초록 ▼

연구의 목적 및 내용
항생제의 효능을 높이고, 내성을 억제하기 위해서는 항생제가 유발하는 생리적 변화의 양상과 기작을 명확히 규명할 필요가 있다. 방선균은 항생제를 생산하는 대표적 균주로 항생제에 대해 다양한 내성기작을 갖추고 있으므로, 본 연구실은 이를 모델균주로 사용하여 항생제가 유도하는 생리적 변화와 내재적 내성 (intrinsic resistance)이 유도되는 기작을 연구하였다.

연구결과
지난 3년간의 연구를 통해 밝혀진 핵심 발견은 아래와 같다.
1) 다양한 번역저해 항생제들에 의해 RNA중합

연구의 목적 및 내용
항생제의 효능을 높이고, 내성을 억제하기 위해서는 항생제가 유발하는 생리적 변화의 양상과 기작을 명확히 규명할 필요가 있다. 방선균은 항생제를 생산하는 대표적 균주로 항생제에 대해 다양한 내성기작을 갖추고 있으므로, 본 연구실은 이를 모델균주로 사용하여 항생제가 유도하는 생리적 변화와 내재적 내성 (intrinsic resistance)이 유도되는 기작을 연구하였다.

연구결과
지난 3년간의 연구를 통해 밝혀진 핵심 발견은 아래와 같다.
1) 다양한 번역저해 항생제들에 의해 RNA중합효소 시그마인자인 SigR의 합성이 유도되어 항생제 내성을 부여함.
2) 항생제에 의한 SigR의 합성 증가는 상위조절자인 WblC 때문이며, 산화적 스트레스 때문이 아님. 저농도 항생제의 처리가 ROS나 oxidative stress를 유발하지는 않았음.
WblC는 sigR 유전자의 p1 프로모터 상위에 있는 AT-rich WblC binding site에 결합하여 직접적으로 sigR 전사를 유도함.
3) 다른 방선균인 결핵균 (Mycobacterium tuberculosis)에도 WblC의 ortholog인 WhiB7를 통해서 SigR ortholog를 유도하는 유사한 조절경로가 존재함을 확인.
4) 번역을 저해하는 다양한 항생제들을 처리하면, 공통적으로 전사인자 WblC의 합성이 큰 폭으로 증가함.
wblC 유전자의 전사개시점을 분석하여 프로모터 바로 위에 WblC binding site 존재를 확인함 (positive autoregulation 시사).
WblC mRNA의 긴 5‘UTR을 통한 조절기작의 존재가능성 발견; 작은 upstream ORF와 rho-independent terminator (RIT)서열이 존재함.
5) 거의 모든 방선균의 wblC 유전자 upstream에 동일한 feature (uORF와 RIT)가 존재하는 것을 확인함.
wblC유전자 주위의 gene synteny도 보존되어 있음.
6) WblC의 직접적인 target유전자 후보가 210개 이상 존재함; RNAseq 전사체 분석과 WblC binding site의 존재 유무 확인.
7) WblC는 아미노산 고갈에 의해서도 유도되며 이는 ppGpp 유무와 상관없이 일어남.

연구결과의 활용계획
이상의 연구 결과를 바탕으로 왜, 어떻게 번역저해 항생제들은 세포에 내재적 내성을 일으키는지에 대한 후속 연구를 진행한다. 항생제와 아미노산고갈은 어떤 기작으로 wblC 유전자의 발현을 증가시키고 WblC 단백질의 활성은 어떻게 조절되는지 확인하고, WblC target유전자들이 방선균과 결핵균에서 항생제 내성에 기여하는 역할은 무엇인지 밝힌다. 이러한 연구 결과는 결핵균 등 병원성 세균에서 항생제 감수성을 증가시킬 수 있는 새로운 방법을 모색하는 것과 신약 개발의 표적물질을 찾는 데 활용 될 수 있다.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose&contents
To increase the efficacy of antibiotics and to inhibit resistance, it is necessary to clarify the pattern and mechanism of the physiological changes induced by antibiotics. Because actinomycetes are antibiotic-producing strains and have various resistance mechanisms against antib

Purpose&contents
To increase the efficacy of antibiotics and to inhibit resistance, it is necessary to clarify the pattern and mechanism of the physiological changes induced by antibiotics. Because actinomycetes are antibiotic-producing strains and have various resistance mechanisms against antibiotics, our laboratory has used this as a model strain to study the mechanism by which antibiotic-induced physiological changes and intrinsic resistance are induced.

Result
The key discoveries found over the last three years are as follows.
1) Various translation inhibiting antibiotics induce the synthesis of SigR, the RNA polymerase sigma factor, and confer antibiotic resistance.
2) The increased synthesis of SigR by antibiotics is due to WblC, the upper regulator, not due to oxidative stress.
Treatment with low-dose antibiotics did not induce ROS or oxidative stress.
WblC binds directly to the AT-rich WblC binding site upstream of the p1 promoter of the sigR gene and directly induces sigR transcription.
3) A similar regulatory pathway inducing SigR ortholog through WhbB7, an ortholog of WblC, was also found in Mycobacterium tuberculosis.
4) When the various antibiotics that inhibit translation are treated, the synthesis of the transcription factor WblC is greatly increased.
Analysis of the transcription start site of the wblC gene confirmed the presence of the WblC binding site immediately above the promoter (positive autoregulation).
The possibility of the presence of a regulatory mechanism through long 5'UTR of wblC mRNA; There is a small upstream ORF and a rho-independent terminator (RIT).
5) The presence of the same feature (uORF and RIT) in the wblC gene upstream of almost all actinomycetes.
The gene synteny around the wblC gene is also conserved.
6) More than 210 target gene candidates for WblC are present in S. coelicolor; RNAseq transcriptome analysis and confirmation of the presence of WblC binding site.
7) WblC is also induced by amino acid depletion regardless of ppGpp.

Expected Contribution
Based on the results of the above studies, we conduct a follow-up study on how translation-inhibiting antibiotics cause intrinsic resistance to cells. The mechanisms how antibiotic and amino acid depletion increase expression of wblC gene, how WblC protein activity is regulated, and what role of WblC target genes contribute to antibiotic resistance in actinomycetes and Mycobacterium tuberculosis will be identified. These results can be used to find new ways to increase antibiotic susceptibility in pathogenic bacteria such as Mycobacterium tuberculosis and to find target molecules for new drug development.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 14
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 19
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 19
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 20
• 8. 참고문헌 ... 20
• 9. 연구성과 ... 22
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 29
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 29
• 12. 기타사항 ... 29
• 별첨1 대 표 연 구 실 적 ... 30
• 별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 48
• 끝페이지 ... 66