리스테리아균(Listeria monocytogenes)은 식중독 유발 병원균으로서 건강한 사람의 경우 발열, 오한, 설사 증세를 일으킵니다. 임산부, 영아, 면역저하환자의 경우 패혈증과 뇌수막염을 유발하고 치사율이 20%까지 이른는데요. 국내연구진이 식중독을 유발하는 리스테리아균의 인간 감염 과정에서 중요한 역할을 담당하는 편모*의 생성 조절 기전을 밝혔습니다.
*편모 : 세균 표면에 부착된 채찍 모양의 구조물로 회전을 통해 세균에 운동성을 제공함
강원대학교 윤성일 교수 연구팀은 리스테리아균의 편모 생성이 온도에 따른 GmaR 단백질의 독특한 구조적 변화에 의해 제어된다는 사실을 규명했습니다. 리스테리아균은 온도에 따라 운동방식이 다른데, 30도 이하 환경에서는 편모를 이용해 능동적으로 운동하고 증식합니다. 하지만, 37도 체내 환경에서는 편모 단백질이 선천성 면역 반응을 일으키고 다양한 항체반응을 유도하기 때문에 편모의 발현을 억제하고 인간 액틴 단백질을 중합해 운동성을 획득합니다.
온도에 따른 리스테리아균의 편모 단백질 발현은 전사억제 인자*인 MogR 단백질과 항억제 인자**인 GmaR 단백질을 통해 정교하게 조절되지만, GmaR-MogR 시스템이 온도에 따른 편모 형성에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 구조적, 분자적 기전은 최근까지 밝혀지지 않았습니다.
* 전사억제 인자(transcriptional repressor) : DNA 유전암호가 RNA중합효소에 의해 전령RNA(mRNA)로 옮겨지는 전사(transcription) 과정을 억제하는 단백질.
** 항억제 인자(antirepressor) : 전사억제 인자에 결합하여 전사억제 기능을 저해하는 단백질.
연구팀은 엑스선 결정학을 이용해 GmaR 단백질의 단독 구조 및 MogR 단백질에 결합했을 때의 구조를 원자수준에서 규명하고, 3차원 구조 분석과 생물리화학 및 세포실험을 통해 GmaR-MogR 시스템의 작동방식을 제시했습니다. 낮은 온도에서 GmaR 단백질은 환형의 단량체로 존재하며 MogR의 멀리 떨어진 두 부위를 직접적으로 인식함으로써 MogR의 편모 단백질 발현 억제능력을 무력화시키고 결국 편모 발현을 유도합니다.
또한 연구팀은 온도가 올라감에 따라 GmaR 단백질이 변성되어 MogR 결합능을 소실한 비정상적 응집체를 형성한다는 사실도 밝혔습니다. 즉, 37도에서 만들어진 GmaR 응집체는 MogR에 결합하지 못 하기 때문에 MogR이 정상적으로 기능하게 하고, 결국 편모 단백질 발현이 억제된 것을 확인할 수 있었습니다.
윤성일 교수는 “이번 연구는 리스테리아균의 온도 적응방식을 구체적으로 규명한 데 의의가 있다”라며 “앞으로 리스테리아 감염증에 특이적이고 선택적인 약물을 개발할 수 있는 토대가 되기를 기대한다”고 밝혔습니다.
연구의 성과는 생화학·분자생물학분야 국제학술지‘뉴클레익 애시드 리서치(Nucleic acids research)’에 10월 26일(한국시간) 게재됐습니다.
논문명 : Structural basis of flagellar motility regulation by the MogR repressor and the GmaR antirepressor in Listeria monocytogenes
