KOSEN 한인과학기술자네트워크

배 경
모든 생체는 기본적으로 같은 물질-단백질, 핵산, 탄수화물, 지질 등-로 구성되어 있다. 이 중에서 단백질은 거의 모든 생물학적 과정에 관여하는 ‘일꾼 분자 (worker molecule)'로, 서로 유기적으로 작용하여 세포가 생존하게 되고 나아가 생명체가 환경에 적응하며 살아가게 된다. 단백질은 잘 알려진 바와 같이 DNA의 정보를 받아 전사(transcription)와 번역(translation) 과정을 거쳐 리보좀에 의해 합성된다. 합성된 폴리펩티드는 folding과정을 거쳐 삼차원 구조를 형성함으로써 비로소 활성을 갖게 된다. 단백질은 20가지 전형적인 아미노산이 펩티드 결합으로 연결된 선형 고분자로 수 십 개에서 수 백 개의 아미노산 잔기로 구성되어 있다. 아미노산의 조성, 순서 및 개수는 단백질의 고유한 특성 중 하나로 3차원 구조를 결정한다. 따라서, 분자 구조가 서로 다르고, 각각의 단백질은 이에 대응하여 고유한 기능을 갖는다.

X-선 결정학 (X-ray Crystallography)

1958년에 John Kendrew에 의해 X-선 결정학적 방법으로 최초로 미오글로빈 삼차원 구조가 밝혀진 이래 2006년 1월31일 Protein Data Bank(PDB: http://www.rcsb.org/pdb/)에는 34917개의 생체 고분자 좌표가 수록되어 있다. 이 중에서 많은 구조가 mutant 혹은 단백질-리간드 복합체 구조 등으로 중복되지만, 1980년대 이후 숫자가 매년 급증하고 있다. 이것은 유전자 재조합기술, 고성능 컴퓨터의 보급, 새로운 구조 결정 방법(NMR 방법)의 개발 등 관련 분야의 발달에 의한 결과이다. PDB 구조의 80% 이상이 X-선 회절을 이용하여 결정되었고, 15% 정도가 NMR 방법으로, 그리고 나머지가 분자모델링에 의해 구조가 결정되었다. X-선 회절을 이용한 결정학적 방법은 결정화된 시료를 X-선에 조사시켜 얻은 데이터를 분석하여 원자 좌표를 결정한다. 이 방법은 시료를 반드시 결정화하여야 하는 어려움에도 불구하고, 현재까지 알려진 실험 방법 중에서 가장 정확한 구조를 얻을 수 있고 분자의 크기에 구애되지않는 장점으로 인하여 단백질 구조결정에 가장 널리 이용된다. 최근엔 방사광을 이용한 Time-resolved X-ray diffraction 방법으로 10-9초보다 짧은 시간에 일어나는 구조적인 변화도 결정할 수 있다.
최근에는 유전체계획의 후속 연구로, 삼차원구조를 결정하여 단백질의 기능 연구에 접근하려는 ‘structural genomics' 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 배경에서 본 실험실에서는 X-선 결정학을 이용한 단백질 삼차원 구조 결정을 수행하고 있다.

단백질 구조 및 기능연구

1) 단백질 표면구조 분석 및 변형을 통한 기능분석
간흡충 26kDa Glutathione S-transferase(CsGST)의 3차원 구조분석 및 표면구조의 변형을 통하여 dual affinity tag 개발

2) 단백질 표면의 활성사이트 예측 시스템 개발
단백질 표면의 활성사이트 예측 시스템 개발은 유사한 구조 및 기능을 가진 단백질을 효율적으로 검 색하여 치료제개발 및 신약설계에 효과적으로 이용할 수 있다.