보문 : 지렁이 꼬리 재생시 발현되는 피브리노겐 분해효소의 활성과 특성에 관한 연구

탁은식(Eun Sik Tak),조성진(Sung Jin Cho),김재영(Jae Young Kim),이규석(Kyu Seok Lee),박순철(Soon Cheol Park) 한국토양동물학회 1999 한국토양동물학회지 Vol.4 No.2

지렁이의 Glycosyl hydrolase family 유전자들의 동정과 특성에 관한 연구

이명식,탁은식,안치현,박순철 유기성자원학회 2009 유기물자원화 Vol.17 No.4

Glycosyl hydrolase(GH, EC 3.2.1.-)는 둘 또는 그 이상의 탄수화물 및 탄수화물과 비탄수화물 부분 사이의 글리코시딕 결합(glycosidic bond)을 가수분해하는 효소이다. GH에 대한 새로운 분류법은 효소들 의 아미노산 서열의 유사성과 구조적인 특징에 기초를 두고 있다. 본 논문에서는 CAZy 데이터베이스를 통 하여 총 115 종에 이르는 GHF 유전자 중에서 지렁이로부터 12종의 GHF 유전자를 동정하였다. 이 중 산 업적 응용가능성이 높은 5종의 유전자(GHF2, 5, 17, 18, 20)를 선택하여 다른 동물종에서 보고된 유전자 와 비교분석하였다. 그 결과 지렁이 GHF 유전자들은 동종의 다른 유전자들과 높은 아미노산서열 상동성을 나타냈으며 활성부위 등의 주요 아미노산 잔기가 잘 보존되어 있었다. 이들 유전자들은 해충방제제, 식품가 공업, 의학적 치료제 및 유기성폐기물 처리 등에 활용할 수 있을 것으로 사료된다. Glycosyl hydrolases (GH, EC 3.2.1.-) are key enzymes which can hydrolyze the glycosidic bonds between two or more carbohydrates, or between a carbohydrate and a non-carbohydrate moiety. The new enzyme nomenclature of glycoside hydrolases is based on their amino acid sequence similarity and structural features. Here, we examined the glycosyl hydrolase family(GHF) genes reported from earthworm species. Among overall 115 GHFs, 12 GHFs could be identified from earthworm species through CAZy database. Of 12 GHF group genes, five genes including GHF2, 5, 17, 18, 20 are thought to be potent for industrial applications. The alignment of these genes with same genes from other animal species exhibited high sequence homology and some important amino acid residues necessary for enzyme activity appeared to be conserved. These genes can be utilized as a pest control agent or applicable to the food industry, clinical therapeutics and organic wastes disposition.

붉은줄지렁이 (Eisenia andrei) 중장에서 발현되는chitinase 유전자, EaChi 의 동정 및 분자생물학적 특성에 관한 연구

박순철,탁은식,김대환,이명식,안치현 유기성자원학회 2010 유기물자원화 Vol.18 No.3

Chitinases (EC 3.2.1.14) hydrolyze the β -1,4-linkages in chitin, the second most abundant polymer of N-acetyl-β -D-glucosamine which is a structural component of protective biological matrices such as fungal cell walls and insect exoskeletons. The glycosyl hydrolases 18 family including chitinases is an ancient gene family widely expressed in archea, prokaryotes and eukaryotes. Since earthworms live in the soil with a lot of microbial activities and fungi are supposed to be a major component of the diet of earthworm, it has been reported that there would be appropriate immune system to protect themselves from microorganisms attacks. In this study, the novel chitinase, EaChi, from the midgut of earthworm, Eisenia andrei, were identified and characterized. To obtain full-length cDNA sequence of chitinase, RT-PCR and RACE-PCR analyses were carried out by using the previously identified EST sequence amongst cDNA library established from the midgut of E. andrei. EaChi, a partial chitinase gene, was composed of 927 nucleotides encoding 309 amino acids. By the multiple sequence alignments of amino acids with other different species, it was revealed that EaCHI is a member of glycosyl hydrolases 18 family, which has two highly conserved domains, substrate binding and catalytic domain. Chitinase (EC 3.2.1.14)는 곰팡이와 곤충 등에서 세포벽이나 외골격을 형성하는 생물학적 방어기질의 구성 요소인 chitin의 β -1,4-linkages를 가수분해하는 효소이다. 이러한 chitinase를 포함하는 Glycosyl hydrolases 18 family는 Archea, Prokaryotes 그리고 Eukaryotes에 널리 퍼져 있는 Ancient gene으로 알려져 있다. 그 중, 지렁이는 곰팡이와 세균이 많은 환경에서 자라기 때문에 이러한 미생물들의 공격으로부터 스스로를 보호할 수 있는 면역체계를 가지고 있는 것으로 알려져 왔다. 본 연구에서는, 붉은줄지렁이 (Eisenia andrei) 의 중장에서 발현되는 Chitinases의 cDNA 서열을 얻기 위해 기존에 알려져 있던 EST 서열을 가지고 RT-PCR 및 RACE-PCR을 수행하였고 이를 통해 E. andrei의 중장에서 발현되는 Chitinase의 특성을 동정 및 규명하였다. 그 결과 309개의 아미노산을 암호화하는 927개의 염기 서열을 얻을 수 있었으며 다른 종들의 Chitinases와 아미노산 서열을 비교 분석한 결과 지렁이의 Chitinase는 Glycosyl hydrolases 18 family에 속하고, 기질 결합과 촉매 작용에 관여하는 2개의 영역이 잘 보존되어 있는 것으로 나타났다.

지렁이 중장에서 발현되는 Endo-$\beta$-1,4-glucanase의 동정 및 특성에 관한 연구

이명식,조성진,탁은식,허소영,이종애,박범준,조현주,신주옥,박순철,Lee Myung Sik,Cho Sung Jin,Tak Eun Sik,Hur So Young,Lee Jong Ae,Park Bum Joon,Cho Hyun Ju,Shin Chuog,Park Soon Cheol 한국토양동물학회 2003 한국토양동물학회지 Vol.8 No.1,2

지렁이 (Eisenia andrei)의 중장에서 내생의 endoglucanase 유전자의 전체 염기 서열을 동정하였다. ORF의 길이는 1,371 bp이며, 456개의 아미노산으로 번역된다. NCBI에 등록된 가재와 흰개미의 cellulase 및 endo-$\beta$-1, 4-glucanase와 50-51%의 유사성을 보이며, 활성 부위가 잘 보존되어 있었다. 계통수 분석에서는 다른 동물 분류군에서 밝혀진 GHF9 그룹의 cellulase와 근연관계가 없음이 확인되었다. Endogeneous endoglucanase (EC 3.2.1.4) cDNA was cloned from a representative species (Eisenia anderi) of the earthworm family Lumbricidae. Endoglucanase from the midgut of the earthworm is composed of 456 amino acids and belongs to glycosyl hydrolase family 9 (GHF9), sharing high homologies (50-51 %) with those of selected termite and crayfish. This endoglucanase consists of three consensus catalytic domains found in most microbial cellulases. A phylogenetic tree was constructed using the amino acid squence data matched through the BLASTX program and showed that GHF9 families could be divided into four groups of arthropoda, bacteria, plant and annelida.

지렁이 중장에서 발현되는 endo-β-1,4-glucanase 유전자들의 클로닝과 특성에 관한 연구

박순철,이명식,박상길,탁은식,안치현,김혜령 유기성자원학회 2007 유기물자원화 Vol.15 No.3

Two endogenous endo-β-1,4-D-glucanase (EGase, EC 3.2.1.4) cDNAs were cloned from the midgut of the earthworm Eisenia anderi, and named EaEG2 and EaEG3, respectively. A sequence of 1,368 bp was determined and the coding region is composed of 456 amino acid residues including the initiation methionine. The N-terminal region of 20 residues in the deduced sequence was regarded as the signal peptide. These EGases belong to glycosyl hydrolase family 9 (GHF9) and showed high levels of identity(51-55%) with selected termite, cockroache, crayfish and mollusc EGases. The EGases of earthworm consist of three consensus catalytic domains found in most microbial cellulases. A phylogenetic tree was constructed using the deduced amino acid sequence data matched through the BLASTX program and showed that GHF9 families could be divided into five groups of arthropoda, bacteria, plant, annelida and mollusc. 셀룰로오스 가수분해효소의 하나인 endo-β-1,4-D-glucanase의 유전자를 지렁이 Eisenia anderi의 중장으로부터 클로닝하여 EaEG2와 EaEG3로 명명하였다. 두 유전자의 염기는 1368bp이며, 개시코돈을 포함하여 456개의 아미노산을 코딩한다. N-말단 지역의 20개 잔기들은 signal peptide이다. 두 유전자의 전체 아미노산 염기서열은 glycosyl hydrolase family 9에 속하며, 같은 종류의 셀룰로오스 가수분해효소를 분비하는 흰개미, 바퀴벌레, 가재 그리고 연체동물과 51-55%의 높은 상동성을 보였다. 지렁이의 EaEG2와 EaEG3는 가수분해활성에 중요한 세 부분이 잘 보존되어 있다. 아미노산 염기서열을 이용한 계통수 분석에서 GHF9 그룹은 절지동물, 박테리아, 식물, 환형동물 및 연체동물의 5개 그룹으로 분석되었다.

지렁이 중장에서 발현되는 Endo-β-1,4-glucanase의 동정 및 특성에 관한 연구

이명식 ( Lee Myeong Sig ),조성진 ( Jo Seong Jin ),탁은식 ( Tag Eun Sig ),허소영 ( Heo So Yeong ),이종애 ( Lee Jong Ae ),박범준 ( Park Beom Jun ),조현주 ( Jo Hyeon Ju ),신주옥 ( Sin Ju Og ),박순철 ( Park Sun Cheol ) 한국토양동물학회 2003 한국토양동물학회지 Vol.8 No.1,2

지렁이 labial 유전자의 동정 및 머리재생 시 발현 양상에 관한 연구

조성진 ( Jo Seong Jin ),이명식 ( Lee Myeong Sig ),탁은식 ( Tag Eun Sig ),허소영 ( Heo So Yeong ),이종애 ( Lee Jong Ae ),박범준 ( Park Beom Jun ),조현주 ( Jo Hyeon Ju ),신주옥 ( Sin Ju Og ),박순철 ( Park Sun Cheol ) 한국토양동물학회 2003 한국토양동물학회지 Vol.8 No.1,2

줄지렁이 중장에서 분리한 Coelomic cytolytic factor-유사 유전자의 클로닝 및 염기서열 분석에 관한 연구

백남숙(Nam Sook Baek_,이명식(Myung-Sik Lee),박상길(Sang-Kil Park),김대환(Dae-hwan Kim),탁은식(Eun-Sik Tak),안치현(Chi-Hyun Ahn),Zhenjun Sun,박순철(Soon Cheol Park) 유기성자원학회 2008 유기물자원화 Vol.16 No.4

glysosyl hydrolase의 하나인 CCF 유사 유전자를 지렁이 Eisenia anderi의 중장으로부터 분리하여 클로닝하였다. 이 유전자의 전체 염기서열 크기는 1,152 bp로 나타났으며 개시코돈을 포함하여 384개의 아미노산을 인코딩한다. N-말단 지역의 17개 잔기들은 signal peptide이다. CCF 관련 유전자의 아미노산 서열을 분석한 결과 본 연구에서 분리한 CCF 유사 유전자는 glycosyl hydrolase family 16 (GHF16)에 속하며, 다른 종의 지렁이에서 밝혀진 CCF 및 CCF-유사 단백질과 79~99%의 높은 상동성을 보였다. 여러 지렁이 종에서 분리된 CCF 및 CCF-유사 단백질들은 가수분해활성에 중요한 polysacchride-binding motif와 glucanase motif가 100% 상동성을 나타냈다. 본연구의 대상종과 유사종인 E. fetida에서 분리된 CCF는 이 종의 서식지가 미생물 활성이 높은 부패 유기질층이기 때문에 다른 종의 CCF에 비해 높은 기질인식 특이성을 갖고 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 사실은 본 연구에서 분리한 CCF도 넓은 기질 특이성을 갖고 있을 가능성을 제시해 주고 있으며 이는 산업적 응용 측면에서 유용한 특징중의 하나라고 생각된다. BLASTX를 이용한 계통수 분석 결과 GHF16 효소는 크게 후생동물군, 녹색식물군, 진정세균군 등의 세 그룹으로 나눌 수 있었으며, 후생동물군의 GHF16은 다시 촉수담륜동물형와 탈피동물형(후생동물형 포함)으로 나뉘어졌다. 본 연구에 의해 E. andrei로부터 분리된 CCF-유사 단백질의 더 많은 생물학적 특성 연구를 통해 β-D-글루칸의 분해 및 생산을 조절하는 산업적 활용이 가능할 것으로 사료된다. The cDNA of CCF (coelomic cytolytic factor)-like gene (EC 3.2.1.16), a kind of glycosyl hydorlase, was isolated and cloned from the midgut of the earthworm Eisenia anderi. The size of nucleotide sequence appeared to be 1,152 bp and its predicted coding region was composed of 384 amino acid residues including the initiation methionine. The 17 residues at N-terminal end in the deduced amino acid sequence were regarded to be a signal peptide. Based on the amino acid sequence analysis, it appeared that this CCF-like protein could belong to glycosyl hydrolase family 16 (GHF16) and showed a high sequence homology of about 79∼99% with CCF and CCF-like proteins from other earthworm species. The CCFs and CCF-like proteins from various earthworm species exhibited a 100% homology in the polysacchride-binding motif and glucanase motif. It has been reported that the CCFs isolated from E. fedita appeared to show a broader pattern recognition specificity than those from other earthworm species because this species resides in decaying organic matter showing very high microbial activity, implying that CCF-like protein isolated in this study from E. andrei might exhibit a broad substrate specificity that is a useful characteristic for industrial application. A phylogenetic analysis using the deduced amino acid sequences of CCF-related proteins through the BLASTX revealed that GHF16 families could be divided into three groups of metazoa, viriplantae and eubacteria subfamily. Subsequently the CCF-related proteins of metazoa subfamily could clearly be subgroup into lophotrochozoan and edysozoan type including a deuterostome origin. Further understanding of the biological properties of E. andrei CCF-like protein should be addressed to regulate the β-D-glucan hydrolysis and production for the industrial uses.