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Aug 28, 2023

재조합 Pvfp의 솔루션 구조

커뮤니케이션 생물학 볼륨

커뮤니케이션 생물학 5권, 기사 번호: 739(2022) 이 기사 인용

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일부 해양 생물은 수성 조수 환경에 저항할 수 있으며 젖은 표면에 단단히 부착될 수 있습니다. 이러한 현상은 의학, 생체재료, 조직공학 분야의 잠재적인 응용에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 홍합에서 암석에 대한 접착력은 족사(byssus)라고 불리는 단백질 섬유질 형성의 결과입니다. 우리는 아시아 녹색 홍합 Perna viridis가 분비하는 세 가지 족사 플라크 단백질 중 하나이자 기질과의 상호 작용을 시작하는 구성 요소인 Pvfp-5β의 용액 구조를 제시합니다. 우리는 Pvfp-5β가 두 개의 EGF 모티프 시퀀스의 존재와 일치하여 안정적으로 접힌 구조를 가지고 있음을 보여줍니다. 구조는 μs-ms 시간 규모의 느린 로컬 동작에 의해 영향을 받는 몇 가지 잔류물을 제외하고는 매우 견고하며 EGF 모듈의 상대적 방향에 대해 인공 지능 방법으로 계산된 모델과 다릅니다. 이는 계산 방법이 여전히 성능이 떨어지는 부분입니다. . 우리는 또한 Pvfp-5β가 DOPA 변형 없이도 코아세르베이트할 수 있음을 보여줌으로써 접착 홍합 단백질의 접착 메커니즘을 이해하고 생체 재료 개발에 대한 통찰력을 제공합니다.

홍합, 불가사리, 모래성 벌레와 같은 해양 유기체가 조수 및 폭풍우의 강도에 저항하기 위해 젖은 표면에 어떻게 그렇게 단단히 부착할 수 있는지가 점점 더 많은 관심을 받고 있는 주제입니다1. 이는 표면 생물 오염이 주요 관심사인 해군 산업에서 이 특성이 중요하기 때문일 뿐만 아니라 값비싼 표면 유지 관리가 필요한 표면 부식을 가속화하기 때문입니다. 훨씬 더 흥미로운 점은 재생 의학, 조직 공학 및 재료 과학2,3에서 활용될 수 있는 특성을 가진 새로운 생체 ​​재료의 개발에 이러한 긴밀한 부착 메커니즘에 대한 완전한 이해가 가질 수 있다는 의미입니다.

접착 특성을 가진 해양 유기체 중에는 족사(byssus)라고 불리는 단백질 기반의 끈질긴 부속물의 분비를 통해 강력한 수중 접착 전략을 개발한 홍합이 있습니다. 이것은 서로 얽힌 섬유 다발로 형성된 필라멘트로 구성됩니다4. 각 필라멘트는 접착 기능을 특징으로 하는 홍합발 단백질(mfps)을 포함하는 단백질이 풍부한 플라크로 끝납니다. 이는 방수 접착제 역할을 하며 섬유가 다른 기질에 단단히 고정되도록 합니다5,6. 화학적으로 족사 구성은 담수에서 홍합이 기질을 끌어당겨 움직일 수 있게 해주는 큰 기관인 홍합 발에서 모두 합성되는 여러 가지 다른 단백질로 구성됩니다. 족사는 발의 복부 표면에 있는 홈에서 생성되어 점성 분비물로 삼출되며, 이는 Abeta 펩타이드의 아밀로이드 섬유 형성과 유사한 코아세르베이션 과정에서 물과 접촉 시 점차적으로 경화되어 섬유를 형성합니다7.

가장 많이 연구된 Mytilus 속(mfp-2, -3S, -3F, -4, -5 및 -6)에서 6개의 홍합발 단백질이 확인되었습니다8. 이 유기체의 단백질은 약한 접착 에너지(<5 mN/m)와 생분해성 특성을 갖고 있어 환경 친화적이며9 일반적으로 무독성이며 낮은 면역 반응 특성을 갖습니다10. 홍합발 단백질의 특징은 번역 후 변형을 통해 얻은 티로신 유도체인 카테콜성 아미노산 3,4-디하이드록시-1-페닐알라닌(DOPA)을 함유하고 있다는 것입니다11. DOPA는 수소 결합, 소수성 상호 작용, 금속 배위 및 공유 결합을 형성하는 능력을 통해 다양한 기질에 결합하는 것으로 알려져 있으므로 지금까지 DOPA 유래 폴리머에 초점을 맞춘 많은 연구가 있습니다. 새로운 접착 생체재료 개발.

이전 연구에서 우리는 아시아 녹색 홍합 Perna viridis(Pvfp-5β)17의 mfp 단백질 중 하나의 비DOPA 변형 버전을 특성화했습니다. Pvfp-3α 및 Pvfp-6을 포함하는 이 유기체에 의해 생성된 단백질 중에서 Pvfp-5β가 먼저 분비되고 기질과의 상호 작용을 확립하여 특별한 관심을 끄는 시스템이 됩니다. 이 단백질의 서열은 EGF 모듈과 높은 상동성을 갖는 2개의 직렬 반복을 포함하며 Notch 리간드 Δ-유사 1 단백질의 EGF 반복과 47-50% 동일성을 공유합니다. EGF 모티프는 칼슘 이온을 연결할 수 있는 3개의 보존된 이황화물 다리를 특징으로 하는 모든 베타 단백질이며 Mytilus galloprovincialis의 Mgfp-2와 같은 다른 홍합 접착 단백질에서도 관찰되었습니다. 우리는 박테리아에서 재조합 Pvfp-5β를 생성하는 것이 가능하고 Pvfp-5β가 DOPA 변형 없이도 독성이 낮고 본질적인 접착 특성을 가지고 있음을 입증하여 이 단백질을 표면 코팅 생체 재료로 사용할 가능성을 위안으로 삼았습니다. 손상된 조직의 재생을 포함한 의료 응용. 이러한 결과는 강한 내습성 접착력을 생성하는 데 DOPA 치환 잔류물이 필요하지 않으며 DOPA화 단백질이 해당 DOPA화되지 않은 버전보다 높은 접착 특성을 갖지 않는다는 것을 입증한 다른 연구에 의해 뒷받침되었습니다5,21 22. 우리의 결과는 홍합 접착에서 라이신 잔기(Lys)의 중요성을 강조한 최근 연구와도 일치합니다. 실제로 DOPA와 티로신은 모두 라이신과 같은 양전하를 띤 잔기와 양이온-π 결합을 형성하는 경향이 있으며, 이는 mfps의 흡착된 층의 응집력을 증가시키고 단백질이 풍부한 물질의 자발적인 액체-액체 상 분리를 유도하는 것으로 생각됩니다. 염분 용액27,28,29의 유체상(복합 코아세르화).