Streptomyces venezuelae ATCC15439에서 ECF sigma factor SigR1의 기능에 대한 연구

Abstract

박테리아는 일생 동안 다양한 환경에 노출되어 있으며 외부 스트레스에 적절히 반응하고 대응하는 것은 개체의 생존이나 성장에 있어 매우 중요하다. 박테리아는 전사나 번역 과정을 통해 필요한 유전자와 단백질을 발현시켜 환경에 대응하는데 특히 RNA 중합효소와 holoenzyme을 이루고 프로모터의 –10, -35 부분과 결합하여 하위 유전자를 조절하는 대표적인 전사조절자인 시그마 인자에 대한 연구는 지금까지 활발히 진행되고 있다.

본 연구에서는 다양한 항생제와 이차대사산물의 생산자로 잘 알려진 Streptomyces venezuelae ATCC15439 균주에서 아직까지 그 기능이 밝혀지지 않은 SigR1이 반응하는 유도 인자와 그에 대응하는 조절 기작을 알아내고자 하였다. 또한 SigR1은 산화 스트레스에 반응하며 이미 regulon들이 잘 밝혀져 있는 SigR과 구조가 유사하다는 이유에서 SigR1이라고 이름 붙여졌는데, 실제로 두 시그마 인자의 기능이 유사할지, 다르다면 어떻게 다를지, 서로의 관계는 어떨지 확인해보고자 하였다.

SigR1이 특이적으로 반응하는 외부 조건을 찾기 위해 sigR1 결실 돌연변이를 다양한 항생제나 스트레스 조건 하에서 키우며 표현형을 살펴보았다. 이때 sigR1 결실 돌연변이는 열 충격과 SDS 스트레스에 특이적으로 생존에 결함을 보이는 것을 확인하였으며 야생형에 열 충격을 주었을 때 sigR1의 RNA 발현과 단백질 발현이 처리하지 않았을 때에 비해 현저히 높아진다는 것을 관찰하였다. 이와 더불어 SigR1이 스스로의 전사를 조절하는 autoregulation을 한다는 것도 발견하였다.

SigR1의 항 시그마 인자인 RsrA1의 특징에 대해서도 살펴보았다. 열 충격을 주었을 때 sigR1의 RNA와 단백질 발현이 높아지기 때문에 항 시그마 인자인 rsrA1의 RNA와 단백질 발현은 줄어들 것이라고 예상하였는데, 예상과는 다르게 rsrA1의 RNA와 단백질 발현 또한 높아진다는 것을 알 수 있었다. RsrA1의 기능과 SigR1 조절 기작에 대해서는 더 많은 연구가 필요하다.

SigR1이 조절하는 regulon과 DNA 결합자리를 알아보기 위해 transcriptome 분석과 chromatin immune-precipitation(ChIP) sequencing을 진행하였다. RNA sequencing을 통한 transcript 분석을 통해 SigR1이 조절하는 표적 유전자 571개를 확보했으며 tellurite 관련 유전자와 세포막과 관련된 유전자가 특징적으로 존재하는 것을 확인하였다. 또한 실제로 표적 유전자의 프로모터 -10, -35 부분에 sigR1이 결합하는지 알아보기 위해 ChIP을 진행하였으며 ChIP DNA 분석을 통해 sigR1 결실 돌연변이에 비해 야생형에서 많이 발견되는 유전자 85개를 확보할 수 있었다. RNA sequencing과 ChIP sequencing으로 얻은 예상 regulon 목록에 공통적으로 존재하는 유전자 30개를 SigR1의 regulon이라고 결론 내렸으며, SigR1의 DNA 결합 자리 시퀀스는 GGAAC-N17-CGTT이라고 찾아낼 수 있었다.

결과적으로 SigR1은 oxidative 스트레스에 반응하는 SigR과 달리 열 충격이나 SDS 스트레스에 반응한다는 것이 관찰되었다. 또한 SigR1이 직접적으로 조절하는 regulon과 DNA 결합 자리 또한 SigR과는 다르다고 결론 내릴 수 있었다. 이러한 차이에서 보았을 때 SigR1의 이름을 새로이 명명해야 할 필요성이 재기된다.