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이옥란
이옥란Ok Ran Lee

Purdue University, 현재 충남대학교

Plant Cell, Published on January 19, 2007 Interactions among PIN-FORMED and P-Glycoprotein Auxin Transporters in Arabidopsis

Abstract

Joshua J. Blakeslee 1, Anindita Bandyopadhyay 1, Ok Ran Lee 1, Jozef Mravec 2, Boosaree Titapiwatanakun 1, Michael Sauer 2, Srinivas N. Makam 1, Yan Cheng 1, Rodolphe Bouchard 3, Jirí Adamec 4, Markus Geisler 3, Akitomo Nagashima 5, Tatsuya Sakai 5, Enrico Martinoia 3, Jirí Friml 2, Wendy Ann Peer 1*, and Angus S. Murphy 1

1 Department of Horticulture, Purdue University, West Lafayette, Indiana 47907-2010
2 Center for Plant Molecular Biology, University of Tübingen, D-72076 Tübingen, Germany
3 Institute of Plant Biology, Basel-Zurich Plant Science Center, University of Zurich, CH-8007 Zurich, Switzerland
4 Purdue Discovery Park, West Lafayette, Indiana 47907-2010
5 Genetic Regulatory Systems Research Team, RIKEN Plant Science Center, Kanagawa, 230-0045, Japan

* To whom correspondence should be addressed.

Directional transport of the phytohormone auxin is established primarily at the point of cellular efflux and is required for the establishment and maintenance of plant polarity. Studies in whole plants and heterologous systems indicate that PIN-FORMED (PIN) and P-glycoprotein (PGP) transport proteins mediate the cellular efflux of natural and synthetic auxins. However, aromatic anion transport resulting from PGP and PIN expression in nonplant systems was also found to lack the high level of substrate specificity seen in planta. Furthermore, previous reports that PGP19 stabilizes PIN1 on the plasma membrane suggested that PIN-PGP interactions might regulate polar auxin efflux. Here, we show that PGP1 and PGP19 colocalized with PIN1 in the shoot apex in Arabidopsis thaliana and with PIN1 and PIN2 in root tissues. Specific PGP-PIN interactions were seen in yeast two-hybrid and coimmunoprecipitation assays. PIN-PGP interactions appeared to enhance transport activity and, to a greater extent, substrate/inhibitor specificities when coexpressed in heterologous systems. By contrast, no interactions between PGPs and the AUXIN1 influx carrier were observed. Phenotypes of pin and pgp mutants suggest discrete functional roles in auxin transport, but pin pgp mutants exhibited phenotypes that are both additive and synergistic. These results suggest that PINs and PGPs characterize coordinated, independent auxin transport mechanisms but also function interactively in a tissue-specific manner.

논문정보

  • 형식Research article
  • 게재일2007년 01월 (BRIC 등록일 )
  • 연구진국외 연구진
  • 분야 생명과학 > 식물학
  • 피인용횟수60회 이상 인용된 논문 (상위피인용논문 등록일 2010-02-02)

관련 인터뷰

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 간단히 설명 지난 한 세기 동안 식물을 주제로 한 생물학에서 괄목할 만한 많은 성과가 이루어진 분야는 식물이 생장하는데 있어서 가장 원천적으로 중요한 식물 호르몬 중 특히 옥신(Auxin,IAA)을 주제로 한 분야라 할 수 있을 것입니다. 옥신은 그리스어인 "Auxein" 에서 그 근원을 시작하는데, 영어로는 "to grow"에 해당하는 단어로 식물을 "자라게" 하는데 그 근원을 두는 물질로써, 1880년 Charles Darwin의 "The power of Movement in Plants" 란 책에서 처음 소개된 후 그 물질이 정확히 옥신 (IAA) 임이 분리 동정된 해는 다윈 이후 45년 후 Fritz Went에 의해서 입니다. 옥신은 세포와 세포 사이를 방향성/극성을 가지고 수송이 되는데, 과거 80년 동안 이런 옥신의 세포간 수송은 Chemiosmotic 모델에 의해 설명되어 왔습니다. 옥신은 pKa 가 4.75 정도의 약 산성으로 중성을 띠는 세포 안으로 anion trapping에 의해서 확산(diffusion)되면서 들어갈 수도 있으며, 특정 세포에서는 influx carrier로 알려진 AUX1(permease,)이란 단백질에 의해서 세포 안으로 들어갈 수 있으나, 중성의 세포 내에서 세포 밖으로 방출이 되기 위해선 efflux carrier 단백질을 필요로 합니다. 이 세포 밖 방출에 관여하는 단백질로는 주로 총 8개의 발현 유전자로 구성된 PIN (돌연변이체가 머리 핀 과 같은 모양을 하고 있어서 지어진 이름) 단백질에 의해서 설명이 되어 왔습니다. 이 PIN 단백질에 대한 연구는 본인이 박사학위 과정을 수행한 독일 쾰른에 위치한 막스 플랑크 연구소의 Klaus Palme 그룹에서부터 본격적으로 분자적인 수준에서의 이해가 시작되었는데, 이때 박사과정 학생 이었던, JIri Friml이 독립된 연구를 수행하면서 그 각각의 PINs 단백질의 특성이 불과 몇 년 사이에 급속도로 이루어졌다고 볼 수 있습니다. 마침내 2006년도에 Science 논문에서 각각의 PIN 단백질이 세포 단위에서 옥신을 방출하는데 충분함이 보여졌습니다. 이와 독립적으로 본인이 속해있던 미국 퍼듀대학의 Angus S. Murphy 그룹과 스위츠 취리히 대학의 Enrico Martinoia 그룹에 속한 Markus Geisler 그룹에 의해서 ABC transporter중의 한 그룹에 속하는 PGP1 과 PGP19 이란 단백질이 옥신 수송에 관여함이 밝혀졌습니다. 현재 옥신 수송에 관해서 이 두 단백질 패밀리가 어떻게 상호작용하는지 관심이 많이 있었는데, 이번 Plant Cell 논문은 각각의 단백질이 독립적으로도 옥신 수송에 관여하지만, 둘이 특정 세포내에서 만나면 시너지 효과를 내거나 옥신 수송의 방향성을 결정하고, 기질 특이성을 높여준다는 사실을 밝힘에 그 의의가 있다고 볼 수 있습니다. 현재 옥신을 주제로 한 연구는 굴광성, 굴지성과 관련해서 더욱 세밀히 연구 중이며, 식물의 발달과 연계해서 각 처의 크고 작은 실험실에서 다양한 연구가 이뤄지고 있습니다. 다른 한 편에선 현재 식물의 endocytosis 에 대해서 많이 밝혀져 있지 않은데, 이 PIN 단백질이 그런 특성을 보여서 이 각 PIN 단백질을 주제로 한 단백질 trafficking에도 한 흐름이 이어지고 있죠. 앞으로도 식물 발달에서 원천적으로 중요한 이 옥신이 간혹 성배(Holy Grail)에 비유되기도 하는 morphogen인지 밝혀내고 그 생성과 발달에 기여하는 기작에 대한 연구는 이어질 것이라고 봅니다. 2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다. 위의 연구는 미국 중동부에 위치한 인디애나 주의 주립대인 퍼듀 대학에서 수행되었습니다. 퍼듀대학은 국내에서도 농·생물학분야나 공대가 많이 알려져 있지만, 특히 농·생물학분야는 미국 내에서도 식물파트 교수진을 가장 많이 확보하고 있는 대학중의 하나로 여러 우수 교수진과 공동연구를 수행하기엔 좋은 대학입니다. 가까이엔 인대애나 주립대도 있고, 북쪽으로 3-4시간 거리엔 미국에서도 가장 미국인 다운 중상층이 많이 살고 있고, 주말엔 째즈를 즐길 수 있는 시카고가 있습니다. 3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람 기초과학 연구를 하면서 우리가 느끼고 가장 힘들어 하는 부분중의 하나는 동서를 불문하고 연구 자체를 수행하는 것보다 연구를 하는 사람들이 미래에 대한 걱정으로 오직 연구에만 전념할 수 없었던 모습이 떠오릅니다. 그럼에도 불구하고, 학문 탐구에 열심인 사람들을 보거나 열악한 환경이지만 이 삼년 연구 성과가 만족스런 논문으로 완성이 되어가고 또 계속된 연구로 이어지는 것을 볼 때 가장 기쁘고 보람을 느끼는 것 같습니다. 4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면? 98년 석사를 마치고 독일행 비행기를 타던 3월이 잊혀지지 않는 하나의 오래된 필름으로 남아있습니다. 새로운 나라와 미래에 대한 설렘과 걱정으로 가득했던 한 해였었죠. 진학을 결정한 여러분은 아마 이때의 저와 같은 심정이었을 것입니다. 그 학문의 깊이가 깊고도 넓은 보스들과 일하면서 제가 느낀 제 부족함은 기초학문에 대한 깊이가 많이 부족하다는 것이었습니다. 기초 학문에 대한 이해 없이 단순 암기식 지식은 한계가 있습니다. 항상 왜 이 연구를 하며 그런 생각을 하는 이유를 논리적으로 설명할 수 있는 능력을 길러야만, 단순한 기술을 습득하는데 그치지 않고 미래를 이끌어갈 주역이 될 수 있으리라 봅니다. 5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면? 최근 우리나라 생물학계는 괄목할 만한 많은 성과를 내신 교수님들이 많이 계십니다. 참으로 자랑스럽지 않을 수 없는 일 입니다. 본인은 식물 발달생물학으로 기초를 다지고 그 후론 호르몬의 수송에 관련된 연구와, 식물을 이용한 환경정화에 관련된 연구분야에 잠시 몸 담았었는데, 지금껏 익힌 지식을 바탕으로 국내에서 다른 교수님들과도 우수한 연구를 수행하고 싶고, 원래 농대를 졸업한 농학도로써 이젠 작물을 기본 모델로 한 학문 연구에 정진하고 싶습니다. 박사 학위과정을 수행한 독일 막스 플랑크 연구소나 포스트닥 과정을 수행한 미국 퍼듀대학은 식물학 분야에선 각 분야 훌륭한 박사님들이 참으로 많이 있는 우수한 연구기관 이었습니다. 이때 친분을 쌓아 두었던 교수님이나 박사님 동료들과 앞으로 하고 싶은 일이 참 많이 있는데, 기회가 주어지도록 노력하겠습니다. 6. 다른 하시고 싶은 이야기들.... 오늘의 나 된 모습이 있기까지 변함없는 성원 보내주신 모든 분들 감사 합니다. 학부 때 교수님들, 석사 때 지도교수셨던 임용표 교수님, 그리고 저를 인정해주고 독일에서 박사학위 제안까지 해주신 Ellen Wisman 박사님 … 지면으로나마 감사 드립니다. 마지막으로 하고 싶었던 연구에 더욱 정진할 수 있게 한국에서 이미 틀을 잡아 놓고 계셨던 현재 본인이 소속된 충남대학교 조형택 교수님께도 감사의 말씀을 드립니다. Received for article January 29, 2007
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