식물 세포에서 ALMT는 환경에 대한 식물의 반응을 조절하는 주요 세포막 및 액포막 국소화 음이온 채널이다. 액포 ALMT는 식물 세포에서의 음이온 축적을 제어하며, 기공세포에서는 기공 개도를 조절한다. 액포 ALMT의 활성화는 막전위와 세포질 말레이트에 의존하지만, 그 근본적인 분자 기작은 아직 명확하지 않다. 여기서는 말레이트에 의해 활성화되는 액포 음이온 채널인 Arabidopsis thaliana(AtALMT9)의 ALMT9에 대해, 플러그드 및 언플러그드 지질 결합 상태에서의 cryo-EM 구조를 보고한다. 이들 모든 상태에서 막 지질은 AtALMT9의 이온 전도 경로와 상호작용한다. 우리는 상이한 두 가지 막공(pore) 폭 프로파일을 나타내는 두 가지 언플러그드 상태를 규명하였다. 구조적 및 기능적 분석을 결합하여, 이온 전도와 막공 지질 상호작용에 관여하는 보존적 잔기를 확인하였다. 분자동역학 시뮬레이션은 AtALMT9에서의 특이한 음이온 전도 기작을 보여주었다. 우리는 채널의 세포질 입구에서 막공 지질과 말레이트 사이의 경쟁에 기반한 막전위 의존적 활성화 기작을 제안한다.

연속 정제 공정은 기존 배치 정제 공정에 비해 생산성과 효율이 높기 때문에 생물의약품의 정제에 유익할 수 있다. 그러나 규제상의 이슈와 확립된 사례의 부재로 인해 산업 현장에서 연속 공정의 도입이 어렵다. 본 연구에서는 저역가 효소를 모델 생물의약품으로 하여 정제를 위한 고도화된 연속 공정의 설계 및 최적화를 위한 사례 연구를 보고한다. 생물의약품 정제에서 기존 배치 공정을 고도화된 연속 공정으로 전환하기 위해, 초여과/투석여과(UF/DF) 및 배치 크로마토그래피를 포함한 기존 단위조작(UO)들을, 인라인 희석 컨디셔닝(IDC)과 주기적 대향류 크로마토그래피(PCC)와 같은 고도화된 방식으로 대체하였다. UF/DF UO는 pH와 전도도를 조절하기 위해 IDC UO로 변경하였다. IDC에서 시료와 컨디셔닝 버퍼의 혼합비는 세 가지 버퍼를 사용한 실험을 통해 결정하였다. PCC는 컬럼 높이와 시료 로딩 체류 시간의 두 변수를 사용하여 최적화하였는데, 이는 컬럼 내 델타 압력이 1.0 bar 미만이었기 때문이다. PCC를 효율적으로 제어하기 위해 운전 영역을 나타내는 그래프를 작성하였다. IDC에서 시료 부피는 증가하였지만, PCC는 배치 크로마토그래피보다 더 빠르게 정제를 수행한다는 상보적 장점을 보였다. 저역가 효소 정제에 고도화된 연속 공정을 적용했을 때 경제적 이점이 최소 25% 증가하는 것을 관찰하였다. 본 연구는 UF/DF와 배치 크로마토그래피를 IDC와 PCC로 대체한 연속 공정뿐 아니라, 운전 영역을 도식화하여 PCC를 최적화하는 방법도 제안한다.

음이온 채널 SLAC1은 ABA 신호전달에서 중요한 효과기(effecter)로 기능하며 기공의 폐쇄를 유도한다. SLAC1은 세포질 내 도메인에서의 인산화(phosphorylation)에 의해 활성화된다. 활성화에 대한 결합-활성화 모델과 억제-방출(inhibition-release) 모델 모두가 SLAC1의 닫힌 구조(closed structures)만을 바탕으로 제안되어, 구조 기반 활성화 기전(structure-based activation mechanism)은 논쟁적이었다. 여기서는 개방 및 폐쇄 상태에서 Arabidopsis SLAC1 WT와 인산화 모사(phosphomimetic) 변이체의 cryo-EM 구조를 보고한다. 개방 구조를 닫힌 구조들과 비교하면 도전성(전도) 기공(conductance pore)의 개방을 위한 구조적 기반이 드러난다. 세포질 도메인(ICD)의 다중 인산화는 ICD가 막관통(transmembrane) 도메인으로부터 분리되는 것을 유발한다. 세포질 고리(intracellular loop) 2 (ICL2)의 보존된 양전하를 띠는 서열 모티프는 음전하를 띤 인산화 ICD를 감지할 수 있는 것으로 보인다. ICL2와 ICD 사이의 상호작용은 큰 폭의 구조적 변화(conformational changes)를 유도하여 기공을 확장한다. 본 연구 결과를 바탕으로 우리는 SLAC1이 결합-활성화 모델과 억제-방출 모델을 결합한 기전에 의해 작동한다고 제안한다.

ABA 처리가 없는 경우 지연된 발아와 생장 지연을 보였다. 또한 이들은 OsPYL5를 과발현하는 형질전환 벼 라인(OsPYL5-OX)과 비교하여 발아 및 초기 유식물 생장 분석에서 ABA에 대한 감수성이 증가한 양상을 보였다. 더 나아가 OsPYL5-OX에 비해, ABA 무처리뿐 아니라 낮은 농도의 ABA 조건에서도 ABA 반응성 유전자들이 극적으로 상향 조절되었다. 이러한 형질전환 라인들은 대조 품종 및 OsPYL5-OX에 비해 가뭄 및 염 스트레스에 대한 내성이 향상되었다. 종합하면, 본 연구 결과는 ABA 비의존적 수용체 기능을 가능하게 하는 OsPYL5의 핵심 잔기를 규명할 뿐만 아니라, 염기성 스트레스 내성을 개선하기 위해 ABA 수용체를 공학적으로 설계하는 것이 가능함을 시사한다.

(knockout) 마우스는 OA 발생이 감소된 양상을 보였다. 또한 실ico 및 생화학적 분석을 통해 vaspin이 p38 및 JNK 신호전달 경로를 활성화하여 AP-1에 의해 매개되는 분해성 인자 생산과 연골 붕괴를 조절함을 확인하였다. 마지막으로 vaspin을 표적하는 나노바디인 vas nanobody를 동정하고 특성화하였으며, DMM 마우스에서 관절강 내로 주입한 vas nanobody가 vaspin-AP-1 축을 효과적으로 차단하여 OA를 치료할 수 있음을 보였다. 종합하면, vaspin-AP-1 축의 차단은 OA 발생을 예방하기 위한 효과적인 치료 전략이 될 수 있음을 시사한다.

탄닌산(TA)은 피부 세포와 피부 조직의 세포외기질(ECM)을 구성하는 프롤린이 풍부한 단백질(proline-rich proteins)에 부착하는 주목할 만한 능력을 지닌다. 이러한 특정 부착 능력을 갖춘 약물 전달체는 피부에서의 약물 전달 효율을 향상시킨다. 이를 바탕으로 본 연구는 경피적 항산화 전달 강화를 위한 피부-부착성 TA-접합 지질 나노소포(TANVs)를 제시한다. TANVs는 수소 결합 및 반데르발스 상호작용을 통해 각질형성세포의 프롤린이 풍부한 단백질(KPRPs)과 피부 세포를 구성하는 콜라겐과 선택적인 분자 간 상호작용을 나타내었으며, 이는 거시적인 피부 자체 및 ECM에 대한 강한 결합을 추가로 가능하게 했다. 우리는 효과적으로 산화 스트레스를 감소시키는 것으로 알려져 있으나 피부 침투가 제한적인 약물인 비타민 E(α-tocopherol)를 약물로 사용하여 in vitro 전달 개선 및 치료 효능을 검증하였다. 평가는 항산화제 탑재 TANVs가 자외선 또는 과산화물에 의해 피부에서 유도된 반응성 산소종에 대해 우수한 소거 효과를 나타냄을 확인하였으며, 그 결과 진피 치료를 위한 활성 약물 전달 시스템의 개발을 가능하게 했다.

식물 세포에서 ALMT는 환경에 대한 식물의 반응을 조절하는 주요 세포막 및 액포막 국소화 음이온 채널이다. 액포 ALMT는 식물 세포에서의 음이온 축적을 제어하며, 기공세포에서는 기공 개도를 조절한다. 액포 ALMT의 활성화는 막전위와 세포질 말레이트에 의존하지만, 그 근본적인 분자 기작은 아직 명확하지 않다. 여기서는 말레이트에 의해 활성화되는 액포 음이온 채널인 Arabidopsis thaliana(AtALMT9)의 ALMT9에 대해, 플러그드 및 언플러그드 지질 결합 상태에서의 cryo-EM 구조를 보고한다. 이들 모든 상태에서 막 지질은 AtALMT9의 이온 전도 경로와 상호작용한다. 우리는 상이한 두 가지 막공(pore) 폭 프로파일을 나타내는 두 가지 언플러그드 상태를 규명하였다. 구조적 및 기능적 분석을 결합하여, 이온 전도와 막공 지질 상호작용에 관여하는 보존적 잔기를 확인하였다. 분자동역학 시뮬레이션은 AtALMT9에서의 특이한 음이온 전도 기작을 보여주었다. 우리는 채널의 세포질 입구에서 막공 지질과 말레이트 사이의 경쟁에 기반한 막전위 의존적 활성화 기작을 제안한다.

연속 정제 공정은 기존 배치 정제 공정에 비해 생산성과 효율이 높기 때문에 생물의약품의 정제에 유익할 수 있다. 그러나 규제상의 이슈와 확립된 사례의 부재로 인해 산업 현장에서 연속 공정의 도입이 어렵다. 본 연구에서는 저역가 효소를 모델 생물의약품으로 하여 정제를 위한 고도화된 연속 공정의 설계 및 최적화를 위한 사례 연구를 보고한다. 생물의약품 정제에서 기존 배치 공정을 고도화된 연속 공정으로 전환하기 위해, 초여과/투석여과(UF/DF) 및 배치 크로마토그래피를 포함한 기존 단위조작(UO)들을, 인라인 희석 컨디셔닝(IDC)과 주기적 대향류 크로마토그래피(PCC)와 같은 고도화된 방식으로 대체하였다. UF/DF UO는 pH와 전도도를 조절하기 위해 IDC UO로 변경하였다. IDC에서 시료와 컨디셔닝 버퍼의 혼합비는 세 가지 버퍼를 사용한 실험을 통해 결정하였다. PCC는 컬럼 높이와 시료 로딩 체류 시간의 두 변수를 사용하여 최적화하였는데, 이는 컬럼 내 델타 압력이 1.0 bar 미만이었기 때문이다. PCC를 효율적으로 제어하기 위해 운전 영역을 나타내는 그래프를 작성하였다. IDC에서 시료 부피는 증가하였지만, PCC는 배치 크로마토그래피보다 더 빠르게 정제를 수행한다는 상보적 장점을 보였다. 저역가 효소 정제에 고도화된 연속 공정을 적용했을 때 경제적 이점이 최소 25% 증가하는 것을 관찰하였다. 본 연구는 UF/DF와 배치 크로마토그래피를 IDC와 PCC로 대체한 연속 공정뿐 아니라, 운전 영역을 도식화하여 PCC를 최적화하는 방법도 제안한다.