장내 병원균 감염에 필수적인 단백질 구조 규명
장내 병원균 감염에 필수적인 단백질 구조 규명
  • 함예솔
  • 승인 2020.02.19 22:20
  • 조회수 977
  • 댓글 0
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요약

 

장내 병원균의 감염에 필수적인 단백질의 구조가 규명됐습니다. 본 연구에서는 CJ 균주의 CSD 단백질의 일종인 Pgp3(peptidoglycan peptidase protein 3) 단백질을 새롭게 동정하고 Pgp3-펩타이드 기질 복합체의 삼차원 구조를 규명했습니다. 이는 향후 장내 병원성 미생물인  CJ의 장내 점막을 통한 감염을 억제하는 ㅂ아식의 새로운 항생제 개발에 활용될 수 있을 전망입니다. 

사람의 장내에 기생하는 그람음성균의 일종인 Campylobacter jejuni(CJ)는  세균성 식중독 또는 위장염의 주요한 원인균이며 대장염과 대장암과의 관련성도 입증됐습니다. 해당 연구는 <Nature Communications>에 게재됐습니다. 

 

나선형 모양으로 장내 점막 침투하는 CJ균 잡으려면

 

CJ균은 나선형의 세포 모양을 가지는 특징이 있는데 나선형 모양을 통해 마치 못보다 나사가 벽을 쉽게 뚫듯이 사람의 끈적끈적한 장내 점막을 용이하게 침투할 수 있습니다. 장내 점막을 통해 침투한 병원균들은 장기 내에서 군집을 이루어 위염, 장염 등과 같은 여러 질병을 일으킵니다. 다양한 선행연구에서 나선형 세포 모양을 결정하는 유전자에 이상이 생길 경우 병원균의 군집이 이뤄지지 못한다고 보고됐습니다. 따라서 CJ균의 나선형 세포 모양은 장내 감염에 매우 중요한 요소입니다. CJ균이 나선형으로 바뀌는 분자적 기작을 밝히면 이를 저해하는 방식으로 항생제 개발이 가능합니다. 

열림과 닫힘 형태를 가지는 Pgp3의 3차원 구조. 출처: 서울대학교
열림과 닫힘 형태를 가지는 Pgp3의 3차원 구조. 출처: 서울대학교

선형 병원균은 Cell-Shape Determining (CSD) 단백질들을 갖고 있습니다. CSD 단백질들은 자신의 세포 골격을 유지하는 기능을 하는 펩티도글리칸 층을 기질로 하여 펩티드 분해 효소반응을 통해 세포 모양을 나선형으로 변형시킵니다. CSD 단백질들은 균주의 생존 및 병원성 감염에도 필수적임이 보고됐습니다. 

  •  펩티도글리칸(Peptidoglycan)

원핵생물의 세포벽의 주성분으로써 다당류의 짧은 펩티드 고리가 결합한 화합물입니다.

  • 카복시펩타이드 분해효소(carboxypeptidase)

펩타이드 사슬에서 C-말단 아미노산의 펩타이드 결합을 가수 분해 하는 효소입니다.

  • 펩타이드 내부분해효소(endopeptidase)

 ○ 펩타이드 사슬에서 내부를 절단하는 단백질 분해효소입니다. 

선행연구를 통해 다양한 종류의 CSD 단백질의 구조가 밝혀졌지만, CSD 단백질이 어떻게 펩티도글리칸을 인식하여 가수분해 하는지에 대한 메커니즘은 분자적 수준으로 밝혀져 있지 않았습니다. 

Pgp3-기질 복합체 구조 (왼쪽), Pgp3의 효소 반응 메커니즘(오른쪽). 출처: 서울대학교
Pgp3-기질 복합체 구조 (왼쪽), Pgp3의 효소 반응 메커니즘(오른쪽). 출처: 서울대학교

본 연구진은 CJ 균주의 CSD 단백질의 일종인 Pgp3(peptidoglycan peptidase protein 3) 단백질을 새롭게 동정하고 Pgp3-펩타이드 기질 복합체의 삼차원 구조를 규명했습니다. 또한 Pgp3는 카복시펩타이드 분해효소(carboxypeptidase)와 펩타이드 내부분해효소(endopeptidase) 활성을 동시에 갖고 있으며 CJ 균주의 나선형 세포 모양 형성에 필수적인 단백질임을 밝혔습니다. 본 연구결과는 장내 병원성 미생물인 CJ의 장내 점막을 통한 감염을 억제하는 방식의 새로운 항생제 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대됩니다. 


##참고자료##

 

Min, Kyungjin, et al. "Peptidoglycan reshaping by a noncanonical peptidase for helical cell shape in Campylobacter jejuni." Nature Communications 11.1 (2020): 1-11.


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