506회

Streptococcus mutans의 세포 생리를 조절하는 (p)ppGpp 와

아세틸화 인산에 관한 연구

김 정 남 (플로리다대학교)

Streptococcus mutans 는 그람양성인 통성 혐기성 세균이며 충치의 주요 원인으로 알려져 있다. 본 연구는 이 세균의 여러 생화학적 대사작용들 중 환경변인에 반응하여 유전자 발현에 영향을 주는 (p)ppGpp 와 아세테이트 대사의 생물학적 역할에 초점을 맞추고 있다. S. mutans 내 (p)ppGpp 는 세가지 단백질들(RelA, RelP, 그리고 RelQ)의 활성에 의해 합성 또는 분해된다. RelA 는 stringent response 중 (p)ppGpp 의 합성과 분해를 조절한다. (p)ppGpp 분해 기능이 부족한 RelP 는 세포의 대수 증식기 중 합성만을 조절한다. 그러나 RelQ 의 역할에 대한 연구는 진행중에 있다. 본 연구에서는 relQ 유전자가 ppnK (NAD kinase), rluE (pseudouridine synthase), 그리고 pta (phosphotransacetylase) 유전자들과 함께 오페론 구조를 형성하고 있음을 증명했다. 이중에서 pta 유전자의 비활성화는 S. mutans 의 저성장을 초래하고 산성 및 산화 스트레스에 대한 민감도를 현저하게 증가시켰다. 그리고 pta 돌연변이는 (p)ppGpp 의 합성을 감소시키는 반면에 relQ 돌연변이는 (p)ppGpp 합성을 증가시켰다. 일반적으로 pta 유전자는 다른 여러 세균종에서 ackA 유전자(acetate kinase)와 함께 추가적인 ATP 생산과 아세테이트(acetate)의 이화-동화작용에 밀접하게 연관되어 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서 S. mutans 내 아세테이트(acetate)와 아세틸화 인산(acetyl-phosphate)의 합성이 Pta-Ack 경로(Pta-Ack pathway)에 의존적으로 조절되고 있음을 증명했다. Pta-Ack 경로의 유전자 돌연변이( ∆ pta 와 ∆ pta ∆ ackA )는 산성 및 산화 스트레스 환경에서 낮은 저항성을 나타냈으며 생체막(biofilm)의 형성도 급격히 감소시켰다. 또한 이러한 돌연변이로 인한 아세틸화 인산의 축적량 변화는 여러 대사작용에 연관된 유전자들의 발현에도 영향을 주었다. 특히 pta 와 ackA 유전자의 발현은 두개의 조절 단백질들(CcpA 와 CodY)의 직접적인 결합에 의해 조절되었다. 그러므로 본 연구의 결과는 S. mutans 의 감염 지속성 및 병원성 인자의 발현에 중요한 아세테이트 대사와 (p)ppGpp 합성이 pta 유전자를 매개로 연결되어 있으며 이들 대사를 조절하는 복잡한 분자적 기작이 있음을 제시한다.