서지주요정보
Structural basis of negative regulation of thioredoxin by thioredoxin-interacting protein = TRX-TXNIP 복합체 결정 구조를 이용한 TXNIP의 TRX 기능조절 기작 연구
서명 / 저자 Structural basis of negative regulation of thioredoxin by thioredoxin-interacting protein = TRX-TXNIP 복합체 결정 구조를 이용한 TXNIP의 TRX 기능조절 기작 연구 / Jungwon Hwang.
저자명 Hwang, Jungwon ; 황중원
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2013].
Online Access 원문보기 원문인쇄

소장정보

등록번호

8029501

소장위치/청구기호

학술문화관(문화관) 보존서고

DCH 13037

휴대폰 전송

도서상태

이용가능

대출가능

반납예정일

초록정보

TXNIP has a large number of TRX-dependent and -independent functions in many biological systems. In the TRX-dependent manner, TXNIP, as a negative regulator of TRX, modulates the redox system by binding to TRX and inhibiting its function. Thus, elucidation of regulatory mechanism in the TRX-TXNIP system will improve our understanding of how TRX behaves in cells and whole organisms, both under normal conditions and in human disease. Together with coimmunoprecipitation assays and NMR experiment results, crystallo-graphic results provide insight into the molecular basis of the negative regulation of TRX by TXNIP. Disulfide switching event is necessary for binding to TRX and inhibiting its activity. The interaction between TRX and TXNIP molecules causes the disulfide bond switching from interprotomer disulfide bond between Cys63 and Cys247 to interdomain Cys63-Cys190 disulfide bond and intermolecular TXNIP Cys247-TRX Cys32 disulfide bond. This disulfide switching event results in different structural rearrangement from those of arrestin family. The intermolecular disulfide bond in the TRX-TXNIP complex is susceptible to the level of oxidative stress such as ROS. This mode of disulfide switching, revealed here for the first time to our knowledge, provides the key insight into the negative regulation of TRX by TXNIP.

산화적 스트레스는 다양한 암을 비롯하여 대사관련 질병을 야기하는 주요 인자로 잘 알려져 있다. 이러한 이유로 인하여 세포 내에는 티록신 시스템을 비롯한 여러 산화 방어기작들이 존재하며, 이런 산화 방어기작들로 인해 세포내의 산화 환원 항상성은 유지된다. 티록신 시스템은 세포내의 산화적 스트레스에 의해 야기된 산화적 단백질들을 환원시키는 티록신과 기능을 마친 티록신을 다시 활성형 상태로 되돌려 주는 티록신 reductase, 환원력을 제공하는 NADPH로 구성된다. 티록신 시스템에 의해 영향을 받는 대표적인 단백질 및 효소가 산화적 환경을 직접적으로 환원적 환경으로 전환시키는 reductive 효소들이다. 또한 세포 내에는 다양한 redox 단백질들이 존재하는데, 세포내의 산화 환원상태에 따라 그 기능이 변하는 redox 단백질에 의해 세포의 운명은 결정된다. 대표적인 redox 단백질로, 세포의 사멸을 유도하는 ASK1, 세포의 증식에 관련하는 PTEN 그리고, 티록신 시스템의 티록신의 기능을 조절하는 TXNIP가 있다. Redox 단백질인 ASK1과PTEN는 티록신과의 상호작용으로 그 기능을 나타내는 반면, TXNIP는 티록신과의 상호작용으로 다양한 티록신의 기능을 조절한다. ASK1은 티록신에 의해 세포의 사멸을 유도하지 못하지만, 티록신과 TXNIP의 상호작용으로 인한 ASK1-티록신의 상호작용이 저해되면, 세포사멸이 유도된다. 마찬가지로, PTEN과 티록신의 상호작용으로 세포의 증식이 유도되지만, TXNIP-티록신 상호작용으로 세포의 증식은 유도되지 않는다. 이처럼, 티록신의 조절인자인 TXNIP는 세포의 산화 환원 항상성을 유지시키는 티록신 시스템의 티록신과 상호작용함으로 세포의 운명을 결정한다. TXNIP에 의한 티록신의 조절 기작을 연구하기 위해 우선, TXNIP-티록신 단백질 복합체의 구조를 규명하고, 이를 바탕으로 한 구조 분석을 수행하였다. 이와 더불어 분자 생물학적 방법 및 생화학적 방법을 이용하여, TXNIP에 의한 티록신의 기능이 어떻게 조절되는지 확인하였다. TXNIP-티록신 단백질 복합체는 intermolecular disulfide 결합을 비롯한 backbone-backbone 상호작용, 수소결합, 이온결합, 소수성 결합으로 두 단백질이 결합하고 있었으며, 이 외에도 interdomain disulfide 결합으로 복합체 구조내의 TXNIP구조가 안정하게 유지되고 있었다. 이 TXNIP는 2개의 arrestin fold를 가지는 단백질이지만, 지금까지 알려진 arrestin 단백질의 전체 모양 W형을 취하지 않고, 특이하게 S형을 취하고 있었다. 이런 특이한 S형을 취하는 것은 티록신의 기능을 가장 효율적으로 조절하기 위한 TXNIP의 최적의 형태임을 확인하였다. TXNIP-티록신의 상호작용을 통한 티록신의 기능조절을 위해서는 티록신은 활성형 상태를 유지해야 하며, TXNIP는 산화적 상태, 즉 disulfide bond를 형성하고 있어야 한다. 이를 토대로 제안된 모델이 TXNIP내의 intramolecular disulfide bond와 티록신과의 상호작용에 의한 티록신 기능조절이다. 그러나, TXNIP-티록신 단백질 복합체 구조분석을 통해, TXNIP내의 intramolecular disulfide bond가 아닌 interprotomer disulfide bond임을 예상하고, co-immunoprecipitation assay 및 mass spectrometric analysis를 통해 interprotomer disulfide bond의 형성을 검증하였다. 또한 이렇게 형성한 interprotomer disulfide bond와 티록신의 상호작용이 산화 환원 상태에 따라 변한다는 사실을 확인하였다. 이로서, 다음과 같은 새로운 모델을 제시할 수 있다. 정상적인 환경에서는 TXNIP와 티록신과의 상호작용에 의해 티록신의 기능이 조절되며, 세포내의 산화 환원적 환경이 변하게 되면, 티록신은 TXNIP-티록신 단백질 복합체로부터 분리되어 산화적 환경을 환원시키는 reductive 효소들을 활성화시키게 된다. 세포내의 산화적 환경이 정상적으로 완화되어 티록신의 기능이 다시 조절되기 위해서 interprotomer disulfide bond를 가지는 TXNIP와 상호작용하여 안정한 형태의 TXNIP-티록신 단백질 복합체를 형성하게 된다. 요약하면, TXNIP에 의한 티록신의 기능은 disulfide bonds의 switching에 의한 단백질 분리 (TXNIP-티록신), 새로운 결합 (TXNIP-TXNIP), 그리고, TXNIP의 구조적 변화를 통한 안정한 단백질 복합체로의 재결합 (TXNIP-티록신)으로 조절된다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCH 13037
형태사항 iv, 60 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 황중원
지도교수의 영문표기 : Jie-Oh Lee
지도교수의 한글표기 : 이지오
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 화학과,
서지주기 References : p. 53-58
주제 TRX
TXNIP
redox
oxidative stress
티록신
산화
환원
항성성
QR CODE qr code