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SARS-CoV-2 스파이크 단백질에는 3개의 "관절"이 있다.
단백질 머리의 줄기와 부분은 가정보다 두꺼운 설탕 보호층으로 덮여 있어.
백신 개발에 중요한 정보.

코로나바이러스, 예상보다 더 민첩하다.
SARS-CoV-2 스파이크 단백질에는 3개의 "관절"이 있으며 침전물에 의해 잘 보호된다.

유연성 및 보호 :
연구원들은 코로나바이러스가 우리 세포에 도킹하는 데 사용하는 단백질 SARS-CoV-2의 스파이크 단백질 구조에 대해 예기치 않은 새로운 통찰력을 얻었다.
이 "왕관"의 줄기에는 결합 부위가 있는 단백질 머리를 비정상적으로 유연하게 만드는 3개의 관절이 있다. 또한, 단백질 머리의 줄기와 부분은 가정보다 두꺼운 설탕 보호층으로 덮여 있다. 이것은 백신 개발에 중요하다.

▲ SARS-CoV-2 코로나바이러스 표면에 있는 스파이크 단백질은 놀랍게도 이동성이 있으며 보호당(녹색)으로 덮여 있다. © MPI for Biophysics

코로나바이러스 SARS-CoV-2의 스파이크 단백질은 외부에서 가장 두드러진 특징일 뿐만 아니라 이 바이러스의 감염 및 방어에 결정적인 역할을 한다. 이 단백질의 엉성한 머리에는 바이러스가 우리 세포의 ACE2 수용체에 도킹하여 침투하는 결합 부위가 있기 때문이다.
동시에, 이 구조는 항체와의 싸움에서 구별되는 특징으로 항체 역할을 하므로 백신에서도 사용된다.

스파이크 단백질의 구조

스파이크 단백질의 구조를 가능한 한 정확하게 아는 것이 더욱 중요하다.
분리된 단백질의 구조 모델은 이미 원자 정확도로 이용 가능했지만, 이 단백질의 자연 위치에 대한 정확한 구성은 부분적으로만 알려졌다.
최근 하이델베르그의 EMBL (European Molecular Biology Laboratory)의 Beata Turonova가 이끄는 연구자들은 온전한 바이러스에 대한 스파이크 단백질의 분자 구조를 거의 원자 분해능으로 분석하는 데 처음으로 성공했다.

연구팀은 먼저 냉동 전자 현미경을 사용하여 1천 개의 동결 건조 바이러스와 단백질의 고해상도 스냅샷을 촬영했다. 이 저온 조영술은 이미 바이러스 당 약 40개의 스파이크 단백질의 개별 단백질 서브 유닛을 보여주었다. 컴퓨터를 이용한 단층 촬영 처리를 통해 거의 원자 정확도로 스파이크 단백질의 머리와 줄기를 매핑할 수 있었다.

▲ 스파이크처럼 튀어 나온 모양때문에 스파이크 단백질은 코로나 바이러스에 이름이 붙었다. 그들의 "머리"로 SARS-CoV-2는 우리 세포에 결합한다.

단백질 손잡이에 있는 3개의 "관절"

놀라운 결과 :
바이러스 스파이크 단백질의 줄기가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 이동성이 뛰어나다.
프랑크푸르트에 있는 막스 플랑크 생물물리학연구소의 공동저자 게르하르트 훔머(Gerhard Hummer)는 “손잡이가 매우 단단할 것으로 예상되었다. 그러나 우리의 모델과 사진에서 줄기가 매우 유연하다는 것을 발견했다."고 말했다.
이것은 결합 부위가 있는 단백질 헤드가 거의 직각으로 기울어지게 한다.

Paul Ehrlich Institute의 공동저자 Jacomine Krijnse Locker는 “줄기는 줄에 달린 풍선처럼 바이러스 표면에서 움직이는 것처럼 보이며 따라서 표적 세포와 결합하는 수용체를 찾을 수 있다”고 설명한다.
연구원들은 이 이동성이 스파이크 단백질 줄기에 있는 세 개의 관절에 의해 발생한다는 것을 발견했다. 이 경첩(엉덩이, 무릎 및 발목)은 18도에서 28도 사이로 기울일 수 있어 머리를 자유롭게 움직일 수 있다.

두꺼운 설탕 외투를 입고 있다.

기록은 또한 전체 스파이크 단백질이 설탕과 같은 퇴적물의 조밀한 껍질로 덮여 있음을 보여주었다. 이러한 글리칸은 인식 가능한 단백질 구조의 일부를 숨기므로 면역 체계가 바이러스를 인식하기 어렵다. 동시에, 그들은 항체와 면역 세포가 표면 단백질의 중요한 지점에 도킹하는 것을 방해한다.

<SARS-CoV-2의 스파이크 단백질은 움직이는 줄기 덕분에 움직인다.
© Sören von Bülow, Mateusz Sikora, Gerhard Hummer / 생물 물리학 MPI>

이 지식은 항체 요법의 사용뿐만 아니라 백신 개발에도 중요하다.
둘 다 바이러스가 세포에 결합하는 데 사용하는 스파이크 단백질의 지점에서 시작하기 때문에 SARS-CoV-2의 특정 구성에서 예상보다 더 잘 보호된다.

좋은 소식은 스파이크 단백질의 결합 부위가 분리된 단백질에 대한 이전 연구에서 알려진 바와 같이 현장에서 거의 동일하게 보인다는 것이다.
EMBL의 공동저자 마틴 벡(Martin Beck)은 "스파이크 단백질의 상단 구형 부분은 백신 개발에 사용되는 재조합 단백질에 의해 잘 재현되는 구조를 가지고 있다"라고 설명했다.
(Science, 2020; doi: 10.1126/science.abd5223)

출처 : EMBL, Paul Ehrlich Institute-Federal Institute for Vaccines and Biomedical Medicines 

<더사이언스플러스> Green Soul, Beautiful Science" 

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