| 초록 |
본 연구자는 36개월 동안 리서치펠로우 사업 (과제명:이종 rRNA에 의한 유전자 발현 조절과 항생제 내성연구) 지원을 받아 하나의 세포에 존재하는 이종 rRNA의 기능을 규명하는 연구를 진행하였다. rRNA는 모든 생명체에서 유일한 단백질 합성 기구인 라이보솜의 주요 구성물이다. 단일세포인 세균은 일반적으로 자신의 유전체에 다수의 rRNA 오페론을 가지고 있는데 모두 동일한 염기서열을 가지고 있다. 그러나 최근 염기서열분석 기술의 발달로 다양한 종의 유전체가 분석되었고, 그 결과, 다 수의 세균 종에서 하나의 세포에 염기서열이 다른 이종 rRNA의 존재가 발견되었다. 진화과정에서 하나의 세포의 생리적인 필요에 가장 부합되어 보존되어 온 rRNA가 다수의 세균 종에서는 여러 종류 존재함은 이들 이종 rRNA가 지금까지 밝혀지지 않은 새로운 기능을 수행할 수 있다는 것을 추측하게 한다. rRNA는 단백질 합성의 모든 세부적인 활성 기작에 직접적으로 관여하며, 플라스모디움과 방선균의 이종 rRNA가 생장 주기에 따라 특이적으로 발현된다는 보고와 방선균에서 rRNA 또는 라이보솜 단백질의 변형이 특정 유전자 발현을 향상시킨다는 보고는 세균에서 발생단계에 따라 선별적으로 발현되는 다양한 이종 rRNA가 번역과 같은 보편적 생명현상 뿐 아니라, 특정한 유전자 발현에 관여함을 암시한다. 하지만 이종 rRNA 기능에 대한 연구결과는 현재까지 보고된 바가 없다. 본 연구자는 이종 rRNA의 기능을 규명하기 위해 단일세포에서 여러 종류의 이종 rRNA 전사체를 암호화하는 유전체를 가지며, 생장, 발생 단계 및 다양한 생장조건에 따른 특이적 발현양상을 갖는 방선균, 패혈증 비브리오균과 유전학적 연구 시스템 기반이 잘 갖추어진 대장균을 모델 미생물로 이용하였다. 먼저 이종 rRNA중 이종성이 큰 비브리오균의 rrnI 결실 및 과발현 균주와 방선균의 rrnF 결실 및 rrnE 과발현균주를 제작하였고 이들의 표현형 변화를 살펴보았다. 비브리오 rrnI 결실 균주에서 열 쇼크 스트레스 민감도 감소와 영양 결핍 스트레스 환경에서 생장 감소를 확인하였고, 방선균 rrnF 결실 균주에서 생장 속도 감소를 확인하였다. 또한 방선균 rrnE를 과발현 하는 대장균에서 가나마이신과 스트렙토마이신의 저항성 변화를 확인하였다. 번역중인 전사체 분석과 단백질체 분석, 게놈 라이브러리 스크리닝을 통해 비브리오균 rrnI 결실 균주에서 일부 유전자의 번역중인 mRNA의 양적 감소를 확인하였으며, rrnI 또는 양이 감소한 mRNA를 플라스미드를 통해 과발현 시켰을 때 표현형이 회복되는 것을 확인하였다. 추가로 rrnI 타겟 유전자의 항체를 제작하여 western blot을 통해, rrnI 결실 균주에서 rrnI 타겟 유전자의 단백질 발현양이 감소하고 rrnI 결실균주에서 플라스미드를 통해 rrnI를 과발현 시키면 rrnI 타겟 유전자의 단백질 발현양이 증가한다는 것을 확인함으로써 rrnI로 구성된 라이보솜(I-ribosome)이 일부 유전자를 선택적으로 번역한다는 것을 확인하였다. I-ribosome에 의한 일부 유전자의 선택적 번역은 트랜스 작용 요소에 의한 현상이 아님을 라이보솜의 구성 단백질 분석 및 mRNA 특이적 개시 콤플렉스 형성 분석을 통해 확인하였다. 이러한 실험 결과들과 이종 rRNA 변이 염기의 구조적 시물레이션을 통해 이종 rRNA에 의한 유전자 발현조절 기작과 항생제 내성 기작에 대한 모델을 제시하였다. 본 연구과제를 통해 도출한 결과는 그동안 단순한 수평적 유전자 전달의 결과물로서 경시되었던 이종 rRNA의 기능을 세계 최초로 구명했을 뿐만 아니라 새로운 개념의 유전자 발현 조절 현상을 제시함으로써 라이보솜 연구, 유전자 발현 조절 관련 연구 분야를 선도할 수 있을 것이라 기대된다. ( 출처 : Ⅰ. 연구결과 요약문 3p ) |
