송현규 교수(생명과학부), 아르기닌 전달효소 삼차원 구조 규명
고려대학교 송현규 교수(생명과학부) 연구팀은 효모에 존재하는 Ate1 아르기닌 전달효소의 3차원 구조를 규명하였다. 본 연구 결과는 미국 학술원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences, U.S.A. [PNAS])에 2022년 8월 2일자로 출판되었으며, 본교 대학원 생명과학과에서 석박사통합과정 중인 김봉헌 학생(사진1)과 본교 대학원 생명과학과에서 박사학위를 취득한 김민경 박사가 연구를 주도하였다.
단백질의 분해는 세포 내 단백질 항상성 유지의 중요한 부분으로 기능을 다 했거나 손상을 받아서 이용되지 못하는 단백질을 제거하는 것이다. 이를 통하여 아미노산을 재활용하거나 기질 단백질의 생체 활동을 조절하는 역할을 한다. Ate1은 기질 단백질의 아미노-말단 끝에 존재하는 글루탐산과 아스팔트산을 인식하여 아르기닌화 시키는 효소이고, 아미노-말단의 아르기닌화된 기질은 Ubr1이라고 하는 E3 유비퀴틴-리가제에 의해 인식되어 유비퀴틴화 된 후에 분해된다. 이 아르기닌 전달 활성은 이미 반 세기 전에 존재를 알았었고 약 30년 여년 전에 Ate1 유전자는 클로닝되고 동정이 되었음에도 불구하고 구조 정보가 없어서 효소 반응 메커니즘을 알 수 었었다.
본 연구는 단백질 X-선 결정학을 이용하여 세계 최초로 Ate1 효소의 고해상도 구조를 규명하고 돌연변이 효소을 통한 활성 실험과 효모를 이용한 생체 내 활성 실험을 통해 단백질이 아르기닌화되는데 중요한 잔기들을 특정하였을 뿐만 아니라 hemin을 통한 활성 조절이 어떻게 일어나는지 밝혀냈다(그림1). 이러한 Ate1 효소의 구조-기능 연구 결과는 아르기닌화 기작을 이해하는데 많은 도움이 될 뿐만 아니라 이를 통해 일어나는 세포 내 많은 생명 현상들을 조절할 수 있는 단초를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
그림1. Kluyveromyces lactis Ate1 단백질의 3차원 구조 및 기질 결합 모델