염색질의 히스톤 변형은 유전자 발현 조절의 핵심 중 하나다. Histone acetyltransferase 혹은 histone deacetylase, WD40 repeat protein과 다양한 다른 구성요소들로 이루어진 단백질 복합체가 염색질의 히스톤 변형, 그리고 그에 따른 유전자 발현 조절에 관여한다. 더욱이 식물은 이동성을 지니고 있지 않으므로 변화하는 환경에 그대로 노출되므로 이에 따른 염색질 매개 후성유전학적 조절이 필수적일 것으로 생각될 수 있다. 그러나 식물의 환경에 대한 적응 반응에서 염색질 리모델링에 따른 전사 조절에 대한 연구는 아직 이루어지지 않았다.
본 연구에서는 염색질 리모델링에 의해 발생하는 유전자 발현 조절 과정에 초점을 맞춰 애기장대에서 histone deacetylation을 통해 비생물적 스트레스 요소에 대한 저항성과 관련된 유전자 발현 조절에 관여하는 HOS15의 기능을 확인하였다.
HOS15 Is a Negative Regulator of Stress-Regulated Gene Expression.
실험을 위해 hos15 돌연변이 애기장대를 생성하고 유전자 발현 패턴을 확인하였다. Hos15 돌연변이 식물체에서 RD29A::LUC 발현이 유도되는 것이 확인되었다. 이 유전자의 발현 패턴과 일관되게, luciferase, RD29A 유전자의 전사체의 양도 늘어난 것이 확인되었다.
다른 두 개의 스트레스 반응성 유전자인 COR15A, ADH1 또한 hos15 돌연변이 식물체에서 높은 수준의 발현량을 보이는 것을 확인할 수 있었다.
Hos15 돌연변이 식물체에서 과도하게 발현이 유도되는 저온 스트레스 유도 유전자의 비율이 유의하게 높은 수준으로 검출된 것을 확인할 수 있었다. 이를 비롯한 일련의 결과들을 토대로 HOS15 돌연변이로 인한 HOS15 유전자의 다른 연관된 유전자 발현을 억제하는 능력이 감소해 다른 연관된 유전자들이 발현이 되나 이 유전자들의 발현이 추위 스트레스가 존재하는 경우에는 이에 대한 저항성을 표현형으로 가지기 위해 음성 발현조절이 되어야 한다고 볼 수 있다. 또한 39개의 추위에 의해 유도되는 유전자들 중 1개만 CBF regulon에 등장했다. 이는 HOS15가 잘 알려져 있는 ICE/CBF 저온 유도 경로만을 통해서 기능하는 것이 아니라는 선행연구의 고찰과 일관되는 결과이다.
hos15 Plants Are Specifically Hypersensitive to Freezing.
Hos15 돌연변이 식물체에서 감소한 추위 내성을 보이는 것이 확인되었다.
HOS15 Encodes a WD40 Protein.
HOS15 Is Important for Histone Deacetylation.
이전 단락의 실험을 통해 HOS15 유전자가 LisH motif와 8개 단위의 WD40-repeat protein 코딩 시퀀스 지역을 포함하고 있다는 것을 밝혔다. HOS15 유전자는 인간의 transducing beta-like 1 (TBL1) protein과 시퀀스 유사성을 가진다.
인간 종에서 TBL1 단백질은 히스톤과 상호작용하면서 유전자 활성을 조절하는 repressor protein complex로 기능하는 것으로 알려져 있다.
본 연구에서도 HOS15가 H4 histone과 상호작용 하는 것을 확인할 수 있었다. 인간의 유전자와 다른 지점은 상호작용하는 히스톤의 종류가 사람에서는 H4, H2B 히스톤인 데에 비해 애기장대에서는 H4 히스톤과만 상호작용하는 것이 확인되었다는 점이다. 이는 각 종의 HOS15 유전자의 염기서열에 차이가 있기 때문인 것으로 설명할 수 있다.
HOS15는 H4 히스톤과 상호작용할 뿐 아니라 H4 히스톤의 아세틸화 상태 또한 조절하는 것으로 확인되었다.
HOS15 has Repressor Activity.
HOS15가 억제 복합체의 일부로서 전사과정에 대한 억제자로 기능하는 것이 확인되어 HOS15 단백질 자체의 잠재적 유전자 억제 기능을 확인했다. 이 실험을 통해 HOS15ㄱㅏ 생체 내에서 유전자 발현 억제 기능을 가지고 있다는 직접적인 증거를 확인하였다.
HOS15 돌연변이 식물은 많은 스트레스 조절 유전자의 더 높은 수준의 전 사체를 축적하고 동결 온도에 과민 반응을 보이는 것을 확인하였다. HOS15는 히스톤 H4와 특이 적으로 상호 작용하고 탈 아세틸 화를 촉진하는데, 이를 통해 유전자 발현 억제과정에 관여하는 것을 밝혔다. 이러한 결과들은 염색질 리모델링이 식물의 스트레스 반응에서 유전자 조절과 스트레스 저항성에 중요한 역할을 하는 것을 일관되게 설명하고 있다.
