초록 ▼

□ 연구개요
세포 내에서 단백질을 합성하는 과정인 번역(translation)은 유전자 발현의 마지막 단계이며, 번역 활성의 조절은 대부분은 번역개시 (translation initiation) 과정에서 일어난다. 단백질 번역개시 과정의 기작(mechanism)에 대해서는 ‘Ribosome scanning’, ‘RNA looping’, 그리고 ‘Ribosome shunting’ 등의 여러 가지 가설이 제시되어 있으나, 아직 이들 중에 어떤 것이 맞는지 정확히 밝혀져 있지 않다. 본 연구진은 모든 mRNA의 번역개시 기작을 아우

□ 연구개요
세포 내에서 단백질을 합성하는 과정인 번역(translation)은 유전자 발현의 마지막 단계이며, 번역 활성의 조절은 대부분은 번역개시 (translation initiation) 과정에서 일어난다. 단백질 번역개시 과정의 기작(mechanism)에 대해서는 ‘Ribosome scanning’, ‘RNA looping’, 그리고 ‘Ribosome shunting’ 등의 여러 가지 가설이 제시되어 있으나, 아직 이들 중에 어떤 것이 맞는지 정확히 밝혀져 있지 않다. 본 연구진은 모든 mRNA의 번역개시 기작을 아우를 수 있는 ‘RNA looping’ 가설을 제안하였는데, ‘RNA looping’ 가설이 IRES-의존적 번역과 poly(A)-의존적 번역개시 상황에서도 적용될 수 있는지를 생화학적/분자생물학적인 실험을 통하여 검증하였고, 또한, 단분자 수준에서 단일 mRNA의 형광 이미징을 통해서도 이 가설을 검증하였다. 그리고, 세포의 분열 과정 중 mitotic phase에서 일어나는 번역저해 기작을 규명하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
번역개시 기작을 규명하기 위하여, 제안되어 있는 모든 mRNA의 번역개시 기작을 아우를 수 있는 ‘RNA looping’ 가설을 제안하고 증명하려고 하였는데, 다양한 상황에서의 번역을 여러 가지 방법을 통하여 이 가설을 검증하였다. 먼저, 1) IRES-의존적 번역이 RNA looping을 통하여 일어난다는 것을 증명하고자, poliovirus와 EMCV IRES를 이용하여 ribosome의 scanning에 의해 번역이 일어날 수 없는 다양한 실험조건에서 이 가설을 검증하였다. 그리고, 2) poly(A)-의존적 번역도 RNA looping에 의하여 일어난다는 것을 증명하고자 하였다. 이를 위해 5‘ cap을 번역에 도움을 주지못하는 A-cap으로 치환한 다양한 mRNA reporter를 제작하였고, 번역 효율을 비교함으로써 poly(A)의 번역개시 과정에서의 중요성과 RNA looping 가설을 증명할 수 있었다. 즉, 기존에 보고한 cap-의존적 번역뿐만 아니라, IRES-의존적 번역과 poly(A)-의존적 번역도 RNA looping에 의하여 일어난다는 것을 증명하였다. 더 나아가, poly(A)-의존적 번역개시 과정에서 결정적인 역할을 하는 poly(A)에 결합하는 번역인 자인 PABP와 여러 번역인자들과 결합하여 번역을 유도하는 scaffold 단백질인 eIF4G의 상호작용과 번역개시 유도기작에 대한 연구도 수행하였다. 또한, 생화학적/분자생물학적인 실험기법과 더불어 3) 단일 mRNA의 형광 이미징을 통해 RNA looping 가설을 증명하고자 하였다. 마지막으로, 4) 세포의 분열 과정 중 mitotic phase에서 일어나는 번역저해 기작을 규명하였다. 이 연구를 통해 eIF3F라는 번역개시 인자가 mitotic phase에서 특이적으로 발현되는 kinase에 의해 인산화되어 번역 활성을 조절한다는 것을 발견하였다. 종합적으로 본 과제를 통하여 번역개시 기작을 규명하고, 세포 주기 등 다양한 상황에서의 번역조절 메커니즘을 규명하였다. 따라서 본 과제는 연구 목표를 충족하였다.

□ 연구개발 결과의 중요성
번역은 DNA 복제, RNA 전사 과정과 더불어 유전자 발현의 가장 중요한 3 과정 중의 하나로서 여러 가지의 단백질과 RNA가 작동하는 이들 중 가장 복잡한 과정이다. 번역개시 가설로 ribosome scanning 등 여러 가지가 제안되어 있었지만, 이들로 설명할 수 없었던 여러 번역 사례들이 보고되어 있었다. 우리는 근자에 보고되어 있는 모든 cap-의존적인 번역 사례들을 설명할 수 있는 새로운 가설인 RNA looping 가설을 제창하였다. 그리고, 본 연구를 통하여 IRES-의존적인 번역과 poly(A)-의존적인 번역도 RNA looping을 통하여 일어난다는 것을 확인하였다. 따라서 본 연구 결과는 근본적인 번역개시 메커니즘을 밝힌 매우 중요한 연구라고 평가한다. 그리고, 번역 활성 조절은 세포의 내적(cell cycle 등)/외적(starvation, hypoxia 등)인 상황의 변화에 세포가 대처하기 위하여 꼭 필요한 과정이다. 본 연구를 통하여 우리는 PABP의 작동원리와 세포 분열 과정에서의 번역조절 메커니즘도 규명하였다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) RNA looping을 통한 IRES-의존적인 번역 ... 4
• 2) RNA looping을 통한 Poly(A)-의존적인 번역 ... 5
• 3) mRNA 번역과정을 단분자 수준으로 관찰하여 RNA looping 가설 증명 ... 5
• 4) 세포 분열 중기(mitotic phase)에 일어나는 번역저해 기작 규명 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 1) RNA looping을 통한 IRES-의존적인 번역 ... 6
• 2) RNA looping을 통한 Poly(A)-의존적인 번역 ... 9
• 3) 단분자 수준에서의 mRNA 번역과정 관찰을 통한 RNA looping 기작의 증명 ... 11
• 4) 세포 분열 주기에서 발생하는 번역 저해 기작 ... 14
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 1) RNA looping을 통한 IRES-의존적인 번역 ... 17
• 2) RNA looping을 통한 Poly(A)-의존적인 번역 ... 17
• 3) 단분자 수준에서의 번역과정 관찰을 통한 RNA looping 가설의 증명 ... 17
• 4) 세포분열 과정의 분열기(M phase)에서의 번역 저해 메커니즘 규명 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 18
• 5. 연구성과 ... 18
• 대표적 연구실적 ... 22
• 끝페이지 ... 28