단백질 구조해석의 진행방법

단백질 구조해석의 진행방법

조직이나 배양세포로부터 매우 흥미있는 단백질의 분리에 성공한 다음, 그 생리기능을 해석할려고 할 경우 당연히 필수적으로 되어져야 하는 것은 단백질 구조상의 정보이다. 목적 단백질의 전 아미노산 배열을 결정하는 것에 의하여 그 생리활성은 더 나아가 세포내에서의 국재성, 번역후의 수절 등을 추측하는 것이 가능하다. 그리고 이미 구조가 명확히 밝혀져 있는 단백질과 기능적인 관련성이나, 진화과정에 있어서 부착되어지는 위치도 유용한 정보를 제공하여 주게 된다. 물론, 그 배열 자체가 물리 화학적인 측면에서 매우 흥미있는 화제를 제공하여 주는 경우도 있다. 게다가, 특이적인 항체 작제용의 항원을 design하기 위하여서도, 아미노산 배열의 정보는 필수 불가결 하다. 

유전공학적 수법이 일반화되어진 현재는, 단백질의 전 아미노산 배열을 화학적으로 결정하는 일은 부분적인 아미노산 배열을 우선 결정하고, 그러한 정보에 따라서 cDNA를 cloning하고, 염기배열로부터 전 아미노산 배열을 결정하는 방법이 일반적으로 되어 있다. 그리고, 최근에는 internet 상에서 이용 가능한 유전자 정보 bank가 활발하게 적극 활용되어지고 있으며, 일부 구조상의 정보 (아미노산 배열뿐만 아니라 질량 분석에 의한 peptide map) 에서 목적 단백질의 cDNA 정보가 computer로부터 얻을 수 있게 되어 있다. 이렇게 얻어진 cDNA는, 배양세포 등을 이용한 발현시험에 이용되어지고 세포공학, 분자생물학적인 연구에서 주역이 되고 있다. 이러한 흐름의 연구 과정은 목적 단백질의 부분적인 구조상의 정보를 결정하는 단계이다. 지금부터 이렇게 중요한 단계로서 이용되어지고 있는 실험 방법 등에 대해서 소개해 보기로 하겠다.

1. 단백질의 분리동정

단백질의 부분적인 1차 구조결정을 위하여서는, 우선 확실히 수행되지 않으면 안되는 것은 목적 단백질의 동정이다. 여기서 말하는 동정이란, 조직이나 세포의 단백질 추출액으로부터 목적으로 하는 생리활성을 수반한 단백질의 분리 정제를 진행하는 과정에서, 각종 전기영동의 gel상에서 어느 단백질의 밴드가 생리 활성을 가지는 가에 대하여 확정하는 것이다. 한편, 간단한 과정이지만, 이 단계를 쉽게 여기면 특히, 정제가 곤란한 미량 밖에 존재하지 않는 단백질을 해석할 경우에는 일차적으로 전혀 다른 정보를 얻게 되어지는 경우가 되고 만다. 수차례에 걸쳐 column-크로마토그래피 조작을 행하는 것이, 단백질을 순수품에 가깝게 정제하는 것이 그다음 단계후의 해석을 확실히 하기 위한 최적의 조건이다. 이러한 경우에도 여러 종류의 전기영동으로 분석하고, 그 밴드가 한 종류의 단백질로부터 되고, 생리활성도 항상 같이 수반되어야 한다. 최근에는 SDS-PAGE나 electro-transfer법을 이용하고, 부분 정제한 단백질 표준품으로부터 목적 단백질의 구조 해석을 행하는 방법이 이전부터 일반적으로 되어 있긴 하지만, 이러한 경우에는 아주 신중하게 밴드의 동정이 요구된다, 특이성이 높은 ligand와의 상호작용을 이용한 분리조작을 하기도 하지만, 역시 수차례의 전기 영동법에 의한 해석이 필요하게 된다. 

동정이 확실하게 이루어진 다음에 문제시되어지는 것은 이미 알려져 있는 분자와의 관련성이다. 만약, 목적 단백질과 생리활성이나 분자량이 닮은 분자에 대한 항체를 손쉽게 구할 수 있다면 Western blotting법에 의하여 이러한 단백질의 면역화학적인 관련성을 당연히 검토하여야 한다. 그리고 peptide mapping 법에 의하여 다른 단백질과의 관련성을 검토하는 것도 가능하다. 이러한 단계를 명백히 하면 목적 단백질의 구조해석에 진행이 순조롭게 진행되어지면, 여하튼 구조를 보지 않고서는 어떤 판단도 할 수 없는 이유 때문에 다음과 같이 해석 단계를 진행하는 경우에 대하여 기술하였다.