본 연구는 간염 바이러스의 X 및 elongated X 유전자를 클로닝하여 E. coli에서 대량 발현시진 후, 그 기능을 여러 측면에서 연구하교 지금까지 알려진 oncogene products, tumor suppressor, 그리고 그 밖의 다른 암 유발인자와의 interaction에 대해 분석함으로써 간암 생성의 분자적 기작을 이해하고 더 나아가 간암의 예방 및 치료제의 개발을 목표로 하였다. 그 일차적 연구로서 이전에 플로닝된 mutant hepatitis Bvirus genome으로부터 X 및 elongated X 유전자를 클로닝하였으며, E. coli에서 대량 발현시키기 위하여 T7 bacteriophage promoter아래에 재 클로닝하였다. 이러한 X 및 ebngated X 유전자를 E. coli에서 대량 발현시킨 후, rabbit anti-X antibody를 이용하여 western blotting을 수행함으로서 이를 확인하였으며 DEAE-cellulose와 heparin-agarose chromategraphy를 이용하여 순수분리하였다. 순수분리된 X 및 etongated X 단백질을 highly differentiated hepatoma cell인 HepG$_2$ cell에 처리하여 transactivation activity를 측정하였다. 그 결과 순수분리된 단백질들이 SV4O promoter를 transactivation 함을 할 수 있었으며, 이로부터 클로닝된 유전자들이 모두 정상적인 기능을 가짐을 확인하였다. 그러고 X 유전자의 작용기작을 규명하기위하여 restriction endonuclease를 이용하여 5 개의 mutant X 유전자를 구성하였으며 현재 이를 HepG2 cell에 transfection 하여 그 기능을 연구하고 있다.
유전자 발현은 유전자가 mRNA와 생체의 기능을 일으키게 하는 단백질을 만들어내는 과정이다. 유전자 발현에 대한 정보는 유전자의 기능을 밝히고 유전자간의 상관 관계를 알아내는데 중요한 역할을 한다. 이러한 유전자 발현 연구를 위한 정보를 대량으로 신속하게 얻을 수 있는 도구가 DNA Chip이다. DNA Chip으로 얻은 수백-수천 개의 데이터는 그 데이터만으로는 의미를 갖지 못한다. 따라서 유전자 발현 정도에 따라 수치적으로 획득된 데이터에서 의미적인 특성을 찾아내기 위해서는 클러스터링 방법이 필요하다. 본 논문에서는 수많은 유전자 데이터 중에서 주요 정보를 포함한 것으로 판단되는 유전자 데이터를 선택하여 특징간을 계산하고 신경망 학습을 이용한 클러스터링하는 알고리즘에 대해서 기술한다.
외래 유전자를 이식하여 형질전환동물을 생산하는 방법은 현재 약 3가지 정도가 실제 이용되고 있다. 현재 가장 많이 사용되고 있는 방법으로는 DNA 미세주입법인데 생쥐와 비교하여 다른 동물에서의 형질전환효율은 상당히 낮은 것으로 나타나 형질전환가축의 생산을 위해서는 많은 비용과 시설 및 노동이 필요하여 실용성에 문제를 갖고 있다. 각 가축에 적합한 DNA 미세주입 조건을 확립시키고 형질전환동물의 생산효율을 높이는 연구가 필요하다. 가축에서 형질전환기술이 실제로 응용되고 있는 분야로는 대량생산이 어려운 의약품을 형질전환가축의 젖으로 합성 분비시키게 함으로써 생리적으로 활성이 있는 의약품의 대량생산이 가능할 것으로 예상된다. Growth Hormone이나 Growth Factor들을 이용한 성장과 관련된 형질전환가축의 기술은 예상했던 것보다 큰 성과는 없었는데 이식 유전자의 과잉발현으로 인한 부작용으로 실용화될 수 없었다. 그러므로 형질전환동물의 실용화를 위해서는 효율적인 유전자 이식방법의 개발과 이식 유전자의 발현으로 인한 부작용을 최소화하면서 좋은 표현형을 얻을 수 있도록 이식유전자의 발현을 인위적으로 조절할 수 있는 regulatory system의 개발과 가축의 경제형질에 관여하는 유전자의 식별이 필요하다.
5-Enolpyruvylshikimate 3-phosphate(EPSP) synthase는 방향족 아미노산을 생합성하는 shikimate phathway의 6번째 효소로 광범위 제초제인 glyphosate의 target enzyme이다. 본 연구에서는, glyphosate에 저해를 받지 않는 EPSP synthase를 개발하고자 하는 연구의 한 단계로서, 우선, EPSP synthase를 대량 발현시킬수 있는 expression vector인 pET-25b를 사용하여 발현시킨 다음, 발현된 효소가 periplasmic space로 transport되는지 또 발현된 단백질이 효소 활성을 가지고 있는지 확인하고자 하였다. 그 결과, pelB leader를 앞에 붙여 발현시킨 EPSP synthase는 periplasmic space로 제대로 transport되며, 단백질 생산 및 periplasmic space로의 수송은 induction 온도에 의해 크게 좌우된다는 것을 관찰하였다. Periplasmic space로 수송되는 EPSP synthase의 양은 $34^{\circ}C$에서 induction시켰을 때 가장 많은 것으로 나타났다. 한편, pET-25b를 이용하여 발현시킨 EPSP synthase는 C-terminal 부위에 HSV-tag, His-tag등 26개 아미노산이 더 있는 상태로 만들어지는데, His-tag은 $Ni^{2+}$-affinity chromatography를 통한 정제에, HSV-tag은 Western blotting을 통한 detection에 각각 이용할 수 있다. 또한, 이와 같이 발현된 recombinant EPSP synthase는 phosphocellulose resin에 결합하였다가 기질인 shikimate 3-phosphate와 phosphoenolpyruvate에 의해 elution되며, glyphosate에 의해 저해되는등 wildtype효소와 같은 효소 특성을 보였다.
마이크로어레이 데이터는 여러 샘플들의 대량의 유전자들에 대한 발현정보를 표현하며, 이에 대한 분석을 통해서 생명현상에 대한 이해와 분석이 이루어지고 있다. 생명현상이 유전자의 발현에 많은 영향을 받는 것이 알려져있기 때문에 실험 샘플 집단내에서 또는 실험 샘플 집단간에서 발현 특성이 대조적으로 나타나는 유전자의 집단을 추출하는 것이 유용한 경우가 있다. 이 논문에서 관심영역으로 선택된 영역에 대해서 대조적인 패턴을 갖는 집단을 알고리즘적으로 선택하는 방법을 제안한다.
단백질 인산화를 통한 세포내 신호전달기구 중 serine/threonine kinase에 속하는 Akt/PKB는 세포 생존과 사멸, 당대사 등을 조절하는 것으로 알려져 있다. 이러한 이유로, Akt/PKB 단백질은 천연물질들로부터 항암제를 탐색하기 위한 한 가지 target으로 사용되어 왔다. 본 연구에서는 Akt/PKB 단백질을 대량으로 생산하기 위하여 대장균의 단백질 발현 시스템을 이용하여 human Akt/PKB 단백질을 발현시켰다. 대장균에서 대량 발현된 Akt는 일반적인 조건에서는 inclusion body를 형성하였다. 배양온도 $27^{\circ}C$에서 0.01-0.09 mM IPTG로 발현 유도 시 발현된 human Akt/PKB 단백질 상당 부분이 가용화 되었다. 발현된 Akt kinase를 $Ni^{2+}$-NTA agarose column으로 정제하고, anti-Akt antibody를 이용하여 정제된 단백질이 Akt kinase 임을 확인하였다. 정제된 human Akt/PKB 단백질은 세포추출물에 존재하는 인산화 단백질을 이용하여 in vitro에서 인산화 되었으며, 인산화된 활성형 human Akt/PKB protein kinase는 human Akt/PKB protein kinase 특이 형광 peptide를 특이적으로 인산화하였다.
본 연구는 누에신 단백질의 대량발현을 통해 농업용 소재로서 이용하고자 하는 연구의 일환으로 누에 핵다각체병 바이러스 유래의 pBm10po1-Xa 벡터에 누에신 유전자를 도입하여 누에 배양세포(Bm5) 및 누에 생체에서 발현한 결과 누에신 전사체는 바이러스 접종 후 1일째부터 발현되기 시작하여 5일째에 최대로 발현되었음을 확인할 수 있었고, 누에신 단백질은 3일째부터 발현량이 증가하여 5일째까지 계속 지속적으로 발현되었으나 그 발현량은 전사체에서 처럼 많지 않음을 확인할 수 있었으며, 누에신 단백질의 발현량은 누에 세포에 비해 누에 생체에서 기대만큼 그 발현량이 많지 않았다. 또한 누에신의 베큘로바이러스 발현계 (baculovirus expression vector system, BEVS)를 이용하여 세포내 및 번역후 변형과정을 통하여 세포외로 분비된 누에신의 발현양상을 확인한 결과 세포내에 비해 세포외로 분비시 그 발현량이 현저히 줄어들었음을 확인할 수 있었다. 따라서 베큘로바이러스 발현계를 이용하여 외래 단백질을 생산할 경우 정확한 메카니즘은 밝혀지지 않았으나 강력한 프로모터에 의해 세포내 단백질 생산량은 많은데 비해 정확한 단백질 고차구조 형성을 도와주는 foldase 및 chaperon의 양은 한정되어져 있으므로 정확한 고차구조를 형성하여 세포외로 분비되는 생물학적 활성을 띠는 단백질은 매우 적은 양간이 발현됨을 확인할 수 있었다. 그러므로 추후 누에 신 단백질 대량생산을 위해서는 분비 프로세싱의 해명 및 번역 후 변형과정의 개선을 통한 발현계의 개량이 시급히 요구된다.
MLS (macrolide-lincosamide-streptogramin B) 항생제 내성인자 단백질인 Erm 단백질들은 아미노산 서열 중 그 동일성과 유사성이 높아 구조적으로도 동등한 단백질의 한 집단을 형성한다. 최근 X-ray crystallography에 의해 구조가 결정된 ErmC\` 및 ErmAM 단백질의 구조에 근거하여 ErmSF 단백질도 catalytic domain과 substrate binding domain으로 구분하였고 N-terminal end에 존재하는 catalytic domain의 대량생산을 다양한 pET 발현 vector를 사용하여 시도하였다. 그리고 catalytic domain을 coding하는 DNA 절편은 세 종류를 사용하였다: DNA 절편 1은 Met 1부터 Glu 186까지를 coding하고 DNA 절편 2는 Arg 60부터 Glu 186까지의 정보를 가진 DNA이고 DNA 절편 3은 Arg 60부터 Arg 240까지를 encoding하는 DNA이다. 사용된 다양한 발현 vector중에서 pET19b는 DNA 절편 3, pET23b는 DNA 절편 1과 2를 성공적으로 대량생산하였다. 그러나 대량생산된 catalytic domain들은 불용성 단백질 집합체인 inclusion body를 형성하였다. ErmSF catalytic domain들의 용해성 단백질의 생산을 위하여 chaperone GroESL과 Thioredoxin의 동시 발현 및 배양온도를 $22^{\circ}C$로 낮추어 시도했으나 대량 발현된 단백질의 용해에는 도움을 얻지 못하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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