고려대, 심혈관계 발달 등에 관여하는 핵심 단백질 부분 구조 최초 규명
* 예를 들면, 염색체 분열, 세포자멸사(apoptosis), 인체면역결핍바이러스 복제, 산화질소 인식, 식물체 발달(노화), DNA 수복, 감수분열, 심혈관계 발달 등
고려대 송현규 교수(생명과학대학)가 주도한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 박찬모)이 추진하는 중견연구자지원사업(핵심연구)과 세계수준의 연구중심대학(WCU)육성사업의 지원을 받아 수행됐다.
이번 연구결과는 세계 최고 권위의 과학 전문지인 네이처의 자매지 ‘네이처 구조분자생물학지(Nature Structural and Molecular Biology)’ 온라인 속보(9월 13일자)에 게재되었고, 연구의 중요성과 독창성을 인정받아 ‘소식과 전망(News & Views)'에 별도로 소개되는 영예를 얻었다.
고려대 송현규 교수팀은 Ubr1 단백질 아미노-말단*의 한 부분인 UBR 박스가 지금까지 알려진 어떤 단백질과도 유사하지 않은 특별한 구조를 갖추고 있고, 이러한 특이한 구조로 양(+)전하를 띠는 기질*들을 특이하게 인식한다는 사실을 규명했다.
* 아미노-말단 : 단백질은 수많은 아미노산(amino acid)으로 연결되어 있는데, 그 중 가장 처음의 아미노산
* 기질(氣質, substrate) : 효소와 특이적으로 결합하여 화학반응을 일으키는 분자
Ubrl 단백질은 세포 분열 등에 관여하는 매우 중요한 단백질(E3 유비퀴틴-리가제*) 중에 하나로서 가장 처음 특성이 밝혀졌지만, 20여년이 지난 지금도 구조 정보가 전무하여, 학계에서는 이 단백질이 세포 내에서 어떻게 기질을 인식하는지 규명하고자 노력해왔다.
* E3 유비퀴틴-리가제 : 수명을 다한 단백질에 달라붙어 단백질 분해 과정에 참여하여 분해되어야 하는 기질을 표지하는 매우 중요한 단백질인 유비퀴틴을 어느 기질에 붙일 것인가 결정하는 마지막 반응을 담당함
송 교수팀은 UBR박스가 지금까지 알려지지 않은 단백질 접힘(folding)의 형태를 갖추고 있고, 인체의 Ubr1 단백질에 돌연변이가 있으면 심각한 정신발달장애(요한슨-블리자드 증후군)를 일으키는 것으로 알려진 Ubr1 돌연변이 중에 하나가 UBR박스에 존재하는 아연(Zn) 결합 아미노산 잔기*이며, 아연의 형태도 지금까지 밝혀진 것과는 완연히 다른 삼차원 구조를 갖추고 있음을 밝혀냈다.
* 아미노산 잔기(殘基, residue) : 20개의 아미노산은 모두 아미노기와 카르복시기가 존재하며 나머지를 “잔기 (residue)"라고 하고 곁사슬(side chain)을 나타내다. 곁사슬에 따라 무슨 아미노산인지가 결정된다. 아미노산은 곁사슬의 성질에 따라 산성, 염기성, 친수성(극성), 소수성(비극성)의 네 가지 종류로 구분된다.
또한 연구팀은 특별한 UBR박스의 구조로 인해, 아미노-말단에 양전하를 띠고 있는 기질들을 특이적으로 인식할 수 있다는 사실도 생화학 실험을 통해 검증했다.
1989년 Ubr1 단백질을 최초로 발견한 미국 캘리포니아공대(Caltech) 알렉산더 발샤브스키(Alexander Varshavsky) 교수는 “지금까지 10여개의 미국 실험실에서 Ubr1 단백질의 구조를 규명하고자 노력해왔으나 진척이 없었는데, 송 교수의 이번 연구는 비록 전체 Ubr1 단백질이 아닌 한 부분(UBR박스)이지만, Ubr1 단백질을 이해하는 중대한 첫 걸음을 내딛는 중요한 결과”라고 논평했다.
송현규 교수는 “이번 연구결과로 Ubr1 단백질이 관여하는 수많은 세포 생리학 반응의 분자적 원리를 이해할 수 있게 되었고, 지금까지 알려지지 않은 새로운 생체 내 아미노-말단 기질을 찾고 이해하는데 기반을 마련하였다” 라고 연구의의를 밝혔다.
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