Light is essential for all living things. Phototropins are involved in phototropism, which helps plants perceive light and grow in the direction of light. Phototropin consists of two photo-oxygen voltage (LOV) domains and a serine-threonine kinase (STK). In particular, in the phototropin of Avena sativa, it is known that when the LOV2 domain receives blue light, the J-alpha helical structure located at the C-terminus is released and STK is activated. In this study, the mechanism of the LOV2 domain was investigated using the time-resolved x-ray solution scattering technique. We observed the unfolding of the J-alpha helix and the dimerization reaction of the LOV2 domain. The LOV2 dimerization upon light irradiation means that the LOV2 domain is involved in the dimerization of phototropin.
빛은 모든 생명체에게 필수적이다. 광활성 단백질은 발색단을 통해 빛 에너지를 흡수한다. 흡수된 광 에너지는 광활성 단백질을 통해 화학적 신호로 전환되어 다양한 생체 반응을 조절한다. 포토트로핀은 식물이 빛을 인식하고 빛이 있는 방향으로 자랄 수 있도록 도와주는 굴광성에 관여한다. 포토트로핀은 2개의 light-oxygen-voltage (LOV) 도메인과 세린-트레오닌키나아제 (STK) 로 구성된다. LOV 도메인이 빛을 받아 활성화되면 STK가 활성화되어 식물의 기공 열림, 엽록체 재배치 및 잎 열림을 조절하는 역할을 수행하게 된다. 특히 귀리의 포토트로핀에서 LOV2 도메인은 푸른 빛을 받으면 카르복시 말단에 위치한 제이알파 헬릭스 구조가 풀리며 STK를 활성화시킨다고 알려져 있다. 이번 연구에서는 시간 분해 엑스선 용액상 산란 기법을 통해 LOV2 도메인의 시간에 따른 구조 변화 메커니즘을 규명했다. 우리는 제이알파 헬릭스가 풀리는 것을 관찰하였고 추가적으로 제이알파 헬릭스가 풀린 뒤 LOV2 도메인의 이합체화 반응이 일어난다는 결과를 처음으로 관찰하였다. 특히 이번에 처음 관찰된 LOV2 이합체화 형성을 통해 포토트로핀의 이합체화 형성에 LOV2 도메인도 관여하고 있다는 사실을 밝혀내었다.
