F-box 단백질

F-box 단백질은 적어도 한 개의 F-box 도메인(domain)을 가지는 단백질이다. F-box 단백질은 분해 대상 단백질을 유비퀴틴화(ubiquitination)시켜 26S 프로테아좀(단백질분해효소복합체, proteasome)에 의한 단백질 분해(proteolysis)를 일으키는 단백질 복합체인 SKP1-Cullin-F-box 복합체(SCF 복합체)를 구성하는 단백질 중 하나로 발견되었다.¹⁾

목차

F-box 단백질은 공통적으로 N-말단에 50여 개의 아미노산으로 구성된 잘 보존되어 있는 F-box 도메인을 가지고 있다. 또한 대부분의 F-box 단백질의 C-말단 부위에는 단백질-단백질 상호작용 도메인이 존재한다. 이러한 단백질-단백질 상호작용 도메인에는 류신 반복서열(leucine-rich repeats; LRRs), 켈치 반복서열(kelch repeats) 등이 있다. 식물에서 켈치 반복서열을 가지는 F-box 단백질(F-box kelch proteins; FBKs)의 구조를 살펴보면 켈치 반복서열의 개수가 1개인 것부터 5개인 것까지 다양하다.

FBK 단백질은 특히 식물에 많이 존재하는데, 모델식물 애기장대의 게놈에는 약 100여 개의 FBK가 존재한다.¹⁾²⁾

F-box 단백질은 효모, 식물, 동물에 이르기까지 진핵생물에 매우 많은 종류가 존재한다. 출아형 효모의 경우 14개의 F-box 단백질이 존재하고, 인간의 경우 38개가 존재하는데 비해, 식물에는 모델식물 애기장대에 692개, 벼에 779개 존재하는 것으로 알려져 있다. 식물에 존재하는 단백질 집단 중에서도 대표적인 거대 규모의 단백질 집단으로 알려져 있다.¹⁾²⁾ F-box 단백질은 주로 세포질과 핵에 존재하는 것으로 알려져 있으나, 아직까지 수많은 F-box 단백질의 특성이 규명되지 않은 상태이기 때문에, 이들 F-box 단백질이 다른 세포기관에 존재할 가능성을 완전히 배제할 수는 없다.

F-box 단백질은 주로 E3 유비퀴틴 접착효소로서 유비퀴틴/26S 프로테아좀(ubiquitin/26S proteasome)에 의한 단백질 분해 과정의 핵심 구성요소인 SCF 단백질 복합체(SCF protein complex)의 구성요소로서 존재한다. 프로테아좀(proteasome)에 의한 단백질 분해과정은 E1(유비퀴틴 활성화 효소), E2(유비퀴틴 결합 효소), 그리고 E3(유비퀴틴 접착효소)의 세 종류 효소가 차례대로 작용한다. 이 효소들의 활성을 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 우선 유비퀴틴이 E1에 의해 활성화되면, E2로 전달되고 이후 유비퀴틴은 E3에 의해 분해될 단백질에 결합하게 된다. 최종적으로 유비퀴틴 여러 개가 결합한 기질 단백질(polyubiquitinated substates)은 26S 프로테아좀에 의해서 분해된다.¹⁾²⁾ 대표적인 E3 효소인 SCF 단백질 복합체는 S-phase kinase-associated protein1(SKP1), Cullin(CUL1), Ring-box 1(RBX1)과 한 개의 F-box 단백질로 구성되어 있다. CUL1은 스캐폴드(scaffold)로서 기능을 수행하고, SKP1은 CUL1과 F-box 단백질 사이를 연결하는 역할을 수행하며, RBX1은 E2 효소가 결합하는 장소가 된다. F-box 단백질은 단백질-단백질 상호작용 도메인을 통해, 분해될 특정 단백질을 결정하는 기질 특이성을 SCF 단백질 복합체에 부여한다.¹⁾²⁾

SCF 단백질 복합체 및 유비퀴틴/26S 프로테아좀에 의한 단백질 분해 모식도. (출처: 이상호)

식물에 존재하는 F-box 단백질 중 기능이 밝혀진 것은 극히 일부에 지나지 않는다. 모델식물 애기장대의 경우 지금까지 5% 미만의 F-box 단백질들에 대해서만 기능 규명이 이루어졌다. 지금까지 분석된 식물 F-box 단백질의 기능을 종합적으로 분석해보면, F-box 단백질은 다양한 생리 대사 과정에서 핵심적인 조절 기능을 수행할 것으로 생각되고 있으며, 이러한 대사 과정에는 다양한 호르몬에 대한 반응, 생체 시계와 광형태발생, 꽃 발달, 노화, 방어 등이 있다.²⁾

다음은 지금까지 규명된 식물 F-box 단백질들의 기능의 일부 예시들이다.

F-box 단백질은 유전자로부터 단백질이 발현되는 다양한 단계에서, 다양한 조절 메커니즘에 의해 조절된다. 이러한 발현 조절은 F-box 단백질 생합성 과정에서 이루어질 수도 있고, 단백질 분해 과정, 그리고 SCF 복합체 형성 과정에서도 나타날 수 있다. 또한 많은 식물 F-box 단백질들의 발현은 마이크로RNA에 의한 RNA 간섭(RNA interference) 과정을 통해 억제 조절되는 것으로 보고되고 있다.

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4. Salehin M, Bagchi R, Estelle M (2015) SCFTIR1/AFB-based auxin perception: mechanism and role in plant growth and development. Plant Cell 27: 9-19
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