테트라트리코펩타이드 반복(tetratricopeptide repeat, TPR) 도메인 단백질은 단백질-단백질 간의 상호작용을 매개하는 모듈형 골격 단백질로서 박테리아에서부터 인간에 이르기까지 다양한 생명체에서 중요한 생물학적 역할을 수행한다. 이들은 나선-턴-나선(helix-turn-helix) 구조를 형성하는 역평행(anti-parallel) 알파나선(α-helix)이 연속적으로 반복된 모티프로 특징지어지며, 소수성 및 친수성(amphipathic) 성질을 동시에 가지는 그루브(groove, 홈)를 통해 특정 단백질과의 상호작용을 가능하게 한다. 이러한 상호작용은 단백질 항상성(proteostasis), 세포 주기 조절, 전사 조절, 미토콘드리아 및 퍼옥시좀(peroxisome)과 같은 세포 내 소기관으로의 수송을 포함한 필수 세포 과정을 촉진한다. 구조적 및 생화학적 연구는 TPR 단백질이 서로 다른 리간드 결합을 위해 구조적으로 유연하게 변화할 수 있는 다양한 인식 메커니즘을 밝힌 바 있다. 특히 인간의 TPR 단백질에 발생한 돌연변이는 여러 질병과 관련이 있어 그 생물학적 중요성을 강조하고 있다. 또한 TPR 도메인의 모듈성(modularity)과 구조적 예측 가능성은 단백질 공학 및 생명공학 분야에서도 매우 유용하게 활용될 수 있으며, 합성생물학, 치료제 및 진단 기술 등 다양한 분야에서의 응용 가능성이 주목받고 있다. 본 총설에서는 TPR 도메인 단백질의 구조적 특징, 기능적 다양성 및 생물학적 중요성과 함께 생명공학 및 의학 분야에서의 응용 사례를 최근 연구를 중심으로 정리하여, TPR 도메인 단백질에 대한 종합적인 이해를 돕고자 하였다.
Tetratricopeptide repeat (TPR) domain proteins play crucial roles as modular scaffolds that mediate protein-protein interactions, which are essential for various biological processes across a wide range of organisms, from bacteria to humans. These proteins are characterized by tandem-repeat motifs composed of anti-parallel α-helices, forming a helix-turn-helix structure. The unique amphipathic grooves of TPR domains allow for highly specific and adaptable protein interactions, enabling the recognition and binding of diverse target proteins with high specificity and affinity. These interactions are vital for numerous cellular functions, including protein homeostasis (proteostasis), cell cycle regulation, transcriptional control, and intracellular transport of proteins to organelles such as mitochondria and peroxisomes. Structural and biochemical studies have revealed the diverse recognition mechanisms of TPR proteins, emphasizing their structural flexibility in binding to different ligands. Furthermore, mutations in human TPR proteins have been linked to various diseases, highlighting their biological significance in maintaining cellular integrity and function. Beyond their natural roles, the modularity and structural predictability of TPR domains make them attractive targets in protein engineering and biotechnology, with their applications extending to synthetic biology, therapeutics, and diagnostics. This review provides an in-depth summary of the structural characteristics, functional diversity, and biological significance of TPR domain proteins and also discusses their emerging applications in biotechnology and medicine based on recent studies.