생화학분자생물학회

Rapid labelling and covalent inhibition of intracellular native proteins using ligand-directed N-acyl-N-alkyl sulfonamide

이준석(한국과학기술연구원 분자인식연구센터)

살아있는 세포 내 단백질의 선택적 표지는 Chemical Biology 분야에서 중요한 도전 과제 중 하나이다. 가장 많이 사용되는 방법으로는 생체에 존재하지 않는 작용기를 활용하여 표적 단백질을 분석하는 생물 직교성 접근(Biorthogonal Approach)이 널리 쓰이고 있다. 그러나 작용기가 표적 단백질에 우선적으로 도입되어야 하기 때문에 자연 그대로의 단백질 정량화와 시각화에 어려움이 있다. 또한 작용기와 결합하여 시각화를 해 줄 프로브를 별도로 처리하는 과정을 필요로 하는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 N-acyl-N-alkyl sulfonamide 기반 프로브를 사용하여 살아 있는 세포 내 단백질을 빠르고 선택적으로 표지할 수 있는 방법을 개발하였다. 리간드가 선택적으로 표적단백질에 결합한 뒤, 단백질 주변에 친핵성 아미노산 잔기가 친전자성인 N-acyl 부위를 공격하여 리간드는 분리되고 프로브와 표적 단백질이 공유결합을 형성하는 메커니즘을 활용하였다. 연구팀은 최초로 in vitro 상에서 단백질 표지의 정량적인 반응속도를 MALDI-TOF MS를 사용하여 제시하였고, 반응속도 상수는 10⁴(M^-1S^-1)으로 측정이 되었다. 이 속도는 Click Reaction 중 하나인 Copper Catalyzed Azide-Alkyn Cyloaddition(CuAAC) 반응 보다 약 100배 빨랐으며, SNAP Tag를 이용한 효소를 표지하는 속도와 비슷하다고 보고하였다. 그리고 위 반응을 이용하여 프로브 대신 저해제를 표적 단백질에 공유결합시켜 Hsp90의 활동을 억제하는 것을 증명함으로써 표적 단백질의 활동을 억제하는 공유결합을 이용한 약품 개발에 활용할 수 있음을 보여주었다. (Hsp90의 샤페론 활동이 많은 질병과 연관이 있다는 것이 보고되었다.)

표지하고자 하는 단백질의 리간드가 알려져 있어야 한다는 필요조건이 있지만, 간단하고 단백질의 변형이 없으며 빠르게 표지가 가능하기 때문에 앞으로 활용이 증대될 것으로 기대한다.

 논문출처: Nat Commun 2018 . 9(1):1870,  doi: 10.1038/s41467-018-04343-0.

 저자: Tomonori Tamura, Tsuyoshi Ueda, Taiki Goto, Taku Tsukidate, Yonatan Shapira, Yuki Nishikawa, Alma Fujisawa, Itaru Hamachi

그림. N-acyl-N-alkyl Sulfonamide 유도체를 활용한 단백질 표지 메커니즘