| 초록 |
□ 연구개요 • Toxin-antitoxin system (TA system)에 의한 세포 대사 조절 전략을 밝힘으로써, 세포 내 핵심 조절 인자로서의 TA system의 새로운 작용 메커니즘을 규명하고, 새로운 관점에서 세포 대사 조절을 이해한다. • TA system network의 유기적인 발현분석을 통해 극지미생물의 극한 환경 적응에 대한 기작을 밝히는 것을 목표로 한다. • 다양한 독성 기작을 갖는 박테리아의 toxin 단백질들 중, RNA 절단 기능을 갖는 것들을 활용하여 새로운 RNA 서열을 인지하고 절단 할 수 있는 RNA 가위의 제작을 최종 목표로 한다. • 한 종류의 Toxin homolog들은 각각의 미생물체에서 서로 상이한 RNA 서열을 인지하여 절단한다. 따라서 새로운 RNA 서열을 인지하는 RNA 가위를 제작하기 위해, toxin homolog들의 유전자를 DNA shuffling 기법으로 재조합하여 라이브러리를 구축하고, 이들을 세포내에서 발현하여 독성을 유지하고 RNA 인지 서열의 변화가 생긴 toxin을 획득한다. • 위의 결과로 다양한 RNA 서열을 인지하는 RNA 가위 제작 기술을 확립하고 이로부터 다양한 RNA 매개 질병의 치료나 생명공학적 응용에 활용한다. □ 연구 목표대비 연구결과 • 극지미생물의 새로운 toxin-antitoxin 단백질 발굴 및 이들의 기능적 메커니즘을 규명하였으며, 이들에 의해 조절되는 유전자 집단 조사라는 목표는 달성되었음. • Bosea sp. PAMC 26642에서 12개의 putative TA module들을 모두 클로닝 하였고, 이들의 특성을 확인한 결과, 기존에 밝혀진 바 없던 functional TA module 9개를 발굴함. • Toxin이 갖는 고유한 문제인 단백질 과발현과 이들의 수용성 유지문제로 인하여 새로운 서열인지 RNA 가위 제작이라는 최종 목표의 달성은 실패하였음. 따라서 정제 가능한 toxin들(BoVapC와 BoHigB)의 효소적 특징, 세포 내 기능 분석 등을 추가적으로 수행하였음. • BoVapBC 연구를 통하여 이들의 target RNA가 개시 tRNA<sup>fMet</sup>임을 증명하였으며. 이를 통하여 세포생장저해의 메커니즘을 제시하였음. • 또 다른 극한 미생물인 D. radiodurans의 TA system에 대한 연구를 추가적으로 수행하였음. • D. radiodurans에서 8개의 putative TA module들을 모두 클로닝 하였고, 이들의 특성을 확인한 결과, 5개의 functional TA module을 발굴하였음. 이들 중, D. radiodurans의 MazEF 시스템의 구조적 특징과 기능적 특성을 규명하였음. □ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) • 극지미생물 세포내 핵심 기능을 하는 TA system의 역할을 규명하여 이들이 어떻게 저온의 극한환경에서, translation, DNA replication, biofilm 형성, 약물 저항성 등을 조절하여 생존하는가에 대한 학문적 이해를 증진한다. • 각각의 TA system의 network에 대한 이해를 통해서 다양한 환경에서 세포가 성장 중지나 세포 사멸 통제에 대한 이해를 돕는다. • 참여연구원들은 생화학, 단백질학 및 분자생물학의 근간인 유전자발현 및 단백질 정제법, RNA 제어, recombinant DNA 기술을 습득하고, 후에 첨단 생물학에서 중요한 부분을 차지하는 위 학문분야에서 연구를 계속할 수 있는 연구역량을 높이는데 본 연구는 기여 한다. • 3세대 크리스퍼-카스 유전자 가위기술은 현재 DNA 수준에 국한되어 있다. 본 연구를 통해 신개념 유전자 가위(RNA 가위)기술을 획득할 수 있고, 또 다른 RNA 제어 기술인 RNAi와 리보자임과 더불어 생명공학적 이용이나 RNA 매개 질병 치료의 신시장을 개척 할 수 있다. • TA system의 상호작용 메커니즘을 저해하는 물질을 개발에 대한 연구로 새로운 target에 대한 세포 성장 중지, 세포 사멸을 기대할 수 있고, 산학연 공동연구를 통해 약학, 제약 산업화에 활용될 수 있다. 기존의 항생제와의 차별화를 통해 새로운 항생제 시장을 개척할 수 있으리라 기대한다. (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
