초록 ▼

○ 연구개요
본 과제는 세포 바깥의 extracellular matrix를 이루는 피브로넥틴 구성 단백질 EDB와 펩티드 압타머 APT 사이 상호작용의 구조적·동력학적 메커니즘을 다양한 생물리학 방법으로 규명하는 연구임. EDB는 APT와 결합하며 단백질 일부에서 언폴딩이 일어나고 내부 결합부위를 노출하여 특이적으로 표적을 인식함. 본 연구는 단백질 언폴딩-결합 현상을 일으키는 아미노산 서열 결정인자와 그 물리화학적 특성을 밝히며 얻어진 결과를 기반으로 단백질 안정성 조작을 통하여 결합을 조절하는 방식을 조사함. 목표 달성을

○ 연구개요
본 과제는 세포 바깥의 extracellular matrix를 이루는 피브로넥틴 구성 단백질 EDB와 펩티드 압타머 APT 사이 상호작용의 구조적·동력학적 메커니즘을 다양한 생물리학 방법으로 규명하는 연구임. EDB는 APT와 결합하며 단백질 일부에서 언폴딩이 일어나고 내부 결합부위를 노출하여 특이적으로 표적을 인식함. 본 연구는 단백질 언폴딩-결합 현상을 일으키는 아미노산 서열 결정인자와 그 물리화학적 특성을 밝히며 얻어진 결과를 기반으로 단백질 안정성 조작을 통하여 결합을 조절하는 방식을 조사함. 목표 달성을 위하여 단백질 변이체 설계·제조 및 NMR, ITC, SPR, 등 다양한 분석기법을 사용하고 구조·열역학·반응속도·동력학 파라미터를 체계적으로 분석함.

○ 연구 목표대비 연구결과
본 연구개발 목표는 언폴딩을 유발하는 모티프 분석, 언폴딩-표적인식-결합과정의 메커니즘 규명, 안정성 조작을 통한 단백질 결합 fine-tuning, 이렇게 세단계로 구성되고, 연차별 다음과 같이 연구를 진행함. 1차년도에는 언폴딩·표적인식 단백질 변이체 연구를 통한 주요 언폴딩 모티프를 결정하고, 단백질 언폴딩과 표적단백질에 대한 결합력을 분석함. 2차년도에는 NMR relaxation을 이용한 단백질 언폴딩 구조 및 동력학을 연구하고, 언폴딩을 통한 표적인식 메커니즘이 induced-fit을 통하여 일어나는지, 또는 conformational selection을 거쳐서 일어나는지 규명함. 마지막으로 3차년도에는 폴딩 안정성을 조절하여 단백질 결합력을 증감하고, 언폴딩 모티프를 도입·제거에 의한 새로운 결합 방식을 도입하는 가능성을 연구함.
연구결과, EDB의 언폴딩 모티프는 단백질 C말단의 두 β strand (βF와 βG)로 특정되나, 모티프의 구조적 안정성은 국부적이 아닌 단백질 전체의 상호작용 네트워크로 결정되는 것으로 밝혀짐. 특히, EDB 언폴딩은 결합하는 APT가 없어도 minor state로 존재하는 것이 PRE 실험으로 보여졌고, 따라서 언폴딩-결합은 conformation selection 메커니즘으로 설명이 가능한 것으로 판단됨. 한편 언폴딩을 하지 않는 FN8 단백질 서열을 도입하여 변이체를 연구한 결과, APT와 결합방식이 다른 두 단백질의 차이는 언폴딩 모티프의 서열 차이와 함께 EDB의 β sandwich 구조에서 반대편에 있는 βA, βB strand 들의 영향이 복합적으로 작용하는 것으로 드러남.
본 연구결과는 폴딩-언폴딩이 결합에 관여하는 다른 단백질 연구로 확장하여 연구되었고, 단백질의 특이적 상호작용과 폴딩-언폴딩 평형의 복잡한 구조적 특성 및 열역학적 기여도를 변이체들에 대하여 체계적으로 분석하고 원리를 증명함.

○ 연구개발결과의 중요성
단백질 언폴딩을 통한 상호작용은 기존 학설로 설명 불가능한 새로운 방식으로, 본 연구는 단백질 상호작용 다양성에 대한 이해를 확장하고 분자 원리를 제시하며 학문적인 파급효과를 가짐. 연구결과는 새로운 상호작용 방식에 대한 기반지식을 제공하며 유사하게 작동하는 다른 단백질의 상호작용 원리 연구에 기여할 것으로 예상함. 또한 단백질 언폴딩의 서열적 특성과 단백질 내부에 숨겨진 결합 부위에 대한 연구결과는 빅데이터 기반 예측 프로그램을 보완하여 폴딩 안정성과 단백질 interactome 분석에 활용 가능함. 뿐만 아니라, 단백질 안정성 차이를 이용하여 결합을 조절하는 것은 단백질 공학에 새로운 도구로 활용 가능함 단백질 안정성을 조작하여 언폴딩 되는 조건에 따라 결합 정도가 달라지는 바이오센서로 응용할 수 있음.
본 연구와 같이 펩티드를 사용한 단백질 언폴딩은 화학생물학과 합성생물학에서 단백질 flexibility를 변조하는 유용한 도구로 응용될 것으로 기대함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 본 연구개발의 필요성 ... 4
• 나. 본 연구개발의 가설 및 중요성 ... 4
• 다. 본 연구개발의 최종 목표 ... 6
• 라. 본 연구개발의 연구 범위 및 추진 전략 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• 가. 언폴딩 변이 단백질 EDB 설계 및 제작 ... 7
• 나. EDB 변이체 구조적 특성 및 APT 결합 분석 ... 8
• 다. EDB 변이체의 동력학적 특성 및 표적인식 분석 ... 10
• 라. EDB 변이체의 폴딩 안정성 및 단백질 결합력 조절 ... 12
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 12
• 가. 연구결과의 의미 및 중요성 ... 12
• 나. 연구결과의 활용 및 기대효과 ... 13
• 4. 참고문헌 ... 14
• 5. 연구성과 ... 15
• 대표적 연구실적 ... 18
• 끝페이지 ... 24