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보고서 상세정보

구조규명을 위한 세포막 단백질 대량생산 및 결정화 기술개발
Production and crystallization of transmembrane proteins

  • 사업명

    21세기프론티어연구개발사업

  • 과제명

    구조규명을 위한 세포막 단백질 대량생산 및 결정화 기술개발

  • 주관연구기관

    한국과학기술원
    Korea Advanced Institute of Science and Technology

  • 연구책임자

    이지오

  • 참여연구자

    진미선   김영진   박범석   허진영  

  • 보고서유형

    2단계보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2008-06

  • 과제시작년도

    2007

  • 주관부처

    과학기술부

  • 사업 관리 기관

    한국과학재단
    Korea Science and Engineering Foundtion

  • 등록번호

    TRKO201000012593

  • 과제고유번호

    1355049014

  • 키워드

    x선 결정학.단백질 구조.질병단백질.패혈증.세포막 수용체.x-ray crystallography.protein structure.disease related proteins.sepsis.membrane receptor.

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    TLR4 and MD-2 form a heterodimer that recognizes LPS from Gram negative bacteria. Eritoran is an analogue of LPS that antagonizes...

    TLR4 and MD-2 form a heterodimer that recognizes LPS from Gram negative bacteria. Eritoran is an analogue of LPS that antagonizes its activity by binding to the TLR4-MD2 complex. We determined the structure of the full-length ectodomain of mouse TLR4 and MD-2 complex. We also produced a series of hybrids of human TLR4 and hagfish VLR and determined their structures with and without bound MD-2 and Eritoran. TLR4 is an atypical member of the LRR family and is composed of N-terminal, central and C-terminal domains. The b sheet of the central domain shows unusually small radii and large twist angles. MD-2 binds to the concave surface of the N-terminal and central domains. The interaction with Eritoran is mediated by a hydrophobic internal pocket in MD-2. Based on structural analysis and mutagenesis experiments on MD-2 and TLR4, we propose a model of TLR4-MD-2 dimerization induced by LPS.
    TLR2 in association with TLR1 or TLR6 plays an important role in the innate immune response by recognizing microbial lipoproteins and lipopeptides. Here we present the crystal structures of the human TLR1-TLR2-lipopeptide complex and of the mouse TLR2-lipopeptide complex. Binding of the tri-acylated lipopeptide, Pam3CSK4, induced the formation of an "m" shaped heterodimer of the TLR1 and TLR2 ectodomains whereas binding of the di-acylated lipopeptide, Pam2CSK4 did not. The three lipid chains of Pam3CSK4 mediate the heterodimerization of the receptor;the two ester-bound lipid chains are inserted into a pocket in TLR2, while the amide-bound lipid chain is inserted into a hydrophobic channel in TLR1. An extensive hydrogen bonding network, as well as hydrophobic interactions, between TLR1 and TLR2 further stabilizes the heterodimer. We propose that formation of the TLR1-TLR2 heterodimer brings the intracellular TIR domains close to each other to promote dimerization and initiate signaling.


    본 연구는 x-ray 결정학 기술을 이용하여 인간질병발생과 관련된 단백질의 분자입체 구조를 규명하는 연구이다. 연구 1차년도에는 세포막에 존재하는 TNF 수용체들의 구조연구를 위하여 새로운 세포막 단백질 생산 및 정제 방법을 시도하...

    본 연구는 x-ray 결정학 기술을 이용하여 인간질병발생과 관련된 단백질의 분자입체 구조를 규명하는 연구이다. 연구 1차년도에는 세포막에 존재하는 TNF 수용체들의 구조연구를 위하여 새로운 세포막 단백질 생산 및 정제 방법을 시도하였다. Mistic 융합기술을 이용하여 일부 TNF 수용체들은 구조연구에 충분한 만큼 생산할 수 있다는 것을 확인하였다. 연구 2, 3차년도에는 패혈증을 일으키는 LBP,TLR, MD-2 단백질을 생산하고 정제하였으며, 입체구조를 규명하였다. 패혈증은 병원 중환자실에서 높은 발병율을 보이는 위험한 질병으로 사망률이 40% 이른다. 패혈증을 일으키는 원인물질인 당지질 (Lipopolysaccharide)는 그람음성균 세포막에 존재하는 분자로 혈관에 침투하였을때, LBP, CD14,TLR4-MD-2 단백질을 거쳐서 면역반응을 일으킨다. 면역반응이 정상적일 때는 인체를 방어하는 역할을 수행하지만, 지나친 경우에는 패혈증을 유발하게 된다. 우리는 TLR 패밀리 단백질의 구조규명을 위하여 단백질 생산, 정제, 결정화, 구조규명 방법을 개발하였다. Hybrid LRR 기술이라고 명명한 이 기술을 이용하여 최초로 TLR과 리간드 결합체의 분자 입체 구조를 규명하였으며, 이 구조로부터 어떠한 구조적인 특징이 TLR 수용체를 활성화 기키고 궁극적으로는 패혈증을 유발하는지를 밝혀 낼 수 있었다. Eritoran은 현재 임상 3기 테스트중인 신약후보 물질로 TLR4-MD-2 단백질 복합체에 결합하여 당지질의 기능을 억제한다. 구조연구로부터 우리는 Eritoran의 지질 부분이 결합에 가장 중요하며, 인산기가 가지고 있는 음전하 또한 수용체 결합에 중요하다는 것을 밝혀낼 수 있었다. 그람 양성균에서는 지질단백질이 패혈증 발생에 큰 역할을 한다. 지질단백질은 TLR1, TLR2와 결합하여 면역반응을 일으킨다. 우리는 또한 지질단백질과 TLR1, TLR2가 결합한 구조를 규명하였으며, 이 구조로부터 지질단백질의 세 개의 지질부위가 TLR1,2의 이형복합체 형성에 가장 중요한 역할을 한다는 것을 밝혀낼수 있었다. 이러한 연구결과는 새로운 패혈증 치료제 개발에 이용될 예정이다.


  • 목차(Contents) 

    1. 표지...1
    2. 제출문...2
    3. 초록...3
    4. 요약문...4
    5. SUMMARY...5
    6. CONTENTS...6
    7. 목차...7
    8. 제1장 연구개발과제의 개요...8
    9. 제2장 국내외 기술개발 현황 ...9
    10. 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...10...
    1. 표지...1
    2. 제출문...2
    3. 초록...3
    4. 요약문...4
    5. SUMMARY...5
    6. CONTENTS...6
    7. 목차...7
    8. 제1장 연구개발과제의 개요...8
    9. 제2장 국내외 기술개발 현황 ...9
    10. 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...10
    11. - 톨유사수용체 (Toll-like Receptors, TLR)...10
    12. - 톨유사수용체 입체구조 연구...10
    13. - TLR4-MD-2-Eritoran 복합체 구조규명 결과...12
    14. - TLR1-TLR2-Pam3CSK4 복합체 구조규명 결과...24
    15. 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...35
    16. 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...36
    17. 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ...36
    18. 제7장 참고문헌 ...37
  • 참고문헌

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