Saccharomyces cerevisiae의 세포분열시 chitin synthase 3의 조절기작과 Candida albicans의 chitin synthase 동위효소들의 구별

Abstract

Sacchromyces cerevisiae에서 chitin을 합성하는 동위효소 중 하나인 chitin synthase 3(Chs3)는 세포벽 성분인 chitin의 합성과 세포분열 진행시 bud 형성 초기에 나타나는 chitin ring을 만드는데 관여하며, CHS3 유전자에 의해 발현된다. 세포분열이 일어나는 동안 Chs3의 mRNA 양과 효소 활성도는 cytokinesis가 끝난 직후에서 G_(1) 시기에 이르기까지 높게 나타났다. 즉, Chs3는 전사수준과 번역이후수준에서 모두 조절을 받으며, 그 작용이 활발해지는 시기에 많이 발현된다. 반면 CHS3와 함께 Chs3의 활성에 필요한 CHS4와 CHS5는 전사수준에서 특별한 변화가 없이 일정하게 발현되며, 구조유전자인 CHS3에 비해 소량으로 존재하는 조절유전자인 것으로 나타났다. Chs3의 post-translational modification에 관여하는 Chs4는 CHS3의 염기서열 1937번에서 2100번 부분의 발현부위와 반응하여 작용한다. 이 부분은 특히 효모의 chitin synthase 분류시 class Ⅳ에 속하는 Candida, Aspergillus, Neurospora, Magnaporthe, Ustilago 등 여러 곰팡이의 chitin synthase들과 높은 상동성을 보이고 있어서, 이 부위가 효모의 chitin synthase 조절에 있어 공통적으로 중요한 부분이리라 생각된다. 병원성 곰팡이인 Candida albicans의 chitin synthase인 CAChs1, CAChs2, CAChs3는 Sacchromyces cerevisiae와 마찬가지로, 같은 생화학반응을 수행하나 각기 다른 역할을 분담한다. 그러므로 이들의 효소 활성도 구별이 중요하게 여겨지는데, pH와 이가 양이온에 대한 요구성을 이용하여 각각의 특성을 규명하였다. CAChs1의 최적 pH는 7.5, CAChs2의 경우 6.5, CAChs3는 8.5이다. Co^(2+)는 CAChs1과 CAChs3를 활성화시키나, CAChs2의 작용을 저해한다. Ni^(2+)은 CAChs1과 CAChs2의 활성을 저해하는 한편, CAChs3에 대해서는 거의 영향을 미치지 않는다. Mg^(2+)는 CAChs2와 CAChs3를 활성화시키는 반면에 CAChs1에 대한 효과는 거의 없다. 이러한 경향은 같은 농도의 이가 양이온에 의해 영향받는 정도를 제외하면 S. cerevisiae와 비슷하게 나타는 것으로 Ni^(2+)에 대한 CAChs1의 감수성은 CAChs2보다 훨씬 높은데 이것은 S. cerevisiae에서는 그 반대이다. 이와 같이 chitin synthase들의 조절기작과 그 특성이 밝혀지게 되므로써 세포벽만을 선택적으로 공격할 수 있는 항진균제의 개발과 선별체계의 정립이 기대되며, 곰팡이로 인해 늘어나는 환자들의 치료제 개발에 도움이 될 것이다.;In Saccharomyces cerevisiae, the three chitin synthases participate in septum and cell wall formation of vegetative cells and in wall morphogenesis of conjugating cells and spores. Even though they catalyze same biochemical reactions, they work at different time and in different parts of cells. Therefore their regulation may be important. Recently the regulators of chitin synthase 3 (Chs3) were isolated, it enables to elucidate the regulatory mechanism of Chs3. Chs3 is both regulated in the transcriptional and post-transcriptional level. However, the regulatory mechanism isn't revealed yet. It was found that the CHS4 and CHS5 were expressed constitutively during the cell cycle. CHS4, the post-translational regulator of Chs3, interacts with the region between 1937 nucleotide and 2100 nucleotide of CHS3 This region is highly conserved domain in many class Ⅳ chitin synthases including Candida, Aspergillus, Neurospora, Magnaporthe, and Ustilago. Therefore this region is thought to be essential for chitin synthase regulation by post-translational modificaiton. The Chsl, Chs2 and Chs3 of a pathogenic fungus, Candida albicans, perform same biochemical reactions, but exerts different functions. Therefore, determination of each enzyme activity is important. Three chitin synthases differ in their optimal pH and requirement of divalent cations as either a stimulatory or an inhibitory factor. The Chsl., Chs2 and Chs3 activities are optimal at pH 7.5, 6.5, and 8.5, respectively. Co^(2+) stimulates CAChs1 and CAChs3, but inhibits CAChs2. Ni^(2+) inhibits CAChs1 and CAChs2 with little effect on CAChs3. Mg^(2+) stimulates CAChs2 and CAChs3, but rarely affects CAChs1. These characteristics are similar to S. cerevisiae except degree of sensitivities. The sensitivity against Ni^(2+) of CAChs1 is higher than that of CAChs2, whereas it is reverse in S. cerevisiae. These results could provide model system of chitin synthase regulation and new criteria for screening system of antifungal agents.