예쁜꼬마선충의 전사조절인자 DAF-19의 새로운 작용 기전에 관한 연구

Abstract

예쁜꼬마선충의 전사조절인자 DAF-19의 새로운 작용 기전에 관한 연구

예쁜꼬마선충은 생존에 부적합한 상황에서 다우어라는 휴면 유충 상태로 바뀐 후 nictation이라는 특수한 행동을 한다. 이 행동은 다우어가 3차원 공간으로 머리를 들고 서서 흔드는 행동으로, 주변 상황이 생존이나 번식에 적합하지 못할 시 종의 생존에 필수적인 확산의 기전일 것이라 추측했다. Nictation에는 IL2 감각 뉴런에서 분비되는 아세틸콜린과 자극을 인지하는 섬모가 중요하다. 예쁜꼬마선충은 진화적으로 잘 보존된 세포 소기관인 섬모를 통해 개체 수준에서 화학 물질, 신호 전달 물질 등을 지각할 수 있다. 섬모는 미세소관으로 구성된 axoneme이 중심부를 구성하고 있다. Axoneme은 기저체를 기틀로 세워져 있고 kinesin, dynein이라는 운동 단백질에 의해 이뤄지는 구조물 운반을 통해 형성과 분해가 이뤄진다. 두 종류의 운동 단백질에 의해 일어나는 axoneme의 형성, 분해를 반복하는 과정을 Intraflagellar transport(IFT)라고 일컫는다. 예쁜꼬마선충의 섬모 발생 단계에서 핵심적인 역할을 하는 중심 조절 인자는 바로 daf-19이라는 유전자다. daf-19은 60개의 섬모 구조를 지닌 감각 뉴런에서 발현하고 RFX라는 winged helix transcription factor를 해독한다. 섬모를 지닌 감각 뉴런은 그 끝에 섬모 구조가 존재하는데 이것이 사람의 눈과 입, 코와 같은 감각 기관 역할을 대신해 외부 환경의 변화나 자극들을 느낌으로써 개체 수준의 반응으로 구현되는 것이다. RFX 전사 인자는 날개 모양의 나선 구조가 특징적으로 보존되어 있는 전사 인자다. RFX의 조절을 받는 하위 표적 유전자의 프로모터 속에는 X-box라는 서열이 존재하는데 이는 진화적으로 잘 보존되어 있다. IL2 신경세포에서 특이적으로 발현하는 klp-6는 kinesin-3라는 운동 단백질을 해독하는데 이 단백질은 IFT 구조체를 구성하는 단백질들을 운반하는 역할을 한다. 특이하게도 klp-6 유전자는 감각 섬모 구조를 형성하는데 중요한 유전자임에도 불구하고 프로모터 속에서 X-box의 흔적을 찾기가 힘들었다. klp-6의 프로모터 속에 X-box 자체가 제대로 보존되어 있지 않거나 혹은 기존과는 차별화된 새로운 형태로 존재한다면 RFX의 새로운 조절 메커니즘을 밝힐 수 있을 거라 가정했다. 본 연구에서 klp-6 프로모터 분석 방법을 통해 DAF-19이 전사 조절을 하기 위해 필요한 위치가 어느 곳인지 알아내었고 이 부분에 DAF-19 전사 조절 인자와 협력 조절 인자들이 붙어서 복합체를 구성해 전사를 조절할 것이라는 아이디어에 착안했다. 간추려진 서열을 이용해 컴퓨터 프로그램으로 분석했다. 그 결과 유전자 발현에 중요한 klp-6 프로모터 속 특정 서열에 어떤 전사 조절 인자가 결합할지 생물정보학적 방법으로 접근해보았고 더불어 DAF-19과 물리적으로 직접 결합하는 전사 조절 인자를 분석해내고자 yeast two hybrid 라는 분자생물학적 방법을 사용했다. 본 연구를 통해 유전체 기술, 고도로 발달한 스크리닝 기술, 기존의 보편화되고 효율적인 생물학적 방법 등을 두루 사용해 새로운 섬모발생 기전을 밝히고자 했고 섬모 발생 중심 조절 인자인 RFX 전사 조절 인자의 새로운 분자적 작용 기전에 대한 총체적 규명을 하고자 하였다.