<h1>서 론</h1><p>생체 내에 존재하는 oxygen의 \( 3-10\% \) 정도는 조직에서 이용된 후 superoxide radical과 같은 reactive oxygen species (ROS)로 전환된다. ROS는 protein, lipid와 같이 생체 내에서 중요한 역할을 하는 분자들을 산화 또는 분해시키고 DNA에도 손상을 준다. 이러한 작용들은 세포와 조직의 기능을 손상시키고, 세포사멸을 유도할 뿐만 아니라 여러 가지 질병의 원인으로 작용하기도 한다. Superoxide dis-mutase (SOD)는 이와 같은 superoxide radical을 hydrogen peroxide와 dioxygen으로의 변환을 촉진시켜서 superoxide radical의 작용을 저해할 수 있는 효소이다. SOD는 결합하는 metal의 종류에 따라 \( \mathrm{Cu} \), \(\mathrm{Zn-SOD}\), \(\mathrm{Fe-SOD} \), \( \mathrm{Mn-SOD} \), \( \mathrm{Ni-SOD} \)와 같이 여러 가지 종류로 분류되는데, 이 중 \( 90 \% \) 가 \( \mathrm{Cu}, \mathrm{Zn-SOD} \) (SOD1) 이다. 이와 같이 생체 내편재해 있는 효소인 SOD1은 세포사멸과 항상성 유지에 생리적으로 중요한 역할을 한다.</p><p>퇴행성 뇌질환 중의 하나인 amyotrophic lateral sclerosis (ALS, 근위축성 측삭 경화증)는 유전적인 경우가 전체의 약 \( 5-10\% \)정도이며, 그 중에서 \( 20-25\% \) 정도가 SOD1의 mutation이 원인인 것으로 알려져 있다. Gain of function인 이 들 SOD1의 mutation은 mitochondria의 기능 저해와 cytochrome c의 방출을 통해서 세포사멸을 촉진한다고 알려져 있다. Mutant SOD1에 의해 유도되는 세포사멸 경로와 발병기전은 아직 정확히 알려겨 있지 않지만, mutant SOD1 (G93A)이 발현되는 transgenic (Tg) mice에서 motor neuron degeneration의 초기단계에서 발견되는 mitochon-drial vacuolation이 관찰되고, outer mitochondrial mem-brane의 확장과 누출, intermembrane space의 확장에 의한 mitochondrial degeneration이 관찰 된다는 보고가 있다. 또 다른 연구에서의 Tg mice는 ALS의 임상적인 증상인 떨림과 함께 사지의 마비증상을 나타내며, 187일 정도 후에 치사한다는 보고도 있다. ALS의 세포모델에서는 mutant SOD1이 주로 mitochondria에 위치한다고 알려져 있다. Mitochondria에서의 이러한 mutant SOD1의 축적은 cytochrome c의 방출로 인한 caspase-9과 caspase-3 의 활성화를 통하여 caspase-dependent neuronal cell death를 촉진한다고 알려져 있다.</p><p>대장균의 endoprotease HtrA (high-temperature require-ment A)와 상동적인 human HtrA2는 mitochondrial serine protease이다. HtrA2는 \(50\mathrm{kDa}\)의 전구체로 합성되고, cleavage가 일어나면 \(36\mathrm{kDa}\)의 mature protein이 생성된다. Mitochondria에서 maturation된 HtrA2는 세포사멸 동안에 mitochondria에서 cytoplasm으로 방출되어 caspase-depend-ent와 caspase-independent programmed cell-death에 관여한다는 결과들이 보고되고 있다. Cytoplasm으로 방출 된 mature HtrA2의 inhibitor of apoptosis protein (IAP) binding motif (IBM)는 cytosolic IAP protein과 결합하여 이 들 단백질의 기능을 상쇄시키는 역할을 하여 caspase cas-cade의 활성화를 통해 caspase-dependent cell-death를 촉진한다.</p><p>HtrA2의 또 다른 기능은 자체적인 serine protease의 catalytic activity에 의해 세포 내 apoptosis 관련 단백질들의 기능을 조절하여 caspase-independent cell death를 유도하는 것으로 알려지고 있다. 최근 보고들에 의하면 mitochon-dria내의 anti-apoptotic 단백질로 알려진 HS1-associated pro-tein X-1 (HAX-1)은 in vitro와 in vivo에서 Htra2의 protease 활성에 의해 절단 된다고 알려져 있다. 또한, apoptotic 단백질과의 결합과 proteasomal degradation의 촉진을 통하여 세포사멸 경로에서 중요한 역할을 하는 조절 단백질로 알려진 apollon도 HtrA2의 protease 활성에 의해 절단된다는 연구 결과가 발표 되었다. 비록, HtrA2의 세포내에서의 기능은 아직 정확히 밝혀져 있지 않지만, HtrA2는 여러 가지 cellular stress의 조건에서 세포사멸을 조절할 수 있는 필수적인 조절인자로 알려지고 있다. 이러한 HtrA2의 세포사멸 기전을 알기 위해서는 HtrA2 serine protease의 기질의 탐색과 molecule간의 상호작용을 규명하는 연구가 반드시 필요하다.</p><p>더욱이 motor neuron degeneration 2 (mnd2) mice는 근육의 약화, thymus와 spleen의 퇴화와 neurodegeneration, 발육단계에서의 치사 등을 나타내는데, linkage analysis와 mutation screening을 통해 mnd2 mice HtrA2의 serine pro-tease domain에 존재하는 serine 276 이 cysteine으로 변경된 것이 확인되었다. 또한, HtrA2 knockout (KO) mice의 경우도 mnd 2 mouse와 매우 유사한 표현형을 나타내며 striatal neuron의 감소와 함께 발육단계에서 치사하는 것으로 알려져 있다. 이러한 결과들은 HtrA2의 serine protease의 기능이 세포내 항상성 조절과 함께 ALS와 같은 퇴행성 뇌질환과도 높은 관련성이 있음을 시사한다.</p><p>최근에 SOD1 Tg animal 모델에 cerebral ischemia를 주었을 때, SOD1이 HtrA2의 signaling pathway를 조절한다는 보고가 있다. 이는 SOD1과 HtrA2가 세포사멸기전에서 밀접한 상관관계가 있음을 말해준다. 이를 증명하기 위한 방법의 하나로서 두 단백질간의 상관관계를 분석하기 위해 HtrA2의 serine protease로서의 효소 활성을 이용하여 in vitro cleavage 실험을 한 결과, HtrA2가 protease activity를 통하여 antioxidant enzyme인 SOD1과 ALS 발병의 원인 중 하나인 mutant SOD1 (G93A)을 절단하는 것을 증명하였다. 이는 HtrA2가 세포의 사멸조절뿐만 아니라 퇴행성 뇌질환의 발병기전에도 중요한 단백질로서 작용할 것이라는 가능성을 제시하고 있다.</p>
SDS는 어떻게 superoxide radical의 작용을 저해할 수 있어요?
hydrogen peroxide와 dioxygen으로의 변환을 촉진시켜서