초록 ▼

III. 연구개발의 내용 및 범위
Mevalonate (MVA) 경로와 non-MVA 경로의 각 단계에 관여하는 효소들에 대한 3차원 구조 정보들을 수집하고, 3차원 구조가 밝혀져 있지 않거나 수집된 구조들 중에서 missing region을 포함하는 구조들에 대해서 homology modeling 기법을 이용해 구조를 만든다. 그리고 대상 효소의 돌연변이형 구조를 모델링 한다.
효소-기질 복합체 구조에 대한 분자동력학 모의실험을 통해서, 대사 경로에 관여하는 효소들이 기질이 없을 때와 있을 때, 돌연변이가 발생했을 때

III. 연구개발의 내용 및 범위
Mevalonate (MVA) 경로와 non-MVA 경로의 각 단계에 관여하는 효소들에 대한 3차원 구조 정보들을 수집하고, 3차원 구조가 밝혀져 있지 않거나 수집된 구조들 중에서 missing region을 포함하는 구조들에 대해서 homology modeling 기법을 이용해 구조를 만든다. 그리고 대상 효소의 돌연변이형 구조를 모델링 한다.
효소-기질 복합체 구조에 대한 분자동력학 모의실험을 통해서, 대사 경로에 관여하는 효소들이 기질이 없을 때와 있을 때, 돌연변이가 발생했을 때 일어나는 효소의 구조적인 변화를 관찰하고, 효소의 활성자리 내의 어떤 잔기가 활성에 중요한 역할을 하는지 파악한다.
고지혈증제 및 항생제 개발을 위해 경로 내 타깃 단백질들에 해당하는 다양한 저해제들의 3차원 구조들을 수집한다. 수집된 저해제들에 대해 공통적으로 존재하는 화학적 작용기를 포함하는 파마코포어 모델을 생성하거나, 타깃 단백질의 활성자리 구조 정보를 바탕으로 파마코포어 모델을 생성한다.
생성된 파마코포어 모델을 이용하여 대용량의 화학적 데이터베이스로부터 파마코포어 모델의 모든 화학적 특성에 잘 부합하는 화합물들을 걸러낸 후, 약물로 적합한 특성을 가지는 화합물들만 다시 선별한다. 데이터베이스 스크리닝 과정을 통해 최종적으로 선별된 화합물들에 대해 분자도킹계산을 실시하여, 타깃 단백질 구조의 활성자리에 잘 결합하는 화합물들만 선별한다. 선별된 화합물들과 타깃 단백질 복합체 구조에 대해 분자동력학 모의실험을 수행하여, 수소결합, π 비결합 상호작용, 소수성 상호작용 등을 조사하고, 고지혈증 치료제 및 항생제로 제안할 수 있는 최종 후보 물질들을 도출한다.

Abstract ▼

The aims of the project are to construct isoprenoid biosynthesis pathway control system, and to improve isoprenoid biosynthesis to high level. To achieve the aims, we introduced methodology of computational biology into the project and in doing so we obtained the atomic and molecular level informati

The aims of the project are to construct isoprenoid biosynthesis pathway control system, and to improve isoprenoid biosynthesis to high level. To achieve the aims, we introduced methodology of computational biology into the project and in doing so we obtained the atomic and molecular level information about controling the isoprenoid biosynthesis pathway using metabolic enzymes. The combination of computational biology and experimental biology plays a central part in industrial biotechnology particularly relevant in studies of the complex microbial system. We anticipated that the biotechnology, i.e. metabolic engineering of the microbial system contributing to the preservation of nature by the environmental-friendly technology and to economize limited petroleum resources.
In preparation for the 3D enzyme structures in the isoprenoid biosynthesis pathway, the structures determined by x-ray crystallography that are available in the Protein Data Bank, were collected. The unsolved structures of the enzymes were predicted by homology modeling. To investigate the behavior of the active site area of each enzyme with and without their substrates, we employed molecular dynamics (MD) simulations of the enzymes of the isoprenoid biosynthesis pathway. The MD simulations of computationally predicted enzyme mutants were also performed to explore the structural changes as a function of time.
Besides the above mentioned method of simulation, the addition of computer-aided drug design (CADD) technologies to the research can lead to control the isoprenoid biosynthesis pathway. We mainly focused on HMG-CoA reductase which is the target enzyme to treat hyperlipidemia to discover lead compounds for the disease. Towards that we have generated pharmacophore models by considering the chemical features in the area of active site of the target enzyme. The process of pharmacophore modeling is generally divided into ligand-based and enzyme-based pharmacophore modeling. The generated pharmacophore models were used in virtual screening with the purpose of discovering lead compounds from a database of purchasable chemical compounds. The filtered compounds were tested for absorption, distribution, metabolism, excretion, toxicity (ADMET) and drug-likeness. The compounds selected from the screening were docked into the active site of the target enzyme. The reasonable binding modes and non-covalent interactions of the hit compounds against the target enzyme were identified and measured. Through the method of CADD, we finally suggested lead compound candidates, which may provide valuable information in discovering new hyperlipidemic drugs.
All of the above mentioned methods, i.e. protein redesign and CADD, play a central roles in the construction of metabolically engineered microbial factory in terms of ‘microscopic view’. The microbial factory would provide low-cost bio-isoprenoid with preservation of nature that simultaneously saves petroleum resources in the world. The critical technology of the metabolic engineering can be used in a variety of areas including medical, chemical and environmental industries. In addition to these applications, sustainable, stable and economical developments are practicable by generating natural resources from the microbial factory without distruption to the environment.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 6
• 목차 ... 8
• 제1장 서 론 ... 9
• 제1절 연구개발의 목적 ... 9
• 제2절 연구개발의 필요성 ... 9
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 10
• 제1절 국내 연구 현황 ... 10
• 제2절 국외 연구 현황 ... 10
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 12
• 제1절 연구 개발 내용 및 방법 ... 12
• 제2절 연구 개발 결과 ... 14
• 제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 19
• 제1절 목표대비 달성도 ... 19
• 제2절 정량적 성과 ... 19
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 24
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 25
• 제7장 기타 중요 변동사항 ... 26
• 제8장 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구장비 현황 ... 27
• 제9장 참고문헌 ... 28
• <참고> 주요 연구성과 요약 ... 30