한국연구재단은 강원대 윤성일 교수 연구팀이 패드알(PadR) 단백질의 3차원 구조를 연구해 이 단백질에 의한 해독 효소의 유전자 발현 조절 과정에 대해 규명했다고 밝혔다.

자연환경 속에 있는 페놀산은 일부 세균의 생장을 저해한다. 이들 세균은 다양한 환경에서 생존하기 위해 페놀산을 인식하고 이를 분해하는 해독 효소를 생산해내는 독특한 시스템을 갖고 있다.

패드알 단백질은 페놀산을 인식하고 분해 효소 발현을 조절하는 전사 인자로서, 유해 환경 극복에 필수적인 역할을 맡고 있다. 이러한 기능적 중요성에도 불구하고 패드알 단백질이 어떻게 유전자 발현을 조절하는지 구조적·분자적 기전은 전혀 알려지지 않았다.

연구팀은 엑스선 결정학을 이용하여 패드알 단백질의 구조, 작동자 DNA와 결합했을 때의 구조를 규명해냈다. 패드알 단백질은 2개의 단백질 분자의 결합 형태로서, DNA의 굴곡 부위에 결합한다.

단백질의 구조적 분석은 유전자 발현 조절 과정에 대한 가설을 제시하고 검증하는 기반이 되었다.

연구 결과에 따르면, 페놀산이 패드알 단백질에 결합될 때 단백질의 일부 구조가 변형되면서 더 이상 작동자 DNA에 결합되지 못하고 분리되고, 이로써 해독 효소 유전자가 발현된다.

윤성일 교수는 “이번 연구를 통해 세균 내에서 어떻게 특이적으로 페놀산을 인식하고 해독 효소 생산 스위치를 켜는가에 대한 비밀을 풀었다”라며 “패드알 계열 단백질은 병원균의 항생제 내성 발현, 독소 형성과 밀접한 관계를 맺고 있기 때문에 향후 감염 질환 치료제 개발에 도움을 줄 것”이라고 연구의 의의를 설명했다.

이 연구는 교육부·한국연구재단 이공학 개인기초연구지원사업 등의 지원으로 수행되었고, 생화학·분자생물학 분야 국제 학술지 뉴클레익 엑시드 리서치(Nucleic acids research) 11월 9일에 발표되었다.

(논문명 : Structural basis of effector and operator recognition by the phenolic acid-responsive transcriptional regulator PadR)