1957년 Crane에 의해 발견된 coenzyme Q는 진핵생명체의 미토콘드리아와 원핵생명체의 세포막에서 전자를 전달하는 역할을 하며, 미토콘드리아의 에너지 생산 과정에 필수적이며, 또한 지용성 항산화제의 기능을 지원한다. 최근에는 Coenzyme Q10의 생합성 관련 유전자들에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 본문은 Neurospora crassa의 genome data를 분석하여 발견된 coenzymeQ 생합성 유전자 중, 효모의 Coq7p 효소와 높은 유사성을 가진 유전자 (\( \operatorname{coq} 7 \))를 클로닝하고, 해당 유전자를 S.cerevisiae의 \( \operatorname{coq} 7 \) 돌연변이체에 도입하여 표현형 회복을 확인하는 연구에 관한 내용이다.
<h1>서 론</h1> <p>1957년에 Crane에 의해서 발견된 coenzyme Q (CoQ 또는 ubiquinone)는 진핵생명체의 미토콘드리아의 내막 및 원핵생명체의 세포막에 존재하는 전자 전달계에서 전자를 전달하는 기능을 하는 조효소이다. coenzyme Q는 전자 전달계 내의 NADH-coenzyme Q reductase (complex Ⅰ), succinate coenzyme Q reductase (complex Ⅱ) 및 cyto-chrome bc1 복합체의 조효소로 참여한다. Coenzyme Q는 미토콘드리아 외에도 핵막, 리소솜 (lysosome) 및 골지체의 막에도 존재하는 것으로 알려겼다. Coenzyme Q는 하나의 quinone에 isoprenoid unit이 연결된 구조로서, 일반적으로 isoprenoid 곁사슬의 길이에 따라서 번호를 붙이는데 대다수의 포유류는 isoprenoid의 개수가 10개인 것, 즉 coenzyme Q10을 생산하여 이용하고, Saccharomyces cerevisiae는 6개인 coenzyme Q6, Escherichia coli는 co-enzyme Q8, Schizosaccharomyces pombe는 coenzyme Q10, 대부분의 fungi들은 coenzyme Q9개 혹은 coenzyme Q10을 생산하는 것으로 보고가 되었다.</p> <p>Coenzyme Q는 미토콘드리아의 내막에 존재하는 생체 에너지 생산 과정에 필수 조효소로서 참여하는 것이 1차 기능이지만, 최근에 제기된 자료들에 의하면 지용성 항산화제의 기능을 돕는데 중요한 역할을 감당하는 것으로 또한 밝혀졌다. 생명체에서 산소 라디칼의 발생에 의한 산화는 노화 및 암의 주된 원인 중의 하나가 된다. 환원형의 coenzymeQ는 강력한 항산화제로서 인지질 및 lipopro-tein들을 지질과산화 현상으로부터 보호하고, 산소 라디칼의 공격으로부터 막단백질 및 DNA를 보호하는 기능을 보유한 것으로 보고되었다.</p> <p>현재 Clarke 그룹 등에서 활발한 연구가 진행 중인 S.cerevisiae의 coenzyme Q 합성에 관한 연구는 1990년대 초반에 상보성 분석에 의해서 COQ1부터 COQ8까지의 8개의 유전자가 coenzyme Q의 생합성에 관여하는 것이 밝혀졌으며 이 후에 화학적으로 합성된 중간체를 이용한 연구 등을 통해서 전 과정이 규명되어 가는 중이다. S.cerevisiae 균주 이외에도 S. pombe와 같은 효모류에서도 Coenzyme Q10 생합성 관련 유전자들에 대한 연구가 활발하게 진행 중이다.</p> <p>S. cerevisiae의 COQ 돌연변이 균주들은 호흡을 못하므로 산소를 최종 전자 수용체로 이용하는 호흡은 불가눙하며, 또한 글리세롤 같은 발효가 불가능한 (non-fermentable) 탄소원에서는 자라지 못한다. 또한 polyunsaturated fatty acid인 linoleic acid 혹은 linolenic aicd가 과량으로 포함된 배지에서 성장 시에 치사되는 것으로 보고가 되었다.</p> <p>S. cereviaise의 COQ7 유전자는 DMQ mono-oxygenase를 암호화하며, 이 효소가 결여된 균주에서는 DMQ, 즉 2-hexaprenyl-3-methyl-6-methoxy-1,4-benzoquinone이 세포 내에 축적이 되는 것으로 보고가 되었다. COQ7 유전자는 coenzyme Q의 생산과는 독립적으로 연구가 되었는데, S. cerevisiae에서 글루코스 derepression 및 glu-coneogenesis에 관여하는 CAT5 유전자가 COQ7과 동일함이 밝혀졌다. CAT5 유전자에 돌연변이가 발생할 경우에는 gluconeogenesis에 관련된 유전자들의 전사 활성이 불가능하다는 것으로부터 보고되었으며, 현재는 coen-zyme Q의 생합성과 글루코스 derepression의 상관관계에 대한 연구가 계속되고 있다. 또한 선충류인 Caen-orhabditis elegans에는 Coq7p와 높은 유사도를 보이는 단백질인 Clk-1이 존재하는데, 이 유전자도 역시 coenzyme Q9의 생합성에 관여하는 것으로 밚혀졌으며, 결여 시에는 어린 유충에서 발생 과정이 중지되며, coenzyme Q의 외부 공급에 의해서 성체가 될 경우에도 공급을 중지하는 시점에 따라서 생식 능력을 상실하는 것으로 보고가 되었다. 최근에 는 Clk-1이 C. elegans의 생존 기간의 연장에도 관여한다는 사실이 보고되어 활발한 연구가 진행 중이다.</p> <p>본 연구는 최근 완료된 Neurospora crassa의 genome data를 분석하여 발견된 coenzymeQ 생합성에 관여하는 유전자들 중에서 효모의 Coq7p 효소에 높은 유사도를 나타내는 단백질을 암호화하는 유전자 (\( \operatorname{coq} 7 \)이라 이름 붙임)를 클로닝하고, S. cerevisiae의 \( \operatorname{coq} 7 \) 돌연변이체에 도입돌연변이에 따른 표현형들이 회복되는 것을 확인하는 실험에 관한 것이다.</p>