해파린 합성 과정에서 핵심 효소 구조의 해석 연구

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-02-11

해파린황산(heparan sulfate)은 세포 표면과 세포기질(細胞基質) 중에 폭넓게 존재하는 다당류 일종이다. 해파린황산은 일련의 성장 인자, 트랜드 인자와 인터류킨(interleukin) 등 기능 단백질과의 상호 작용을 통해 배아 발육, 세포 성장, 염증 반응, 응혈(cruor), 종양 전이와 바이러스 감영 등 생리 과정에서 역할을 발휘한다. 또한 쿨루쿠론산(glucuronic acid) C5 이성화효소(isomerase)는 해파린황산과 해파린(Heparin, 간장 안에서 혈액의 응고를 방지하는 물질) 합성의 핵심효소이며 당 시슬 중에서 클루쿠론산을 이두론산(Iduronic acid)으로 이성화(異性化)하여 당 사슬 구조에 유연성을 부여한다. 클루쿠론산 C5 이성화효소는 게놈 중에서 아류형(Subtype)이 없는 단일 코딩 유전자이다. 1997년에 최초로 복제되었으며 최근에 종양과 신경 시스템에서 중요한 작용을 한다는 것이 발견되어 관련 질병 치료의 새로운 타깃이 되고 있다. 그러나 단백질 구조와 효소 활성 촉매 메커니즘에 대한 해석은 지금까지 미흡한 상황이다. 쿨루쿠론산 C5이성화효소가 해파린황산과 해파린 합성 과정에서의 작용을 더 정확하게 해석하기 위해 중국 과학원 산하 상하이(上海)약물연구소 당생물학 및 당화학 실험실 딩칸(丁侃) 연구진은 같은 연구소의 수용체구조 및 기능 중점 실험실 쉬화창(徐华强) 연구진과 손잡고 쿨루쿠론산 C5이성화효소의 단백질 구조와 기능에 대한 세밀한 연구를 추진했다. 연구진은 연구를 통해 제브부라피시(Zebra fish, 줄무늬가 있는 열대어) 쿨루쿠론산 C5이성화효소의 단백질 구조 및 쿨루쿠론산 C5이성화효소와 해파린 6당(sugars)의 복합물 구조를 해석했을 뿐만 아니라 구조 차원에서 쿨루쿠론산 C5이성화효소의 생성물 억제 작용을 규명했다. 연구진의 설명에 따르면, 쿨루쿠론산 C5이성화효소는 안정적인 이합체(dimer) 상태로 존재하며 매개 쿨루쿠론산 C5이성화효소 단일체는 N단 β-머리핀 도메인, β통형 도메인, C단 α-나선 도메인 등으로 나뉠 수 있다. 이 중 α-나선 도메인 중의 양전기(Positive electricity)와 해파린 6당(sugars)의 음전기는 대량의 전하(electric charge) 작용을 통해 수소결합이 이뤄진다. 연구진은 연구를 통해 α-나선 도메인 중에서 쿨루쿠론산 C5이성화효소의 효소 활성 촉매 위치를 확정했으며 이를 기반으로 Y468, Y528, Y546이라는 3개 티로신 인산화효소가 촉매 과정에 핵심 작용을 한다는 것을 발견했다. 뿐만 아니라 쿨루쿠론산 C5이성화효소는 2종 0-황산염 전이 효소와 상호 작용하여 비활성 상태를 형성한다는 것도 발견했다. 이 외에 연구진은 효소 활성 실험을 통해 해파린 당 사슬 위의 2번째 위치와 6번째 위치 황산화가 쿨루쿠론산 C5이성화효소의 생성물에 대한 억제 작용을 한다는 것을 규명했다. 이 연구 성과는 인공 화학 효소 합성 연구 및 쿨루쿠론산 C5이성화효소 억제제의 개발에 도움이 될 것으로 전망된다. 한편, 연구진의 연구 성과는 중국 국가과학기금과 중국 국가우수청년기금의 자금 지원을 받아 수행되었으며 관련 연구성과는 지난 2015년 1월 7일 미국의 국제학술지인 ‘생화학저널(The Journal of Biological Chemistry, doi: 10.1074/jbc.M114.602201)’ 온라인판에 발표되었다. http://www.cas.cn/syky/201502/t20150204_4309032.shtml