인물
- 비 표지방식에 의한 단백질 활성의 고감도 측정기술 개발
- 세포 내에서 단백질 수식(Post-translational modification) 및 신호전달 연구와 신약 후보 물질의 스크리닝 등 생명공학 분야에서 광범위하게 활용될 수 있는 기반 기술
우리 학교 생명과학과 김학성(金學成) 교수 / 김영필(金英必, 박사과정) 연구팀은 독일의 권위 있는 학술지인 안게반테 케미(Angewandte Chemie)誌에 이차이온 질량분석기를 이용한 단백질 활성 분석방법을 8월 1일자 인터넷 판에 발표했다. 이 연구는 한국표준과학연구원 나노바이오융합연구단 이태걸 박사팀과 공동으로 진행됐다.
생체 내에서 단백질의 수식(post-translational modification)에 관련된 다양한 단백질 및 효소는 세포내 신호전달에 핵심적인 역할을 담당하며 세포의 분열, 성장, 사멸과정을 정교하게 조절하고 있다.
단백질 키나제(protein kinase)는 단백질의 특정아미노산을 인산화 시켜 세포 내 다양한 신호전달 및 질병 메카니즘과 밀접하게 연관되어 있다. 따라서, 이러한 단백질의 수식에 관련된 단백질의 활성을 고감도로 정확하게 측정할 수 있는 방법은 세포내 신호전달 기작은 물론 신약개발에 광범위하게 활용될 수 있다.
최근에 개발된 백혈병 치료제인 글리벡은 세포의 증식 (proliferation)에 관련된 단백질 키나제의 활성 저해제다. 기존에는 주로 항체에 다양한 표지물질 (형광 혹은 효소)을 부착하여 측정하는 방법을 사용하였기 때문에 시간이 많이 소요되고 다양한 단백질 키나아제의 활성을 정확하고 빠르게 측정하기가 어려웠다.
金 교수팀은 금 나노입자(gold nanoparticle)와 이차이온 질량분석기 (secondary ion mass spectrometry)를 활용하여 고감도로 단백질 키나제의 활성을 측정하고 동시에 단백질 저해제를 분석할 수 있는 방법을 개발했다. 다양한 칩 표면에 금 나노입자를 부착하고 생체물질을 결합한 후 이온 빔을 조사하게 되면 생체물질의 질량신호를 얻을 수가 있다. 단백질 키나아제의 기질로서 사용되는 펩타이드의 질량신호가 금 나노입자에 의해 수 십배 증폭되는 점에 착안했다.
기존 질량분석기 중 매트릭스 보조된 레이저 탈착/이온화 질량분석기 (MALDI-MS)의 경우는 첨가된 매트릭스(matrix)의 불균일한 분포로 인해 정량분석에 큰 한계가 있었다.
연구팀에서는 매트릭스가 필요 없는 이차이온 질량분석기와 균일한 표면의 금 나노 입자층을 사용하여 신호를 증폭함으로써 고감도의 정량분석이 가능하게 했다. 이 측정방법은 다른 측정방법에 비해 표면 감도가 매우 우수하여 단위면적당(mm2) 수십 펨토몰(fmol) 수준의 생체물질을 검출할 수 있다.
또한 해상력이 뛰어나 표면 생체물질의 질량분포를 이미징을 통해 손쉽게 스크리닝 할 수 있다. 칩 표면에 서로 다른 기질을 사용할 경우 다양한 단백질 키나아제의 활성을 동시에 분석할 수 있음을 확인했다.
金 교수팀이 개발한 기술은 키나아제 이외에도 포스포타제 (phosphotase), 프로티아제 (protease), 아세틸라아제 (acetylase), 메틸전이효소 (methyltransferase) 등을 포함한 단백질 수식에 적용할 수 있기 때문에 생명과학 및 생명공학 분야에 다양하게 활용할 수 있다. 다양한 단백질 활성 저해제 (inhibitor)를 손쉽게 탐색할 수 있어 신약개발에 광범위하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 현재 미국특허 출원 중이며 국내특허 등록을 완료했다.
< 용어 설명 >
비 표지방식 (label-free method) : 단백질 존재의 유무를 판별하기 위해서는 표지물질로서 단백질과 강하게 결합하는 항체에 흡광물질, 형광물질, 화학발광체 등의 표지자를 부착시킨 것을 사용하게 되는데 비 표지방식은 이와 같은 표지물질을 사용하지 않고 측정할 수 있는 것을 의미한다.
단백질 번역 후 수식과정 (post-translational modification): 합성된 단백질에 "기능"을 부여하는 과정이다. 즉, 세포 내에서 단백질이 합성 (번역과정이라고 함)된 이후 단백질의 특정 아미노산 부위에 인산기, 아세트산기, 메틸기, 혹은 탄수화물 등과 같은 다양한 기능기가 수식화 되는데 이는 단백질의 기능을 활성화하거나 억제하는 데 직접적으로 관여한다. 이 과정은 생체 내에 있는 다양한 효소에 의해 수행된다.
키나아제(kinase) : 다양한 단백질에 인산기를 붙여주는 효소로서 인체 내에는 약 500 종류 이상의 키나아제가 존재한다.
펨토몰 (fmol) : 1몰 (6.02x1023에 해당되는 분자수)의 10‒15에 해당되는 크기
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연구 천식 등 만성질환 염증 조절 실마리 풀어
우리 몸에 침입한 병원균이나 암세포를 치료할 수 있는 면역세포인 T세포 중 CD4+ T세포는 적응면역계의 지휘관과 같은 역할을 하며, 이러한 CD4+ T세포의 활성 정도에 따라서 천식과 같은 만성질환의 진행 양상과 예후가 달라지게 된다. T세포의 활성화 증폭을 위해서는 마치 과녁 모양처럼 면역학적 시냅스 형성이 필요하다는 보고들이 있으나 어떠한 메커니즘으로 면역학적 시냅스가 형성이 되는지는 잘 알려져 있지 않았다. 우리 대학 의과학대학원 이흥규 교수 연구팀이 면역학적 시냅스 형성에 섬모 형성 단백질(IFT20)과 엔도솜 형성 단백질(TSG101)의 결합이 중요한 역할을 한다고 26일 밝혔다. 의과학대학원 정지웅 박사(현, 서울대병원 알레르기내과 임상강사), 강인 박사과정, 생명과학과 김유민 박사과정 등이 주도한 이번 연구에서 연구팀은 단일세포 전사체 분석법을 활용해 활성화된 CD4+ T세포에서 섬모 형성 단백질(IFT20)의 발현이 증가해 있음을 확인했다. 연구팀은 T
2023-04-26 -
연구 암, 노화 등에 미치는 게놈 3차 구조의 신규 원리 발견
3차원 게놈 구조 연구를 통해, 세포핵 내 게놈이 계층적인 구조로 이루어져 있으며 각 구조가 다양한 유전자 발현 조절에 관여한다는 것이 알려져 있다. 또한 이러한 게놈 3차 구조는 암, 노화 등 다양한 복합질환에서 질환 특이적 유전자 발현과 밀접한 연관이 있음이 최근 밝혀지고 있다. 하지만 기존 게놈 3차 구조는 비교적 관찰이 쉬운 염색체 내 상호작용에 대부분 국한되어 있었고, 더 큰 범위에서의 염색체 간 상호작용에 대해서는 관찰 실험 기법의 한계로 인해 연구가 거의 진행되지 않았다. 우리 대학은 생명과학과 정인경 교수 연구팀이 서울대학교 기계공학부 신용대 교수 연구팀, 부산대학교 최정모 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 세포핵 내 3차원 게놈 구조 신규 생성 원리와 이를 조절하는 매개 인자를 발견했다고 10일(월) 밝혔다. 생명과학과 주재건 석박사통합과정과 서울대학교 조성현 연구원이 주도한 이번 연구에서 연구팀은 행렬 분해 기법이란 분석 기법을 활용하여 게놈 3차 구조 데이터
2023-04-10 -
연구 KAIST, 암세포에만 약물 전달 가능한 클라트린 조립체 개발
암을 부작용 없이 효과적으로 치료하기 위해서는 약물을 암세포에 특이적으로 전달할 수 있는 기술이 필요하다. 단백질로 구성되어 있는 단백질 조립체는 암 치료를 위한 약물 전달에 널리 활용되고 있다. 단백질 조립체를 약물 전달에 이용하기 위해서는 암세포를 인식하는 단백질과 암세포를 사멸시키는 약물을 단백질 조립체에 효과적으로 접합시키는 기술, 즉 기능화(functionalization) 기술이 필수적이다. 그러나, 단백질 조립체의 경우 기능화 과정이 매우 복잡하고, 효율이 낮으며, 대부분 작은 크기의 화학 약물(chemical drug)의 적용에만 한정되어 실제 사용에 많은 제약이 있었다. 우리 대학 생명과학과 김학성 교수 연구팀이 암세포에 특이적으로 약물을 전달할 수 있는 클라트린 조립체를 개발했다고 14일 밝혔다. 생체 내 클라트린이라는 단백질 조립체는 세포 안에서 자가조립(self-assembly)되어 물질을 효율적으로 수송(endocytosis)한다. 클라트린 조립체는
2023-03-14 -
연구 새로운 세포핵 단백질의 이동 루트 발견
인간의 생명 정보를 담고 있는 DNA는 세포핵(nucleus) 내에 존재하며 이 정보는 전령 RNA(messenger RNA, mRNA)에 담겨 세포질로 이동 후 단백질 생성의 기초가 된다는 것이 소위 유전자 발현의 센트럴 도그마(central dogma of eukaryotic gene expression)다. 이 과정이 온전히 이루어지기 위해서는 유전자 발현의 최종 산물인 단백질 중 DNA 정보를 유지 및 활용하는 단백질들이 다시 세포핵으로 이동하여 작용하는 순환의 과정이 필요하다. 세포핵은 단백질의 투과가 불가능한 이중의 지질막(double-layered lipid membrane)으로 둘러싸인 구조이기 때문에 세포질에서 생성된 단백질이 핵으로 이동하기 위해서는 핵공(nuclear pore)라는 작은 구멍을 통과해야만 가능한 것으로 알려져 있다. 그리고, 핵공을 통해 세포핵으로 이동이 가능한 단백질들은 핵 이동 신호(nuclear localization signal, N
2023-02-28 -
연구 획기적 암 치료제를 만들 단백질 코드 규명
우리 대학 의과학대학원 이지민 교수 연구팀이 유럽분자생물학연구소(EMBL) 미하일 사비스키(Mikhail Savitski) 교수, 서울대학교 백성희 교수와 공동 연구를 통해 질환의 억제와 촉진의 실마리가 되는 단백질 수명을 결정하는 단백질 *번역 후 조절(post-translational modification, 이하 PTM) 코드를 규명했다고 1일 밝혔다. * 번역 후 조절(PTM): DNA가 mRNA가는 전사 과정을 거쳐 최종 단백질로 번역까지 일어난 이후에 추가적으로 생기는 현상으로, 단백질의 구조나 효능에 영향을 미치는 것으로 주로 알려져 있음 연구팀은 기존에 단백질의 운명 조절과 연관이 없을 것으로 생각됐던 PTM 신호를 `PTM-활성화(PTM-activated) 데그론'과 `PTM-불활성화(PTM-inactivated) 데그론'으로 구분해 단백질 수명 조절과의 관련성을 규명했다. *PTM 활성화 데그론과 PTM 볼활성화 데그론: PTM에 의해 데그론이 활성화
2023-02-01