Quartz 4

SNARE

5 min read

SNARE

개요

SNARE protein (SNAREs)은 vesicle transport에서 membrane fusion reaction을 catalyze하는 fusion protein이다. SNARE는 “SNAP receptor”의 약자로, 원래 NSF attachment protein (SNAP)과 상호작용하는 receptor로 발견되었다.

SNARE의 종류와 분포

Classification

v-SNARE (vesicle-SNARE):

  • 주로 transport vesicle membrane에 위치
  • Single polypeptide chain
  • 대표적 예: Synaptobrevin (synaptic vesicle)

t-SNARE (target-SNARE):

  • 주로 target membrane에 위치
  • 보통 3개의 protein으로 구성
  • 대표적 예: Syntaxin과 SNAP25 (plasma membrane)

Distribution

  • Animal cell에 최소 35개의 서로 다른 SNARE
  • 각 SNARE는 특정 organelle과 연관:
    • Secretory pathway의 특정 단계
    • Endocytic pathway의 특정 compartment
  • Multiple SNARE가 한 membrane에 공존 가능

구조적 특징

Helical Domain

초기 상태:

  • 대부분 unstructured
  • Isolated 상태에서 defined structure 부재

활성 상태:

  • v-SNARE와 t-SNARE interaction 시
  • Four-helix bundle 형성
  • 매우 안정한 구조

SNARE Complex

구성:

  • v-SNARE: 1개의 α helix 기여
  • t-SNARE: 3개의 α helix 기여
    • Syntaxin: 1개 helix (transmembrane protein)
    • SNAP25: 2개 helix (peripheral membrane protein, fatty acyl chain으로 anchor)

특징:

  • Four parallel α helices가 coiled coil로 intertwine
  • Extremely stable structure
  • High energy of formation

Trans-SNARE Complex Formation

Zippering Mechanism

  1. Initial Contact:

    • v-SNARE와 t-SNARE의 N-terminal region 상호작용 시작
    • Loose association

  2. Progressive Zippering:

    • N-terminus에서 C-terminus 방향으로 zippering
    • Helical domain이 점진적으로 organize
    • Membrane이 점점 더 가까워짐

  3. Complete Assembly:

    • Full four-helix bundle 완성
    • 두 membrane이 매우 근접 (< 1.5 nm)
    • Membrane fusion 준비 완료

Energy Release

Assembly process의 energetics:

  • Unstructured helix → highly stable bundle
  • 매우 energetically favorable
  • Released energy가 다음을 drive:
    • Water displacement from membrane interface
    • Membrane apposition
    • Lipid bilayer merger

SNARE Specificity

Pairing Specificity

SNARE pairing은 매우 특이적:

  • 특정 v-SNARE는 특정 t-SNARE와만 pair
  • Complementary set의 SNARE만 stable complex 형성

Functional Test

Liposome fusion assay:

  1. v-SNARE 포함 liposome 준비
  2. t-SNARE 포함 liposome 준비
  3. 혼합
  4. 결과:
    • Matching pair: Efficient membrane fusion
    • Non-matching pair: No fusion

Biological Significance

Specificity는 두 가지 level의 vesicle targeting 제공:

  1. Rab protein: Initial recognition과 tethering
  2. SNARE: Final recognition과 fusion

이중 체계로 매우 높은 targeting accuracy 달성.

SNARE Cycle

1. Trans-SNARE Complex Formation

Location: Vesicle과 target membrane 사이 Function: Membrane fusion 촉진 State: Four-helix bundle across two membranes

2. Membrane Fusion

Trans-SNARE complex가 membrane fusion drive:

  • Membrane apposition
  • Lipid mixing
  • Content release

3. Cis-SNARE Complex

Fusion 후:

  • Trans-SNARE complex → cis-SNARE complex
  • 모든 SNARE가 같은 membrane에 위치
  • 여전히 매우 stable

4. NSF-mediated Disassembly

NSF (N-ethylmaleimide-sensitive fusion protein):

  • Hexameric AAA-ATPase
  • Cis-SNARE complex 인식 Mechanism:
  1. NSF가 accessory protein (α-SNAP)과 함께 cis-SNARE complex 결합
  2. ATP hydrolysis
  3. Conformational change
  4. SNARE helix를 forcibly unwind
  5. SNARE protein 분리

5. SNARE Recycling

분리된 SNARE는:

  • Original compartment로 return
  • 새로운 transport vesicle에 repackage
  • 다시 fusion reaction에 사용

Synaptic Vesicle의 특수한 SNARE

Synaptic vesicle fusion은 특수한 SNARE set 사용:

Component

  • v-SNARE: Synaptobrevin (transmembrane protein)
  • t-SNARE:
    • Syntaxin (transmembrane protein, 1 helix)
    • SNAP25 (peripheral membrane protein, 2 helices)

Regulation

일반적인 SNARE와 달리 추가 조절:

  • Synaptotagmin: Ca²⁺ sensor
  • Complexin: SNARE complex를 metastable state로 freeze

작동 메커니즘:

  1. SNARE partially assemble → primed state
  2. Complexin이 premature fusion 방지
  3. Ca²⁺ influx → Synaptotagmin 활성화
  4. Complexin release
  5. SNARE fully zipper → rapid fusion
  6. Neurotransmitter release (millisecond scale)

이는 regulated exocytosis의 특수한 형태.

Viral Fusion Protein

일부 virus는 자체 fusion protein 사용:

특징

  • SNARE-mediated fusion과 달리 한쪽 membrane의 protein만 필요
  • Virus envelope의 fusion protein
  • Host cell membrane에는 특별한 fusion protein 불필요

Mechanism

  1. Appropriate environment에서 viral fusion protein unfurl
  2. Partially hydrophobic patch를 host membrane에 insert
  3. Fusion protein compaction
  4. 두 membrane을 가까이 bring
  5. Membrane fusion drive

예시

  • HIV: Plasma membrane과 fusion
  • Influenza virus: Endosome에서 low pH로 활성화
  • SARS-CoV-2: Host protease cleavage로 활성화

Viral fusion은 SNARE와 유사한 원리지만 다른 molecular detail을 사용.

관련 내용

Graph View

Backlinks