단백질 사이의 상호작용 네트워크(PPI network: Protein-Protein Interaction network)를 이용하여 단백질 기능을 예측 하는 것은 단백질 기능 예측 기법들 중에서 중요한 작용을 한다. 하지만 PPI를 이용한 단백질 기능 예측은 기능의 복잡도와 다양성으로 인해 제한적인 결과를 나타내 왔다. 따라서 본 논문에서는 기존의 연구들 보다 높은 정확도로 단백질 기능을 예측하기 위해 기능 예측을 하려는 단백질과 상호작용 하는 단백질들에 그래프 마이닝 기법을 적용하여 빈발 2-노드 상호작용 패턴을 찾고, 그 패턴을 이용하여 단백질 기능을 예측하는 접근법을 제안하였다. 실험데이터로 DIP(Database of Interacting Proteins)에서 제공하는 단백질 상호작용 데이터를 사용하였으며, 다른 기존의 단백질 기능 예측 기법들보다 높은 정확도를 보여주었다.
모티프는 진화과정을 거치면서 단백질 서열상에서 부분적으로 높게 보존된 지역을 의미한다. 이러한 모티프는 단백질의 기능과 구조를 예측하거나 생물학적으로 관련성이 있는 단백질의 공통적인 특성을 기술하는데 사용된다. 또한, 모티프와 단백질 서열의 상관관계는 생물학적 기능 예측에 필수적이며, 이러한 예측 문제는 모티프 검색을 통해 서열에 존재하는 빈발한 서열패턴과 구조패턴을 통해 단백질 서열에 대한 분석이 가능하다. 이 논문에서는 단백질 서열에 존재하는 2차 구조 특성과 빈발패턴을 검색하고 추출된 정보를 이용하여 단백질 기능 분류에 활용하고자 한다.
단백질의 1차 구조를 통하여 생성되는 단백질 2차 구조는 3가지 타입 E, H, L을 가지고 있다. 단백질 2차 구조는 선형적인 단백질 1차 구조를 공간적으로 형성한 것이며 단백질 2차 구조에 관한 연구는 단백질 기능 예측에 중요한 부분이다. 단백질 2차 구조는 3가지 타입이 각각 그룹을 이루어 나타나는 특징이 있다. 단백질 2차 구조의 이러한 특징을 이용하면 효과적인 검색이 가능하다. 기존의 연구에서는 시퀀스 전체와 질의를 스트링 기반으로 비교하는 방법과 단백질 2차 구조의 세그먼트 테이블을 이용하는 방법을 사용하였다. 하지만 이러한 방법은 검색 비용이 많이 드는 단점이 있다. 본 논문에서는 효과적인 단백질 2차 구조의 검색을 위하여 고정된 패턴을 정 의하고 고정된 패턴을 사용하는 방안을 제시한다.
기존의 시스템에서는 서열 전체 혹은 정렬되지 않은 서열로부터 패턴들을 생성하기 때문에 패턴의 수가 기하급수적으로 증가하여 많은 시간과 비용이 소모된다. 본 논문에서는 단백질의 전체 서열로부터 패턴을 찾아내는 것이 아니라, 다중 서열 정렬 기법을 이용하여 단백질의 분할 서열 구간을 생성하고 분할 서열 구간의 순차 패턴을 생성하며 생성된 패턴들을 통합하여 전체 모티프 후보 집합을 만들어 SVM의 훈련 집합으로 선택 및 학습하며, 최종적으로 미지의 혹은 알려진 단백질 서열의 HPV 타입을 SVM을 통해 학습된 정보를 적용하여 예측하는 시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 기존의 시스템에 비해 최소 지지도 30%에서 정확도와 재현율 측면에서 보다 향상된 성능을 보였다.
잠품종의 지리적 원산지, 품종, 암·수 별누에 번데기의 체액단백질에 있어서 전기영동적 단백질 패턴의 유사성, 각각의 단백질 밴드의 분포양상, 암·수간의 패턴 차이, 품종별 소유하는 체액단백질 밴드의 종류등에 대해서 잠업시험장에서 보존 중인 129 잠품종을 대상으로 조사한 바, 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 누에번데기 체액단백질의 전기영동 결과 분류된 단백질은 28개 단백질이었고, 각각의 품종이 소유하고 있는 단백질 밴드의 종류는 평균 14 밴드정도였다. 2. 조사된 품종의 지리적 원산지별 품종간의 유사성의 암·수 평균치는 일본종 20.0%, 중국종 28.3%,유럽종 14.3%로 중국종이 유사성이 가장 높다. 3. 전체 조사 집단의 암·수변 유사성은 암:22.5%, 수:23.5%로 거의 비슷한 수준이다. 4. 조사된 129품종의 암·수별 전기영동 패턴의 종류는 암번데기에서 109패턴이 수번데기에서 112패턴이 관찰되었다. 5. 품종내의 암·수별 전기영동 패턴의 차이는 HP3, HP4 단백질 밴드를 제외하면 평균 6.6% 정도이다. 6. 28개 단백질 밴드의 각각의 지리적 원산지별 분포빈도는 원산지에 따라 암·수 공히 차이가 심하다. 7. 모든 품종에 분포두도가 100%인 단백질 밴드는 HP11로서 모든 품종에 공통적으로 존재하는 단백질이었다. 8. 수번데기보다는 암번데기에서 흡광밀도가 높은 HP3, HP4 단백질 밴드가 모든 품종의 암·수에서 뚜렷한 차이를 보였다.
한우 난소의 황체는 다양한 세포들로 구성되어 있으며 난소의 생식기능유지와 임신유지에 중요한 인자가 복잡하게 관련되어 있으며 이들 황체에서 분비하는 단백질은 황체기능에 필수적으로 중요한 작용을 한다. 본 연구는 난소의 황체일령에 따른 단백질 분비 패턴을 조사함으로써 황체세포의 기능과 임신 유지에 관련되는 인자들을 조사하기 위하여 수행하였다. 한우에서 채취한 난소에서 황체를 분리, 황체시기별(전기, 중기, 말기)로 구분하여 cytosol을 분리 정제하였다. 황체시기별로 분리된 황체 단백질의 성분을 분석하기 위해 ion-exchange chromatography를 이용하여 단백질 패턴을 조사, 추출된 fraction을 단백질 정량후 SDS-PAGE를 실시하였다. 그 결과 중기에서의 단백질의 농도가 가장 높았으며, 특히 단백질 패턴 또한 다른 양상을 보였다. 시기별로 구분한 각각의 fraction을 SDS-PAGE로 조사했을 때 중기와 말기황체 cytosol의 fraction 3번과 4번에서 다른 양상을 보였으며 SDS-PAGE에서 120kb, 95kb, 34kb, 25kb 등의 단백질 밴드를 확인할 수 있었다. 초, 중기황체에서만 특이하게 검출되는 단백질 band를 확인할 수 있었으며 이 들 단백질을 구체적으로 확인하기 위하여 Two-Dimensional electrophoresis를 이용하여 실험을 수행하였다. 시기별로 분리된 황체를 일반적인 IEF단백질 분리법으로 cytosol을 회수한 후 IPG-system을 이용하여 1차원 전기영동을 한 후, SDS-PAGE로 이차원 전기영동을 실시하였다. 이차원 전기영동 결과, SDS-PAGE의 결과와 비슷한 위치에 부분적으로 다른 spot의 양상을 보였다. 특히 기능황체에서의 특이적 발현 spot을 확인할 수 있었다. 이러한 결과들로부터 황체의 progesterone분비기능의 역할을 수행하기 위한 단백질들이 전, 중기에 발현된다는 것을 알 수 있고 퇴행황체에서는 발현이 안되고 있는 것을 알 수 있다. 이러한 결과를 토대로 다른 양상을 띤 spot을 분리하여 어떤 단백질인지를 분석하여 각각의 황체단백질의 특성을 규명할 수 있을 것으로 사료된다.
단백질은 서열의 disorder 구역이 생물학적 반응을 일으켜 order로 변하는 과정에서 그 기능을 하게 되므로 서열 데이터에서 disorder 구역과 order 구역을 분리하는 것은 단백질의 3차 구조 및 특성을 예측하는데 반드시 필요하다. 따라서 이 논문에서는 효율적인 disorder와 order 구역 분류를 위해서 단백질의 특정 특징에 치우치지 않는 분류 결과를 얻으면서, 분류 속도를 향상 시킬 수 있도록 서열 데이터를 이용한 분류/예측 기법을 제안한다. 출현패턴 기반의 EPs-TFP 기법은 중복 출현패턴이 제거된 필수 출현패턴만을 이용하는 분류/예측 기법이다. 이 분류 기법은 disorder 구역의 서열 출현패턴들을 발견하며, 이러한 서열 출현패턴은 disorder 구역에서는 빈발하지만 order 구역에서는 상대적으로 빈발하지 않는 패턴들이다. 또한 제안 알고리즘의 성능 향상을 위해서 기존의 P-tree, T-tree 개념의 TFP 기법을 확장하여 분류/예측 기법으로 적용하였다. EPs-TFP 기법의 성능평가를 위해서 Disprot 4.9와 CASP 7 데이터를 활용하였고, disorder/order 구역을 분류한 결과, 민감도 73.6, 특이도 69.5, 정확도 74.2를 보였다.
녹두의 발아중 수분 함량의 변화, 총 단백질과 가용성 단백질 함량의 변화, 그리고 전기영동에 의한 가용성 단백질의 변화 패턴을 조사하였다. 건조녹두의 수분함량은 12.7%이고 침지 후에는 60% 였으며 발아함에 따라서 점차 증가하여 90.7%까지 올라갔다. 녹두를 침지하므로써 급격히 총 단백질 함량과 가용성 단백질 함량이 감소하였고 발아 일수가 경과함에 따라서 점진적인 감소를 보였으며, 총 단백질과 가용성 단백질은 비슷한 감소 패턴을 보였다. 녹두의 가용성 단백질을 SDS로 처리하지 않고 전기영동 하였을때 2개의 넓은 band와 3개의 즘은 band를 얻을 수 있었고, 발아함에 따라서 2개의 넓은 band는 점차 희미해져 단백질이 분해되고 있음을 알 수 있었다. 그러나 다른 band의 단백질들은 비교적 분해되지 않고 남아 있었다. 녹두의 가용성 단백질을 SDS-PAGE로 관찰 하였을때 19개의 분명한 band를 얻을 수 있었고 발아함에 따라서 대부분의 단백질 band는 분해되어 희미해져 갔으나 상당한 부분이 발아 7일째까지 분해되지 않고 남아 있음을 알 수 있었다.
Polyethylene glycol(PEG)은 강력한 단백질 및 세포흡착 억제력을 가지고 있어 다양한 생물학적 연구에 사용되고 있으나, 기판과의 결합력이 무척 약해 기판 위에 박막을 형성하기가 매우 어렵다는 문제점이 있다. 이번 연구에서는 capacitively-coupled plasma chemical vapor deposition(CCP-CVD)를 이용하여 PEG를 유리 기판 위에 플라즈마 중합하여 plasma-polymerized PEG(PP-PEG) 기판을 만들었다. PP-PEG 박막은 FT-IR, XPS, ToF-SIMS 분석을 통하여 PEG와 매우 유사한 화학적 조성을 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 또한 PP-PEG 기판은 photolithography 방법을 이용하여 표면에 photoresist를 패턴한 뒤 아민작용기를 가지는 plasma-polymerized ethylenediamine (PPEDA)를 증착하여 표면이 amine/PEG로 패턴화된 박막 기판을 만들었다. 패턴된 기판에 단백질 및 세포를 고정화하였을 때, 아민 작용기가 노출된 부분에만 고정화가 나타나고 PP-PEG 영역에는 단백질 및 세포의 흡착이 효율적으로 억제되는 것을 형광측정 및 ToF-SIMS chemical imaging 방법을 이용하여 확인하였다. 이러한 바이오칩 제작기술은 단백질 및 세포 칩을 포함한 여러 분야에서 폭넓게 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
이탈리안 라이그라스로부터 갈변을 방지시켜 white LP를 제조하여 4주령의 Wistar 계 수컷 흰쥐에 14일 급여, 혈청지질농도 및 혈중 유리 아미노산 패턴에 대하여 단백질원으로 대두단백질 및 카제인 급여와 비교하였으며 혈중 유리 아미노산이 혈청 지질농도에 대하여 어떠한 관련이 있는지를 검토하였다. 갈변을 방지하여 조제한 LP 의 질소 함량 및 소화율이 거의 대두단백질 수준까지 높여 단백질의 품질에 대한 영향을 확인하였다. 혈청 총 콜레스테롤 및 LDL-콜레스테롤은 카제인군에 비하여 이탈리안 라이그라스 white LP 군이 유의적으로 낮고, 대두 단백질군과 같은 수준이었다. 이때 혈중유리아미노산을 비교한 결과, LP 군과 대두단백질군과는 거의 닮은 패턴을 나타내고 카제인군에 대해서는 glycine 만 높고 다른 아미노산은 차가 없든지 유의적으로 낮았다. 그리고, 카제인 수준을 15.0% 로 낮추어 대두 단백질과 비교하였다. 그 결과, 혈청 콜레스테롤 농도는 카제인군이 유의적으로 높고 혈중 glycine 농도가 낮고, methionine 농도의 높은 폐턴은 일치하였다. 이상의 결과로부터 혈중 유리아미노산 패턴은 급여 단백질의 종류에 의해 어느정도 규제되어지며 아미노산 패턴은 혈청지질과 어떠한 관련이 있는 것으로 인정되었다. 더욱이, LP 와 대두단백질의 혈중 유리 아미노산 패턴은 매우 유사한 것이 관찰되어 LP 의 혈청 콜레스테롤 강하작용의 메카니즘은 대두 단백질의 메카니즘과 유사한 것으로 생각되어진다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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