Regulation of RNA metabolism under environmental stresses

Abstract

미생물을 비롯한 각종 생물 종들은 다양한 환경에 적응하며 각각 독특한 종으로 진화해왔다. 그들은 특정 환경 요인에 적응할 수 있는 종 특이적 적응 기작을 발휘하며 게놈의 영속성을 유지한다. 이와 관련하여 대장균에서는 100여종에 이르는 small noncoding (ncRNA) 중 일부가 특정 환경에 따른 발현 및 목표 유전자 조절을 통하여 세포 생존 능력을 향상시킨다는 결과가 보고되고 있다. 더불어 대부분의 RNA 대사에 관여하고 있지만 보통의 환경에서는 필수적이지 않은 RNA 나선효소 또한 특정 환경에서 정상적인 세포 대사에 필수적으로 작용한다는 것이 밝혀지고 있다. 이는 ncRNA 발현 조절에 RNA 나선효소가 연관 되었을 가능성을 제시하지만 실제로 알려진 결과는 극히 드물다. 따라서 본 학위논문에서는 ncRNA의 한 종류인 ribosomal RNA (rRNA)의 저온 환경에서의 대사에 RNA 나선효소가 미치는 영향을 분석하고, 다양한 스크리닝 시스템을 통해 ncRNA와 단백질간의 상호작용체 연구를 진행하였다. 그리고 세포 보호와 분해가 조절 가능한 피포화 기술을 개발하고 이를 성질화 함으로써, 다양한 환경에서 세포 생존을 위한 RNA의 대사 조절 기작을 확인하였다. 먼저, 단백질 합성에 중요한 요소이자 ribosomal RNA (rRNA)에 특이적으로 결합한다고 알려진 DEAD-box RNA 나선효소 DbpA가 저온 (22 ℃)의 23S rRNA 성숙 과정에 미치는 영향을 조사하였다. 프라이머 연장 분석을 통해 성숙한 23S rRNA에 비해 5’ 말단이 각각 3nt와 1nt 만큼 미성숙 된 -3 pre-rRNA 및 -1 pre-rRNA가 dbpA 결실 균주의 지수성장기에서 야생형과는 다르게 축적되는 것뿐만 아니라 초기-지수성장기에서는 성숙된 23s rRNA가 비교적 느리게 생성되는 것을 확인하였다. 그리고 dbpA 및 다른 RNA 나선효소 유전자의 이중 결실 균주를 통해 DbpA가 나머지 RNA 나선효소와는 구별되는 단계에서 23S rRNA 성숙을 조절하고 있다는 것을 알 수 있었다. 자당 증감 분석을 통해 축적된 -3 pre-23s rRNA는 70S 리보솜에서 주요한 구성 성분을 이루고 있는 것을 확인하였고, 이는 저온 환경에서 DbpA 결실에 의해 성숙된 23S rRNA가 합성되지 못하는 경우 세포 대사를 위해 활성을 덜 가진 미성숙 형태의 rRNA가 활용된다는 것을 의미한다. 이와 더불어 23S rRNA H69에 특이적 결합을 하는 neomycin B 항생제의 민감성 변화와 함께 H69 및 DbpA가 특이적 결합을 하는 domain V에 존재하는 RNA 변형 정도의 차이를 DbpA 유무에 따라 확인함으로써, 이 연구의 시작이 되었던 rRNA 성숙 과정에서의 RNA 변형 효소와 DEAD-box RNA 나선효소 사이의 조직화에 대한 궁금증을 해결할 수 있었다. 다음으로, ncRNA와 타겟 생체분자들 사이의 알려지지 않은 상호작용체 연구를 위한 yeast three-hybrid 시스템을 향상시켜 최적화하였다. 대장균의 ncRNA와 상호작용하는 단백질을 찾기 위해 yeast three-hybrid 시스템 적용한 연구는 보고된 적이 없었는데, 본 연구에서 이 시스템의 최대 단점인 위양성군의 제거를 위한 각 선발 단계의 향상을 통해 그들의 상호작용을 분석할 수 있는 좋은 도구가 될 수 있음을 보여주었다...