폴리케타이드 합성효소인 6-메틸살리실산 합성효소(MSAS)는 다중 기능성 효소로서 광범위하게 연구되어 왔다. 이 효소는 acetyl-CoA와 malonyl-CoA에 대한 높은 특이성을 가지고 있으며, 체인의 길이를 조절하고, 방향 특이성을 가진 케토 그룹을 환원하는 등의 작업을 수행한다. MSAS의 염기서열 분석을 통해 ketosynthase(KS), acyltransferase(AT), ketoreductase(KR), acyl carrier protein(ACP) 등의 도메인이 확인되었다. MSAS는 연구를 통해 사슬 길이 조절 메커니즘, 환원 반응의 방향 특이성 및 PKS에 의한 building block 특이성 등에 대해 명확하게 이해하는데 매우 유용하게 사용된다.
<h1>Fungal polyketide synthase (methylsalicylic acid synthase, MSAS)</h1> <p>일반적으로 fungal polyketide synthase로서 6-methylsa-licylic acid synthase (MSAS)는 가장 간단하고 잘 연구되어 있는 다중기능 효소이며, acetyl-CoA와 malonyl-CoA 기질에 대한 매우 높은 특이성, 사슬의 길이 조절, 그리고 방향특이성이 있는 keto 그룹을 환원시키는 등의 특징을 지닌 매우 큰 multi-domain protein이다. 그들은 생물학적으로 활성이 강한 여러 천연물들로서 항생제, 항암제, 면역억제제, 그리고 약리학적으로 중요한 여러 이차대사 물질들로 이용되고 있다. 1960년부터 여러 연구가들은 acetyl-CoA와 malonyl-CoA로부터 methylsalicylic acid (MSA)가 어떻게 생합성 되는지 밝혀내기 위해 곰팡이인 Penicillium patulum의 crude extract 실험을 시작하였으며, 최근에 이르러 그 효소의 정제를 통해 MSAS가 180-kDa 단량체들로 이루어진 750-kDa에 해당하는 동종사량체로 구성되어 있다는 것을 증명하기까지 이르렀다 . MSAS는 사슬 길이의 조절에 대한 메커니즘과 환원반응의 방향특이성, 그리고 PKS에 의한 building block 특이성 등에 대한 연구를 하는데 아주 유용한 모델 형태로서 그 유전자들을 클론하여</p> <p>염기서열 분석한 결과 ketosynthase (KS), acyltransferase (AT), ketoreductase (KR), 그리고 acyl carrier protein \( ( \mathrm { ACP } ) \) 등의 존재를 확인하였다. 6-MSAS의 생합성 과정은 acetyl-CoA로부터 유도된 acetyl 기로 생합성이 시작되고 malonyl-CoA에서 유도된 확장 기들이 decarboxylated 되게 축합되어 polyketide 사슬이 연결되며, 특정한 곳의 carbonyl 기를 hydroxyl 기로 환원시킬 수 있는 \( \mathrm { NADPH } \) 를 이용한다(Fig. 3).</p> <p>다시 말하면, \( \mathrm { NADPH } \) 와 acetyl-CoA 그리고 malonyl-CoA의 존재 하에선 tetraketide인 methylsalicylic acid가 생합성 되고, \( \mathrm { NADPH } \) 가 존재하지 않을 때는 환원이 되지 않은 triketide인 triacetic acid lactone (TAL)이 생합성 된다. 또한 그러한 MSAS 유전자들을 Streptomyces coelicolor 안에서heterologously하게 발현시키고, 최근에는 Bacillus subtilis에서 얻어진 phosphopantetheinyl transferase와 함께 yeast인 Saccharomyces cerevisiae와 Escherichia coli에서 발현시킴으로써 MSAS에 대한 유전적 조작을 좀 더 용이하게 하였을 뿐만 아니라 그들의 구조적인 분석을 바탕으로 \( \mathrm { PKS } \) 의 구조와 기능의 상호 관련성에 대하여 접근할 수 있었다. 그리고 fungal polyketide는 대략 전체 사슬 갈이가 6 18 탄소들로 이루어져 있으며 보기 드문 그 구조의 다양성 때문에 combinatorial approach에도 응용되고 있다.</p> <h1>Bacterial polyketide synthase</h1> <p>Polyketide synthase는 polyketide 생합성에 있어 가장 중요한 효소들의 복합체(enzyme complex)로서, polyketide계 화합물의 탄소 backbone의 생합성에 관여한다. PKS의 주요 구성요소로는, 탄소-탄소 축합반응에 실제로 관여하는 \( \beta \)-ketoacyl-synthase (KS), 축합반응에 사용되는 특정 기질 (acyl-기)을 인지하여 PKS의 KS active site로 운반하는 역할을 하는 acyltransferase(AT), 탄소-탄소 축합반응이 \( \mathrm { KS } \) 에 의해 원활히 일어날 수 있도록 탄소 기질을 잡아주는 acylcarrier protein (ACP), 축합반응으로 \( \beta \) 위치에 생성된 ketone을 hydroxyl-기로 환원시켜주는 ketoreductase (KR), hydro-xyl-기를 탄소 이중결합으로 만들어주는 dehydratase (DH), 그리고 이런 불포화 탄소 이중결합을 완전히 포화된 탄화 수소물로 환원시켜주는 enoylreductase (ER) 등이 있다.</p>