바이오인

출처: 농업생명공학연구원
아주 오랜 시간에 걸쳐, 모든 생물종에서 스트레스에 대처하는 기작들이 진화되어왔다. 최근, 새로운 연구에 의해 사람과 식물세포의 대사과정에 공통된 스트레스 저항성 기작이 있음이 밝혀졌다. 미국 펜실바니아 주립대학의 식물학 교수인 Sarah M. Assmann 박사팀에 의해 수행된 이 연구는 Nature지(2002년8월15일)에 발표되었다.

우리들은 환경스트레스에 대하여 생물체의 저항성 반응이 나타나는 세포내 과정을 이전에 알려진 것보다 더 자세히 밝혀내었고, 이전에 알려지지 않았던 단계들을 발견하였다.라고 Assmann 박사는 말했다.

이 연구팀의 발견들 가운데, 사람 세포에서 발견되었던 과정이 식물세포에서도 역시 존재한다는 것이 있다. 사람의 자가면역성 질병과 유방암에 관련된 질환이 이 과정의 결함으로부터 생기는 것으로 알려져 있다.라고 Assmann 박사는 말했다.

Assmann 박사팀은 가뭄 스트레스에 의해 생기는 abscisic acid(ABA) 호르몬에 의해 유발되는 식물 세포과정을 연구하였다. Assmann 박사팀은 2년전에 ABA호르몬이 kinase라고 불리우며 다른 단백질에 인산기(phosphate group)를 첨부시키는 유형의 단백질을 활성화시킨다는 것을 발견하였었다. 이로부터 결과되는 연쇄적인 과정을 거쳐 결국은 식물 잎의 기공세포가 닫히고 수분손실이 제한된다.

이번 연구에서 Assmann 박사팀은 ABA에 의해 활성화되는 kinase의 타겟(target)들 가운데 RNA 결합 단백질이 있음을 발견하였다. 또한 ABA에 의해 유도된 RNA 결합 단백질의 인산화로 말미암아, 이 RNA 결합 단백질이 식물세포에 스트레스 저항성을 부여하는 것으로 알려진 dehydrin을 코딩(coding)하는 RNA와 결합한다는 것을 발견하였다.

과학자들은 오랫동안 식물과 동물세포에서 특수한 일을 하도록 설계된 단백질은 핵내 DNA에 포함된 유전적 청사진으로부터 생산된다는 것을 알고 있었다. 전사(tranion) 과정을 거쳐 DNA 분자의 암호(code)는 RNA 분자로 전사되고, RNA 분자는 세포질로 이동하여 단백질로 번역(translation)된다. Assmann 박사팀은 RNA 결합 단백질이 RNA가 messenger RNA로 되어 핵으로부터 떠나기 전에 많은 가공과정을 거치도록 중재한다는 것을 발견했다.

우리들의 연구가 시사하는 새로운 패러다임은 ABA 호르몬이 최초의 전사과정 뿐만 아니라 전사후 RNA 변형과정에 관여함으로써 대상 단백질을 조절한다는 것이다.라고 Assmann 박사는 설명했다.

Assmann 박사팀의 또다른 발견은 ABA 호르몬이 nuclear speckles라고 하는 핵내의 섬(island)을 형성한다는 것이다. 과학자들은 식물 세포의 nuclear speckles에 관해서는 잘 모르지만, 사람 세포의 nuclear speckles는 RNA 변형과 관련된 단백질들을 포함하고 있다는 것을 알고 있다.

RNA 결합단백질에 녹색형광표지를 달아 식물세포에서 발현시킨 결과, Assmann 박사팀은 세포내에서 이 단백질의 위치를 관찰할 수 있었다. 그들은 최초로 핵내 RNA 결합단백질의 위치가 ABA에 의해서 바뀌는 것을 관찰하였다. 식물세포에 ABA를 처리하자 형광표지된 RNA 결합단백질이 신속히 nuclear speckles로 모여들었다. 우리들이 알고 있는 한, 이렇게 호르몬에 의해 RNA 변형 단백질들이 nuclear speckles로 모여드는 것은 식물과 동물세포에서 관찰된 적이 없다.라고 Assmann 박사는 말했다.

이 연구는 과학자들에게 스트레스 저항성에 관여하는 단백질의 생산에 관련한 중요한 기작을 알려줄 뿐만 아니라, 농민들에게 작물의 수분 함량을 조절할 수 있는 방법을 제공할 수 있을 것이다. 우리들의 연구결과를 활용함으로써 작물이 성숙된 후에 식물의 기공세포를 계속 열려 있게 하여 더욱 빠르게 건조될 수 있도록 하는 유전자 조절 과정을 가능하게 할 수 있을 것이다. 예를 들면, 사료용 옥수수와 같은 작물에서 이러한 방법은 작물이 적정 수분 함량에 도달토록 하여 더 높은 가격을 받을 수 있도록 함으로써 농민들에게 경제적으로 유익할 것이다.라고 Assmann 박사는 말했다.