BAFF (B-cell activating factor, also termed BLyS, TALL-1, THANK, and zTNF4) is a key regulator of B-lymphocyte maturation. BAFF has sequence and structural homology with TNF family proteins. Its biological role is mediated by the specific receptors BCMA, TACI, and BAFF-R. BAFF-R appears to be the major BAFF receptor for B-cell development in vivo. We have determined the crystal structure of BAFF-R bound to BAFF at a resolution of 3.3Å. The extracellular domain of human BAFF-R were co-expressed with human BAFF in Hi5 insect cells (Invitrogen) using a recombinant baculovirus system. The BAFF/BAFF-R complexes are purified and crystallized. The BAFF-R extracellular domain adopts a β -hairpin structure, and binds to the virus-like BAFF cage in a 1:1 molar ratio. The conserved DxL motif of BAFF-R is located on the tip of the β -turn, and plays an indispensable role in the binding of BAFF. The crystal structure shows that a unique dimeric interaction occurs between the BAFF-R monomers in the virus-like cage complex. Binding of BAFF-R to trimeric BAFF induces multimerization of the complex in solution. Both the cysteine-rich domains (CRDs) of TACI contain the DxL motifs and may simultaneously interact with the BAFF dimer in the virus-like cage. We propose that in the complex with the BAFF cage, the TACI intracellular domains are arranged differently from those of BAFF-R or BCMA.
Part I BAFF는 B 림프구 분화에 중요한 역할을 하는 물질이다. BAFF는 BLyS, TALL-1,THANK, zTNF4으로 불리기도 한다. BAFF는 TNF family들의 DNA 염기서열과 전체적인 구조가 비슷하다. BAFF는 BCMA, TACI, BAFF-R 이 세가지 receptor에 붙을 수 있고 이에 의해 세포 신호를 야기시킨다. 이 중 B 림프구 분화에 중요한 역할을 하도록 하는 BAFF의 주된 receptor는 BAFF-R임이 알려졌다. 우리는 BAFF와 BAFF-R의 복합체 단백질 결정을 구했고 이로부터 단백질의 구조를 밝혀냈다. 두 단백질의 복합체는 재조합 Baculovirus 시스템을 사용한 곤충 세포에서 발현시켰고 여러 단계의 정제과정을 거쳐 순수한 단백질을 얻어 결정화에 들어갔다. BAFF-R의 전체적인 구조는 β -hairpin 구조를 하고 있었으며 정이십면체 모양의 BAFF에 1:1의 개수 비율(BAFF 60개, BAFF-R 60개)로 결합하고 있었다. BAFF-R의 β -turn의 끝 쪽에 위치한 Conserve된 DxL 모티프는 BAFF와의 결합에 아주 중요한 역할을 하고 있었다. 또한 단백질 결정 구조에서 정이십면체의 BAFF에 붙음으로써 BAFF-R의 dimmer가 만들어지는 것을 관찰할 수 있었다. 이로부터 우리는 BAFF-R에 ligand trimer BAFF가 붙음으로써 BAFF의 inter trimer dimerization이 일어 나게 되고 이에 따라 receptor ligand aggregation이 생체 내에서 일어나 B 림프구 분화 신호를 일으킬 수 있다는 모델을 제시하였다. 앞으로도 이 receptor 활성화 부분에 대해서는 더 많은 연구가 필요할 것이다. 새롭게 얻은 BAFF/BAFF-R 복합체 구조는 류마티스 관절염 같은 여러 자가면역질환의 치료제 개발에 많은 도움을 줄 수 있을 것이다.
Part II Angiotensin-I converting enzyme은 혈압조절에 중요한 역할을 하는 Angiotensin-I과 bradykinin의 C말단쪽 두개의 peptide를 잘라주는 효소이다. Angiotensin-이 ACE에 의해 잘려지면 혈압을 올려주는 Angiotensin-II가 만들어지게 되고, 혈압을 저해시켜주는 bradykinin은 ACE에 의해 잘려지면 비활성화 되어서 혈압을 저해시켜주는 역할을 하지 못하게 된다. 우리는 사람 ACE와 아주 유사한 초파리 AnCE의 구조를 결정하였고, 또한 현재 약으로 쓰이는 captopril과 lisinopril과의 결합체 구조 역시 분석하였다. ACE의 전체적인 구조는 21개의 α helix와 3개의 β strand로 이루어져 있었고 안쪽 가운데 부근에 peptide가 붙을 수 있는 땅콩 모양의 큰 통로가 존재하고 있는 것을 구조를 통해 확인할 수 있었다. 그리고 그 통로 중간의 좁아지는 부분에 효소반응에 중요한 active site가 존재하고 있었다. 반응 기질과 저해제가 ACE에 붙을 수 있는 이유는 바로 이 좁아지는 통로에 자리잡고 있는 active site 부근의 여러 아미노산 잔기들와 기질의 peptide들 또는 저해제 사이의 아주 specific한 수소결합이나 이온결합들을 이루고 있기 때문이다. 또한 효소 활성에 중요한 역할을 하는 아연(zinc)이온은 Glutamate395과 HExxH 모티프의 histidine들과 배위를 이루며 안정화되고 있다. 최근 밝혀진 tACE 의 구조와 ACE2의 구조와 AnCE의 구조는 전체적으로 아주 유사하며, 이 구조를 바탕으로 현재까지 개발된 많은 고혈압치료제(ACE저해제) 보다 훨씬 더 효율적인 약들을 개발할 수 있을 것이다.
