인간의 태초부터, 식물은 생명의 기본적인 유기체로 여겨져 왔다. 식물은 산소를 생산하고 음식을 제공한다. 지구 온난화로 인해 작물 생산량이 감소되고 있기 때문에 고등 식물에서 가뭄 스트레스 반응 기작에 대한 연구는 많은 연구자들 사이에서 중요하게 여겨진다. 이 외에도, 식물은 최근에 의약품과 건강보조식품 제조를 위한 농업 시스템으로 주목받고 있다. 식물은 효율성과 비용면에서 동물 세포를 이용한 분자 농업에 비해 큰 장점을 가지고 있다. 식물 특이적인 장점으로는 동물 병원체로부터의 안전성, 생산 중 ...
인간의 태초부터, 식물은 생명의 기본적인 유기체로 여겨져 왔다. 식물은 산소를 생산하고 음식을 제공한다. 지구 온난화로 인해 작물 생산량이 감소되고 있기 때문에 고등 식물에서 가뭄 스트레스 반응 기작에 대한 연구는 많은 연구자들 사이에서 중요하게 여겨진다. 이 외에도, 식물은 최근에 의약품과 건강보조식품 제조를 위한 농업 시스템으로 주목받고 있다. 식물은 효율성과 비용면에서 동물 세포를 이용한 분자 농업에 비해 큰 장점을 가지고 있다. 식물 특이적인 장점으로는 동물 병원체로부터의 안전성, 생산 중 무균 시스템이 필요하지 않다는 단순성, 유전자 변형 식물을 이용한 대량 재배의 가능성 등이 있다. 나는 석사학위 동안에 우산이끼에서 가뭄스트레스 반응 기작에 대한 연구와 담배를 이용한 분자 농업에 대한 연구를 진행하였다. 두 주제는 식물 연구분야에서 중요하게 여겨진다. 첫 번째 주제는 담배를 이용한 분자 농업에 대한 내용이다. 식물을 이용한 제약 생산은 안전성과 비용면에서 많은 장점을 가지고 있다. 그러나, 식물 특이적인 N-당화는 사람에게 알레르기 반응을 일으킬 수 있다. 우리는 식물 특이적인 N-당화를 제거하기 위해서 HDEL 을 붙이는 방법을 사용하였다. HDEL 이 달린 단백질은 소포체에 머무르며 골지체로 가지 못하기 때문에 식물 특이적인 당화과정이 일어나지 않는다. 우리는 항 PD-1 항체인 Nivolumab 을 담배의 잎에서 발현시켰다. Nivolumab 은 T-Cell 표면에 있는 PD-1 과 결합하여 PD-1 이 PD-L1 리간드와 결합하지 못하게 하며, 이러한 과정은 우리 몸의 면역력을 회복시킨다. 우리는 생산량과 결합정도를 비교하기 위해서 HDEL 이 달린 Nivolumab 과 달리지 않은 Nivolumab 을 제작하였다. HDEL 이 달린 Nivolumab 은 HDEL 이 달리지 않은 것 보다 낮은 생산량과 결합정도를 보였다. 그러나, PD-1 과의 결합 정도를 측정하는 ELISA 실험시, 동물 세포에서 생산된 CHO-nivolumab 보다 높은 결합정도를 보였다. 추가적으로, 식물에서 생산한 Nivolumab 이 제약품으로 사용될 수 있는지 알아보는 실험이 필요하지만, 우리의 연구를 통해 담배를 이용한 분자 농업의 효율적인 제약생산 가능성을 확인할 수 있었다 두 번째 주제는 우산이끼에서 가뭄 스트레스 시 유도되는 E3 ligase 에 대한 연구이다. 가장 널리 분포되어 있는 일반적인 우산이끼인 Marchantia polymorpha 는 진화 연구의 분자 유전학 분석을 위한 모델식물로 알려져 있다. 수생식물에서 육상식물로의 진화 동안 가뭄 스트레스에 대한 적응 과정을 이해하기 위해 우리는 우산이끼에 대한 연구를 진행하였다. 이전의 논문들에 따르면, 다양한 RING 그리고 U-box E3 유비퀴틴 접합효소의 기능은 건조 조건에서 양성 또는 음성 조절자로 알려져 있다. 이러한 결과들을 토대로, 우리는 우산이끼에서 가뭄 스트레스 저항성 또는 적응력과 관련된 RING/U-box E3 유비퀴틴 접합효소의 생물학적 기능에 대해 연구하고자 하였다. 우리는 RT-PCR 을 통해 가뭄 스트레스 시 유도되는 6 개의 RING 과 3 개의 U-box E3 유비퀴틴 접합효소 유전자를 선별하였다. 그 중에서, 우리는 두 개의 RING E3 유비퀴틴 접합효소 (Mp0059s0051 와 Mp0064s0081)에 대한 연구를 진행하였다. 유전자 변형 식물을 만들기 위해 우리는 우산이끼의 Thallus 를 이용해 효율적인 체외 조직 배양 기술을 설립하였다. 그리고 CRISPR/Cas9 시스템을 이용해 mp0059s0051 유전자 제거 식물체를 얻었다. 추가로, 우리는 Mp0064s0081 단백질의 유비퀴틴 실험을 진행하였고 담배 잎에서의 위치를 관찰하였다. 이후에는 건조 조건에서의 표현형 분석과 같은 실험이 필요하겠지만, 지금까지의 우리 연구를 통해서 추후 우산이끼 연구를 진행할 기반을 마련하였다.
인간의 태초부터, 식물은 생명의 기본적인 유기체로 여겨져 왔다. 식물은 산소를 생산하고 음식을 제공한다. 지구 온난화로 인해 작물 생산량이 감소되고 있기 때문에 고등 식물에서 가뭄 스트레스 반응 기작에 대한 연구는 많은 연구자들 사이에서 중요하게 여겨진다. 이 외에도, 식물은 최근에 의약품과 건강보조식품 제조를 위한 농업 시스템으로 주목받고 있다. 식물은 효율성과 비용면에서 동물 세포를 이용한 분자 농업에 비해 큰 장점을 가지고 있다. 식물 특이적인 장점으로는 동물 병원체로부터의 안전성, 생산 중 무균 시스템이 필요하지 않다는 단순성, 유전자 변형 식물을 이용한 대량 재배의 가능성 등이 있다. 나는 석사학위 동안에 우산이끼에서 가뭄스트레스 반응 기작에 대한 연구와 담배를 이용한 분자 농업에 대한 연구를 진행하였다. 두 주제는 식물 연구분야에서 중요하게 여겨진다. 첫 번째 주제는 담배를 이용한 분자 농업에 대한 내용이다. 식물을 이용한 제약 생산은 안전성과 비용면에서 많은 장점을 가지고 있다. 그러나, 식물 특이적인 N-당화는 사람에게 알레르기 반응을 일으킬 수 있다. 우리는 식물 특이적인 N-당화를 제거하기 위해서 HDEL 을 붙이는 방법을 사용하였다. HDEL 이 달린 단백질은 소포체에 머무르며 골지체로 가지 못하기 때문에 식물 특이적인 당화과정이 일어나지 않는다. 우리는 항 PD-1 항체인 Nivolumab 을 담배의 잎에서 발현시켰다. Nivolumab 은 T-Cell 표면에 있는 PD-1 과 결합하여 PD-1 이 PD-L1 리간드와 결합하지 못하게 하며, 이러한 과정은 우리 몸의 면역력을 회복시킨다. 우리는 생산량과 결합정도를 비교하기 위해서 HDEL 이 달린 Nivolumab 과 달리지 않은 Nivolumab 을 제작하였다. HDEL 이 달린 Nivolumab 은 HDEL 이 달리지 않은 것 보다 낮은 생산량과 결합정도를 보였다. 그러나, PD-1 과의 결합 정도를 측정하는 ELISA 실험시, 동물 세포에서 생산된 CHO-nivolumab 보다 높은 결합정도를 보였다. 추가적으로, 식물에서 생산한 Nivolumab 이 제약품으로 사용될 수 있는지 알아보는 실험이 필요하지만, 우리의 연구를 통해 담배를 이용한 분자 농업의 효율적인 제약생산 가능성을 확인할 수 있었다 두 번째 주제는 우산이끼에서 가뭄 스트레스 시 유도되는 E3 ligase 에 대한 연구이다. 가장 널리 분포되어 있는 일반적인 우산이끼인 Marchantia polymorpha 는 진화 연구의 분자 유전학 분석을 위한 모델식물로 알려져 있다. 수생식물에서 육상식물로의 진화 동안 가뭄 스트레스에 대한 적응 과정을 이해하기 위해 우리는 우산이끼에 대한 연구를 진행하였다. 이전의 논문들에 따르면, 다양한 RING 그리고 U-box E3 유비퀴틴 접합효소의 기능은 건조 조건에서 양성 또는 음성 조절자로 알려져 있다. 이러한 결과들을 토대로, 우리는 우산이끼에서 가뭄 스트레스 저항성 또는 적응력과 관련된 RING/U-box E3 유비퀴틴 접합효소의 생물학적 기능에 대해 연구하고자 하였다. 우리는 RT-PCR 을 통해 가뭄 스트레스 시 유도되는 6 개의 RING 과 3 개의 U-box E3 유비퀴틴 접합효소 유전자를 선별하였다. 그 중에서, 우리는 두 개의 RING E3 유비퀴틴 접합효소 (Mp0059s0051 와 Mp0064s0081)에 대한 연구를 진행하였다. 유전자 변형 식물을 만들기 위해 우리는 우산이끼의 Thallus 를 이용해 효율적인 체외 조직 배양 기술을 설립하였다. 그리고 CRISPR/Cas9 시스템을 이용해 mp0059s0051 유전자 제거 식물체를 얻었다. 추가로, 우리는 Mp0064s0081 단백질의 유비퀴틴 실험을 진행하였고 담배 잎에서의 위치를 관찰하였다. 이후에는 건조 조건에서의 표현형 분석과 같은 실험이 필요하겠지만, 지금까지의 우리 연구를 통해서 추후 우산이끼 연구를 진행할 기반을 마련하였다.
From the beginning of human being, plant has been considered as a fundamental organism of the life. Plants create oxygen in atmosphere and plants provide foods. Since plant is suffered by dehydration stress originated from the global warming which result in diminishing crop yields, drought stress re...
From the beginning of human being, plant has been considered as a fundamental organism of the life. Plants create oxygen in atmosphere and plants provide foods. Since plant is suffered by dehydration stress originated from the global warming which result in diminishing crop yields, drought stress response mechanism of higher plant has been considered as a significant research subject and studied by many research groups. In addition to being considered that plants are the principal of life and human food supply, plants are recently used as farming systems for pharmaceutical purposes and manufacturing health supplements. Plants have unique advantages, in the faces of efficiency and cost, over other systems such as mammalian cells for the production of valuable bio-molecules. The benefits cited most often include safety due to the absence of replicating human pathogens, simplicity because sterility is not required during production, scalability due to the potential for open-field cultivation with transgenic plants. I studied drought response mechanism of M. polymorpha and molecular farming using N. benthamiana during my master course which are considered as two significant subjects in the plant science field. Chapter one is consisted of Molecular farming using Nicotiana benthamiana. Pharmaceutical production using plants have many benefits like safety, and cost effect. However, there is a big problem that plant specific N-glycosylation causes an allergic reaction. Therefore, we used a method of removing plant specific N-glycosylation by tagging HDEL in this study. HDEL tagged protein retained in ER. So, HDEL tagging can prevent plant specific glycosylation because plant specific glycosylation occurs in Golgi. Here, we studied anti-PD-1 antibody, nivolumab expressed in Nicotiana benthamiana leaves. Nivolumab, combined with PD-1 on the surface of T-cell, has a mechanism of action that blocks the interaction with the PD-L1 ligand, which restores the antitumor immunity. we designed nivolumab with and without HDEL tagging, to compare its production yield and binding affinity. And we identified both types of antibodies were successfully incorporated into tobacco and assembled. nivolumab-HDEL showed low production yield and binding affinity than those of nivolumab-no HDEL. However, plant-nivolumab-HDEL showed more binding affinity than those of CHO-nivolumab using PD-1 protein-coated ELISA experiment. We should conduct a further study that plant-nivolumab can be used as pharmaceutical production. Nevertheless, our studies showed the possibility of producing effective pharmaceutical production of Molecular farming using Nicotiana benthamiana. Chapter two is composed of Marchantia polymorpha. M. polymorpha, the most widely distributed common liverwort, has emerged as a model plant for molecular genetic analysis of evolutionary research. To understand the evolutionary processes, from hydrophyte to terrestrial land plants, for the acquisition of drought stress resistance at the molecular level, we selected Marchantia polymorpha as a model system. According to the previous reports, the functions of many Arabidopsis Really Interesting New Gene (RING) and U-box E3 ubiquitin (Ub) ligases were unraveled as positive or negative regulators in drought stress responses, resulting in the mediation of stress tolerance under dehydration condition. Based on these results, we attempted to identify the possible biological functions of RING/U-box E3 Ub ligases in Marchantia related to the drought stress resistance or adaptability. We selected six RING and three U-box E3 Ub ligase genes, whose expressions were induced by drought, via RT-PCR experiment in Marchantia. In our studies, we researched about two RING E3 ubiquitin ligases (Mp0059s0051, Mp0064s0081). To generate the transgenic plants, we established in vitro tissue-culture conditions using the thallus of Marchantia polymorpha. As a result, we generated Mp0059s0051 and Mp0064s0081 overexpression lines. And we accomplished mp0059s0051 knockout lines using CRISPR/Cas9 system. Further on, we conducted the ubiquitination assay of Mp0064s0081 and observed the local. In the further study, we should conduct phenotype assay during treatment of drought stress in M. polymorpha. Nevertheless, our results afford the basis of molecular evolutionary studies in plants.
From the beginning of human being, plant has been considered as a fundamental organism of the life. Plants create oxygen in atmosphere and plants provide foods. Since plant is suffered by dehydration stress originated from the global warming which result in diminishing crop yields, drought stress response mechanism of higher plant has been considered as a significant research subject and studied by many research groups. In addition to being considered that plants are the principal of life and human food supply, plants are recently used as farming systems for pharmaceutical purposes and manufacturing health supplements. Plants have unique advantages, in the faces of efficiency and cost, over other systems such as mammalian cells for the production of valuable bio-molecules. The benefits cited most often include safety due to the absence of replicating human pathogens, simplicity because sterility is not required during production, scalability due to the potential for open-field cultivation with transgenic plants. I studied drought response mechanism of M. polymorpha and molecular farming using N. benthamiana during my master course which are considered as two significant subjects in the plant science field. Chapter one is consisted of Molecular farming using Nicotiana benthamiana. Pharmaceutical production using plants have many benefits like safety, and cost effect. However, there is a big problem that plant specific N-glycosylation causes an allergic reaction. Therefore, we used a method of removing plant specific N-glycosylation by tagging HDEL in this study. HDEL tagged protein retained in ER. So, HDEL tagging can prevent plant specific glycosylation because plant specific glycosylation occurs in Golgi. Here, we studied anti-PD-1 antibody, nivolumab expressed in Nicotiana benthamiana leaves. Nivolumab, combined with PD-1 on the surface of T-cell, has a mechanism of action that blocks the interaction with the PD-L1 ligand, which restores the antitumor immunity. we designed nivolumab with and without HDEL tagging, to compare its production yield and binding affinity. And we identified both types of antibodies were successfully incorporated into tobacco and assembled. nivolumab-HDEL showed low production yield and binding affinity than those of nivolumab-no HDEL. However, plant-nivolumab-HDEL showed more binding affinity than those of CHO-nivolumab using PD-1 protein-coated ELISA experiment. We should conduct a further study that plant-nivolumab can be used as pharmaceutical production. Nevertheless, our studies showed the possibility of producing effective pharmaceutical production of Molecular farming using Nicotiana benthamiana. Chapter two is composed of Marchantia polymorpha. M. polymorpha, the most widely distributed common liverwort, has emerged as a model plant for molecular genetic analysis of evolutionary research. To understand the evolutionary processes, from hydrophyte to terrestrial land plants, for the acquisition of drought stress resistance at the molecular level, we selected Marchantia polymorpha as a model system. According to the previous reports, the functions of many Arabidopsis Really Interesting New Gene (RING) and U-box E3 ubiquitin (Ub) ligases were unraveled as positive or negative regulators in drought stress responses, resulting in the mediation of stress tolerance under dehydration condition. Based on these results, we attempted to identify the possible biological functions of RING/U-box E3 Ub ligases in Marchantia related to the drought stress resistance or adaptability. We selected six RING and three U-box E3 Ub ligase genes, whose expressions were induced by drought, via RT-PCR experiment in Marchantia. In our studies, we researched about two RING E3 ubiquitin ligases (Mp0059s0051, Mp0064s0081). To generate the transgenic plants, we established in vitro tissue-culture conditions using the thallus of Marchantia polymorpha. As a result, we generated Mp0059s0051 and Mp0064s0081 overexpression lines. And we accomplished mp0059s0051 knockout lines using CRISPR/Cas9 system. Further on, we conducted the ubiquitination assay of Mp0064s0081 and observed the local. In the further study, we should conduct phenotype assay during treatment of drought stress in M. polymorpha. Nevertheless, our results afford the basis of molecular evolutionary studies in plants.
주제어
#Molecular farming Marchantia polymorpha Drought stress response RING E3 ubiquitin ligases CRISPR/Cas9 system 분자농업 Nivolumab 우산이끼 건조스트레스 RING E3 유비퀴틴 접합효소 CRISPR/Cas9 시스템
학위논문 정보
저자
이승은
학위수여기관
Graduate School, Yonsei University
학위구분
국내석사
학과
Department of Systems Biology
지도교수
Woo Taek Kim
발행연도
2021
총페이지
ix, 42장
키워드
Molecular farming Marchantia polymorpha Drought stress response RING E3 ubiquitin ligases CRISPR/Cas9 system 분자농업 Nivolumab 우산이끼 건조스트레스 RING E3 유비퀴틴 접합효소 CRISPR/Cas9 시스템
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