지난 6월 18일 세계적 학술지인 `Nature`에 박테리아 지질다당류(Bacterial lipopolysaccharide)의 수송 조립 막 단백질 복합체 구조 해석에 관한 중요한 연구 성과가 실렸다. 이 연구 성과는 중국 과학원 바이오물리연구소 황이화(黄亿华) 연구원이 주도하는 연구진에 의해 완성되었다.

박테리아 지질다당류는 내독소(endotoxin)라고 불리기도 한다. 제일 처음 발견된 시기는 19세기 말기이다. 그때로부터 100여 년이 지난 후, 미국 과학자 브루스 보이틀러(Bruce Beutler)가 인체 세포막에서 지질다당류 수용체인 Toll모양 수용체4를 발견하여 2011년 노벨상 생리·의학상을 수상하였다.

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이 결정구조를 통해 두 개의 단백질이 `플러그-통(Plug - barrel)` 구조 모양을 형성한다는 것을 발견했으며 또 정합 막 단백질(LptD) 중에 두 쌍의 비연속적이고 관통 도메인의 이황화 결합(Disulfide bond)을 최초로 고찰했다.

이와 함께 LptD의 관통 막 지역에 지금까지 발견된 가운데서 가장 많은 β사슬로 구성(26개 β사슬로 둘러싸였음)되었으며 최대 사이즈는 β 통모양 정합 단백질인 것으로 나타났다. 여기서 가장 중요한 것은 26개 β사슬 중에서 첫 번째와 두 번째 β사슬에 프롤린(Proline)이 존재함에 따라 자체 룰인 2급 구조의 형성을 파괴하여 인접한 β사슬 간의 상호 작용을 약화시킨다.

이는 β통 모양을 구성한 세 번째와 26개 β사슬 간에 넓이가 16Angstrom(옹스트롬)에 달하는 지질다당류 출구가 생겨나게 된다. 이 사이즈 크기는 지질다당류가 통 벽에서 출구 쪽에 수입되는 것을 허용한다. 이러한 복합체 결정의 3차원 구조는 지난 20여 년 동안 세계 생물화학자와 박테리아 유전학자들이 LptD와 LptE라는 두 개 단백질에 대한 기능 연구를 해석해 준다.

위와 같은 LptD-LptE 단백질 복합체 구조에 대한 성공적인 해석은 외부 막 단백질 구조 생물학 분야에서 중대한 돌파로 평가될 뿐만 아니라 박테리아 지질다당류 생성 분야의 중대한 진전으로 평가된다. 지질다당류가 박테리아 기능에서의 중요성을 감안할 때, LptD-LptE 단백질 복합체는 줄곧 중요한 약물 타깃이 되어왔다. 이에 따라 LptD-LptE 막 단백질 복합체의 고선명도 결정체 구조는 신형 그램 음성 박테리아 약물을 디자인하는데 중요한 정보를 제공해 줄 것으로 전망된다.

한편 연구진은 중국 과학원 생물물리연구소 `막 단백질` 연구팀의 지원을 받아 완성되었으며 또 중국 과학기술부 `973(기초과학) 계획`, 중국 국가자연과학기금 및 중국 과학원 전략적 선도 과학기술 프로젝트의 자금 지원을 받아 수행되었다.

 

 

출처 : KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

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