주변 환경을 감지하는 단백질 복합체의 구조

KISTI 『글로벌동향브리핑』 2009-12-28

주변 환경을 감지하는 단백질 복합체의 구조가 새로운 의약품의 개발을 선도할 수 있다는 사실이 최근 한 연구진에 의해 입증되었다. 식물이나 곰팡이류, 그리고 박테리아들은 모두 외부 상황을 인지하고 변화에 어떻게 반응할 지에 관한 지시를 내리기 위해 ‘이 성분 시스템(two component systems, TCS)’이라고 알려진 세포 인지 처리과정에 의존한다. “이 성분 시스템(two component systems, TCS)은 삼투압, 산소, 아미노산, 금속이온, 영양분, 빛, 호르몬, 그리고 기타 등등과 관련된 다양한 환경적인 변화를 감지하고 이에 반응한다.”고 하리마(Harima)에 있는 RIKEN SPring-8 Center의 Yoshitsugu Shiro가 말했다. 각각의 이 성분 시스템(two component systems, TCS)은 두 개의 단백질로 구성된다: 하나는 외부로 향해 있는 히스티딘 카이네이즈(histidine kinase (HK))이고 다른 하나는 세포 내에서 히스티딘 카이네이즈를 전달하는 반응 조절자(response regulator (RR))이다. 외부 자극에 의해 활성화된 후, 히스티딘 카이네이즈는 그것을 활성화시키기 위해 반응 조절자로 전달하는 아데노신 삼인산(ATP)으로부터 인산화기를 붙잡아준다. 이 성분 시스템(two component systems, TCS)에 관한 많은 의문점들이 남아있는데 그것은 그 단백질들이 복잡하며 구조 분석을 어렵게 만드는 운동 영역(mobile region)을 가지고 있기 때문이다. Shiro와 그의 동료 연구자들은 히스티딘 카이네이즈(histidine kinase (HK))와 반응 조절 복합체와 연결된 PAS의 구조인 Thermotoga maritime로 부터 ThkA/TrrA TCS 복합체를 고해상도로 재조합함으로써 이러한 부분에서 큰 업적을 이룰 수 있었다. 이러한 박테리아들은 일반적으로 지열이 방출되는 부분에서 발견되며 이것들의 단백질들은 열에 뛰어난 안정성을 보여 구조 분석이 가능하다. 히스티딘 카이네이즈(histidine kinase (HK))의 구성 요소인 ThkA는 인산기를 받아들이는 히스티딘 아미노산을 포함하고 있는 ‘이합체 영역(dimerization domain)’에서의 상호작용을 통해 쌍을 이루고 있다. Shiro의 연구팀은 TrrA 인산기 수용체가 이러한 잔기들과 일직선을 이루며 두 단백질 사이에서 세 개의 부분에 걸쳐 상호작용 함으로써 방향을 조절하게 된다. 그러나, 그들은 또한 ThkA의 감지 영역이 촉매 영역(catalytic domain)과 상호작용을 하며 이를 통해 활성을 막는다는 사실을 발견하였다. 이와 같은 여러 메커니즘의 발견을 통해 Shiro의 연구팀은 현재 성장호르몬인 에틸렌에 대한 식물의 반응을 조절하는 ‘이 성분 시스템(two component systems, TCS)’에 대해 연구를 진행하고 있으며 다른 잠재적인 응용 가능성에 대해서도 주목하고 있다. 이 문제 대해 Shiro 는 “‘이 성분 시스템(two component systems, TCS)’으로부터의 구조적인 정보들은 바람직하지 않은 부작용을 지니지 않은 항박테리아 의약품의 개발을 도울 수 있는데, 이것은 TCS가 인간에는 존재하지 않지만 박테리아의 생명 사이클에 있어 필수적이기 때문이다.”라고 말하고 있다. 그림: ThkA/TrrA TCS 복합체의 구조 모델 qkrwldms-20091228-1.jpg 출처 : http://www.nanowerk.com/news/newsid=14178.php