바이오인

2019 ACA (American Crystallographic Association) Annual Meeting 참석 후기

< 목  차 >

Ⅰ. 주요 발표 내용

A. 7월 20일 주요 내용
? Keynote Session: Michael G. Rossmann Memorial Lecture
 
B. 7월 21일 주요 내용 
? 1.1.2. Cutting Edge Studies using Cryo Electron Microscopes
? 1.2.1. Structure Without Structure [Structure Dynamics Session]
 
C. 7월 22일 주요 내용
? 2.1.1. Structure in Cancer Biology I
? 2.2.2. New Toys: Sources, Beamlines and Detectors

D. 7월 23일 주요 내용

? 3.1.2. Time-Resolved @ XFELS
? 3.2.1. Application of Anomalous Techniques in Macromolecular Crystallography
 
E. 7월 24일 주요 내용
? 4.1.1. Central Dogma in 3D: The Legacy of Tom Steitz
? 4.2.1. What is the Meaning of Resolution?
? 4.2.2. Structure Based Drug Design

Ⅱ. 총평

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Ⅰ. 주요 발표 내용

(5~6개의 Symposium이 동시에 진행되었기 때문에 참석한 Symposium에 대한 소개만 있습니다.)

A. 7월 20일 주요 내용

? Keynote Session: Michael G. Rossmann Memorial Lecture

마이클 로즈만 교수님은 dehydrogenase나 kinase와 같은 효소(enzyme)에서 주로 발견되는Rossmann fold를 발견하신 분으로, Rossmann fold란 FAD, NAD+와 NADP+와 같은 뉴클레오티드(nucleiotide)에 결합하는 구조적 모티프(binding motif)를 의미한다. 대표적인 구조생물학자이자 물리학자로서 X-선 결정학(X-ray crystallography) 및 초저온전자현미경(Cryo-EM)을 사용하여 바이러스 및구성 요소 단백질의 3차원 구조를 주로 연구하셨다.

이번 Memorial Lecture는 수많은 제자들 중에서 John E. Johnson (Jack Johnson) (The Scripps Research Institute, USA), Eddy Arnold (CABM, Rutgers University, USA), Hao Wu (Harvard Medical School, USA), Rui Zhao (University of Colorado, USA) 그리고 S. Saif Hasan (University of Maryland School of Medicine, USA) 등 5명의 제자들이 10분씩 발표를 하였다. Memorial Lecture의 특성상 새로운 연구에 대한 발표는 없었으나, 지금까지의 연구에 대한 얘기와 마이클 로즈만 교수님의 인간적인 모습들에 대한 얘기도 들을 수 있었다. 가장 기억에 남았던 것은 6년 넘게 Post-doc으로 생활하신 Jack Johnson 교수님의 lecture였다. 위에서 설명한 마이클 로즈만 교수님의 대표적인 업적인 Rossman Fold를 처음 발표한 논문에 대한 얘기를 해 주셨을 뿐만 아니라 마이클 로즈만 교수님이 훌륭한 학자로서, 조언자로서 어떠한 사람이었는지 발표를 하셨다. 재밌었던 것은 마이클 로즈만 교수님 랩 사람들이 Rossmann Danger Signals (RDS)라고 부르는 로즈만 교수님의 어깨와 목 사이의 각도가 있다고 한다. 실험실 사람들은 항상 이를 통해 로즈만 교수님의 화가 얼만큼 났는지 알 수있었다고 한다.

< 마이클 로즈만 교수님의 Memorial Lecture 시작 전 모습.
제자들이 간직하고 있던 미공개의 사진들을 많이 볼 수 있었다. >

< Jack Johnson 교수님이 알려주신 Rossmann Danger Signals (RDS)이다.
Memorial Lecture 중 박수 소리가 이때 가장 컸다. >

B. 7월 21일 주요 내용

? 1.1.2. Cutting Edge Studies using Cryo Electron Microscopes

이 세션은 최근 구조생물학에서 매우 fancy한 테크닉으로 사용되는 초저온전자현미경(Cryo?EM)에 대한 내용이다.

1) Recent algorithmic advances for single-particle cryo-EM. Ali Punjani

현재 사용하는 Cryo-EM processing program으로는 크게 RELION, EMAN, 그리고 CryoSPARC이 있다. 이 중 CryoSPARC은 Toronto University의 Computer Science 전공의 박사과정 학생 Ali Punjani이 최근에 개발한 프로그램이다. CryoSPARC은 web-based program package로 다른 프로그램에 비해 빠른 계산 속도를 가지며, 그래픽 사용자 인터페이스(GUI, Graphical User Interface)가 잘 발달되어 있어 Cryo-EM 초보자들도 직관적으로 볼 수 있기 때문에 쉽게 사용할 수 있다는 장점이 있다. liPunjani는 작년에 이어 올해도 speaker로 초대되었는데, CryoSPARC이 1년 사이에 얼마나 많은 발전을 하였는지에 대해 발표를 하였다. 특히 Cryo-EM에서 가장 큰 문제로 대두되고 있는severe preferred orientation에 대해 HA trimer를 예시 단백질로 grid를 40°tilt 함으로써 해결하는 것을 보였으며, multi conformation을 가지고 동시에 flexibility와 disorder region을 많이 가지고 있는 80S ribosome 표본은 Ab-initio reconstruction을 한 후 수십 번의 refinement를 거치면 105,000개의 particle을 가지고 3.2 A 구조를 얻을 수 있음을 보여주었다.
[참고 문헌: cryoSPARC: Algorithms for rapid unsupervised cryo-EM structure determination. Ali Punjani, John Rubinstein, David Flee, and Marcus Brubaker, Nature Methods, 14, 290-296 (2017)]

2) Cryo-EM of small proteins using designed assemblies as modular scaffolds. Todd Yeates

Cryo-EM은 구조 규명에 있어 X-ray crystallography와는 다르게 결정(crystal)을 필요로 하지않는다는 장점이 있다. 그러나 아직까지는 크기의 제한이 있기 때문에 작은 단백질의 구조 규명에는적합하지 않다는 단점이 있다. Todd Yeates는 초분자 단백질 어셈블리(Supra-molecular protein assemnlies)에 대한 연구를 하는 생화학자이자 컴퓨터 구조학자로 최근에는 주로 바이러스 캡시드를연상시키는 단백질 어셈블리를 만드는 연구를 주로 하고 있다. 이러한 임의의 단백질 symmetry display를 위한 scaffolding frameworks는 결정화뿐만 아니라 이미징, 특히 Cryo-EM에 도움이 된다는 것을 보였다. Adaptor로 사용되는 helix에 의해 protein cage가 만들어지고 이것이 작은 단백질들에 scaffold를 형성하게 함으로써 Cryo-EM에도 도움이 될 수 있다고 한다.
[참고 문헌: A 3.8 A resolution cryo-EM structure of a small protein bound to an imaging scaffold. Yuxi Liu, Duc T. Huynh & Todd O. Yeates, Nature Communications, 10, 1864 (2019) / Near-atomic cryo-EM imaging of a small protein displayed on a designed scaffolding system. Yuxi Liu, Shane Gonen, Tamir Gonen, and Todd O. Yeates, PNAS, 115, 3362-3367 (2018)]

< Todd Yeates 교수님의 강연 내용을 한 슬라이드로 표현하자면 이와 같다. >

3) Structural Elucidation of Supramolecular Complexes in Immunity. Hao Wu

Hao Wu 교수님은 마이클 로즈만 교수님의 제자로 현재 Harvard Medical School에서 구조면역학에 대한 연구를 진행하고 있으며, 특히 선천성 면역 수용체에 의한 신호 전달 분자 메커니즘에 대한 연구를 활발히 하고 계신다. 이번 발표 또한 염증 반응의 활성화를 담당하는 다단백질 올리고머(multiprotein oligomer)인 인플라좀(inflammasome)을 형성하는 세포 내 패턴 인식 수용체인NLRs(nucleotide-binding oligomerization domain)의 전체적인 구조를 Cryo-EM을 통해 규명한 내용이었다. Gasdermin(GSDM)은 카스파제(caspases)나 다른 알려지지 않은 효소에 의해 절단된 후 염증성 세포 사멸을 매개하는데, 이때 절단된 N-말단 단편은 산성 막 지질에 결합하여 구멍(pore)을 형성하지만 그 메커니즘은 잘 알려지지 않았다. Hao Wu 연구실에서는 GSDNA3의 N-말단 단편에 의해 형성되는 27-fold와 28-fold의 single-ring pore를 Cryo-EM을 사용해 각각 3.8 A과 4.2 A resolution 구조를 얻었으며 double-ring pore 구조도 4.6 A으로 얻었다. 산성 지질 카디오리핀(acidic lipid cardiolipin)과positively charged helix가 상호 작용하며 GSDMA3-N말단이 막에 삽입되는membrane-spanning β-strands를 형성하기 위해 급격한 형태 변화를 겪는다는 것을 밝혔다.
[참고 문헌: Cryo-EM structure of the gasdermin A3 membrane pore. Jianbin ruan, Shiyu Xia, Xing liu, Judy
Lieberman, and Hao Wu, Nature, 557, 62-67 (2018)]

< Hao Wu 교수님이 GSDNA3의 N-말단이 어떻게 pore를 형성하는지 설명하고 계신 슬라이드이다. >

...................(계속)

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