2012년의 단백질 구조 : TAL effector + DNA Complex

이미 2013년이 밝았지만, 지나간 2012년을 결산하는 차원에서 2012년에 발표된 단백질 구조 중에서 가장 중요하다고 개인적으로 생각하는 것을 하나 소개하겠음.

선정대상이 된 것은 바로 이넘.

Structure of TAL effector PthXo1 bound to its DNA target

논문은 이거다. Mak et al., The crystal structure of TAL effector PthXo1 bound to its DNA target, Science 2012

식물병원균인 Xanthomonas 라는 세균에 존재하는 단백질로써 각종 작물에 감염되었을때 숙주에 침투하면 숙주 DNA와 결합해서 각종 전사활성을 나타내는 단백질이다. 왜 듣보잡 세균의 단백질 따위가 중요하단 말이냐라고 묻고싶져?

이 단백질이 중요한 것은 아래서 보는 것처럼 모듈화된 DNA 결합 반복부위가 존재하고, 각각의 반복부위가 특정한 염기서열을 결합하도록 되어있다는 것이다. 즉 반복부위 안의 특정 위치에 아미노산 ‘HD’ 가 존재하면 이는 염기 C를 인식하고, ‘HG’ 가 존재하면 T를 인식하고 등등.

Screen Shot 2013-01-01 at 5.08.27 PM

이것을 이용하면 ‘임의의 염기서열을 인식하는 단백질’ 을 만들 수 있다는 이야기이다. 실제로 이 TAL Effector 에 DNA 제한효소인 FokI 의 DNA 절단도메인을 달아놓은 효소의 경우에 디자인한 임의서열을 절단할 수 있으며, 실제로 이것을 이용해서 식물및 동물세포에서 특정위치의 지놈서열을 인식하여 이를 잘라낼 수 있다는 것이 보고되었다.

Screen Shot 2013-01-01 at 5.18.08 PMImage

그래서 이런 논문 도 등장하였고, 인간줄기세포에서 특정위치의 유전자를 마음대로 잘라낼 수 있다는 논문도 나왔다. 바야흐로 지놈 엔지니어링이라는 이야기가 공상과학이 아니게 된 것이다. 즉 테스트 튜브에서 기껏해야 몇kb 혹은 몇십 kb 정도의 DNA 를 잘라붙이는 수준이 아니라 이제는 본격적으로 염색체 수준에서 DNA 잘라붙이기 놀이를 할 수 있게 된 것이다. (아브에 의한 인류제국이 요기잉네)

그렇다면 이 단백질이 어떻게 DNA를 인식하느냐가 바로 이 단백질 구조가 규명되면서 명확해진 것이다. 걍 동영상 보셈.

1. DNA가 있고,

2. 여기에 무지개색 꽈배기 모양으로 DNA의 major groove에 붙는 것이 TALEN 이다.

3. 각각의 repeat 에서 염기서열 인식에 관여하는 아미노산은 당연히 DNA의 base 쪽으로 가까이 가서 base와 상호작용하고 있다.

일단 과학적인 응용이나 뭐를 다 떠나서, 멋있다는 ㅋ

몇 가지 앞으로 고려해야 할 부분이 있다.

1. 얼마나 Specific하게 지놈을 잘라붙일수 있을까? Specifity 에 대한 연구가 더욱 더 필요하다.

2. 과연 이런 단백질은 Xanthomonas 라는 세균에만 있을까? 물론 BLAST 류를 돌려보니 그것만 나오니까 그런가보다 하겠지만, 아마도 꼭 이것과는 방식이 완전히 같지는 않더라도 매우 긴 DNA 서열을 인식할 수 있는 단백질은 어디엔가 있지 않을까?

PS. 위의 동영상을 generation하는데 사용한 PyMol Scripts

8 thoughts on “2012년의 단백질 구조 : TAL effector + DNA Complex

  1. 좋은 설명 감사합니다. 구글링 하다가 님의 워드프레스를 알게 되었는데 많이 배워갑니다. 저 역시 2012년 최고의 업적 중 하나를 꼽으라면 TALEN을 들 수 있을 것 같습니다.

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