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이명민 교수 연구팀, 식물 세포의 특정 세포막 수용체 안정화 메커니즘과 이의 역할 규명
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  • 2019-04-24 11:00:02

시스템생물학과 이명민 교수 연구팀은 애기장대 뿌리 표피세포 운명 결정 과정에서 중요한 역할을 수행하는 유전자를 발굴하고, 이 과정에 관여하는 것으로 이미 알려져 있던 유전자와의 기능적 상관성을 규명하였으며, 이 내용이 세계적 국제 학술지인 ‘Nature Communicaitions’ 온라인 판에 “QUIRKY regulates root epidermal cell patterning through stabilizing SCRAMBLED to control CAPRICE movement in Arabidopsis”라는 제목으로 4월 15일자로 게재되었다. .

사람과 같은 다세포 생물을 이루고 있는 세포들은 주변 세포를 인지하고, 주변 세포와의 소통을 통해 최종적인 자기 운명을 결정한다. 애기장대의 뿌리 표피 세포는 이러한 세포 운명 결정 기작 연구에 모델시스템으로 이용되어 왔다. 지금까지 운명 결정에 관여하는 다양한 유전자들이 발굴되었으며, 그 중 세포막에 위치한 수용체 키나아제 SCRAMBLED(SCM)는 뿌리의 특정 표피 세포에 선택적으로 축적되어 세포 외부에 있을 것으로 추정되는 미지의 위치 신호를 인지하여 세포 내부로 전달하여 전사조절인자인 WEREWOLF(WER) 발현을 조절하여, 궁극적으로 세포의 운명을 조절한다고 제안되었다. 하지만 위치 신호가 무엇인지와, SCM이 어떻게 특정 세포에 선택적으로 축적되는지, SCM이 어떻게 WER 유전자 발현을 조절하는지에 대해 알려진 바가 없었다.

이명민 교수 연구팀은 SCM이 어떻게 뿌리 표피 세포 운명을 조절하는지를 연구하기 위해서 새로운 돌연변이군을 탐색을 통해 scm 돌연변이체와 유사한 표현형을 보이는 돌연변이체를 선별하였으며, 이는 QUIKRY(QKY) 유전자의 돌연변이에 의한 표현형 임을 밝혔다. 더 나아가, QKY 단백질은 세포막에서 SCM단백질의 유비퀴틴화를 억제한다는 것을 밝혔다. 유비퀴틴화의 억제로 인해 SCM이 세포안쪽으로 들어가 액포에서 분해되는 것이 제한되고, 이로 인해 특정 표피 세포의 세포막에 축적되어 CPC 단백질의 표피세포 사이의 이동을 촉진하고, 궁극적으로 위치특이적인 뿌리 표피세포 운명을 조절한다는 매커니즘을 제시하였다 (그림3). 본 연구는 SCM에 의해서 WER 발현이 어떻게 조절되는지에 대한 새로운 매커니즘을 제시 하였고, 세포사이에서 단백질의 이동을 수용체 키나아제가 조절할 수 있다는 사실을 밝힘으로써 앞으로의 뿌리 표피 세포의 운명결정에서 위치특이적인 신호 전달과정을 규명하는데 매우 중요한 단서를 제공할 것으로 기대되고, 더 나아가 세포와 세포 사이의 의사소통 조절에 관한 연구에 커다란 기여를 할 것으로 기대된다.
본 연구는 농촌진흥청 우장춘 프로젝트등으로 수행되었으며, 우리 과 졸업생인 송재효 박사후연구원이 제1저자로 참여하고 숙명여자대학교 남경희 교수와 롱아일랜드대학교 곽수환 교수, 미시간대학교 Schiefelbein, John 교수가 공동연구원으로 참여 하였다.

 

 

 

 

 

 그림 1. 뿌리 표피 세포 운명 결정 기작

 

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