초록 ▼

□ 연구개요
세포 소기관 단백질들은 소기관의 기능을 결정짓는 핵심요인이다. 따라서 소기관의 단백질체 biogenesis에 대한 이해는 plant의 생명현상을 규명하는데 핵심적인 연구라 할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 엽록체, ER, 미토콘드리아와 같이 세포질에서 단백질의 targeting 과정과 ER에서 trafficking을 통해서 이동하는 과정을 규명함으로써 소기관의 단백질 biogenesis에 대한 전반적인 이해를 얻고자 하였다. Cargo protein들의 signal sequence의 분석과 이들 targeting

□ 연구개요
세포 소기관 단백질들은 소기관의 기능을 결정짓는 핵심요인이다. 따라서 소기관의 단백질체 biogenesis에 대한 이해는 plant의 생명현상을 규명하는데 핵심적인 연구라 할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 엽록체, ER, 미토콘드리아와 같이 세포질에서 단백질의 targeting 과정과 ER에서 trafficking을 통해서 이동하는 과정을 규명함으로써 소기관의 단백질 biogenesis에 대한 전반적인 이해를 얻고자 하였다. Cargo protein들의 signal sequence의 분석과 이들 targeting signal을 인식하는 targeting factor들의 동정을 통해서 소기관으로의 단백질 이동 과정을 규명하고자 하였다. 따라서 1) 미트콘드리아와 엽록체 단백질의 targeting signal의 specificity 결정 기작을 규명하고자 하였으며, 2) targeting signal을 인식하는 targeting factor 동정하고자 하였으며, 3) ER과 mitochondria로 dual targeting 기작을 규명하고, 4) ER to vacuole의 novel trafficking factor의 동정 후, 작용기작을 규명하고자 하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1) 미토콘드리아와 엽록체 단백질의 targeting signal을 분석: 엽록체 단백질의 transit peptide와 미토콘드리아의 presequence를 비교 분석한 결과 presequence의 N-terminal region에 multiple arginine 잔기와 짧은 hydrophobic region이 미트콘드리아로의 targeting specificity를 결정짓는다는 것을 밝혔으며, C-terminal region은 transit peptide와 공유하고 있다는 것을 밝혔다. 외막 단백질의 경우, mitochondrial protein들은 CPR에 덧붙여서 N-terminal lysine/arginine residue, TMD의 C-terminal region에 aromatic residue를 갖는 것으로 확인되었다.
2)미토콘드리아로의 targeting factor 동정: Mitochondria와 엽록체로 dual import되는 SufE1의 signal sequence를 이용하여 mitochondria import factor를 동정하였다. Metaxin이 없는 식물에서는 mitochondria로의 import이 전혀 일어나지 않았으며, SufE1이 metaxin과 interaction 하였다. 이를 통해서 metaxin이 mitochondria로의 단백질 이동의 중요한 import factor임을 확인하였다.
3) ER과 mitochondria로 dual targeting 기작 규명: CBR1이라는 단백질이 ER과 mitochondria로 dual targeting 되는데, 이 단백질은 N-terminal region에 TMD를 가지고 있는데 TMD 앞부분에 acidic residue를 가지고 있는데 이 acidic residue가 mitochondria targeting을 방해하고 대신 ER로 targeting을 유도하는 것으로 확인하였다. Abiotic stress 하에서는 mitochondria로 targeting이 일어남을 확인하였다.
4) ER-to-vacuole의 trafficking factor의 동정과 작용기작 규명: ER로부터 trafficking을 통해서 vacuole로 가는 단백질들의 이동에 관여하는 factor로 PRA1.F4을 동정하고 이의 작용기작을 규명하였다. 이 단백질은 Golgi에 위치하며 vacuolar trafficking pathway에 중요한 역할을 하는 것을 확인하였다. 특히 이 단백질이 overexpression 또는 knock-out이 되면 vacuole로의 trafficking/plasma membrane으로의 trafficking이 원활하게 일어나지 않았다. 반면에 secretion은 정상이었다. 그리고 이들 mutant 식물에서 Golgi 구조가 심하게 변형이 온다는 것을 확인하였다. 따라서 PRA1.F4가 액포와 원형질막으로 protein의 trafficking에 중요한 역할을 하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
단백질 분배 시스템은 세포의 다양한 cellular process 들 중에서 가장 핵심적인 cellular process이다. 따라서 이에 대한 근본적인 이해는 세포의 활성을 이해하는데 핵심적인 요소라 할 것이다. 또한 고등 생명체의 진화 과정에 대한 clue를 제공해 줄 수 있을 것이다. 진핵 세포들은 지속적으로 복잡하게 진화해 왔다고 생각되는데 이러한 진화에 있어서 소기관의 형성과 이들 소기관으로의 단백질 분배를 통해서 이러한 진화가 가능하였다고 생각된다. 따라서 단백질 분배 시스템의 연구는 단순히 소기관에 단백질의 이동 과정에 대한 이해의 증진에 기여 할 뿐만 아니라 세포의 진화의 이해에도 커다란 기여를 할 것이라 생각된다. 또한 이러한 기초 연구는 세포의 reprogramming을 통한 바이오텍이용에도 크게 기여를 할 것으로 생각된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 1) 미토콘드리아와 엽록체 단백질의 targeting signal의 specificity 결정 기작을 규명 ... 5
• 2) Chloroplast와 mitochondria의 dual import protein의 서열 분석과 mitochondrial import factor 동정 ... 9
• 3) ER과 mitochondria로 dual targeting 기작을 규명 ... 11
• 4) ER to vacuole의 novel trafficking factor의 동정 후, 작용기작 규명 ... 13
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 20
• 대표적 연구실적 ... 23
• 끝페이지 ... 36