Escherichia coli 리보핵산 내부분해효소 RNase E의 돌연변이체 선별 및 특성분석

Abstract

대장균의 필수적인 리보핵산 내부분해효소인 RNase E는 세포 내에서 여러 RNA의 분해와 가공과정에서 중요한 역할을 하며, 이 단백질의 효소활성부위를 포함하는 N-말단부위의 498 아미노산(N-Rne)만의 발현으로도 세포 의 생장을 가능하게 한다. 이러한 RNase E의 특성을 활용하여 다양한 표현형을 가지는 N-Rne 돌연변이체들을 분리, 동정할 수 있는 효율적인 유전학적 시스템을 개발하였다. 이 시스템을 이용하여 얻어진 효소활성부위 돌연변이체들을 표현형으로 분류하여 분석한 결과, S1 도메인의 6번째 아미노산의 치환(I6T)을 가진 변이체는 야생형 N-Rne의 기능을 대체하지 못하였고, Small 도메인의 488번째 아미노산의 치환(R488C)을 가진 변이체는 야생형 N-Rne의 발현양보다 현저히 작게 발현시켜도 세포의 생장을 정상적으로 가능하게 하였다. 또한 DNase I 도메인의 305번째 아미노산의 치환(N305D)을 가진 변이체는 야생형 N-Rne의 발현양보다 과발현시켰을 때만 세포의 생장을 가능하게 하였다. 각각의 아미노산 치환을 포함하는 N-Rne를 한정적으로 과발현시켰을 때의 ColE1-타입 플라스미드의 복제 수에 대한 영향을 측정한 결과, 돌연변이체 N-Rne의 세포생장에 대한 영향은 이 변이체들의 세포 내 효소활성 정도에 기인하는 것으로 밝혀졌다. 이러한 실험결과는 이 연구에서 개발한 유전학적 시스템을 이용하여 다양한 표현형을 가진 RNase E 변이체를 선별할 수 있으며, 이 변이체들의 특성을 분석함으로써 RNase E가 RNA의 안정성을 조절하는데 있어서 각각의 세부 도메인의 역할을 규명할 수 있으리라는 것을 시사한다.

RNase E is an essential Escherichia coli endoribonuclease that plays a major role in the decay and processing ofa large fraction of RNAs in the cell and expression of N-terminal domain consisted of 1-498 amino acids (N-330 Eunkyoung Shin et al. Kor. J. MicrobiolRne) is sufficient to support normal cellular growth. By utilizing these properties of RNase E, we developed agenetic system to screen for amino acid substitutions in the catalytic domain of the protein (N-Rne) that lead to various phenotypes. Using this system, we identified three kinds of mutants. A mutant N-Rne containing amino acid substitution in the S1 domain (I6T) of the protein was not able to support survival of E. coli cells, and another mutant N-Rne with amino acid substitution at the position 488 (R488C) in the small domain enabled NRne to have an elevated ribonucleolytic activity, while amino acid substitution in the DNase I domain (N305D) only enabled N-Rne to support survival of E. coli cells when the mutant N-Rne was over-expressed. Analysis of copy number of ColE1-type plasmid revealed that effects of amino acid substitution on the ability of N-Rne to support cellular growth stemmed from their differential effects on the ribonucleolytic activity of N-Rne in the cell. These results imply that the genetic system developed in this study can be used to isolate mutant RNase E with various phenotypes, which would help to unveil a functional role of each subdomain of the protein in the regulation of RNA stability in E. coli.