단백질체학은 단백질의 총체: 그들의 개수, 구조, 상호 작용, 위치, 그리고 기능에 초첨을 맞춘다

단백질체학에 대한 이해와 활용

 

단백질체학에 대해 들어보셨나요? 오늘은 단백질체학에 대한 이야기를 해보겠습니다. 먼저 단백질체라는 용어는 유전체의 의해서 발현된 단백질을 나타내기 위해 만들어졌습니다. 단백질체학은 단백질 각각의 기능의 관점에서, 그리고 단백질들과 세포 내 다른 구성물질들 간의 상호작용이 단백질의 기능에 미치는 영향의 관점에서 하나의 세포에 있는 모든 단백질들에 대한 총체적 연구를 신도 합니다.

 

단백질체학의 개념적 기초는 근본적으로 유전체학과 다릅니다. 세포의 유전체는 정적이고 한 개체의 모든 세포에서 잘 정의될 수 있으나 단백질체는 대누와 외부의 조건에 따라 계속 변화합니다. 이것은 원핵생물에서도 마찬가지입니다. 예를 들어 E.coli는 환경에 따라 다른 단백질들을 만들기 때문에 최소 배지에서 배양한 것과 완전 배지에서 배양한 것은 단백질체가 다르게 나타납니다. 비슷하게, 포유류의 발생과정에서 특정 세포들은 서로 다른 단백질들을 발현하여 서로 다르지만 특정 단백질체를 발생시키고, 최종적으로 다양한 조직으로 분화합니다.

 

단백질체학의 연구과제들을 수행하기 위해서, 총체적인 분석을 위한 막대한 양의 자료는 자동화된 최신의 시료 처리 기기와 자료 처리 소프트웨어의 사용을 필요로 합니다. 그러므로 로봇공학이 때때로 단백질 시료의 처리 공정을 수행하거나 단백질 반응을 진행시키는 데 사용됩니다. 예를 들어 질량분석을 하기 위한 수천 개의 펩타이드들을 첨단의 대량처리 방법으로 수 시간 내에 준비할 수 있습니다.

 

단백질체에 대한 연구는 다음의 여러 요인들에 의해 가능하게 되었습니다.

 

1) 유전체학과 그것을 통해 밝혀진 다수의 단백질을 암호화하는 유전자들

2) 2차원 전기영동과 같은 강력한 단백질 특성 결정 방법

3) 시료준비 방법의 개선과 이와 연결된 고해상도의 질량분석기

4) 생체 내에서의 기능분석 실험기술의 발달 등

 

이런 다양한 기술들의 관계는 모두 작지만 꼭 필요한 과정입니다.

 

 

 

 

 

단백질체학은 단백질의 구조를 시작점으로 하여 단백질의 기능과 상호작용을 밝힌다.

 

지금까지는 특정 단백질의 기능은 광범위한 유전학적, 생화학적 분석이나 기능이 알려진 단백질과 아미노산 서열을 비교함으로써 밝혀졌습니다. 오늘날은 완전한 유전체 서열과 마이크로어레이 mRNA 발현 양식에 대한 정보가 있으므로, 어떤 단백질의 일반적인 생화학적 기능을 이것과 함께 기능을 아는 특정 고분자 복합체를 구성하거나 특정 대사과정에 참여하는 것을 파악하거나 생물학적 과정 또는 생리학적 기능이 가깝게 연관되어 있는 다른 단백질들과 관련시키는 것을 통해서 유추할 수 있습니다.

 

단백질체학이 당면한 문제의 크기와 복합성은 하나의 단백질에서 5~50가지의 수정이 일어나거나 이것이 다른 물질과 상호 작용을 한다는 점에서 추정할 수 있습니다. 결과는? 하나의 효모 세포에서 6,000개의 단백질에 대하여 30,000~300,000개의 변이들이 존재한다고 예측할 수 있습니다. 비록 실험을 통해서 약 30%의 효모 유전자를 밝혔지만 많은 경우, 실험 방법들이 빠르지 않거나 비싸고, 많은 양의 단백질을 밝혀낼 만큼 완전하지 않았습니다. 그러므로 대부분의 단백질의 기능을 알아내기 위해서는 정교한 계산방법이 요구됩니다. 구조유전체학은 이런 과제를 해결하기 위해 생겨난 학문 문 야입니다.

 

 

 

 

구조 단백질체학은 단백질의 기능을 밝히기 위해 접힘 양상을 이용한다.

 

x-선 회절 자료의 분석을 통하여 알아낼 수 있는 단백질의 접힘 양상은 특정 단백질의 기능을 이해하는 데에 이용되기도 합니다. 비록 이 방법은 정밀한 자료를 제공하지만, 단백질의 결정을 만들기 위해서는 많은 양의 순수한 단백질이 필요합니다. 그럼에도 불구하고, 잘 규명된 많은 단백질들의 원자적 모델은 점점 밝혀지고 있습니다.

 

결정을 만들지 않고 새로 발견되는 단백질의 3차원 모델을 알아낼 수 있는 다른 방법이 있습니다. 그 방법은 첫째, 단백질을 작은 조각으로 자르고 두 번째, 핵 자기 공명분광법을 사용하여 각 조각의 접힌 구조를 파악하는 것입니다. 이들 접힘이 풀어지면 정교한 컴퓨터 기술로 각각의 조각의 접힘 양식대로 결합시켜 하나의 단일 3차원 모델로 만듭니다. 효소의 경우에는 NMR 자룔를 통해 활성부위 부분을 추론할 수 있습니다.

 

 

 

 

발현 단백질체 학과 화학 단백질체학은 질병치료에 대한 통찰력을 제공합니다.

 

발현 단백질체학은 비교할 조직 시료의 단백질을 연구하는 것을 포함합니다. 어떤 질병에 대한 가장 좋은 치료법을 개발하기 위해서는 그 질병과 관련된 단백질을 알아내고 그들이 어떻게 기능하는지를 알아야 합니다. 예를 들어 겸형 적혈구 빈혈은 글로빈 유전자의 점 돌 연번 이에 의해 생긴다고 알려져 있습니다. 다른 경우, 특히 어떤 단백질이 다른 여러 조직에서 작용할 경우, 더 광범위한 특성 규명이 필요합니다. 다음과 같은 것들이 이런 단백질에 대해서 규명되어야 할 특성들입니다. 단백질의 양, 조직 분포, 그리고 번역 후 수정의 정도, 단백질의 상호 작용 그리고 단백질의 결합 성질. 여러 유전자의 작용으로 생기는 유전적 질병은 이처럼 더 종합적인 방법으로 연구되어야 할 것입니다.

 

연구자가 가질 수 있는 전형적인 의문 중 하나는 어떤 종류의 단백질 변화가 정상 세포를 암세포로 바꾸는 데 관련이 있는가?입니다. 이에 대한 정보를 가지게 되면 영향을 받은 단백질과 그들의 유전자, 그리고 암 사이의 원인/결과 관계에 대한 분석들이 이어질 것입니다. 게다가 알고 있는 단백질을 표적으로 하는 의약품을 제조하는 것은 더욱 효과적일 것입니다.

 

이상으로 구조단백질과 단백질체학에 대해 알아보았습니다. 감사합니다.