초록 ▼

연구의 목적 및 내용
○ 다양한 Z-DNA 결합단백질들의 Z-DNA 및 Z-RNA에 대한 결합과정에 대한 NMR 연구를 수행하여 단백질에 의한 DNA 이중나선의 B-Z 구조전이와 RNA 이중나선의 A-Z 구조전이 과정의 분자 메커니즘을 규명한다.
- ADAR1의 다양한 돌연변이 단백질의 DNA 결합능력과 B-Z 구조전이 활성에 대한 NMR 연구를 수행한다.
- Salt 농도 의존성을 가지는 PKZ 단백질의 B-Z 구조전이 기작을 규명하고 ADAR1 단백질과의 차이점을 분석한다.
- ADAR1 단백질의 Z-RNA

연구의 목적 및 내용
○ 다양한 Z-DNA 결합단백질들의 Z-DNA 및 Z-RNA에 대한 결합과정에 대한 NMR 연구를 수행하여 단백질에 의한 DNA 이중나선의 B-Z 구조전이와 RNA 이중나선의 A-Z 구조전이 과정의 분자 메커니즘을 규명한다.
- ADAR1의 다양한 돌연변이 단백질의 DNA 결합능력과 B-Z 구조전이 활성에 대한 NMR 연구를 수행한다.
- Salt 농도 의존성을 가지는 PKZ 단백질의 B-Z 구조전이 기작을 규명하고 ADAR1 단백질과의 차이점을 분석한다.
- ADAR1 단백질의 Z-RNA 결합능력 및 결합속도 연구를 통해 단백질에 의한 A-Z 구조전이 기작의 특이성을 이해한다.

연구결과
○ 다양한 돌연변이 ADAR1 단백질의 Z-DNA 결합 연구
- α3와 β-hairpin 영역에 도입된 돌연변이에 의한 단백질의 backbone 구조의 변화를 3D NMR을 통해 확인하였음
- 돌연변이 단백질의 Z-DNA 결합능력의 변화를 이미노와 15N-HSQC 스펙트럼으로 관찰하여 구조변화와의 상관관계를 확인하였음
○ PKZ 단백질의 Z-DNA 결합능력의 salt 농도 의존성 연구
- PKZ 단백질의 B-Z 구조전이 과정에서 중간단계 구조를 알 수 있는 새로운 실험방법을 제시하였고 이를 기반으로 B-Z 구조전이의 salt 의존성을 설명하였음
- NMR 실험을 통해 PKZ의 Z-DNA 결합과정의 dissociation 속도상수를 측정하여 비교, 분석하였음
- 단백질 결합으로 인한 Z-DNA의 염기쌍 안정성을 수소교환속도 측정으로 확인하였음
○ ADAR1 단백질의 Z-RNA 결합 기작 연구
- ADAR1 단백질의 Z-RNA 결합능력을 NMR을 통해 확인하였고 Z-DNA와의 구조적 차이를 확인하였음
- ADAR1 단백질은 Z-DNA에 비해 10배 느리게 dissociation 되는 것을 확인하였고 이는 ADAR1 단백질의 RNA editing 에 매우 중요한 역할을 담당함
- NMR 동력학 연구를 통해 RNA 이중나선의 A-Z 구조전이 기작을 규명하였음
○ DNA, RNA, 단백질의 동력학적 특성연구
- 다양한 miRNA156a 의 염기쌍 안정성 연구를 통해 miRNA 생합성과정 기작을 설명하였음
- 동결방지 단백질의 온도 의존성을 설명할 수 있는 단백질 동력학 연구를 수행하였음

연구결과의 활용계획
- Z-DNA 결합단백질들에 의한 DNA의 B-Z 구조전이 및 RNA의 A-Z 구조전이 메커니즘 규명 결과는 생명체의 선천면역 과정, RNA 편집과정 및 바이러스의 감염 기작을 이해하는 데 중요한 자료를 제공함
- 본 연구를 통해 확인된 DNA와 단백질의 상호작용 연구방법은 생명체의 선천면역, repair, 전사조절 단계의 중요한 연구방법으로 활용될 수 있음
- 단백질의 온도 의존성, salt 농도 의존성은 새로운 고활성 단백질 개발을 위한 중요한 자료로 활용될 수 있음

(출처 : 한글요약문 5p)

Abstract ▼

Purpose& contents
○ In order to understand the molecular mechanism of B-Z transition of DNA and A-Z transition of RNA induced by Z-DNA binding proteins, we have performed the following experiments:
- Comparison of DNA binding affinities and B-Z transition activities of various mutants ADAR1 wi

Purpose& contents
○ In order to understand the molecular mechanism of B-Z transition of DNA and A-Z transition of RNA induced by Z-DNA binding proteins, we have performed the following experiments:
- Comparison of DNA binding affinities and B-Z transition activities of various mutants ADAR1 with wild-type protein,
- Salt dependency of the B-Z transition pathway of DNA duplex induced by gold fish PKZ,
- Measurement of Z-RNA binding affinity and association/dissociation rates of ADAR1

Result
○ Study on the Z-DNA binding affinities of mutants ADAR1
- 3D NMR studies found that mutants ADAR1 on the α3 helix and β-hairpin induced the backbone structural distortion.
- Our finding suggested that theecreased Z-DNA binding affinities of mutants ADAR1 might be related to the structural distortion of α-helical hydrophobic core.
○ Study on the salt-dependency of Z-DNA binding affinity of PKZ
- We found the structural information about the intermediated structure during B-Z transition induced by PKZ under high salt condition using novel NMR approach.
- We first determined the dissociation/association rates of PKZ to Z-DNA by NMR and also monitored the changes in hydogen exchange rates of imino protons in Z-DNA.
○ Study on the A-Z transition pathway of ADAR1
- We confirmed the high bining affinity of ADAR1 to Z-RNA and compared the structural differences of Z-RNA protein complex with Z-DNA.
- We found that Z-RNA is dissociated 10-times more slowly from ADAR1 complex compared to Z-DNA, which plays very important roles in RNA editing.
○ Dynamics study of DNA, RNA, and proteins
- We performed the base-pair opening dynamics on the wild-type and various mutants primary miRNA156a to explain the molecular mechanism of the biogenesis of miRNA156a.
- We performed the backbone dynamics study of anitfreeze protein (AFP) and its human analgoue AFL at various temperature to understand the cryophillic property of AFP.

Expected Contribution
- The mechanistic studies on the B-Z and A-Z transition induced by Z-DNA binding proteins provide insight into the innate immune system and RNA editing as well as virus infection.
- Our NMR approach to study DNA-protein interaction could be widely used to reveal target DNA recognition of proteins in the innate immune system, repair, and transcription reculation.
- Dynamics study on the temepertature- and salt-dependencies of proteins provides the information to develop novel proteins with high affinities.

(출처 : SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 3연구계획 요약문 ... 4연구결과 요약문 ... 5 한글요약문 ... 5 SUMMARY ... 6연구내용 및 결과 ... 7 1. 연구개발과제의 개요 ... 7 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 55 5. 연구결과의 활용계획 ... 58 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 60 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 62 8. 참고문헌 ... 63 9. 연구성과 ... 69 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설.장비 현황 ... 80 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 80 12. 기타사항 ... 81별첨1 대표연구성과 ... 82별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 94끝페이지 ... 100