국제과학비즈니스벨트 핵심 기관인 기초과학연구원(원장 오세정·IBS) 「식물 노화·수명 연구단」(남홍길 단장, DGIST 교수)은 포스텍 연구진과(황태희 교수팀) 공동으로 ‘식물의 세포가 불안정한 외부 환경*영향에도 불구하고 안정적인 반응을 보이게 하는 생체 회로’에 대한 새로운 작용기전을 규명했다.

이번 연구는 빛(외부 환경)으로 실험 세포내 분자 네트워크의 형성과 정보 처리를 통해 생체회로의 안전성을 유도하는 기전을 규명한 이번 연구는 기초생명현상을 이해하는 단초를 제공하여 작물성장 수확시기 조절 등 농업분야에서의 적용은 물론 생체형 정보처리 전자회로 구성의 가능성을 제시하였고, 7월 4일 세계적 학술지인 「디벨럽먼탈 셀 Developmental Cell)」 온라인에 게재됐다.

* 논문제목 : ‘단백질 자이겐티아의 핵 및 세포질 분포를 이용한 공간적 네트워크 구성과 이를 통한 식물 생체 시계 조절에 관한 연구’(Balanced Nucleocytosolic Partitioning Defines a Spatial Network to Coordinate Circadian Physiology in Plants), 공동 제1저자 DGIST 김유미 박사？포스텍 한승민 박사과정생, 교신저자 : IBS 식물 노화？수명 연구단 남홍길 단장？포스텍 황대희 교수

세포는 기본적으로 다양한 생체신호 처리구조를 가지고 있으며 내？외부 환경으로부터의 정보를 처리해 생존-성장-복제한다.

이에 관여하는 주요 인자는 자이겐티아(GI, GIGANTEA)와 라이(LHY, LATE ELONGATED HYPOCOTYL)이며, 자이겐티아(GI)는 라이(LHY)를 조절한다고 보고돼 있다. 남 단장은 자이겐티아(GI)가 식물 생체 시계의 활성조절 중요인자임을 지난 1999년 사이언스(Science)紙에 발표한바 있다.

연구진은 식물 생체시계의 활성조절역할을 하는 단백질인 자이겐티아(GI)가 세포핵과 세포질 2곳에 각각 존재하며 서로 반대되는 조절 신호를 보냄으로써, 생체 회로의 안정성을 유도하는 특별한 정보처리 기전을 확인했다.

연구진은 계산학적인 생체 정보 처리 모델링*을 통해 세포내 신호조절 회로를 규명함으로써 자이겐티아(GI) 단백질과 중심 조절자인 라이(LHY)가 만들 수 있는 모든 종류의 분자 네트워크 모델을 만들고 이를 실험적으로 증명했다. 이를 통해 핵에 있는 자이겐티아(GI)는 라이(LHY)를 활성화 시키고, 세포질에 있는 자이겐티아(GI)는 라이(LHY)의 활성을 억제하는 것을 확인했다.

* 유전자 또는 단백질 사이의 활성, 억제 관계를 수학적인 방식(상미분 방정식)으로 표현하고, 이렇게 표현된 수학적 모델을 시뮬레이션하여 유전자 조절 회로에 포함된 유전자들의 시간에 따른 변화를 예측하는 과정을 의미함.

또한, 핵과 세포질 자이겐티아(GI)가 구성하는 조절 회로는 외부 환경으로부터 오는 신호에 불안정성(불안정한 노이즈)이 있더라도, 식물 세포가 이 노이즈에 큰 영향을 받지 않고 안정적으로 반응하게 하는 강건성(robustness)이 있음을 확인했다.

IBS 남 단장은 “이번 연구 결과는 세포내 분자 네트워크의 형성과 정보 처리 및 이에 의한 생명 현상 조절을 이해하는 새로운 패러다임을 제공하여, 기존에 이해하기 힘들었던 여러 생명과학을 새롭게 해석하게 하는 전환점이 된다는 점에서 의미가 있다”고 말했다.

붙임 1. 연구결과 개요 2. 용어설명 3. 사진설명 4. 연구진 이력사항 끝.