Renal acid-base regulation in cadmium intoxication

안도환 고신대학교 대학원 1996 국내박사

슈퍼캐패시터의 산업전망과 미래 핵심 이차전지 소재전략 : 슈퍼커패시터의 산업 및 핵심소재 전망동향

안도환 대진대학교 일반대학원 2023 국내석사

슈퍼커패시터는 울트라 커패시터 또는 초고용량 커패시터로 불리울 만큼 정전 용량(capacitance)이 일반 축전지에 비해 매우 큰 커패시터로 표면 화학반응에 의한 충전현상을 이용하여 화학반을 이용하는 배터리와 다른 특성을 가진다. 표면화학반응에 따른 충전현상 또는 이온 이동을 이용하여 많은 에너지를 모두 높은 에너지를 수초, 또는 수분 동안 한번에 높은 에너지를 발산하는 에너지 장치이다. 주로 배터리의 대체용도 또는 보조배터리용으로 사용되며 충방전 효율이 높고, 급속 방충전이 가능하며 긴 수명이 큰 장점이다

북한의 사이버 안보 담론 연구

안도환 북한대학원대학교 2023 국내석사

For modern humans living in the era of the Fourth Industrial Revolution, ‘cyberspace’ and ‘cybersecurity’ have become key security areas and topics. As a country living in that situation, South Korea, despite being a global IT powerhouse, is in a paradoxical reality that it has no choice but to be a ‘defender’ in the cyberspace facing North Korea and has to accept cyber threats from them as a constant. Recent research trends related to North Korea and cybersecurity have given too much importance generally to the present and the future. Since previous studies have overemphasized only immediately encountered cyber threats from North Korea, analysis of their capabilities, and countermeasures, South Korea is still unable to provide a sufficient explanation of North Korea's essential perception of cyberspace and what they are aiming for at a strategic level. This study started from the assumption that North Korea with its monolithic ideological control system has a clear sense of purpose in producing cybersecurity-related discourse on its own, and it is a means of justifying and ‘naturalizing’ the ‘cyber reality of North Korea’ as a ‘social consequence’ intended by the power class of North Korea, which is the main agent producing discourse. Based on this critical mind, this study analyzed cybersecurity-related discourses with Rodong Shinmun and Minju Choson as subjects of this study, which can be seen to represent the perception and position of the power class most objectively and accurately among the original sources of North Korea. As a result of this study, it was possible to derive the fact that the cybersecurity discourse of North Korea has the character of a means to achieve the internal and external cyberspace and cyber reality pursued by the power class of North Korea, and that it has the reality as a project they intended. As for the internal aspect of ‘social consequences’, North Korea brought cyberspace thoroughly in its self-centered way under the influence of the information age, which cannot be resisted, resulting in that they selectively accepted it to obtain gain only without loss. In the discourse, they intended to build a closed ‘independent internet’ by defining cyberspace connected to the outside including the Internet as a ‘dangerous space’. They ‘turned it into discourse’ by introducing the reality in which various cyber crimes and wars are rampant in the ‘dangerous’ cyberspace led by the United States, and cases of taking various safety measures in third countries. On the other hand, as an external aspect of ‘social consequences’, North Korea has shown its face to use it strategically while engaging in or attacking other countries' cyberspace. In the discourse, they have consistently maintained the tendency of ‘I am right and others are wrong’. While thoroughly denying claims from hostile countries (rumors of cyberattack(hacking) by North Korea), it was found that their aggressive attitude, such as the expression of ‘cyber warfare in our way’(2015), became more severe as time passed. In the discourse related to their friendly countries, they revealed a sense of belonging together with them. At the same time, it was able to confirm a strong will that they will not lose the initiative in the discourse competition in cyberspace while emphasizing the international order of cybersecurity led by China & Russia against the US and the West. As a result, in the discourse of North Korea's cybersecurity, it was found that there was a hidden intention by the power class of North Korea to use cyberspace in confusion without established legislation most strategically by further accelerating internal informatization while strengthening the cyberspace of ‘enemy(North Korea) attack advantage’ in inter-Korean relations and the international community. This study left two limitations: first, the subjects of the research were limited only to Rodong Shinmun and Minju Choson, and second, it failed to analyze the unique characteristics and trends of cybersecurity discourse more clearly by comparing it with the discourse of North Korea on other topics. While it puts a meaning that their strategy and perception were analyzed through the discourse of North Korea, follow-up studies are expected to analyze the discourse of North Korea on cybersecurity from more comprehensive and diverse perspectives by supplementing these limitations. 4차 산업혁명 시대를 살아가는 현대 인류에게 ‘사이버 공간’, ‘사이버 안보’는 핵심적인 안보 영역이자 논제가 되었다. 그 속에서 살아가고 있는 우리는 세계적인 IT 강국임에도 불구하고, 북한과 마주한 사이버 공간에서 ‘방자’일 수밖에 없으며 그들의 사이버 위협을 상수(常數)로 받아들여야만 하는 역설적인 현실에 처해있다. 북한과 사이버 안보에 관련한 최근의 연구 경향은 전반적으로 현재와 미래에 편중되어 왔다. 그동안의 선행연구들이 바로 앞에 놓인 북한의 사이버 위협과 역량 분석, 이에 대한 대응방안에만 치우친 나머지, 우리는 여전히 북한의 사이버 공간에 대한 본질적인 인식과 전략적 차원에서 그들이 지향하는 바를 충분히 설명하지 못하고 있다. 본 연구는 유일사상지배체제인 북한에서 사이버 안보와 관련된 담론이 생산되는 분명한 이유가 있으며, 그 담론은 담론을 생산하는 주체인 북한 권력층이 의도한 ‘사회적 결과’로서의 사이버 현실을 정당화하고, ‘자연화’하는 수단이라는 가정에서 출발하였다. 이러한 문제의식을 바탕으로 북한 원전 중 권력층의 생각을 가장 객관적이고 정확하게 대변한다고 볼 수 있는 『로동신문』과 『민주조선』을 연구 대상으로 선정하여, 사이버 안보 관련 담론을 분석하였다. 연구 결과, 북한 사이버 안보 담론은 북한 권력층이 추구한 대내적, 대외적인 사이버 공간과 사이버 현실을 달성하기 위한 수단으로서의 성격을 가지며, 그들이 의도한 기획물로서의 실체를 가진다는 사실을 도출 할 수 있었다. ‘사회적 결과’의 대내적 측면으로, 북한은 거스를 수 없는 정보화 시대의 영향 속에서 사이버 공간을 철저히 자기중심으로 가져와, 실(失)은 없고 득(得)만 얻기 위해 선택적 수용을 하였다. 담론에서는 인터넷을 포함한 외부와 연결된 사이버 공간을 ‘위험한 공간’으로 규정함으로써, 폐쇄된 ‘자체 인터네트’를 구축하고자 했다. 미국이 주도하는 ‘위험한’ 사이버 공간에서 각종 사이버 범죄, 전쟁이 난무하는 실태와 제3국에서 여러 안전 조치들을 강구하는 사례를 소개함으로써 이를 담론화 했다. 대외적인 ‘사회적 결과’의 경우, 다른 국가의 사이버 공간에는 관여 또는 공격함으로써 전략적 차원에서 활용하는 모습을 보여왔다. 담론에서는 ‘나는 옳고 다른이는 틀리다’는 ‘아시타비(我是他非)’의 경향을 일관되게 유지해 왔다. 적대국의 주장(북한發 사이버 공격(해킹)설)에 대해서는 철저히 부인하면서도, ‘우리식 싸이버전’을 피력(2015년)하는 등 담론상 공격적인 경향이 강해졌다. 한편, 우호국과 관련된 담론에서는 이들과의 연대 의식을 드러내었다. 특히, 중국·러시아 특색의 사이버 안보 담론을 보도하고, 팽팽하게 대치된 국제 사이버 안보 질서를 강조함으로써, 스스로의 담론을 강화하고 담론 경쟁의 주도권을 확보하려는 강한 의지를 내비쳤다. 결과적으로, 북한 사이버 안보 담론에는 내부적인 정보화는 더욱 가속화하고, 남북관계와 국제사회에서는 ‘적(북한) 공격 우위’의 사이버 공간을 더욱 굳건히 함으로써, 정립된 법제가 없는 ‘혼돈’의 사이버 공간을 최대한 전략적으로 활용하려는 북한 권력층의 숨은 의도가 내포되어 있다는 것을 알 수 있었다. 본 연구는 첫째ㅤ, 『로동신문』·『민주조선』만으로 연구 대상을 한정하였다는 점, 둘째, 다른 주제의 북한 담론과 비교를 함으로써, 사이버 안보 담론만의 특성과 경향을 더욱 선명히 분석하지 못하였다는, 두 가지 한계를 남기었다. 북한의 담론으로 그들의 전략·인식을 분석하였다는 것에 의의를 두면서, 후속 연구에서는 이러한 한계를 보완함으로써 더욱 포괄적이고 다양한 시각에서의 사이버 안보에 대한 북한 담론 분석을 기대하는 바이다.

Whole genome sequencing and genome-wide analysis of Immune-relevant Genes on the Antarctic Bullhead Notothen, Notothenia coriiceps

안도환 과학기술연합대학원대학교(UST) 2015 국내박사

남극대구는 영하의 저온 Southern Ocean 환경에 적응한 대표적인 Antarctic fish 중 하나이다. 남극의 극저온 환경에 오랜 기간 동안 적응하여 생존해 온 생물이기에 연구 가치가 높으나, 그에 대한 유전자 정보는 잘 알려져 있지 않다. 이에 다수의 Next-Generation Sequencing (NGS) platform을 사용하여 다량의 genome sequence 정보를 확보하였으며 assembly 과정을 통해 남극대구의 genome sequence database를 구축하였다. 해당 genome data를 타 주요 경골어류들의 유전자 정보를 활용한 genome annotation을 통해 총 32,260 protein-coding genes을 얻었으며, BLASTp를 통하여 이 중에서 29,045 preliminary function을 지정하였다. 이 정보는 남극대구의 주요 면역기능 관련 유전자의 특성 연구에 사용되었다. 생물체의 면역체계는 외부 환경에 민감하게 반응하여 그 환경에 적응하기 위한 방어 메커니즘으로, 극한의 남극 해양 환경에 적응하여 온 남극대구의 특이적인 면역 관련 유전자의 특성을 알아보고자 하였다. 척추동물의 대표적인 면역체계 중 선천적 면역반응과 후천적 면역반응에 주요 역할을 하는 Toll-like receptors (TLR)과 Major Histocompatibility Complex (MHC) 유전자 그룹을 주요 연구 대상으로 삼았다. 남극대구의 genome data에서 이들의 유전자 정보를 선별하였으며, 각 유전자는 분자실험적 방법 및 염기서열 데이터 분석을 통해서 해당 유전체의 특성을 연구하였다. 남극대구 transcriptome data와 분자실험적 방법을 통해 총 12종의 남극대구 TLR 유전자들을 확인하여, 이 12종의 남극대구 TLR 유전자에 대해 ncTLR 1, 2, 3, 5S, 5, 7, 8, 9, 14, 21, 22, 23으로 명명하였다. 남극대구의 TLR 유전자 그룹은 TLR 분자의 전형적인 아미노산 서열 및 구조를 가지고 있었다. RT-PCR 방법을 통하여 다양한 기관과 조직에서 각 TLR 유전자들의 발현을 확인하였다. 각 TLR 유전자들은 남극대구의 대부분의 조직에서 광범위하게 발현되었으며, 특히 TLR1과 TLR3은 사용된 모든 조직 샘플에서 발현이 확인되었다. 외부 병원체에 의한 TLR 유전자들의 발현 변화를 알아보기 위해 bacterial infection 반응을 유발하는 Heat-killed E.coli (HKEB)와 viral infection 반응을 유발하는 Poly (I:C)를 남극대구 복강 내에 주입한 뒤 각 그룹 개체들로부터 필요 기관조직을 적출하고 RT-PCR을 수행하였다. 비장 조직에서 bacterial/ viral infection에 대하여 ncTLR23의 발현이 공통적으로 증가하였다. TLR23은 경골어류에 특이적으로 존재하는 TLR family 중 하나로 그 기능은 명확히 밝혀지지 않았으나, 이 결과를 통하여 TLR23은 virus와 bacteria 병원체에 대한 multiple recognition 기능에 관여함을 추론할 수 있었다. 기존에 알려진 척추동물 MHC 정보와 남극대구의 genome sequence data를 비교하여 MHC component 유전자들을 찾아내었다. 이 중에서 단일 염색체로 예상되는 scaffold 상에서 60여개의 MHC component 유전자가 밀집된 region을 확인하였다. 어류에 특이적으로 존재하는 PSMB(proteasome), TAP(tapasin) 등의 주요 MHC 관련 유전자들이 분포하는 ‘core region’의 주변에 MHC component 유전자가 밀집되어 있었다. 이는 기존에 보고된 타 경골어류들과 MHC 유전자 그룹의 구조 패턴과 유사하였다. 외부 pathogen에 대한 면역반응에 대해 보다 자세한 유전자 발현 변화를 살펴보기 위하여 RNA-seq 을 통하여 면역 반응 자극에 의한 관련 유전자들의 발현 변화 양상을 살펴보았다. 그 결과 bacterial ligand에 의해 다수의 면역 관련 유전자의 발현이 증가 되었고, 특히 TLR signaling pathway와 MHC antigen processing signal pathway 관련 유전자들의 발현이 증가하였다. 이상에서 남극대구는 주요 면역 유전자 그룹인 TLR, MHC 등에서 타 경골어류와 유사한 구성을 보이며, 어류 특이적인 면역 시스템은 진화적으로 잘 보존하고 있음을 알 수 있다. 반면 ligand에 대한 면역 반응에서는 pathogen type에 따라 특정 유전자 그룹의 발현 차이를 보였다. 따라서, 남극대구에는 타 어류와는 다른 특이적인 유전자 발현 메커니즘이 존재할 것으로 기대되며, 이 메커니즘을 이해하기 위한 후속 연구가 필요하다. Notothenia coriiceps, a typical Antarctic fish, has evolved to adapt to the freezing waters of the Southern Ocean. N. coriiceps is an endemic teleost fish with a circumpolar distribution and makes a good model to understand the genomic adaptations to constant sub-zero temperatures. Despite their adaptations to the cold, genome-wide studies have not yet been performed on these fish due to the lack of a sequenced genome. I made genome sequence database with several Next-Generation Sequencing (NGS) platforms and assembly process. I provide the draft genome sequence and annotation for N. coriiceps by comparative genome-wide analysis with other fish genomes. Finally, I built a final gene set of 32,260 protein-coding genes. A total of 29,045 of these protein-coding genes was assigned preliminary functions with BLASTp. I reported an extensive analysis of the N. coriiceps transcriptome and used to study of immune-relevant genes. In this study, I focused on a key component of the innate immune system, the Toll-like receptors (TLRs) and adaptive immune system, Major Histocompatibility Complex (MHC). I selected immune-relevant genes from N. coriiceps genome sequence database for molecular analysis and sequence analysis. I reported an extensive analysis of the N. coriiceps transcriptome and used to study of immune-relevant genes. I found 12 ncTLR full sequences in N. coriiceps and these transcripts were listed to ncTLR 1, 2, 3, 5S, 5, 7, 8, 9, 14, 21, 22 and 23. The ncTLR genes encode a typical TLR structure, with multiple extracellular leucine-rich regions and an intracellular Toll/IL-1 receptor (TIR) domain. Using phylogenetic analysis, I established that all of the cloned ncTLR genes could be classified into the same orthologous clade with other teleost TLRs. The ncTLR genes were widely expressed in various organs, with the expression of TLR1 and TLR3 observed in all tested tissues. A subset of the ncTLR genes was expressed at higher levels in fish exposed to pathogen-mimicking agonists [heat-killed E. coli (bacterial infection stimulation) and poly I:C (viral infection)]. Among them, ncTLR23 was the most sensitive to bacterial and viral pathogen ligand stimulation. They are predicted to have diverged form in same lineage, but have different immune pathways. ncTLR23 might be associated with multiple PAMP-recognition cascades I found more than 60 MHC paralogue-genes in N. coriiceps by referring to well-known mammal and teleost MHC references. A scaffold that expected to compose single chromosome had a specific region. This region was composed of several MHC component genes densely, and was found to have a fish “Core region”. There were proteasome components (PSMB8, PSMB10, PSMB9-like and PSMB9) and the transporter for antigen processing (TAP2). Their composition is similar with patterns of other fish. It is predicted that components of MHC group were well conserved in N. coriiceps. I observed on immune response against bacterial / viral pathogenic stimulation by RNA-seq for more detail analysis. As a result of RNA-seq, a subset of the immune response genes that related TLR signaling pathway and antigen processing signaling pathway was expressed at higher level in the fish exposed to bacterial ligand than viral ligand. This result revealed that N. coriiceps have well-conserved genes in TLR, MHC and immune-relevant components, consistent with genes from other teleost fish. However, some immune-relevant genes were showed different expression patterns depend on pathogen type. Further research is required to elucidate these mechanisms and to thereby increase our understanding of their immune system.

메타-치환된 벤젠고리를 포함한 오메가 알릴 알카노익 에시드의 광화학

안도환 서남대학교 대학원 2005 국내석사

서로 다른 전위차를 갖는 광유도전자전달계의 광고리화반응을 연구하기 위하여 프탈이미드의 카르보닐기와 카르복시산염의 광고리화반응성을 비교 조사하였다. ω-Phthalimido aryl alkanoic acids에서 멀리 떨어져 있는 carboxylic 그룹은 광화학적 불활성이지만 potassium salt에서는 쉽게 활성화 된다. ω-phthalimido aryl alkanoic acids의 구조적 제약과 고리 화합물의 수율과의 관계를 알아보기 위해 aromatic ring에 알킬사슬의 길이를 다양하게 변화시켰다. 광반응을 위한 출발물질은 phthalimide로부터 세 단게에 걸쳐서 만들어졌다. 이 고리 화합물들은 출발 화합물들의 알킬 사슬의 길이를 변화시키면서 300 nm의 파장에서 광반응시켜 얻었다. ω-phthalimido aryl alkanoic acids의 광고리화는 제한된 수율의 거대 고리 화합물을 얻었다. 알킬 사슬의 길이가 짧은 경우에는 고리화합물이 잘 얻어지지 않았으나, 사슬이 길어짐에 따라 고리화합물이 비교적 높은 수율로 얻어졌다. 덧붙여 aryl alkanoates와 N-methyl phthalimide의 분자간 광첨가 반응은 적절한 수율로 hydroxyphthaliidines를 생성하였다. We have to investigate the PET photocyclization of ω-phthalimido alkanoic acid to compare two electron acceptors having different potential. Remote caroxylic group ω-phthalimido alkanoic acid was photochemically inert but was easily activated in potassium salt. To make insight into the relationship between the yields and the conformational restriction in ω-phthalimido alkanoic acid, the length of alkyl chains in the aromatic ring moiety were varied. The starting materials for the photocyclization were prepared form the phthalimide in three steps. Photocyclization of ω-phthalimido alkanoic acid gave macrocycles in moderate yield. The macrocyclic compounds were obtained by photolysis at 300 nm varying the chain length of the starting materials. With the short methylene chain in ω-phthalimido alkanoic acid, it was difficult to obtain the cyclized product but as the methylene chain gets longer the photocyclized products were obtained in moderate to fair yields. In addition, intermolecular photodecarboxylative additions of aryl alkanoates to N-methyl phthalimide gave hydroxyphthalimidines in moderate yields.

Identification of protein targets in cna-1, cnb-1 mutants and TPA-treated Caenorhabditis elegans by comparative 2-dimensional gel electrophoresis

안도환 건국대학교 대학원 2005 국내석사

한글초록:Calcineurin 은 Ca2+ / calmodulin 에 의해 활성화되는 serine / threonine protein phosphatase로, 다양한 조직과 주요 신경세포에서 발현된다. Calcineurin은 60 kDa 의 catalytic subunit인 calcineurin A (CnA) 와 19 kDa 의 regulatory subunit 인 calcineurin B (CnB)로 이루어져있다. CnB은 calcium 의존적인 조건하에 CnA 와 결합한다. Cna-1(jh107) 과 cnb-1(jh103) deletion 돌연변이는 TMP / UV 돌연변이원에 기초한 PCR 방법에 의해 분리되었다. 이 과정은 광주과학기술원 (GIST) 에서 수행되었다. Cna-1 은 950 bp 의 유전자가 삭제되었고 cnb-1 은 1.25 Kb 의 유전자가 삭제되었다. 그 결과, cna-1 와 cnb-1 돌연변이는 brood size의 감소, 생식소 크기 감소, 생식세포 수 감소, 성장속도 감소등의 현상을 보였다. C. elegans 의 생식세포에서 CnA 와 CnB 의 분자적인 작용원리를 이해하기 위해, 2-dimensional gel electrophoresis 와 mass spectrometry 를 통해 cna-1 와 cnb-1 돌연변이를 비교 연구하였다. Cna-1 돌연변이에서 wild type control 과 비교하여 총 180 개의 다르게 발현된 단백질을 찾아내었으며, 이 중 114 개는 2배 이상 과 발현 되었고 66 개는 2배 이하 과소 발현 되었다. Cnb-1 돌연변이에서 wild type control 과 비교하여 총 260 개의 다르게 발현된 단백질을 찾아내었으며, 이 중 125 개는 과 발현 되었고 135 개는 과소 발현 되었다. 이 중, 175 개의 단백질을 MALDI-TOF MS 를 통해 분석하였다. 최종적으로, cna-1 에서 32개의 과 발현 단백질과 28 개의 과소 발현 단백질을, cnb-1 에서 29개의 과 발현 단백질과 33 개의 과소 발현 단백질의 정보를 밝혀내었다. 특이적으로, cna-1 과 cnb-1 에서 공통적으로 과 발현된 2개의 단백질의 정보도 밝혀내었다. Phorbol ester 는 전형적인 암 유발원으로 선충의 움직임을 느리게 하는 Protein kinase C (PKC)의 활성원이다. C. elegans 의 생식세포에서 phorbol ester 가 작용하는 분자적인 기작을 이해하기 위해 tetradecanoyl-phorbol-acetate (TPA) 를 처리한 C. elegans 에서 성장하는 동안 보여지는 외부적인 특성을 관찰하고, 2-dimensional gel electrophoresis 와 mass spectrometry 를 통해 분석하였다. TPA 처리한 C. elegans 에서 wild type control 과 비교하여 총 196개의 다르게 발현된 단백질을 찾아내었으며 이 중 98개는 과 발현 되었고 98개는 과소 발현 되었다. 그리고 13개의 과 발현 단백질과 21개의 과소 발현 단백질을 MALDI-TOF MS spectrometry 을 통하여 분석하였다 영문초록:Calcineurin (Cn) is a Ca2+ / calmodulin activated serine / threonine protein phosphatase, which is expressed in various tissues and mainly in neural cells. Calcineurin consists of a 60 kDa catalytic subunit calcineurin A (CnA) and 19 kDa regulatory subunit calcineurin B (CnB). CnB binds to CnA in a calcium-dependent manner. Cna-1(jh107) and cnb-1(jh103) deletion mutants were isolated by PCR-based TMP / UV mutagenesis by Ahnn’s lab (GIST). Cna-1 and cnb-1 contains 950 bp deletion and 1.25 Kb deletion, resulting in cna-1 and cnb-1 mutants showing the decreased brood size, gonad size, germ-cell numbers and growth rate. To understand the molecular basis of roles for CnA and CnB in C. elegans germ-line development, we have performed comparative 2-dimensional gel electrophoresis and mass spectrometry with cna-1 and cnb-1 mutant. Total of 180 differentially expressed proteins were detected in cna-1 compared to wild type control: 114 two-fold up and 66 two-fold down, and total 260 differentially expressed proteins in cnb-1: 125 two-fold up and 135 two-fold down. We have identified 32 up-regulated and 28 down-regulated proteins in cna-1; 29 up-regulated and 33 down-regulated proteins in cnb-1 by MALDI-TOF / MS. Phorbol ester is a typical tumor promoter as a Protein kinase C (PKC) activator that can be a Ca2+ modulator. To understand the molecular basis of phorbol ester’s roles in C. elegans germ-line development, we have analyzed physiolosical characteristics of worms during development and performed comparative 2-dimensional gel electrophoresis and mass spectrometry with tetradecanoyl-phorbol-acetate (TPA) treated C. elegans. Total of 196 differentially expressed proteins were detected in TPA treated C. elegans compared to wild type control: 98 up-regulated and 98 down-regulated. We have identified 13 up-regulated and 21 down-regulated proteins by MALDI-TOF MS

자전 고온 반응 합성법에 의해 제조되는 질화 알루미늄의 형성 기구에 관한 연구

안도환 홍익대학교 대학원 1996 국내박사

카드뮴중독 시 쥐신장의 인산염 이동계의 변화

안도환 고신대학 1991 국내석사

Structural Study on Rv0569 hypothetical protein from M. tuberculosis

안도환 서울대학교 대학원 2010 국내석사

Structural and Functional Study on MazEF proteins from Mycobacterium tuberculosis

안도환 서울대학교 대학원 2018 국내박사

The bacterial toxin-antitoxin MazEF system in the tuberculosis (TB)-causing bacterium Mycobacterium tuberculosis is activated under unfavorable conditions, including starvation, antibiotic exposure, and oxidative stress. This system contains the MazF toxin, which is ribonucleolytic enzyme and its cognate MazE antitoxin, which neutralizes the toxicity of MazF. MazF has emerged as a promising drug target for TB treatments targeting the latent stage of M. tuberculosis infection and reportedly mediates a cell death process via a peptide called extracellular death factor (EDF). Although it is well established that the increase in EDF-mediated toxicity of MazF drives a cell-killing phenomenon, the molecular details are poorly understood. Moreover, the divergence in sequences among reported EDFs suggests that each bacterial species has a unique EDF. To address these open questions, we report here the structures of MazF4 and MazEF4 complexes from M. tuberculosis, representing the first MazEF structures from this organism. We found that MazF4 possesses a negatively charged MazE4-binding pocket in contrast to the positively charged MazE-binding pockets in homologous MazEF complex structures from other bacteria. Moreover, using NMR spectroscopy and biochemical assays, we unraveled the molecular interactions of MazF4 with its RNA substrate and with a new EDF homolog originating from M. tuberculosis. The EDF homolog discovered here possesses a positively charged residue at the C-terminus, making this EDF distinct from previously reported EDFs. Overall, our results suggest that M. tuberculosis evolved a unique MazF and EDF and that the distinctive EDF sequence could serve as a starting point for designing new anti-tuberculosis drugs. We therefore conclude that this study might contribute to the development of a new line of anti-tuberculosis agents. MazE consists of DNA binding N-terminus and MazF binding C-terminus. MazE negatively regulates transcription of itself by binding to its operator as well as that of MazF. Compared to extensive studies conducted on MazF, there are only three structures of MazE available up to date. The three structures present MazE structure which is in complex with MazF but not on its own. In contrast to the structural similarity among C-terminus of MazE proteins, the structures of N-terminus are largely different. Therefore, we focused on the DNA binding domain of MazE in this study to understand the molecular detail of MazE-DNA interactions. Secondary structure prediction based on the primary structure of MazE2 from M. tuberculosis strongly suggests that the N-terminus of MazE2 forms Ribbon-Helix-Helix (R-H-H) motif, which is a typical DNA binding motif. Based on the secondary structure prediction, we obtained the stable MazE2 N-terminal domain which crystallized for 3D structure determination. The 3D structure indeed shows R-H-H motif. We also confirmed that this domain in itself can bind to its operator. Our NMR titration result reveals the MazE2 residues involved in DNA binding. Overall results show that N-terminus of MazE2 in itself can bind to its operator.