고해상도 결정 구조와 cryo-EM 구조는 공통적인 2-도메인 아키텍처를 규명하고, 기질 유도에 따른 순응 변화, 도메인 상호 협동성 및 촉매 기전에 대한 통찰을 제공한다. 돌연변이 연구는 His284와 같은 보존 잔기뿐 아니라 효소 동역학에 대한 그들의 영향도 부각한다. 특히 McsB와 같은 세균성 아르기닌 키나제 유사 키나아제의 구조는 McsA와 같은 활성화 인자에 의해 매개되는 조절 기전을 밝혀낸다. 이러한 구조적 다양성과 기능적 특이성은 포스파젠 키나아제의 진화적 적응성을 시사하며, 잠재적 약물 표적 또는 진단 표지자로서의 관련성을 강조한다.

철은 대부분의 원핵세포에서 대사와 성장에 필수적이다. 페릭 섭취 조절자(ferric uptake regulator, Fur) 단백질은 세균에서 철 항상성 및 대사 과정의 조절에 중추적인 역할을 한다. Fur는 환경 신호에 대한 반응으로 철의 적절한 활용과 세포 기능의 유지를 보장한다. Fur 단백질은 N-말단의 DNA 결합 도메인(DNA-binding domain, DBD)과 C-말단의 이량체화 도메인(dimerization domain, DD)으로 구성되며, 일반적으로 용액 내에서 이량체로 존재한다. Fur 단백질에는 S1, S2, S3로 명명된 보존적 금속 결합 자리가 있다. 그중 S2 자리는 조절 자리로 작용하며, S2에서의 금속 결합은 구조적 변화를 유발한다. 또한 전사 조절자로서 Fur는 Fur box라고 불리는 일치(consensus) DNA 서열에 특이적으로 결합한다. Fur 단백질의 구조적 및 기능적 특성을 규명하기 위해, 금속 또는 DNA 결합 Fur 단백질이나 apo-Fur 단백질의 다양한 구조가 규명되었다. 본 총설에서는 리간드 결합 상태에 따른 Fur 단백질의 구조적 특성과 Fur 단백질을 표적하는 약물 개발 전략에 초점을 맞춘다. 이러한 정보는 약물 발견에 유용한 통찰을 제공한다.

(MtbPBP4)는 카복시펩티다아제로 기능하는 것으로 알려져 있으며, 결핵 치료 약물 또는 항생제의 표적으로서 카복시펩티다아제가 갖는 역할과 중요성은 지난 10년 동안 광범위하게 조사되어 왔다. 그러나 그들의 정확한 관여 양상은 여전히 불완전히 이해되고 있다. 본 연구에서는 예측 모델링을 수행하고 MtbPBP4의 3차원 구조를 분석하였다. 흥미롭게도 MtbPBP4는 상동체에 비해 구별되는 도메인 구조를 보였다. meropenem을 이용한 도킹 연구는 PBP에서 보존된 활성 부위 잔기의 존재를 확인하였다. 이러한 결과는 MtbPBP4의 분자적 기능을 이해하기 위한 구조적 기반을 확립함과 동시에 새로운 항생제 탐색을 위한 기반을 제공한다.

펩타이드 기반 치료제는 전통적으로 혈중에서의 불안정성과 제한된 세포막 투과성 등 여러 과제에 직면해 왔다. 그러나 최근 α-helix 스테이플드 펩타이드 변형 기술의 발전은 그 효능에 대한 관심을 다시 불러일으켰다. 특히 이러한 발전은 펩타이드의 안정성을 향상시키고 세포막 침투성을 높이기 위한 매우 효과적인 방법을 보장한다. 특히 항균 펩타이드(AMPs) 분야에서 스테이플드 펩타이드 기법의 적용은 펩타이드 안정성을 크게 증가시켰으며, 다수의 펩타이드에 성공적으로 적용되어 왔다. 또한 펩타이드의 이차 구조를 제한하는 것 또한 생물학적 활성을 향상시킬 수 있음이 입증되었다. 본 총설에서는 탄화수소-스테이플드 항균 펩타이드가 약물과 같은 성질을 향상시키기 위해 거치는 전체 과정을 고찰한다. 먼저, 약물로서의 활성에 필요로 하는 필수 이차 구조 요소를 검증하고, alanine scanning을 통해 특이적 잔기를 확인한 뒤, 스테이플링 기법을 정밀한 위치에 전략적으로 도입한다. 더불어 이러한 구조 기반 스테이플드 펩타이드가 AMPs로서 작동하는 기전도 탐색하여 포괄적이고 흥미로운 논의를 제공한다.

고해상도 결정 구조와 cryo-EM 구조는 공통적인 2-도메인 아키텍처를 규명하고, 기질 유도에 따른 순응 변화, 도메인 상호 협동성 및 촉매 기전에 대한 통찰을 제공한다. 돌연변이 연구는 His284와 같은 보존 잔기뿐 아니라 효소 동역학에 대한 그들의 영향도 부각한다. 특히 McsB와 같은 세균성 아르기닌 키나제 유사 키나아제의 구조는 McsA와 같은 활성화 인자에 의해 매개되는 조절 기전을 밝혀낸다. 이러한 구조적 다양성과 기능적 특이성은 포스파젠 키나아제의 진화적 적응성을 시사하며, 잠재적 약물 표적 또는 진단 표지자로서의 관련성을 강조한다.

철은 대부분의 원핵세포에서 대사와 성장에 필수적이다. 페릭 섭취 조절자(ferric uptake regulator, Fur) 단백질은 세균에서 철 항상성 및 대사 과정의 조절에 중추적인 역할을 한다. Fur는 환경 신호에 대한 반응으로 철의 적절한 활용과 세포 기능의 유지를 보장한다. Fur 단백질은 N-말단의 DNA 결합 도메인(DNA-binding domain, DBD)과 C-말단의 이량체화 도메인(dimerization domain, DD)으로 구성되며, 일반적으로 용액 내에서 이량체로 존재한다. Fur 단백질에는 S1, S2, S3로 명명된 보존적 금속 결합 자리가 있다. 그중 S2 자리는 조절 자리로 작용하며, S2에서의 금속 결합은 구조적 변화를 유발한다. 또한 전사 조절자로서 Fur는 Fur box라고 불리는 일치(consensus) DNA 서열에 특이적으로 결합한다. Fur 단백질의 구조적 및 기능적 특성을 규명하기 위해, 금속 또는 DNA 결합 Fur 단백질이나 apo-Fur 단백질의 다양한 구조가 규명되었다. 본 총설에서는 리간드 결합 상태에 따른 Fur 단백질의 구조적 특성과 Fur 단백질을 표적하는 약물 개발 전략에 초점을 맞춘다. 이러한 정보는 약물 발견에 유용한 통찰을 제공한다.

(MtbPBP4)는 카복시펩티다아제로 기능하는 것으로 알려져 있으며, 결핵 치료 약물 또는 항생제의 표적으로서 카복시펩티다아제가 갖는 역할과 중요성은 지난 10년 동안 광범위하게 조사되어 왔다. 그러나 그들의 정확한 관여 양상은 여전히 불완전히 이해되고 있다. 본 연구에서는 예측 모델링을 수행하고 MtbPBP4의 3차원 구조를 분석하였다. 흥미롭게도 MtbPBP4는 상동체에 비해 구별되는 도메인 구조를 보였다. meropenem을 이용한 도킹 연구는 PBP에서 보존된 활성 부위 잔기의 존재를 확인하였다. 이러한 결과는 MtbPBP4의 분자적 기능을 이해하기 위한 구조적 기반을 확립함과 동시에 새로운 항생제 탐색을 위한 기반을 제공한다.

펩타이드 기반 치료제는 전통적으로 혈중에서의 불안정성과 제한된 세포막 투과성 등 여러 과제에 직면해 왔다. 그러나 최근 α-helix 스테이플드 펩타이드 변형 기술의 발전은 그 효능에 대한 관심을 다시 불러일으켰다. 특히 이러한 발전은 펩타이드의 안정성을 향상시키고 세포막 침투성을 높이기 위한 매우 효과적인 방법을 보장한다. 특히 항균 펩타이드(AMPs) 분야에서 스테이플드 펩타이드 기법의 적용은 펩타이드 안정성을 크게 증가시켰으며, 다수의 펩타이드에 성공적으로 적용되어 왔다. 또한 펩타이드의 이차 구조를 제한하는 것 또한 생물학적 활성을 향상시킬 수 있음이 입증되었다. 본 총설에서는 탄화수소-스테이플드 항균 펩타이드가 약물과 같은 성질을 향상시키기 위해 거치는 전체 과정을 고찰한다. 먼저, 약물로서의 활성에 필요로 하는 필수 이차 구조 요소를 검증하고, alanine scanning을 통해 특이적 잔기를 확인한 뒤, 스테이플링 기법을 정밀한 위치에 전략적으로 도입한다. 더불어 이러한 구조 기반 스테이플드 펩타이드가 AMPs로서 작동하는 기전도 탐색하여 포괄적이고 흥미로운 논의를 제공한다.

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아르기닌 키나아제는 무척추동물에서 핵심 인산화효소(phosphagen kinase)로, 포스포아르기닌과 ADP 사이의 인산기를 가역적으로 전달함으로써 신속한 ATP 재생을 촉진한다. 구조 연구에 따르면, 이 효소는 리간드가 없는 상태와 리간드가 결합한 상태에서 각각 서로 다른 결합 형태를 취하며, 이는 각각 ‘open’과 ‘closed’ 형태로 알려져 있다. 이러한 순응 변화는 촉매 활성에 필수적이며, 인산기 전달(phosphoryl transfer) 동안 활성 부위 잔기의 정밀한 배치와 루프의 폐쇄를 가능하게 한다. 전이상태 유사체 복합체는 촉매 작용의 중간 단계를 모사함으로써, open/closed 구조 모델의 기능적 관련성을 뒷받침하는 추가적인 통찰을 제공해 왔다. 또한 여러 종에 걸친 연구들은 아르기닌 키나아제의 단량체 및 이량체 형태가 그 알로스테릭 조절과 기질 특이성에 어떻게 기여하는지 보여준다. 아르기닌 키나아제는 대사적 역할 외에도 갑각류에서 주요 알레르겐으로 인식된다. 그 구조적 독창성과 척추동물에서의 부재는 선택적 약물 표적화의 유망한 후보가 될 수 있게 한다. 결정학적 데이터와 기능적 맥락을 통합함으로써, 본 총설은 아르기닌 키나아제의 보존된 특징과 종 특이적 변이를 조명하며, 이는 억제제 설계에 정보를 제공할 수 있다. 이러한 분자들은 인체에서의 갑각류 관련 알레르기 반응을 관리하기 위한 항기생충제이자 새로운 치료제로서의 잠재력을 가질 수 있다.

HEPN-MNT는 제7형 TA 모듈로서, HEPN 독소와 MNT 항독소로 구성되며, 이는 뉴클레오타이드일전이효소(nucleotidyltransferase)로서 해당 HEPN 독소에 NMP 부분기를 전달함으로써 독성 작용을 방해한다. 여기서 우리는 Legionella pneumophila의 HEPN-MNT 모듈에 대한 결정 구조를 HEPN, AMPylated HEPN, MNT 및 HEPN-MNT 복합체를 포함하여 보고한다. 구조 분석과 생화학적 분석 결과는 HEPN이 금속 의존성 RNase임을 시사하며, 그 활성 부위 잔기를 규명하였다. 또한 용액 내에서의 HEPN의 올리고머화 상태도 설명하였다. 흥미롭게도 긴 C-말단 α4 헬리스를 결여한 L. pneumophila의 MNT는 HEPN과의 서로 다른 결합 양식을 통해 HEPN 독소의 독성을 조절한다. 마지막으로, 구조 및 기능 연구를 바탕으로 L. pneumophila HEPN-MNT 모듈의 포괄적인 조절 기전을 제안한다. 이러한 결과는 제7형 HEPN-MNT TA 시스템에 대한 통찰을 제공한다.

Streptococcus pneumonia는 그람양성 및 통성혐기성 세균으로, 중이염, 지역사회획득 폐렴, 패혈증, 수막염을 포함한 여러 질환을 유발한다. 항생제 내성 균주의 출현과 함께, 새롭고 독특한 기전을 가진 항생제의 개발이 시급하다. 주로 원핵생물에서 발견되는 독소-항독소(토신-앤티톡신, TA) 시스템은 독소와 이에 상응하는 항독소 유전자로 구성된다. YefM-YoeB 모듈은 제2형(Type II) TA 시스템으로, YoeB 독소는 활성화 시 추정되는 mRNA 간섭 효소로 기능하는 반면, YefM 항독소는 YoeB와 함께 자신의 프로모터 영역에 결합함으로써 전사 억제자로 작용한다. 본 연구에서는 TA 시스템의 결합 기전을 이해하기 위해 S. pneumoniae TIGR4로부터 YefM-YoeB 복합체의 결정 구조를 규명하였다. 또한 YoeB 독소의 리보뉴클레아제 활성을 확인하기 위해 시험관 내 리보뉴클레아제 활성 분석을 수행하였다. 아울러 용액 내에서 YefM-YoeB 복합체의 올리고머 상태를 조사하였고, DNA 결합 양식(dna-binding mode)을 제안하였다. YefM-YoeB 복합체에 대한 이러한 구조적 및 기능적 통찰은 S. pneumonia 관련 질환을 표적으로 하는 새로운 항생제 개발에 유용한 정보를 제공할 수 있다.

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