MKP3의 말단 촉매 도메인과 ERK2의 결합위치 예측 및 효소활성 반응을 통한 결합 위치 확인

Abstract

PTP는 세포 내 신호전달의 중요한 요소로서, 여러기질 단백질을 탈인산화 시킨다. 인간을 포함한 여러 생명체들의 genome정보가 얻어지면서, 생명체에 존재하는 전체 PTP종류가 파악되고 있다. 인간에게 존재한다고 여겨지는 500여개의 kinase와 phosphatase중, 약 107종에 달하는 PTP가 알려져있다. PTP에 의해 조절되는 단백질 tyrosine의 인산화는 세포증식, 세포분화, 대사, 세포간 신호전달, 세포의 이동, 유전자 전사, 면역반응, ion channel등 진핵세포의 기능에 중요한 역할을 한다. 또한 tyrosine의 인산화의 이상은 암, 당뇨병, 류머티즘 성 관절염, 고혈압 등 여러가지 질병에 관계되어있다. 이렇듯 PTP는 세포내에서 신호전달을 증폭시키거나 감소시킬수있으며, 진핵세포의 기능에 중요한 역할을 한다. 인체에서 PTP의 지능이 제대로 조절되지 못한 경우에, 여러가지 질병의 발생과 진행이 촉진된다. 실제로 언급된 107여 종의 PTP중 20여종이 질병과의 관련이 밝혀져 현재 신약개발의 표적으로 사용되고 있다. 나머지 80여 종의 PTP도 역시 인간의 질병과 관계되어 있을 것으로 여겨지고 있다. 인간 PTP는 크게 4개의 family로 구분되며, 다시 여러개의 subfamily로 나누어진다. 그중 MKP는 Dual specific posphatase(DUSPs)의 subfamily로서 MAP kinase를 기질로 삼는, MAP kinase phosphatase(MKP)이다. MKP들은 모두 CH2 domain과 MAP kinase targeting motif를 가지고 있으며, pjosphtyrosine과 phosphotheronine을 기질로 삼는다. 세포 내 MKP에 의한 인산화 조절 역시 각종 암, 대사성 질환, 면역질환, 신경세포 손상등 거의 대부분의 질병에 다양하게 관련되어 있다고 알려져 있다. 현재 총 10종의 MKP중에서 7종의 MKP의 3차원 구조가 밝혀졌다. MKP단백질은 매우 높은 아미노산 서열의 상등성을 가지고 있으며, 서로 특징적인 3차 구조를 가지고 있다. 또한 세포내에 분포하는 위치가 다르고, 단백질마다 서로 다른 기질과 특이적으로 반응한다. 최근까지 보고된 연구결과에 의하면 인간에게서 발병하는 일부 암이 MKP의 비정상적인 조절에 의해 유발된 것이며, MKP의 활성화 도메인은 부분적으로 다른 활성화 기작을 가지고 있을 것이라 논의 되면서 MAKP의 음성적인 조절 기작의 중요성이 부각되고 있다. 그러나 현재까지 MAKP와 MAKP단백질의 활성화 및 조절 기작에 대해서 명확히 알려지지 않았다. 본 연구에서는 MKP의 한 종류인 MKP3의 탈 인산화 작용에 결정적인 역할을 하는 활성화 도메인 단백질과 MAPK의 한 종류인 Erk를 활성형태로 발현, 정제하여 MKP와 복합제 단백질이 복합체를 형성함에 있어 중요한 역할을 할것으로 예상되는 잔기를 확인하고자 하였다. 실험은 중요한 역할을 할 것으로 예상되는 잔기를 단백질의 부분변이법을 이용하여 돌연변이 단백질을 얻는 것을 시작으로 변이된 단백질의 활성변화를 Erk의 유무의 차이를 두고 측정함으로써, 기질과 활성화 도메인이 복합구조를 이루었을때 변화하는 결합과 활성의 차이에 대해 이해하고자 하였으며, 효소의 활성을 측정함으로써 탈인산화 활성 메커니즘과 구조적인 차이점에 따른 기질 특이성질을 이용하여 PTP조절 기능을 분석하고자 하였다.

결과적으로 인간의 질병과 관련된 기존의 PTP연구들과 관련하여 단기적으로는 도메인 단백질과 기질이 형성하는 복합구조의 결합위치를 예측할 수 있고, 장기적으로는 결합위치로 예측된 잔기를 통해 암 발생에 있어서 단백질과 치료제의 결합을 통해 MKP의 활성을 조절하는 새로운 치료제의 개발에 효과적으로 이용될 수 있도록 하고자 하였다.