.Unlocking Vision’s Secrets: Researchers Reveal 3D Structure of Key Eye Protein
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시력의 비밀 풀기: 연구원들이 주요 눈 단백질의 3D 구조를 공개
폴란드 과학 아카데미 물리화학 연구소2025년 4월 18일, 시각 순환 RBP3의 단백질 구조 눈은 많은 비밀을 숨기고 있습니다. IPC PAS의 과학자들은 망막 질환이 진행되는 동안 눈에서 일어나는 복잡한 메커니즘을 밝혀내고 있습니다. 사진 제공: DIFFERENT- Restaurant in the Darkness. 출처: IPC PAS, Grzegorz Krzyzewski
연구자들은 시력의 핵심 단백질인 RBP3의 3D 구조를 밝혀내어, 이 단백질이 레티노이드와 지방산을 어떻게 운반하는지, 그리고 이 단백질의 기능 장애가 망막 질환으로 어떻게 이어질 수 있는지를 밝혔습니다. 단백질은 인체에서 세포, 조직, 장기의 필수적인 구조적, 기능적 구성 요소로서 중요한 역할을 합니다. DNA 복제와 같은 기본적인 세포 기능부터 시각 기능을 포함한 더 복잡한 생리 활동에 이르기까지 광범위한 생물학적 과정에 관여합니다.
시각 체계 내에서 단백질은 빛을 감지하고, 광수용체 세포에서 광색소를 합성하고, 세포 내에서 신호를 전달하는 데 필수적입니다. 유전자 돌연변이나 단백질 기능 장애 등 어떤 형태의 장애든 정상적인 시력을 저해하고 다양한 시각 장애를 유발할 수 있습니다. 최근 폴란드 과학 아카데미 물리화학 연구소 과학자들은 국제 중개 눈 연구 센터(ICTER)와 협력하여 RBP3 단백질에 대한 새로운 구조적 통찰력을 제공했습니다. 이들의 연구 결과는 시각 회로와 망막 질환의 연관성에 대한 우리의 이해를 증진시켰습니다.
천연 광학 검출기 인간의 자연적인 광학 센서인 눈은 세상을 인식하는 데 필요한 놀랍도록 복잡한 기관입니다. 눈의 기능은 수많은 분자들의 조화로운 활동에 달려 있습니다. 시력은 눈 뒤쪽을 감싸고 있는 얇은 조직층인 망막에서 시작되는데, 망막에는 광수용체(간상세포와 원뿔세포)라고 하는 빛에 민감한 세포들이 있습니다. 이러한 광수용체는 빛을 감지하여 전기 신호로 변환하고, 이 신호는 시신경을 통해 뇌로 전달되어 시각적 이미지를 형성할 수 있도록 합니다.
이 과정에서 핵심 분자는 11-시스-레티날(11cRAL)인데, 이는 로돕신과 같은 옵신 단백질에 결합하는 빛에 민감한 화합물입니다. 이러한 상호작용은 빛을 전기 신호로 변환하여 시각 과정을 시작합니다. 광자가 흡수되면 11-시스-레티날(11cRAL)이 전-트랜스-레티날로 이성질화되는 것을 포함한 일련의 화학 반응이 일어나 시력이 시작됩니다. 시력이 유지되려면 11cRAL이 시각 주기라는 과정을 통해 지속적으로 재생되어야 합니다. 여기서 이야기가 시작됩니다.
RBP3: 레티노이드 수송체의 등장 여기서 또 다른 분자가 등장합니다. 바로 레티놀 결합 단백질 3(RBP3)입니다. 이는 세포간 기질에 위치하여 시각 회로의 정상적인 기능을 유지하는 특수 단백질입니다. RBP3는 광수용체와 망막 색소 상피 세포 사이에서 레티노이드를 운반하는 역할을 하며, 일부 중요한 지방산을 결합하는 것으로도 알려져 있습니다. RBP3는 광수용체와 망막 색소 상피 세포 사이에서 중요한 분자들을 주고받아 시각 색소가 광자 자극에 따른 다양한 반응에 대비할 수 있도록 합니다. 당뇨병과 관련된 안구 질환인 당뇨병성 망막증은 심각할 경우 RBP3 수치가 감소하고 점진적인 시력 상실로 이어집니다.
RBP3는 포도당 수송체 1(GLUT1) 및 혈관내피성장인자(VEGF)와 같은 수용체와 상호작용하여 눈의 혈관 성장 및 세포 신호 전달에 관여합니다. RBP3가 손상되면 리포푸신과 같은 망막 "노폐물"이 축적되어 RPE 및 광수용체 세포에 산화적 손상을 유발할 수 있습니다. 당뇨병성 망막병증 외에도 RBP3 수치 저하로 인해 색소성 망막염, 범망막변성, 근시가 발생할 수 있습니다. RBP3의 구조 밝히기 RBP3와 이러한 질병의 연관성은 잘 알려져 있지만, 레티노이드와 결합하여 이를 운반하는 기전은 아직 명확하게 규명되지 않았습니다. 이러한 미스터리는 폴란드 과학 아카데미 산하 물리화학 연구소(ICTER)의 움베르토 페르난데스 박사가 이끄는 국제 연구팀의 관심을 끌었습니다.
연구팀은 RBP3가 다양한 레티노이드와 지방산에 결합할 때 RBP3의 세부적인 구조에 대한 통찰력을 얻는 데 집중했습니다. 연구의 주요 목표는 RBP3의 천연 형태에 대한 실험적 구조 모델이 부족하다는 점을 극복하는 것이었습니다. 이를 위해 저자들은 돼지 RBP3(pRBP3)를 정제하고 저온전자현미경(cryoEM)을 사용하여 구조를 분석했습니다. 극저온 조건에서 데이터를 수집한 후, 여러 단계와 소프트웨어를 통해 데이터를 정제하여 최종적으로 단백질의 3차원 구조/모델을 도출했습니다.
또한, 소각 X선 산란(SAXS)을 이용하여 화물 분자에 따른 형태 변화에 대한 데이터를 제공했습니다. 흥미롭게도, RBP3의 구조는 길어지거나 구부러질 수 있는데, 이는 화물이 도킹되는 동안 구조의 동적 변화를 시사합니다. "RBP3의 특성에 대한 기존 지식과 돼지 RBP3 변이체를 분리하는 간단한 방법을 바탕으로, 돼지 RBP3를 정제하고 다른 RBP3와 유사한 푀르스터 공명 에너지 전달 거동을 보이는 단백질을 얻었습니다. CryoEM 데이터 분석을 통해 3.67 Å 분해능에서 돼지 RBP3 단백질의 구조를 결정하고 리간드 결합에 따른 형태 변화를 관찰했습니다."라고 움베르토 페르난데스 박사는 말했습니다.
RBP3 기능에 대한 통찰력 실험 결과를 통해 3차원 구조를 결정할 수 있었고, 리간드와 결합할 때 구조적 변화가 발생한다는 사실이 밝혀졌으며, 이는 시각 주기 동안 RBP3의 기능적 메커니즘에 대한 통찰력을 한 단계 발전시킨 것입니다. 4개의 레티노이드 결합 모듈로 구성된 대형 분자인 RBP3는 오래전에 본래의 촉매 기능을 잃었으며, 다양한 분자와 상호 작용하고 눈에 레티노이드와 지방산을 전달하는 화물 수송체로 진화했습니다. 연구 결과에 따르면, 단백질은 다양한 분자가 결합하는 동안 그 형태를 변화시키는데, 이는 단백질 내 다른 분자와의 상호작용 및 신호 전달의 효율성과 관련이 있습니다. 결과적으로, 이러한 형태 변화는 빛에서 시각 신호로의 변환 조절에 중요한 역할을 할 수 있습니다. 페르난데스 박사는 "모든 측정 변수에서 돼지 변이체는 더욱 완벽하게 특성화된 소 변이체를 모방합니다.
RBP3가 다양한 레티노이드와 지방산을 적재하는 능력, 후자가 전자를 치환하는 능력, 그리고 리간드 동일성에 따른 구조적 변화는 IPM 세포간 기질에 인접한 의도된 세포 유형에 레티노이드(그리고 잠재적으로 DHA )를 적재 및 하역하는 데 중요한 기반이 될 수 있습니다. 따라서 RBP3 복합체는 추가 연구가 필요합니다."라고 말했습니다. RBP3와 같이 단백질의 작용에 영향을 미치는 유전적 돌연변이를 포함한 단백질을 이해하는 것은 망막 질환에서 나타나는 과정의 메커니즘을 규명하는 데 필수적입니다.
이 생리활성 분자의 상세한 구조를 밝히는 것은 다양한 단백질과의 상호작용 연구에 있어 중요한 이정표입니다. 제시된 연구 결과는 RBP3 분자가 초기 망막 질환 발병 바이오마커로 작용할 수 있는 더욱 효과적이고 빠른 진단에 활용될 수 있음을 보여줍니다. 더 나아가, RBP3 활성을 조절하여 시각 기능 장애 치료법 개발에도 기여할 수 있습니다.
참고문헌: Vineeta Kaushik, Luca Gessa, Nelam Kumar, Matyáš Pinkas, Mariusz Czarnocki-Cieciura, Krzysztof Palczewski, Jiří Nováček, Humberto Fernandes의 “CryoEM 구조 및 돼지 레티놀 결합 단백질 3의 소각 X선 산란 분석”, 2025년 1월 1일, Open Biology . DOI: 10.1098/rsob.240180 본 연구는 유럽연합의 스마트 경제 기금(FENG.02.01-IP.05-T005/23)에 따라 폴란드 과학 재단이 공동으로 지원했으며, 유럽연합의 유럽지역개발기금(ERDF)에 따라 폴란드 과학 재단의 국제연구아젠다 프로그램(MAB/2019/12) 프로젝트도 지원했습니다. 또한, 미국 국립보건원(NIH) R01EY009339의 지원도 받았습니다. 저자는 또한 캘리포니아 대학교 어바인 캠퍼스의 안과학과 Gavin Herbert Eye Institute에 제한 없는 예방 실명 연구 지원, NIH 핵심 보조금 P30EY034070, MEYS CR(LM2023042) 및 유럽 지역 개발 기금 프로젝트 "통합 구조 생물학을 위한 체코 인프라 혁신"(번호 CZ.02.01.01/00/23_015/0008175)의 지원, 유럽 위원회의 Horizon 2020 프로그램, PASIFIC 박사후 펠로우십 프로그램(계약 번호 PAN.BFB.S.BDN.315.022.2022; 프로젝트 번호 DPE/2023/00007)에서 자금을 지원한 iNEXT-Discovery(프로젝트 번호 871037)에 감사드립니다. 이 프로젝트는 유럽 연합의 Horizon에서 자금을 지원받았습니다. 2020년 연구 및 혁신 프로그램은 마리 퀴리-퀴리 연구비 수여 계약 번호 847639와 과학 및 고등교육부의 지원을 받고, 웰컴/MRC에서 자금을 지원하는 cryoEM 교육 프로그램(218785/Z/19/Z)을 통해 cryoEM 교육을 제공합니다.
메모 2504190453_소스1.분석중【】
_[2-4】대형분자가 눈에 레티노이드와 지방산을 전달하는 화물 수송체로 진화는데 qpeoms 공간이 분자가 구조변화에 적응하는데 제3조건 zz'의 xz,yz' 이동이 자유로와진 탓일 수 있다. 어허.
_【3】단백질이 다양한 분자와 결합하여 그 형태를 자유롭게 변하는 능력을 qpeoms이론에서 정의역하는 새로운 견해는 자유로운 제3조건 zz'.vixer.cz,yz'의 개념정리 때문에 가능할 수 있음을 즉각 적용하게 된다.
이는 기존개념의 qpeoms의 제3조건의 봉인을 해제 시킨 점이다. 단백질이 자유롭게 분자와 결합하여 안정상태를 유지하는데 이론적 근거가 마련된다.
susqer 구조의 얽힘은 빛의 수용체의 분자화된 RBP3 모습일 수도 있다.
물론 더 복잡하게 더 유연하게 xz,yz'.third condition이 xyz,3d 좌표계를 만들어내어 분자를 안정되게 광수용체로 분자구조에 대해 3d 그래픽처럼 위치조정할 수도 있다.
이는 기존의 vix.zz' 조건 제약에서 수직y수평x의 순열1234...이동을 통해 벗어나, 자유로운 free제3조건 이론(*new) 정의역을 수용함으로써, 생물학적 분자의 위상적 형태가 빛에 반응에 최적화되도록 단백질의 분자구조를 자유롭게 형태 변화 시킬 수 있다. 어허.
기존의 vix.system.제3조건 zz'
sample 1.vix.a'6//vixx.a(b1,g3,k3,o5,n6)
b0acfd|~ |0000e0
000ac0|~|f00bde
0c0fab|~ |000e0d
e00d0c|~|0b0fa0
f000e0|~ |b0dac0
d0f000|~ |cae0b0
0b000f|~ |0ead0c
0deb00|~|ac000f
ced0ba|~|00f000
a0b00e|~|0dc0f0
0ace00|~|df000b
0f00d0|~|e0bc0a
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