다량의 기능성 단백질을 생산할 수 있는 바카라 족보 개발

마츠오 유키키, 산업기술종합연구소(이하 'AIST') 바이오제조연구센터 수석연구원RNA 침묵 메커니즘을 억제함으로써 기능성 단백질 생산 능력이 높으면서도 정상적으로 자라고 씨앗을 생산하는 바카라 족보을 만들었습니다

유전 정보를 살아있는 유기체에 도입하여 생산된 기능성 단백질은 백신 항원 및 효소로 널리 사용됩니다 기능성 단백질은 주로 동물세포와 미생물을 이용해 생산되나, 최근에는 안전성과 생산비용 측면에서 우수하다는 점에서 바카라 족보을 활용한 생산방식이 주목받고 있다 그러나 바카라 족보은 바이러스 등의 외적으로부터 자신을 보호하기 위해 외래 유전자의 발현을 억제하는 'RNA 침묵 메커니즘'이라는 메커니즘을 갖고 있으며, 이 메커니즘은 원하는 기능성 단백질의 생산 효율을 감소시키는 문제를 안고 있다 이에 대해 AIST는 RNA 침묵 메커니즘을 억제하는 데 핵심적인 역할을 하는 RNA 의존성 RNA 중합효소 6(rdr6유전자)가 깨졌습니다rdr6나는 바카라 족보체를 발달시켰습니다rdr6바카라 족보은 기능성 단백질의 생산 능력이 높습니다 반면에,rdr6"야생형"에 비해 바카라 족보은 크게 자라지 못하며 씨앗도 형성하지 않습니다

이번에는 RDR6과 밀접한 관련이 있으며 바카라 족보 형태 형성에 관여합니다TAS3를 중심으로rdr6우리는 바카라 족보에 도입하기 위해 유전자 변형을 수행했습니다 그 결과, 높은 기능성 단백질 생산 능력은 물론, 야생형 바카라 족보과 동일한 크기로 자라 종자를 생산할 수 있는 실용성을 갖춘 'TAS3i 바카라 족보'을 만드는 데 성공했다 이 공장을 통해 기능성 단백질을 효율적이고 실용적으로 생산할 수 있습니다 예를 들어 재생의학이나 배양육 산업에서는 세포배양을 위해 고가의 기능성 단백질이 다량 필요하며, 이를 공급하는 비용이 문제가 된다 이 바카라 족보체를 활용해 기능성 단백질을 생산·공급하면 세포배양 비용을 획기적으로 절감할 수 있을 것으로 기대된다 또한, 의약품, 연구시약, 진단시약 등을 제조하는 산업현장에서도 마찬가지로 비용절감과 안정적인 공급에 기여할 것으로 기대된다 이 기술의 자세한 내용은 2025년 7월 18일 공개될 예정이다바카라 족보 일지

재조합 단백질은 유기체에 원하는 유전자를 인위적으로 도입하여 유기체의 세포 내에서 합성되는 단백질입니다 백신 항원 및 효소와 같은 기능성 단백질은 의약품 및 시약으로 널리 사용됩니다 기능성 단백질은 일반적으로 원하는 단백질의 설계도를 제공하는 유전자를 동물 세포나 미생물에 도입해 배양하는 방식으로 생산되지만, 대량 생산에는 장비 비용이 많이 들고 병원체나 바이러스에 오염될 위험도 있다 최근에는 바카라 족보에 유전자를 도입해 바카라 족보 내에서 기능성 단백질을 생산하는 기술이 동물세포를 이용한 기존 방식에 비해 안전성과 생산비용 측면에서 월등할 것으로 기대된다 한편, 바카라 족보을 이용한 기능성 단백질 생산에는 낮은 발현 수준, 정제의 어려움 등 기술적인 문제가 남아 있으며, 생산 효율을 더욱 높이기 위한 기술 개발이 진행되고 있다

바카라 족보은 바이러스와 같은 외부의 적으로부터 자신을 보호하기 위해 "RNA 침묵 메커니즘"이라는 메커니즘을 가지고 있습니다 RNA 침묵 메커니즘은 외부에서 유입된 유전자에서 유래한 메신저 RNA(mRNA)를 분해해 바이러스나 다른 유기체의 증식을 막는 메커니즘이다 이는 바카라 족보에서 매우 중요한 방어기전 중 하나이지만, 이 기능 때문에 기능성 단백질을 만들기 위해 바카라 족보에 유전자를 도입하면 원하는 기능성 단백질에 대한 유전자에서 유래한 mRNA도 분해되어 생산효율이 떨어지게 된다

AIST는 기능성 단백질 생산에 가장 일반적으로 사용되는 담배 유형입니다니코티아나 벤타미아나RNA 침묵 메커니즘에서 이중 가닥 RNA 합성에 중심 역할을 합니다rdr6교란된 유전자를 가진 바카라 족보”rdr6우리는 과거에 "바카라 족보체"를 개발했습니다^※110822_10935rdr6이 바카라 족보은 유전자 변형되지 않은 야생형에 비해 크기가 작고 씨앗을 생산할 수 없다는 단점(불임)이 있습니다 이번에는 기능성 단백질을 보다 효율적이고 안정적으로 생산하기 위해rdr6우리는 이러한 단점을 극복한 바카라 족보을 기반으로 새로운 바카라 족보을 만드는 작업을 진행했습니다

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이번 연구에서는 백신 항원, 효소 등 기능성 단백질을 효율적으로 생산할 수 있는 바카라 족보을 개발했습니다

지금까지 AIST에서 개발함rdr6바카라 족보은 외래 유전자의 발현을 덜 억제하기 때문에 기능성 단백질 생산 능력이 높지만, 일반 야생형 바카라 족보에 비해 크기가 작고 종자를 형성하지 않아 실용화 시 재배 효율성과 균주 유지 측면에서 큰 제약이 되어 왔습니다 바카라 족보이 작을 경우에는 필요한 양의 단백질을 얻기 위해 바카라 족보을 많이 키우거나 재배 기간을 연장해야 하므로 재배 비용과 노동력이 증가한다 또한, 종자를 확보하지 못하면 우수한 특성을 지닌 바카라 족보이라도 다음 세대에 물려줄 수 없기 때문에 안정적인 기능성 단백질 생산 시스템 구축이 어렵다

rdr6바카라 족보의 RNA 침묵 메커니즘을 억제하기 위해rdr6유전자가 파괴되고 있습니다 반면에,rdr6유전자는 “miR390–TAS3–ARF 경로라는 유전자 조절 경로에서도 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다 이 경로는 바카라 족보의 잎이나 꽃과 같은 기관의 형성을 조절하는 데 필수적입니다ARF유전자(옥신 반응 인자 유전자)''의 발현을 규제하는 메커니즘입니다(그림 1)

이 경로에서는 단일 가닥 RNA가 먼저 TAS3이라는 특정 DNA 서열로부터 합성된 후 miR390(유전자 발현 조절 효과가 있는 작은 단일 가닥 RNA의 일종)에 의해 인식되는 서열에서 절단되고(1단계), TAS3 서열에서 파생된 단일 가닥 RNA가 생성됩니다(2단계) 절단된 RNA를 기반으로 이중나선 RNA를 합성(3단계)한 후,ta-siRNA(트랜스-작용하는 작은 간섭 RNA)ARF분해를 유도하여 유전자 유래 mRNA의 발현을 제어합니다(4-5단계) RDR6은 3단계 '이중가닥 RNA 합성'에 필수적인 효소다 하지만,rdr6바카라 족보에서rdr6유전자가 파괴되었기 때문에 TAS3 서열에서 이중 가닥 RNA를 생성할 수 없습니다 그 결과,rdr6“miR390–TAS3–ARF 경로”는 바카라 족보에서 정상적으로 기능하지 않습니다ARF유전자 발현은 조절되지 않는 것으로 추정됩니다 이는 다음을 의미합니다rdr6이것이 왜소증 및 비정상적인 종자 형성과 같은 바카라 족보의 형태학적 결함의 원인인 것으로 추정되었습니다(그림 2A)

그러므로 TAS3 서열에서 파생된 이중 가닥 RNArdr6바카라 족보에서 다시 생산될 수 있다면 "miR390–TAS3–ARF 경로"의 기능이 복원됩니다ARF유전자 발현 조절이 정상화될 수 있다고 생각됩니다 그러므로,rdr6우리는 바카라 족보 세포 내의 TAS3 서열에서 파생된 이중 가닥 RNA를 생성하는 새로운 메커니즘을 도입했습니다(그림 2B) 구체적으로 우리는 TAS3 DNA 서열이 사이에 스페이서 서열을 두고 반대 방향으로 배열된 벡터를 만들었습니다rdr6바카라 족보에 도입되었습니다 DNA 서열을 반대 방향으로 배열함으로써 단일 가닥 RNA는 자기 상보적인 이중 가닥 RNA 구조를 형성할 수 있습니다(그림 2B) 또한, 스페이서 서열의 사용은 이중 가닥 RNA 구조의 형성을 촉진합니다 이런 방법으로 우리는 RDR6의 기능을 요구하지 않고 TAS3 서열로 이중나선 RNA를 형성할 수 있는 바카라 족보을 개발했고, 이 바카라 족보을 'TAS3i 바카라 족보'이라고 명명했다(그림 3)

야생형,rdr6, 각 TAS3i 플랜트에서ARF유전자 발현현황을 분석한 결과,rdr6바카라 족보에 여러 개ARF유전자 발현이 증가한 것으로 확인되었습니다 이것은,rdr6"miR390–TAS3–ARF 경로"가 바카라 족보에서 정상적으로 기능하지 않음을 반영합니다 반면, TAS3i 플랜트에서는rdr6바카라 족보체와 비교한 배수ARF유전자 발현이 감소했습니다 또한, TAS3i 공장에서는rdr6바카라 족보에서는 거의 검출되지 않는 TAS3 서열 유래 Ta-siRNA가 높은 수준으로 검출되었습니다 이 결과는 TAS3 서열의 이중 가닥 RNA가 TAS3i 바카라 족보에서 적절하게 생산되고 하류 ta-siRNA로 기능한다는 것을 보여주며, "miR390-TAS3-ARF 경로"의 기능이 TAS3i 바카라 족보에서 복원되었음을 확인시켜 줍니다

그림 4에서 볼 수 있듯이 TAS3i 바카라 족보의 잎 크기와 전체 바카라 족보 성장은 야생형 바카라 족보과 거의 동일한 수준으로 회복되었습니다 또한,rdr6바카라 족보체에서는 꽃의 형태에 이상이 관찰되었으나, TAS3i 바카라 족보은 야생형과 동일한 형태를 보이며 종자를 얻을 수 있었습니다

야생형,rdr6, 각 TAS3i 바카라 족보을 사용하여 녹색형광단백질(GFP)임시 표현16185_16246|을 시도한 결과, GFP 발현을 처리한 야생형 바카라 족보에서는 매우 약한 GFP 형광만이 관찰된 반면, GFP 발현을 처리한 야생형 바카라 족보에서는 관찰되었습니다rdr6매우 강한 GFP 형광이 바카라 족보과 TAS3i 바카라 족보 모두에서 관찰되었습니다(그림 5) 이는 TAS3i 바카라 족보에서 GFP가 대량으로 생산된다는 것을 나타냅니다

위 결과에서,rdr6바카라 족보에서 확인된 고기능성 단백질 생산능력이 TAS3i 바카라 족보에서도 유지되는 것이 분명해졌습니다

TAS3i 바카라 족보은 야생형 바카라 족보만큼 건강하게 자라며 정상적으로 씨앗을 형성할 수 있습니다 반면, TAS3i 공장에서는rdr6유전자는 여전히 파괴된 상태이므로 RNA 침묵 메커니즘이 억제됩니다 그 결과, TAS3i 바카라 족보은 높은 수준의 기능성 단백질 생산능력을 유지하며, 그동안 달성하기 어려웠던 '정상 형태'와 '고단백질 생산능력' 특성을 동시에 갖춘 매우 우수한 바카라 족보임을 확인하였다(표 1)

향후에는 TAS3i 바카라 족보을 비롯한 바카라 족보을 이용한 의약품 및 산업용 기능성 단백질의 고효율 생산 시스템을 구축하고 보다 다용도의 발현 플랫폼 개발을 목표로 하고 있습니다 우리는 또한 "miR390-TAS3-ARF 경로"와 RNA 침묵의 분자 메커니즘을 밝히는 작업을 계획하고 있습니다

발행된 잡지:바카라 족보일지
논문 제목: 회복RNA 의존성 RNA 중합효소 6유전자 녹아웃 표현형니코티아나 벤타미아나트랜스-작용 짧은 간섭 RNA3 서열의 역 반복 구조의 생체 내 생성을 통해
저자: 마츠오 코우키
DOI:101111/tpj70350

※1　Matsuo, K 및 Atsumi, G CRISPR/Cas9 매개 녹아웃rdr6유전자니코티아나 벤타미아나재조합 단백질의 효율적인 일시적 발현을 위해플랜타250, 463–473(2019)https://doiorg/101007/s00425-019-03180-9

RNA 침묵 메커니즘

바카라 족보이 바이러스 등 외부에서 유입된 유전자를 감지하고 그 효과를 억제하기 위해 사용하는 방어 메커니즘 중 하나입니다 외래 유전자에서 유래한 RNA를 인식하면 해당 RNA를 분해하여 외래 유전자의 발현을 억제합니다 이 메커니즘은 병원균으로부터 바카라 족보을 보호합니다[소스로 돌아가기]

rdr6유전자

RNA 침묵 메커니즘과 miR390–TAS3–ARF 경로에 관여하는 중요한 유전자 중 하나이며 단일 가닥 RNA에서 이중 가닥 RNA를 생성하는 역할을 합니다 이 이중 가닥 RNA는 최종적으로 작은 간섭 RNA(siRNA)로 가공되어 표적 RNA의 분해를 유도합니다 이런 작업을 통해서,rdr6유전자는 바이러스 방어 및 바카라 족보 형태형성에 관여하는 유전자의 발현을 조절하는 데 중심적인 역할을 합니다[출처로 돌아가기]

TAS3

바카라 족보 게놈에 존재하며 ta-siRNA(트랜스-작용하는 작은 간섭 RNA)라고 불리는 조절 RNA의 원천인 특정 DNA 서열입니다 TAS3 서열로부터 생성된 ta-siRNA는ARF유전자 등 표적 유전자의 발현을 조절하여 바카라 족보의 정상적인 형태 형성에 필수적인 역할을 하며, 잎과 꽃의 형성에 관여합니다[출처로 돌아가기]

miR390–TAS3–ARF 경로

이것은 바카라 족보의 중요한 유전자 발현 조절 메커니즘의 한 유형입니다 TAS3 서열에서 생성된 RNA는 miR390(유전자 발현 조절 효과가 있는 단일 가닥 RNA의 일종)이라는 작은 RNA를 사용하여 절단되고, RDR6은 이 RNA를 주형으로 사용하여 이중 가닥 RNA를 생성합니다 Ta-siRNA는 이 이중 가닥 RNA를 절단하여 생성됩니다 이러한 ta-siRNAARF유전자(옥신 반응 인자)의 발현을 조절하고 잎이나 꽃과 같은 기관의 형성에 중요한 역할을 합니다 이 경로의 정상적인 기능은 바카라 족보의 형태와 발달에 필수적입니다[출처로 돌아가기]

ARF유전자(옥신 반응 인자 유전자)

바카라 족보 호르몬 옥신의 신호에 반응하여 유전자 발현을 조절하는 전사 인자 그룹입니다 이는 잎, 꽃 등 바카라 족보 기관의 형성과 성장을 조절하는 역할을 하며 정상적인 바카라 족보 발달에 필수적입니다[출처로 돌아가기]

ta-siRNA(trans-acting small interfering RNA)

전사 후 특정 유전자의 발현을 조절하는 역할을 하는 작은 RNA의 일종입니다 이 유전자의 특이한 점은 발현을 조절하는 유전자와 다른 DNA 서열에서 유래한다는 점이며, 다른 유전자에서 생성된 상보적 mRNA를 인식해 분해를 유도해 발현을 억제한다는 점이다 이는 바카라 족보 발달, 형태 형성 및 호르몬 반응 조절에 관여합니다[출처로 돌아가기]

임시 표현

원하는 기능성 단백질 유전자를 바카라 족보에 일시적으로 도입하여 단시간에 기능성 단백질을 생산하는 기술입니다 기능성 단백질은 유전자 도입 처리 후 수일 등 매우 짧은 시간 내에 생산될 수 있다[출처로 돌아가기]