Development of mass spectrometric analysis of $\alpha_1$(I) and $\alpha_2$(I) chain Collagen

$\alpha_1$(I)및 $\alpha_2$(I)사슬 콜라겐의 질량분석법 개발 연구

Collagen is the important structural proteins in mammals with various peptide composition and cross-linkings. The direct analysis of collagen protein was not suitable because of its structural complexity and diversity. In this study, we suggest the simple way of collagen analysis by introducing matrix-assisted laser desorption/ionization time-of flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) to identify the collagen and its trypsin-digested fragments, and by subsequent time-of-flight tandem mass spectrometry(Q-TOF MS/MS) to analyze the amino acid sequences of identified fragments. Using the collagen samples extracted from the tail of mouse, 10 separated bands were found in SDS-PAGE, and the masses of most bands could be more finely determined by MALDI-TOF MS. When each 10 separated proteins was tryptic digested and introduced to MALDI-TOF, the Gly1056-Arg1073 fragment from $\alpha_1$-chain was identified in four bands, and the Gly1056-Arg1073 fragment from $\alpha_2$-chain was identified in five bands, both in type I collagen. Although few fragments were found because of the cross-linkings left in digested collagen sample, it could be determined that the type I collagen existed at least in 7 separated bands. When the amino acid sequences of two identified fragments were analyzed by Q-TOF MS/MS, both sequences were identical with those determined by MALDI-TOF MS. It suggested that the two peaks in MALDI-TOF MS caused by the fragments identified in this work could be used as the fingerprint to simply identify type I collagen in protein samples.

포유동물에서 중요한 구조단백질인 콜라겐은 다양한 조직내 단백질 조성과 사슬간 복잡한 가교결합의 존재로 인해 그 구조가 복잡하고 다양하여, 직접적으로 분석할 적당한 방법이 없었다. 본 연구에서는 간단한 전처리만으로 다수의 생체분자 시료에 대해 정확한 분자량 측정이 가능한 매트릭스 보조 레이저 탈착/이온화 비행시간 질량분석법(MALDI-TOF MS)을 이용하여 콜라겐과 조각화된 콜라겐을 분석하고 이의 아미노산 서열을 사중극자-비행시간 직렬 질량분석법(Q-TOF MS/MS)으로 확인하여, 시료 중의 콜라겐의 종류에 대한 정보를 확인하여, MALDI-TOF 질량분석을 이용한 콜라겐 분석에서 콜라겐의 종류를 쉽게 예측할 수 있는 방법을 제시하고자 하였다. 쥐의 꼬리에서 분리한 콜라겐을 SDS-PAGE로 분리한 결과 10개의 band를 얻을 수 있었는데, 같은 시료를 MALDI-TOF MS로 확인하여 각 band의 정확한 분자량을 결정할 수 있었다. SDS-PACE상의 10개의 분리된 band에 대해 각각 tryptic digestion후 MALDI-TOF 질량분석을 수행한 결과 4개의 band에서 type I 콜라겐의 $\alpha_1$-chain내의 fragment인 Gly1056-Arg1073을 확인할 수 있었고, 5개의 band에서 type I 콜라겐의 $\alpha_2$-chain내의 fragment인 Gly985-Arg1002을 확인하였다. 잔재한 콜라겐의 가교결합으로 인해 예상되는 fragment중 둘만이 확인되었지만, 확인된 fragment를 통해 적어도 7개의 band에서는 type I콜라겐이 존재함을 확인할 수 있었다. 확인된 두 콜라겐 flagment의 아미노산 서열을 Q-TOF MS/MS로 분석한 결과 MALDI-TOF MS에서의 예측과 일치함을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 확인된 두 fragment에 의한 peak을 지문으로 하여 MALDI-TOF MS측정시에 시료내의 type I 콜라겐의 존재를 쉽게 확인할 수 있음을 볼 수 있었다.