Characterization of novel transcription-regulatory mechanisms in auxin signaling processes

Abstract

본 연구에서는 옥신 신호전달 구성요소의 능력을 생물학적으로 정량 할 수 있는 단일 세포 시스템으로 애기장대 뿌리털을 채택하였다. 뿌리털은 뿌리의 표피세포에서 돌출되며, 뿌리털의 생장이 내부의 옥신 농도나 신호전달 정도와 비례하기 때문에, 옥신 신호전달과정을 확인할 수 있는 세포 자율적인 시스템이다. 게다가, 뿌리털 표현형은 눈에 쉽게 띄고 일차원적 생장을 하기 때문에 정량 하기 용이하다.<br/> Auxin/Indole-Acetic Acids (Aux/IAAs)는 옥신 신호전달 과정의 주요 전사억제인자로 TOPLESS(TPL)/TPL-Related(TPR) 보조전사억제인자를 Auxin Response Factor (ARF)로 불러들여서 옥신 반응 유전자의 전사를 억제한다. 그러나 옥신 반응을 지속적으로 억제할 것이라 여겨지는 aux/iaa 기능획득돌연변이에 의해 오히려 옥신 반응이 촉진되는 현상이 나타나는 경우가 있다. 본 연구의 첫 번째 주제는 이와 같은 옥신 신호전달 과정의 수수께끼를 해결하는 것이다. 본 연구에서는 Aux/IAA가 TPL/TPR과의 결합력에 따라 두 그룹으로 나뉘어짐을 밝혔다. 그리고 TPL/TPR과 결합력이 낮은 Aux/IAA는 양적 변화를 통해 타깃 유전자 주변의 TPL/TPR 밀도를 변화시키는, 일시적으로 전사억제인자에서 전사촉진인자로 역할이 변환될 수 있음을 밝혔다. 이 연구는 전사억제인자의 양-의존성(dose-dependent) 전사조절능력 전환이라는 독특한 전사조절 모델을 제안한다. Aux/IAA의 양-의존성 행동은 옥신 반응과 옥신 반응 전사조절을 섬세하게 조절하는데 기여할 것이다. <br/> ARF는 DNA에 결합하는 전사조절인자로 activator (aARF)와 repressor (rARF)로 나뉘어진다. 현재 알려진 옥신 신호전달 과정과 규명되어 있는 aARF의 역할이 잘 부합하는 반면, rARF의 메커니즘은 명확하지 않다. 두번째 파트에서는 rARF (ARF2)에 존재하는 예상 TPL/TPR 결합 모티브의 분자적, 생물학적 역할을 규명한다. ARF2의 두 TPL/TPR 결합 모티브는 TPL/TPR과의 결합에 필요하고, 옥신 반응에서 ARF2의 기능에 필요함이 밝혀졌다. <br/> 비록 옥신이 뿌리털 생장에 관여하지만, 그 분자메커니즘은 아직 드러나지 않은 부분이 있다. 세번째 파트에서는 aARF가 어떻게 직접적으로 그리고 협력적으로 뿌리털 발달 핵심 전사조절인자에 관여하는지 확인한다. 본인이 속한 실험실은 이전 연구에서 뿌리털 특이적 유전자의 발현을 직접 조절하고 뿌리털 생장 및 형태 형성에 연관 있는 ROOT HAIR DEFECTIVE SIX-LIKE 4 (RSL4)를 규명하였다. 여기에서는 aARF가 RSL4 프로모터의 auxin-response elements (AREs)에 직접 결합하고, 발달과정 상 RSL4의 상위 전자조절인자인 RHD6와 협력하여 뿌리털 생장을 촉진하는 것을 밝혔다. <br/> 뿌리털은 유용한 모델 시스템으로 세포 운명 결정, 형태 형성, 극성 생장, 그리고 영향 흡수의 연구에 이용되었다. 그러나 뿌리털의 생태학적인 또는 물리적인 역할은 연구가 부족하다. 뿌리털이 물과 토양에 흡착함으로 유식물의 생존에 관여하는 역할을 규명하기 위해, 뿌리털의 길이와 뿌리의 물리적 능력을 비교하였다. 뿌리의 물, 토양 흡착 능력 및 유식물의 생존률은 뿌리털의 길이와 비례한다는 결과를 얻었고, 이것은 뿌리털이 뿌리의 토양 흡착과 수분 유지를 돕고, 토양 붕괴 상황에서 유식물의 생존에 기여한다는 것을 의미한다. <br/> 이상의 결과를 요약하면, 본인의 박사학위 논문은 옥신 신호전달 과정에서 전사억제인자의 독특한 전사조절 메커니즘(양-의존적 전사 능력 변환)과, 신호전달 요소(rARF)의 기능 규명, 뿌리털 발달에서 옥신의 분자메커니즘, 그리고 뿌리털의 생태적인 역할에 관하여 고찰하였다. 이 연구는 단순히 옥신 신호전달 과정뿐만 아니라 일반적인 전사조절 연구에서도 유전자 발현 조절의 이해 범위를 확장시키고, 또한, 식물 주변의 물리적 환경 속에서 뿌리털 역할에 관한 새로운 관점 생성에 도움이 될 것으로 기대된다.<br/>