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연구성과 생명과학
‘박테리아 요산 반응 유전자 조절 기전’ 규명
Bio통신원(강원대학교)
- 등록2024.11.13
- 조회522
강원대학교 의생명과학대학 의생명융합학부 시스템면역과학전공 윤성일 교수와 의생명과학연구소 송완석 연구교수가 「박테리아의 요산 반응 유전자 전사 조절 기전」을 세계 최초로 규명하며 학계의 주목을 받고 있다.
강원대 윤성일 교수, 송완석 연구교수
‘요산’은 진핵세포 숙주 및 자연 환경에 널리 존재하는 퓨린 화합물의 일종으로, 박테리아는 요산을 환경 요인으로서 감지하여, 주변 환경에 적응하고 생존하기 위한 전략을 취한다. 예를 들어, 몇몇 병원균은 숙주 내 요산을 신호 분자로 인식하여 병원성을 조절하는 데 이용하며, 일부 박테리아들은 요산 분자를 감지하여 대사 유전자의 발현을 조절하기도 한다.
기존 연구에서는 박테리아의 요산 인식 및 유전자 전사 조절이 MarR 전사인자 슈퍼패밀리의 한 그룹인 ‘UrtR（Uric acid-responsive transcriptional regulator） 패밀리’에 의해 이루어진다는 사실이 보고되었으며, 유전자 서열 분석을 통해 UrtR 전사인자가 다른 MarR 슈퍼패밀리 전사인자와 다른 기능적 특성을 가질 것이라고 제안되었으나, 이를 규명하기 위한 구조적·분자적 연구는 국내외적으로 심도 있게 진행되지 않았다.
윤성일·송완석 교수 연구팀은 이 과정에서 핵심 역할을 하는 ‘UrtR 전사인자’를 집중적으로 연구해, UrtR이 요산에 노출되지 않을 경우 DNA에 결합하여 요산 반응 유전자 발현을 억제하지만, 요산에 반응할 경우 구조적 변형을 통해 DNA 결합을 해제하고 유전자 발현을 유도하는 기전을 밝혀냈다.
해당 연구에 따르면, UrtR 전사인자는 요산이 없는 환경에서는 특정 DNA 영역에 결합해 요산 반응 유전자 발현을 억제한다. 그러나 요산이 존재하면 α-나선 구조와 아미노산 서열을 통해 요산을 인식하고, UrtR 구조 내부에 요산을 수용하게 된다.
이로 인해, DNA 결합 부위의 구조가 재배열되어 UrtR이 DNA에 결합하지 못하게 되어 결과적으로 요산 반응 유전자 발현을 촉진하게 되며, 연구팀은 광범위한 단백질 구조·서열 비교 분석을 통해, 이러한 UrtR의 요산 반응 구조 재배열에 의한 DNA 결합 조절이 다른 MarR 슈퍼패밀리 전사인자에서 관찰되지 않는 독특한 구조적 기전임을 밝혀냈다.
이번 연구는 한국연구재단의 과학기술분야 기초연구사업 지원을 받아 수행했으며, 생화학 및 분자생물학 분야에서 상위 1.8％에 해당하는 국제학술지인 ‘Nucleic Acids Research’（Impact Factor=16.6）에 11월 1일（금） 발표됐다. (논문 제목: Structural basis of transcriptional regulation by UrtR in response to uric acid)
윤성일 교수는 “이번 연구를 통해 박테리아의 새로운 전사 조절 기전을 제시할 수 있었고, 박테리아의 환경 적응 방식의 다양성을 폭넓게 이해하는 계기가 되었다”며 “향후 UrtR 단백질을 가진 병원성 박테리아에 대한 표적 항생제 개발로 이어지기를 기대한다”고 밝혔다.
출처: 강원대학교
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