캠필로박터균의 CJ1041C 단백질에 대한 구조 연구 = Structural Study of the CJ1041C Protein from Campylobacter jejuni

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Campylobacter species are major bacterial pathogens responsible for diarrheal diseases worldwide. Among them, Campylobacter jejuni is the leading cause of human infections, and its clinical impact is particularly severe in young children, the elderly, and immunocompromised individuals. The increasing prevalence of antibiotic-resistant C. jejuni strains has highlighted the urgent need to identify novel molecular targets for therapeutic development. However, a large portion of C. jejuni proteins remains functionally uncharacterized, limiting our understanding of the
pathogen’s virulence and physiology. In this study, we investigated the structural properties of CJ1041C, an uncharacterized C. jejuni protein, to gain insights into its potential biological function.

High-resolution X-ray crystallographic analysis revealed that CJ1041C adopts a monomeric six-bladed β-propeller fold structure consisting of six antiparallel β-sheets and has a central channel at the center. Two distinct cavities were identified within the channel, each enriched with negatively charged residues that form a favorable environment for metal binding. Three Ca2+ ions were observed in the structure. Two ions are positioned within the central cavities, and the third is located on the molecular surface. Structural comparison indicated that CJ1041C shares key architectural features with Ca2+-dependent β-propeller lactonases, including the overall fold and conserved upper-cavity residues that participate in metal coordination. These similarities suggest a possible functional relationship between CJ1041C and known lactonase enzymes.

Taken together, our structural analysis defines the Ca2+-binding sites and architectural characteristics of CJ1041C, and comparative analysis supports the possibility that CJ1041C may act as a lactonase-like enzyme. This work provides fundamental structural information that may contribute to the functional annotation of the previously uncharacterized C. jejuni protein and offers clues for exploring novel therapeutic targets.

국문 초록 (Abstract)

캠필로박터균(Campylobacter spp.)은 전 세계적으로 세균성 설사 질환을 일으키는 주요 원인균으로 알려져 있다. 감염은 오염된 식수나 충분히 익히지 않은 가금류 섭취를 통해 발생하며, 최근에는 개발도상국뿐만 아니라 선진국에서도 감염 사례가 증가하고 있다. 특히 인체 감염의 주된 원인균인 캠필로박터 제주니(Campylobacter
jejuni)는 감염 시 어린이나 노인, 면역저하자들에게는 치명적일 수 있다. 하지만 최근 항생제 내성 균주의 확산으로 인해 C. jejuni의 치료가 점차 어려워지고 있으며, 이에 따라 병원균의 질병 유발 기전을 규명하고 이를 바탕으로 한 백신 및 치료제 개발의 필요성이 커지고 있다. 그러나 C. jejuni 단백질의 상당수는 그 기능이 밝혀지지 않아 병원성 발현의 분자적 수준을 이해하는 데 한계가 있다. 따라서 이러한 기능 미규명 단백질의 구조, 생화학적 분석은 병원균의 감염 및 생리적 작용 원리를 이해하는 데 중요한 기초 자료를 제공한다. 본 연구에서는 C. jejuni 유래 미규명 단백질인 CJ1041C의 구조적 특징을 분석하여 그 기능적 특성을 유추하고자 하였다.

X-선 결정학을 통해 고해상도 CJ1041C 구조를 분석한 결과, 단백질은 여섯 개의 β-sheet로 이루어진 six-bladed β-propeller 구조를 가지며 단량체(monomer) 형태로 존재한다. 중심부에는 두 개의 cavity가 형성되어 있으며, 음전하성 잔기들이 분포하여 금속 이온 결합에 적합한 환경을 형성한다. 실제로 구조에서 세 개의 Ca2+
이온이 확인되었고, 이 중 두 개는 중심 cavity 내부에, 하나는 분자 표면에 위치한다. 구조 비교 결과, CJ1041C는 β-propeller lactonase 계열 단백질과 유사한 구조적 특징을 보였다. 이들 단백질은 공통적으로 six-bladed β-propeller 구조를 지니며 CJ1041C의 상부 cavity는 lactonase 단백질들과 유사한 잔기들을 이용해 Ca2+과 결합한다. 이러한 구조적 유사성은 CJ1041C가 lactonase 계열 단백질과 기능적으로 연관될 가능성을 시사한다.

결론적으로, 본 연구는 고해상도 구조 분석을 통해 CJ1041C의 Ca2+ 결합 부위와 β-propeller 구조의 세부 특징을 규명하고, 구조 비교를 통해 lactonase 계열 단백질과의 공통 구조 요소를 확인하여 CJ1041C의 잠재적 효소 기능 가능성을 제시한다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• 1. 캠필로박터균 1
• 2. β-프로펠러 구조(β-propeller structure) 3
• 3. Lactonase 5
• 4. 연구 목적 7
• II. 재료 및 방법 8
• 1. 단백질 발현 플라스미드 제작 8
• 2. 단백질 발현 및 정제 9
• 3. 단백질 결정화 및 X-선 회절 데이터 수집 10
• 4. 단백질 구조 결정 및 분석 11
• 5. 단백질 겔 여과 크로마토그래피 분석 12
• III. 결과 및 고찰 13
• 1. CJ1041C의 전체적인 구조 13
• 2. CJ1041C의 Ca2+ 결합 양상 22
• 3. CJ1041C의 apo 구조 26
• 4. CJ1041C의 lactonase 활성에 대한 구조적 통찰 30
• IV. 결론 36
• V. 참고문헌 38
• Abstract 40