<h1>세포막 인지질의 편집에 의한 종자오일합성에 관여하는 Acyltransferase</h1><h2>④ PDAT (Phospholipid: diacylglycerol acyltransferase)</h2><p>PDAT의 기질 특이성에 관한 연구는 단지 몇몇 식물종에서 연구되었다. 이들 식물종에서의 PDAT 활성은 고도 불포화 및 특이지방산에 대해 활성을 보였다. 애기장대 microsome 유래 PDAT는 PC의 sn-2 위치에 존재한 리시놀레인 (\(18:1\)-OH), 버놀산, \(18:3\) 및 \(20:4\)의 지방산에 대해 \(18:2\), \(18: 1\), \(10: 0\) 보다 높은 활성을 보였다. 이 결과는 PDAT가 세포막 성분인 인지질에서 특이지방산을 제거하여 저장지질인 TAG 형태로 전환시켜 안정된 세포막지방산 성분 유지에 관여함을 보여준다. 세포막의 인지질에 존재하면 해가 되는 특이지방산을 생산하는 식물의 예를 들면, 피마자, 크레피스 등의 야생식물들이다. 야생식물의 PDAT는 세포막의 인지질로부터 특이지방산을 제거하는 주요 기능을 할 것으로 예측되는 반면 일반식물종의 PDAT 기작은 다른 목적을 가질 것으로 생각된다. 애기장대에서 PDAT는 아마도 종자의 저장오일합성의 양과 지방산 조성을 결정하는 데에는 주요 역할을 하지 않는 것 같다. 아마도 다른 acyl-editing 기작, 즉 Lands cycle 또는 PC와 DAG 사이의 상호간 전환에 관여하는 PDCT(Phosphatidylcholine: diacylglycerol cholinephosphotransferase)의 작용에 의해 PC와 TAG간의 지방산 조성이 결정될 것 으로 생각된다.</p><h2>⑤ PDCT (Phosphatidylcholine: diacylglycerol cholinephosphotransferase)</h2><p>최근 식물의 PDCT가 모델식물인 애기장대의 rodl 돌연변이 분석을 통해 발견되었다. 애기장대의 ROD1 (Reduced leate Desaturation1)은 \(18:1\) 지방산을 함유한 DAG를 PC로 전환하는 주요 효소이다. 위의 반응에 의해 생성된 PC의 \(18:1\) 지방산은 \(18:2\)와 \(18:3\) 고도불포화 지방산으로 전환된 후 PDCT에 의해 다시 DAG로 역전환되고 최종적으로 DGAT에 의해 TAG 형태로 전환된다. 애기장대의 PDCT의 발견은 산업에 유용한 특이지방산에 친화성을 갖는 PDCT의 발견에 길을 열어주었다. 산업에 유용한 특이지방산 합성반응 - hydroxylation, epoxidation, desaturation - 의 기질은 PC의 sn-2 위치에 존재하는 지방산이기 때문이다. 특이지방산 생산을 생산하는 식물 유래의 PDCT는 PC에서 합성된 특이지방산을 TAG로의 원활한 전환을 위해 DAG로 전환할 수 있는 기능을 가질 것으로 추정된다.</p><h2>⑥ LPCAT (Lysophosphatidylcholine acyltransferase)</h2><p>세포막의 중요 인지질인 PC 생성과정에서 엽록체에서 합성된 지방산의 대부분이 기존에 알려진 전통적인 대사과정 보다는 acyl-editing이라는 대사과정을 통해 PC의 지방산으로 전환됨이 보고되었다. 이와 같은 실험의 결과는 종자오일 합성에 있어서 LPCAT가 가장 활성이 높은 acyltransferase 중의 하나임을 시사한다. 대두, 홍화와 아마에서 \(18:1\)-CoA와 \(18:2\)-CoA가 주요기질로 PC에 전환된다. \(18: 3\)-CoA는 PC에 낮은 비율로 전환되며, 포화 지방산은 전혀 PC에 전환되지 않았다. 최근 클로닝된 두 종의 애기장대 LPCAT 유전자의 효소는 \(18:2\)와 \(22:0\)에 대한 기질특이성이 없으나 포화지방산과 단일불포화 지방산인 \(16:1\)과 \(18:1\) 에 기질특이성을 보였다. 유채의 소포자배양 세포에서 유래된 LPCAT는 \(18:1\), \(18:0\), \(16:0\)-CoA의 \( 20 \mu \mathrm{M} \) 농도에 활성을 보였으나, \(18:1\)-CoA에는 높은 농도에 활성을 보였다.</p><p>LPCAT의 역방향 효소활성은 PC로부터 acyl-CoA를 유리시켜, acyl-CoA pool를 형성하는 역할을 한다. 홍화의 microsome을 이용한 기내실험에서 CoA와 acyl-CoA 결합 단백질 (Acyl-CoA binding protein: ACBP)의 존재 하에서 PC의 sn-2에 결합되어 있는 동위원소로 레이블된 \(18:2\) 지방산이 acyl-CoA pool에 전환되었다. 또한 동위원소 feeding실험을 통해 PC의 sn-1과 sn-2 위치 간에 acyl 지방산이 교환되어, 아마도 이는 LPCAT의 양방향 반응에 의해 수행된 것으로 추정되었다. LPCAT의 역반응 활성은 정반응보다 활발하지 않아 acylation 비율의 \( 5 \% \)로 예상된다. 식물의 LPCAT의 역방향 반응에 있어서 지방산에 대한 기질특이성에 대한 연구결과는 없다. 쥐의 간조직의 microsome의 실험결과 \(20:4\), \(18:0\), \(18:2\)-CoA는 ATP를 이용한 acyl-CoA ligase 반응에 의해 생성되기 보다는 주로 세포내 존재하는 지방산의 종류에 의해 유래 되었다. 그러므로 LPCAT의 정역반응은 특이지방산 기질에 대한 acyl-editing에 관여할 것으로 사료된다. 이 관계를 이해한다면 형질전환식물에서의 특이지방산을 생산하는데 최소 두 종류의 효소유전자를 사용할 경우 발생할 수 있는 효소마다의 기질에 대한 차이 (dichotomy)를 극복할 수 있을 것이다. LPCAT 역방향 반응에 있어서의 acyl-CoA 결합 단백질 (ACBP)의 관여는 기질특이성에 간접적인 영향을 줄 것이다. 왜냐하면 결합단백질의 acyl-CoA에 대한 기질특이성은 LPCAT 반응의 기질에도 영향을 줄 것이기 때문이다.</p><h1>피마자 오일합성에 관여하는 Acylansferases</h1><p>피마자 종자오일의 \( 90 \% \)가 리시놀레인 지방산으로 구성되어 있다. 리시놀레인 지방산 (\(18:1\)-\(\mathrm{OH}\))은 12번째 탄소 \( (\Delta 12) \) 위치에 하이드록시기 \( (-\mathrm{OH}) \)가 붙어 있어 산업적 원료로 중요한 특성이 있는 지방산이다. 하지만 피마자 자체를 작물로 개발하기 어려운 단점이 있어 리시놀레인 지방산을 합성하는 유전자를 오일작물에 도입하여 리시놀레인 지방산을 생산하는 작물을 개발하려는 노력이 진행 되고 있다. 하지만 현재까지는 모델식물인 애기장대에서 FAH12 합성유전자를 도입시킨 경우 최대 \( 17 \% \), 최근에 피마자 DGAT2 유전자를 추가로 도입한 경우 최대 \( 30 \% \)의 리시놀레인 지방산이 생산되었다. 하지만 산업적으로 경제적 수준의 리시놀레인 지방산 생산을 위해서는 더욱 연구가 필요하다. 오일식물 및 모델식물인 애기장대에는 특이지방산인 리시놀레인 지방산을 종자오일로 전환에 관여하는 유전자가 원래 피마자의 오일합성에 관여하는 유전자와는 다를 것으로 생각되어, 피마자의 오일합성에 관여하는 acyltransferase와 인지질의 편집 (editing)에 관여하는 acyltransferase 유전자들을 발굴 도입하면 오일식물에서 리시놀레인 지방산 생산을 증진시킬 수 있을 것으로 사료된다. 현재까지 보고되어 있는 종자오일합성에 관여하는 애기장대의 acyltransferase 유전자를 이용하여 피마자 유전자데이터베이스에서 피마자 종자오일생산에 관여할 것으로 추정되는 11개의 acyltransferase 유전자를 발굴하였다 (Table 1). 본 연구실에서는 발굴한 11종의 유전자들에 대한 효소활성을 조사하고 이들 유전자와 리시놀레인 지방산 합성유전자인 FAH12를 애기장대에 동시에 도입하여 리시놀레인 지방산 생산 증대에 관한 연구를 수행하고 있다.</p>
Acyltransferase가 세포막 인지질의 편집을 통해 합성하는것은 뭐야?
종자오일합성