핵자기공명법을 이용한 Apo B-100 유래 생체모방 펩타이드 (P99, P105, P177)의 구조 연구

Abstract

Apolipoprotein (Apo) B-100은 Low density lipoprotein (LDL)에 존재하는 단백질로 4,563개의 아미노산으로 구성되어있다. Apo B-100은 세포막에 발현된 LDL receptor의 리간드로 작용하여 콜레스테롤이 세포 내로 이입되어 이화할 수 있도록 한다. 세포 내 산화로 인한 Apo B-100의 구조 변형은 LDL receptor에 대한 리간드로서의 기능이 사라진다. 산화된 Apo B-100은 그 자체가 항원으로 작용할 뿐만 아니라 대식세포의 scavenger receptor와 높은 친화도를 갖게 되어 지속적인 면역반응이 발생한다. 이러한 과정으로 foam cell이 plaque를 형성하게 되면 혈관의 지름이 좁아져 혈류를 방해하면서 죽상경화증을 발생시킨다. 따라서 Apo B-100 중 면역반응을 일으킬 수 있는 펩타이드를 식별하여 산화 전·후 상태의 구조 분석을 통해 변형 메카니즘 및 구조적 특성을 밝혀내는 것이 중요하다.

본 연구는 Apo B-100을 302개의 펩타이드(P1-P302)로 나누고 enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) 분석을 통한 항체와의 반응에 따른 결과에 기초하여 수행되었으며, 이에 따라 산화 전·후 상태 모두 IgM과 높은 반응을 나타내는 Group B의 P99 (KGTYG LSCQR DPNTG RLNGE, 1471-1490), P105 (DMTFS KQNAL LRSEY QADYE, 1561-1580) 및 P177 (MKVKI IRTID QMQNS ELQWP, 2641-2660)에 대한 구조 연구를 진행하였다.

Peptide의 2차 구조 정보를 얻기 위하여 Circular dichroism (CD) 분석, 1H NMR과 2D NMR 실험기법인 correlation spectroscopy (COSY), total correlation spectroscopy (TOCSY), nuclear overhauser effect spectroscopy (NOESY) 실험을 수행하였다.

CD 분석을 통해 각 펩타이드의 2차 구조를 예측할 수 있었으며, NMR 실험을 진행하여 각 아미노산 잔기 신호의 chemical shift를 지정하였다. 또한, NOE connectivity를 통해 intraresidual 및 interresidual 수소 핵 간 거리정보를 얻을 수 있었다. 이러한 정보를 기반으로 distance geometry (DG) 및 molecular dynamic (MD)을 수행한 DG structure에 대해 back-calculation을 진행하여 얻은 NOESY spectrum과 실제 NOESY spectrum을 비교한 결과, peak들이 상당 부분 일치함에 따라 peptide의 최종 구조를 결정할 수 있었다. 최종 결정된 구조의 검증 과정으로 Ramachandran plot을 이용하여 각 peptide에서 나타날 수 있는 2차 구조의 분포도를 확인하였다. 전체적인 결과를 종합했을 때, P99는 pseudo α-helix를 나타내는 구조, P105는 pseudo α-helix와 β-turn 구조가 혼합된 random coil 구조이며, P177은 β-turn이 혼합된 random coil 구조임을 밝혀내었다.

죽상경화증에 관련한 면역반응을 일으키는 Apo B-100 유래 peptide (group A∼E)의 산화 전·후 상태의 구조가 모두 규명된다면, 변형 메카니즘 및 구조적 특성을 토대로 산화된 Apo B-100의 epitope을 기반으로 디자인한 백신이나 Apo B-100 산화 부위를 target으로 하여 산화 부위의 차단할 수 있는 약물 개발 등 동맥경화를 예방 및 치료에 있어 임상학적 연구를 수행하는데 기초 자료로 활용될 것이다.