표지단백질

3. 공유 결합 태그

단백질 생성 아미노산#화학적 성질의 A-Z 아미노산 코드를 참조한다.^{[18][19][20][22][23]}

• 아이소펩타그는 필린-C 단백질(TDKDMTITFTNKKDAE)에 공유 결합하는 펩타이드이다.
• 스파이태그는 스파이캐처 단백질(AHIVMVDAYKPTK)에 공유 결합하는 펩타이드이다.
• 스눕태그는 스눕캐처 단백질(KLGDIEFIKVNK)에 공유 결합하는 펩타이드이다. 2세대 스눕태그Jr(KLGSIEFIKVNK)는 스눕캐처 또는 도그태그(스눕리게이즈 매개)에 결합하도록 개발되었다.
• 도그태그는 도그캐처(DIPATYEFTDGKHYITNEPIPPK)에 공유 결합하는 펩타이드이며, 스눕리게이즈에 의해 매개되어 스눕태그Jr에도 공유 결합할 수 있다.
• SdyTag는 SdyCatcher 단백질(DPIVMIDNDKPIT)에 공유 결합하는 펩타이드이다. SdyTag/SdyCatcher는 SpyTag/SpyCatcher와 속도론적 의존적인 교차 반응성을 갖는다.

• BCCP(Biotin Carboxyl Carrier Protein)는 BirA에 의해 생물학적으로 변형되어 스트렙타비딘에 의해 인식될 수 있는 단백질 도메인이다.
• 브로모태그(BromoTag)는 Brd4, Brd4-BD2 L387A의 두 번째 브로모도메인의 "범프 앤 홀(bump-and-hole)" 변형 버전으로, 태그 특이적 PROTAC 분해제 AGB1에 의해 매우 선택적으로 결합하여 "브로모태그된" 단백질과 E3 리가제 VHL 사이의 삼원 복합체를 형성하여 태그된 단백질의 유비퀴틴화와 그에 따른 세포 내에서의 신속하고 효과적인 프로테아좀 분해를 유도한다.
• FAST(Fluorescence-Activating and absorption-Shifting Tag)는 특이적인 형광성 리간드와 가역적으로 결합하는 변형된 광활성 황색 단백질(PYP)이다.
• CL7-태그는 고정된 면역 단백질 7(Im7)에 대한 강한 결합 친화도와 특이성을 갖는 콜리신 E7의 변형된 변종이다.
• 글루타티온-S-전달효소-태그는 고정된 글루타티온에 결합하는 단백질이다.
• 녹색 형광 단백질-태그는 자발적으로 형광성을 띠며 나노바디에 의해 결합될 수 있는 단백질이다.
• HaloTag는 할로알케인 기질에 공유 결합하는 변형된 세균성 할로알케인 탈할로겐화효소이다.
• SNAP-tag는 벤질구아닌 유도체에 공유 결합하는 변형된 진핵생물 DNA 메틸전달효소이다.
• CLIP-tag는 벤질시토신 유도체에 공유 결합하는 변형된 진핵생물 DNA 메틸전달효소이다.
• HUH-태그는 표적 서열에 공유 결합하는 서열 특이적 단일 가닥 DNA 결합 단백질이다.
• 말토스 결합 단백질-태그는 아밀로스 아가로스에 결합하는 단백질이다.
• Nus-tag
• 티오레독신-태그
• Fc-태그는 면역글로불린 Fc 도메인에서 파생되어 이량체화 및 가용화를 허용한다. 단백질 A 세파로스 상에서 정제에 사용될 수 있다.
• 무질서 촉진 아미노산(P, E, S, T, A, Q, G 등)을 포함하는 설계된 본질적으로 무질서한 태그
• 탄수화물 인식 도메인 또는 CRDSAT-태그는 락토스 아가로스 또는 세파로스에 결합하는 단백질이다.

3. 1. 펩타이드 태그

• 아이소펩타그는 필린-C 단백질(TDKDMTITFTNKKDAE)에 공유 결합하는 펩타이드이다.
• 스파이태그는 스파이캐처 단백질(AHIVMVDAYKPTK)에 공유 결합하는 펩타이드이다.
• 스눕태그는 스눕캐처 단백질(KLGDIEFIKVNK)에 공유 결합하는 펩타이드이다. 2세대 스눕태그Jr(KLGSIEFIKVNK)는 스눕캐처 또는 도그태그(스눕리게이즈 매개)에 결합하도록 개발되었다.
• 도그태그는 도그캐처(DIPATYEFTDGKHYITNEPIPPK)에 공유 결합하는 펩타이드이며, 스눕리게이즈에 의해 매개되어 스눕태그Jr에도 공유 결합할 수 있다.
• SdyTag는 SdyCatcher 단백질(DPIVMIDNDKPIT)에 공유 결합하는 펩타이드이다. SdyTag/SdyCatcher는 SpyTag/SpyCatcher와 속도론적 의존적인 교차 반응성을 갖는다.

3. 2. 단백질 태그

• BCCP(Biotin Carboxyl Carrier Protein)는 BirA에 의해 생물학적으로 변형되어 스트렙타비딘에 의해 인식될 수 있는 단백질 도메인이다.
• 브로모태그(BromoTag)는 Brd4, Brd4-BD2 L387A의 두 번째 브로모도메인의 "범프 앤 홀(bump-and-hole)" 변형 버전으로, 태그 특이적 PROTAC 분해제 AGB1에 의해 매우 선택적으로 결합하여 "브로모태그된" 단백질과 E3 리가제 VHL 사이의 삼원 복합체를 형성하여 태그된 단백질의 유비퀴틴화와 그에 따른 세포 내에서의 신속하고 효과적인 프로테아좀 분해를 유도한다.
• FAST(Fluorescence-Activating and absorption-Shifting Tag)는 특이적인 형광성 리간드와 가역적으로 결합하는 변형된 광활성 황색 단백질(PYP)이다.
• CL7-태그는 고정된 면역 단백질 7(Im7)에 대한 강한 결합 친화도와 특이성을 갖는 콜리신 E7의 변형된 변종이다.
• 글루타티온-S-전달효소-태그는 고정된 글루타티온에 결합하는 단백질이다.
• 녹색 형광 단백질-태그는 자발적으로 형광성을 띠며 나노바디에 의해 결합될 수 있는 단백질이다.
• HaloTag는 할로알케인 기질에 공유 결합하는 변형된 세균성 할로알케인 탈할로겐화효소이다.
• SNAP-tag는 벤질구아닌 유도체에 공유 결합하는 변형된 진핵생물 DNA 메틸전달효소이다.
• CLIP-tag는 벤질시토신 유도체에 공유 결합하는 변형된 진핵생물 DNA 메틸전달효소이다.
• HUH-태그는 표적 서열에 공유 결합하는 서열 특이적 단일 가닥 DNA 결합 단백질이다.
• 말토스 결합 단백질-태그는 아밀로스 아가로스에 결합하는 단백질이다.
• Nus-tag
• 티오레독신-태그
• Fc-태그는 면역글로불린 Fc 도메인에서 파생되어 이량체화 및 가용화를 허용한다. 단백질 A 세파로스 상에서 정제에 사용될 수 있다.
• 무질서 촉진 아미노산(P, E, S, T, A, Q, G 등)을 포함하는 설계된 본질적으로 무질서한 태그
• 탄수화물 인식 도메인 또는 CRDSAT-태그는 락토스 아가로스 또는 세파로스에 결합하는 단백질이다.

4. 기타 태그

아미노산 코드(A-Z)를 참조하여 다양한 태그를 활용할 수 있다.

'''HiBiT 태그'''는 Promega의 과학자들이 개발한 11개 아미노산 펩타이드 태그이다. 단백질의 N-말단, C-말단, 또는 내부 위치에 융합될 수 있으며, 작은 크기 덕분에 CRISPR/Cas9 기술을 통해 다른 단백질과 빠르게 결합시킬 수 있다.^[29]

형광을 이용해 단백질 분자를 표지하고 검출하기 위해 GFP를 태그로 사용하는 방법은 단분자 세포 생물학 및 생체 영상에서 매우 중요하다.

융합 단백질을 가용성으로 만들기 위해 MBP, GST, 티오레독신 태그 등이 사용된다. 이러한 태그는 단백질의 인공적 발현 시 단백질 응집으로 인한 불용성화를 방지하여 정제 및 활성화를 돕는다.

GFP 태그는 목적 단백질의 C 말단 쪽에 연결하여 폴딩의 지표로 사용될 수 있다. 목적 단백질(N 말단 쪽)이 안정적인 구조를 취하지 않으면 응집되거나 분해되어 GFP가 형광 기능을 나타내지 않으므로 이상을 검출할 수 있다.

5. 응용 분야

표지단백질은 친화성 정제, 단백질 칩, TimeSTAMP 단백질 표지, 웨스턴 블롯 등의 응용 분야에 사용된다. 형광을 이용해 단백질 분자를 표지하고 검출하기 위해 GFP를 태그로 사용하는 방법이 있으며, 이는 단분자 세포 생물학 · 생체 영상에서 매우 중요하다.

융합 단백질을 가용성으로 만들기 위해 태그가 사용되기도 한다. 단백질을 인공적으로 발현시킬 때 단백질 응집으로 인해 불용성이 되는 경우가 많아 정제 및 활성화에 어려움이 있지만, MBP, GST, 티오레독신 태그 등을 사용하면 이를 방지할 수 있다.

융합 단백질의 폴딩 지표로도 태그를 사용할 수 있다. 예를 들어 GFP 태그를 목적 단백질의 C 말단 쪽에 연결하면, 목적 단백질(N 말단 쪽이므로 먼저 만들어짐)이 안정적인 구조를 취하지 않을 경우 응집되거나 분해되어 GFP가 형광 기능을 나타내지 않게 되므로 이상을 검출할 수 있다.

6. 한국의 단백질 태그 연구 및 산업 동향

참조

_[1] 논문 Opportunities and challenges of the tag-assisted protein purification techniques: Applications in the pharmaceutical industry https://www.scienced[...] 2020-12
_[2] 논문 Plug-and-play pairing via defined divalent streptavidins 2014-01
_[3] 논문 Creating new fluorescent probes for cell biology
_[4] 논문 The ALFA-tag is a highly versatile tool for nanobody-based bioscience applications
_[5] 논문 Structure and Properties of a Complex of α-Synuclein and a Single-Domain Camelid Antibody https://biblio.vub.a[...] 2010-09
_[6] 웹사이트 CaptureSelect C-tag Affinity Matrix - Thermo Fisher Scientific https://www.thermofi[...]
_[7] 논문 A Convenient Split-Intein Tag Method for the Purification of Tagless Target Proteins https://onlinelibrar[...] 2018
_[8] 논문 The Evolution of Intein-Based Affinity Methods as Reflected in 30 years of Patent History 2022
_[9] 웹사이트 "iCapTag™ Technology - Protein Capture Science" https://www.proteinc[...]
_[10] 논문 The FLAG™ peptide, a versatile fusion tag for the purification of recombinant proteins
_[11] 논문 Orai1 is an essential pore subunit of the CRAC channel
_[12] 논문 N-Terminal Modification of Gly-His-Tagged Proteins with Azidogluconolactone https://resolver.cal[...] 2021-11-16
_[13] 논문 "Assessment of cellular estrogenic activity based on estrogen receptor-mediated reduction of soluble-form catechol-O-methyltransferase (COMT) expression in an ELISA-based system."
_[14] 논문 One-Step Purification of Recombinant Proteins Using a Nanomolar-Affinity Streptavidin-Binding Peptide, the SBP-Tag
_[15] 논문 Molecular Interaction Between the Strep-tag Affinity Peptide and its Cognate Target, Streptavidin
_[16] 웹사이트 Epitope Tags & Fusion Proteins – antibodies-online https://www.antibodi[...]
_[17] 논문 Catalytic Activity is Not Required for Secreted PCSK9 to Reduce Low Density Lipoprotein Receptors in HepG2 Cells
_[18] 논문 Spontaneous Intermolecular Amide Bond Formation between Side Chains for Irreversible Peptide Targeting
_[19] 논문 Peptide tag forming a rapid covalent bond to a protein, through engineering a bacterial adhesin
_[20] 논문 Programmable polyproteams built using twin peptide superglues
_[21] 논문 SnoopLigase Catalyzes Peptide–Peptide Locking and Enables Solid-Phase Conjugate Isolation https://ora.ox.ac.uk[...] 2018-02-14
_[22] 논문 DogCatcher allows loop-friendly protein-protein ligation 2021-07
_[23] 논문 Kinetic Controlled Tag-Catcher Interactions for Directed Covalent Protein Assembly 2016-10-26
_[24] 논문 Development of BromoTag: A "Bump-and-Hole"–PROTAC System to Induce Potent, Rapid, and Selective Degradation of Tagged Target Proteins 2021-10
_[25] 서적 Affinity Chromatography 2022
_[26] 논문 Production in Escherichia coli and one-step purification of bifunctional hybrid proteins which bind maltose. Export of the Klenow polymerase into the periplasmic space 1988-02
_[27] 논문 Designing disorder: Tales of the unexpected tails
_[28] 논문 CRDSAT Generated by pCARGHO: A New Efficient Lectin-Based Affinity Tag Method for Safe, Simple, and Low-Cost Protein Purification. https://hal.archives[...] 2018-10
_[29] 논문 CRISPR-Mediated Tagging of Endogenous Proteins with a Luminescent Peptide 2018-02-16