Bak은 Bcl-2 단백질 계열에 속하는 세포사멸(apoptosis)의 핵심 실행자이다. Bak은 소수성 홈을 포함하고 있으며, 이곳에 proapoptotic Bcl-2 계열 구성원의 BH3 도메인이 수용될 수 있는데, 이는 Bak의 활성을 개시한다. 일단 활성화되면 Bak은 올리고머화를 유도하는 구조적 변화를 겪고, 그 결과 미토콘드리아 불안정화가 초래되며 시토크롬 c가 세포질로 방출되어 결국 세포사멸로 이어진다. 본 연구에서는 testis에서 특이적으로 발현되는 비정형(noncanonical) BH3-only 단백질인 peroxisomal testis-specific 1 (Pxt1)과 Bak 간의 상호작용이 갖는 분자적 측면과 기능적 결과를 조사하였다. 다양한 생화학적 접근법과 함께, Bak-Pxt1 BH3 복합체의 결정 구조를 규명함으로써 이 상호작용을 원자 수준에서 검증하고 분석하였다. 심층적인 생화학적 및 세포 분석 결과, Pxt1은 Bak-활성화 proapoptotic 인자로 기능하며, Bak과의 직접적인 분자간 상호작용을 매개하는 그 BH3 도메인이 세포사멸 유발에 결정적인 역할을 수행함이 밝혀졌다. 따라서 본 연구는 Pxt1 매개 세포사멸 활성화의 새로운 경로에 대한 분자적 근거를 제공하며, BH3 도메인을 포함하는 다양한 단백질들이 조율하는 세포사멸 신호전달에 대한 이해를 확장한다.

B-세포 림프종-2(B-cell lymphoma-2, Bcl-2) 길항/킬러(Bak)의 활성화 또는 불활성화는 미토콘드리아 외막의 투과성 변화(outer membrane permeabilization)에 의존하는 세포사멸(apoptosis)을 조절하는 데 중요하다. Bak의 친(親)세포사멸 활성은 Bcl-2 상동성 3(Bcl-2 homology 3, BH3) 도메인과의 분자 간 상호작용에 의해 조절되며, 이 BH3 도메인은 Bak의 소수성 포켓(hydrophobic pocket)에 수용된다. Bcl-2-상호작용 단백질 5(Bcl-2-interacting protein 5, Bnip5)는 Bak과 상호작용하는 비정전형(noncanonical) BH3 도메인 함유 단백질이다. Bnip5는 Bak의 친세포사멸 활성 조절에 대한 영향과 관련하여 논란의 여지가 있는 특징을 갖는다. 본 연구에서는 Bnip5 BH3에 결합된 Bak의 결정 구조를 규명하였다. 분자 간 결합은 얼핏 전형적인 양상을 보이는 듯했으나, 775 nM의 해리 상수(dissociation constant)를 통해 높은 결합 친화도를 설명할 수 있을 정도로, 소수성 상호작용과 함께 수소 결합/이온 결합에 의해 그 결합이 유지됨을 확인하였다. 복합체에 대한 구조 분석 결과, Bnip5는 Bak-활성화 친세포사멸 인자(peroxisomal testis-enriched protein 1)와 유사한 방식으로 Bak과 상호작용하며, 특히 Bak의 분자 내 정전기적 전기적 네트워크(intramolecular electrostatic network)를 불안정화하는 데서 그러함이 관찰되었다. 본 구조는 Bnip5 BH3에 의해 유도되는 Bak의 급격하고 연속적인 형태 변화 및 화학량적(stoichiometric) 변화의 초기 지점을 반영하는 것으로 간주되며, 이는 Bak 매개 세포사멸 조절에서 Bnip5가 보이는 효과를 설명하는 데 도움이 될 것으로 생각된다.