이찬우(서울대학교) | 단분자 자기 집게 기술(single-molecule magnetic tweezers)을 이용한 당 수송 막 단백질 (GLUT3)의 완전한 접힘 경로 규명[Nat. Chem. Biol.] | 웨비나

학술웨비나 개최완료

단분자 자기 집게 기술(single-molecule magnetic tweezers)을 이용한 당 수송 막 단백질 (GLUT3)의 완전한 접힘 경로 규명[Nat. Chem. Biol.]

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2022년 09월 05일 (월) 오후 02시
이찬우(서울대학교)
Evolutionary balance between foldability and functionality of a glucose transporter

Nat. Chem. Biol., Published 28 April 2022 | https://doi.org/10.1038/s41589-022-01002-w

개요

세포 내부는 다양한 생체분자로 구성된 막으로 구분되어 있습니다. 이러한 막 간의 물질 수송 및 정보 전달은 세포의 활동에 중요한 부분을 차지합니다. 이러한 기능을 담당하기 위해 다양한 막 단백질이 분포해 있습니다. 그런데 막 단백질은 인지질 이중막에 존재하는 근본적인 특성으로 인해 상대적으로 연구하기에 어려움이 있었습니다. 하지만 최근 다양한 기술의 발전으로 인해 이러한 어려움을 극복하고 막 단백질에 관한 많은 연구가 진행되고 있습니다. 특히 cryo-EM으로 대표되는 구조생물학 분야의 발전으로 인해 다양한 막 단백질의 구조가 밝혀지고 그 기능 및 기작에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 그런데 이러한 발전에도 불구하고 해당 단백질의 복잡한 구조가 형성되기까지 어떠한 과정을 거치는 지에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 저희 막단백질 단분자 연구실에서는 여러 국내외 연구진과의 협업을 통해 이러한 생물학적 난제를 해결하고자 하였습니다.
우선 단분자 자기집게 기술을 이용하여 포도당 수송체 3(GLUT3)의 완전한 접힘 경로를 보고하였고 이를 통해 GLUT3의 구조 형성 과정에 대해 밝혀낼 수 있었습니다. 이를 간략히 정리하면 다음과 같습니다. GLUT3의 N-도메인이 우선적으로 형성되면서 구조적 안정성을 확보하고 그 다음 대부분의 포도당 결합 부위를 정의하는 C-도메인이 구조를 형성하게 됩니다. 그리고N, C-도메인 각각은 6개의 alpha-helix로 구성되어 있는데 개별적인 alpha-helix의 접힘 과정 또한 알아낼 수 있었습니다. 추가적으로 ER 막 단백질 복합체가 transmembrane helix (TMH)의 삽입을 촉진하여 GLUT3가 구조를 형성하는 것을 유도함을 확인하였습니다. GLUT3의 마지막 구조 형성 과정은N,C-도메인 사이의 수송 역할을 담당하는 통로가 형성되는 것임을 확인하였습니다. 이러한 통로는 많은 친수성기가 분포해 있어 구조적으로 불안정한데 특정 인지질을 이용하여 이를 해결할 수 있었습니다. 이러한 과정을 통해 저희는 단일 GLUT3 단백질의 비대칭적인 구조 형성 과정, 접힘 경로를 온전히 밝혀낼 수 있었습니다. 이번 세미나를 통해 단분자 자기 집게 기술을 소개하고 이를 이용하여 막 단백질의 구조 형성 과정을 어떻게 밝혀냈는지 자세히 소개하고자 합니다.