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세균이 스트레스 상황에서 살아남기 위해서 이용하는 ppGpp 분자의 복합체 결정 구조
New crystal structures reveal mysterious mechanism of gene regulation by the 'magic spot'

해외과학기술동향

2018-02-24


 유전자 전사 기계의 3D 구조를 연구하는데 혁신적인 결정화 기술을 이용해서, 연구자들이 오랫 동안 논란이 되었던 ‘magic spot (스트레스를 받을 때, 대장균과 많은 다른 세균에서 유전자 발현을 조절하는 분자)’의 작용에 대해서 새로운 사실을 알아냈다. 그 연구는 세균이 불리한 조건에서 어떻게 적응하고 살아남는지에 대한 기초적인 이해를 돕고 새로운 항생제를 찾는데 표적이 될 수 있는 중요한 과정에 대한 실마리를 제공한다.

세균이 먹이 부족과 같은 스트레스를 받으면 유전자 발현을 개조한다. 1969년에  Michael Cashel는 대장균이 주요 영양소에 굶주렸을 때 세로운 분자가 나타나는 것을 발견하고, 이것을 ‘magic spot’이라고 불렀다. 나중에 이 분자가 ppGpp(guanosine tetraphosphate)라는 것이 밝혀졌는데, 이것은 게놈의 ATCG 알파벳에서 G 뉴클레오티드의 변형된 유사체이다. 기아나 다른 스트레스에 뒤따르는 그 분자의 출현은 500개 이상의 유전자의 발현에서의 변화와 연관되는데, 이 대부분이 단백질 합성을 담당하는 효소인 리보좀(ribosome)의 구성요소인 RNA를 위한 유전자이다. ppGpp 분자는 대장균의 RNA 중합효소와 상호작용하지만, 이 상호작용이 정확히 어떻게 유전자 발현을 제어하는지는 알려지지 않았다.

새로운 X-선 결정 구조가 처음으로 ppGpp와 다른 중요한 요인인 DksA와 복합체를 이룬 대장균 RNA 중합효소의 삼차원적인 구조를 보임으로써, 이 과정에 대한 실마리를 제공하고 있다. 그 연구자들은 독립적으로 결정화된 RNA 중합효소에 DksA와 ppGpp 분자들을 추가함으로써 복합체 결정을 얻었다.  ppGpp가 RNA 중합효소와 DksA의 복합체에 결합하면서 그 둘 사이의 상호작용을 바꿨다. 연구자들은 세균이 스트레스에 반응할 수 있도록 ppGpp가 전사를 바꾸는 방식을 설명하는데 이 변화가 중요할 것이라고 생각한다.

세균에서 RNA 중합효소는 모든 유전자의 발현을 조절하지만, ppGpp의 존재에 반응해서 일부 유전자의 발현 수준은 낮아지고, 많은 유전자는 영향을 받지 않지만, 또 일부눈 높아진다. 이 변화 덕분에 세균은 스트레스로부터 더 잘 살아남도록 그 조성을 바꿀 수 있다. 그 다른 반응은 개별 유전자의 프로모터(promotors, 발현을 개시하는 유전자의 시작부위에 가까운 DNA 서열)에서의 차이 때문으로 추정된다.

ppGpp가 어떻게 작용하는지 이해한다면 그 기능을 교란시키는 방법을 찾고 새로운 항생제를 개발할 수 있을 것이다.

  • 관련연구자

    Sarah Ades

  • 관련기관

    Penn State

  • 과학기술분류

    화학, 생명과학

  • 본문키워드(한글)

    유전자 발현, RNA 중합효소, 대장균, 스트레스, x-선 결정학,

  • 본문키워드(영문)

    magic spot, ppGpp, DksA, RNA polymerase, stress, guanosine tetraphosphate, X-ray crystal structures,

  • 원문언어

    영어

  • 국가

    미국

  • 원문출판일

    2018-02-22

  • 출처

    https://www.sciencedaily.com/releases/2018/02/180222162114.htm