초록 ▼

결핵은 우리나라의 10대 사망원인 중 하나이고 전세계 인구의 1/3이 보균자로 추정되는 심각한 감염성질환이다. 결핵균은 숙주인 사람에 침입하였을 때나 체내의 면역세포인 대식세포에 잡혀 먹혔을 때에도 생존할 수 있도록 two-component system을 이용하여 환경변화를 인식하여 이에 대응한다. 이 신호전달체계는 세균에만 특이적으로 존재하는 센서단백질인 histidine kinase와 response regulator로 구성되어 있기에 새로운 치료약물의 표적으로 적합하다. Histidine kinase의 분자구조와 작동기작은 약

결핵은 우리나라의 10대 사망원인 중 하나이고 전세계 인구의 1/3이 보균자로 추정되는 심각한 감염성질환이다. 결핵균은 숙주인 사람에 침입하였을 때나 체내의 면역세포인 대식세포에 잡혀 먹혔을 때에도 생존할 수 있도록 two-component system을 이용하여 환경변화를 인식하여 이에 대응한다. 이 신호전달체계는 세균에만 특이적으로 존재하는 센서단백질인 histidine kinase와 response regulator로 구성되어 있기에 새로운 치료약물의 표적으로 적합하다. Histidine kinase의 분자구조와 작동기작은 약물개발에 중요한 정보를 제공하나 아직 상세한 작동 메카니즘은 알려져 있지 않다. 특히 결핵균이 대식세포에서 저산소상태를 인식하고 잠복상태로 전환되는 데 histidine kinase인 DosS와 DosT가 관여하는데, 이들은 최소 4개 이상의 도메인으로 구성된 multi-domain protein이기에 신호전달기작의 규명에 필수적인 단백질분자의 입체구조규명이 매우 어려워 신호를 전달하는 기작은 잘 알려져 있지 않다. 이에 histidine kinase를 도메인 수준으로 나누어 각 도메인과 도메인복합체의 분자구조를 X-ray crystallography 방법으로 규명하고 각 도메인간의 결합과 상호작용 그리고 이에 따른 kinase 활성의 조절을 측정한다. 이를 토대로 histidine kinase의 전체구조를 규명하고 외부 신호에 따른 형태변화와 활성변화를 분자수준에서 밝혔다.
DosS의 첫 번째 GAF 도메인은 내부에 heme을 갖는 구조로 heme을 이용하여 저산소상태를 인식하나 내부에 있어 직접 산소분자를 인식하지 못하고 최종전자수용체의 결핍으로 인한 환원력을 인식하는 redox 센서의 역할을 하고 redox 상태에 따라 heme에 물 분자 결합의 차이를 보이게 된다. 이는 주위 아미노산 잔기의 수소결합 network에 영향을 주어 b2와 b3 strand를 연결하는 loop의 구조적 변화를 유발하게 된다. 두 번째 GAF 도메인은 다른 ligand와의 결합에는 관여하지 않으나 첫 번째 GAF 도메인과 kinase core 부분과 각각 두 개의 긴 helix로 연결하여 전체 dimer 구조를 적절한 형태로 유지하는 역할을 한다. kinase core의 ATP-binding 도메인은 짧은 ATP lid 구조로 기질인 ATP의 결합이 억제된 형태이나 HisKA 도메인과 만나 ionic interaction에 의한 구조적 변화로 ATP binding site가 열리게 된다. 이러한 ATP-binding 도메인의 배열은 두 번째 GAF 도메인에 의해 도움을 받으며 첫 번째 GAF 도메인과는 떨어져 있다. DosS의 N-말단에는 긴 helical 구조 존재하며 첫 번째 GAF 도메인의 loop의 구조적 변화를 증폭하는 지렛대의 역할을 하여 ATP-binding 도메인의 배열을 조절한다. 즉 heme에 물 분자가 환원력에 의해 떨어지면 loop의 변화와 N-말단 helix의 움직임으로 ATP binding 도메인이 HisKA로 위치하게 되어 ATP 결합이 가능하고 phosphate가 histidine으로 전달되는 kinase활성을 가지게 되어 response regulator인 DosR을 인산화시킨다.
본 연구에서 규명한 결핵균에 특이적인 센서단백질의 입체구조와 분자수준에서의 작동기작은 결핵균의 체내에서의 생장과 잠복상태로의 전환에 필요한 신호전달체계에 대한 상세한 정보를 얻을 수 있어 새로운 분자구조기반의 결핵치료제의 개발을 위한 표적으로 활용하게 함으로서 인류복지향상에 기여할 수 있을 것을 생각됩니다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목 차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 12
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 13
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 13
• Ⅲ. 연구성과 ... 14