기질 분해에 따른 산성화를 통한 가수분해효소의 생성물 방출 기전 규명

고려대학교 송현규 교수(생명과학부) 연구팀은 세균에 존재하는 ClpP 세린형 가수분해효소(serine protease)의 가수분해 생성물인 펩타이드의 방출 기전을 규명하였다. 

ClpP 가수분해효소는 Clp-ATPase와 결합하여 세포 내 많은 생리적 과정에 관여하는 ATP-의존성 단백질 가수분해효소 복합체이다. 본 연구진은 ADEP (acyldepsipeptide) 화합물을 이용하여 Clp-ATPase 없이  ClpP의 활성화 기전을 규명한 적이 있고, 이를 통해 신개념 항생제로서 ADEP 화합물의 개발 가능성이 제시되었다. 이처럼 ClpP 가수분해효소는 오랜 연구를 통하여 활성화 및 가수분해 기전은 잘 알려져 있었으나 가수분해 산물이 어떻게 ClpP 분자에서 방출되지는 지금까지 알려져 있지 않았었다. 

본 연구는 초저온 현미경(Cryo-EM) 및 결정학 방법으로 고해상도 구조를 규명하고 창의적으로 디자인된 생화학적 방법을 결합하여 기질 단백질이 분해되면서 ClpP 단백질 내부의 pH가 저하되고(산성화) 이에 따라서 ClpP 단백질의 측면의 출구가 열리는 기전을 밝혔다 (그림1). 이 연구결과는 ClpP 뿐만 아니라 다른 가수분해 효소들에 적용될 수 있으며 특히 단백질 가수분해효소-샤페론 분야에 획기적인 개념으로 활용될 것으로 기대된다.

연구 결과는 유럽분자생물학기구의 EMBO Journal에 2022년 5월 20일자로 온라인 출판되었고 본교 대학원 생명과학과에서 박사학위를 취득 후 현재 연구교수로 재직 중인 김이현 박사(사진1)가 제 1저자로 참여하였다.