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영어

AfsR2 in Streptomyces lividans, a 63-amino acid protein with limited sequence homology to Streptomyces sigma factors, has been known for a global regulatory protein stimulating multiple antibiotic biosynthetic pathways. Although the detailed regulatory mechanism of AfsK-AfsR-AfsR2 system has been well characterized, very little information about the AfsR2-dependent down-stream regulatory genes were characterized. Recently, the null mutant of afsS in S. coelicolor (the identical ortholog of afsR2) has been characterized through DNA microarray system, revealing that afsS deletion regulated several genes involved in antibiotic biosynthesis as well as phosphate-starvation. Through comparative DNA microarray analysis of afsR2-overexpressed S. lividans, here we also identify several afsR2-dependent genes involved in phosphate starvation, morphological differentiation, and antibiotic regulation in S. lividans, confirming that the AfsR2 plays an important pleiotrophic regulatory role in Streptomyces species.

한국어

방선균은 그람 양성 토양 미생물로서 다양한 형태적 변 형 및 생리학적 분화를 갖는 생물학적으로 매우 매력적인 미생물로 알려져 있다(1). 또한 산업적으로도 매우 유용한 항생제, 항암제, 면역억제제와 같은 다양한 2차 대사산물 을 생산하여, 인간 및 동식물의 질병 치료에도 꾸준히 사 용되어 왔다(2, 3). 최근 방선균에 대한 연구 패러다임은, 우선 신규 방선균 종 동정 및 유용 생리활성 물질을 분리 하여 그에 따른 생합성 유전자를 분리하고(4, 5), 방선균 의 전체적인 대사 조절 기작에 대한 연구결과를 접목시킴 으로써 궁극적으로는 보다 다양한 유용 신규 생리활성 물 질의 분리 및 생산성 향상을 도모하고자 하는 방향으로 진화하고 있다(6, 7). afsR2는 S. lividans 유래 조절유전자이며, actinorhodin (ACT), undecylprodigiocin (UND)의 항생제 생합성을 증가 시키는 것으로 알려져 있으며(8), S. coelicolor 조절 유전자 인 afsS와는 염기서열상 동일하며 AfsK-AfsR-AfsR2 (AfsS) two-component 시스템으로 상위 조절 기작이 비교적 잘 규명되어 있는 실정이다(9). 하지만 많은 연구에도 불구하 고 AfsR2가 어떤 기작을 통해서 항생제의 생합성 증가에 관여하는지는 아직 밝혀지지 않은 상태이다. AfsR2가 과 발현 되었을 때, pathway-specific 조절 유전자들의 발현 이 증가되는 것이 확인된 바 있으나 이것이 AfsR2의 direct-interaction에 의한 현상인지는 확인되지 않았다(10) 또한 afsR2가 존재하지 않는 외래 방선균에서 AfsR2를 발현시켰을 때 해당 방선균의 항생제 생합성이 증가한다 는 연구보고는 AfsR2가 단지 pathway-specific 조절유전 자의 발현에만 관여하는 것이 아니라 보다 많은 기능을 가지고 있음을 암시하고 있다(11, 12). 현재까지 AfsR2의 down-steam 조절기작을 규명하기 위하며 많은 연구가 진행되어 왔으며, 이전 연구에서 afsR2 염기서열 분석을 통해 3개의 α-helixes를 포함한 sigma factor의 domainⅢ에 해당하는 sigma-like 기능을 보고한 바 있으며, RNA polymerase의 결합과 관련된 sigma factor 로서의 가능성도 제시되었다(13). 또한 AfsR2 과발현 균주 를 이용하여 2D electrophoresis 연구에서는 AfsR2의 과발 현이 phosphate starvation과 관련된 단백질 발현을 촉진한 다는 결과가 보고된 바 있다(14). 특히 최근에는 S. coelicolor 유래의 afsR2 null mutant를 이용한 마이크로어레이 연구 결과, AfsR2가 phosphate starvation과 관련된 유전자들의 발현에 관여함으로써 nutritional starvation stress를 줄여 주는 것으로 예측되었고, 또한 ECF-sigma factor의 발현과 도 밀접한 관련이 있으며 하나 이상의 sigma factor가 발현 하는데 필요한 linker로서의 가능성도 제시되었다(15). 본 연구에서는 afsR2 조절유전자의 기능적 역할을 탐색 하고자 afsR2 과발현 S. lividans 균주를 이용하여 마이크 로어레이 연구를 수행하였다. 이는 기본적으로 유전자들의 발현이 저하되어 있는 S. lividans에서 afsR2의 기능을 관찰 하기 위한 적절한 방법으로 유전자들의 발현이 활성화 되 어있는 S. coelicolor의 afsS null mutant를 이용한 연구와 상호 보완적인 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단되었다. 본 연구를 통해서 AfsR2를 과발현 하였을 때, 기존에 알려진 phosphate starvation 관련 유전자들과 일부 ECF-sigma factor 들의 과발현을 재확인하였으며, 더불어 형태적 분화와 관련 있는 whi 관련 유전자와 ACT 생산과 밀접한 관련이 있는 abaA-like pleiotrophic regulatory gene의 발현과도 관련이 있음을 추가적으로 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구결과 를 토대로 afsR2가 방선균 내에서 2차 대사산물의 조절기작 및 생합성에 매우 중요한 key-factor 역할을 담당하고 있음 을 제시할 수 있었다.