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도쿄(東京)대학 대학원 이학계연구과 등의 연구그룹이 X선 결정구조해석을 통해 ‘스키조로돕신(schizorhodopsin)’의 입체 구조를 결정함.

현존하는 생물 종에서 진핵 생물의 기원이 되는 ‘고세균(archaea)’에 가장 가깝다고 말해지는 것이 ‘아스가드 아키아(asgard archaea)’임. 2020년 이 아스가드 아키아로에서 빛에 반응하는 로돕신의 일종인 스키조로돕신이 발견되었으며, 수소 이온을 세포 내로 운반 기능을 가지고 있는 것이 처음 보고됨. 아스가드 아키아가 진핵 생물로 변화하는 과정에서 태양광이나 산소가 있는 환경에 적응하기 위해 스키조로돕신에 의해 수소 이온을 획득할 가능성이 제기되었으나 스키조로돕신이 수소 이온을 어떻게 효율적으로 세포에 운반하는지 그 메커니즘은 밝혀지지 않았음.

연구진은 X선 결정구조해석을 사용하여 스키조로돕신의 구조를 다른 로돕신과 비교하여 기존에 알려지지 않았던 로돕신 분자 진화에 있어 스키조로돕신의 입지를 확인함. 또한, 스키조로돕신은 세포 내부의 막 관통 영역이 짧고 수소 이온을 단백질 세포 내부로 방출하기 쉬운 구조를 하고 있으며, 세포 외부에서 획득한 수소 이온을 세포 내부의 용매로 직접 방출하는, 기존의 로돕신과는 다른 수소 이온 수송 메커니즘을 규명함.

본 연구 성과에 의해 구조 정보를 기초로 하는 스키조로돕신의 기능 개선이 가능해져, 향후 의학 연구에 있어 분자 툴로서의 응용 연구가 진전될 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(Crystal structure of schizorhodopsin reveals mechanism of inward proton pumping)에 게재됨.