세균 종 전반에 걸쳐 널리 보존되어 있는 YhcH/YjgK/YiaL(DUF386) 계열은 필수적인 세포 과정에 관여하나, 현재까지는 그 특성이 충분히 규명되지 않았다. Salmonella enterica serovar Typhimurium의 YjgK는 금속 항상성과 관련된 생물막 형성에서의 잠재적 역할 때문에 주목을 받아 왔으며, 이는 세균의 생존에 중요할 수 있다. 본 연구에서는 분해능 1.76 Å에서 YjgK의 결정 구조를 보고하며, 각 단량체가 젤리 롤(jelly roll)형 β-샌드위치 접힘을 갖는 이합체(dimer) 배열을 확인하였다. 이러한 접힘은 깔때기 모양의 공동(funnel-shaped cavity)을 형성하여, 잠재적인 리간드 결합 가능성을 시사한다. 구조 분석을 통해 이합체당 2개의 아연 이온을 확인하였고, 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS)로 이를 확인하였다. 아연 이온은 보존된 잔기(Glu62, His64, Asp69, His128)에 의해 배위되어 사면체(tetrahedral) 기하구조를 형성한다. 상동 단백질과의 구조적 비교 결과, 전체적인 접힘에서는 유사성이 유의미하게 나타났으나 금속 이온 특이성에서는 차이가 확인되었으며, YhcH는 구리를 결합하고 HP1029는 아연을 결합한다. Salmonella에서 YjgK가 결손된 경우 생물막 형성이 증가하였으나, YjgK 과발현은 생물막 형성에 거의 영향을 미치지 않았다. 본 연구 결과는 YjgK의 아연 결합 능력이 금속 이온 항상성에서 핵심적인 역할을 수행하여, 감염 과정에서 마주치는 것과 같은 금속 제한 환경에 반응해 Salmonella가 생물막을 형성하는 능력에 기여할 수 있음을 시사한다. DUF386 접힘의 종 간 보존성과 금속 이온 배위에서의 변이는 이 계열 내 기능적 분화가 일어났음을 나타낸다.

또한, 본 연구는 D237이 D12를 대체하면서도 인산가수분해효소 활성을 유지할 수 있음을 보여주었다. 요약하면, 본 연구는 HAD-like 인산가수분해효소 활성에서 금속 이온의 새로운 역할을 밝혀냈다.

세균 종 전반에 걸쳐 널리 보존되어 있는 YhcH/YjgK/YiaL(DUF386) 계열은 필수적인 세포 과정에 관여하나, 현재까지는 그 특성이 충분히 규명되지 않았다. Salmonella enterica serovar Typhimurium의 YjgK는 금속 항상성과 관련된 생물막 형성에서의 잠재적 역할 때문에 주목을 받아 왔으며, 이는 세균의 생존에 중요할 수 있다. 본 연구에서는 분해능 1.76 Å에서 YjgK의 결정 구조를 보고하며, 각 단량체가 젤리 롤(jelly roll)형 β-샌드위치 접힘을 갖는 이합체(dimer) 배열을 확인하였다. 이러한 접힘은 깔때기 모양의 공동(funnel-shaped cavity)을 형성하여, 잠재적인 리간드 결합 가능성을 시사한다. 구조 분석을 통해 이합체당 2개의 아연 이온을 확인하였고, 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS)로 이를 확인하였다. 아연 이온은 보존된 잔기(Glu62, His64, Asp69, His128)에 의해 배위되어 사면체(tetrahedral) 기하구조를 형성한다. 상동 단백질과의 구조적 비교 결과, 전체적인 접힘에서는 유사성이 유의미하게 나타났으나 금속 이온 특이성에서는 차이가 확인되었으며, YhcH는 구리를 결합하고 HP1029는 아연을 결합한다. Salmonella에서 YjgK가 결손된 경우 생물막 형성이 증가하였으나, YjgK 과발현은 생물막 형성에 거의 영향을 미치지 않았다. 본 연구 결과는 YjgK의 아연 결합 능력이 금속 이온 항상성에서 핵심적인 역할을 수행하여, 감염 과정에서 마주치는 것과 같은 금속 제한 환경에 반응해 Salmonella가 생물막을 형성하는 능력에 기여할 수 있음을 시사한다. DUF386 접힘의 종 간 보존성과 금속 이온 배위에서의 변이는 이 계열 내 기능적 분화가 일어났음을 나타낸다.

또한, 본 연구는 D237이 D12를 대체하면서도 인산가수분해효소 활성을 유지할 수 있음을 보여주었다. 요약하면, 본 연구는 HAD-like 인산가수분해효소 활성에서 금속 이온의 새로운 역할을 밝혀냈다.

단백질 인산화는 가장 널리 관찰되고 중요한 단백질 번역후 변형(post-translational modification, PTM) 과정 중 하나이다. 단백질 인산화는 단백질 키나아제에 의해 조절되는데, 각 키나아제는 단백질의 세린(Ser), 트레오닌(Thr), 또는 티로신(Tyr) 잔기의 아미노산 측쇄에 인산기(phosphate group)를 공유 결합으로 부착하며, 반대로 단백질 포스파타아제는 인산화 단백질(phosphoprotein)로부터 인산기를 제거한다. 이러한 가역적인 효소 활성은 다양한 세포 과정에서 단백질의 여러 기능들을 활성화하거나 비활성화함으로써 조절 기전을 제공한다. 본 총설에서는 세린/트레오닌(Ser/Thr) 단백질 키나아제와 단백질 Ser/Thr 포스파타아제에 초점을 맞추어, 이들의 구조와 기질 인식에 대해 기술하고 요약하며, 또한 인산화에 의해 단백질 구조가 조절되는 과정을 다룬다. 본 총설에서 검토한 연구들과 그로부터 얻어진 정보는 단백질 인산화의 기전에 관한 추가적인 구조생물학적, 생화학적 및 통합 연구에 기여할 수 있으며, 나아가 단백질 키나아제 또는 단백질 포스파타아제를 표적으로 하는 약물 발견 접근법에도 도움이 될 수 있다.

박테리오파지가 생산하는 엔도리신(endolysin)은 세균 세포벽의 펩티도글리칸(peptidoglycan) 층을 분해함으로써 파지(progeny) 자손의 방출에 필수적인 역할을 한다. 박테리오파지에 의해 암호화된 엔도리신은 급증하는 항생제 내성에 대응하기 위한 새로운 계열의 항균제 계열로 부상하였다. Escherichia coli를 감염시키는 PBEC131 파지에서 유래한 공학적 엔도리신 EC340인 mtEC340M의 결정 구조를 규명하였다. 분해능 2.4 Å에서의 mtEC340M 결정 구조는 8개의 α-헬릭스와 2개의 루프(loop)로 구성된다. mtEC340M의 3개 활성 잔기는 펩티도글리칸 분해 리소자임(lysozyme)과의 구조적 비교를 통해 예측되었다.

Epstein-Barr 바이러스(EBV) LMP2A와 Nedd4 계열 E3 유비퀴틴-단백질 리가아제 사이의 상호작용은 LMP2A 연관 단백질의 유비퀴틴화(ubiquitination)를 촉진하며, 그 결과 정상적인 B-세포 신호전달의 교란을 초래한다. 여기에서 우리는 hAIP4의 WW2 도메인의 용액 구조를 규명하고, LMP2A의 N-말단 도메인과 WW2 도메인이 관여하는 결합 양상을 조사하였다. WW2 도메인은 3가닥의 반평행 β-시트(anti-parallel β-sheet)로 이루어진 보존적인 WW 도메인 골격을 제시했으며, 서로 다른 결합 기전을 통해 두 개의 PY 모티프를 결합하였다. NMR 적정과 ITC 자료는 LMP2A의 PY 모티프가 WW2 도메인의 XP 홈(XP groove; 세 번째 β-시트 주변에 위치한 잔기)과 약하게 인식하고 상호작용할 수 있음을 보여주었고, 이어서 두 PY 모티프 사이의 잔기들이 WW2 도메인의 루프 1(loop 1) 영역과의 상호작용을 통해 결합을 최적화한다는 점을 밝혔다. 특히, WW2 도메인의 β1과 β2 사이 헤어핀 고리(hairpin loop) 영역에 위치한 Val15 잔기는 PY 모티프의 말단 잔기에 따라 독특한 변화 양상을 보였다. 이러한 결과는 헤어핀 고리가 XP 홈 외부에서의 추가 상호작용을 담당한다는 것을 시사했으며, 이 가설은 중수소 교환(deuterium exchange) 실험에서 확인되었다. 이러한 약하지만 광범위한 상호작용은 PY 도메인과 WW 도메인 간에 형성되는 복합체를 안정화할 수 있다.

본 연구에서는 사람 장병원성 세균 Shigella flexneri의 기능이 규명되지 않은 단백질 SF173의 결정 구조와 생물정보학적 분석 결과를 보고한다. 구조는 두 개의 소단위로부터 각각의 α2 및 α3 헬리스를 포함하는 아디머성 코어(adimeric core)에 의해 형성되며, 각 단량체의 N-말단 α1 헬리스를 서로 교환(swap)하여 서로 단단히 맞물린 디머를 형성함을 보여준다. 구조적 관찰과 게놈 분석 결과는 SF173이 오페론 내에서 부분적으로 겹쳐진 상류의 생성물(upstream product)인 SF172에 결합함으로써, 그로부터 추정되는 기능을 수행할 수 있음을 시사한다. YaeO(= SF172의 상동체)는 세균 전사 종결인자 Rho 단백질의 억제제로 확인되었으므로, SF173은 Rho 단백질이 SF172/YaeO에 결합하는 것을 억제함으로써 Rho 의존성 전사 종결 조절에 관여할 것으로 제안된다.

세포 대사체는 중요한 신호 전달 단서로 작용하지만, 복잡하고 아직 알려지지 않은 화학적 특성의 영향을 받는다. 키뉴레닌(kynurenine)은 트립토판 대사체로서 암과 면역계에서 핵심적인 역할을 한다. 키뉴레닌은 비정형적이고 비 리간드-유사(ligand-like)이며 고도로 극성인 구조를 지니고 있음에도 불구하고, 다양한 환경 및 세포 리간드에 반응하는 PER, ARNT, SIM(PAS) 계열 전사인자인 아릴 탄화수소 수용체(aryl hydrocarbon receptor, AHR)를 활성화한다. 키뉴레닌의 활성은 배양 또는 장기 보관에 의해 100–1000배 증가하며, 활성화 전후에 AHR 유도를 위한 동일한 구조적 시그니처를 갖는 AHR의 소수성 리간드 결합 포켓에 의존한다. 우리는 키뉴레닌의 극미량 활성(Trace-active) 유도체를 정제하고, trace-extended aromatic condensation products(TEACOPs)로 명명한 서로 밀접하게 관련된 두 가지 새로운 축합 생성물을 확인했으며, 이들은 낮은 picomolar 수준에서 활성하다. 예측된 구조 중 하나에 대한 합성 화합물은 화학적 구조 및 AHR 약리학 모두에서 정제된 화합물과 일치하였다. 본 연구는 키뉴레닌이 AHR의 전(前)리간드(pro-ligand)로 작용하며, 수용체 작용제(agonist)로 기능하기 위해서는 새로운 화학적 전환이 필요함을 뒷받침하는 증거를 제시한다.

Shigella flexneri는 그람음성의 혐기성 세균으로, 사람에서 고도로 전염성이 있는 세균성 이질을 유발한다. 본 연구에서는 S. flexneri 5a 균주 M90T로부터 유래한 가설 단백질 SF216의 결정 구조를 1.7 Å 해상도로 규명하였다. SF216의 결정 구조는 사분체 간 상호작용 및 이온 매개 전기정전기적 상호작용에 의해 안정화된 동형삼량체(homotrimer)를 나타낸다. 각 소단위체는 β-가닥 3개와 α-헬릭스 5개로 구성되며, β-β-β-α-α-α-α-α-α 토폴로지를 가진다. 구조적 정보를 바탕으로, SF216이 형광 소광(fluorescence quenching) 분석을 통해 약한 리보뉴클레아제(ribonuclease) 활성을 보임도 확인하였다. 또한, 계산적 매핑을 통해 SF216 구조의 표면에서 약물 표적화 가능 부위(추정 hot spot)를 확인하였다.