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박테리아 세포 내의 알려지지 않은 분자 상호작용을 측정

Measuring molecular interactions

스위스 연구진들이 박테리아 세포 내에서 이전에 알려지지 않았던 단백질과 대사물질 간의 상호작용을 발견할 수 있는 접근법을 개발했다고 보고했다. 이 접근법을 이용하면 약물의 효과를 시험하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

현재 과학계는 단백질과 저분자 사이의 상호작용을 다루는 상호작용체(interactomics) 시대에 있다. 기존의 연구는 지노믹스(genomics)와 포로테오믹스(proteomics)에 초점을 맞춰져 진행되고 있지만, 시스템 생물학자들이 단백질-대사 물질의 상호작용체라고 하는 새로운 장르를 추가했다. 지노믹스는 모든 유기체의 유전자를 체계적으로 분석하는 것과 관련이 있지만, 포로테오믹스는 생물학적 단위 내에서 전체 단백질을 분석하는 데 관심이 있다.

이번 연구는 단백질과 대사물질 사이의 모든 상호작용을 정량화함으로 이들 간의 관계를 수립하기 위한 것이다. 관련 연구는 Cell지에 게재되었다. (DOI: 10.1016/j.cell.2017.12.006)

다른 절단 사이트

연구진은 대장균 박테리아 세포에 존재하는 단백질과 대사 물질이 얼마나 많은 상호작용을 할 수 있는지를 조사하고자 했다. 이를 위해, 연구진은 제한된 단백질 분해(LiP)로 알려진 접근법을 질량 분석기와 함께 사용했다.

연구진이 개발한 접근 방식은 다음과 같다. 박테리아 세포에서 단백질을 포함한 세포질 액을 추출한 다음, 각 시료에 대사물질을 첨가하여 단백질과 상호 작용이 가능하도록 한다. 마지막으로, 분자 가위(molecular scissors)를 사용해서 단백질을 더 작은 조각(펩티드)으로 절단했다. 이런 방식으로 연구진은 총 20개의 서로 다른 대사물질과 단백질 상호작용을 조사했다고 보고했다.

단백질이 대사물과 상호작용을 할 때는, 단백질의 활성 부위에 결합하든지, 다른 부위에 결합하게 되면서 단백질 구조가 바뀌게 된다고 연구진은 설명했다. 분자 가위는 대사물질이 결합한 단백질을 절단할 때, 구조 변화로 원래 구조와 다른 부위를 절단하기 때문에 다른 펩타이드가 만들어진다고 설명했다.

연구진은 질량 분석기를 사용해서 시료 안에 있는 모든 조각을 측정했으며, 이를 통해 얻은 자료는 컴퓨터에 입력하여 단백질의 구조 차이와 변화를 재구성함으로, 단백질에서 어떤 구조적 차이와 변화가 일어났는지를 알아냈다고 보고했다.

수 백 가지의 새로운 상호작용 발견

단백질- 대사물질의 상호작용을 조사하는 상호작용체에 대한 연구는 다른 단백질 간 또는 단백질-DNA 또는 RNA 상호작용한 연구와 비교할 때 매우 제한적이다. 이번 연구는 단백질-대사물질 간의 상호작용에 대한 지식을 크게 늘려주었다는 점에서 의의가 크다.

연구진은 이번에 개발한 접근방식으로 1,650여 개의 서로 다른 단백질-대사물간의 상호작용을 발견했다고 보고했다. 이중 1,400여 개는 이전에 알려지지 않은 상호작용이다. 또한, 대사 물질이 결합할 수 있는 수천 개의 결합 부위도 밝혀졌다고 연구진은 말했다.

단백질 구조 변화로 활성 조절

또한 연구진은 대사 물질이 시간이 경과해도 농도가 다소 일정한 단백질에 결합한다는 것을 발견했다. 이것은 단백질에 결합하는 대사물질과 단백질 농도의 변화는 세포가 단백질 활성을 조절하는 보완적인 경로임을 시사하는 것이다.

단백질은 대사물질에 의해 매개되는 구조적 변화 때문에 비교적 빨리 활성화되거나 비활성화될 수 있다. 또한, 연구진은 이전에 생각했던 것처럼 많은 효소가 선택적이지 않다는 것을 보였다. 지금까지는 효소들은 몇몇 다른 대사물질과 결합하고 화학적으로 이를 변화시킬 수 있으며, 거의 비슷한 분자에만 결합한다고 가정했었다.

제약업계는 이번에 보고된 새로운 접근법에 상당한 관심을 보인다. 왜냐하면, 약물과 단백질 간의 상호작용을 조사하는데 사용될 수 있고, 약물이 단백질의 어느 부위에 결합하며, 이것이 구조 변화와 활성에도 어떤 영향을 줄 것인지 조사할 수 있기 때문이다.

관련연구자: Paola Picotti

관련기관: Molecular Systems Biology at ETH Zurich

본문키워드(한글): 단백질, 물질대사, 상호작용, 상호작용체, 신약 개발

본문키워드(영문): protein, metabolites, interaction, interactomics, drug development

국가: 스위스

원문출판일: 2018-02-01

출처: https://phys.org/news/2018-02-molecular-interactions.html