초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구는 단일분자 기술을 이용하여 DNA 복제 또는 재조합 시 발생하는 DNA 염기쌍 오류 복구메커니즘을 이해하고자 하였다. E. coli 박테리아와 인간 세포에서 정제된 오류복구 단백질 시스템을 이용하며 그 메커니즘의 모델을 제시하였으며, 더 나아가 세포환경에서 그 오류 복구 메커니즘을 연구할 수 있는 단일분자기술을 개발 적용하여 DNA 복제와 복구의 상호작용을 실제 세포환경을 통하여 이해하고자 하였다. 이를 통해 실제 세포환경과 같은 복잡한 환경에서 생체분자의 거동을 이해하기 위한 생물물리학적 접근

연구의 목적 및 내용
본 연구는 단일분자 기술을 이용하여 DNA 복제 또는 재조합 시 발생하는 DNA 염기쌍 오류 복구메커니즘을 이해하고자 하였다. E. coli 박테리아와 인간 세포에서 정제된 오류복구 단백질 시스템을 이용하며 그 메커니즘의 모델을 제시하였으며, 더 나아가 세포환경에서 그 오류 복구 메커니즘을 연구할 수 있는 단일분자기술을 개발 적용하여 DNA 복제와 복구의 상호작용을 실제 세포환경을 통하여 이해하고자 하였다. 이를 통해 실제 세포환경과 같은 복잡한 환경에서 생체분자의 거동을 이해하기 위한 생물물리학적 접근 방법을 확립하였다.

연구결과
▷ MutS의 신호전달 메커니즘 규명: MutS 단백질의 오류 염기쌍 인식 신호 전달 메커니즘을 single particle tracking과 single-molcule FRET의 결합, single-molecule polarization 등의 독창적인 단일분자 연구 방법을 개발하여, MutS의 target 인식과 신호전달 메커니즘 규명.
▷ E. coli MutS/MutL 복합체에 의한 신호전달 메커니즘 규명: MutS의 신호전달 동역학이 MutL의 결합으로 변함을 규명. 기존의 패러다임을 바꾸는 연구결과.
▷ MutS 또는 MutS/MutL 복합체와 DNA 복제 단백질과의 상호작용: DNA 복제 단백질인 beta-clamp와 MutS와의 상호작용을 실시간 이미징. Beta-clamp가 MutS를 안정화시켜 오류 염기쌍을 인식시킨 후 신호전달 모드의 MutS로부터 beta-clamp 분리.

DNA 복제와 DNA 오류 염기쌍 복구 사이의 상호작용 메커니즘을 이해하는 단서 제공.
▷ 사람 세포에서 오류 염기쌍 제거 메커니즘: 사람 세포 DNA 염기쌍 오류 복구 단백질 복합체의 단일분자 이미징. 사람 세포에서 일어나는 오류 염기쌍 제거 메커니즘 규명
▷ cell-free 환경에서 DNA 오류 염기쌍 제거 이미징: 자궁경부암 세포인 HeLa과, MSH 단백질이 발현되지 않은 LoVo 세포, MLH1이 발현되지 않은 Hek293T 세포에서 추출된 세포핵 단백질과 형광 레이블된 MSH, MLH/PMS, RPA과 함께 오류 염기쌍 제거를 실시간 관찰할 수 있는 플랫폼을 개발.

연구결과의 활용계획
▷ DNA 복제 오류 복구 시스템의 손상은 유전성 비폴리포스 대장암(HNPCC) 또는 유전성 대장암 (hereditary colon cancer)을 유발하여 결장암으로 발전하는데 이러한 암세포의 특성은 유전체의 돌연변이등으로 인한 이질성에 있어 본 연구과제에서 규명한 DNA 오류 염기쌍 제거 메커니즘을 바탕으로 암환자 세포 조직의 DNA 오류 염기쌍 복구 기능 여부를 판단할 수 있는 단일세포 분석 기술 개발에 활용: 단백질 기능 분석
▷ 개발된 단일분자 기술은 다른 종류의 DNA 복구 (NER, BER 등) 메커니즘을 규명할 수 있는 플랫폼으로 활용

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose&contents
We aimed to reveal the mechanism of DNA mismatch repair and how the mismatch repair synchronizes with DNA replication processes in the cell environment using single molecule techniques. Using E. coli as a model system to understand the molecular mechanism of the DNA metabolism, w

Purpose&contents
We aimed to reveal the mechanism of DNA mismatch repair and how the mismatch repair synchronizes with DNA replication processes in the cell environment using single molecule techniques. Using E. coli as a model system to understand the molecular mechanism of the DNA metabolism, we developed novel single molecule assays that can enable us to observe the enzymatic activities of DNA mismatch repair in a cell environment at the single-molecule level. We also established a principle of biological physics to describe the molecular dynamics in a crowded environment of live cells.

Result
▷ MutS mismatch finding signaling: Using single particle tracking combined with FRET and single-molecule polarization, we revealed the mechanism of how MutS transfer the mismatch finding to the downstream proteins
▷ The mechanism of the signaling by E. coli MutS/MutL complex: MutL bound to MutS alters the diffusion mechanics of MutS that transfers the mismatch finding to the downstream site.
▷ The interaction of beta-clamp with MutS: DNA polymerase processivity factor beta-clamp recruits and stabilizes MutS that searches a mismatch. ATP bound to MutS bound to beta-clamp at the mismatch dissocates beta-clamp from MutS.

This observation provides a clue of understanding the interaction between DNA replicaton and DNA mismatch repair.
▷ Dynamics of the mismatch removal during Human DNA mismatch repair: We revealed the mechanism of the mismatch removal by DNA mismatch repair proteins complex in human cells using a novel single-molecule technique, flow-stretch bead assay.
▷ The mismatch removal mechanism in a cell-free system: We developed a platform to observe DNA mismatch removal in real time in a cell-free system.

Expected Contribution
▷ Understanding of the mechanisms and functions of DNA repair will provide us a better insight into human repair system. Such a complete understanding of the molecular mechanism will ultimately contribute us to diagnose and cure cancers and a number of genetic diseases caused by DNA mismatch: a platform of analyzing protein functions at the single-cell level
▷ The development and application of the single-molecule tools will open a new window on the various molecular transactions involved in the biological questions and will greatly improve our understanding of the molecular mechanisms in living cells such as DNA repair.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 2연구계획 요약문 ... 3연구결과 요약문 ... 4 한글요약문 ... 4 SUMMARY ... 5연구내용 및 결과 ... 6 1. 연구개발과제의 개요 ... 6 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 8 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 20 5. 연구결과의 활용계획 ... 23 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 24 7. 참고문헌 ... 24 8. 연구성과 ... 24 9. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 35 10. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 35 11. 기타사항 ... 37끝페이지 ... 37