강원대학교 의생명융합학부 교수
【교육=강원신문】신효진 기자 = 강원대학교 의생명융합학부 윤성일 교수와 의생명과학과 석·박사 통합과정에 재학 중인 박순철 학생이 “패드알(PadR) 단백질의 3차원 구조 연구 및 이 단백질에 의한 해독효소의 유전자 발현 과정”을 세계 최초로 규명했다.
자연환경에 존재하는 「페놀산」은 일부 세균의 생장을 저해하는 물질로, 이들 세균은 다양한 환경에서 생존하기 위해 페놀산을 인식하고 분해하여 스스로 해독효소를 생산해내는 독특한 시스템을 지니고 있다.
이 페놀산을 감지하고 분해효소 발현을 조절하는 전사인자인 「패드알 단백질」은 세균의 증식을 위협하는 다양한 유해환경 극복을 위해 필수적인 역할을 담당하고 있다.
이러한 기능적 중요성에도 불구하고 패드알 단백질의 유전자 발현 조절에 대한 구조적·분자적 기전은 그 동안 전혀 알려지지 않는 상태였다.
이에 윤성일 교수는 패드알 전사인자의 독성저항에 관한 분자수준의 연구가 국내외적으로 매우 부족하다고 판단, 본 연구를 시작했다.
이러한 연구동기를 바탕으로 연구팀은 「엑스선 결정학」을 이용해 패드알 단백질의 구조, 「작동자 DNA」와의 결합구조를 규명했으며, 결론적으로 패드알 단백질은 두개의 단백질 분자가 결합한 형태로 DNA의 굴곡부위에 결합된다는 것을 밝혀냈다.
윤성일 교수는 “단백질의 구조적 분석은 유전자 발현 조절과정에 대한 가설을 제시하고 입증하는 기반이 되었다.”며, “이번 연구결과로 페놀산이 패드알 단백질에 결합 시 단백질의 일부 구조가 변형되면서, 더 이상 작동자 DNA에 결합되지 못하고 분리됨으로써, 해독효소 유전자 발현이 개시된다는 것을 밝혀냈다.”고 말했다.
또한, “세균의 페놀산 인식체계와 해독효소 생산 스위치 작동 매커니즘에 관한 비밀도 풀었다.”며, “패드알 계열 단백질은 병원균의 항생제 내성 발현 및 독소 형성과 밀접하므로 향후 감염질환 치료제 개발에 큰 도움을 줄 것”이라고 덧붙였다.
한편, 이번 연구는 교육부·한국연구재단 「이공학 개인기초연구지원사업」의 지원으로 수행됐으며, 연구성과는 생화학·분자생물학 분야 국제학술지인 『뉴클레익 엑시드 리서치(Nucleic acids research)』 11월 9일자에 발표됐다.
