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.
계면에서의 단백질 흡착 기작을 연구하기 위하여 여러 단백질의 A/W 계면에서의 흡착이 조사되었다. BSA intermediates들의 흡착결과는 단백질 2차, 3차 구조가 계면에서의 흡착기작에 영향끼친 것을 나타냈으며, succinylated ${\beta}-lactoglobulin$의 흡착에서는 순 음전하의 증가가 정전기적 상호작용에 영향끼침을 보여 주었다. 또한 ${\beta}-casein$의 흡착은 물 구조를 파괴하는 chaotropic 염 존재하에서 흡착속도가 떨어지는 것을 시사했다.
cAMP 수용성 단백질인 CRP는 Escherichia coli에서 대사와 관련된 유전자의 전사를 조절한다. 본 연구는 야생형과 돌연변이 CRP 단백질의 열적 안정성과 온도에 따른 단백질의 구조변화를 관찰하기 위 하여 proteolytic digestion, UV spectrophotometer, CD spectrapolarimeter 등의 방법을 사용하였다. cAMP가 없을 때에는 야생형, S83G, S128A CRP가 열적 안정성에서 큰 차이를 보이지 않았지만, cAMP가 존재할 때 야생형 CRP가 다른 돌연변이 CRP보다 열적으로 더욱 안정함을 보였다. 그리고 protease digestion 실험을 통하여 높은 온도에서 cAMP의 존재와 무관하게 돌연변이 CRP에서 단백질 의 변성으로 인한 절단된 단백질띠를 관찰할 수 있었다. 그리고 55$^{\circ}C$에서 측정한 CD 스펙트럼에서 단백 질의 2차 구조인 $\alpha$-helix 구조가 부분적으로 파괴되었음이 관찰되었다.
루신-대응 조절 단백질(Lrp)은 18.8 kDa의 분자량을 갖는 글로벌 조절 단백질로서 대장균과 같은 장내세균과에서 많은 대사작용 오페론의 기능적 활성도를 조절한다. 단백질의 4차 구조를 규명하기 위한 목적으로 Lrp단백질 코드하는 유전자가 삽입된 재조합 플라스미드 pQE vector를 발현시킨 6 ${\times}$ His-tag Lrp 야생형과 $^3H$로 표지된 Lrp를 분리 정제한 후 cross linker들인 glutaraldehyde, 1,2,3,4-diepoxy-butane (DEB), ethylene glycol bis (succinimidyl succinate) (EGS)으로 cross link 실험을 수행하여 Lrp가 $0.3{\mu}M$ 이하의 낮은 농도에서나 $5{\mu}M$의 높은 농도에서 이량체, 사량체, 육량체, 팔량체로 존재할 수 있음을 확인하였다.
모노머 단백질의 상호작용 사이트 예측은 기능을 알지 못하는 단백질에 대해서 이것과 상호작용하는 단백질로부터 기능을 예측하거나 단백질 도킹을 위한 검색 공간의 감소에 중요한 역할을 한다. 그러나 상호작용사이트 예측은 대부분 단백질 상호작용이 세포 내에서 순간적 반응에 일어나는 약한 상호작용으로 실험에 의한 3차원 결정 구조 식별의 어려움이 따르며 이로 인해 3차원의 복합체 데이터가 제한적으로 양산된다. 이 논문에서는 모노머 단백질의 3차원 패치 계산을 통하여 구조가 알려진 복합체의 상호작용사이트와 비상호작용사이트에 대한 패치 속성을 추출하고 이를 기반으로 Support Vector Machine (SVM) 분류기법을 이용한 예측 모델 개발을 제시한다. 타겟 클래스의 데이터 불균형 문제 해결을 위해 under-sampling 기법을 이용한다. 사용된 패치속성은 2차 구조 요소와 아미노산 구성으로부터 총 9개가 추출된다. 147개의 단백질 복합체에 대해서 10 fold cross validation을 통해서 다양한 분류모델의 성능 평가를 하였다. 평가한 분류 모델 중 SVM은 92.7%의 높은 정확성을 보이고 이를 이용하여 분류 모델을 개발하였다.
견 피브로인은 대표적인 섬유상 단백질의 하나로 생체적합성, 생분해성, 저독성 등의 유용한 특성을 가지므로 생체재료로 상당한 관심과 연구의 대상이 되어왔다. 우리는 최근의 연구에서 견 피브로인을 생사로부터 추출한 다음, 포름산을 용제로 하여 전기방사함으로써 나노섬유를 제조하고 이들의 각화세포에 대한 친화력을 확인한 바 있다. 본 연구에서는 견 피브로인의 구조체를 나노섬유 부직포, 필름, 마이크로 섬유로 구성된 직물 둥의 형태로 하여 그들의 2차 구조를 비교함과 동시에 구조적 특성이 각화세포와의 친화력에 어떠한 영향을 미치는 가를 비교ㆍ검토 하고자 하였다. (중략)
HubWA 단백질을 모델로 삼아 소수성 아미노산이 folding 반응에 끼치는 영향을 탐색하기 위하여 HubWA에 있는 I와 L을 V로 치환한 변이 단백질의 folding kinetics를 측정하였다. 변이 단백질의 folding kinetics는 HubWA 단백질과 마찬가지로 three-state on-pathway mechanism(U ⇌ I ⇌ N, U는 unfolded 상태, I는 중간단계, N은 native 상태를 의미한다)을 따르는 것으로 나타났다. Folding kinetics 분석을 통하여 three-state 반응의 elementary 반응과 전체 반응의 자유에너지인 ΔGoUI, ΔGoIN, ΔGoUN을 얻었고, 변이 단백질의 자유에너지와 HubWA 단백질의 자유에너지의 차(ΔΔGoUI = ΔGoUI(변이 단백질) - ΔGoUI(HubWA), ΔΔGoUN = ΔGoUN(변이 단백질) - ΔGoUN(HubWA))의 비인 ΔΔGoUI/ΔΔGoUN를 통하여 중간단계가 전체 folding 반응에 끼치는 영향을 각 소수성 잔기 별로 알아볼 수 있었다. HubWA의 입체구조에서 α-helix와 β-sheet가 상호작용하는 소수성 코어에 위치하는 아미노산인 I3, I13, L15, I30, L43, I61, L67을 V로 치환한 변이 단백질의 ΔΔGoUI/ΔΔGoUN 값이 ~0.5로 나타난 점은 이들 아미노산이 중간단계에서 native 상태보다는 느슨하지만 비교적 견고한 구조를 이루는 것으로 해석되었다. HubWA 입체구조에서 α-helix의 아미노말단에 위치하는 I23, 특정 이차구조가 없는 부위에 위치하는 I36, β-strand 5의 카복실말단에 위치하는 L69를 V로 치환한 변이 단백질의 ΔΔGoUI/ΔΔGoUN 값이 0.4 이하로 나타난 것은 이들 아미노산 잔기가 중간단계에서는 비교적 느슨한 구조를 이루다 중간단계에서 native 단계로 진행하는 folding 과정의 후반부에 HubWA의 입체구조에 견고하게 편입되는 것으로 해석되었다. HubWA의 입체구조에서 두 번째 β-strand의 카복실말단에 위치한 V17, 짧은 네 번째 β-strand의 카복실말단에 위치한 L50, 짧은 310-helix의 아미노말단에 위치한 L56이 중간단계에서 서로 상호작용을 하는 점은 이들 아미노산을 V로 치환한 변이 단백질의 ΔΔGoUI/ΔΔGoUN값이 0.8 이상으로 나타난 점을 통하여 알 수 있었다. L50과 L56은 짧은 β-strand와 310-helix를 제외하고 특별한 이차구조가 존재하지 않는 부위(46번째 아미노산 잔기부터 62번째 아미노산 잔기 까지)에 위치하는데, 이들 아미노산이 V17과 더불어 folding 반응의 초기에 견고하게 상호작용을 하는 것은 HubWA단백질이 folding 과정의 초기에 응집체를 형성하는 것을 막아주는 역할을하는 것으로 생각되었다.
Molecular chaperone의 발견은 생명과학자들에게 살아있는 세포 내에서 어떻게 생체활성단백질이 만들어지고 유지되는지에 대한 자극과 함께 그것을 증명하기 위한 실험동기를 부여하였다. 초기에는 Molecular chaperone이 nucleosomes의 assembly에 관여하는 단백질을 설명하기 위하여 사용되었으나, 지금은 기본적인 세포생리기능의 하나인 단백질의 folding과 assembly를 돕는 assistant protein으로 주로 사용된다. 단백질합성 뿐만 아니라 단백질수송, oligomeric structure의 assembly와 disassembly, heat shock을 포함한 각종 내, 외부스트래스에 의해서 변성된 단백질의 세로내분화와 회복에도 Molecular chaperone이 관여하고 있다. 그러나 아직까지는 Molecular chaperone들의 3차구조와 그들간의 상호작용에 관한 정보가 부족하여 크게 진전되지 못하고 있지만, 많은 연구자에 의한 정보축적으로 인하여 빠른 시일 내에 Molecular chaperone에 세포내역할이 분명하게밝혀질 것이다.
생체복합재료인 참굴 (Crassostrea gigas) 패각은 생성되는 형태에 따라 정상패각과 재생패각으로 구분되었다. 산과 알칼리를 이용한 탈 석회화과정 및 단백질제거반응을 통해 재생패각 내에서 얻어진 유기막이 키틴 특성을 가지고 있음을 FT-IR (Fourier transform infrared spectrometer)과 XRD (X-ray Diffractometer)를 통해 확인하였다. 불용성단백질의 함량은 정상패각이 재생패각과 비교하여 두배 이상 이었던 반면 수용성단백질 2차구조는 재생패각의 경우 random과 같은 불규칙구조가 많은 부분을 차지하고 있음을 확인할 수 있었다. 수용성단백질의 아미노산 조성과 단백질 2차구조분석을 통해 재생패각의 탄산칼슘 합성전략을 분자수준에서 논의하였고 재생패각 형성과 관련된 생광물화 전략이 패각의 재료학적 특성에 미치는 결과로써 해석되었다.
적외선 온도 감응기를 장착한 기존의 마이크로파 고정기의 단점을 보완하기 위해서 주변 온도를 보상할 수 있는 고정기를 개발하였다. 이를 이용하여 흰쥐의 혀, 췌장 및 소장을 고정(물리고정)한 후 몇 가지 염색법을 적용하여 염색성을 관찰하였고, 췌장의 내, 외분비 세포의 미세구조를 전자현미경으로 검경하였으며 단백질의 양과 bands의 양상을 조사하였다. 또한 이 결과들을 통상적인 화학고정을 시행한 경우와 비교하여 마이크로파에 의한 생체물질의 고정효과를 검증하고 조직화학에 응용될 수 있는지를 조사하였다. 흰쥐 혀의 횡단면을 H-E 염색하였을 경우, 두 고정법에서 염색성은 유사하였으나 물리고정에 비해 화학고정에 의한 관찰된 조직은 근육층의 분리가 관찰되었다. 췌장조직을 Feulgen 반응을 이용하여 염색하였을 경우, 물리고정한 군에서 반응산물이 보다 명확하게 관찰되었으며, 십이지장 융모에서 PAS 반응에 의한 염색성도 물리고정의 경우에서 배상세포에 특이적으로 강하게 나타났다. 물리고정을 한 후 짧은 시간동안 2차로 화학고정했을 경우, 췌장 내, 외 분비세포들의 전자현미경적 미세구조는 막 구조 및 세포기관이나 분비과립등의 보존상태 등에서 통상적인 화학고정법의 결과와 유사하게 관찰되었다. 물리고정한 시료의 질과 염색성이 우수하다는 사실에 근거하여 단백질 함량을 조사한 결과, 물리고정시 단백질의 추출이 비교적 적은 것으로 조사되었다. 이상과 같은 결과들은 마이크로파로 생체조직을 고정할 경우 대부분의 단백질들의 불용성화가 일어남으로써 미세구조의 고정 및 염색성이 증대되는 것으로 판단되었다. 현상에는 반드시 rosy transformant의 염색체 삽입에 의해서 만이 아니라 세포질내에서도 construct내의 rosy 유전자의 발현이 가능한 것으로 분석되었다. 또한 형질전환율에 있어서는 Pc[(ry+)B]와p[(ry+)$\Delta$SX9] construct 간에 유의한 차가 없는 것으로 나타났다. 이상의 결과로 볼 때, 실험 목적에 따라 자율적인 P element 또는 helper DNA를 이용한 비자율적인 P element를 효과적인 vector 로 선택 이용함으로써 특정 유전자를 곤충집단내로 침투 및 고정시킬 수 있다고 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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