생명체에서 발견된 가장 거대한 단백질

 

(Prymnesium parvum cell. Credit: Greg Southard, Texas Parks and Wildlife Department)

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(Stylistic size comparison of PKZILLA-1 and human titin, not to scale, wherein PKZILLA-1 is shown as roughly 25% larger than titin. Abbreviations: megadalton (MDa), acyl carrier protein (ACP), ketosynthase (KS), ketoreductase (KR), dehydratase (DH), enoylreductase (ER), fibronectin (Fn), immunoglobulin (Ig). Titin figure adapted from https://pdb101.rcsb.org/motm/185 under Creative Commons license, attribution: David S. Goodsell, RCSB Protein Data Bank (PDB). ACP structure modeled from bacterial ACP (PDB id: 2FAE). KS, KR, DH, ER, modeled from mammalian fatty acid synthase (PDB id: 2VZ8). Credit: Tim Fallon, Ph.D.)

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지금까지 발견된 것 가운데 가장 큰 단백질 챔피언의 바뀌었다는 소식입니다. 본래 1위 였던 단백질은 인간의 근육에서 발견되는 티틴 (titin)이라는 단백질로 1,000nm 혹은 1마이크로미터 크기에 3,990kDa 혹은 3.99MDa의 질량을 지니고 있습니다. 일반적인 단백질이 대개 50kDa 정도의 질량을 지닌 점을 생각하면 티틴은 예외적으로 큰 단백질입니다.

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하지만 이 기록을 깬 새로운 단백질은 전혀 의외의 생물에서 나왔습니다. 바로 독성 조류(algae)인 황조류 (golden algae)의 일종인 프리네슘 파븀 (Prymnesium parvum)가 그 주인공입니다. 프리네슘은 식물독소인 프림네신(prymnesin)을 생산해 많은 물고기를 죽게 만들기 때문에 우려의 대상이 되고 있습니다.

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그런데 이를 연구하던 캘리포니아 대학 샌디에이고 캠퍼스의 스크립스 해양학 연구소의 브래들리 무어 (Bradley Moore, a marine chemist with joint appointments at Scripps Oceanography and Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences)와 동료들은 프림네신을 생성하는 단백질을 조사하던 중 놀라운 사실을 발견했습니다.

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프림네신을 만드는 PKZILLA-1 단백질의 크기가 1,250nm에 달하고 질량도 4,730kDa에 달해 역대 최대 크기였기 때문입니다. 그리고 PKZILLA-2 역시 이보다 조금 작지만 여전히 엄청나게 큰 단백질이었습니다. 이 단백질은 프림네신을 만드는 239개의 화학 반응을 조절해 이 독을 생산합니다.

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왜 이렇게 큰 단백질을 만드는지는 미스터리이지만, 엄청나게 큰 단백질을 만드는데는 그럴 만한 이유가 있을 것으로 생각됩니다. 단백질의 크기가 클수록 실수 없이 제조하기가 힘들어지고 부피도 너무 커져 세포 안에서 관리도 곤란해지기 때문입니다. 아마도 그 속사정을 연구하면 단백질의 생성 과정과 반응에 대한 새로운 정보를 많이 얻을 수 있을 것으로 기대됩니다.

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연구팀은 PKZILLA-1 유전자를 물에서 검출하는 방식으로 더 신속하게 황조류 증식을 알아낼 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

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참고

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https://newatlas.com/biology/largest-protein-nature-algae-toxin/

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https://phys.org/news/2024-08-largest-protein-algal-toxins.html

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Timothy R. Fallon et al, Giant polyketide synthase enzymes in the biosynthesis of giant marine polyether toxins, Science (2024). DOI: 10.1126/science.ado3290. www.science.org/doi/10.1126/science.ado3290

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