빛에 의해 조절되는 YtvA단백질의 기능 변화와 형광적 특성에 관한 연구

Abstract

YtvA는 flavin mononucleotide(FMN)을 보유하는 light-oxygen-voltage(LOV) 도메인 단백질로써 Bacillus subtilis에서 청색광에 반응하여 일반적인 스트레스 반응을 조절한다. YtvA는 수용액에서 dimer로 존재하며, 다른 LOV 도메인 단백질에 비해 빛에 의한 구조 변화가 매우 작다고 알려져 있다. 본 연구에서는 YtvA의 Jα-helix의 기능과 형광 리포터 단백질로 사용하기 위한 genetic engineering 실험을 수행하였다. Jα-helix의 기능 연구를 위하여 해당 부분을 절단시키거나 대체하여 단백질의 빛에 의한 구조변화를 native gel로 분석하였고, Jα-helix의 유무에 따라 dark regeneration kinetic과 FMN과의 결합력 변화도 관찰하였다. 실험 결과 Jα-helix가 없는 YtvA 단백질은 dark 상태에서는 dimer로, light 상태에서는 monomer로 존재하며 dark regeneration 시간은 빨라지고 FMN과의 결합력이 약해지는 결과를 보였다. YtvA를 형광 리포터 단백질로 세포 이미징에 활용하기 위해서는 장파장(650 nm 이상)의 빛을 방출하는 것이 중요하다. 따라서 random mutagenesis 방법을 이용하여 directed evolution을 진행하였고, 반복적인 mutagenesis 실험 결과 장파장 쪽으로 형광이 변화하는 단백질의 특정 위치를 발견하였다. YtvA는 GFP 계열 단백질에 비해 산소에 비의존적이고 크기가 작기 때문에 장파장의 빛을 방출한다면 세포내의 시공간적 변화를 정확하게 관찰할 수 있고, 응용 범위 또한 넓어 질 수 있다. 따라서 본 연구결과는 빛에 의해 유도되는 세포 내 조절 신호 변화에 대한 이해와 다양한 biotechnology 개발에 초석이 될 것으로 기대된다.