F 인자

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F 인자

[ F factor ]

F 인자는 대장균에서 세포간 접촉을 통한 유전자전달을 유도하는 접합을 위해 반드시 필요한 인자로서 공여체 염색체외 DNA, 즉 플라스미드를 의미하여 'F plasmid'라고도 불리며, 'F'는 'Fertility'의 약자이다. F 인자는 Joshua Lederberg에 이어 Esther M. Lederberg와 Luigi L. CaCavalli-Sforza에 의해 처음 발견되었다.

목차

  1. 1.F 인자의 구조
  2. 2.tra 유전자의 구성요소
  3. 3.F 인자 관련 용어 정리
  4. 4.집필
  5. 5.감수

F 인자의 구조

가장 일반적인 F 인자는 100 kb 정도의 크기를 가지며 대략적인 구조는 다음과 같다.

그림 1. F plasmid의 구조(출처: 한국미생물학회)

  • tra 유전자들 : F-pilus와 DNA 전달을 위한 유전자들이다.
  • oriT(origin of transfer) : 접합을 통한 유전자이동의 시작점을 의미한다.
  • oriC(origin of replication) : oriV, oriS 등을 포함하는 부위로 DNA 복제가 이루어지는 시작점을 의미한다.
  • IS(Insertion sequence elements) : 하나의 IS2, 두 IS3, 하나의 IS1000 을 가지고 있고, 염색체내 다른 지점으로 삽입될수 있는 유전적 요소이다.

그림 2. F plasmid의 tra 유전자들(출처: 한국미생물학회)

tra 유전자의 구성요소

접합을 위해서는 trans-acting element 와 cis-acting element가 모두 필요하며, 이 중에 후자는 유전자이동을 위한 시작점인 oriT를 말하며, 전자의 경우에는 tra 유전자들이다. 이 tra 유전자는 크게 두 가지 구성요소로 이루어져 있다. 하나는 세균세포간의 물리적 접촉의 기능을 하는 Mpf(mating-pair formation) 요소이며, 또 다른 하나는 DNA 이동과 복제의 기능을 담당하는 Dtr(DNA transfer and replication) 요소이다. 이 두가지 요소를 모두 가지고 있는 경우 자기 스스로 이동이 가능한 플라스미드(self-transmissible plasmid)라고 부르며, F 플라스미드(F plasmid)와 R 플라스미드(R plasmid)가 이에 속한다.

  • Mpf : 공여체와 수여체간의 직접적인 접촉에 필요한 pilin, channel, coupling protein 등을 생성하는데 필요한 요소이다. pilin은 직접적인 접촉을 위해 공여체가 수여체를 끌어당기는 역할을 하고, channel은 접합과정 동안의 DNA이동통로이며, coupling protein은 Dtr 요소와의 정보교환으로 membrane channel에 부착하여 relaxase를 포함하여 같이 이동하는 단백질만을 구별/인식하고, relaxase를 활성화하여 DNA 전달과정을 개시하는 역할을 한다.
  • Dtr : relaxase, relaxosome, Pol III의 생성을 맡아 DNA 이동과 복제를 담당한다. Relaxase는 DNA endonuclease로서, oriT의 phosphodiester 결합을 절단하고, F 인자에서 생성된 다른 단배질과 relaxasom을 형성하여 DNA 이중가닥을 풀고 수여체로의 이동을 시작한다. 그리고 공여체에 남아 있는 단일 가닥의 F플라스미드는 Pol III에 의해 복제가 일어나고, 동시에 수여체로 이동되었던 DNA도 복제된다. 마지막으로 원형형태로 재연결하여 'F-'의 수여체가 'F+'의 새로운 공여체로 전환된다.

F 인자 관련 용어 정리

F 인자는 독립적인 플라스미드형태로 존재하지만, 어떤 경우에는 세균의 염색체내로 삽입된 상태로 존재하기도 한다.

  • F+ 세균 : 독립적인 플라스미드형태로 존재하기 때문에, 세균의 염색체 DNA를 포함하고 있지 않는 세균이다.
  • Hfr(High-frequency recombination) 세균 : 수여체 내로 유입된 F 인자는 세포 내에서 독립적으로 복제가 가능한 플라스미드 형태로 존재하기도 하지만, 때로는 수여채내의 염색체내로 삽입되기도 한다, 이런 경우에 F+ 세균에 비해 더 높은 빈도로 염색체 DNA를 전달할수 있어 이렇게 삽입된 형태를 Hfr이라고 부른다. 그래서 Hfr 염색체 전체가 F 인자가 되는 것이다. 이 Hfr의 생성은 F 플라스미드내에 있는 염기서열과 매우 상동성이 높은 DNA 염기서열(예: IS)이 염색체내에 존재할때 두 DNA 분자간의 재조합으로 인해 일어난다.
  • F'(F-prime) 세균 : 이미 염색체내로 삽입된 F 인자가 F 인자내에 존재하는 염기서열과 Hfr 염색체간의 재조합 과정으로 염색체로부터 주변의 DNA가 의분리될수 있는데, 이런 경우 간혹 F 인자외에 염색체 일부가 함께 분리되어 나오게 되는데 이런 것을 'F' 인자'라고 부른다.
  • F- 세균 : F 인자를 가지고 있지 않은 세균이다.

집필

최경희/원광대학교

감수

조유희/차의과학대학교

동의어

F factor, F 인자, F plasmid