다중 자기장 CEST NMR 단백질 접힘 규명

단백질의 접힘과 기능은 역동적인 움직임에 의해 결정되지만, 핵심적인 소수 개체군(minor population)의 구조적 상태를 원자 수준에서 특성화하기는 어렵습니다. CEST NMR은 이러한 상태를 감지할 수 있으나, 두 소수 개체군 간의 빠른 교환(minor-state exchange)은 CEST 프로파일의 딥(dip)을 넓히고 이동시켜 매개변수 퇴행(parameter degeneracy)을 유발하며, 다중 상태 교환 네트워크의 정량적 재구성을 방해합니다. 이 연구는 빠른 소수 개체군 교환 시, 2상(two-state) 피팅에서 얻은 겉보기 소수 개체군 화학적 이동(chemical shift)이 정자기장(B0)에 따라 체계적으로 변한다는 점을 활용합니다. 이러한 자기장 의존성을 이용하여, 퇴행성 교환 모델을 구별할 수 있는 비섭동적(nonperturbative) 다중 자기장 CEST 전략을 개발했습니다. 모델 단백질 Im7에 다중 자기장 15N-CEST를 적용한 결과, 약 1%의 접힘 중간체(folding intermediate)가 약 2ms 시간 척도로 접힌 상태와, 약 0.4%의 비접힘 상태(unfolded state)와 약 200μs 시간 척도로 교환함을 확인했습니다. 비접힘 상태는 별도의 CEST 딥을 생성하지 않지만, 그 교환 정보는 중간체 딥의 선폭과 B0 의존적 위치에 암호화되어 있었습니다. 15N-CEST 데이터 분석을 통해 세 가지 상태 모두에 대한 개체군, 미시적 교환 속도, 잔기별 15N 화학적 이동을 얻었습니다. 결과적으로 Im7의 자유 에너지 지형은 순차적(sequential)이며, 접힘은 중간체를 통해 진행되고 접힌 상태와 비접힘 상태 간의 직접적인 교환은 감지되지 않았습니다. 다중 자기장 CEST는 생체 분자 역학을 평형 상태에서 해결하기 위한 광범위하게 적용 가능한, 섭동 없는 접근 방식을 제공합니다.