Our Research

Ribosome biogenesis

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig. 1. Non-ribosomal ribosome assembly proteins in E. coli                  Fig. 2. 3D structure of T. maritima Der            Fig. 3. Models of Der in complex with lead compounds 

 

 

신개념 항생제 타겟 발굴 및 선도물질 선별

항생제 내성균주의 출현은 항생제의 사용을 제한하여 병원성 세균 감염의 임상적 치료에 중요한 위협이 된다. 현재 치료의 마지막 수단으로 간주되고 있는 반코마이신에 대한 내성 병원성 박테리아가 매우 광범위하게 발견되고 있기 때문에 새로운 항생제 개발에 대한 요구가 증가하고 있다. 따라서 기존의 RNA 및 DNA 합성과 같은 세포 내 주요 생합성 과정을 저해하는 항생제들이 사용되고 있지만 , 본 실험실에서는 새로운 항생제 타겟을 발굴하고 선별하여 이에 대한 신개념 항생제를 개발하는 것을 목표로 한다.

 

세부 연구내용

대부분의 항생제는 리보솜의 기능을 억제하여 단백질 합성을 저해한다. 따라서 본 실험실에서는 리보솜 합성에 직접적으로 관여하는 단백질을 저해하여 단백질 합성을 억제하고 세포생장을 제어하고자 한다. 이를 위해 50S, 30S 리보솜 생합성에 관여하는 GTPase 들을 발굴하고 기능적 연구를 하여 이에 대한 항생제 선도물질을 선별하고자 한다.

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Toxin-antitoxin system

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                                         Fig. 1. Six types of Toxin-antitoxin systems                                                              Fig. 2. 3D structure of D. radiodurans MazEF   

 

연구 배경

Toxin-antitoxin system (TA system)은 원핵 생물에서 아주 흔하게 나타나는 유전적 모듈이다. TA system은 기본적으로 intracellular toxin과 그에 대응하여 toxin의 활성을 저해하는 antitoxin으로 구성되어 있으며, 현재 antitoxin의 분자적 특성 (단백질 혹은 RNA)과 antitoxin이 toxin을 저해하는 방식에 따라 여섯 가지 유형 (Type I – IV)으로 분류된다. 그 중에서도 Type II TA system은 toxin과 antitoxin이 단백질의 형태로 직접적인 상호작용을 하는 경우로 가장 활발한 연구가 진행되고 있다. 일반적으로, 정상적인 성장조건에서는 toxin과 antitoxin의 지속적인 발현이 이루어지고, toxin의 활성은 antitoxin에 의해 억제된다. 그러나 환경적 스트레스 조건이 가해지면 상대적으로 불안정한 antitoxin은 세포 내 단백질분해효소에 의하여 분해되고, 결과적으로 antitoxin으로부터 자유로워진 toxin이 활성화 됨에 따라 세포 내 타겟에 작용하여 세포의 성장을 저해하거나 세포 사멸을 유도한다.

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세부 연구 내용

본 연구실에서는 다양한 스트레스 환경에 노출되는 병원성 미생물 (Mycobacterium tuberculosis), 극한 미생물 (Deinococcus radiodurans, Bosea sp. PAMC 26642)에 존재하는 TA system의 특성을 밝힘에 따라 이들의 병원성 기작 혹은 내성 기작을 이해하고자 한다.

 

연구방향

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• TA system의 기능 규명과 이들의 세포 성장 및 사멸에 대한 관계 연구

• 병원성 박테리아에서 toxin의 발현과 활성만 유도하는 물질을 개발함으로써 세균성 질병을 치료 (antimicrobial agent의 개발)

• 특정 mRNA 서열을 절단하는 toxin을 규명함으로써 Restriction RNase 개발 (향후 antiviral agent로 이용 가능)

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Cold-shock stress response

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                                                                              Fig. 1. Phenotypic changes under cold-shock condition in E. coli    

 

Temperature up-shift or down-shift is one of the major environmental stresses encountered by microorganisms. Especially, one of the main consequences of temperature down-shift on cells is conformational changes of secondary structures of RNAs. This cold-shock induced structural changes of RNAs have significant effects on the global gene expressions, i) by improper termination of transcription, ii) inefficient RNA degradation, iii) translation of alternatively-structured mRNAs, and iv) biogenesis of ribosome and processing of rRNA. Several cold shock proteins are produced to counteract these effects and thus allow cold acclimatization of the cell. The evidences accumulated recently revealed that translational apparatuses play critical roles to adjust cold-shock stress.
Our laboratory focuses on what happens to ribosome biogenesis at low temperature and how cells coordinate those ribosomes, mRNAs and translational factors to have efficient protein production.