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신용: Christoph Burgstedt/Getty 이미지

옥스포드 대학의 과학자들은 긴 단백질 사슬 내에서도 개별 단백질의 세 가지 다른 번역 후 변형(PTM)을 식별할 수 있는 나노기공 기술을 개발했습니다. 과학자들은 자신들의 기술이 “세포와 조직의 단백질 형태 목록을 작성하기 위한 토대를 마련”했다고 주장했습니다.

이 기술은 Nature Nanotechnology에 "긴 폴리펩티드 내의 번역 후 변형에 대한 효소 없는 나노기공 검출"이라는 제목의 논문을 통해 소개되었습니다. 이 논문에서는 단일 분자 단백질체 식별을 위해서는 긴 폴리펩티드 사슬의 구조에 대한 지식이 필요하지만 지식은 파악하기 어려운 것으로 나타났습니다. 고체 상태의 나노기공이나 큰 크기의 단백질 나노기공을 통해 접힌 단백질을 전위시키는 방법이 있지만, 이러한 방법은 아직 폴리펩티드 서열 내에서 PTM을 위치시키지 못했습니다. PTM을 검출한 방법은 짧은 펩타이드 내에서만 그렇게 할 수 있었습니다.

옥스포드 과학자들은 논문에서 자신들의 접근 방식을 다음과 같이 설명했습니다. “우리는 1,200개 이상의 잔기가 있는 개별 폴리펩티드의 비효소적 포획, 전개 및 전위를 위해 공학적으로 설계된 전하 선택성 나노기공에서 전기삼투를 사용합니다. 표지되지 않은 티오레독신 다단백질은 C 또는 N 말단에서 단위 단위로 방향성 공동 전위 전개가 발생하면서 나노기공을 통해 수송됩니다. 변성되지 않는 농도의 카오트로픽 시약은 분석을 가속화합니다."

과학자들은 나노기공 DNA/RNA 서열분석 기술에 대해 자세히 설명했습니다. 구체적으로, 과학자들은 물의 방향성 흐름을 사용하여 3D 단백질을 포획하여 선형 사슬로 전개하고 단일 아미노산이 통과할 수 있을 만큼 넓은 구멍을 통해 공급했습니다. 나노포어에 적용된 전류의 변화를 측정하여 구조적 변화를 확인했습니다. 서로 다른 분자는 전류에 서로 다른 혼란을 야기하여 고유한 특징을 부여합니다.

팀은 세 가지 다른 PTM 변형(인산화, 글루타티오닐화 및 글리코실화)을 감지하는 방법의 효과를 성공적으로 입증했습니다. 여기에는 단백질 서열 내 깊은 곳의 변형이 포함되었습니다. 중요한 것은 이 방법에 라벨, 효소 또는 추가 시약을 사용할 필요가 없다는 것입니다.

연구팀에 따르면 새로운 단백질 특성화 방법은 기존의 휴대용 나노기공 시퀀싱 장치에 쉽게 통합되어 연구자들이 단일 세포 및 조직의 단백질 목록을 신속하게 구축할 수 있다고 합니다. 이는 현장진단을 용이하게 하여 암 및 신경퇴행성 장애를 포함한 질병과 관련된 특정 단백질 변이체의 개인화된 검출을 가능하게 할 수 있습니다.

옥스퍼드 대학교 유기화학 부교수이자 이번 연구의 교신저자인 Yujia Qing 박사는 “이 간단하면서도 강력한 방법은 수많은 가능성을 열어준다”고 말했습니다. “처음에는 특정 질병과 관련된 단백질과 같은 개별 단백질을 검사할 수 있습니다. 장기적으로 이 방법은 세포 내 단백질 변종의 확장된 목록을 생성하여 세포 과정과 질병 메커니즘에 대한 더 깊은 통찰력을 얻을 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.”

현재 연구의 다른 교신저자는 옥스포드 대학의 화학 생물학 교수이자 Oxford Nanopore Technologies의 공동 창립자인 Hagan Bayley 박사였습니다. 그는 단일 분자 수준에서 번역 후 변형과 기타 단백질 변이를 정확히 찾아내고 식별하는 능력이 "세포 기능과 분자 상호 작용에 대한 이해를 발전시키는 데 엄청난 가능성을 가지고 있다"고 지적했습니다. 그는 “맞춤형 의학, 진단, 치료적 개입을 위한 새로운 길을 열 수 있다”고 덧붙였습니다.

연구의 저자들은 단일 분자 수준에서 세포 단백질과 그 수백만 가지 변이체를 분석하는 기술이 이전에 생물학에서 알려지지 않았던 상당한 정보를 밝혀낼 것이라고 강조했습니다.