초록 ▼

□ 연구개요
오페론을 구성하는 유전자의 발현은 전사 개시에 따라 조절되는 것으로 알려져 있다. 대장균 갈락토오스 오페론에서는 전사 개시뿐만 아니라 각 구조유전자의 끝에서 발생하는 전사 종결이 원인이 되어 차등 발현이 일어난다고 알려져 있다. 본 연구는 각 구조유전자의 끝에서 발생하는 전사 종결의 원인을 분석하고, mRNA의 생성 및 분해 과정이 유전자의 차등 발현에 어떻게 관여하는지 밝히고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
갈락토오스 오페론은 galE, galT, galK, galM의 4개 구조유전자로 구성

□ 연구개요
오페론을 구성하는 유전자의 발현은 전사 개시에 따라 조절되는 것으로 알려져 있다. 대장균 갈락토오스 오페론에서는 전사 개시뿐만 아니라 각 구조유전자의 끝에서 발생하는 전사 종결이 원인이 되어 차등 발현이 일어난다고 알려져 있다. 본 연구는 각 구조유전자의 끝에서 발생하는 전사 종결의 원인을 분석하고, mRNA의 생성 및 분해 과정이 유전자의 차등 발현에 어떻게 관여하는지 밝히고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
갈락토오스 오페론은 galE, galT, galK, galM의 4개 구조유전자로 구성된다. 모든 구조유전자를 전사하여 만들어지는 full-length mRNA는 5‘-galE-galT-galK-galM-3’ 의 구조를 가지며, 이 mRNA를 galETKM이라 한다. galETKM을 포함하여 갈락토오스 오페론에서 만들어지는 여러 mRNA의 발현량과 각 mRNA의 3‘ 및 5’ 말단의 위치를 분석했다.
3‘ 말단을 공유하는 mRNA의 발현량과 5’ 말단 위치 분석한 결과, RNase E에 의해 full-length mRNA galETKM은 5‘ 말단에서부터 각 구조유전자 단위로 제거된다는 사실을 확인했고, 또한 이러한 decay process에서 생겨난 mRNA 조각이 안정적으로 유지되어 구조유전자의 발현이 일어난다는 것을 확인했다.
galET mRNA의 발현량과 3’ 말단의 위치를 분석하여 galT-galK junction에서 mRNA와 small RNA인 Spot 42가 상보적으로 결합함으로써 전사 종결을 유도한다는 사실을 확인했다. 또한 sRNA와 상보적으로 결합하는 mRNA의 영역이 두 가지 이상이고, 각 영역에서 서로 다른 과정에 의해 전사 종결이 일어나지만, 결과적으로 같은 mRNA를 생성하는 것을 확인했다.
galE mRNA의 발현량과 3‘ 말단의 위치 그리고 mRNA에서 발현된 단백질을 분석하였다. 그 결과 시스트론 사이에서 전사-번역 coupling이 유지됨으로써 전사가 지속되도록 하고, 선행 유전자의 번역 종결 후 다음 유전자의 번역 개시가 확률적으로 실패되었을 때 전사 종결이 유도된다는 것을 확인했다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구를 통해 mRNA의 분해 과정으로만 인식되었던 mRNA decay process가 새로운 기능의 mRNA를 생성한다는 것을 밝혔다. mRNA decay process는 모든 생명체의 mRNA 수준에서 발생하는 현상이므로 대장균의 갈락토오스 오페론이 아닌 오페론 및 다른 생명체의 오페론에서도 적용이 가능할 것으로 예상된다. 또한, 각 시스트론 사이에서 mRNA와 상보적으로 결합하여 종결을 유도하는 Spot 42와 같은 sRNA의 존재를 확인하였고, 다음 유전자의 번역 개시가 실패하면 전사의 종결이 유도될 수 있고 전사-번역 결합의 유지가 전사가 지속되도록 한다는 것은 다른 오페론에서 도 적용할 수 있을 것으로 예상된다. 이는 유전자의 차등 발현과 mRNA 전사 및 단백질 번역 과정 등 전반적인 분자생물학의 발생에 기여할 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 갈락토오스 오페론에서 생성되는 mRNA를 Northern blot assay ... 5
• 2) Decay-intermediate의 5‘ RACE assay ... 6
• 3) small RNA Spot 42에 관한 돌연변이 제작 및 분석 ... 6
• 4) 핵산중간분해효소 돌연변이 균주를 사용한 갈락토오스 오페론 galET mRNA의 3‘ RACE assay ... 7
• 5) in vivo cell-free system ... 8
• 6) galE mRNA 3‘ 말단 분석을 위한 돌연변이 제작 및 분석 ... 8
• 7) galE-galT junction 돌연변이 및 분석 ... 9
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 18
• 3) 목표 달성 수준 ... 18
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 18
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 19
• 6. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 19
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 22
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 24
• 끝페이지 ... 32