단백질 접힘 과정에서의 구조 변화 관측
단백질 접힘 과정에서의 구조 변화 관측
  • 함예솔
  • 승인 2020.07.15 15:30
  • 조회수 502
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국내 연구팀이 풀려있는 단백질이 접히는 과정을 분자 수준에서 규명했습니다. 단백질 구조기반의 신약 개발을 위한 토대를 마련한 획기적인 연구 성과로 평가를 받고 있습니다.

단백질 접힘 과정에서의 구조 변화 관측에 성공. 출처: AdobeStock
단백질 접힘 과정에서의 구조 변화 관측에 성공. 출처: AdobeStock

KAIST 화학과 이효철 교수 연구팀(기초과학연구원 나노물질 및 화학반응 연구단 부연구단장 겸임)이 단백질 접힘 경로에서의 단백질 구조 변화를 실시간으로 관측하는 데 최초로 성공한 건데요. 이효철 교수 연구팀에 따르면 풀린 단백질이 접히는 과정을 엑스선 펄스를 이용한 고속 연사 촬영기법을 통해 단백질의 구조 변화를 연속 스냅숏으로 추출했고 이를 통해 일련의 단백질 접힘 과정을 분자 수준에서 밝혀내는 쾌거를 달성했다고 합니다. 해당 연구는 <PNAS>에 게재됐습니다. 

 

풀려있는 단백질 접히는 과정 연구가 가져올 변화

 

잘 접혀있는 단백질이 풀리는 과정은 비교적 쉽게 연구할 수 있어 많은 연구가 이뤄져 왔지만, 풀려있는 단백질이 접히는 과정은 연구가 힘들었습니다. 이에 이번 연구는 그 과정을 밝혀냈다는데 큰 의미가 있습니다.

 

단백질이 접히는 과정을 연구하기 힘든 이유는 풀려있는 단백질이 특정 구조를 가지지 않고 매우 다양한 구조를 갖기 때문입니다. 하지만 이 교수 연구팀은 이번 연구에서 엑스선 산란 신호 분석법을 개발하고 적용해 이런 난제를 해결했습니다.

 

단백질의 3차원 구조를 결정하는 고유의 접힘 과정은 가장 중요한 생체 반응입니다. 때에 따라 발생하는 잘못 접히는 과정은 단백질의 정상적인 기능을 방해하며 알츠하이머, 광우병, 파킨슨병 등이 바로 단백질 접힘이 올바르지 않아 발병되는 질병입니다.

시간 분해 엑스선 산란법을 적용하여 사이토크롬 단백질의 접힘 과정을 밝혀냈다. 이를 통해 이론적 모델로만 제시되었던 깔때기꼴 접힘 가설을 실험적으로 입증했다. 출처: KAIST
시간 분해 엑스선 산란법을 적용하여 사이토크롬 단백질의 접힘 과정을 밝혀냈다. 이를 통해 이론적 모델로만 제시되었던 깔때기꼴 접힘 가설을 실험적으로 입증했다. 출처: KAIST

연구팀은 생체 내 전자전달에 관여하는 사이토크롬 단백질을 풀림 상태에서 접힘 상태로의 전이 과정을 발생시켜 해당 접힘 과정을 시간 분해 엑스선 산란법을 이용해 연속적으로 움직이는 단백질의 구조 변화를 관측했습니다. 여기서 주목할만한 점은 이 교수 연구팀은 그간 단백질 접힘에 대한 이론적 모델로만 제시됐던 깔때기꼴 접힘 가설을 사이토크롬 단백질의 접힘 과정을 통해 실험적으로 입증했다는 사실입니다. 

 

이와 함께 이 교수팀은 단백질의 구조 변화뿐만 아니라 접히는 과정의 속도가 기존에 알려진 보통의 지수함수 형태가 아니라 늘어진 지수함수 형태임을 밝혀냈습니다. 이로써 풀린 단백질에서 접힌 상태로 가는 경로가 매우 다양하다는 것을 실험적으로 알아낸 겁니다.

 

제1 저자인 김태우 연구원은 "단백질 접힘은 3차원 단백질 구조가 만들어지는 가장 중요한 생명현상인데, 접힘 과정에 대한 이해는 단백질 구조기반 신약 개발의 기초가 될 것"이라고 기대합니다. 공동 교신저자로 참여한 KAIST 화학과 이영민 교수도 "단백질 접힘 이론 모형에 대한 실험적 검증은 이론 생물리학 관점에서 더욱 정확한 계산 방법 개발에 중요한 자산이 될 것"이라고 강조했습니다.

사진 1. 이효철 교수, 이영민 교수, 김태우 연구원. 출처: KAIST
사진 1. 이효철 교수, 이영민 교수, 김태우 연구원. 출처: KAIST

 


##참고자료##

 

Kim, Tae Wu, et al. "Protein folding from heterogeneous unfolded state revealed by time-resolved X-ray solution scattering." Proceedings of the National Academy of Sciences 117.26 (2020): 14996-15005.

 

 


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