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단백질 수식화(post-translational protein modifications, PTMs)

 단백질 수식화는 세포 내부 및 외부 변화에 대해 세포가 역동적으로 반응하여 세포 항상성(homeostasis)을 유지하게 하는 중요한 전략이다. 단백질 수식화는 타깃 단백질에 원자단(인산기, 히드록시기, 메틸기, 아세틸기, 니트로기 등) 혹은 단백질(유비퀴틴, ISG15, SUMO, UFM1, NEDD8 등)이 공유결합에 의해 연결되는 가역적 화학 반응으로서, 프로테옴(proteome)의 기능적 다양성을 증가시키고 정교한 조절을 가능하게 하여 정상적인 세포생리뿐 아니라 인간의 병태생리에도 중대한 영향을 끼침이 알려지고 있다.

 흥미로운 점은, 20,000~25,000개의 유전자로 이루어진 인간 게놈으로부터 100,000개의 전사체가 형성되고 이후 단백질 수식화를 통해 100만개 이상의 기능적 다양성을 갖는 프로테옴이 생성된다는 사실이다.

 이러한 단백질 수식화는 단백질의 folding, 안정성, 세포내 위치 결정뿐 아니라, 단백질의 활성화/불활성화, 촉매 기능을 정교하게 조절하기 때문에 단백질 수식화 연구는 면역 질환, 암, 퇴행성 뇌질환, 당뇨 등 심각한 질환의 병인 기전 연구에 커다란 가치가 있다고 할 수 있다.

단백질 수식화(post-translational protein modifications, PTMs)

유비퀴틴과 유비퀴틴-유사단백질에 의한 단백질 수식화


 1970년대 중반, 진핵생물에서 진화적으로 매우 높게 보존된 유비퀴틴이 발견되었고 1980년대 후반 이후부터 현재까지 유비퀴틴과 진화적/구조적으로 연관성을 갖는 10개 미만의 유비퀴틴-유사 단백질이 밝혀져 있다. 유비퀴틴 혹은 유비퀴틴-유사 단백질에 의한 타깃 단백질의 수식화(유비퀴틴화, 아이에스지화, 수모화, 유페엠화 등)는 신호전달 과정의 메신저로 작용하여 전사, DNA 수선, 신호전달, 오토파지, 세포주기 조절, 세포사멸 등 다양한 세포 과정을 조절한다.

  최근 유비퀴틴 혹은 유비퀴틴-유사 단백질에 의한 단백질 수식화의 비정상적 조절 및 수식화 관련 효소(E1, E2, E3 효소)의 돌연변이 형성이 질병(면역 질환, 암, 퇴행성 질환, 당뇨를 비롯한 대사 질환) 발생의 원인이 됨이 밝혀지면서 유비퀴틴 혹은 유비퀴틴-유사 단백질에 의한 단백질 수식화 관련 연구의 중요성이 부각되고 있고 단백질 수식화 시스템을 표적으로 하는 화합물은 치료제로 주목받기 시작하고 있다.

Ub와 Ubl의 구조적 유사성과 기능적 다양성