IBS 식물 노화·수명 연구단, 핵심 유전자 'NAC 트로이카' 밝혀
IBS(기초과학연구원·원장 김두철)는 남홍길 식물 노화·수명 연구단 단장과 황대희 부단장 연구팀이 모델 식물인 애기장대에서 노화 속도 조절에 관여하는 주요 유전자를 찾고, 유전자 간의 발현 관계를 네트워크 형태로 분석해 노화 조절 메커니즘을 규명했다고 24일 밝혔다.
식물이 노화되는 정도와 형태는 수많은 종류의 노화 유전자들이 상호작용하며 발현되는 양상에 따라 달라진다.
특히 노화 유전자의 전사1)를 조절하는 전사인자2)군은 노화 단백질의 발현을 조절해 노화에 주된 영향을 미친다고 알려져 있다. 그러나 노화의 특성상 전사인자군에 해당하는 유전자들의 상호작용은 시간이 지남에 따라 없어지거나 새롭게 발생한다. 정적인 분자 유전학적 연구만으로는 노화 현상을 이해하는 데 한계가 있었다.
연구팀은 유전자와 단백질 간의 역동적인 상호작용을 시간에 따라 분석할 수 있는 시스템 생물학 기법을 활용해 'NAC3)'이라 불리는 전사인자군에 해당하는 노화 유전자 총 49종을 대상으로 이들끼리의 상호 전사조절 관계를 네트워크 형태로 분석했다.
| ◆ 용어설명 · 전사1) : DNA를 원본으로 사용해 RNA를 만드는 과정을 말한다. DNA와 RNA 모두 4종류의 염기의 배열로 구성되어 있는데 DNA의 염기 배열을 본 떠 RNA의 염기 배열을 만든다. · 전사인자2) : 특정 유전자의 DNA 서열에 결합하여 해당 유전자의 전사 과정을 제어함으로써 유전자의 발현을 증가·감소시키는 역할을 하는 인자. · NAC3) : 크게 NAM, ATAF, CUC 세 종류의 전사인자로 구성되는 그룹. 식물 노화 및 외부 환경 스트레스 반응에 중요한 전사인자로서 모델 식물인 애기장대에서 이 NAC 전사인자군의 성격에 해당하는 유전자 Family는 109개나 된다. |
네트워크 분석 결과 서로 전사 작용을 감소시키는 방향으로 상호작용하던 NAC 유전자들이 노화가 시작되기 직전(잎이 생긴 지 18일째), 서로의 전사 작용을 늘리는 방향으로 상호작용하는 것을 확인했다.
연구팀은 전사조절의 방향성이 반대로 바뀌는 노화 직전 단계를 식물 노화에 있어 매우 중요한 시기로 보고 이 시기에 NAC 유전자 네트워크에서 가장 영향력 있는(다른 유전자들과 가장 상호작용을 많이 하는) 유전자 3종을 찾아내 'NAC 트로이카'로 명명했다.
이들 세 유전자를 분리해 기능 연구를 수행한 결과 노화 시작 직전 단계에서 노화를 촉진하는 활성산소와 살리실산 반응이 억제되는 것을 확인했다. NAC 트로이카는 식물 노화를 억제하는 데 관여함을 증명했다.
연구팀은 NAC 트로이카에 해당하는 세 유전자의 기능을 보다 확실히 파악하기 위해 세 개의 유전자 중 하나씩 혹은 두 개씩 제거해 해당 유전자의 기능이 손실된 변이체를 관찰했다.
그 결과 제거한 유전자 조합에 따라 활성산소와 살리실산이 증가해 잎이 조기에 노화하는 것을 확인했다. 노화 억제 기능을 지닌 NAC 트로이카가 NAC 유전자의 전사조절 네트워크를 통제해 식물 잎의 노화 속도를 조절하는 것이다.
황대희 부단장은 "NAC 유전자의 전사조절 네트워크를 통해 기존의 정적인 분자 유전학적 연구방식을 넘어섰다는데 의의가 있다"라며 "시간에 따른 식물의 노화 진행을 보다 역동적인 시스템으로 이해할 수 있다"고 말했다.
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