중증급성호흡기증후군 코로나바이러스 2(SARS-CoV-2)는 2019년 신종 코로나바이러스(COVID-19) 전염병의 원인입니다. 최근 연구에서는 SARS-CoV-2의 세포 진입을 중재하는 데 있어 인간 안지오텐신 전환 효소 2(ACE2) 분자의 중요한 역할이 강조되었습니다. ACE2 수용체에 결합하는 것은 SARS-CoV-2가 표적 세포를 감염시키는 중요한 초기 단계이며 인간 감염에도 중요하며, ACE2 수용체의 발현 및 분포는 코로나19의 진행 및 예후와 관련이 있을 수 있습니다.

텔로미어는 선형 염색체 끝에 있는 영역입니다. 척추동물의 텔로미어는 다수의 전형적인 TTAGGG 반복 시퀀스로 구성됩니다. 쉘터린 단백질 복합체는 텔로미어 DNA와 결합해 텔로미어 DNA가 DNA 손상(DD)으로 인식되지 않도록 보호해 DDR(DNA 손상 반응)을 예방한다. DNA 복제로 인해 염색체의 텔로미어가 점차 짧아집니다. 텔로미어가 매우 짧아지면 DNA 이중 가닥 절단(DSB)으로 감지되어 DDR 경로를 활성화합니다. 생쥐의 지속적인 근친교배는 점진적인 텔로미어 단축과 텔로미어의 DDR 활성화로 이어지며, 노화 및 노화 관련 질병의 특징이 축적됩니다. 게다가 텔로미어의 손상은 쉽게 복구되지 않기 때문에 지속적인 DDR 활성화가 발생합니다. 이 논문에서 이탈리아 파비아 국립연구위원회 분자유전학연구소의 Fabrizio d'Adda di Fagagna 교수와 그의 팀은 텔로미어 단축 및 DDR 활성화 후 노화 동안의 ACE2 발현 조절을 더 잘 설명하는 것을 목표로 했습니다.

노화 중 ACE2 발현 조절을 이해하기 위해 이탈리아 Fabrizio d'Adda di Fagagna 교수와 그의 팀은 다양한 연령대의 쥐와 인간의 폐에서 ACE2의 발현이 연구되었습니다. RT-qPCR 검출 및 면역조직화학(IHC)을 통해 어린 쥐(2~3개월)에 비해 늙은 쥐(22~24개월)의 폐에서 ACE2 mRNA 및 단백질 수준이 증가한 것이 관찰되었습니다. 마찬가지로 인간의 폐에서도 노인 대상자의 ACE2 단백질 발현 수준이 젊은 대상자보다 높은 것으로 나타났으며, 연구팀은 ATII 세포에서 ACE2의 증가를 확인하기 위해 다양한 폐 샘플에서 ACE2에 대한 이중 표지 면역분석을 수행했습니다. 형광 검출을 통해 생쥐와 인간 모두에서 ATII 폐 세포의 ACE2 발현이 나이가 들수록 증가하는 것으로 나타났습니다. 연구팀은 ACE2 전사체의 차등적 발현을 추가로 조사한 결과 ATII 폐 세포에서 나이가 들수록 ACE2가 증가하는 반면, 하우스키핑 유전자인 GAPDH는 거의 모든 세포 유형에서 광범위하게 발현되었으며 분석된 연령에 걸쳐 변하지 않았다는 사실을 관찰했습니다. 정리하면, 세포가 노화되면 ACE2의 발현이 증가하는데, ACE2의 발현 증가는 주로 ATII 폐세포에서 일어난다는 것을 증명할 수 있다.

다음으로, 연구팀은 노화 과정에서 ACE2의 상향 조절을 조절하는 분자 메커니즘을 밝히기 위해 in vitro 및 in vivo 실험을 진행했습니다. . 텔로미어 단축이 ACE2 발현을 조절하기에 충분한지 여부를 테스트하기 위해 연구팀은 다양한 집단의 인간 섬유아세포(BJ)와 인간 기관지 상피 세포(HBEC)에서 ACE2 mRNA 수준을 측정했습니다. 두 세포 유형 모두 텔로미어 유지 메커니즘이 부족하고 증식하면서 점진적으로 텔로미어가 단축되기 때문입니다. 초기 계대 세포와 비교하여 후기 계대 BJ 및 HBEC의 ACE2 mRNA 수준이 증가한 것으로 나타났습니다. 다음으로 연구팀은 텔로머라제 RNA 구성요소가 결여된 쥐 모델로 연구를 확대했는데, 텔로머라제 RNA가 결여된 3세대 쥐를 분석한 결과 연령과 성별이 일치하는 야생형 동물과 비교했을 때 ACE2 발현이 부족한 것으로 나타났다. 그랜자임 RNA로 처리한 생쥐에서 지속적으로 증가했으며, 면역형광 영상에서는 ACE2가 ACE2 발현 ATII 폐 세포에서 주로 증가한 것으로 나타났습니다. 그리고 pro-SP-C 세포에서도 동일한 현상이 관찰되었습니다. 이러한 결과는 인간 세포와 마우스 조직에서 ACE2 수준을 조절하는 데 있어 텔로미어 단축의 역할을 명확하게 보여줍니다.

텔로미어가 매우 짧아지면 DNA 손상 반응(DDR) 경로가 활성화되기 때문입니다. 그래서 다음으로 팀은 텔로미어 DDR이 ACE2 mRNA 수준을 증가시키기에 충분한지 여부를 테스트했으며, 텔로미어 단축이 없을 때 텔로미어에서 DDR의 특정 활성화를 허용하는 두 가지 포유류 세포 시스템을 사용했습니다. 팀이 TRF2를 제거한 후 DDR 경로의 활성화를 입증하기 위해 H2AX 병변의 수준이 증가한 것을 발견했습니다. 실험 결과 DDR 병변의 증가는 ACE2 mRNA 수준의 증가를 동반하는 것으로 나타났으며, 동일한 세포주에서 전리방사선(IR)을 조사한 후에도 동일한 결과가 관찰되어 DDR 신호전달 경로가 ACE2 mRNA 수준을 증가시키는 역할을 한다는 것을 입증했습니다. mRNA 수준. 생체 내에서 텔로미어 DDR의 역할을 확인하기 위해 그의 팀은 TRF2 발현의 손실을 유도하기 위해 생쥐에 타목시펜을 투여하고 텔로미어에서 DDR 경로를 활성화했으며 생쥐의 간에서 ACE2 mRNA 수준의 증가를 관찰했습니다. 이는 위의 결과를 증명하기도 합니다. 종합해 보면, 인간과 마우스 세포주 및 마우스 조직에서의 이러한 결과는 활성화된 DDR 경로가 ACE2 수준 조절에 보존된 역할을 가지고 있음을 시사합니다. 텔로미어 DDR은 노화 중에 축적되므로 ACE2 수준이 증가할 수 있습니다.

팀은 ACE2 mRNA 수준의 증가가 전사 프로모터의 향상된 활동으로 인해 발생한다고 믿습니다. ACE2 프로모터가 DDR 활성화에 반응하는지 확인하기 위해 연구팀은 ACE2 프로모터 영역에서 DNA 결합 모티프가 상당히 풍부한 전사 인자를 확인하기 위해 in silico 분석을 수행했습니다. 연구 결과, 이들 전사인자 중에는 DNA 손상 반응과 관련된 경로가 있는 것으로 나타났다. 연구팀은 인간 ACE2 프로모터의 제어 하에 루시퍼라제 리포터 유전자를 운반하는 플라스미드로 HeLa shTRF2 세포를 형질감염시켰고, TRF2를 녹아웃시켜 텔로미어 DDR을 유도했으며, 루시퍼라제 신호가 증가하는 것을 발견했다. 방사선 조사가 유도되지 않은 HeLa 세포에서 DDR 활성화 시 유사한 전사 활성화가 관찰되었습니다. 이는 DDR 경로가 ACE2 프로모터 활성을 제어하여 ACE2 mRNA 수준을 증가시킨다는 것을 의미합니다.

DDR 경로의 주요 구성 요소가 ACE2 mRNA 수준의 관찰된 증가에 책임이 있음을 추가로 입증합니다. 연구팀은 DDR 병변 형성을 방지하기 위해 ATM 키나제 억제제 KU-60019(ATMi)를 사용했다. ACE2 mRNA 수준의 증가가 크게 감소한 것으로 나타났는데, 이는 ATM 키나제 활성이 ACE2 전사 수준 조절에 관여함을 시사합니다. 텔로미어 DDR의 억제가 생체 내 ACE2 발현에 영향을 미치는지 여부를 연구하기 위해 연구팀은 텔로미어 안티센스 올리고뉴클레오티드(tASO)를 사용하여 텔로미어 DDR의 특정 억제를 달성했습니다. 생쥐를 희생시키고 조직을 분석한 결과, 두 tASO 처리 모두 매우 효과적인 것으로 나타났으며 체내에서 ACE2 mRNA 수준이 하향 조절되었습니다. 다음으로 연구팀은 텔로미어가 단축된 3세대 생쥐로 연구를 확대했으며 이중 표지 면역염색을 통해 tASO 또는 tASO로 치료한 후 ACE2 발현이 현저히 감소했다는 사실을 발견했습니다. 이러한 결과는 ACE2 조절이 텔로미어 단축보다는 후속 DDR 활성화로 인해 발생한다는 것을 뒷받침합니다.

종합하면, 이러한 결과는 SARS-CoV-2 수용체 ACE2의 발현이 전사 과정에서 DDR에 의해 직접적으로 조절된다는 것을 나타냅니다. 수준 경로 활성화 조절, 텔로미어 기능 장애는 ACE2 수준을 조절하기 위해 DDR 경로에 참여할 수 있는 생리학적 현상입니다.