에 대한 유비퀴틴화 활성을 증가시켜 암세포 내 NSD2 단백질 분해를 증가시키는 것을 특징으로 하는 백혈병 치료제 스크리닝 방법.The method according to claim 1, wherein the test substance translocates BRCA1 to the nucleus and increases NSD2 protein degradation in cancer cells by increasing ubiquitination activity for NSD2. 청구항 1에 있어서, 상기 백혈병은 급성골수성백혈병, 만성골수성백혈병, 급성림프구성백혈병 및 만성림프구성백혈병으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 백혈병 치료제 스크리닝 방법.The method according to claim 1, wherein the leukemia is selected from the group consisting of acute myeloid leukemia, chronic myelogenous leukemia, acute lymphocytic leukemia and chronic lymphocytic leukemia. 청구항 1에 있어서, 상기 BRCA1에 의한 NSD2 유비퀴틴화 수준은 효소면역분석법(ELISA), 면역침강법(immunoprecipitation), 면역조직화학, 웨스턴 블랏(Western Blotting) 및 유세포 분석법(FACS)으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나로 측정하는 것을 특징으로 하는 백혈병 치료제 스크리닝 방법.The method according to claim 1, wherein the level of NSD2 ubiquitination by BRCA1 is selected from the group consisting of enzyme immunoassay (ELISA), immunoprecipitation, immunohistochemistry, Western blotting and flow cytometry (FACS). A method for screening a leukemia therapeutic agent, characterized in that one measurement is performed. BRCA1을 유효성분으로 함유하는, 시험관 내(in vitro) 백혈병 세포의 NSD2 유비퀴틴화 유도용 시약조성물.A reagent composition for inducing NSD2 ubiquitination in leukemia cells in vitro, comprising BRCA1 as an active ingredient. 시험관 내(in vitro) 백혈병 세포의 BRCA1에 의한 NSD2 유비퀴틴화 활성을 유도하는 단계를 포함하는 백혈병 세포의 적혈구 세포로의 분화 유도 방법. A method for inducing differentiation of leukemia cells into red blood cells, comprising inducing NSD2 ubiquitination activity by BRCA1 of the leukemia cells in vitro. 청구항 8에 있어서, 상기 NSD2는 적혈구 세포로의 분화를 유도하는 유전자인 VEGFa, DNAse2, FOS, BCL6, PIM 및 CD36의 발현을 억제하여 백혈구 세포의 적혈구 세포로의 분화를 저해하는 것을 특징으로 하는 분화 유도 방법. The differentiation according to claim 8, wherein the NSD2 inhibits the expression of VEGFa, DNAse2, FOS, BCL6, PIM and CD36, which are genes inducing differentiation into red blood cells, thereby inhibiting the differentiation of white blood cells into red blood cells. induction method.
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