Structural Maintenance of Chromosome (SMC) complexes are vital for chromosome organization. They extrude DNA loops to compact 2 meters of DNA into a micrometer-sized chromosome structure. The DNA loop extrusion process is believed to be a universal mechanism of SMC complexes for spatiotemporal chromosome organization conserved in almost all species from prokaryotes to eukaryotes. However, the molecular mechanism of DNA loop extrusion by SMC complexes is under debate; various tentative mechanistic models have been suggested, but there is no clear consensus. Here, we review the structural studies of various SMC complexes from prokaryotes to eukaryotes to understand the structurefunction relationships of SMC complexes involved in DNA loop extrusion. We introduce controversial observations of the conformations of SMC complexes based on previous reports and discuss various proposed mechanisms of DNA loop extrusion suggested by experimental observations of the conformations of diverse SMC complexes.

Bacteriophages infect host bacteria and control host metabolism through diverse mechanisms. We noted a gene harboring homology in the N-terminal acetyltransferase of a bacteriophage SPN3US, which infects Salmonella. The phage-encoded gene is phylogenetically remote from the typical N-terminal acetyltransferases whose structures are available. This study reports a preliminary analysis of the crystals of phage-encoded N-terminal acetyltransferase, including its purification and crystallization. The crystals diffracted X-rays to a 2.2 Å resolution, revealing that the crystals belong to P6122 or P6522 with unit cell parameters of a = 68.5 and c = 219.0 Å. We are now growing the selenomethionine-substituted crystals to obtain the phase information. The protein structure will provide molecular insights on how the phage hijacks the bacterial host metabolism.

Extracellular signal-regulated kinase (ERK) is a serine-threonine kinase that is involved in the regulation of cellular signals. ERK inhibitors have been developed to treat cancers with B-Raf proto-oncogene mutations. However, the use of these inhibitors in disease settings induces ERK mutations resistant to the inhibitors, which poses major difficulties in effective cancer treatment. Here, we present the crystal structures of the ERK Y36H and G37C mutants that occur in cancer cells resistant to ERK inhibitors. The structures revealed mechanisms by which these mutations confer inhibitor-resistance to ERK. The Y36H mutant structure revealed a resistance mechanism that involves rotations of the His36 residue in the Gly-rich loop and the Tyr64 residue in the helix C, which blocks the entrance of inhibitors to the ATP-binding pocket. Furthermore, the G37C mutant structure exhibited that the mutation-induced rigidity in dihedral angles plays a major role in inducing inhibitor-resistance. Detailed structural information on the resistance mechanism suggests strategy for designing of novel inhibitors that can circumvent mutation-induced inhibitor resistance.

본 연구에서는 아밀로스 함량이 높은 고아미쌀의 건강효능에 관해 연구하였다. 고아미쌀 분말을 함유한 식이를 마우스에 3주간 투여한 결과 혈당, 인슐린 저항성, 그리고 혈중 지질 농도가 유의적으로 개선되었다. 에너지 대사에 중요한 역할을 하는 GLP-1과 아디포넥틴 호르몬의 농도도 증가되었으며 간조직의 포도당 신생합성에 관여하는 Pepck와 G6Pase 유전자 발현은 감소하였다. 이러한 결과는 고아미쌀이 인슐린 저항성과 고지혈증을 개선하는 건강기능식품 소재로 활용될 수 있음을 보여준다.

세포의 죽음은 우연적인 세포사멸(accidental cell death; ACD)와 조절된 세포사멸(regulated cell death; RCD)로 구분되어 왔으나, 관련 연구를 통해 그 메커니즘과 관여하는 유전자들이 밝혀지면서 점차 세분화되고 있다. 그동안 ACD의 일종으로 알려진 necrosis 현상에서 프로그램화 된 세포사멸의 과정이 확인되었고 이를 ‘necroptosis’라 명명하였다. Necroptosis는 receptor-interacting serine/threonine-protein kinase1/3(RIPK1/3)와 mixed lineage kinase domain-like protein(MLKL)에 의존적인 세포사멸이다. 이외에도 사멸 수용체(death receptor)와 inhibitors of apoptosis proteins(IAPs) 등 여러 인자들이 necroptosis 과정에 관여하지만 정확한 작용 메커니즘에 대해선 여전히 연구가 필요하다. 질병과의 연관성에 관한 연구에서 RIPK1/3와 MLKL의 발현 증가 혹은 감소가 암, 염증, 신경 퇴행성 질환 및 기타 질병에서 중요한 역할을 하는 것을 확인하였다. 또한 해당 유전자의 결손 혹은 necrostatin-1(Nec-1)과 같은 necroptosis 저해제를 이용한 연구에서, 해당 질병에 관한 치료타겟으로써 necroptosis가 활용될 수 있음을 in vitro 및 in vivo 수준에서 확인하였다.

균류는 다양한 생리활성 물질의 생산 및 환경복원 연구에 이용될 수 있는 잠재력을 지니고 있다. 균류의 기능 유전체 연구 및 농업, 공업 등 다양한 분야에서의 성공적인 적용을 위해서는 균류에 최적화된 DNA 형질전환 기술과 유전체 편집 기술의 개발이 필수적이다. 본 총설에서는 현재 적용 가능한 균류DNA 형질전환 기술 및 장벽이 되는 요소들을 논의한다. 또한 균류에 적용 가능한 유전자 침묵 및 유전체 편집 기술인 RNA간섭과 크리스퍼 기술의 개발동향을 살펴본다.

비생물적 스트레스(한발해, 염해, 열해, 한해)들은 불리한 환경조건을 조성하며, 식물생장 및 작물생산성에 불리한 영향을 준다. ABA는 비생물적 스트레스에 반응하여 식물발달 매커니즘에 중요한 역할을 한다. ASR(Aba-, Stress-, Ripening-induced) 유전자군은 다양한 비생물적 스트레스 반응 유전자들의 발현을 조절하고 상호작용을 하는 전사이자 또는 조절자로서 중요한 역할을 한다. ASR 유전자는 비생물적 스트레스 및 다양한 호르몬에 대하여 반응을 한다고 알려져 있다. 이 리뷰에서는 최근까지 ASR 유전자(군)들이 비생물적 스트레스들에 대한 저항성을 가지는 다양한 기능에 대하여 요약하였다.

극한환경 미생물은 극한 환경에 생존하기 위하여 특이 생존 기작을 가진다. 이는 특이 효소와 같은 특이적 대사물질 및 신규활성물질의 발현을 가능하게 한다. 이에 따라 남극 해양 유래 Sporothrix sp. SF-7266 으로 부터 특이적 대사물질 연구를 수행하였다. 다양한 chromatography 기법을 이용한 분리 및 정제를 수행하여 총 4개의 순수화합물 citromycetin, citromycin, sulochrin과 penstyrylpyrone를 단리하였다. 분리된 물질의 구조는 NMR과 MS를 통하여 규명하였다. 4개 물질 모두 다양한 생리활성 효능이 보고된 바 있으며, 특히, penstyrylpyrone은 kavalactone 계열의 구조로, 향정신성 효능이 있을 것으로 기대되며, 이를 기반으로 생리활성 규명을 진행 중이다.

베트남의 맹그로브 숲은 전쟁으로 인한 파괴와 수산양식장으로의 전용 등으로 1950년부터 2017년까지 원래 면적의 약 60%가 감소하였다. 이에 베트남 정부는 맹그로브 숲 감소에 대응하기 위해 1990년대부터 본격적으로 맹그로브 숲 복원사업을 시작하였다. 그러나 복원 후 관리 및 보호가 제대로 이루어지지 않아 다시 황폐해지는 문제가 발생하고 있다. 따라서 본 연구는 문헌을 중심으로 베트남 맹그로브 숲의 현황과 문제점을 파악하고 복원사업 사례들을 분석하여 지속적인 맹그로브 숲의 복원을 위한 방안을 모색하고자 하였다. 연구결과 복원사업 시 지역주민들의 참여와 유지 관리가 사업의 성공여부에 큰 영향을 미치는 것으로 파악되었다. 아울러 과거 복원사례에서 환경적 요인을 고려하지 않아 맹그로브의 생장률이 저조한 것으로 나타났다. 따라서 앞으로 복원사업에서 보완되어야 할 사항은 다음과 같이 제안하고자 한다. 1) 지역주민들의 참여를 장려하기 위해서 경제적 지원과 교육훈련이 반드시 필요하다. 특히 교육훈련에서 맹그로브 숲의 중요성에 대한 인식 제고와 더불어 지역주민들 스스로 숲을 관리를 할 수 있는 능력을 배양하도록 해야한다. 2) 맹그로브 생존율을 높이기 위한 생태 기반의 복원사업을 수행해야 한다. 이러한 방법으로 맹그로브 숲 복원을 수행한다면 복원된 숲의 지속가능성을 보장하여 향후 기후변화 대응에도 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

서울 시내의 둘레길 생태 훼손 실태와 허브를 이용한 아로마 길 조성을 제안하고자 연구한 결과는 다음과 같다. 서울의 중랑구 봉화산 둘레길(4.2km), 강동구 아차산 둘레길(기원정사-긴 고랑 구간, 1.0km), 북한산 소나무 숲길 둘레길(제1번 코스 손병희 묘소-이용문 장군묘역 구간, 1.2km) 등 3곳을 선정하여 길의 훼손 실태와 방문자의 안전시설에 대하여 조사하였다. 훼손 실태는 암석 노출, 종침식, 뿌리노출 수목, 암석 풍화, 배수 불량, 노면 세굴 등 6가지 항목을 조사하였다. 암석 노출은 아차산 둘레길이 많았고, 종침식과 배수 불량지는 3곳에 차이가 없었다. 식물 뿌리 노출은 북한산 둘레길이 가장 많았고 암석 풍화나 노면 세굴은 봉화산이 많은 편이었다. 둘레길의 수목류뿌리 노출 현황은 봉화산이 약 30%, 아차산과 북한산 둘레길은 약 40%가 노출되었다. 1km당 노출 식물의 수는 북한산이 봉화산과 아차산보다 2배가 많았다. 뿌리 노출 식물의 약 70%가 소나무(리기다 포함)였고 두 번째로 참나무(도토리나무류)가 약 20%를 차지했다. 둘레길 방문자의 안전을 위한 시설로 계단, 코이어 매트 피복, 경사면 흙 막기 방책, 안전을 위한 길 가장자리 목책, 위험지에 설치된 데크, 계곡의 다리 설치 등을 조사하였다. 봉화산은 안전시설 중에 코이어 매트길, 흙막이 방책, 다리 설치가 가장 잘 되어 있었고, 계단과 데크는 아차산이, 안전용 방책은 북한산이 설치가 많았다. 아로마 길 조성이 가능한 허브 선발은 내음도, 내한성, 포복성, 한국인 선호도를 고려하여 15종류를 선정하였으며 이들을 대상으로 평탄지와 경사지에 적용 가능 허브를 중부와 남부로 나누어서 제시해 보았다. 아로마 길 조성에 필요한 허브 식물의 시중 가격을 수목을 이용한 생태복원 비용과 비교한 바 허브 길 조성비가 자생 수목 및 초본을 이용한 복원 비용의 약 1/3이면 충분히 가능하였다.

효모 Saccharomyces cerevisiae는 각각 14-3-3 단백질 인 ScBMH1과 ScBMH2를 암호화하는 두 개의 유전자를 가지고 있다. 이 효모에서 14-3-3 단백질은 대부분의 실험실 균주에 필수적이다. 고등 진핵 생물과 마찬가지로 효모 14-3-3 단백질은 다양한 세포 과정에 관여하는 수많은 단백질과 결합한다. 14-3-3 단백질의 높은 진화 보존성을 감안할 때, 실험 접근성과 효모의 상대적 단순성으로 인해 14-3-3 단백질 군의 기능을 밝히는 우수한 모델 유기체가 된다. ScBMH2의 구조 기능 관계를 연구하기 위한 효모 ScBMH2가 성공적으로 결정화되었고 회절 데이터가 3.0 Å 해상도로 수집되었다. 결정은 orthorhombic space group P21212에 속하며 셀 매개변수 a = 155.547, b = 117.896, c = 74.435Å 및 α = β = γ = 90 °에 속한다. 또한 Matthews 계수 2.75 Å3Da-1, 용매 함량 55.22%, 비대칭 단위 2 분자에 해당한다. ScBMH2의 심층 구조 분석이 현재 진행 중이다.

Leucine-rich-alpha-2-glycoprotein1 (LRG1), a serum protein produced by hepatocytes, functions as a modulator of transforming growth factor beta1 (TGFβ1) signaling in angiogenesis and tumor progression. However, structural studies of LRG1 and detailed binding partner’s interactions have not been reported. To understand structural features and functions of LRG1, purification and crystallization of full length LRG1 were performed in the present study. The crystal of LRG1 diffracted X-rays at a resolution of 2.5 Å. The crystal belonged to space group P6322, having unit cell parameters of a = 143.02 Å, b = 143.02 Å, c = 113.73 Å, α = β = 90º, and γ = 120º with five LRG1 molecules present in the asymmetric unit.

Protein tyrosine phosphatases (PTPs), along with protein kinases, mediate phosphorylation signaling in cells and are involved in cancers, diabetes, neural disorders, and immunological diseases. PTP sigma (PTPσ) is a receptor-type PTP with a C-terminal cytoplasmic region being responsible for its enzymatic activity. The inhibitors of the PTPσ catalytic activity promote neural cell growth and hematopoietic stem cell proliferation. In this study, we performed chemical library screening to identify a novel allosteric inhibitor PTPσ and characterized the inhibitor-enzyme interaction. Based on the analyses, we found a novel allosteric inhibitor that binds to a pocket between the two catalytic domains of the cytoplasmic region of PTPσ. Site directed mutagenesis studies identified residues involved in the inhibitor binding and enzyme kinetics experiments proved the allosteric mode of inhibition. The allosteric regulation site in the domain interface could be exploited to develop specific inhibitors for disease therapeutics.

Glycine oxidase (GO) is an enzyme that catalyzes the oxidation reaction of the primary and secondary amine of glycine. In this study, we overexpressed GO from Bacillus cereus ATCC 14579 (BcGO) and purified the protein to homogeneity by Ni-NTA affinity and size-exclusion chromatography. The BcGO protein was crystallized using hanging-drop vapordiffusion method in the presence of 15% (v/v) Tacsimate pH 7.0, 0.1 M HEPES pH 6.5, 6% (w/v) PEG 3350 at 293 K. X-ray diffraction data were collected to a maximum resolution of 2.36 Å. The BcGO crystals belong to the space group C2221 with unit cell parameters a = 82.18 Å, b = 132.81 Å, c = 165.212 Å, α = 90 °, β = 90 °, γ = 90 °. With two molecules of BcGO per asymmetric unit, the crystal volume per unit of protein mass is 2.74 Å3 Da-1, which correspond to a solvent content is approximately 55.82%.

Brucella abortus is an intracellular bacterial pathogen that causes brucellosis in humans and livestock. The genome of B. abortus encodes the VirB type IV secretion system (T4SS), which is essential to its virulence. B. abortus produces and secretes effector proteins through the T4SS to survive in the intracellular environment and manipulate host immunity. The T4SS spans the peptidoglycan layer through vacancies in the peptidoglycan chain. Recently, secretion activator gene A (SagA) from B. abortus was identified as a lysozyme-like enzyme that creates holes in the peptidoglycan layer. In this study, SagA from B. abortus was overexpressed, purified, and crystallized. Crystal diffraction data were acquired at 2.0 Å resolution, a P213 space group with a unit cell parameter of 79.04 Å. We are currently exploring the crystal structure of SagA using the anomalous signal from selenomethionine-substituted crystals and an X-ray free-electron laser.

Transcription regulation by cis-acting elements such as DNA and RNA has not been investigated much compared to that of trans-acting elements like transcription factors because most cis-elements are much larger and more flexible than protein factors. Consequently, it was challenging to recapitulate the function of cis-elements in a reduced system for in vitro assays. However, the recent cryo-electron microscopy (cryo-EM) made it possible to study the effect of nascent RNA elements to the transcription in combination with biochemical experiments as cryo-EM does not require crystallization and tolerates heterogeneity to an extent. In this review, we briefly described the current model on prokaryotic transcriptional pausing based on the crystal and cryo-EM structures of RNA polymerases in different contexts, including an RNA hairpin pause. We then introduced two other nascent RNA elements that modulate transcription - preQ1 riboswitch and HK022 put RNA. Understanding the function of the RNA elements to transcription will deepen our understanding of the fundamental mechanism transcription and provide the structural basis for drug discovery as well as bioresearch tool development.

Ion exchange chromatography is widely used for protein purification due to several advantages including high speed and low cost. However, this method is not useful for purification of human rhinovirus 3C protease (HRV3C) and tobacco etch virus protease (TEVp) since they do not bind to both cation and anion exchange resins at physiological salt concentrations. Here we report a time- and cost-effective method for the purification of HRV3C and TEVp which ensures high purity and yield. The method entails fusion of 7Lys-tagged maltose-binding protein and 6His-tag to the N- and C-termini of two proteases, respectively, and leads to purification of highly pure protein using Ni-affinity and cation exchange chromatographies in less than 8 hours.

Cryo-electron microscopy (cryo-EM) is a revolutionary technique to study the three-dimensional structure of macromolecules and theirs complexes at molecular resolution. The first step in preparing samples for cryo-EM is to select and optimize the right grid for the specimen. This screening process needs consideration in many aspects including concentration and stability of the specimen, compatibility with grid material and optimum ice thickness across the grid. Importantly, the best signal-to-noise ratio (SNR) for a micrograph is closely related to vitrifying the grid sample with the optimum imaging condition. Here we describe overall strategies for grid selection and optimization by understanding the properties of grids and a variety of techniques for grid treatment for high-resolution electron micrographs. This review also describes the utilization of various specimen supports including amorphous carbon, graphene and functionalized support films.