아에코린

아에코린 1호
PDB 1ej3의 아에코린 리본 다이어그램(보철물 그룹 코엘텐테라진 포함)
식별자
유기체	아에코레아 빅토리아 (젤리피쉬)
기호	해당 없음
유니프로트	P07164
기타자료
EC 번호	1.13.12.5
검색 대상 구조물들 스위스 모델 도메인 인터프로

아에코린은 하이드로조아 에케오레아 빅토리아로부터 격리된 칼슘 활성 포토프로테인이다.^[1] 그것의 생체 발광은 1962년 시모무라 오사무에 의해 단백질이 동물로부터 분리되기 수십 년 전에 연구되었다.^[2] 동물에서 단백질은 녹색 형광 단백질과 함께 발생하여 공명 에너지 전달에 의해 녹색 빛을 내는 반면, 에쿼린은 그 자체로 푸른 빛을 생성한다.

'글로우밍' 동물을 만들 수 있는 '젤리피쉬 DNA'에 대한 논의는 둘 다 원래 같은 동물에서 유래한 것이지만 아에코린이 아닌 녹색 형광 단백질을 표현하는 유전자 변형 동물을 가리킨다.

아에코린의 단백질 부분인 아포아에쿼린은 식이 보조제인 프리바겐의 성분이다. 미국 연방거래위원회(FTC)가 메모리 개선 주장에 대해 제조업체에 허위 광고 혐의를 적용했다.

디스커버리

에쿼린에 대한 작업은 E로부터 시작되었다. 1921년 뉴턴 하비.^[3] 하베이는 고전적인 루시퍼아제-루시페린 반응을 보일 수는 없었지만, 물이 건조한 광자구에서 빛을 낼 수 있고 산소가 없어도 빛이 나올 수 있다는 것을 보여주었다. 이후 시모무라 오사무는 1961년 아에케오레아의 생물 발광에 대한 작업을 시작했다. 이것은 워싱턴 주 금요일 항구의 부두에서 수만 마리의 해파리를 지루하게 수확하는 것을 포함했다.^[1] 바닷물이 있는 추출물, 더 구체적으로 말하면 칼슘이 함유된 추출물에서 빛이 생성될 수 있다고 판단했다.^[2] 또한 녹색 형광 단백질의 존재로 인해 동물이 녹색 빛을 내는 것도 주목되었는데, 이는 아에코린의 본래의 푸른 빛을 녹색으로 바꾼다.^[4]

그의 작품의 주안점은 생물 발광이었지만,^[5] 시모무라 외 다른 두 사람, 마틴 찰피와 로저 틴은 녹색 형광 단백질에 대한 연구로 2008년 노벨상을 받았다.

구조

아에코린은 약 21 kDa의 분자량을 갖는 아포아에쿼린(apoaequorin)이라고 불리는 아포프로테인과 루시페린인 보형물군 코엘텐테아진(coelenterazine) 등 두 개의 뚜렷한 단위로 구성된 홀로프로테인이다.^[6] 즉 아포아에쿼린은 동물의 광세포에서 생성되는 효소이며, 코엘텐테라진은 효소가 촉매하는 기질이다. 코엘텐테라진(coelenterazine)이 결합되면 에쿼린(equorin)이라고 한다. 특히 이 단백질에는 Ca²⁺ 이온의 결합 부위로 기능하는 EF 핸드 모티브 3개가 들어 있다.^[7] 단백질은 칼슘을 구속하는 단백질의 슈퍼 패밀리의 일원이며, 그 중 66개의 하위 패밀리가 있다.^[8]

결정 구조는 아에코린이 코엘엔테라진과 산소를 과산화 코엘엔테라진-2-히드로페라산화물의 형태로 결합한다는 것을 밝혀냈다.^[9] 처음 두 개의 칼슘 원자의 결합 부위는 세 번째 부위에서보다 20배 높은 칼슘 친화력을 보인다.^[10] 그러나, 나중에 구조물이 세 부위 모두 실제로 칼슘을 결합시킬 수 있음을 나타낼 때 두 개의 EF-핸드 결합 칼슘만을^[11] 의심하게 되었다.^[12] 따라서 적정성 연구에서는 칼슘을 결합하는 세 개 부위가 모두 활성 상태지만 효소 반응을 유발하는 데는 두 개의 이온만 필요한 것으로 나타났다.^[13]

다른 연구들은 아에코린의 구조를 유지하는 내부 시스테인 결합의 존재를 보여주었다.^[14] 이것은 또한 단백질의 재생에 베타 메르카프토에탄올과 같은 티올 시약이 필요함을 설명했는데, 그러한 시약은 사이스테인 잔류물 사이의 황하이드릴 결합을 약화시켜 아에코린의 재생을 촉진시키기 때문이다.

아에코린의 화학적 특성화는 단백질이 가혹한 치료에 다소 탄력적이라는 것을 나타낸다. 아에코린은 열에 강하다.^[15] 95°C에서 2분 동안 유지한 단백질은 25%의 활동만 잃었다. 6-M 요소나 4-M 구아니딘 염산염과 같은 불포화물은 단백질을 파괴하지 않았다.

유전학

아에코린은 아마 아에코레아의 게놈에 암호화되어 있을 것이다. 적어도 4개의 유전자 복사본이 동물로부터 cDNA로 복구되었다.^[16][17] 게놈의 염기서열이 정해지지 않았기 때문에, cDNA 변형이 단백질의 모든 등소 형태를 설명할 수 있을지는 불분명하다.^[18]

작용기전

E에 의한 Aequorea의 생물 발광에 대한 초기 연구. 뉴턴 하비는 생물 발광이 종 주위에 고리로 나타나며 공기가 없는 상태에서도 일어난다는 점에 주목했었다.^[19] 대부분의 생물 발광 반응은 산소를 필요로 하기 때문에 이것은 놀라웠고, 동물들이 어떻게든 산소를 저장한다는 생각을 하게 만들었다.^[20] 아포프로테인이 코엘텐테라진-2-수소화수소를 안정적으로 결합시킬 수 있으며, 이 활성 형태의 에쿼린으로의 재생에 산소가 필요하다는 사실이 나중에 밝혀졌다.^[21] 그러나 칼슘 이온이 존재하는 상황에서 단백질은 순응적인 변화를 겪으며 보형물 그룹인 코엘텐테라진-2-수소화합물을 흥분된 코엘렌테아미드와 CO로₂ 변환시킨다.^[22] 흥분한 코엘리테아미드(coelenteramide)가 지상으로 이완되면서 푸른 빛(파장 465nm)이 방출된다. 코엘렌테아미드가 교환되기 전에 단백질 전체가 여전히 형광색이다.^[23][24] 생물 발광과 형광 사이의 연관성 때문에, 이 성질은 궁극적으로 루시퍼린 코엘텐테라진의 발견에 중요했다.^[25]

적용들

방출된 빛은 조명계로 쉽게 감지할 수 있기 때문에, 에쿼린은 세포내 Ca²⁺ 수준 측정에 분자생물학에서 유용한 도구가 되었다.^[26] 초기에는 아에코린의 정화에 성공하여 단백질을 살아있는 동물의 조직에 주입하여 바나클의 근육 섬유에서 칼슘이 생리적으로 분비되는 것을 시각화하는 첫 번째 실험으로 이어졌다.^[27] 그 이후로, 이 단백질은 제브라피쉬,^[28] 쥐, 쥐, 배양된 세포를 포함한 많은 모형 생물학 시스템에서 널리 사용되었다.^{[29][30][31][32]}

아에코린 유전자를 발현하는 배양세포는 아포아에쿼린을 효과적으로 합성할 수 있지만 재조합식 표현은 아포프로테인만 산출한다. 따라서 기능성 단백질을 얻기 위해서는 세포의 배양액에 코엘렌테라진을 첨가하고, 따라서 Ca²⁺ 농도를 측정하기 위해 그 푸른 빛 방출물을 사용할 필요가 있다. 코엘텐테라진은 소수성 분자로, 따라서 식물과 곰팡이 세포벽에 걸쳐 쉽게 흡수될 뿐만 아니라 높은 진핵생물의 플라즈마 막까지 차지하여 식물, 곰팡이, 포유류 세포에서 Ca²⁺ 리포터로 적합한 에쿼린을 만든다.^[33][34]

아에코린은 다른 Ca²⁺ 지표에 비해 많은 장점이 있다. 단백질이 크기 때문에 DiI 등 지방질 염료에 비해 세포에서 누출되는 비율이 낮다. 전압 민감 염료에서 흔히 볼 수 있는 세포내 구획화 또는 격리 현상이 없고, 세포 기능이나 배아 발달을 방해하지 않는다. 더욱이 코엘렌테라진의 산화에 의해 방출되는 빛은 어떠한 광학적 흥분에도 의존하지 않기 때문에 자동불화성의 문제는 제거된다.^[35] 에쿼린의 일차적인 한계는 보형물 그룹 코엘텐테아진(coelenterazine)이 불가역적으로 소비되어 빛을 생산하며, 미디어에 코엘텐테아진을 지속적으로 첨가해야 한다는 것이다. 그러한 문제들은 로저 티엔이 개발한 ^[36]카밀도린 기반 센서 카메론과 올리버 그리스벡이 개발한 트로포닌 기반 센서인 TN-XXL을 포함한 다른 유전자 암호화 칼슘 센서의 개발로 이어졌다.^[37]

마케팅 및 법적 과제

아포아에쿼린은 퀸시 바이오사이언스가 메모리 보충제로 판매하는 '프레바겐'의 성분이다. 미국 연방거래위원회(FTC)는 2017년 이 제품이 기억력을 향상시키고 인지적 혜택을 제공하며 '임상적으로 보여진다'는 허위 광고를 한 혐의로 이 제조사를 기소했다.^[38] 공정위에 따르면 "프리바겐의 마케터들은 나이와 관련된 기억력 상실을 경험하는 노년층 소비자들의 두려움을 잡아먹었다"고 한다. Quincy는 그것이 혐의와 싸울 것이라고 말했다.^[39][40][41]

소송에 앞서 퀸시 바이오사이언스에 의해 고용된 연구자들이 운영하는 임상시험은 "기억과 인식과 관련된 주요 엔드포인트에 대한 위약에 비해 전반적인 이점을 발견하지 못했다"는 반면, 이 회사의 광고는 약간의 개선을 보인 몇 가지 논쟁적인 부분군 분석을 잘못 인용했다.^[42][43]

소송(Spath et al v. Quincy Bioscience Holding Company, Inc. et al., Case No. 18-cv-12416, D. NJ)은 지방법원에서 기각되었지만, 기각 결정을 뒤집으려는 항소가 제기되었다. 이 소송은 퀸시 제약회사 밴더워프 대 퀸시 바이오사이언스(사례 번호 17-cv-784, D. NJ)를 상대로 한 또 다른 소송과 통합됐다.^[44]

2019년 2월 21일 미국 제2 순회 항소법원은 '프리바겐이 메모리를 개선할 수 있다'는 공정위와 뉴욕주의 주장에 대해 퀸시 바이오사이언스를 상대로 소송을 진행할 수 있다고 판결했다. 이번 지시는 서킷의 3인 재판관 회의에서 당사자들이 논쟁을 벌인 지 2주도 채 되지 않아 회사측 변호사가 "연구를 마친 211명 전체를 살펴보면 통계적으로 유의미한 차이가 없다는 것을 부인하지 않았다"고 시인했다. 법원은 공정위가 정치적 이유로 소송을 추진했다는 회사 측 변호인들의 주장을 강하게 일축했다.^[45][46]

2020년 3월 23일 플로리다 남부 지방 연방 지방 법원의 연방 판사는 이전 4년간 Prevagen을 구입한 소비자 계층에 대한 전국적인 집단 행동을 인증하는 보고서와 권고안을 제출했다.^[47] 이 사건의 재판은 2020년 10월로 정해졌다.^[47][48]

과학기반 의학에 글을 쓰고 있는 해리엇 홀 박사는 퀸시가 후원한 연구('매디슨 기억 연구'로 알려진)는 부정적이지만, 이 회사는 p-해킹(p-hacking)을 활용해 유리한 결과를 찾아냈다고 지적한다. 그녀는 그들의 인용된 안전 연구는 모두 쥐 연구이며 아푸아에쿼린이 혈액-뇌 장벽을 통과한다는 주장은 오로지 개 연구에 근거하고 있다고 지적했다.^[49] 미국 약사 협회는 아푸아에쿼린이 "대단히 흡수되지 않고 아미노산으로 분해된다"^[50]고 경고한다.

참조

외부 링크

• Swiss-Prot Aequorin 항목 Wayback Machine에 2007-03-23 보관