2006 년 8 월 16 일
캘리포니아주 라호야 – 풍족할 때 단세포 점균류 Dictyostelium discoideum 숲 바닥에 널려 있는 박테리아를 우적우적 씹으며 고독한 삶을 살고 있습니다. 그러나 이 단순한 생명체는 영웅적인 발달 행동을 할 수 있습니다. 딕티오스텔리움 아메바는 이웃과 함께 모여 어린이를 구하기 위해 설계된 다중 세포 타워를 형성합니다.
식량 공급이 고갈되면 독방 Dictyostelium discoideum 세포가 모여 포자 생산 탑으로 융합됩니다. Steely2(만화 형식으로 표시됨)라는 새로 발견된 하이브리드 효소는 Dictyostelium의 수명 주기에서 이 중요한 단계를 조율하는 화학 신호(DIF-1, 여기에 막대 모델로 표시됨)의 기본 구조를 구축합니다. 전능한 세포의 변형 전용 포자 또는 줄기 세포로. (Rob Kay의 사진을 사용한 Mike Austin의 이미지.)
향후 연구에서 자연화학생물학, Salk Institute for Biological Studies와 영국 케임브리지에 있는 MRC(Medical Research Council of Molecular Biology)의 연구자들은 전통적인 방법과 컴퓨터 기반 방법을 사용하여 방법을 보여줍니다. 딕티오스텔리움 이 발달 변형에 필요한 Differentiation Inducing Factor의 약자인 DIF-1이라는 화학적 신호를 합성합니다.
협업, 공동 선임 저자 설명 조 노엘Salk의 Howard Hughes Medical Institute 연구원인 Dr. , 박사는 “생물 정보학, 효소학, 구조 생물학 및 유전학을 포함하는 결합된 접근 방식의 힘을 보여 주어 유기체가 어려운 생태계에서 생존하고 번영하기 위해 천연 화학 물질을 이용하는 이유의 핵심을 파악합니다. ”
점균류가 굶주리면 집단적으로 다세포 민달팽이 같은 생물을 형성하여 집단으로 따뜻한 곳으로 이동합니다. 그곳에서 DIF-1 신호에 대한 반응으로 민달팽이는 문자 그대로 일어서고 그들의 세포는 줄기 세포 기둥 또는 차세대 포자 세포로 변형되어 기둥 꼭대기에 앉아 식량 공급이 회복되기를 기다립니다.
Noel과 Noel 연구실의 박사후 연구원이자 이 연구의 공동 저자인 Michael Austin 박사는 유형 III PKS로 알려진 효소에 의한 다양한 식물 및 미생물 폴리케타이드의 생합성에 지속적인 관심을 가지고 있습니다. 식물은 자외선 차단제, 항생제, 꽃 색소 및 항산화제로 사용하기 위해 플라보노이드 및 스틸벤과 같은 폴리케타이드 천연 제품을 만듭니다. 오스틴은 "식물성 폴리케티드는 또한 녹차, 적포도주, 대두의 건강 증진 성분으로서 인간의 식단에 상당한 이점이 있는 것으로 점차 인식되고 있습니다."라고 설명합니다.
알고 보니 DIF-1은 같은 무리에 속해 있었습니다. “자연적으로 발생하는 폴리케타이드의 다양성에 대한 리뷰 기사를 읽는 동안 우리는 DIF-1의 핵심 화학 구조, 딕티오스텔리움, 식물 유형 III PKS로 만든 천연 제품과 유사합니다.”라고 Austin은 회상합니다.
당시, 딕티오스텔리움 게놈을 시퀀싱하는 중이었고 원시 DNA 시퀀싱 데이터의 일부와 조각이 공개적으로 사용 가능한 데이터베이스에 보관되었습니다. Austin은 다음과 같이 회상했습니다. 딕티오스텔리움.” 다양한 컴퓨터 프로그램을 사용하여 찾고, 조립하고, 번역합니다. 실리에 관련 원시 DNA 시퀀싱 단편을 먼저 유전자에 넣은 다음 이 유전자가 암호화하는 단백질에 넣습니다. Austin은 두 가지 유형 III PKS 유사 유전자 시퀀스를 재구성했으며 또한 놀라운 사실을 발견했습니다.
예기치 않게 유형 III PKS에 대한 이러한 추론된 유전적 청사진은 각각 딕티오스텔리움 다른 효소 활성 단백질 도메인에 융합될 유형 III PKS. 이전에는 볼 수 없었던 하이브리드 배열은 점균류 세포에서 폴리케타이드 분자를 합성하는 매우 효율적인 양동이 여단처럼 작동합니다.
"자연은 인간이 사용할 수 있도록 변형된 폴리케타이드를 만드는 보다 효율적인 방법을 생명 공학적으로 개발하기 위해 이 새로운 도메인 배열을 이용할 수 있는 길을 열었습니다."라고 Austin은 말했습니다.
벤치로 이동하면서 Austin과 Noel 연구소 관리자인 Marianne Bowman은 고립되었습니다. 딕티오스텔리움 유형 III PKS 도메인을 암호화하는 DNA는 실제로 식물 PKS와 유사한 구조를 결정했을 뿐만 아니라 그들 중 하나인 Steely2가 시험관에서 DIF-1의 화학적 스캐폴드를 만들었다는 것을 보여주었습니다. 남은 것은 점균류 자체가 새로 발견된 효소를 사용하여 DIF-1을 만든다는 사실을 증명하는 것뿐이었습니다.
이를 위해 Noel과 Austin은 공동 선임 저자인 Robert Kay 박사를 찾았습니다. 딕티오스텔리움 MRC의 세포 분화 전문가 및 그룹 리더. “우리는 보고서를 작성하여 Rob Kay에게 버전을 보냈고 '당신은 우리를 모르지만 이것이 우리가 하는 일입니다. 생화학적으로 우리는 생체 활성 DIF-1 분자의 필수 전구체를 만드는 기계를 확인했습니다.' “
Kay는 자신과 연구실에서 안식년을 연구하는 과학자인 공동 저자 Tamao Saito 박사와 함께 최근 완료된 최종 조립 및 주석 전체에 이어 이러한 특이한 유형 III PKS 유전자에 초점을 맞추었다고 답했습니다. 딕티오스텔리움 Kay 그룹을 포함한 많은 과학자들의 전 세계적 협력에 의해 수행된 게놈.
독립적으로 작업하면서 Saito와 Kay는 딕티오스텔리움 Steely2 유전자. 그 결과 "부족한" 점균류는 DIF-1을 만들 수 없을 뿐만 아니라 노엘 연구소가 듣고 싶어했던 생물학적 확증인 구조 탑을 건설할 수 없었습니다. 두 연구실은 데이터를 모아서 숲 바닥을 기어다니는 이 매력적인 유기체에서 발견되는 화학적 다양성에 대해 계속해서 협력하면서 하나의 매우 완전한 이야기로 작업을 게시합니다.
Salk의 Jack H. Skirball Center for Chemical Biology and Proteomics의 교수인 Noel은 이렇게 말합니다. 생물학의 근본적인 질문을 다룹니다. 그 과정에서 우리는 집단적으로 효율적인 화학 공장을 발견했습니다. 디사이토스텔리움 자연에서 중요한 의약품을 생산하기 위해 다른 유기체에서 사용되는 유사한 시스템을 수정하는 방법에 대해 알려주는 세포입니다.”
Noel에게 문제는 전통적으로 무시되었던 수준, 즉 자연 전체에서 발견되는 과다한 천연 화학 물질의 생물학적 복잡성을 이해하는 것입니다. 유기체는 주변 환경과 상호 작용하는 수단으로 화학 물질을 사용하며 인류는 이 사실을 이용하여 오늘날 질병 치료에 사용되는 대부분의 의약품을 발견했습니다. "우리 사례의 주요 근본적인 질문은 유기체가 화학 물질을 만드는 이유, 이러한 분자가 자연에서 어떤 역할을 하는지, 호스트 유기체가 생존하고 번영할 수 있는 새로운 방법을 제공하기 위해 수백만 년 동안 진화하는 데 사용된 세포 기계가 어떻게 작동하는지입니다. . 천연 화학 물질의 다양성과 이를 생산하는 기계를 이해하면 과거를 되돌아보고 유기체가 분자 수준에서 어떻게 진화하는지 이해할 수 있는 창을 제공합니다.”
또한 이 연구에 기여한 사람은 Kay와 함께 일한 Steven Haydock, Saito와 함께 현재 일본 삿포로의 홋카이도 대학에 있는 Atsushi Kato, Scripps Institute of Oceanography의 Bradley Moore 박사입니다.
캘리포니아 라호야에 있는 Salk Institute for Biological Studies는 생명 과학의 근본적인 발견, 인간 건강 개선 및 미래 세대의 연구원 교육에 전념하는 독립적인 비영리 조직입니다. 1955년에 소아마비 백신으로 치명적인 소아마비를 거의 근절한 의학박사 Jonas Salk는 1965년 샌디에이고 시에서 기부한 토지와 March of Dimes의 재정적 지원으로 연구소를 열었습니다.
커뮤니케이션 사무소
전화 : (858) 453-4100
press@salk.edu
