[학위논문]Optimization of recombinant expression of oncogenic NSD proteins fused with T4-lysozyme Structural analysis by small-angle X-ray scattering and molecular modeling : 종양발생 NSD 단백질의 T4 리소자임과 융합을 통한 재조합 발현의 최적화 소각 X-선 산란과 분자 모델링에 의한 구조 분석원문보기
1990년대 최초로 후생유전학적 히스톤 변형이 밝혀진 이래로 이의 비정상적 패턴이 발암 현상과, 종양의 개시와 진행에 상관되어 있음이 알려져 있다. 후생유전학은 염색질의 역학의 기구와 다양한 경로를 나타내며, 이는 환경적인 요소들에 의해 종합적으로 연관된다. 염색질 역학의 기능장애는 종양의 진행과 특히 관련되어 있다. 히스톤메틸전이효소는 특히 종양의 진행과 관련되어 있으며, 이중 하나인 ...
1990년대 최초로 후생유전학적 히스톤 변형이 밝혀진 이래로 이의 비정상적 패턴이 발암 현상과, 종양의 개시와 진행에 상관되어 있음이 알려져 있다. 후생유전학은 염색질의 역학의 기구와 다양한 경로를 나타내며, 이는 환경적인 요소들에 의해 종합적으로 연관된다. 염색질 역학의 기능장애는 종양의 진행과 특히 관련되어 있다. 히스톤메틸전이효소는 특히 종양의 진행과 관련되어 있으며, 이중 하나인 핵수용체 결합 SET 도메인 (NSD) 단백질 패밀리는 암유발 단백질로 밝혀졌으며, 다양한 암에 연관되어 있다. 하지만 NSD 단백질의 중요성에도 불구하고, 새로운 세대의 암치료제의 개발에 있어서는, NSD 단백질의 생물학적 구조와 역할은 불분명하다. 이 연구의 목표는 구조에 기반한 약물개발을 위한 NSD 단백질내 효소학적 활성을 지닌 SET 도메인의 구조를 밝혀내는 것이다. 이를 위해 두가지 방식으로 연구를 수행하였다. 첫번째는 T4 리소자임과 융합된 NSD 단백질의 X-선 결정학을 통하여, SET 도메인의 구조를 밝혀내는 것이다. T4 리소자임은 높은 수용성과 단백질 결정화에 있어 용이함이 있으므로, T4 리소자임이 NSD 단백질의 결정화 및 수용성을 개선시켜줄 것이라 가설을 세웠다. T4 리소자임의 NSD 단백질 말단에 첨가 혹은 NSD 단백질의 affinity tag에 넣음으로써, NSD 단백질의 결정화나 발현을 최적화할 수 있을 것으로 예상된다. 두번째의 방식은 X-선 소각 산란과 상동성모델링을 통한 분자 모델링으로 NSD 단백질내 SET 도메인 구조를 밝혀내는 것이다. 상동성 모델링은 비교적으로 분석하는 모델링이며, 관련된 상동적인 단백질의 실험에 기반한 삼차원적 데이터로부터 목표 단백질의 원자수준의 해상도를 만들어낸다. NSD 단백질의 상동성 모델리은 X-선 소각 산란에 의한 구조분석에 대해 발판으로 작용한다. X-선 결정학과 X-선 소각 산란은 서로 상호보완적이나, X-선 결정학이 얻기 어려운 단백질 결정을 필요로 하는것과 달리, X-선 소각 산란은 용해된 단백질로 진행된다. 이 두방식으로 진행되는 효소적 활성을 지닌 SET 도메인 구조 분석은 구조에 기반한 약물 개발에 있어서 토대가 된다. X-선 소각 산란과 상동성 모델링에 의해 검증된 구조 모델은 분자동역학과 분자결합을 통해 구조 기반 신약 개발에 이용된다. 이는 SET 도메인의 활성부위와 리간드 사이의 결합을 밝혀내며, 보다 나은 생체이용률, IC50, 낮은 독성을 가진 리드 콤파운드의 발견을 위해 필요하다.
1990년대 최초로 후생유전학적 히스톤 변형이 밝혀진 이래로 이의 비정상적 패턴이 발암 현상과, 종양의 개시와 진행에 상관되어 있음이 알려져 있다. 후생유전학은 염색질의 역학의 기구와 다양한 경로를 나타내며, 이는 환경적인 요소들에 의해 종합적으로 연관된다. 염색질 역학의 기능장애는 종양의 진행과 특히 관련되어 있다. 히스톤메틸전이효소는 특히 종양의 진행과 관련되어 있으며, 이중 하나인 핵수용체 결합 SET 도메인 (NSD) 단백질 패밀리는 암유발 단백질로 밝혀졌으며, 다양한 암에 연관되어 있다. 하지만 NSD 단백질의 중요성에도 불구하고, 새로운 세대의 암치료제의 개발에 있어서는, NSD 단백질의 생물학적 구조와 역할은 불분명하다. 이 연구의 목표는 구조에 기반한 약물개발을 위한 NSD 단백질내 효소학적 활성을 지닌 SET 도메인의 구조를 밝혀내는 것이다. 이를 위해 두가지 방식으로 연구를 수행하였다. 첫번째는 T4 리소자임과 융합된 NSD 단백질의 X-선 결정학을 통하여, SET 도메인의 구조를 밝혀내는 것이다. T4 리소자임은 높은 수용성과 단백질 결정화에 있어 용이함이 있으므로, T4 리소자임이 NSD 단백질의 결정화 및 수용성을 개선시켜줄 것이라 가설을 세웠다. T4 리소자임의 NSD 단백질 말단에 첨가 혹은 NSD 단백질의 affinity tag에 넣음으로써, NSD 단백질의 결정화나 발현을 최적화할 수 있을 것으로 예상된다. 두번째의 방식은 X-선 소각 산란과 상동성 모델링을 통한 분자 모델링으로 NSD 단백질내 SET 도메인 구조를 밝혀내는 것이다. 상동성 모델링은 비교적으로 분석하는 모델링이며, 관련된 상동적인 단백질의 실험에 기반한 삼차원적 데이터로부터 목표 단백질의 원자수준의 해상도를 만들어낸다. NSD 단백질의 상동성 모델리은 X-선 소각 산란에 의한 구조분석에 대해 발판으로 작용한다. X-선 결정학과 X-선 소각 산란은 서로 상호보완적이나, X-선 결정학이 얻기 어려운 단백질 결정을 필요로 하는것과 달리, X-선 소각 산란은 용해된 단백질로 진행된다. 이 두방식으로 진행되는 효소적 활성을 지닌 SET 도메인 구조 분석은 구조에 기반한 약물 개발에 있어서 토대가 된다. X-선 소각 산란과 상동성 모델링에 의해 검증된 구조 모델은 분자동역학과 분자결합을 통해 구조 기반 신약 개발에 이용된다. 이는 SET 도메인의 활성부위와 리간드 사이의 결합을 밝혀내며, 보다 나은 생체이용률, IC50, 낮은 독성을 가진 리드 콤파운드의 발견을 위해 필요하다.
Aberrant patterns of epigenetic histone modifications first described in the 1990s, correlates to carcinogenesis events, tumors initiation and progression. Epigenetics refers to the diverse pathways of chromatin dynamic, all of them intricately affected by environmental factors. Its dysfunction is a...
Aberrant patterns of epigenetic histone modifications first described in the 1990s, correlates to carcinogenesis events, tumors initiation and progression. Epigenetics refers to the diverse pathways of chromatin dynamic, all of them intricately affected by environmental factors. Its dysfunction is associated with carcinogenesis and tumorigenesis. Histone methyltransferases are especially implicated in tumor progression and abnormal expression levels of the nuclear receptor binding SET domain (NSD) family, which are identified as oncoproteins and involved in numerous cancers. However, biological function and structure of NSD proteins remain still unclear albeit its importance, especially in the context of the development of a new generation of anti-cancer drugs. Therefore, in this study, my goal is the identification of the catalytic SET domain structure in NSD proteins for structural based drug-design. I set up two approaches for undertaking my research. First, identification of the SET domain structure through X-ray crystallography of fusion NSD protein with T4 lysozyme. T4 lysozyme has good solubility and capability for protein crystallization, so I hypothesized that T4 lysozyme may promote NSD protein crystallization and solubility. By fusing the T4 lysozyme to terminal ends of NSD proteins or into an affinity tag for NSD proteins, it is expected to optimize the recombinant protein expression and crystallization process of NSD proteins for structure-based drug design efforts. Second, molecular modeling by homology modeling with Small Angle X-ray Scattering (SAXS) was conducted in order to solve the SET domain structure in NSDs. Homology modeling is comparative modeling, constructing atomic-resolution model of target protein inferring from known experimental three-dimensional data of a related homologous protein. Homology modeling of the NSDs serve as a bootstrap the structure-solving process by SAXS. X-ray crystallography and SAXS are complementary, but SAXS structure determination is done in solution, unlike X-ray crystallography that requires a protein crystal, which is challenging to obtain. This two-track approaches for identification of the catalytic SET domain structure are fundamental for structural-based drug design. Validated structures by SAXS or models by homology modeling are further used for structure-based drug-discovery, through molecular dynamics and molecular docking, which shed light on interaction between ligands and active site in SET domain, leading to better drug-design development with better drug bioavailability, enhance IC50 and reduced cellular toxicity of lead compounds.
Aberrant patterns of epigenetic histone modifications first described in the 1990s, correlates to carcinogenesis events, tumors initiation and progression. Epigenetics refers to the diverse pathways of chromatin dynamic, all of them intricately affected by environmental factors. Its dysfunction is associated with carcinogenesis and tumorigenesis. Histone methyltransferases are especially implicated in tumor progression and abnormal expression levels of the nuclear receptor binding SET domain (NSD) family, which are identified as oncoproteins and involved in numerous cancers. However, biological function and structure of NSD proteins remain still unclear albeit its importance, especially in the context of the development of a new generation of anti-cancer drugs. Therefore, in this study, my goal is the identification of the catalytic SET domain structure in NSD proteins for structural based drug-design. I set up two approaches for undertaking my research. First, identification of the SET domain structure through X-ray crystallography of fusion NSD protein with T4 lysozyme. T4 lysozyme has good solubility and capability for protein crystallization, so I hypothesized that T4 lysozyme may promote NSD protein crystallization and solubility. By fusing the T4 lysozyme to terminal ends of NSD proteins or into an affinity tag for NSD proteins, it is expected to optimize the recombinant protein expression and crystallization process of NSD proteins for structure-based drug design efforts. Second, molecular modeling by homology modeling with Small Angle X-ray Scattering (SAXS) was conducted in order to solve the SET domain structure in NSDs. Homology modeling is comparative modeling, constructing atomic-resolution model of target protein inferring from known experimental three-dimensional data of a related homologous protein. Homology modeling of the NSDs serve as a bootstrap the structure-solving process by SAXS. X-ray crystallography and SAXS are complementary, but SAXS structure determination is done in solution, unlike X-ray crystallography that requires a protein crystal, which is challenging to obtain. This two-track approaches for identification of the catalytic SET domain structure are fundamental for structural-based drug design. Validated structures by SAXS or models by homology modeling are further used for structure-based drug-discovery, through molecular dynamics and molecular docking, which shed light on interaction between ligands and active site in SET domain, leading to better drug-design development with better drug bioavailability, enhance IC50 and reduced cellular toxicity of lead compounds.
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