꽃이 피는 시기 결정하는 ‘단백질’ 메커니즘 발견

▲ 히스톤 아세틸화, 탈아세틸화 개념도

IBS, PWR 단백질의 탈아세틸화 과정 유도해 성장ㆍ개화 시기 조절

꽃이 피는 시기를 조절하는 단백질 ‘PWR단백질(POWERDRESS)’의 작동하는 원리가 발견됐다.

기초과학연구원(IBS)은 식물 노화ㆍ수명연구단 곽준명 그룹리더와 김윤주 연구위원이 리버사이드 캘리포니아대 쉐메이 첸 교수팀과 함께 모델 식물인 애기장대를 이용해 PWR단백질이 히스톤 탈아세틸화 효소 중 하나인 HDA9(Histone Deacetylase 9)와 복합체를 이뤄 식물의 성장과 개화시기를 조절한다는 것을 확인했다고 19일 밝혔다.

식물은 동물처럼 적극적으로 움직일 수 없어 생존을 위해 외부 환경 변화에 민감하게 대응한다.

따라서 식물은 생애 전반에 걸쳐 발달ㆍ성장ㆍ적응ㆍ노화 등의 유전적 결정을 내리는데 이를 ‘후성유전학적 메커니즘’이라고 한다.

후성유전학적 조절 메커니즘은 DNA에 담긴 유전정보의 변화없이 DNA와 DNA 주변부가 결합하는 단백질복합체의 구조 변화로 유전자 발현을 조절하는 방식이다.

이번 연구 중에 발견된 ‘히스톤 아세틸화/탈아세틸화 과정’은 후성유전학적 조절 메커니즘 중 하나로 히스톤 아세틸화 효소와 탈아세틸화 효소에 의한 ‘뉴클레오솜(Nucleosome)의 구조 변형’을 통해 이뤄진다.

히스톤 아세틸화 효소가 뭉쳐져 있는 히스톤 단백질에 아세틸기를 붙여 뉴클레오솜의 연결을 느슨하게 하면 DNA 전사가 가능해 유전자 발현이 빨라진다.

반면 탈아세틸화 효소가 느슨하게 연결된 히스톤 단백질의 아세틸기를 떼면 뉴클레오솜이 다시 뭉쳐져 유전자 발현 정도가 느려진다.

탈아세틸화 과정이 제대로 진행되지 않으면 잎이 작게 자라거나 꽃이 빨리 피는 등 식물의 성장과 발달에 문제가 생긴다.

그럼에도, 아세틸화/탈아세틸화 효소 각각의 기능과 구체적인 작용 메커니즘에 대한 연구는 아직 부족했다.

기존에 PWR단백질은 개화 시기와 꽃의 형성 기능을 수행한다고는 알려졌으나 구체적인 메커니즘은 알수 없었다.

이에 연구진은 PWR단백질과 HDA9의 해당 유전자를 각각 결여시킨 돌연변이체를 관찰했다.

그 결과, 정상 식물에 보다 히스톤 단백질의 아세틸화가 증가해 개화 유전자 발현도 함께 증가하는 것을 확인했다.

두 돌연변이에서 아세틸화된 히스톤 단백질의 유전체 상 위치와 발현이 증가하는 유전자들의 종류가 상당히 유사했다.

두 개체 모두 정상 식물보다 개화시기가 당겨졌고 열매 끝이 뭉툭한 모양이었다.

또 유전체 분석 결과, PWR은 HDA9와 직접 결합해 복합체를 이루고 아세틸화된 히스톤 단백질에 결합해 탈아세틸화를 촉진하는 것으로 확인됐다.

즉, PWR-HDA9 복합체는 애기장대의 개화 조절 유전자 중 하나인 AGL19의 탈아세틸화를 촉진해 유전자의 발현 정도를 조절한다는 것이다.

이 연구결과는 지난 5일 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’ 온라인판에 게재됐다. 최소망 기자 somangchoi@

▲ PWR과 HDA9 돌연변이체의 표현형