D-ribose is transported by high-affinity ribose transporter, encoded by a rbs operon, rbsDACBKR. Although the components of rbs operon are well studied, rbsD is not. When rbsD was overexpressed in the presence of rbsACBK, cell death was observed in D-ribose minimal media. Overexpressed RbsD enhanced the uptake rate of D-ribose. A high level accumulation of methylglyoxal (MG), a toxic compound, was found in the lethal condition. Using NMR spectroscopy and chemical method, we detected the increase of MG in media after treatment of D-ribose. A mutant lacking methylglyoxal synthase (MGS), which is the enzyme of MG formation, was constructed. The MGS mutant grew normally in D-ribose media and failed to produce MG. These results are proposed that one of major factor that affect cell viability is MG production in the cell and RbsD is highly associated with the accumulation of MG. To observe the effect of E. coli MGS in animal cells, we made an expression vector for mgsA gene, which was transfected in HEK-293T cell. The expression of MGS did not affect the growth or survival of HEK-293T cell.
라이보스는 고친화성 기질 수송체에 의해서 세포 내로 유입된다. 라이보스 수송체는 rbs 오페론에 의해 발현되는데, 이 유전자들 중에 rbsD의 기능이 밝혀지지 않았다. 라이보스 유입 시에 세포에 RbsD를 과잉 발현시키면 세포가 죽어가는 것이 관찰되었다. 라이보스 수송체를 세포내에 발현시키면 세포내로 라이보스 유입이 증가되고, 이때 RbsD를 과잉 발현시키면 더욱 증가되었다. 이것을 통해서 RbsD가 세포내로 라이보스 유입을 증가시키는 효과를 가진다는 것을 알 수 있었다. 세포내로 들어온 라이보스를 인산화 시키는 기능을 하는 RbsK가 없는 상태에서, 세포치사가 사라지는 현상을 관찰함으로써 세포내로 유입된 라이보스는 인산화를 거친 후 세포치사를 유도하는 것을 알 수 있었다.
세포치사가 일어날 때, 배지에 세포에 유독한 methylglyoxal (MG)이 누적되는 것을 확인하였다. 라이보스 유입이 일어나는 모든 세포는 MG를 생성하였고, RbsD가 있는 세포는 RbsD가 없는 것에 비해서 1.7배정도 높게 MG의 양이 측정되었다. MG 생성 효소인 MGS가 발현되지 않는 세포에서는 라이보스 유입이 있어도 MG의 생성이 매우 적었고, RbsD가 발현되어도 세포가 죽지 않았다. 이 결과들을 통해, 세포내로 라이보스가 다량 들어오면 MG 생성이 증가되어서 세포가 죽는 것으로 예측할 수 있다. 이때 RbsD가 라이보스 대사과정의 한 부분에 관여하여 세포치사를 유도하는 것이라고 추측한다. 라이보스가 들어오는 대장균 내의 RbsD 유무와 라이보스 유입에 따른 methylglyoxal synthase (MGS)의 활동도를 측정한 결과 거의 차이가 없는 것으로부터, RbsD와 세포내의 라이보스가 MG를 주되게 생성하는 효소인 MGS의 기능을 증가시키는 것이 아니라, 다른 방법으로 세포내의 MG 생성을 증가시킨다는 것을 알았다. 위의 결과들을 통해서 라이보스가 있는 배지에서 라이보스 수송체를 발현시킨 세포에 RbsD를 과잉 발현시킨 경우, 세포가 죽는 원인을 다음과 같이 생각할 수 있다. 탄소원으로 라이보스가 쓰이는 상태에서, RbsD에 의해 세포내로 라이보스가 다량 유입되어 에너지원으로 이용될 때, Glycolysis의 한 중간체 산물인 dihydroxyacetone phosphate (DHAP)가 세포내에 누적된다. DHAP는 MGS에 의해서 MG로 바뀌어 세포내에 쌓이게 되고 MG의 양이 어느 한계를 넘어서게 되면 세포가 영향을 받아 죽거나 성장을 멈추게 될 것이다.
MG의 세포내 증가가 동물세포에 미치는 영향을 관찰하기 위해, 대장균의 MGS 유전자인 mgsA를 HEK-293T 세포에 발현시켰다. 대장균의 MGS의 발현은 HEK-293T 세포의 성장이나 생존에 영향을 미치지 않았다.
