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NMR studies on the structure of an influenza virus RNA promoter, a hemimethylated DNA, and a putative nucleoid-associated protein in bacteria = 인플루엔자 바이러스의 RNA 증진자 및 박테리아의 반메틸화된 DNA와 핵양체 추정 단백질의 구조에 대한 NMR 연구
서명 / 저자 NMR studies on the structure of an influenza virus RNA promoter, a hemimethylated DNA, and a putative nucleoid-associated protein in bacteria = 인플루엔자 바이러스의 RNA 증진자 및 박테리아의 반메틸화된 DNA와 핵양체 추정 단백질의 구조에 대한 NMR 연구 / Sung-Hun Bae.
저자명 Bae, Sung-Hun ; 배성훈
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2003].
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The influenza A virus, a severe pandemic pathogen, has a segmented RNA genome consisting of eight single-stranded RNA molecules. The 5’ and 3’ ends of each RNA segment recognized by the influenza A virus RNA-dependent RNA polymerase direct both transcription and replication of the virus’s RNA genome. Promoter binding by the viral RNA polymerase and formation of an active open complex are prerequisites for viral replication and proliferation. The viral promoter has a significant dynamic nature and an unusual displacement of an adenosine that forms a novel (A-A)ㆍU motif and a C-A mismatch stacked in a helix. The characterized structural features of the promoter imply that the specificity of polymerase binding results from an internal RNA loop. In addition, an unexpected bending (46±10°) near the initiation site suggests the existence of a promoter recognition mechanism similar to that of DNA-dependent RNA polymerase and a possible regulatory function for the terminal structure during open complex formation. DNA methylation occurs in most organisms from bacteria to mammals and provides a mechanism for epigenetic control of a variety of cellular processes. In Escherichia coli, most of the N6 positions in adenines found in the sequence GATC are methylated by DNA adenine methyltransferase. After DNA replication, the GATC sites exist transiently in the hemimethylated state, and the specific recognition of these hemimethylated GATC sites is essential for several processes, including sequestration of the site of replication initiation by the SeqA protein, strand discrimination in DNA mismatch repair by the MutH protein, and transcription of several genes. The N6-methyl of hemimethylated GATC sites undergoes a slow trans-cis interconversion without disruption of the double helix. The release of tightly bound cation from hemimethylated DNA explains the instability of this structure. In addition, quantitative structural analysis revealed that hemimethylated DNA has unusual backbone structures and remarkably narrow major groove. These dynamic and structural features provide insights into the specific recognition of hemimethylated GATC sites by enzymes and regulatory proteins. A novel putative nucleoid protein B1625 found in in vivo screening by its DNA binding affinity for the small oriC fragment containing DnaA binding site M shares significant sequence and structural homology with Hha/YmoA family proteins, which have been known to negatively regulate the virulence-related gene expression. B1625 is a monomeric protein which has three α helices and a flexible COOH-terminal and binds to DNA with low affinity and no sequence specificity. Like the Hha and YmoA, B1625 binds to H-NS, an abundant nucleoid component protein. The residues of B1625 responsible for H-NS binding were mapped by T2 relaxation NMR experiments suggesting that highly conserved R/S-AAD motif of B1625 and Hha/YmoA family protein should be important for H-NS binding. Within the limited evidences by this study and previous literatures, the biological role of B1625-H-NS complex was proposed as a regulator of DNA replication initiation.

인플루엔자 A 바이러스는 심각한 전염성 병원체로 8개로 나누어진 RNA 유전체를 가지고 있다. 각각의 RNA 분자들은 5’과 3’말단의 염기서열이 보존되어 있고 이것은 바이러스의 중합효소가 바이러스의 유전자를 전사, 복제하는데 증진자로서 작용한다. 인플루엔자 바이러스가 이 증진자에 결합하여 활성화된 복합체를 구성하는 것은 바이러스의 복제와 증식에 필수적인 요소이다. 본 연구를 통해 인플루엔자 바이러스의 RNA 증진자가 상당한 운동성을 가지고 있으며, 이전에 밝혀지지 않았던 새로운 (A-A)U 구조의 비이상적인 아데닌의 위치 변화와 이중나선 구조속에 있는 C-A 결합을 밝혔다. 밝혀진 구조적 특징들은 바이러스의 중합효소가 증진자에 결합하는 선택성이 RNA 내부루프에 있다는 것을 의미한다. 특히, 말단부분에서 관찰된 RNA 이중나선의 꺾임구조는 바이러스의 중합효소가 DNA로부터 RNA를 전사하는 일반적인 중합효소와 유사한 기작에 의해 조절되는 것을 시사한다. DNA 의 메틸화는 박테리아로부터 사람에 이르기까지 다양한 종에서 관찰되며 다양한 세포내 기능에 관계한다. 대장균의 경우 대부분의 GATC 서열의 아데닌은 DNA 아데닌 메틸화효소에의해 메틸화되어 있다. DNA 복제후 GATC 서열은 일시적으로 반메틸화된 상태로 존재하는데, 이 반메틸화된 DNA를 선택적으로 인식하는 것은 SeqA 단백질에 의한 복제시작 억제 및 MutH 단백질에 의한 DNA 회복시스템에서 정상적인 DNA 가닥인식, 그리고 여러 유전자의 전사조절에 매우 중요하다. 본 연구를 통해 반메틸화된 GATC 서열의 아데닌의 N6-메틸기가 매우 느린 trans-cis 변환을 하고 있다는 것을 밝혔고, 반메틸화된 DNA에 강하게 결합되었던 (+)이온들의 이탈로부터 반메틸화된 DNA의 불안정성에 대한 근거를 찾을 수 있었다. 또한, 수용액상에서 얻은 3차원 구조의 정량적인 분석을 통해 반메틸화된 DNA가 특이한 골격구조를 가지고 있으며 매우 좁은 major groove를 가지고 있음을 밝혔다. 이런한 동력학적, 구조적 결과들은 여러 효소나 조절 단백질이 반메틸화된 GATC 서열을 선택적으로 인식하는 이유에 대해 새로운 설명을 마련해 주었다. 대장균의 복제 시작점인 oriC의 일부분에 결합하는 새로운 단백질 B1625가 세포내 선별방법을 통해 발견되었다. 본 연구를 통해 B1625가 독소 유전자의 발현을 억제하는 Hha/YmoA군의 단백질들과 아미노산 서열 및 구조상의 유사성을 가지고 있음을 밝혔다. B1625는 단일체 단백질로 세 개의 α 나선구조와 운동성이 큰 카복시 말단으로 구성되어 있으며 DNA와 아주 약하게, 염기서열에 대한 선택성이 없이 결합하였다. 또한 Hha나 YmoA와 같이 세포내에 많이 존재하는 뉴클레오이드 단백질인 H-NS와 강하게 결합하였다. NMR T2 relaxation 실험을 통해 B1625내의 H-NS 결합위치를 탐색한 결과 B1625 와 Hha/YmoA 군의 단백질들에서 공통적으로 보존되는 아미노산 서열인 R/S-AAD 부분이 H-NS 결합에 관계함을 알 수 있었다. 알려진 논문 결과와 본 연구를 통해 얻은 제한적인 실험결과들을 종합하여 볼 때 B1625-H-NS 복합체는 DNA 복제의 개시과정에 관여하는 조절인자로 제안된다.

서지기타정보

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청구기호 {DCH 03013
형태사항 v, 78 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 배성훈
지도교수의 영문표기 : Byong-Seok Choi
지도교수의 한글표기 : 최병석
수록잡지명 : "Structural features of an influenza virus promoter and their implications for viral RNA synthesis". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A, v.98 no.19, pp.10602-10607(2001)
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 화학과,
서지주기 Includes references
주제 influenza virus
hemimethylated GATC
nucleoid
nuclear magnetic resonance spectroscopy
structure of nucleic acids and protein
인플루엔자 바이러스
반메틸화된 GATC
핵양체
핵자기공명 분광학
핵산
단백질 구조
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