《정보기술, 나노기술, 생물공학을 비롯한 핵심기초기술과 새 재료기술, 새 에네르기기술, 우주기술, 핵기술과 같은 중심적이고 견인력이 강한 과학기술분야를 주타격방향으로 정하고 힘을 집중하여야 합니다.》
고세균에서 스트레스응답은 1980년에 처음으로 밝혀졌지만 1991년에 이르러 고세균의 스트레스유전자(HSP70)가 클론화되였으며 염기배렬이 결정되였다. 그때부터 고세균에서 스트레스유전자들과 그 발현에 연구가 집중되였으나 고세균의 스트레스응답의 많은 측면은 아직 밝혀지지 않았다.
S. solafatricus P2는 낮은 pH와 류황이 풍부한 화산온천에서 성장하며 DNA복제, 세포순환, 염색체삽입, RNA가공을 연구하는데서 고세균의 모델조직으로 되고있다. S. solafatricus P2의 최적온도는 약 75℃로서 55～90ºC에서, 최적 pH는 2～3으로서 0.9～5.8의 pH에서 성장할수 있다.
S. solfataricus P2의 게놈배렬은 2001년에 완성되였는데 2 992 245개의 염기쌍으로 이루어진 한오리 염색체로서 2 977개 단백질을 암호화하는 3 032개의 유전자를 포함하고있다.
열충격단백질(HSPs)은 항상 발현되는 대단히 보존적인 세포단백질족으로서열, 중금속, 산화스트레스, 에타놀과 같은 화학 및 물리적스트레스에 응답하여유도되며 발현된다.
열충격단백질의 대부분은 고온과 저온 및 알콜, 아비산염, 중금속염 등에 의하여 유도합성될수 있으며 그것들은 생물체의 스트레스견딜성을 높여준다.
실례로 대장균(Escherichia coli)은 42℃에서 5min 처리하면 50℃에서 그 생존률은 명확히 증가하는데 만약 대장균에서 DnaK를 비롯한 열충격단백질유전자가 결실되면 세포가 30℃이하에서 성장속도가 낮아질수 있으며 40℃에서 세포성장은 완전히 억제된다.
한편 사람의 HSP70유전자를 마우스세포나 범세포에 형질전환하면 그 온도견딜성은 증가한다. 면역형광표기법(Immuno-fluorescence technique)으로 진핵생물의 HSP70을 확정한데 의하면 주요하게 막, 핵질과 핵막에 집중되여있으며 효모세포추출액에서 정제된 HSP70은 열유도로 인하여 파괴된 핵기능을 수복할수 있다.
변성온도에서 열충격단백질유전자(HSPs)들은 분자샤페론으로서 아단위단백질의 포갬중간체를 가진 안정한 복합체에 결합하여 단백질의 응집을 막으며 어떤 경우에는 포개지지 않은 폴리펩티드의 원상회복을 촉진할수 있다.
분자샤페론은 기타 단백질의 불안정한 배좌와 호상결합하여 그것을 안정시키는 단백질로서 조절, 결합, 방출을 통하여 폴리펩티드에 결합되여 체내에서의 포갬, 조립, 수송과 분해 등을 방조한다.
분자샤페론은 진화상 대단히 보존적인 단백질족으로 조성되여있으며 각종 생물체내에 광범히 분포되여있다.
최근 연구는 분자샤페론이 DNA의 복제, 전사, 세포골격기능, 세포내의 신호전달 등 광범한 령역에서 중요한 생리작용을 발휘한다는것을 증명하였다.
단백질의 포갬과 조립과정에서 분자샤페론은 폴리펩티드사슬내 혹은 사슬사이의 소수성 등 호상작용으로 표면에 순간 로출되여 틀린 구조를 형성하는것을 막으며 이미 형성된 틀린 구조를 파괴할수 있다.
천연분자에서 소수성잔기대부분은 분자의 내부에 위치하면서 소수성핵을 형성하며 포갬에서 벗어난 후에는 일부분이 로출될수 있으며 혹은 새로 생긴 펩티드단편의 포갬과정에 잠시 소수성표면을 형성할것이며 따라서 분자샤페론은 최종적으로 소수성표면과 호상 결합할것이라고 보고있다.
우리는 고세균 S. solafatricus P2의 열충격단백질 HtpX-2(SSO3231)의 유전자배렬을 세균발현운반체에 클론화하고 구조기능분석을 위한 재조합단백질을 생산하여 열내성과 분자샤페론활성을 연구하였다.
첫째로, 각이한 배양온도와 랭온조건에서 실시간PCR(Real-Time PCR)에의한 정량분석결과 HtpX-2 mRNA발현은 75℃의 최적온도보다 멀어질수록 증가되였으며 이로부터 열충격단백질 HtpX-2은 열스트레스에 응답하여 발현량을 높임으로써 생물이 불리한 환경에 대처하는 능력을 높인다는것을 보여주었다.
둘째로, 실험균 E. coli(pET-28a- HtpX-2)와 대조균 E. coli (pET-28a)에 대하여 고온처리(50℃, 1h)를 진행한 결과 HtpX-2은 고온스트레스조건에서 세균의 생존률을 높임으로써 온도스트레스에 의한 세포손상에 대하여 보호작용을 할수 있다는것을 보여주었다.
셋째로, 43℃ 열자극유도하에서 레몬산합성효소와 40℃의 열자극유도하에서 인슐린 B사슬에 대한 정제된 S.so-HtpX-2단백질의 분자샤페론활성을 측정한 결과 HtpX-2단백질은 모두 레몬산합성효소와 인슐린B사슬의 열변성을 억제하였는데 이것은 HtpX-2가 분자샤페론활성을 가지고있다는것을 보여준다.
일반적으로 극단한 조건에서 생활하는 생물들에서 열충격단백질들은 단백질의 정확한 구조를 유지하고 변성단백질의 새로운 포갬을 방조하며 따라서 그것은 각종 극단한 환경조건에 고세균이 적응되는데서 중요한 의의를 가진다.
이로부터 우리는 고세균Sulfolobus solfataricus P2의 열충격단백질 HtpX-2은 열스트레스에 응답하여 열내성과 분자샤페론기능을 가진다는것을 확증하였다.
