Proteins with tertiary structure assemble into quaternary complexes to carry out their cellular functions. Therefore, to understand the mechanisms of the quaternary complexes, it is important to elucidate their molecular features. In this study, the molecular features of two distinct multi-subunit protein complexes are investigated. First, the crystal structure of Brucella 26kDa Immunogenic protein (BP26) was determined revealing that sixteen molecules of BP26 form a novel channel-like structure. The crystal structure followed by biochemical and electron microscopy (EM) studies indicates that the proteins with SIMPL domain including BP26, LpqG, and IRAK1BP1 generally form multimeric structures. Second, I reconstituted Chromatin Assembly Factor-1 (CAF-1) with Asf1-H3-H4, and investigated the molecular interaction among these proteins by biochemical and EM approaches, delineating the complex formation of CAF-1 and Asf1-H3-H4. This study provides platforms to understand the molecular mechanism of the quaternary protein complexes: BP26 and CAF-1.
생명체내에서 다양한 단백질들은 각각의 생체내의 고유의 기능을 담당하며, 기능에 맞는 3차 구조를 가지고 있다. 그러나, 개개의 3차구조의 단백질들은 필요에 따라서 더욱 고차원적인 생체 분자 기작을 담당하기 위해 비 공유 결합의 단백질-단백질 상호작용을 통하여 서로 결합하여 단백질 복합체라고 불리는 4차 구조를 형성하게 된다. 이러한 4차 구조는 하나의 3차 구조가 소 단위체가 되어 반복적으로 결합하는 자가 조립을 통해 만들어 지거나, 여러 개의 소 단위체가 결합하는 비 자가 조립을 통해서 만들어 진다. 이렇게 만들어진 단백질 복합체는 대개 고차원적인 기능을 한다고 알려져 있지만, 필요에 따라 조립과 해체를 반복하기 때문에 그 기능과 메커니즘을 이해하기 쉽지 않다. 단백질 복합체의 고차원 기능을 이해하는 것은 생화학 및 세포 생물학적으로 중요하며, 이를 위해 각각의 소 단위체 간의 기능적 상호작용의 이해는 꼭 필요하다. 따라서, 기초적인 생화학 및 세포 생물학적인 연구를 비롯하여, X-선 및 전자 현미경을 이용한 거대 복합체 단백질의 3차원 구조 결정은 각각의 소 단위체 간의 기능적 상호작용에 대한 이해를 제공할 뿐만 아니라, 거대 복합체 단백질이 갖는 생체 내에서의 고차원적인 분자 기작을 이해하는데 실마리를 제공해 줄 수 있다.
본 연구에서는 4차 구조를 형성하는 복합체 단백질의 구조-생화학적인 연구를 통하여 생체내의 기능 및 분자 기작을 이해하고자 연구를 수행하였다. 구체적으로는 하나의 소 단위체가 반복적으로 결합하는 자가 조립을 통해 거대 복합체를 형성하는 브루셀라의 BP26 단백질의 3차원 구조와 그 특징을 규명하였다. 또한, 여러 개의 소 단위체가 결합하는 비 자가 조립을 통해 거대 복합체를 형성하는 CAF-1 복합체의 순수, 대량 정제를 하였으며, 이를 이용하여 소 단위체간의 상호작용을 이해하고자 거대 재조합 단백질 복합체를 조립하고, 생화학적 연구를 통해 CAF-1 거대 복합체의 가능한 모델을 제시하였다.
