RPK1 유전자 발현을 유도제(MOF, methoxyfenozide)로 유도한 경우. 가운데 iRPK1 모델 식물의 잎이 노랗게 변색돼 노화가 진행됐음을 보여 준다./ 한국기초과학원

식물의 노화의 수수께끼가 일부 밝혀졌다. 식물의 세포막 단백질이 활성산소의 생성을 조절해 노화에 미친다는 사실이 분자 수준에서 규명됐다.

기초과학연구원(IBS)의 식물 노화·수명 연구단은 최근 애기장대를 이용한 연구를 통해 이 같은 사실을 밝혔다.

활성산소가 사람 뿐 아니라 식물의 노화에도 관여한다는 사실은 이미 알려졌다. 활성산소는 식물이 태양으로부터 빛을 흡수해 에너지를 만드는 과정에서 부산물로 생성된다. 활성산소의 양이 증가하면 식물의 성장과 건강 기능 유지에 필요한 유전자나 단백질의 기능이 떨어지고, 정상 세포가 죽기도 한다(세포사멸). 그러나 활성산소의 생성이 구체적으로 어떻게 노화에 영향을 미치는지 그 메커니즘에 대해서는 자세히 밝혀진 바 없다.

IBS 연구진은 애기장대 잎이 시간의 지남에 따라 자연적인 노화가 진행될 때 세포막 단백질 RPK1의 유전자 발현이 증가하는 것에 주목했다. 연구진이 RPK1의 기능에 대한 연구을 진행한 결과, RPK1 단백질이 활성산소의 생성을 조절해 노화에 영향을 미친다는 사실이 드러났다. 즉, RPK1 유전자의 발현 정도를 증가시키면 활성산소의 생성이 덩달아 많아져 식물 세포가 죽어 잎이 노랗게 변하는(Yellowing) 노화현상이 촉진됨이 확인됐다.

연구진은 실험을 통해 RPK1에 의한 활성산소 조절에는 활성산소 생성 효소인 RbohF가 관여한다는 사실도 발견했다. RbohF 유전자가 망가진 형질전환 식물에서는 RPK1이 작용하더라도 식물의 노화가 촉진되지 않았다. 연구팀은 또 이들 두 단백질은 직접 결합하지 않으며, 칼슘결합 단백질인 CaM4가 두 단백질의 연결고리임을 아울러 밝혔다.

즉, RPK1이 CaM4 단백질을 인산화하고, 인산화된 CaM4가 다시 RbohF에 결합해 활성산소가 생성되도록 하는 것이다. 이렇게 생성된 활성산소는 세포 내로 전달돼 세포 사멸과 노화에 관련된 유전자들의 발현을 유도하게 된다. 세 가지 단백질 RPK1-CaM4-RbohF 이 칼슘 결합 단백질 CaM4를 연결고리로 트리오가 작용할 때, 활성산소가 생성돼 노화가 진행되는 것이다.

이번 연구는 활성산소와 식물 노화의 관계를 분자 수준에서 밝혔다는 점에서 의미가 적지 않다. 또 RPK1은 노화 뿐 아니라 추위나 가뭄 등 식물이 받을 수 있는 다양한 스트레스 신호전달 과정에도 관여하는 것으로 알려져 있어, 이번 연구가 향후 식물의 스트레스 및 노화 연구에 기폭제가 될 것으로 보인다.

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘Cell Reports’ 온라인판 이달 12일(현지시간)자에 실렸다.

송강섭 기자 successnews@successnews.co.kr

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