질소고정능이 있는 N. muscorum과 담배 배양세포의 혼합배양시 질소원을 제거한 배지에 polyamine을 첨가하여 배양조건을 개선하였다. 그리고, 단백질 조성 아미노산을 조사하여 N. muscorum과 혼합배양하여 담배 배양세포의 아미노산 함량변화를 조사한 결과 총 아미노산 및 메티오닌의 함량이 상당히 증가하는 것으로 나타났다. 특히 $10^{-3}\;M$ spermine을 처리한 배지에 혼합배양한 세포에서 메티오닌 등이 현저하게 증가하였으며, N. muscorum의 질소고정으로 혼합배양한 담배 배양세포의 단백질 조성 아미노산이 상당히 증가되었다.
형질 전환된 담배 seed에서 담배 식물체를 유도하여 White 액체 배지에서 기관 배양하였다. 암조건, sucrose 2%의 조건에서 좋은 growth pattern을 나타내었고, 계대 배양은 외마디법을 이용하여 2주마다 하였다. 기관 배양에서 hGM-CSF production pattern을 보면, intracellular에서는 큰 변화 없이 약 30 ng/g의 일정한 농도를 나타내었다. Extracellular에서 hGM-CSF 농도는 배양 6일 이후부터 급속하게 증가하기 시작하여 배양 12일째에 약 0.2ng/$m\ell$의 농도를 나타낸다. 기관배양은 다른 식물세포 배양 시스템에 비해 생산되어진 단백질의 안정성이 크다는 장점에 비해 세포 내에서 배지 내로의 단백질 분비가 적다는 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 다양한 permeabilizing agents를 투여하여 담배 세포의 permeability를 증가시키고자 하였다. 그 결과, Pluronic F-68과 PEG8000을 첨가한 경우 담배 세포에서 배지 내로의 단백질 분비가 원활해졌음을 확인할 수 있었다.
미생물에서 분리한 dykellic acid가 식물세포에 미치는 생리적 영향을 평가하기 위하여, 담배 광혼용영양배양세포(photomixotrophic cultured cells, PM세포)에 dykellic acid를 다양한 농도로 처리하여 세포의 생장과 단백질 함량 및 superoxide diamutase (SOD)활성에 미치는 영향을 조사하였다. 담배 PM세포는 0.7 mg/L 2,4-D, 0.3 mg/L kinetin, 30g/L sucrose, 200 mM NaCl를 함유한 MS배지에서 $25^{\circ}C$, 광조건에서 현탁배양 (100 rpm) 하였다. 계대배양시 화합물을 처리한 후 12일째의 세포생장 억제와 배지의 이온 전도도를 측정한 세포막손상의 결과는 일치하였으며, 화합물은 세포생장을 강하게 억제시켰다 ($IC_{50}$/, 약 20 $\mu$M). Dykellic acid 처리농도가 증가함에 따라 단위세포 무게당 단백질 함량과 SOD 비활성도를 현저히 증가시켰다. 이상의 결과로 dykellic acid는 식물세포 생장을 저해하는 활성을 가지고 있으며, 담배 PM세포는 적은 양으로도 천연물의 생리활성을 평가할 수 있는 유용한 생물소재임이 확인되었다.
부질소 1-B5 배지에서 단독 배양한 담배 배양세표의 nitrate reductase 활성은 1-B5 배지에서 배양한 담배 배양세포에 비해 50% 이상 감소되었으나 $10^{-4}$ sper-mine 처리구에서는 그 활성이 가장 증가되었으며, N.muscorum파 혼합 배양시 그 활성이 현저히 증가한 반면 polyamine은 거의 영향을 미치지 않았다. Glutamate dehydrogenase 는 혼합 배양시 담배 배양세포플 단독 배양하였플 때보다 약 4배 감소 되었으며, glutamate synthas$\xi$의 활성은 $10^{-4}M$ spermlne 처리구에서 혼합 배양 하였을 때 그 활성이 가장 높았다.
담배 배양 세포의 성장과정 중의 칼모듈린 농도변화 및 칼모듈린 결합 단백질의 종류에 대하여 조사하고 이들 단백질들 중 글루탐산 탈탄산효소를 immunodetection과 활성측정으로 확인하였다. 담배세포는 유도기(초기 $1{\sim}2$일간), 대수증식기($3{\sim}5$일), 정지기 등의 전형적인 성장 패턴을 보였다. 칼모듈린의 농도는 비록 대수증식기에 약간 감소하는 경향을 보이다 정지기에 이르면서 유도기의 수준을 회복하는 것으로 나타났지만 전체적으로는 성장단계에 관계없이 유사한 수준을 유지하는 것으로 나타났다. 주요 칼슘-의존형 칼모듈린 결합단백질은 56, 46, 36, 32-kDa의 4종류인 것으로 조사되었고, 모노클로날 항체를 이용하여 immunodetection을 실시해 본 결과 56-kDa 단백질이 담배 글루탐산 탈탄산효소로 확인되었다. 56-kDa의 글루탐산 탈탄산효소는 대수증식기에 수확한 세포에서 가장 많이 검출되었고, 이와같은 패턴은 효소활성 측정에서도 확인되었다. 이러한 결과들은 담배세포의 성장과정 중에 칼슘/칼모듈린-의존형 글루탐산 탈탄산효소 농도가 조절되고 있음을 제안해 주는 것이다.
의료용 단백질인 hGM-CSF유전자가 형질전환된 담배세포를 배양하여 배양 7일째 hGM-CSF가 배지중에서 최대 $162\;{\mu}g/L$의 농도로 축적되었다. 하지만 배양을 계속할수록 생산된 단백질의 양이 다시 감소하는 것으로 나타났다. 이것은 배양말기로 갈수록 배지의 삼투압이 낮아지고 세포가 분해되는 등의 이유로 hGM-CSF가 안정화되지않는 배양환경이 조성됨을 알 수있다.
Collagen에 의해 유도되는 류마티스 관절염을 저해하는 효과가 있는 인간 histone 단백질 Hl.5 (hHl.5)를 산화스트레스 유도성 SWPA2 프로모터에 연결하여 형질전환 담배(Nicotiana tabacum L. cv Bright Yellow-2) 배양세포주를 개발하였다. hH1.5 유전자는 Agrobacterium 매개 형질전환 방법으로 담배 BY-2 배양세포에 도입되었다. 형질전환 캘러스는 150mg/L kanamycin과 300mg/L claforan이 포함된 변형된 MS 선발배지에서 선발하여, PCR분석으로 hHl.5 유전자의 도입을 확인하였다. 형질전환 현탁배양세포에서 hH1.5 단백질의 발현은 northern 분석과 Western 분석으로 확인하였는데, 담배배양세포에서 재조합hHl.5 단백질 (42 kDa)은 인간의 것 (32 kDa)과는 다른 크기의 단백질이 확인되었다. 금후 재조합 hH1.5 단백질의 자세한 특성규명이 요구된다.
식물배양세포를 이용하여 효율적인 제초제 검정시스템을 확립하기 위하여 다른 작용기작을 가진 몇가지 제초제를 사용하여 담배 PM세포에 대한 반응성을 세포생장과 배지의 이온전도도를 측정하여 조사하였다. 담배 PM세포는 0.7 mg/L 2,4-D, 0.3 mg/L kinetin, 30 g/L sucrose를 함유한 MS배지에서 $25^{\circ}C$, 광조건에서 현탁배양 (100rpm)하였다 계대배양시 약제를 처리한 후 12일째의 세포생장과 배지의 이온전도도를 측정한 결과, 이온전도도 측정결과는 세포생장의 것과 높은 상관관계를 나타내었다. 담배 PM세포에 대한 각 화합물의 반응성은 약제의 작용기작을 반영하면서 다양하였다. PET 저해화합물인 atrazine은 담배 PM세포에 가장 강한 활성을 나타내었다 (IC50, 1 $\mu$M). GS 저해제인 glufosinate, 세포분열저해제인 butachlor, carotenoid 생합성저해제인 fluridone은 농도에 비례하여 저해활성을 나타내었다. 그러나 오옥신활성을 지닌다고 알려진 quinclorac은 억제활성을 나타내지 않았다. 따라서 배지의 이온 전도도 측정은 간편하면서 재현성이 좋은 신규 제초제의 탐색방법으로 유용할 것으로 시사된다.
본 연구에서는 hGM-CSF를 생산하는 형질전환된 담배세포배양에서 ultrasound가 세포생장과 hGM-CSF 생산에 미치는 영향을 조사하였다. 세포의 생장은 ultrasound에 노출된 직후 약간의 저해를 보이지만 2일후에 정상의 세포와 비슷한 수준으로 회복되었다. 세포 외부로 분비되는 hGM-CSF는 ultrasound에 노출된 직후 증가하고 그 이후 감소하다 배양후반에 증가를 보였다. 세포내부에서 생산되는 hGM-CSF는 ultrasound 처리 이후 전반적으로 대조구보다 많이 생산됨을 보였다. 총 생산된 hGM-CSF는ultrasound에 노출 시킨 배양 6일째 $34.9\;{\mu}g/L$로 최대였으며 대조구보다 31.5%의 증가를 보였다.
[$^3$H] 5-epi-aristolochene (5-EAS)를 담배 현탁배양세포에 투여하여 elicitor에 의해 유도된 세포가 생합성하여 배지로 방출하는 [$^3$H]-capsidiol의 량을 측정함으로써 5-EAS hydroxylase의 활성을 검정하였고, 이 반응의 전 단계에 관여하는 효소인 sesquiterpene cyclase의 발현특성과 비교하였다. 5-EAS hydroxylase는 정상세포에는 전혀 활성을 보이지 않으나 elicitor로써 cellulase를 처리한 세포는 9시간 후부터 유도를 시작하여 18시간 후에 최대 활성을 보였는데 동일한 세포내에서 유도되는 cyclase와 유사한 패턴을 보였다. Cyt P450계 효소의 특이적 억제제로 알려진 ancymidol과 ketoconazole에 의해 5-EAS hydroxylase의 활성은 강한 억제를 보인 반면 cyclase의 활성은 억제를 보이지 않아 5-EAS hydroxylase가 P450계 효소임이 시사되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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