인베이신

1. 개요

인베이신은 세균이 숙주 세포에 부착하고 침투하는 데 사용되는 단백질로, 세포 외 영역과 막 횡단 영역으로 구성된다. 세포 외 영역은 인테그린에 결합하여 흡수를 촉진하며, 막 횡단 영역은 포린과 유사한 구조를 형성하여 숙주 세포 인테그린과 결합한다. 인베이신은 β1 인테그린 슈퍼패밀리에 강하게 결합하며, α3β1, α4β1, α5β1, α6β1, αVβ1에 독점적으로 결합한다. 인베이신은 Yersinia pseudotuberculosis와 Yersinia enterocolitica 와 같은 세균에서 발견되며, 경구 유전자 전달 및 DNA 백신 개발에 잠재적으로 활용될 수 있다.

2. 구조

인베이신은 크게 세포 외 영역과 막 횡단 영역으로 구성된다.

== 세포 외 영역 ==
인베이신의 세포 외 영역은 COOH 말단 497개의 잔기로 구성되며, 가용성 단백질(Inv497)로 발현될 수 있다. 이 단백질은 인테그린에 결합하여 세균이나 비드에 부착되었을 때 흡수를 촉진한다. 인테그린 결합이 가능한 가장 짧은 인베이신 단편은 COOH 말단 192개 아미노산으로 구성된다.

인테그린 결합에 중요한 인베이신 잔기는 903번에서 913번 위치에 있으며, D5의 헬릭스 1과 그 다음 루프를 구성한다. Cys906과 Cys982 사이의 이황화 결합은 적절한 폴딩을 보장하여 인테그린 결합에 필수적이다. 인베이신은 인테그린 결합을 위해 Inv497 D5의 Asp911에 의존하며, 이는 피브로넥틴의 RGD 서열 내 아스파르트산과 유사하게 루프 내에 위치한다. Asp811을 포함하는 또 다른 인베이신 영역은 최적의 α5β1 인테그린 의존적 세포 확산에 중요한 피브로넥틴 시너지 영역과 유사성을 보인다. 인베이신 Asp811은 D4에서 A" 및 A‴ 가닥 사이에 위치하며 Asp911과 동일한 표면을 공유하며 32 Å의 거리를 두고 분리되어 있다.

인베이신과 피브로넥틴은 α3β1 및 α5β1 인테그린에서 결합 부위를 공유한다. 인베이신의 인테그린 결합 영역에는 틈이 없으며, 이는 인베이신이 더 큰 인터페이스로 인테그린에 결합할 수 있게 한다.

== 막 횡단 영역 ==
인베이신의 막 관련 부분은 포린과 같이 β-배럴 구조를 형성한다고 추정된다. 이는 세포 결합 영역이 세균 표면에서 약 180 Å 뻗어 나와 숙주 세포 인테그린과 결합하도록 돕는다. 인베이신과 피브로넥틴의 유사성은 공유된 인테그린 결합 특성의 수렴 진화를 나타낸다.

2.1. 세포 외 영역

인베이신의 세포 외 영역은 COOH 말단 497개의 잔기로 구성되며, 가용성 단백질(Inv497)로 발현될 수 있다. 이 단백질은 인테그린에 결합하여 세균이나 비드에 부착되었을 때 흡수를 촉진한다. 인테그린 결합이 가능한 가장 짧은 인베이신 단편은 COOH 말단 192개 아미노산으로 구성된다.

인테그린 결합에 중요한 인베이신 잔기는 903번에서 913번 위치에 있으며, D5의 헬릭스 1과 그 다음 루프를 구성한다. Cys906과 Cys982 사이의 이황화 결합은 적절한 폴딩을 보장하여 인테그린 결합에 필수적이다. 인베이신은 인테그린 결합을 위해 Inv497 D5의 Asp911에 의존하며, 이는 피브로넥틴의 RGD 서열 내 아스파르트산과 유사하게 루프 내에 위치한다. Asp811을 포함하는 또 다른 인베이신 영역은 최적의 α5β1 인테그린 의존적 세포 확산에 중요한 피브로넥틴 시너지 영역과 유사성을 보인다. 인베이신 Asp811은 D4에서 A" 및 A‴ 가닥 사이에 위치하며 Asp911과 동일한 표면을 공유하며 32 Å의 거리를 두고 분리되어 있다.

인베이신과 피브로넥틴은 α3β1 및 α5β1 인테그린에서 결합 부위를 공유한다. 인베이신의 인테그린 결합 영역에는 틈이 없으며, 이는 인베이신이 더 큰 인터페이스로 인테그린에 결합할 수 있게 한다.

2.2. 막 횡단 영역

인베이신의 막 관련 부분은 포린과 같이 β-배럴 구조를 형성한다고 추정된다. 이는 세포 결합 영역이 세균 표면에서 약 180 Å 뻗어 나와 숙주 세포 인테그린과 결합하도록 돕는다. 인베이신과 피브로넥틴의 유사성은 공유된 인테그린 결합 특성의 수렴 진화를 나타낸다. 피브로넥틴 결합 표면과 달리, 인베이신의 인테그린 결합 영역에는 틈이 없으며, 이는 인베이신이 더 큰 인터페이스로 인테그린에 결합할 수 있게 한다.

3. 작용 기전

인베이신은 다양한 포유류 세포의 바깥 표면에 존재하는 β1 인테그린 슈퍼패밀리에 강한 친화성을 나타낸다. 이러한 인테그린은 세포 외 기질과의 부착, 세포 표면과의 상호 작용, 이동 및 분화와 같은 과정에 관여하며, 피브로넥틴, 콜라겐, 비트로넥틴, 라미닌 등과 결합한다. 하지만 인베이신은 이들보다 더 강한 결합을 형성한다.

인베이신은 β1 인테그린 패밀리 내의 α3β1, α4β1, α5β1, α6β1, αVβ1에만 독점적으로 결합한다. 인베이신 매개에 의한 포유류 세포 내 흡수는 인테그린 클러스터링 모델을 통해 이루어진다. 이는 리간드 결합과 β1-인테그린 다량체 형성에 의존하며, 다양한 세포 신호 전달 분자의 연관성을 유도하여 추가적인 신호 전달 및 세포 골격 단백질의 관여를 유발한다.

4. 예시

4.1. ''Yersinia pseudotuberculosis''

Yersinia pseudotuberculosis^영어는 그람 음성 세균이자 인수 공통 병원체로, 경미한 설사, 장결장염, 림프선염에서 만성적인 국소 염증에 이르기까지 다양한 질병을 유발한다. Y. pseudotuberculosis의 인베이신 D 분자(InvD)는 인베이신(InvA) 유형의 자가 수송 단백질로 분류되지만, 그 구조와 기능은 아직 밝혀지지 않았다. 이 세균은 충수염과 유사한 증상을 보이는 자가 제한적 장간막 림프절염을 특징으로 하는 식중독을 유발한다.

4.2. ''Yersinia enterocolitica''

Yersinia enterocolitica는 인수공통감염병인 예르시니아증을 일으키는 그람 음성 막대 모양의 세균이다. 이 감염은 급성 설사, 장간막 림프절염, 말단 회장염, 유사 충수염으로 나타나며, 드물게 패혈증으로 진행되기도 한다. 특정 지역에서는 예르시니아 감염이 세균성 위장염의 주요 원인으로 시겔라속과 살모넬라속을 넘어섰다. 대부분의 사례는 산발적으로 발생하지만, 주목할 만한 발생도 드물지 않다. 인간은 일반적으로 오염된 음식물 섭취 또는 수혈을 통해 예르시니아에 감염된다. Y. enterocolitica는 다양한 동물에서 검출되었으며, 돼지가 주요 저장소 역할을 한다. 이 병원체는 돼지 무리 내에서 확산되어 목살 트리밍, 혀, 편도선과 같은 돼지고기 제품을 오염시키고, 도축 과정에서 다른 육류 절단 부위로 퍼질 수 있다.

5. 잠재적 응용

인베이신 단백질은 경구 유전자 전달 및 DNA 백신 개발에 유용하게 활용될 수 있다. 경구 투여는 비침습적이어서 환자의 순응도를 높이고 투여를 단순화하며, 치료 유전자의 국소적 및 전신적 생산을 가능하게 한다. DNA 백신의 경우, 점막 및 전신 면역 모두의 발달을 촉진할 수 있다.