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| ▲ 세종대학교 좌남수 교수 연구팀.(사진=세종대학교 제공) |
[세계로컬타임즈 온라인뉴스팀] 세종대학교 좌남수 교수 연구팀은 새로운 식물세포사멸 현상을 발견하는 등 유의미한 연구 업적 달성에 성공했다.
세종대는 “바이오융합공학전공 좌남수 교수 연구팀이 자신들의 논문을 국제학술지 Plant Cell 12월 온라인 판에 게재했다”고 26일 밝혔다.
해당 논문에 따르면 병원균이 식물에 침입, 감염하면 식물은 이에 반응해 침입 부위에 세포사멸(cell death)을 일으켜 식물세포 죽음으로 병원균의 확산을 억제, 식물병을 일으키지 못하게 한다.
현재 널리 알려져 있는 세포사멸은 활성산소(ROS‧reactive oxygen species)의 생성을 유도하는 저항성 유전자(단백질)가 병원체를 인식해 일어난다. 이때 축적되는 활성산소는 산화적 스트레스 반응을 일으키는 신호물질(signal)과 독성물질(toxic radical) 역할을 한다.
이처럼 병원균의 침입부위에 식물이 국부적으로 과민 반응(HR‧hypersensitive response) 세포사멸을 촉발시키는 현상이 일반적으로 일어나는 식물의 면역 전략이다.
세종대 식물면역학 연구실 좌남수 교수 연구팀은 고려대학교 황병국 교수와 공동연구를 수행해 도열병균의 침입에 저항하는 벼의 식물세포사멸 과정에 철(iron, Fe+3)이 관여한다는 것을 발견했다.
이에 세계 최초로 ‘식물-병원균 시스템에서 철(iron) 의존적 세포사멸(Ferroptosis) 현상’을 식물학 분야 최고 권위 국제학술지 Plant Cell에 발표한 것이다.
Magnaporthe oryzae는 세계 주요 식량작물인 벼에 도열병 (rice blast disease)을 일으켜서 쌀 생산에 큰 피해를 주고 있는 주요 진균성 병원균(fungal pathogen)이다.
벼와 M. oryzae는 유전자-유전자 상호작용(gene-for-gene interaction)을 통해 오랫동안 서로 공진화(co-evolution)하고 있어 병원균에 대한 식물면역 반응을 연구하는 데 좋은 식물-병원균 시스템을 제공하고 있다.
좌 교수 연구팀은 벼-M. oryzae를 모델 시스템으로 이용해 식물세포사멸에 새로운 플레이어(player)인 철(iron)이 역할을 한다는 사실을 발견함으로써 식물면역 과정에 Ferroptosis가 유도됨을 증명했다.
Ferroptosis현상은 새로운 형태의 non-apoptotic 철 의존성 세포사멸현상으로 지난 2012년 동물 세포연구에서 최초로 발견됐다(Dixon 등‧2012).
저분자 화합물인 에라스틴 (erastin)의 암치료 효과를 연구하는 과정에서 에라스틴이 동물세포에서 ferroptotic 세포사멸을 일으킨다는 것을 최초로 발견한 것이다.
좌 교수 연구팀은 병을 일으키지 못하는 비병원성 병원체의 침입을 받았을 때 벼 세포에 철과 활성산소(ROS)가 축적된다는 것을 밝혔다.
철은 ROS를 만나 fenton 반응을 일으켜 ferroptotic 세포사멸을 유발하는 지질 과산화물 (lipid peroxides)을 과량 축적시킨다. 포유 동물 세포에서 Ferroptosis를 억제하는 화합물이 식물의 세포사멸경로에도 영향을 주는지 알아보기 위한 연구다.
철분 킬레이트(DFO‧deferoxamine)는 벼 세포 사멸을 억제, M. oryzae의 침입을 도왔고 지질산화 억제제 (Fer-1, ferrostatin-1)는 식물 세포에서 도열병균의 침입균사의 성장을 증가시켰다.
Cyt E(cytochalasin E)를 처리하면 병원균침입균사 주위에 ROS와 철분이 가득 찬 소포(vesicle)를 이동시켜 액틴(actin) 미세섬유(microfilaments)의 생성을 방해하게 한다. 이에 반해 에라스틴(erastin)을 처리하면 철 의존적 ROS 축적과 glutathione 고갈을 일으켜 벼의 세포사멸을 유발하고 M. oryzae의 생장을 저지한다.
이번 연구결과를 토대로 식물과 동물의 세포사멸이 분자 유전적으로 유사한 진화적 근거를 가지고 있음이 밝혀졌다는 평가다. 다만 식물에서 철(iron)에 의존하는 세포사멸(Ferroptosis) 기작에 대한 이번 연구는 이제 시작에 불과하다.
좌 교수는 “벼-M. oryzae 상호작용에서 철 의존적 식물 Ferroptosis가 처음 발견됨에 따라 앞으로 Ferroptosis를 기반으로 한 식물면역연구가 활발히 이뤄지기를 기대한다“고 말했다.
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