초록 ▼

□ 연구개요
■ 연구목표
방사선 저항성 미생물의 multi-stress resistance(고방사선, 건조, 산화 스트레스 등 극한의 환경 스트레스 내성)에 기여하는 특이 two-component system 반응 조절 단백질(response regulator, RR)들에 의한 스트레스 대응 기작을 밝히고, 3차구조 규명을 통해 환경 스트레스 감지/반응 원리를 연구함. 또한, 구조기반 재설계를 통해 two-component system 단백질을 개량하여 생물체의 환경 스트레스 내성 강화에 응용함으로써 산업용 환경내성 균주

□ 연구개요
■ 연구목표
방사선 저항성 미생물의 multi-stress resistance(고방사선, 건조, 산화 스트레스 등 극한의 환경 스트레스 내성)에 기여하는 특이 two-component system 반응 조절 단백질(response regulator, RR)들에 의한 스트레스 대응 기작을 밝히고, 3차구조 규명을 통해 환경 스트레스 감지/반응 원리를 연구함. 또한, 구조기반 재설계를 통해 two-component system 단백질을 개량하여 생물체의 환경 스트레스 내성 강화에 응용함으로써 산업용 환경내성 균주/환경정화 미생물소재 개발 연구에 활용하고자 함
■ 연구내용
대표적인 방사선 저항성 미생물 Deinococcus radiodurans는 효과적인 DNA 손상 복구 시스템과 강력한 항산화 능력을 보유하여 극한 환경 스트레스에 대응함. 또한, Deinococcus의 환경 스트레스 내성에는 미생물의 대표적인 외부 신호 감지/대응 시스템인 two-component signal transduction system(TCS) 구성 단백질들도 중요한 기여를 하는 것으로 보고되고 있음. TCS는 일반적으로 신호 감지 단백질(sensor histidine kinase, SHK)과 반응 조절 단백질(response regulator, RR)로 구성됨. 선행연구를 통해 기존에 보고되지 않은 Deinococcus 특이적 RR 2종(DR1175, DR0743)을 발굴하고 돌연변이 연구를 통해 다양한 환경 스트레스에 대한 내성이 감소함을 확인. 따라서, 본 과제를 통해 Deinococcus 특이 TCS 구성 단백질들의 생화학, 분자생물학적 특성 연구뿐만 아니라 단백질체, 전사체, 3차구조 분석을 통해 환경 스트레스 감지/반응 기작을 규명하고자 함
■ 연구범위
1) Deinococcus 속 미생물에서 특이적으로 발견되는 RR(DR0743), RR-SHK domain이 동시에 존재하는 hybrid-RR(DR1175) 총 2개 RR의 인산화 신호전달 기작 및 하위 조절 유전자/단백질 규명
2) Deinococcus의 방사선, 산화 스트레스 등 환경 스트레스 감지/반응 인산화 네트워크 핵심 단백질인 RR(DR1175, DR0743)의 고해상도 3차구조를 X-선 결정학으로 규명하여 인산화에 의한 환경 스트레스 대응 기작을 분자수준에서 밝힘
3) 단백질체, 전사체, ChIP-seq 분석을 통해 연구 대상 RR에 의해 조절되는 다양한 하위 유전자/단백질을 분석하여 각 RR에 의한 환경 스트레스 감지/반응 기작을 규명

□ 연구 목표대비 연구결과
○ Non-canonical hybrid SK/RR(DR1 175)의 스트레스 감지/반응 기작규명
연구목표
1. DR1175의 생화학적 특성 분석, 인산화 단백질체 분석을 통한 하위조절 타겟 단백질 발굴
2. DR1175에 의한 하위 조절 단백질의 활성 조절 연구 및 핵심 잔기기능 규명
3. DR1175의 3차구조 규명을 통한 인산화 신호전달 기작 규명

연구결과
1. DR1175의 인산화 신호전달 핵심잔기 규명
2. DR1175에 의한 catalase, RecA의 유전자/단백질 발현 조절 규명
3. DR1175 모델 구조 분석을 통한 인산화 기작 분석 완료

○ Essential RR(DR0743)의 스트레스 감지 / 반응 기작 규명
연구목표
1. Bacterial ChIP-seq 분석을 통해 DR0743 결합 DNA 분석 및 하위 조절 유전자 발굴
2. DR0743에 의한 타겟 유전자의 발현 조절 기작 규명
3. DR0743의 3차구조 규명을 통한 인산화 신호전달 및 DNA 결합 기작 규명

연구결과
1. DR0743 하위 조절 유전자 특성분석 완료
2. DR0743에 의한 ParA3, Gyr 조절 및 세포 분열, 세포막/벽 생성 조절 규명
3. DR0743 고해상도 X-선 결정 구조 규명 및 DNA 결합 기작 규명

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
■ 사회/경제적 측면
- Deinococcus 유래 스트레스 내성 조절 유전자/단백질 도입을 통해 산업용 미생물을 개량하여 생명공학 관련 산업에 기여 가능
■ 과학기술적 측면
- Deinococcus 균주의 극한 스트레스 내성 원리를 활용, DNA 손상/산화 스트레스에 의해 유발되는 인체 질병 치료 목적의 기초 연구에 활용 가능
- 강한 우주 방사선에 대응하기 위한 지구 생명체의 우주 환경 적응 연구에 활용하여 미래기술 선도 가능
- 새롭게 밝힌 hybrid sensor kinase 및 response regulator의 3차 구조-기능 상관관계 규명 연구를 통해 미생물의 환경 스트레스 대응 기작과 관련된 TCS 체계에 대한 이해 확대에 기여

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구목표 ... 4
• 2) 연구의 필요성 ... 4
• 3) 연구내용 ... 4
• 4) 연구범위 ... 4
• 5) 연차별 연구목표 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 1차년도 ... 5
• 2) 2차년도 ... 7
• 3) 3차년도 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 3) 목표 달성 수준 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 14
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 14
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 15
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 18
• 끝페이지 ... 28