• 생명과학회지
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• 제31권10호
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• pp.944-953
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• 2021

리그닌은 식물의 세포벽에 풍부하게 존재하는 복잡한 phenylpropanoid 중합체이다. 주로 물 수송과 기계적 강도를 유지하는 조직에 존재하며 수분을 운반하거나, 기계적인 지지를 담당한다. 또한, 리그닌은 병원균의 감염이나 상처에 대한 물리적인 장벽으로 작용함으로써 방어 기작에 관여한다. 리그닌을 생성하는 모노리그놀 전구체는 cinnamyl alcohol dehydrogenase (CAD) 유전자에 의해 합성된다. CAD는 cinnamaldehyde를 cinnamyl alcohol(p-coumaryl, coniferyl, sinapyl alcohol)로 전환하는 효소이다. CAD는 속씨식물에서 multigenic family로 존재하며 여러 식물 종에서 다른 기능을 가진 CAD isoform이 밝혀졌다. CAD 유전자의 여러 isoform은 식물의 발달 및 환경 신호에 따라 다르게 발현되었다. 하나의 isoform이 발달 리그닌화에 관여하는 반면, 다른 isoform은 방어 리그닌 및 기타 세포벽에 결합된 페놀의 구성에 영향을 미칠 수 있음을 보여주었다. CAD isoform에 따라 기질 특이성이 다르게 나타나고, 이는 리그닌 합성을 조절하는 CAD 단백질의 생화학적 특성을 나타내는데 기여한다. 본 논문에서는 리그닌 생합성에서 CAD multigenic family 유전자의 발현과 조절에 대하여 설명하였다. CAD multigenic family의 isoform들은 유전적 조절이 복잡하고, 식물 발달 과정의 신호 경로와 스트레스 반응이 밀접하게 연동되어 있다. CAD 유전자에 의한 모노리그놀 합성은 발달 및 환경 신호에 의해 조절될 가능성이 높다.

• 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.