분자세포학 연구실


 

연구실소개

본 연구실은「엽록체운동의 분자메카니즘에 관련하여 최첨단의 연구를 진행하고 있다.

엽록체운동은 시시각각 변동하는 광환경에서 광합성의 효율화 및 강한 빛에 의한 광저해를 피하기 위한 식물의 생존에 필수적인 생리현상이다. 지구상의 모든 식물은 엽록체운동을 보이며, 강한 빛에 유도되는 도피운동이 결손된 phot2 변이체는 생존이 불가능하다.

한편, 광저해를 유도하는 빛의 강도 이하에서는 phot2 변이체의 세포는 엽록체가 항상 표면에 집결하므로 도피반응을 보이는 야생형에 비해 광합성 효율이 향상되어 식물생장이 촉진된다. 이는, 엽록체운동이 광합성의 효율과 생존 등 식물의 생산성에 직접 관여하며, 특히 원예작물과 같이 인공적인 생육조건에 최적화한 작물을 개발하는 응용연구의 가능성을 보여주고 있다.

엽록체는 세포막과 결합하며, 빛의 방향과 강도를 인식하여 세포 내 최적의 위치를 찾아 이동한다. 이와 같은 다이나믹한 엽록체운동의 분자 메카니즘은 엽록체 액틴 필라멘트 (chloroplast actin filament, 이하 cp-actin)의 발견과 다이나믹스 및 제어 인자들의 기능을 통해 그 실체가 조금씩 밝혀지고 있다.

CHLOROPLAST UNUSUAL POSITIONING1 (CHUP1)은 엽록체 외포막에 위치하며, 엽록체의 세포막 정착 및 엽록체운동에 기능하는 중요한 단백질이다. 특히, CHUP1은 약한 빛에서 입자 형태로 존재하며 강한 청색광에 반응하여 더욱 작은 입자로 세분화되어 엽록체 위를 이동하여 이동하는 엽록체의 앞부분에 다시 입자 형태로 재배치된다 (그림1).

 

 

연구실소개이미지1

 

이와 같은 CHUP1의 청색광 의존적 위치 변화는 phototropin에 의해 가역적으로 조절되며 cp-actin의 중합/탈중합을 조절한다. 이 현상은 엽록체가 이동을 시작할 때 혹은 이동 중의 엽록체가 방향을 변경할 때 cp-actin을 재배치하는 엽록체운동의 핵심 메카니즘으로써, 엽록체운동의 방향과 속도를 결정하는 필수적인 역할을 한다. 또한, 엽록체운동은 다른 세포소기관의 미오신에 의존하는 운동방식과는 완전히 다른 액틴중합에 의한 추진력을 발생하는 방식의 독창적인 모델을 제시하고 있다 (그림2).

 

 

연구실소개이미지2

 

 


 

연구실영역

본 연구실의 중점 연구과제는, 엽록체운동의 근간을 이루는 「CHUP1 Signaling Complex (CSC)의 구성원리 및 CSC의 cp-actin 제어시스템을 분자수준에서 밝히는 것이다. 이를 위해, 청색광에 의해 제어되는 엽록체운동계를 시험관내에서 재구성하여, 엽록체운동계의 인위적 제어를 통한 세포의 기능 향상과 작물의 생산성 증대를 목표로 하는 응용연구로 발전시켜 나가고자 한다.

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