4. β-디펜신 II — 보조제를 앞에 붙이는 까닭 · 정교수의 mRNA백신 디자인 첫걸음 II

에피토프만 넣어 주면 면역계는 대개 무시합니다. 짧은 펩타이드는 위험 신호가 없으므로, 몸은 그것을 먼지 로 취급합니다. 그래서 같이 넣는 것이 보조제(adjuvant) 입니다.

이 논문이 고른 보조제는 β-디펜신 II 입니다. 사람의 상피세포가 만드는 작은 항균 단백질이고, 41잔기입니다. 구조물의 맨 앞에 EAAAK 링커로 붙였습니다.

GIGDPVTCLKSGAICHPVFCPRRYKQIGTCGLPGTKCCKKP (41잔기, 1~41)

왜 이것일까요. β-디펜신 II 가 TLR 이라는 수용체에 붙기 때문입니다. TLR 은 면역세포 표면의 경보기입니다. 여기가 눌리면 세포는 "병원체가 왔다" 고 판단하고 주변을 깨웁니다.

41잔기 안에 무엇이 들어 있나

서열을 뜯어보면 이 단백질의 성격이 바로 보입니다.

무엇	몇 개	뜻
시스테인 `C`	6	서로 세 쌍의 다리를 놓아 모양을 고정한다
라이신 `K` · 아르기닌 `R`	7	강한 양전하 — 세균의 음전하 막에 붙는 원리
산성 잔기 `D`·`E`	1	거의 없다. 그래서 전체가 양전하로 기운다

시스테인 여섯 개가 특히 중요합니다. 디펜신은 이황화 결합 세 개로 접히는 단백질입니다. 그 다리가 제대로 놓여야 모양이 나오고, 모양이 나와야 TLR 에 붙습니다.

보조제를 켜고 꺼 보세요. 길이·전하·등전점이 어떻게 움직이는지 봅니다.

불러오는 중…

보조제는 길이로는 10분의 1이지만, 시스테인은 100% 를 차지합니다.

Python 브라우저에서 실행

# 보조제 41잔기가 구조물 전체의 성질에 얼마나 기여하는가.
bdef = "GIGDPVTCLKSGAICHPVFCPRRYKQIGTCGLPGTKCCKKP"

print("β-디펜신 II —", len(bdef), "잔기")
print()

basic = sum(1 for c in bdef if c in "KR")
acidic = sum(1 for c in bdef if c in "DE")
cys = bdef.count("C")

print("  시스테인(C)   %2d 개  -> 이황화 결합 %d 쌍" % (cys, cys // 2))
print("  염기성(K,R)   %2d 개" % basic)
print("  산성(D,E)     %2d 개" % acidic)
print("  알짜 전하    %+d" % (basic - acidic))
print()

# 전체 구조물에서 차지하는 몫
total_len = 419
print("전체 419잔기 가운데 보조제가 차지하는 몫 %.1f%%" % (len(bdef) / total_len * 100))
print()
print("그리고 구조물 전체의 시스테인은 이 여섯 개가 전부다.")
print("이황화 결합은 모두 앞쪽 41잔기 안에서만 일어난다.")

보조제를 앞에 두는 까닭

N말단에 둔 것도 결정입니다. 이유가 둘 있습니다.

🔔

먼저 만들어진다

리보솜은 N말단부터 짓습니다. 보조제가 가장 먼저 세상에 나옵니다

🧷

먼저 접힌다

시스테인 여섯 개가 뒤엉키기 전에 제 짝을 찾을 시간을 법니다

📐

끝이 자유롭다

TLR 에 붙으려면 튀어나와 있어야 합니다. 끄트머리가 유리합니다

19강에서 보겠지만, 실제로 ElliPro 는 이 앞쪽 53잔기를 가장 잘 튀어나온 구간으로 잡아냅니다. 설계 의도와 예측이 맞아떨어진 드문 자리입니다 — 그리고 바로 그 점이 문제를 하나 만듭니다.

여섯 개를 짝짓는 방법이 열다섯 가지입니다. 맞는 것은 하나뿐입니다.

Python 브라우저에서 실행

# 시스테인 여섯 개가 짝지을 수 있는 경우의 수.
import math

n_cys = 6
# 2n 개를 n 쌍으로 짝짓는 경우의 수 = (2n-1)!!
ways = 1
for k in range(n_cys - 1, 0, -2):
    ways *= k

print("시스테인", n_cys, "개를", n_cys // 2, "쌍으로 짝짓는 방법:", ways, "가지")
print()
print("그 가운데 제대로 접힌 것은 1 가지다.")
print("나머지 %d 가지는 잘못 접힌 것이다." % (ways - 1))
print()
print("확률로만 보면 제대로 접힐 확률 %.1f%%" % (1 / ways * 100))
print()
print("실제로는 접힘 도우미 단백질이 있어 이보다 훨씬 잘 접힌다.")
print("다만 이어 붙인 인공 구조물 안에서도 그럴지는 아무도 재지 않았다.")

🤔 확인 문제

β-디펜신 II 를 보조제로 쓰는 까닭은 무엇인가요?

🤔 확인 문제

구조물 전체에서 시스테인은 어디에 있나요?