해충관리에서 유전공학의 잠재적 역할

권기상(Kisang Kwon),김복조(Bok Jo Kim),유권(Kweon Yu),권오유(O-Yu Kwon) 한국생명과학회 2013 생명과학회지 Vol.23 No.7

유전공학은 대장균의 유전자조작으로부터 시작되어 지금은 생명과학전반에서 급속하게 발전하고 있다. 최근의 유전자조작기술은 특정유전자를 염색체 내에 넣고 빼고 하는 기술이 확립되어서 의학과 농학을 포함한 응용생명과학분야에서 유용하게 이용되고 있다. 본 리뷰에서는 높은 친환경성과 경제성을 가진 ‘지배적 치사곤충방사법’(Release of insects Carrying a Dominant Lethal: RIDL)을 중심으로 포괄적인 분자해충관리에 관하여 설명한다. 비록 현재로서는 RIDL을 직접 포장에 적용하기에는 아직 어려운 점이 많지만, 계속적인 유전공학기술의 발전을 통하여 농약을 사용하지 않고 생태계를 교란하지 않는 범위에서 사용될 수 있는 가장 좋은 해충관리방법 중의 한 가지가 될 것이다. 이때에 가장 고려할 점은 주위 환경교란부분에 많은 주의가 요구된다. Genetic engineering, which was started by the E. coli gene manipulation, has led to rapid development in all area of life sciences. Recently, genetic engineering, which is an insertion or a removal technique of a specific gene on chromosomes, has been established and is usefully available in the applied life sciences including medicine and agriculture. In this review, we briefly explain pest management focusing on Release of Insects carrying a Dominant Lethal (RIDL) that is a highly economic and environment- friendly method of biological pest control. Although at present RIDL confronts many difficulties in applying directly in fields, it will be one of the best methods for the pest management in the near future without pesticides and disturbing ecosystem by the continued development of genetic engineering. However, these powerful techniques must be considered with great care to avoid harm to ecosystem.

소포체스트레스 센서 OASIS family의 분자기전

권기상(Kisang Kwon),김승환(Seung-Whan Kim),유권(Kweon Yu),권오유(O-Yu Kwon) 한국생명과학회 2015 생명과학회지 Vol.25 No.4

진핵세포의 소포체는 분비를 담당하는 첫 번째 기관이다. 대부분의 분비단백질과 막 형성단백질은 소포체에서 세포질/핵으로 전달되는 신호전달에 의한 번역후수식에 의해서 소포체를 통해서 분비된다. 그 결과 완전하게 접힘이 일어난 단백질만 세포 밖으로 분비된다. 소포체내에서 완전하게 접힘이 일어나지 않아 축적된 단백질은 세포내스트레스(소포체스트레스)가 되어 unfolded protein response (UPR)시스템을 작동시킨다. UPR을 작동시키는 3종류의 소포체막단백질은 inositol requiring 1 (IRE1), PKR-like ER kinase (PERK), activating transcription factor 6 (ATF6)이 존재한다. 최근에 새로운 종류의 ATF6이 동정되었다. 이들은(Luman, OASIS, BBF2H7, CREBH, CREB4) 공통적으로 소포체막관통영역, 전사활성영역, bZIP영역을 가지며 특이조직과 세포내기관에서 기능을 가진다. 현재로서는 OASIS family의 정확한 분자기전 설명은 어렵지만, 본 리뷰에서 이들 분자신호를 포괄적으로 소개할 것이다. The endoplasmic reticulum (ER) in the eukaryotic cells is the first compartment in the secretory pathway. Almost secretory proteins and membrane proteins are secreted through the ER, in which post-translational modifications occur via diverse signals from the ER lumen to the cytoplasm and nucleus. Only then are correctly-folded proteins secreted to the outside cells. Unfolded proteins that accumulate in the ER cause a kind of intracellular stress, ER stress, and activate an unfolded protein response (UPR) system. The 3 major transducers of the UPR are inositol requiring 1 (IRE1), PKR-like ER kinase (PERK) and activating transcription factor 6 (ATF6), all of which are ER transmembrane proteins. Recently, novel types of a new ATF6 family have been identified. Those commonly have an ER-transmembrane domain, a transcription-activation domain and a basic leucine zipper (bZIP) domain-Luman, OASIS, BBF2H7, CREBH and CREB4. Each factor functions by regulating the UPR in specific organs and tissues. Although the detailed molecular mechanisms of OASIS family members are unknown, in this study we comprehensively introduce these molecular signals.

장수풍뎅이(Korean Rhinoceros Beettle, Allomyrina dichotoma)에 Oryctes rhinoceros nudivirus 감염 특이적으로 발현하는 유전자 동정

권기상(Kisang Kwon),유보경(Bo-Kyung Yoo),서현우(Hyun-Woo Suh),고영화(Young Hwa Ko),김홍근(Hong Geun Kim),이석현(Seokhyun Lee),박관호(Kwan-Ho Park),최지영(Ji-Young Choi),권오유(O-Yu Kwon) 한국생명과학회 2015 생명과학회지 Vol.25 No.8

장수풍뎅이(Korean Rhinoceros Beettle, Allomyrina dichotoma)는 관상용으로 인기가 높으며, 애벌레는 식품으로 주목을 받고 있다. 장수풍뎅이의 대량사육 시 발생하는 질병의 원인이 최근에 virus (Oryctes rhinoceros nudivirus)인 것이 보고되었다. 그러나 아직 정확한 발병기전과 치료방법을 알지 못하여 사육농가에 심각한 경제적 손실을 주고 있다. 본 연구에서는 virus에 감염된 장수풍뎅이의 fat body와 장에서 심각한 조직변화가 관찰되었다. 이 때에 유전자발현이 상승하는 것으로 BTF3H4-like, SPS-like, COPB1, T-CP, HSP70를 보고한다. 이 결과는 장수풍뎅이의 대량사육 시 발생하는 질병의 조기진단과 치료에 실마리를 제공할 것이다. 그리고 안정적인 생산성 향상을 통해서 소득증대 효과 및 균일화된 대량사육을 통해서 식품원료로 인정받을 수 있을 것이다. The Korean rhinoceros beetle (Allomyrina dichotoma) is popular as a pet and as a food ingredient, and it is commercially distributed in Korea. It is also traditionally regarded as a medicine for liver-related diseases. Recently, the Oryctes rhinoceros nudivirus was introduced from Southeast Asia. This virus is reported as a disease factor for A. dichotoma in mass-rearing facilities, and economic losses due to this viral infection have been increasing in Korea since the 2010s. In this study, we observed serious structural changes in the fat body and the intestine of virus-infected beetles. We report five genes that are up-regulated by the viral infection in the intestine: BTF3H4-like (transcription factor BTF3 homolog 4-like), SPS-like (serine proteinase stubble-like), COPB1 (coatomer protein complex, subunit beta 1), T-CP (T-complex 1 subunit gamma), and HSP70 HSP70 (heat shock protein 70). The results may provide a clue for the early diagnosis and disease-treatment that occurs in mass-rearing facilities. The improvement of stable productivity will increase the farmers’ income, and quality control of beetle-breeding will help industries to utilize this beetle as a promising food ingredient.

소포체스트레스에 의한 cAMP phosphodiesterase 7A1 유전자의 발현

Kisang Kwon(권기상),Young-Sook Kwon(권영숙),O-Yu Kwon(권오유) 한국생명과학회 2012 생명과학회지 Vol.22 No.2

갑상선 배양세포(FRTL5)에서 ER stress에 의해서 ER chaperone (Bip, ERp29, Calnexin and PDI), ER stress sensor (PERK, ATF6 and Ire1)와 cAMP phosphodiesterase 7A1 (cAMP PDE7A1) 유전자발현이 증가하는 것을 알았다. 세포배양배지에서 A23187을 제거하면 cAMP PDE7A1 유전자발현이 회복되지만, thapsigagin의 경우는 회복되지 않았다. 그리고 A23187과 TSH를 함께 처리한 경우는 아주 강하게 cAMP PDE7A1 유전자의 발현이 억제되었다. 이 같은 결과는 ER stress에 의해서 cAMP PDE7A1 유전자발현이 상승 발현된다는 첫 보고이다. This study demonstrated that upregulation of gene expression of endoplasmic reticulum (ER) stress chaperones (Bip, ERp29, calnexin, and PDI), ER stress sensors (PERK, ATF6, and Ire1), and cAMP phosphodiesterase 7A1 (cAMP PDE7A1) was induced by ER stresses in FRTL5 cells. While removing A23187 from the culture medium restored upregulation of cAMP PDE7A1 gene expression, removal of thapsigargin did not recover its expression. In addition, cAMP PDE7A1 gene expression was strongly inhibited by treatment with A23187 combined with thyroid stimulating hormone (TSH). The results are the first to show that ER stress induces cAMP PDE7A1 gene expression.

ERp29와 ADP-ribosylation factor 5의 결합특성

Kisang Kwon(권기상),Dae-Hyun Seog(석대현),Seung-Whan Kim(김승환),Kweon Yu(유권),O-Yu Kwon(권오유) 한국생명과학회 2011 생명과학회지 Vol.21 No.4

ERp29는 endoplasmic reticulum (ER) lumen에 존재하는 단백질로 protein disulfide isomerase (PDI) family에 속한다. 비록 관련 연구 결과는 조금 있지만 정확한 생물학적인 기능은 아직 분명하지 않지만, 분비단백질과정과 단백질 folding에 관여하는 것으로 알려 지고 있다. ERp29의 기능 연구를 위하여 yeast two-hybrid screening/GST pull-down assay방법을 사용하여 ERp29-결합단백질인 ADP-ribosylation factor 5 (ARF5)를 동정하였다. 이들의 결합은 정상적인 세포생리상태에서는 결합하지만 ER stress 상태에서는 떨어졌다. 이 결과는 ERp29의 기능 연구를 위하여 하나의 실마리를 제공할 것이다. ERp29 is a endoplasmic reticulum (ER) lumenal resident protein that shows sequence similarity to the protein disulfide isomerase family. Its biological function is thought to play a role in the processing of secretory proteins within the ER, possibly by participating in the folding of proteins in the ER. Although some data on ERp29 have been reported, its normal functions are still unclear. To gain insights into the function of ERp29, we identified ARF5 protein as a protein that interacts with ERp29 using yeast two-hybrid screening and GST pull-down assay. Interaction between ERp29 and ARF5 was detected under normal cell conditions but not under ER stress conditions. This result may provide a clue for understanding ERp29 biological functions.

영장류 이종상동성 단일염기다형성 데이터베이스 구축 및 시각화

권기상(Kisang Kwon),권대홍(Daehong Kwon),위수연(Suyeon Wy),김재범(Jaebum Kim) 한국정보과학회 2018 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.2018 No.12

Lethal (2) Essential for Life [l(2)efl] Gene in the Two-spotted Cricket, Gryllus bimaculatus (Orthoptera: Gryllidae)

Kisang Kwon(권기상),Nuri Lee(이누리),O-Yu Kwon(권오유) 한국생명과학회 2021 생명과학회지 Vol.31 No.7

쌍별 귀뚜라미(Gryllus bimaculatus)에서 lethal (2) essential for life [l(2)efl]을 코드한 cDNA를 분리하여 GBl(2)efl이라 하였다. GBl(2)efl는 N-glycosylation 한곳과 phosphorylation site를 15곳 가진 189 aa로 구성되며6.2등전점과 21.19 kDa 분자량을 가진다. GBl(2)efl 단백질의 이차구조는 random coils (56.08%), alpha-helix (22.22%), extended strands (17.99%), beta turns (3.7%)로 이루어진다. GBl(2)efl 는 지금까지 보고된 l(2)efl들과는48-69%의 상동성을 보인다. GBl(2)efl은1일, 3일 starvation일때에 각각 dorsal longitudinal flight muscle과 Malpighian tubules에서 mRNA발현이 증가하였다. 한편, ER stress 조건에서는GBl(2)efl 발현은 fat body에서 증가하였다. 본 연구는 곤충의 생존에 기여하는 생리학적 메커니즘을 이해와 효과적인 해충 관리 통제를 수행할 수 있는 능력을 향상에 많은 힌트를 줄 수 있는 실마리를 제공할 수 있을 것이다. A cDNA encoding the protein lethal (2) essential for life [l(2)efl] was cloned from Gryllus bimaculatus and named GBl(2)efl. This protein is composed of 189 amino acids, including an N-glycosylation site and 15 phosphorylation sites. Its predicted molecular mass is 21.19 kDa, with a theoretical isoelectric point of 6.2. The secondary structure of GBl(2)efl was predicted from the identification of random coils (56.08%), alpha helices (22.22%), extended strands (17.99%), and beta turns (3.7%) through sequence analyses. A homology analysis revealed that GBl(2)efl exhibited a high similarity with other species at the amino acid level, ranging from 52% to 69%. While GBl(2)efl mRNA expression was higher in the dorsal longitudinal flight muscle following a three-day starvation and in the Malpighian tubules following a one-day starvation, no changes in expression were detected in other tissues. Furthermore, tunicamycin-induced endoplasmic reticulum (ER) stress resulted in an approximately 1.8-fold higher expression in the fat body compared with the wild type.

Elderly Sarcopenia and Vitamin B Deficiency: A Relationship?

Kisang Kwon(권기상),Hye-Jeong Jang(장혜정),Sun-Nyoung Yu(유선녕),Soon-Cheol Ahn(안순철),O-Yu Kwon(권오유) 한국생명과학회 2023 생명과학회지 Vol.33 No.7

노인들에서 근감소증은 의료-간호비용 증가의 주요 원인 중 하나가 되고 있다. 한국에서는 근감소증 예방 대책이 일반적으로 특정 질병이 없는 노인들을 대상으로 하지만, 요양원-요양병원에서 집단 거주하는 노인들의 근감소증 대책도 필요하다. 근감소증은 운동량 감소, 단백질 및 영양분(미네랄, 비타민 포함) 섭취 감소, 테스토스테론 및 성장호르몬 변화, 염증 등의 원인으로 발생한다. 분자 생물학적인 정확한 병태생리 기전의 이해가 요구된다. 근감소증은 골다공증, 낙상으로 인한 골절, 치매, 당뇨병, 심혈관 질환 등의 증상을 연결될 수 있다. 비타민 B 패밀리(B1-3, B5-7, B9 및 B12) 결핍을 근감소증 유발의 연구 대상으로 선택한 이유는 다음과 같다. 이는 비타민 B가 에너지 및 단백질 대사에 직접 관여하여 정상적인 신경 기능유지에 필수적이다. 비타민 B 결핍은 신경-근육 질환, 신경성 질환으로 나타날 수 있으며, 노인성 근감소증과 병행하는 경우가 많다. 노인들은 적정치 이하의 비타민 B 패밀리 섭취, 흡수 장애 및 무식증 문제 등을 겪을 가능성이 높다. 초고령화 사회에서 elderly가 자립적으로 일상생활을 할 수 있는 ‘health lifetime’을 유지하는 것은 개인의 행복추구와 사회경제적 부담을 줄일수 있는 최고의 목표이다. 본 연구는 근감소증과 관련하여 노인들의 근육량 감소 및 근육 기능 저하를 조절하는 수용성 비타민 B 패밀리의 최신 정보를 제공한다. 또한, 비타민 B 패밀리를 통한 마이오카인에 의한 근감소증의 조절 가능성도 소개한다. Sarcopenia is a leading cause of increased medical and nursing care costs among the elderly. In Korea, preventive measures for sarcopenia are mostly targeted toward the general elderly population without specific diseases. However, it is also necessary to implement measures for elderly individuals living in nursing homes and hospitals, where the prevalence of sarcopenia is high. Currently, computed tomography and/or magnetic resonance imaging are considered standard diagnostic tools. However, their complexity and time-consuming nature make them unsuitable for clinical use. The exact pathophysiological mechanisms of sarcopenia are unclear, as they involve various molecular biological pathways, including decreased exercise, protein and nutrient intake, changes in testosterone and growth hormone, and inflammation. Sarcopenia symptoms can lead to several diseases, such as osteoporosis, fractures, dementia, diabetes, and cardiovascular disease. Vitamin B deficiency is a significant factor in sarcopenia induction, with B vitamins being directly involved in energy and protein metabolism and nerve function. Vitamin B deficiency can lead to neuromuscular and neurogenic disorders, which often overlap with sarcopenia. Suboptimal intake of B vitamins, malabsorption, and anorexia are common among the elderly. This study aims to provide information on the role of water-soluble B vitamins in preventing and controlling muscle mass loss and deterioration among the elderly with sarcopenia. In addition, we discuss the potential of myokines from the B vitamin family in modulating sarcopenia.

Regulation of Endoplasmic Reticulum Stress Response by the Immobilization Stress

Kisang Kwon(권기상),Young-Sook Kwon(권영숙),Seung-Whan Kim(김승환),Dong-Woon Kim(김동운),O-Yu Kwon(권오유) 한국생명과학회 2012 생명과학회지 Vol.22 No.8

많은 종류의 세포스트레스는 unfolded protein response (UPR)관련인자의 유전자발현을 조절한다. 본연구결과 부동스트레스(immobilization stress)는 세포의 소포체스트레스(ER stress)와 관련된 유전자발현의 변화를 유도한다; Heart, spleen, thymus, kidney, testis에서는 유전자발현 변화가 없었지만 adrenal gland, liver, lung에서는 유의할만한 상승변화가 있었다. 그러나 muscle에서는 다른 것들과 대조적으로 발현이 감소되었다. 이 결과는 부동스트레스도 다른 종류의 세포스트레스와 같이 세포수준에서 UPR을 조절할 수 있다는 최초의 보고이다. Many kind of cell stresses induce gene expression of unfolded protein response (UPR)-associated factors. This study demonstrated that up- and down-regulation of gene expression of endoplasmic reticulum (ER) stress chaperones and ER stress sensors was induced by immobilization stress in the rat organs (adrenal gland, liver, lung, muscle). However, no statistically significant regulation was detected in the others (heart, spleen, thymus, kidney, testis). The results are the first to show that immobilization stress induces UPR associated gene expression, will help to explain immobilization stress-associated ER stress.

Isolation and Characterization of Six Microorganisms from the Digestive Tract of the Cricket Gryllus bimaculatus

Kisang Kwon(권기상),Eun Ryeong Lee(이은령),Bo-Kyung Yoo(유보경),Young Hwa Ko(고영화),Hyojung Shin(신효정),Ji-Young Choi(최지영),O-Yu Kwon(권오유) 한국생명과학회 2017 생명과학회지 Vol.27 No.9

우리는 처음으로 쌍별귀뚜라미 소화기관에서 6종류의 미생물을 분리하고 특성을 규명하였다. 이들은 16S rDNA을 기준으로 분류한 결과 4종류(Staphylococcus, Bacillus, Citrobacter, Proteus)에 속하였다. 분리된 6종류의 미생물은 공통적으로 ampicillin에 저항성을 보이지만 kanamycin 저항성은 보이지 않았다. 이들을 Gram염색하여 미생물의 형태적 특징을 확인하였다. Gram-positive한 rod-shaped GL2와 round-shaped GL4는 다른 분리 균 보다 많은 양의 세포외분비물을 만들었다, 이들을 MALDI-TOF-MS spectral analysis결과 87-kDa collagenase, 56-kDa & 200-kDa hypothetical protein이였다. 새롭게 분리된 6종류의 미생물은 귀뚜라미의 생리에 미치는 영향과 이들의 생물공학적 혹은 해충 방제에 이용될 수 있는 연구가 기대된다. We describe the isolation and characterization of six different intestinal microorganisms from the digestive tract of the cricket Gryllus bimaculatus. Based on 16S rRNA gene sequences, we obtained six isolates belonging to four different genera: Staphylococcus, Bacillus, Citrobacter, and Proteus. All the isolates were resistant to ampicillin. Ampicillin is an irreversible inhibitor of the enzymeetranspeptidase, which is needed to make bacterial cell walls. None of the isolates were resistant to kanamycin, which binds to the 30S subunit of the bacterial ribosome and then inhibits total protein synthesis. Gram staining was conducted, in addition to morphological classification under a microscope. Four grampositive isolates and two gram-negative isolates were detected. The gram-positive isolates were GL1 (round shaped, 2 am in diameter), GL2 (rod shaped, 2.5 μm in length), GL3 (rod shaped, 2 μm in length), and GL4 (round shaped, 1.5 μm in diameter). The gram-negative isolates were GL5 (rod shaped, 2 μm in length) and GL6 (rod-shaped, 2.5 μm in length). Notably, two of the isolates, GL2 and GL4, secreted specific extracellular proteins. These were determined by MALDI-TOF-MS spectral analysis to be a 87 kDa collagenase, 56 kDa hypothetical protein, and 200 kDa hypothetical protein. The six isolates in this study could be used for various biotechnological applications and pest management, both in the field and in greenhouse systems. In addition, it would be interesting to determine the relationship between these isolates and their host.