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[국내논문] 대장균 세포 내 다양한 외부 스트레스에 대한 DPS 단백질의 생리적 기능
Physiological Function of a DNA-Binding Protein from Starved Cells in Combating Diverse External Stresses in Escherichia coli 원문보기

생명과학회지 = Journal of life science, v.23 no.4 = no.156, 2013년, pp.479 - 486  

이주형 (경상대학교 사범대학 부설고등학교) ,  정수진 (경상대학교 사범대학 부설고등학교) ,  오훈택 (경상대학교 응용생명과학부) ,  김외연 (경상대학교 응용생명과학부) ,  정영준 (경상대학교 응용생명과학부)

초록
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대장균에서 DNA 결합 단백질로 확인된 DNA-binding Protein from Staved cells (DSP)는 DNA를 보호하는 중요한 기능을 한다는 것을 보여주었다. 이 연구의 목표는 야생형 대장균과 dps 유전자 결손 대장균(${\Delta}dps$ E.coli)의 특성 비교를 통해 여러 종류의 스트레스에 대해 대장균에서 DPS의 기능적 역할을 설명하는 것이다. 다양한 스트레스 상태에서 자외선 흡광도계(UV-spectrophotometer)를 이용하여 야생형 대장균과 dps 유전자 결손 대장균의 세포성장을 측정하였으며, 각각의 대장균 세포 성장 속도를 비교함으로써 우리는 대장균에 존재하는 DPS 단백질의 기능적 역할을 확인하였다. 야생형 대장균에 비해 dps 유전자 결손 대장균은 영양분 결핍, 산성화, 열충격, 다양한 활성산소종 스트레스들에 민감한 현상을 나타내었으며, 이것은 DPS가 다양한 극단적인 스트레스에 중요한 기능을 한다는 것을 제안하였다. 결론적으로 대장균의 DPS는 다양한 환경적인 스트레스로부터 DNA와 강하게 결합하여 유지함으로써 세포를 보호하고 세포성장에 결정적인 기능을 한다는 것을 증명하였다.

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The DNA-binding protein from starved cells (DPS), originally identified as a DNA binding protein in Escherichia coli, is known to play an important role in DNA protection. The aim of this study was to evaluate the functional roles of DPS in E. coli against various kinds of external stresses by compa...

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문제 정의

  • 이러한 DPS의 구조적 특성이나 DNA와의 결합형태, 그리고 DPS와 DNA와의 결합에 작용하는 화학구조나 잔기 등의 형태적 특성과는 달리, DPS 단백질의 생체 내 역할과 특히 외부의 환경적 스트레스가 왔을 때 이 단백질이 어떠한 기능을 수행하는지에 대한 연구는 거의 이루어지지 않은 상태이다. 따라서, 본 연구에서는 다양한 외부의 환경적 스트레스에 대하여 DPS 단백질의 생체 내 기능이 무엇인지, 그리고 대장균의 생육에 DPS 단백질이 어떠한 역할을 수행하는 지에 대한 연구를 수행하였다. 이러한 연구를 위하여 DPS 단백질을 코딩하는 dps 유전자를 대장균에서 제거한 돌연변이 대장균을 제조하고 이 변이 대장균의 특성을 정상적인 대장균(wild type E.
  • 따라서, 본 연구에서는 다양한 외부의 환경적 스트레스에 대하여 DPS 단백질의 생체 내 기능이 무엇인지, 그리고 대장균의 생육에 DPS 단백질이 어떠한 역할을 수행하는 지에 대한 연구를 수행하였다. 이러한 연구를 위하여 DPS 단백질을 코딩하는 dps 유전자를 대장균에서 제거한 돌연변이 대장균을 제조하고 이 변이 대장균의 특성을 정상적인 대장균(wild type E. coli)과 비교하며 생육 및 성장속도 등을 관찰하여 보았다. 이러한 실험을 통하여 대장균에 존재하는 DPS는 산화적인 스트레스, 높은 압력, 자외선과 감마선 노출, 과도한 금속성 물질에 대한 노출 등과 같은 다양한 스트레스에 대하여 강력한 보호기능을 수행함을 관찰함으로서, 하등생명체의 유전물질인 DNA 물질보호는 대장균의 생육과 보존에 결정적인 역할을 수행함을 알 수 있었다.
  • coli 세포를 각각 500 μl 접종하고 45℃로 예열된 수조에서 배양하며 광학분광계를 사용하여 600 nm에서의 세포 흡광도를 측정하였다. 본 실험을 통하여 열 충격에 대한 대장균의 생육에 있어서 DPS 단백질의 유무가 나타내는 영향을 관찰할 수 있었다.
  • 대장균 세포 내에서 유전물질인 DNA와 결합하는 DPS 단백질의 생체 내 기능을 규명하고자 하였다. 이 단백질을 코딩하는 유전자를 여러 종의 bacteria에서 Clustal W 소프트웨어를 이용하여 조사해 본 결과, Fig.
  • 대장균 세포 내에서 DNA와 결합하여 DNA-DPS 결합형태를 유지하는 DPS 단백질이 대장균의 생육에 미치는 영향을 관찰하여 보았다. 이 실험을 수행하기 위하여 야생형 대장균과 dps 유전자의 결손이 확인된 △dps 대장균 균주를 사용하였다.
  • 특히 환경스트레스에서 세포 보호에 연관되어 DPS 단백질이 중요한 기능을 수행한다는 사실[2, 14, 22, 28]과 대장균 생장의 증식기 동안에 세포를 보호하는 기능을 수행한다는 사실도 보고되었다[19]. 따라서 이러한 외부의 환경적 스트레스에 대한 DPS 단백질의 기능에 대한 보고들을 바탕으로, 본 실험에서는 생체 내산화스트레스를 유발하는 활성산소종의 일종인 과산화수소를 배지에 첨가한 다음, 야생형 대장균과 △dps E.coli 돌연변이 균주를 배양하며 세포 내 DPS단백질의 기능을 관찰하여 보았다. 과산화수소를 처리한 후 대장균 세포의 생장속도와 생장률을 측정하였다.
  • 즉 과도한 양의 철은 산소의 존재 하에 Fenton 반응(Fenton reaction: Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH- + OH)을 거쳐 생물체의 생육에 매우 해로운 hydroxyl radical 생산을 유발하게 된다. 따라서, 대장균의 생육과정에서 DPS 단백질의 존재 유무가 Fenton 반응에 의한 산화스트레스에 대한 저항성을 가질 수 있는지를 실험하여 보았다(Fig. 5). 야생형 대장균과 △dps E.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
대장균에 존재하는 DPS는 몇 개의 아미노산으로 구성되었으며, 분자량은 얼마인가? 대장균에 존재하는 DPS는 167개의 아미노산으로 구성되어 있으며 19 kDal의 분자량을 가진다고 보고되었다. DPS는 DNA 결합단백질로서 DNA의 특정한 서열을 구별하지 않고 유전물질과 결합함으로서 매우 안정한 형태의 DNA-단백질 복합체를 형성한다.
DPS의 구조는? 대장균 내 유전물질인 DNA가 DPS와 복합체를 형성하면 유전자 절단효소(DNase)에 대한 저항성을 가지게 된다[1]. DPS의 구조는 지름 ~45 Å 인 Hole을 중심으로 12개의 동일한 subunit가 4면 대칭으로 조립된 shell-like structure를 가지고 있다는 사실이 보고되었다[10]. DPS 단위체(subunit)는 기본적으로 4개의 나선형 입체 구조를 가지고 있고, 이 나선형 구조는 αⅠ, αⅡ, αⅣ, αⅤ로 구성된다.
진핵생물의 histone 단백질은 어떻게 DNA를 보호합니까? 대표적인 예로 진핵 생물은 histone 단백질을 가지고 있는데 이 histone 단백질은 작고, 염기성 성질을 가진다[20]. 이 단백질은 산성 성질을 가지는 DNA와 강하게 결합함으로써 DNA를 nucleosome 형태로 압축하고 nucleus 안에서 외부 스트레스에 대한 보호기능을 수행한다. bacteria는 진핵 세포와 달리 핵이 없으며 DNA가 세포질에 분포하고 있으나 histone 비슷한 특성을 가진 histone 유사 단백질을 여러 종류 가지고 있다.
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참고문헌 (29)

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