당단백체학
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1. 개요
당단백체학은 당단백질을 연구하는 학문 분야이다. 질량 분석법은 당단백질의 당 부분을 식별하는 데 사용되지만, 당 구조와 당화 위치의 다양성으로 인해 서열 분석에 어려움이 있다. 질량 분석법을 이용한 당단백질 분석에는 톱다운, 바텀업, 엔도프로테아제 소화 방식이 있으며, 고해상도 질량 분석법 기술의 발달로 정확도가 향상되었다.
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- 단백체학 - 단백질
단백질은 아미노산 중합체로 생체 구조 유지와 기능에 필수적이며, 아미노산 서열에 따라 고유한 3차원 구조를 형성하여 효소, 구조, 수송, 저장, 수축, 방어, 조절 단백질 등 다양한 기능을 수행하고, 인체 내에서 건강 유지와 질병 예방에 중요한 역할을 하는 필수 영양소이다. - 단백체학 - 단백질-단백질 상호작용
단백질-단백질 상호작용은 단백질 간의 결합을 의미하며, 결합의 지속성, 결합력, 구성 단백질 종류에 따라 다양한 유형으로 분류되고, 물 분자에 의해 조절되며, 연구 방법과 데이터베이스를 통해 질병 연구 및 신약 개발에 응용된다.
| 당단백체학 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
| 정의 | 단백질체학 연구의 한 분야로, 당단백질의 글리칸 구조와 기능을 연구하는 학문 |
| 목표 | 생물학적 시스템 내에서 당단백질의 역할과 중요성을 밝히는 것 |
| 관련 학문 | 단백질체학 당생물학 질량 분석법 |
| 역사 | |
| 초기 연구 | 당단백질의 복잡성으로 인해 어려움이 많았음 |
| 질량 분석법의 발전 | 당단백질 분석에 혁신적인 기여를 함 |
| 현재 | 질병 진단, 치료 개발, 생물학적 과정 이해에 중요한 역할 |
| 연구 방법 | |
| 당펩타이드 분리 및 농축 | 당단백질에서 당펩타이드만을 선택적으로 분리하고 농축하는 과정 |
| 질량 분석 | 분리된 당펩타이드의 질량-전하 비를 측정하여 당 구조 및 단백질 서열을 분석 |
| 데이터 분석 | 질량 분석 데이터를 해석하여 당단백질의 구조적 특징과 변화를 식별 |
| 응용 분야 | |
| 질병 연구 | 암 당뇨병 감염병 |
| 바이오마커 개발 | 질병 진단 및 예후 예측을 위한 바이오마커 발굴 |
| 약물 개발 | 당단백질을 표적으로 하는 새로운 약물 개발 |
| 미래 전망 | |
| 기술 발전 | 분석 기술의 발전으로 더욱 복잡한 당단백질 연구가 가능해질 것으로 예상 |
| 개인 맞춤 의료 | 개인의 당단백질 프로필을 기반으로 한 맞춤형 의료 시대가 열릴 것으로 기대 |
2. 질량 분석법
질량 분석법은 당단백질의 구조와 서열을 분석하는 데 사용되는 핵심 기술이다.[4] 하지만 부착된 당 구조의 다양성과 당화 위치의 차이로 인해 분석에 어려움이 따르기도 한다. 당단백질 분석에는 주로 온전한 단백질을 분석하는 탑다운 방식, 당과 단백질을 분리하여 분석하는 바텀업 방식, 효소를 이용해 단백질을 분해한 뒤 분석하는 엔도프로테아제 소화 방식 등이 활용된다.[5] 기술 발전에 따라 고해상도 질량 분석법 등을 이용한 분석 정확도 역시 향상되고 있다.[2]
2. 1. 당단백질 분석에서의 질량 분석법
질량 분석법은 당단백질에 부착된 당 부분을 식별하는 데 일반적으로 사용된다. 하지만 부착된 당 구조가 다양하고 당화 위치 또한 다르기 때문에, 당단백질의 서열 분석을 시도할 때 어려움이 따르기도 한다.[4]질량 분석법을 사용하여 당단백질을 분석하는 데는 크게 세 가지 접근 방식이 있다. 첫 번째는 탑다운(Top-down) 방식으로, 온전한 당단백질을 분해 과정 없이 직접 분석하는 방법이다. 두 번째이자 가장 일반적인 방법은 바텀업(Bottom-up) 방식으로, 먼저 당을 당단백질에서 분리한 뒤 각각을 분석하는 전략이다. 마지막 방법은 효소인 엔도프로테아제를 사용하여 당단백질을 소화시킨 후 분석하는 엔도프로테아제 소화 방식이다. 이 방법은 특히 당화 부위를 식별하는 데 유용하다. 따라서 당단백질을 정확히 식별하기 위해 이러한 접근 방식들을 함께 사용하는 경우가 많다.[5]
최근 기술이 발전하면서 고해상도 질량 분석법 기기를 사용하여 당단백질 분석의 정확도가 더욱 향상되었다.[2]
2. 1. 1. 탑다운(Top-down) 방식
질량 분석법은 부착된 당 부분을 식별하는 데 일반적으로 사용되지만, 부착된 당 구조가 다양하고 당화 위치도 다르기 때문에 당단백질 서열 분석 시 어려움이 발생한다.[4] 질량 분석법을 이용한 당단백질 분석 방법 중 하나인 탑다운(Top-down) 방식은 온전한 당단백질을 분해 과정 없이 직접 질량 분석법으로 분석하는 전략이다. 이 방식은 광범위한 시료 준비 과정이 필요하지 않다는 장점이 있다.2. 1. 2. 바텀업(Bottom-up) 방식
질량 분석법을 사용하여 당단백질을 분석하는 가장 일반적인 방법 중 하나는 "바텀업(Bottom-up)" 전략이다.[4] 이 방식은 먼저 화학 물질이나 효소를 사용하여 당을 당단백질에서 절단한다. 이후 분리된 탄수화물인 당과 단백질을 각각 정제하여 개별적으로 분석한다. 당과 단백질을 분리하는 데는 당이 단백질에 부착되는 결합 유형에 따라 다양한 방법이 사용된다. 질량 분석법을 통해 당의 구조와 단백질 서열을 결정할 수 있지만, 때때로 당이 단백질의 어느 위치에 결합하는지는 정확히 알기 어려울 수 있다.[5]이러한 한계를 보완하기 위해, 효소의 일종인 엔도프로테아제를 사용하여 당단백질을 소화시키는 방법도 사용된다. 소화된 당단백질 조각들을 질량 분석 기술로 분석하면 당화 부위를 식별할 수 있다. 따라서 당단백질을 정확히 식별하기 위해서는 이러한 다양한 접근 방식들을 함께 사용하는 경우가 많다.[5] 최근 기술의 발전으로 고해상도 질량 분석 기기를 사용하게 되면서 당단백질 분석의 정확도가 더욱 향상되었다.[2]
2. 1. 3. 엔도프로테아제 소화 방식
당단백질 분석을 위한 질량 분석법의 한 가지 방법으로 효소인 엔도프로테아제를 사용하는 방식이 있다. 이 방법은 먼저 엔도프로테아제를 이용하여 당단백질을 작은 조각으로 소화시킨다. 이렇게 소화된 당단백질 조각들을 질량 분석 기술로 분석하여 특성을 파악한다.[5] 이 접근법의 중요한 장점은 당이 단백질의 어느 위치에 결합되어 있는지, 즉 당화 부위를 식별할 수 있다는 점이다. 따라서 당단백질의 정체를 밝히고자 할 때 다른 분석 방법들과 함께 사용되기도 한다.[5]2. 2. 질량 분석 기술의 발전
질량 분석법은 당단백질에 부착된 당 부분을 식별하는 데 흔히 사용되지만, 부착된 당 구조가 매우 다양하고 당화 위치 또한 다르기 때문에 당단백질의 전체 서열을 분석하는 데 어려움이 따른다.[4] 질량 분석법을 이용한 당단백질 분석에는 크게 두 가지 접근 방식이 있다.첫 번째는 "톱다운(top-down)" 방식으로, 별도의 소화 과정 없이 온전한 형태의 당단백질을 그대로 질량 분석기에 넣어 분석한다. 이 방식은 시료 준비 과정이 비교적 간단하다는 장점이 있다.[4]
두 번째는 "바텀업(bottom-up)" 방식으로, 당단백질 연구에서 더 일반적으로 사용된다. 이 방법은 먼저 화학적 처리나 효소를 이용하여 당 부분을 단백질에서 분리한다. 분리된 탄수화물(당)과 단백질은 각각 정제하여 개별적으로 분석한다. 당과 단백질의 결합 종류에 따라 다양한 분리 방법이 사용된다. 질량 분석법을 통해 당의 구조와 단백질 서열은 파악할 수 있지만, 당이 단백질의 어느 위치에 결합했는지는 정확히 알기 어려울 때가 있다.[4]
또 다른 방법으로는 엔도프로테아제라는 효소를 사용하여 당단백질을 작은 조각으로 분해(소화)한 뒤, 이를 질량 분석 기술로 분석하는 것이 있다. 이 방법을 사용하면 당이 결합된 특정 부위(당화 부위)를 식별할 수 있다. 따라서 당단백질의 정체를 정확히 밝히기 위해 이러한 여러 접근 방식들을 함께 사용하기도 한다.[5]
최근에는 기술의 발달로 고해상도 질량 분석법(HRMS) 기기가 개발되면서, 당단백질 분석의 정확도가 크게 향상되었다.[2]
참조
[1]
논문
Glycoproteomics: past, present and future
2009-06
[2]
논문
Glycoproteomics
2012-01
[3]
논문
Mass spectrometry based glycoproteomics--from a proteomics perspective
2011-01
[4]
논문
Glycoproteomics
2021-01
[5]
논문
Mass spectrometry-based analysis of glycoproteins and its clinical applications in cancer biomarker discovery
2014-04
[6]
논문
Glycoproteomics: past, present and future
2009
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