SEOUL NATIONAL UNIVERSITY
검색창 닫기
리서치 브리프 2022-04호 : 기질 특이성에 의한 거대 고리형 非리보좀 펩타이드의 생합성 메카니즘 최초 규명

  □ 개요

서울대학교 약학대학 천연물과학연구소 윤여준 교수팀, 오동찬 교수팀은 공동연구를 통하여 부안 갯벌에서 분리한 방선균이 생산하는 거대 유사 이량체 펩타이드 (pseudo-dimeric peptide)인 mohangamide A의 생합성 경로를 분석하였다. 본 연구팀은 N-acetylcysteamine thioester를 결합한 단량체의 합성 중간체들과 thioeseterase 도메인의 in vitro 실험들을 통해 mohangamide A이 생성되는 고리형 이량체화 (cyclicdimerization) 반응이 기질의 구조에 의해 직접적으로 수행되며 두 개의 선형 중간체 (linear intermediates)가 있을 때만 일어남을 규명하였다.

본 연구결과는 유기화학 분야의 저명학술지인 Organic Letters에 게재되었다. (2022, https://doi.org/10.1021/acs.orglett.2c01670. 논문명: Cyclodimerization of Mohangamide A by Thioesterase Domain Is Directed by Substrates. 제1저자: 서울대학교 김면수 박사, 가천대학교 배문형 교수, 교신저자: 서울대학교 윤여준 교수).


□ 연구배경 및 결과

非리보좀 펩타이드는 여러 기능을 지니는 효소 복합체에 의해서 합성이 되며 항생제인 daptomycin이나 면역억제제인 cyclosporin과 같이 다양한 생리활성을 가지는 중요한 물질군으로 알려져 있다. 非리보좀펩타이드 생합성에 관련된 유전자 중 거대 모듈화의 탄소 끝에 위치한 티오에스테라아제 (thioesterase) 도메인은 수산화 (hydrolysis)나 고리화 (cycization) 반응에서 사슬을 내보내는 과정에 관여하는 효소이며 이 과정은 보통 티올레이션 (thiolation) 도메인에 연결된 펩타이드 사슬 전이에 의해 시작된다. 이러한 티오에스테라아제는 효소들을 이용해서 거대 고리형 펩타이드를 생성하는 화학효소적인 접근에서 많은 연구가 이루어지고 있는데 그 중 gramicidin S나 echinomycin과 같이 반복적 티오에스테라아제 (iterative thioesterase) 도메인을 통해 고리형 올리고머화 (cyclo-oligomerization)가 진행되는 특이적인 예들이 보고된 바 있다. 이를 바탕으로 본 연구팀은 부안 모항 갯벌에서 분리한 방선균주 Streptomyces sp. SNM55로부터 생산되는 거대 고리형 非리보좀 펩타이드인 mohangamide A의 특이적인 생합성 메커니즘을 규명하는 연구를 수행하였다. 

 

본 연구팀은 Streptomyces sp. SNM55의 전장 유전체 분석을 바탕으로 Mohangamide A가 고리형 펩타이드 (cyclicpeptide) 단량체 형태인 WS9326A 및 이와 같은 아미노산 배열이지만 다른 아실 사슬(acyl chain)을 지니는 유사 단량체가 직선 형태로 꼬리에서 머리로 연결되는 고리형 이량체화 (cyclicdimerization)를 통해 생성될 것으로 예측하였다. 이를 밝히기 위해 먼저 mohangamide A와 WS9326A 모두 생산하는 Streptomyces sp. SNM55와 WS9326A만 생산하는 Streptomyces calvus균주에서 티올레이션-티오에스테라아제 도메인들 (T-TE domains)을 분리 정제한 후 mohangamide A에서 가수분해 반응을 통해 생성된 두 개의 유사 단량체들에 N-acetylcysteamine thioesters (SNACs)을 붙여 얻은 기질 중간체들을 in vitro 실험을 통해 정제된 각각의 T-TE domains와 반응시킨 결과를 분석하였다. 이 실험의 결과를 통해 거대 고리형 유사 이량체 펩타이드인 mohangamide A가 생합성 되기 위해서는 기존의 WS9326A에 존재하던 아실 사슬을 포함하는 기질과 다이하이드로피리딘 (dihydropyridine)을 포함하는 다른 아실 사슬을 지닌 기질이 동시에 존재해야만 이량체 펩타이드가 형성이 된다는 것을 밝혀낼 수 있었고, 기질 특이성에 의한 고리형 이량체화의 생합성 메커니즘을 규명할 수 있었다 (그림1).

□ 연구결과의 의의

Mohangamide A의 생합성 메커니즘은 지금까지 보고된 바 없는 기질 특이성에 의한 비선형적 (nonlinear) NRPS로, 기존의 생합성 유전자에 대한 생화학적, 유전적 정보에 기반하여 화학적 구조에 따라 달라질 수 있는 미생물 내 유용 천연물의 생합성 경로를 파악하고 이해하는데 중요한 정보를 제공할 수 있다. 또한, 본 연구결과를 응용하여 복잡한 구조를 지니는 거대 이량체 천연물로의 화학구조 변형 방법에 대한 획기적인 전략을 제시하여, 기지 물질의 지속적인 발견으로 인한 천연물 유래 신약개발의 장애 요소를 효과적으로 극복할 수 있을 것이다. 나아가 유용한 생리활성기능을 지닌 천연물의 구조 개량을 통해 신약후보물질의 개발에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

□ 기타

본 연구는 한국연구재단 기초연구실 (BRL) 과제, 중견연구자지원사업 및 바이오의료기술개발사업의 지원을 받아 수행되었다.

목록

수정요청

현재 페이지에 대한 의견이나 수정요청을 관리자에게 보내실 수 있습니다.
아래의 빈 칸에 내용을 간단히 작성해주세요.

닫기