멜라토닌은 항산화, 항암, 통증 조절, 대사 조절 등 다양한 기능을 가진 것으로 알려져 있고, 진화 초기부터 다양한 생물군에서 발견되었다. 식물에서 멜라토닌의 생합성 경로는 아직 확정되지 않았으며, 제비꽃속(Viola) 식물에 멜라토닌이 존재하는지, 그리고 전구체 Trp과 TAM을 통한 tryptophan de-carboxylase 경로를 통해 생성되는지에 대해 연구가 진행되었다.
<h1>서 론</h1> <p>멜라토닌은 동물의 송과선(pineal gland)에서 분비되어 일주기 변화 중 밤 신호(night signal)에 의하여 생성되는 것으로 알려져 있으며, 이에 근거하여 불면증 치료에 사용되고 있다. 멜라토닌은 그 외에도 항산화 작용, 항암, 통증의 제어, 대사의 조절 등 다양한 작용을 지니고 있는 것으로 알려져 있다. 척추동물에서 작용이 가장 널리 알려져 있기는 하지만, 멜라토닌은 송과선이 없는 무척추동물, 쌍편모류, 조류, 식물 등 매우 다양한 생물군에서도 발견되므로 멜라토닌은 진화 초기부터 획득된 조절물질인 것으로 사료된다. 식물에서 멜라토닌의 기능은 일주기 조절, 항산화 작용 등일 것으로 예상하는 것이 일반적이다. 그러나, 옥신과 유사한 생장조절, 광합성이나 광에 의한 피해 방어 등 동물과는 전혀 다른 기능을 수행할 가능성도 제시되어 있다.</p> <p>동물에서 멜라토닌은 L-tryptophan (Trp) 에서 시작하여 5-hydroxytryptophan, serotonin, N-acetyl-5-hydroxytrypt-amine을 거쳐 합성되는 것으로 알려져 있다. 그러나 식물에서는 tryptophan decarboxylase (TDC)에 의하여 Trp이 TAM으로 전환되고 이것이 다시 hydroxylation 되면서 sero-tonin으로 전환되는 경로가 함께 작용하거나 오히려 더 우세할 것으로 제안되었다. 그러나 아직 식물에서 멜라토닌 생합성 경로가 완전히 증명되지는 못하였으며 제안된 생합성 경로를 지지하는 몇 건의 보고만이 있었을 뿐이다.</p> <p>인돌 화합물 계열인 멜라토닌은 옥신, indole glucosi-nolate 및 camalexin 등의 생합성 경로와도 중간 산물들을 공유하므로 Trp로부터 합성되는 물질들은 일종의 metabolic network을 형성하며 서로 균형을 이루고 있을 가능성이 큰 것으로 사료된다. 본 논문은 metabolic network의 평형 문제는 다루지 않고 melatonin의 관점에서 다루었으나 멜라토닌 생성의 중간산물들이 auxin 등 다른 물질의 합성에도 사용될 수 있다는 점을 밝혀두고자 한다.</p> <p>식물에서 멜라토닌의 존재는 다양한 분류군에서 알려져있지만 특히 약용식물 중에서 함량이 높은 경우가 보고되었다. 멜라토닌을 함유하는 것으로 알려진 식물 중에는 한국에 자생하는 식물들도 많이 포함되어 있으며 본 연구에서는 그 중에서 제비꽃속(Viola) 식물들에 주목하였다. Viola에 속하는 식물들은 국내에 최소 60 종 이상이 자생하며 근연종인 이들 사이에 교배가 일어나 실제로는 잡종인 형태로 존재하는 경우가 많은 것으로 보고되었다. Viola 식물들은 한국의 전역에서 흔히 볼 수 있으며 한방과 민간에서 약재로 사용하며 항균 및 소염 효과가 있는 것으로 보고되었다. 또한 민간에서는 불면증 치료에도 사용한다. 한약의 효능은 여러 성분의 복합적인 작용에 의한 것으로 이해되지만 제비꽃에 항균작용을 하는 cyclotide가 다량 존재한다는 사실과 멜라토닌이 함유되어 있다는 사실은 제비꽃을 민간에서 약재로 활용하는 근거를 뒷받침한다.</p> <p>본 연구에서는 이미 멜라토닌의 존재가 알려진 제비꽃(Viola mandshurica) 외의 다른 Viola 식물들에 멜라토닌이 존재하는지 확인하고, 전구체인 Trp과 TAM을 공급하여 그 멜라토닌이 식물에서 작용할 것으로 제안된 tryptophan de-carboxylase 경로를 통하여 생성되는지 시험하고자 하였다.</p>