KOSEN 한인과학기술자네트워크

1. cryo-electron microscopy
2. Progress in cryo-EM
3. Opportunities for structure determination
4. The future of cryo-EM
5. Prospects

단백질은 세포를 구성하는 주된 물질 중 하나로 그 3차 구조에 따라 다양한 기능을 담당하고 있다. 이러한 단백질의 기능을 이해하는데는 단백질의 3차 구조에 대한 정보가 필수적이며, 보편적으로 사용되어 온 단백질 구조 해석 기법으로는 크게 X-ray crystallography와 nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy가 있다. X-ray crystallography를 이용한 단백질의 구조 해석 기법은 단백질의 분자량 크기에 관계없이 좋은 단백질 결정이 있으면 그 결정의 X-ray beam상에서의 회절(diffraction) 패턴을 이용해 3차 구조를 결정할 수 있어, 현재까지 대부분의 단백질의 구조를 결정하는데 사용되어 왔다. NMR spectroscopy는 NMR spectrum을 이용해 얻어진 원자 사이의 거리정보 및 dihedral angle값을 이용해 단백질의 3차구조를 결정하는 기법으로, 비교적 작은 분자량(약 아미노산 200개 이하)의 단백질 구조를 결정하는데 사용되어 왔다.
하지만 이러한 기법은 각각의 어려움이 존재하며(x-ray crystallography의 경우 단백질 결정을 얻기 위해 수많은 조건에서의 screening 과정이 필요하며 상당한 시간이 걸린다. NMR spectroscopy의 경우 단백질의 분자량이 커질 경우, 분자의 tumbling motion자체가 느려저 spectrum을 얻는 것 자체가 불가능해, 단백질 크기에 큰 제한을 받는다), 이러한 한계를 극복할 수 있는 새로운 기법으로 single-particle cryo-electron microscopy 기법이 크게 각광을 받고 있다. 약 최근 3년 사이에 관련 기술의 발달로(e.g., detector의 발달, data processing 과정의 발달 등등) near-atomic resolution에서의 단백질 구조가 cryo-EM을 이용해 결정된 예가 급속히 늘어나고 있으며, 앞으로 이 숫자는 더욱 더 증가할 것으로 생각된다.
본 리뷰 논문에서는 이러한 cryo-EM 기법에 대해 소개 하며, 앞으로 단백질 구조 해석 분야에 어떠한 영향을 미칠지에 대해 소개하고 있다. Structure biologist사이에서는 cryo-EM 기술이 'revolution'이라고 불릴 정도로 큰 주목을 받고 있는 만큼, 많은 관심이 필요한 분야라고 생각된다.