포도당에 의한 만니톨 오페론 억제 현상에 관여하는 MtlR의 아미노산 잔기 규명

Abstract

탄소이화대사 억제 (Carbon catabolite repression, CCR)란 환경에 둘 이상의 당이 존재할 경우 선호당을 비선호당보다 먼저 소모하는 기작으로, 선호당이 존재할 경우 비선호당의 수송과 물질대사에 필요한 유전자의 발현을 억제하거나 발현된 단백질의 기능을 저해하는 방식을 통해 이루어진다. 당수송 인산전달계 (Phospho- enolpyruvate:sugar phosphotransferase system, PTS)는 대부분의 세균에서 많은 당의 수송을 담당하는데, 수송뿐만 아니라 수송과 동시에 PTS 당과 비 PTS 당 사이의 당 선호도에 관여한다고도 연구된 바 있다. 예를 들어 PTS 당인 포도당은 비 PTS 당인 젖당에 대해 선호도를 가지는데, 이 CCR은 포도당 특이적 PTS 구성단백질인 EIIAGlc의 인산화 상태에 의해 조절된다.

본 연구진은 PTS를 통하여 수송되는 포도당과 만니톨 사이에도 CCR이 존재하며, 포도당과 젖당 사이의 CCR과 달리 일반 PTS 구성단백질인 HPr이 당 선호도에 관여한다는 것을 밝혔다. HPr은 같은 PTS 당이더라도 포도당과 만니톨을 수송할 때 탈인산화되는 정도에 차이가 있고, 따라서 포도당이 존재할 때 다수의 탈인산화된 HPr이 만니톨 오페론 억제자인 MtlR과 결합하여 만니톨 오페론의 발현을 억제한다.

MtlR과 HPr 모두 DNA에 결합할 수 있는 도메인을 가지고 있지 않기 때문에 MtlR-HPr 복합체가 만니톨 오페론의 발현을 조절하기 위해서는 cognitive DNA-binding protein이 필요할 것이라고 생각하였고 이를 찾기 위해 구조학적으로 접근하였다. MtlR-HPr 복합체의 구조를 풀어 MtlR의 아미노산 잔기 중 cognitive DNA-binding protein과의 상호작용에 중요할 것으로 생각되는 세 종류의 잔기를 선정하였고, 각 잔기에 돌연변이를 일으킨 균주를 가지고 만니톨 오페론의 발현 양상 및 생장곡선 확인 실험을 통해 Arg92 잔기가 상호작용에 중요한 역할을 한다는 것을 밝혔다. 이후 돌연변이 MtlR을 사용해 직접적으로 cognitive DNA-binding protein을 찾기 위한 실험을 진행하여 QseB라는 후보군을 확인하였다.