DGIST(대구경북과학기술원, 총장 신성철) New Biology 전공 노화 연구단(남홍길 Fellow, IBS 식물노화수명연구단)은 포스텍 연구진과(황대희 교수팀) 공동연구로 기초과학연구원의 지원을 받아 ‘식물의 세포가 불안정한 외부 환경 영향에도 불구하고 안정적인 반응을 보이게 하는 생체 회로’에 대한 새로운 작용기전을 규명했다.

세포내 분자 네트워크의 형성과 정보 처리를 통해 생체회로의 안전성을 유도하는 기전을 규명한 이번 연구는 기초생명현상을 이해하는 단초를 제공해 작물성장·수확시기 조절 등 농업분야의 적용은 물론 생체형 정보처리 전자회로 구성의 가능성을 제시했다.

또 15일 세계적 학술지인 「디벨럽먼탈 셀 Developmental Cell)」에 게재됐다.

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 Fellow는 자이겐티아(GI)가 식물 생체 시계의 활성조절 중요인자임을 밝혀 1999년 사이언스(Science)에 발표한바 있다.

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

계산학적인 생체 정보 처리 모델링을 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.

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.

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