| 지베렐린 수용체 구조 규명 | |
| KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2008-12-07 | |
레몬과 포도를 속이 꽉 차게 만들고, 아스파라거스가 더 많은 싹을 내도록 하며, 광범위한 씨들을 휴면 상태에서 깨우는 일은 모두 지벨렐린의 역할들이지만, 이 식물 호르몬이 어떻게 이런 기능들을 하는 지는 오랫동안 수수께끼로 남아 있었다. 이제 두 연구진들이 이 중요한 호르몬의 수용체의 X-선 결정 구조를 보고하고 있다. 미네소타대학(University of Minnesota)의 식물 생물학자인 Neil E. Olszewski는 이것이 매우 흥미로우며, 그 구조를 기다려왔다고 말한다. 지베렐린의 수용체를 알고 있었지만, 그 구조는 어떻게 그 호르몬의 신호 처리과정이 이루어지는지에 대해 이해하는데 틀을 제공할 수 있을 것이라고 그는 말한다. 영국의 곡물 과학 연구 소인 로템스테드연구소(Rothamsted Research)의 식물 생화학자인 Peter Hedden은 그 수용체의 구조가 농업에서 더 효과적이고 잠재적으로 더 싼 지베렐린-유사 성장 조절자(gibberellin-like growth regulator)를 고안하는데 도움을 줄 수 있을 것이라고 발표된 논평에서 언급하고 있다. 쌀의 발아를 연구하는 일본 과학자들이 50년도 더 이전에 처음으로 호르몬으로서 디털피노이드 카르복시산(diterpenoid carboxylic acid)인 지베렐린을 발견했다. 그 이래로, 모두가 식물에서 생물학적으로 호르몬으로서 활성을 가진 것은 아니지만, 구조적으로 유사한130여 종의 다른 지베렐린들이 분리되었다. 최근 몇 년동안, 연구자들은 지베렐린이 수용체에 미끄러져 들어갈 때, 유전자 발현을 방해하는 DELLA라고 불리는 단백질이 분해의 목표가 된다는 것을 밝혀내었다. DELLA 단백질을 계속적으로 분해함으로써, 발아와 줄기 성장, 발화에 관련된 유전자들을 활성화한다. 그러나 어떻게 이들 모든 작용이 일어나는지 그 작용기전에 관해서는 이전에 알려지지 않았다고 Olszewski는 말한다. Nature (2008, 456, 459)에 발표된 지베렐린 수용체의 구조는 그 호르몬을 수용할 수 있는 깊은 주머니를 드러낸다. 그것은 일본 나라과학기술 연구소(Nara Institute of Science & Technology)의 결정학자인Toshio Hakoshima와 듀크대학의 식물 생물학자Tai-ping Sun과 그 동료들에 의해서 밝혀졌다. 지베렐린의 결합으로 수용체의 N-말단의 고정된 구조를 가지지 않는 부분이 나선형 다발 안으로 붕괴되어 들어가게 되는데, 그 다음에 그것이 지베렐린 분자 위로 마치 뚜껑처럼 닫힌다고Hakoshima가 설명한다. 닫힌 뚜껑의 꼭대기는 몇 개의 소수성 잔기(hydrophobic residues)를 포함하는데, 그것이 그 다음에 DELLA 단백질의 소수성 부분과 상호작용한다. 지베렐린 수용체와 이러한 연합으로 DELLA 단백질은 쪼개져서 유전자 발현을 허락하게 된다. 그들의 연구 결과는 유일하게 그 수용체의 구조가 알려져 있던 호르몬인 옥신(Auxin)의 작용기전과는 완전히 다른 식물 호르몬 작용기전이 밝혀졌다고 Hakoshima는 말한다. 비록 두 호르몬이 전사 차단제를 파괴하는 것을 겨냥함으로써 유전자 발현을 활성화시키지만, 그 두 호르몬은 이 목적을 다르게 이룬다. 옥신이 그 수용체에 결합할 때, 그 호르몬은 전자 차단제를 호르몬과 같은 수용체 홈으로 당기는 “분자 풀(molecular glue)”로서 작용한다(C&EN, April 9, 2007, page 11). 그러나 지베렐린의 결합은 수용체의 구조 변화를 일으키고, 전사 차단제가 결합하도록 유혹하는 소수성 면(hydrophobic platform)을 생성한다. 같은 호 다른 논문Nature (2008, 456, 520)에서 두 번째 일본 연구자들이 전사 차단제인 DELLA 없이 지베렐린과 그 수용체의 구조를 보고한다. 교토대학(Kyoto University)의 구조 생물학자Hiroaki Kato와 나고야대학(Nagoya University)의 식물 과학자Makoto Matsuoka는 첫번째 논문의 구조와 유사한 상자 안의 호르몬 구조 (hormone-in-a-box structure)를 밝혀낸다. 두번째 연구진은 또한 지베렐린-결합 홈의 부분의 돌연변이를 만들었는데, 그것이 지베렐린의 어떤 기능성 단이 수용체 홈에 결합하는데 중요한지, 왜 일부 지벨렐린이 생물학적으로 비활성인지에 대한 이해를 제공한다고 Olszewski가 말한다. 장기적으로 새로운 지베렐린 유사체를 개발하거나, 합성 지베렐린을 인식하도록 식물 수용체를 조절할 수 있게 될 수 있을 것이라고 그는 말한다. [ 그림 1] 지베렐린(회색 공간 채움 구조)이 그것의 수용체(녹색)에 결합하면 수용체의 N-말단(보라색)이 뚜껑 처럼 호르몬 위를 덮는다. 뚜껑을 닫으면 DELLA(파란색)이라고 불리는 유전자 전자 차단제의 결합을 위한 단(hydrophobic platform)이 마련된다. [그림 2] 지베렐린 구조  081206_Plant_puberty_1.jpg
 081206_Plant_puberty.jpg
|
다음검색