수절 단백질의 분석

1. 단백질의 번역 후 수절

1) 번역 후 수식 분석의 의의

단백질은 기본적으로는 20 종류의 공통적인 아미노산이 사슬상에 연결된 것이지만 그것의 합성과정이나 합성 후에 여러 가지의 수식을 받는다. 효소적으로 아미노산 이외의 물질이 부가되거나 화학적인 반응으로 아미노산이 변화하거나 게다가 protease에 의한 절단을 받는 경우도 있다. 번역 후 수식은 단백질의 생리 기능의 발현과 세포 내에서의 국제성 (편재성) 의 결정, 단백질 구조의 안정화도에 기여하는 중요한 과정이며 주위에 있는 단백질의 기능을 명확히 하기 위해서는 번역 후 수식의 유무, 종류, 생리기능과의 관련성을 해석해둘 필요가 있다. 단백질보다도 먼저 cDNA가 얻어진 경우에도 그것의 추정되는 아미노산 배열에서 어느 정도 수식을 예상하는 것은 가능하지만 역시 최종적으로는 분리한 단백질에 있어서 실제의 수식을 분석하지 않으면 안된다. 또한 얻어진 단백질의 구조를 지금부터 해석하려고 하는 경우에도 수식의 상태를 알아두는 것이 중요하다. 예를 들어 단백질의 아미노 말단 배열을 결정하려고 했을 때에 그것의 아미노 말단이 후술하는 acetyl화 등으로 block 되어 있으면 그대로 peptide sequencer에 걸어도 아무것도 나오지 않는다. 정보를 얻기 위해서는 특수한 조작을 가할 것인지 아미노 말단에 배열 결정을 포기하고 단백질의 내부 peptide 배열 결정에 전염하는 길을 선택하지 않으면 안된다. 또한 인산화 된 아미노산도 통상의 sequencer 방법에서는 해석이 곤란핟. 

이처럼 단백질의 해석 후 수식을 분석하는 것은 그것의 생리기능 해석에 중요할 뿐만 아니라 구조해석의 단계에서도 유용한 정보를 전해주게 된다. 그렇다고 해서 모든 타입의 수식을 완전히 해석하기 위해서는 상당한 양의 순도가 높은 단백질이 필요하기 때문에, 단백질이 동정되었을 단계에는 주요한 수식의 유무와 종류 정도를 봐두면 좋다고 생각되어 진다.


2) 해석 후 수식의 종류

Acstyl화, Acyl화

Acetyl화는 acetyl-CoA (Coenzyme A) 를 기질로 한 효소반응에 의해서 주로 단백질의 아미노 말단의 acetyl 기가 부과되는 수식이다. 많은 단백질은 합성과 함께 개시 메티오닌이 유리해서 새로운 아미노 말단이 된 알라닌 잔기와 세린 잔기 등의 아미노기가 그것의 수식을 받는다. 어떤 종의 동물 세포에서는 가용성 단백질의 80% 이 아세틸화 되어 있다는 보고도 있고, 가장 중요한 번역후 수식의 하나로 될 수 있지만 그것의 생리적인 의의는 아직 충분히 이해되고 있지 않다. 또한 미리스친 산 등의 지방산이 acetyl화와 같은 형채의 기구로 아미노산에 결합 (acyl화) 하고 있는 단백질도 많이 알려져 있으며 막 성분의 상호 작용에 있어서 그것의 수식의 의의가 시사되고 있다. 게다가 아미노 말단이 피코글루타민화 반응으로 block 되어 있는 경우도 있다. 따라서 고등생물에서 새로운 단백질을 발견하여 그것의 구조를 명확히 하려고 했을 때 직접 아미노 말단에서의 배열 결정을 할 수 있다고 한다면 그것은 극히 다행스러운 일이다.

인산화 반응

인산화는 ATP를 주요한 기질로서 단백질 인산화효소 (phosphate kinase) 가 행하는 수식이다. 주로 세린, 스레오닌, 티록신 잔기의 수산기에 인산기가 전이되지만 히스티딘 등의 다른 아미노산의 인산화도 알려져 있다. 고전적으로는 cyclic AMP 의존성 kinase에 당을 알리는 당대사 조절 cascade이다. 최근에는 세포의 증식분화의 제어에 관한 MAP kinase cascade 등을 구성하는 단백질과 효소는 그것의 인산화 상태에 의해서 기능이 명확히 조절된다. 또한 세포의 증식과 분화촉진인자의 많은 수용체 자체가 단백질의 티록신 잔기에 특이적인 kinase이며 티록신의 인산화와 세포 증식분화와의 관련성이 주목되고 있다.

당쇄 부가

세포막을 관통해서 국재하는 단백질의 대부분의 합성과정 또는 합성 후에 그것의 아스파라긴 잔기 (N-linked glycosylation)와 세린/스레오닌 잔기 (O-linked glycosylation) 가 역시 효소적으로 당쇄부가의 수식을 받는다. 복수종의 당이 여러 관례로 갈라져 결합한 당쇄의 구조는 상당히 다양하며 아미노산 배열에 가해서 단백질 기능의 다양성을 결정하는 요인이 되고 있다. 세포외 인자의 수용 단백질 등을 연구할 경우에는 당쇄 수식의 역할도 충분히 검토해줄 필요가 있다.
 
Isoprenyl 기 부가

콜레스테롤 대사 중산체의 팔네실 pyroline 산과 게라닐 pyroline 산 등의 isoprenyl 기가 단백질의 cystein에 결합하는 수식이다. G 단백질과 ras 등 세포 내 정보 유전으로 중요한 역할을 하는 단백질에 이것이 수식되어 부여 단백질의 막 성분과의 결합에 관여한다고 생각되어지고 있다.

기타

주로 박테리아의 독소에 함유하는 효소에 의한 ADP, ribosyl화는 단백질의 생리기능에 중대한 영향을 부여하는 것이 알려져 있고, 그것의 수식효소는 단백질 연구의 도구로서도 잘 이용되고 있다. 또한 소위 GPI anchor 로 불리는 당지질부과를 받은 세포 외 단백질도 존재한다. 개개의 amino acid 도 게다가 carboxyl기와 methyl기의 부가를 받거나 한다. 단백질분해효소에 의한 한정 분해도 번역 후 수식의 하나로 계산되고 애써 정제분리한 단백질이 실제는 분해산물이었다는 것은 자주 있는 이야기이다. 분자 속이 단백질에 공유결합하는 것도 중요한 번역 후 수식이다.

[참고문헌]
1) Tsunasawa, S. & Sakiyama, F : Methods in Enzmol 106 : 165-170, 1984
2) Hunter, T & Sefton, M : Methods in Enzmol, 200 - 210 : 1991