당사슬의 생물기능에 관한 이해를 높이기 위해서는 그 형태에 대한 정밀한 정보를 수집할 필요가 있다. 그러나 당사슬은 수중에서 일정한 입체구조를 나타내지 않고 끊임없이 요동하고 있다. 때문에 당사슬에 대한 분자과학적인 계측을 수행하는 것이 지금까지 곤란하였다. 자연과학연구기구 분자과학연구소, 오카자키통합바이오사이언스센터, 나고야대학 대학원 이학연구과 연구그룹은 핵자기공명법 및 계산기 시뮬레이션을 이용한 다각적인 연구에 의해 복잡한 당사슬의 다이나믹한 구조변화를 밝혀내었다.

당사슬은 인간의 생명활동의 다양한 면에서 중요한 작용을 하고 있다. 예를 들면, 당사슬은 단백질 사이의 커뮤니케이션을 제어하고, 세포의 질서적인 움직임을 조절하는 중요한 역할을 하고 있다. 자연계에 존재하는 단백질의 반 이상이 당사슬을 가진 당단백질로서 존재하고 있다. 최근에 당사슬은 단백질이 바르게 작용할 수 있는 상태가 되어 있는지 지표가 되며, 불필요한 단백질이 분해 처리되는 장소로 이동하도록 지시하는 등 단백질의 운명을 결정하기 위한 암호로서 기능하고 있다는 것을 알았다.

당사슬이 제시하는 단백질 운명의 암호는 당사슬의 형태를 식별하는 렉틴이라는 단백질에 의해 해독된다. 때문에 당사슬의 기능에 관해 이해하기 위해서는 당사슬의 입체구조에 관한 이해가 반드시 필요하다. 그러나 당사슬의 생물학 연구가 활발하게 진행되고 있는 반면에 구조 및 물리적 성질과 같은 분자과학연구는 단백질에 비해 뚜렷하게 늦어졌다. 그래서 당사슬은 단백질에서 볼 수 없는 복잡한 분기구조를 가지고 있으며, 높은 유연성을 가져 수중에서 끊임없이 요동하고 있다. 때문에 당사슬 분자의 구조, 형태를 그대로 그려내는 방법이 없었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구팀은 핵자기공명법을 이용한 당사슬의 구조해석법의 개발을 추진하고 있다.

본 연구에서는 금속이온을 분자의 구조정보를 얻기 위한 지표로서 활용한 핵자기공명법과 최첨단 분자 시뮬레이션을 조합시킴으로써 당사슬의 상세한 구조해석을 실현하였다. 연구팀이 새롭게 개발한 방법을 이용함으로써 수중에서 요동하고 있는 당사슬 입체구조의 다이나믹스를 밝혀내는 데 성공하였다.

본 연구팀은 당사슬 생합성에 관련된 복수의 유전자를 파괴한 효모를 이용함으로써 균일한 종류의 당사슬을 얻고, 핵자기공명 계측을 효과적으로 수행하기 위해 당사슬을 구성하는 탄소원자에 표식을 붙이는 방법을 개발하였다. 그리고 이번에 당사슬에 원자배치의 정보를 측정하기 위한 기점으로서 금속이온을 연결함으로써 복잡하게 분기된 당사슬의 3차원 구조를 푸는 방법을 확립하였다. 이 방법을 이용하여 분자과학연구소의 고자장 핵자기공명 장치를 이용한 계측에 의해 당사슬을 구성하는 각 원자와 금속이온과의 위치관계를 밝혀내고, 원자수준에서의 당사슬의 구조정보를 얻는데 성공하였다. (이하생략)

본문출처 : KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=250312&cont_cd=GT

원문출처 : https://www.ims.ac.jp/news/2014/09/05_2994.html