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효소enzyme 단백질 분해 효소체학 (Protease Degradomics)
2013-08-22 15:57:10
이엠생명과학연구원

단백질 분해 효소체학 (Protease Degradomics)

 

 

최근 들어 단백질 분해에 대한 연구자들의 관심이 괄목할 만하게 변화된 것을 느낄 수 있다. 초기에 단백질 분해효소는 단지 단백질의 분해와 관련된 비특이적으로 단백질을 분해하는 역할만을 한다고 생각되었으나, 모든 생물체에서 생물학적인 기능을 세포수준에서 정확하게 조절하는데, 특정한 펩타이드 결합을 가수분해하는 단백질 분해과정이 결정적인 역할을 하고 있다는 것이 속속 밝혀져 왔다. 단백질분해효소들은 비가역적인 펩타이드 결합의 가수분해를 통하여 단백질들의 활성이나 운명을 조절하는데, 예를 들면 단백질들의 세포내부나 외부위치 지정 조절 또는 세포 표면으로부터의 분리, 여러가지 성장인자 호르몬 사이토카인 효소 단백질 분해효소의 활성화 또는 비활성화, 수용체의 agonist의 antagonist 전환, cryptic neoprotein의 표출(단백질 분해에 따른 생성 단백질이 원 단백질과 상이한 기능을 갖는 경우)등이다. 따라서 단백질 분해 효소는 넓은 범위의 여러 가지 중요한 세포기능을 시작하거나, 조절하거나, 끝내는 역할을 하며 이는 생리활성 물질의 분해를 통하여 이루어지며 이는 필수적인 생물학적인 과정인 DNA복제, 세포주기조 절, 세포증식, 분화, 이동, 상변태, 조직 리모델링, 신경세포 성장, haemostasis, 상처치유, 면역과정, 혈관 신생, 세포사멸에 직접적으로 작용하여 이루어진다. 모든 생명체의 생명현상에 대한 단백질 분해효소의 기능적 관련성은 아무리 강조하여도 지나치지 않은 것이, 세포사멸에 있어서 잘못된 시공간적인 단백질분해효소의 결핍이나 부족은 중대한 결과를 초래하는데 이는 암, 관절염, 퇴행성 신경질환, 심혈관계 질환으로 나타날 수 있다. 게다가 많은 감염성 질병을 일으키는 미생물, 바이러스와 기생생물들은 단백질 분해효소를 독성인자로 사용하며, 동물의 독도 단백질 분해 효소를 포함하며 이들은 조직을 파괴하거나 숙주의 반응을 무력화시킨다. 따라서 제약업계에서 보면 단백질 분해 효소와 그의 기질 단백질은 신약개발의 주요 타깃이며 관심을 가질 수밖에 없다.

단백질 분해 효소의 이러한 다양한 역할로 인하여 세균에서 인간에 이르기까지 단백질 분해 효소의 동정과 기능적 역할 규명이 활발해 지고 있으며, 다양한 지놈 프로젝트의 완결에 따라서 단백질 분해효소의 전모를 연구할 수 있는 토대가 속속 마련되고 있다. 인간지놈 프로젝트에 따르면 인간의 유전자중 약 500개 이상의 단백질 분해 효소 관련 유전자가 파악되었으며, 최근의 MEROPSIS 단백질 분해효소 테이타베이스에서는 인간의 경우 461개의 단백질 분해 효소를 등록시켰고 그중 159개의 metalloprotease와 140개의 serine protease가 단백질 분해 효소의 주종을 이루고 있다. (표. 1)






 

따라서 인간에 있어서 모든 단백질 분해 효소의 기능을 알아내고, 그들의 기능과 다른 단백질 분해효소와 저해 단백질간의 연계를 밝히는 작업은 거대한 일이지만, 모델 동물을 이용한 연구가 큰 도움이 될 것이다. 실험용 마우스의 단백질 분해 효소들은 인간과 비슷한 체계를 갖추고 있으나 우리가 알고있는 kallikreins나 cathepsin 그리고 matrix metalloprotease는 인간과는 좀 다른 면을 가지고 있다. 놀랍게도 초파리의 경우 지놈 크기는 다른 척추 동물에 비해 작으나 트립신과 유사한 serine protease의 수가 많아 전체적인 단백질 분해 효소의 수는 인간이나 마우스와 비슷하다. 따라서 각 종에 특이한 단백질 분해 효소군이 있는가 하면 전체 생물계에 일반적으로 필요한 단백질 분해 효소군이 있는 것으로 생각되며, 비교연구가 진행될 것으로 예상된다. 이에 비추어 보면 단백질 분해 효소와 그것의 다양한 기질 단백질군 그리고 저해 단백질들은 이 시스템이 생명현상을 얼마나 정교하게 작용하고 있는지를 보여 주고있다.




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