Introduction #

인삼(Panax notoginseng)의 사포닌, 주목의 Taxol과 같이 식물체의 이차대사산물은 그 약리 효과 등으로 인하여 경제적 가치를 인정받아 이를 배양하여 대용량으로 생산할 수 있는 시스템을 구축하고 있는 추세이다.

식물체 자체로 생산하는 유용한 이차대사산물과 cell suspension culture를 통해 얻어지는 산물에 있어서 직접적인 약리 효과 등에는 차이가 있을 수 있으나 식물체를 직접 재배할 경우 기온과 같은 환경적 요인에 의해 영향을 받고 조직별 차이가 있는 등의 문제가 있다. 반면 cell suspension culture를 이용할 경우 균일한 물질을 지속적으로 얻을 수 있다는 장점이 있다.

Transgenic plant cell cultures #

식물세포 배양은 동물세포나 미생물의 배양에 비해서 배지 가격 등 보다 경제적이고 독성이 낮으며 정제가 쉽다는 장점이 있다. 그리고 진핵세포로서 post-translational modification이 가능하므로 형질전환을 통한 대량생산 시도가 이루어지고 있다.

Fu, Lai Hong 등(2009)은 tobacco BY-2 cell의 형질전환을 통하여 human lysosomal enzyme α-iduronidase의 대량생산에 성공하였다. α-iduronidase는 glycosaminoglycans (GAGs), heparan과 dermatan sulfate의 분해에 관여하는 효소로써 겹필시 GAG의 전신축적으로 뮤코다당체침착증을 유발하게 된다. 원하는 단백질이 생성 후 소포체를 통해 cell 밖으로 배출될 수 있도록 signal peptide를 포함하며 35s promotor 서열에 의해 과발현이 유도된다.

Transcription factor #

알려진대로 transcription factor는 특정 유전자의 발현을 조절하는 것으로 이차대사산물의 생산 효율 증대를 위해 이용될 수 있다.

RIPENING INHIBITOR (RIN 또는 MADS-RIN)는 토마토의 ripening 과정에서 카로티노이드, 안토시아닌과 같은 pigment의 축적과 chlorophyll의 분해에 관여한다. RIN은 MADS box 계열의 SEPALLATA subfamily에 속하며 에틸렌 합성 및 signaling, cell wall modification, carotenoid accumulation, aroma formation 뿐만 아니라 NOR, CNR, TDR4, HB-1 등의 다른 transcription factor 유전자들의 발현을 조절하는 master regulator로 밝혀졌다 (Ito et al., 2008; Fujisawa et al., 2011, 2012; Martel et al., 2011; Qin et al., 2012).

Myb-bHLH-WDR Complex (MBW)는 arabidopsis, petunia, tobacco, 금어초 등에서 anthochyanin 생합성을 조절하고, AP2-ERF와 WRKY transcription factor families는 terpene biosynthesis에 관여한다고 알려졌다 (PATRA, Barunava, et al., 2013).

References #

1. WANG, Raymond Y., et al. Lysosomal storage diseases: diagnostic confirmation and management of presymptomatic individuals. Genetics in Medicine, 2011, 13.5: 457-484.
2. Fu, Lai Hong et al. Production and characterization of soluble human lysosomal enzyme α-iduronidase with high activity from culture media of transgenic tobacco BY-2 cells, Plant science, 2009, 177.6: 668-675.
3. FUJISAWA, Masaki, et al. A large-scale identification of direct targets of the tomato MADS box transcription factor RIPENING INHIBITOR reveals the regulation of fruit ripening. The Plant Cell, 2013, 25.2: 371-386.
4. PATRA, Barunava, et al. Transcriptional regulation of secondary metabolite biosynthesis in plants. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Gene Regulatory Mechanisms, 2013, 1829.11: 1236-1247.