• 생명과학회지
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• 제19권9호
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• pp.1226-1231
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• 2009

페닐케톤뇨증은 상염색체 열성으로 유전되며, phenylalanine-4-hydroxylase (PAH, EC 1.14.16.1)의 돌연변이에 의해 효소 불활성화를 초래하는 질환이다. 최근 유전자 재조합된 phenylalanine ammonia-lyse (PAL)에 의한 효소 대체요법이 보고된 바 있다. 이 효소를 경구용 약제로 개발하기 위하여 효소활성을 나타내기 위한 최적 조건들을 알아야 하며, 위장관내 소화효소에 의해 분해되지 않는 구조적 안정성을 유지하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 PAL의 생화학적 특성을 규명하고, 이를 바탕으로 위장관내 소화효소로부터 저항할 수 있는 변이형들을 만들고자 하였으며, 이러한 구조적 변화를 통하여 효소의 특이 활성도가 유지될 수 있는지를 보고자 하였다. PAL의 특이 활성도를 측정하였고, 효소 활성을 나타내기 위한 최적 pH, 온도 변화에 따른 효소 활성도, 단백분해효소에 의한 활성도 변화를 측정하였다. PAL의 Vmax는 페닐알라닌과 티로신에 대하여 각각 1.77, $0.47{\mu}mol$/ mg x protein로 나타났으며, Km은 페닐알라닌에 대하여 $4.77{\times}10^{-4}\;M$,티로신에 대하여 $4.37{\times}10^{-4}\;M$로 나타났다. 또한 pH 8.5에서 가장 높은 활성을 나타내었는데, 이는 소장의 평균 pH와 유사하다. PAL의 효소 활성은 $-80^{\circ}C$에서 5개월 동안 유지되었으며, $4^{\circ}C$에서 1주일 동안 93.4%의 활성을 유지하였다. PAL은 키모트립신에 의해 쉽게 분해되었으며, 이보다 약한 정도로 트립신, elastase, carboxypeptidase A, B에 의해 분해 되었다. 췌장 소화효소에 대한 저항성을 증가시키기 위하여 트립신, 키모트립신 절단부위 아미노산을 변이시켜 유전자 변이형을 만들었고, 효소 활성도를 측정하였다. 6개의 유전자 변이형은 모두 저하된 효소 활성도를 나타내었는데, Y110H는 0.084, Y110A와 Y110L은 0, R123A는 0.11, R123H는 0.074, R123Q는 0.033으로 나타났다. 이러한 결과는 트립신 및 키모트립신 절단부위 아미노산이 PAL의 효소 활성에 필수적인 역할을 하고 있음을 나타낸다. PAL 변이형은 단백분해작용으로부터 보호할 수 있는 전처치 방법이지만, 페닐알라닌을 효과적으로 저하시키기 위해서 효소활성을 유지할 수 있는 다음 단계의 처치가 필요하다.

• 생명과학회지
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• 제15권2호
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• pp.298-303
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• 2005

포도 '거봉'의 착색을 조장하기 위해 적절한 ABA의 처리시기와 처리 횟수를 알아보기 위하여 본 실험을 수행한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다. PAL 효소의 활성은 변색기 처리구와 변색기 10일 후 처리구에서 활성이 높은 것으로 나타났으며, 변색기 10일후 처리구가 변색기 처리구보다 약간 더 높은 효소 활성을 나타냈다. 안토시아닌 함량은 각 처리구 공히 생육기간 동안 계속 증가하는 경향을 보였고, 모든 ABA 처리구는 무처리구에 비해 훨씬 높은 안토시아닌 함량을 나타내었으며, 변색기 10일후 처리구에서 가장 높은 안토시아닌 함량을 나타내었다. 가용성당 함량에 있어서 과당과 포도당만이 검출되었으며, 처리구간에 함량의 차가 그다지 크지 않았다. 처리 횟수에 있어서 PAL 효소의 활성은 각 처리구 공히 증가하다가 감소하는 경향을 보였으며, 2회 처리구는 변색기 10일후의 2회째 처리 이후에도 급속한 PAL 효소 활성 증가가 이어져 최종수확기에서도 비교적 상당히 높은 효소 활성을 보였다. 변색기와 변색기 10일 후의 2회 처리구에서 안토시아닌 함량 증가가 가장 높아 최종수확기에 가서는 무처리구에 비해 5배 이상, 1회 처리구에 비해서는 2배정도 많았다. 1회 및 2회 ABA 처리구 모두 과당과 포도당 함량 공히 무처리구에 비해 약간 높은 경향을 나타냈지만 그다지 큰 차이는 없었다.

• Applied Biological Chemistry
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• 제42권1호
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• pp.34-38
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• 1999

토마토의 genome내에는 적어도 5개 이상의 PAL유전자 좌가 존재한다는 사실을 이 등(1992)이 이미 genomic Southern blot hybridization으로 확인하여 보고하였다. 그러나 본 연구에서 제작한 genomic DNA libraries를 대상으로 검색한 결과 기존에 보고된 PAL유전자 이외에 약 15 kb 와 10 kb에 해당하는 큰 EcoRI 단편을 확보 할 수 있었다. 이들 단편을 BamHI, HindIII등 9종의 제한효소를 사용하여 Southern blot hybridization을 행한 결과 PAL X1의 경우는 모든 효소에 대하여 2개의 단편이 hybridization 되었으며, 특히 BamHI으로 절단하여 얻은 3개의 단편중 두 개는 PAL5 유전자의 exon 2 부위에서 취한 oligomer(18 mer)와 primer extension 반응이 진행되어서 약 200 bp의 PAL유전자와 아주 높은 상동성을 갖는 염기서열이 확인되었다. 따라서 PAL X1유전자는 2 copy의 유전자가 나란히 존재하거나 아니면 염색체 재배열이 진행된 것으로 추정된다. 이러한 결과는 적어도 7개 이상의 PAL유전자 좌가 토마토 염색체내에 존재하는 것으로 사료된다.

• 한국균학회지
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• 제39권3호
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• pp.205-212
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• 2011

진균의 phenylalanine ammonia-lyase(PAL)와 식물의 PAL간 그리고 PAL과 histidine ammonia-lyase (HAL)간의 구조적 특성 관계에 대한 이해를 얻기 위해 옥수수병원균인 깜부기균(Ustilago maydis)의 PAL에 대한 면역학적 분석을 수행하였다. 진균의 PAL 항체와 식물의 PAL 항체를 이용하여 분석하였을 때 실험한 모든 종의 PAL 간에 교차반응이 나타났다. 알팔파 PAL 항체와 포플라 PAL 항체 모두 식물 PAL은 강하게 인식하였으나 진균의 PAL은 약하게 인식하였다. U. maydis PAL은 Rhodotorula glutinis 효모의 PAL만 약하게 인식하였다. U. maydis PAL은 식물의 PAL에 대해서 낮은 친화성을 보였으나 Pseudomonas 세균의 HAL에 대해서는 강한친화성을 보였다. 2종의 식물 PAL 항체들 또한 Pseudomonas 세균의 HAL에 대해 강한 친화성을 보였다. 진균과 식물의 PAL 항체는 PAL 효소의 활성 저해를 나타냈으며 세균의 HAL 효소의 활성에 대해서도 중도적 저해를 나타냈다. 세균의 HAL 항체는 식물과 효모와 Ustilago PAL 중에 Ustilago PAL 활성만 저해하였다. 식물의 PAL과 진균의 PAL 모두 효모의 PAL 활성은 저해하지 못했다. 본 연구는 PAL과 HAL간에 면역학적 관계가 있음을 처음으로 보고한다.

• Current Research on Agriculture and Life Sciences
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• 제20권
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• pp.65-70
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• 2002

본 연구는 allelopathic potential을 지닌 벼의 교잡종을 포장에서 재배하여 그 식물체의 잎을 생물검정에 이용하여 allelopathy 효과 유무를 검정하고, 생물검정으로 선발된 교잡종을 대상으로 phenolic compounds를 조사하여 allelochemical로써의 가능성을 확인하고 나아가 phenolic compounds 생합성에 관여하는 효소의 활성 측정과 이 효소의 작용에 의해 유도되는 phenolic compounds를 구명한 결과는 다음과 같다. 1. 포장상태에서 피를 대상으로 생물검정을 실시한 결과 양친으로는 Kouketsumochi, Woo co chin yu에서 공통적으로 90% 이상의 높은 피뿌리 생장 억제율을 보였고, 교잡종에서는 Kouketsumochi/Woo co chin yu, Dongjinbyeo/Kouketsumochi, Dongjinbyeo/Woo co chin yu 조합에서 80% 이상의 높은 억제율을 나타냈다. 2. Kouketsumochi의 PAL 활성은 protein 1kg당 $63.46{\mu}kats$로 타 공시품종보다 높았다. 또한 Kouketsumochi와의 교잡종도 타교잡종보다 높은 것으로 나타났다. 3. Kouketsumochi의 cinnamate 함량은 생체중 1g당 $2.64{\mu}g$으로서 다른품종이나 교잡종보다 2~5배 높았고, Kouketsumochi와의 교잡종도 타교잡종보다 높았다.

• 식물조직배양학회지
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• 제26권1호
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• pp.41-47
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• 1999

토마토의 genomic DNA library로부터 분리한 tPALl, tPAL4유전자의 염기서열을 분석하여 tPAL5 유전자와 비교 분석한 결과는 다음과 같다. tPAL5 유전자는 722개의 아미노산과 710 bp의 intron을 가지고 있으나 tPALl은 intron을 가지고 있지 않으며 또한 tPAL5 유전자와 비교하여 249개의 짧은 polypeptide를 가지고 있었다. tPAL4유전자인 경우 357개의 아미노산과 305bp의 intron을 가지고 있었다. tPAL 효소간의 아미노산 homology는 tPAL1유전자와 tPAL4 유전자간은 87.2%, tPALl과 tPAL5는 85.3%, tPAL4 와 tPAL5 는 91.4%의 homology를 보였다. 또한, tPALl, tPAL4 유전자는 정상적인 polypeptide를 가지는 tPAL5유전자와 비교하여 비정상적인 stop codon을 가진 짧은 polypeptide로 구성되어 있었다. 다양한 식물 종으로부터 분리된 PAL유전자의 염기서열을 비교한 결과 토마토 (Lycopersicon esculentum), 감자 (Solanum tuberosum), 고구마 (Ipomoea batatas)간의 유연관계과 높았으며, parsley (Petroselinum crispum), bean (Phaseolus vulgaris), pea (Pisum sativum), alfalfa (Medicago sativa) 등이 각각 서로간에 유연관계가 높았다. 또한, 토마토에서 분리한 family내에서 tPAL4와 tPAL5 유전자는 homology가 매우 높았고 (93.0%), tPAL1와 tPAL4유전자 사이는 다소 낮았으며 (84.4%), 특히 tPAL4는 감자의 PAL 유전자와 매우 높았다 (90.6%).

• 생명과학회지
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• 제12권3호
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• pp.274-280
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• 2002

Phenylpropanoid pathway 생성물질은 식물의 self-defense에 관계하며 이러한 물질들은 UV뿐 아니라 wounding, pathogen과 같은 environmental stress에 의해 생성되는 것으로 알려져 있다. 벼에서 PAL mRNA 는 UV 조사 후 12시간에서 48시간까지는 증가하였으나 48시간부터 60시간까지는 점점 줄어드는 경향을 보였다. 한편 PAL의 활성은 UV조사 후 24시간에서 가장 높았지만 상처에 의해서는 PAL의 활성이 벼에서는 증가하지 않았다. 그러나 고추에서는 UV조사와 상처를 준 후 24시간과 10시간에서 각각 높은 활성을 나타내었다. 벼와 고추 모두 cinnamic acid 4-hydroxylase의 활성은 상처를 준 후 12시간에서 증가하였지만 UV 조사는 C4H 활성에 영향을 주지 않았다. 이러한 결과로 볼 때 벼와 고추에서는 UV 조사와 상처가 모두 PAL, C4H 효소활성에 영향을 주는 것으로 나타났다.

• 생명과학회지
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• 제15권2호
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• pp.293-297
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• 2005

본 실험은 착색 불안정 때문에 재배적 어려움이 있는 '거봉'포도를 이용하여 변색기에 ABA를 농도별로 처리하여 봄으로써 착색증진을 위한 최적의 처리 농도를 구명하고자 실시하여 다음과 같은 결과를 얻었다. ABA의 처리 농도에 따라 과방중량과 과립중량은 약간 증가하는 경향을 나타내었으나, 유의차가 인정되지 않았다. 가용성 고형물과 적정산 함량 역시 생장기간 내내 처리구간에 유의차가 인정되지 않았다. PAL 효소의 활성은 각 처리구 공히 처리후 급속히 증가 하다가 감소하는 경향을 보였는데, ABA 처리농도가 높으면 높을수록 증감의 폭은 더욱 커졌다. 또한 처리농도가 높을수록 최종수확기에 가서도 다른 처리구에 비해 높은 수준을 유지하였다. 안토시아닌 함량은 모든 처리구에서 생육기간 동안 계속 증가하는 경향을 보였고, ABA 처리농도가 높아짐에 따라 더 높은 함량을 나타내었는데, 특히 ABA 1000 mg/L 처리구는 최종수확기에 무처리구에 비해 2.5배 이상의 함량을 나타내었다. 과피의 전페놀 함량은 안토시아닌 함량과 마찬가지로 모든 처리구에서 생육기간 내내 증가하는 경향을 나타내었고, ABA의 처리농도가 높아짐에 따라 더 높은 함량을 나타내었다. 가용성당 함량은 과당과 포도당만이 검출되었으며, 자당은 전혀 검출되지 않았다. 과당과 포도당 함량 역시 변색기 이후 계속 증가하는 경향을 보였으며, 처리구간에 큰 차이는 보이지 않았다.

• 식물조직배양학회지
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• 제25권2호
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• pp.109-113
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• 1998

본 연구에서는 상처, 병원균의 침입 등에 의하여 발현양이 크게 증폭되는 토마토 PAL유전자의 promoter에 giant silk moth(Hyalophora cecropia)로부터 분리한 lytic gene의 genetic code를 일부 변경한 Shiva 유전자를 부착하여 담배, 감자 등의 작물에 형질전환을 시도하였다. 형질전환된 담배로부터 얻은 종자에 대한 kanamycin저항성 유전자의 유전분석, PCR 증폭 혹은 genomic Southern blot hybridization에 의하여 tPAL5 promoter-Shiva fusion gene의 염색체내로의 integration을 확인하였다. Kanamycin 저항성 유전자의 유전분석에서 선발된 7개체를 PCR 분석 실시한 결과 모든 개체가 positive임이 확인되었으나, genomic Southern blot Hybridization으로는 4개체가 negative로 나타났다. 특히 한 개체의 경우는 chromosome rearrangement 현상이 일어난 것으로 추정되었다. 감자의 경우는 남작(Irish Cobbler) 품종이 Zeatin 2.0 mg/L NAA 0.01 mg/L, GA$_3$ 0.1mg/L을 포함한 배지에서 callus형성율 및 shooting율이 가장 높아서 재분화된 형질전환체를 얻을 수 있었다. 한편 GUS 유전자는 Shiva 유전자의 3' 말단에 존재하는 NOS terminator 때문에 translation까지의 발현이 어려울 것으로 예상되었으나 형질 전환하지 않은 담배에서보다 10배 이상의 GUS활성을 나타내었다. 또한 감자 조직에 X-gluc을 사용하여 GUS($\beta$-glucuronidase)의 기질로 작용하게 하여 효소활성 자리를 염색한 결과 줄기, 잎, 뿌리 등의 도관 조직에 다량 발혈됨을 확인할 수 있었다.

• 대한유전성대사질환학회지
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• 제20권2호
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• pp.37-43
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• 2020

페닐케톤뇨증(PKU)은 전세계적으로 가장 잘 알려지고 중요한 유전성 대사질환이다. 1950년대 이후 단백제한을 이용한 식사치료를 처음으로 시도하여 성과가 있었던 질환이며 1960년대 이후 신생아선별검사를 통해 조기진단과 조기치료가 가능하게 된 최초의 유전성대사질환이기 때문이다. 단백제한 식사치료의 효과가 좋지만 학동기, 사춘기 이후 성인시기까지 유지하는 것의 어려움이 있고 이시기에 조절이 잘 되지 않았을 경우 경련, 여러가지 정신과적인 문제들, 삶의 질의 감소 등이 문제가 되어서 오랜 기간 치료를 위한 여러 방법들이 제시되었다. 더해서 2014년 미국의학유전학회(American Medical College of Medical Genetics and Genomics, ACMG)에서 전 연령에서 혈중 페닐알라닌 수치를 120-360 umol/L로 제시를 한 이후 더욱 치료의 중요성이 올라갔다. 2000년대 페닐알라닌수산화 효소(phenylalanine hydroxylase, PAH)의 조효소인 tetrahydrobiopterin (BH4)가 치료 승인되어서 약물반응을 보이는 환자에서 치료가 시작되었으며 4세미만에서도 허가가 되어서 이른 시기부터 약물치료를 병행하여 효과를 보게 되었다. 높은 혈중 페닐알라닌수치가 혈액-뇌 장벽(Blood-brain barrier, BBB)을 통하여 뇌로 넘어가서 회백질의 변성을 나타내게 되는 문제를 막기 위해 거대중성아미노산(LNAA)를 이용한 치료가 시도되고 있다. 오랫동안 연구되었던 페닐알라닌을 trans-cinnamic acid와 암모니아로 변화를 시키는 phenylalanine ammonialyase (PAL)을 이용한 효소치료는 최근 약제로 개발되어서 2018년 이후 성인환자를 대상으로 치료가 시작되었고 잘 조절되지 않는 환자들에게 효과를 보이고 있다. PAL을 경구용으로 개발하는 것이 빠르게 진행 중이며 유전자치료에 대한 연구들도 활발하게 진행이 되고 있어 다양한 치료들이 앞으로 기대된다.