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고체상 핵자기공명 분광법을 이용한 막단백질의 구조연구
Structural Studies of Membrane Protein by Solid-state NMR Spectroscopy 원문보기

분석과학 = Analytical science & technology, v.17 no.5, 2004년, pp.388 - 392  

김용애 (한국외국어대학교 화학과)

초록
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genomics의 정보해석이나 신경전달물질 또는 약의 전달체계에서 아주 중요한 역할을 담당하는 막단백질의 구조연구는 기존의 X-ray나 용액상 핵자기공명분광법으로 수행하기 어려우나 지방질 이분자층이나 여러분자층에서 움직이지 않게 정렬시킨 단백질시료를 이용하여 특이하게 고안된 home-built solid-state NMR probe를 이용하면 구조를 연구할 수 있다. 이 논문에서는 박테리오파지인 pf1의 growth, 분리, 정제 및 pf1에서의 coat protein의 분리, 정제과정과 최종적으로 분리 정제된 pf1의 coat protein의 인산지방질 이분자층에서의 구조를 고체상 핵자기공명 분광법을 이용하여 연구하고자 한다.

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Structural studies of membrane proteins, importantly involving interpretation of genomics information, many signaling pathway and major drug target for drug discovery, are having difficulty in characterizing the function using conventional solution nmr spectroscopy and x-ray crystallography because ...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 실험에 사용한 pf1 coat protein은 여러 단계의 원심분리와 투석, CsCl Gradient를 포함하는 분리정제과정을 거쳐 PsAr로부터 pf1 박테리오파지를 정제하고 이후 두 단계의 FPLC (Fast Protein Liquid Chromato graphy)를 이용하여 pf1박테리오파지의 coat protein만을 DNA와 다른 단백질로부터 순수하게 분리 정제하여 사용하였다. 고체상 핵자기공명분광기의 프로브는 400 MHz 89 mm WB 자석의 1H과 15N 공명주파수에 튜닝하고 매칭하도록 고안하여 실험실에서 직접 제작하여 사용하였다.
  • 2/100의 몰비율로 섞어 sonicator (Sonics사 500 W, microtip)를 사용하여 vesicle을 만들고 cholate 세척제를 제거하기 위해 cholate가 없는 완충액과 증류수를 사용하여 Dialysis를 거친후 Ultrafiltration (Amicon Stirred Cell)을 하여 1~2 mL로 농축하여 multilamellar vesicle을 만든다. 농축된 multilamellar vesicle은 29장의 얇은 유리판 (11 mm x 20 mm)위에 나눠 건조시킨 후 93%의 incubator에서 O/N 동안 재수화시켜 고체 nmr을 측정하였다. 사용된 장비는 Bruker 400 MHz 고체상 핵자기공명분광기와 실험실에서 자체 제작한 11 mm x 20 mm x 5 mm의 사각코일을 가진 double resonance probe를 사용하였다.
  • 사용된 장비는 Bruker 400 MHz 고체상 핵자기공명분광기와 실험실에서 자체 제작한 11 mm x 20 mm x 5 mm의 사각코일을 가진 double resonance probe를 사용하였다. 이때 15N NMR frequency는 40.5 MHz이고 1D 15N CPMOIST NMR 실험과 2D PISEMA 실험등을 수행하였다. 외부 chemical shift 보정시료와 cross polarization 그리고 2D PISEMA 실험 set-up은 Ammonium Sulfate, N-acetyl Leucine등을 이용하였다.
  • 이후 Dialysis를 거쳐 최종적으로 박테리오파지 pf1을 정제한다. 총 8일동안 키우고 분리 정제한 박테리오파지 pf1은 100 mM의 SDS와 phosphate buffer에 녹여 sonication함으로써 DNA와 coat protein을 포함하는 단백질들로 녹이고 SephacrylS200 column과 FPLC를 이용하여 DNA와 그외 단백질로 분리하고 SDS는 제거가 어려우므로 상대적으로 제거가 쉬운 Cholate buffer로 교환하기위해 SephacrylS100 column을 사용하여 두번째 FPLC를 실행하였다.

대상 데이터

  • (a) FPLC Chromatogram of pf1 bacteriophage dissolved in SDS. Sephacryl S200 (bed volume: 320 mL, flow rate: 1 mL/min) column was used. Elution time for high molecular weight DNA is 100 min and that for coat protein (7250 copy) is 200 min.
  • (b) 2nd FPLC chromatogram of pf1 coat protein in exchanged buffer, Cholate. Sephacryl S100 (bed volume: 320 mL, flow rate: 1 mL/min) column was used. Elution time for 7250 copies of coat protein is near 100 min.
  • 농축된 multilamellar vesicle은 29장의 얇은 유리판 (11 mm x 20 mm)위에 나눠 건조시킨 후 93%의 incubator에서 O/N 동안 재수화시켜 고체 nmr을 측정하였다. 사용된 장비는 Bruker 400 MHz 고체상 핵자기공명분광기와 실험실에서 자체 제작한 11 mm x 20 mm x 5 mm의 사각코일을 가진 double resonance probe를 사용하였다. 이때 15N NMR frequency는 40.
  • 박테리오파지 pf1은 박테리아인 PsAr을 S자형 성장곡선의 초기까지 키운후 감염시켜 자손을 복제하는 전체과정 중에 미리 만들어놓은 필요한 단백질들을 PsAr의 막에 끼워놓고 마지막에 PsAr의 막을 빠져나오면서 이들 단백질로 DNA을 보호하는 껍질을 형성하고 나오게 되는데 막단백질의 표준시료로 이 pf1의 coat protein을 사용하였다. 실험에 사용한 pf1 coat protein은 여러 단계의 원심분리와 투석, CsCl Gradient를 포함하는 분리정제과정을 거쳐 PsAr로부터 pf1 박테리오파지를 정제하고 이후 두 단계의 FPLC (Fast Protein Liquid Chromato graphy)를 이용하여 pf1박테리오파지의 coat protein만을 DNA와 다른 단백질로부터 순수하게 분리 정제하여 사용하였다. 고체상 핵자기공명분광기의 프로브는 400 MHz 89 mm WB 자석의 1H과 15N 공명주파수에 튜닝하고 매칭하도록 고안하여 실험실에서 직접 제작하여 사용하였다.
  • 5 MHz이고 1D 15N CPMOIST NMR 실험과 2D PISEMA 실험등을 수행하였다. 외부 chemical shift 보정시료와 cross polarization 그리고 2D PISEMA 실험 set-up은 Ammonium Sulfate, N-acetyl Leucine등을 이용하였다.
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참고문헌 (13)

  1. C.M. Fraser, J. Gocayne, O. White, M. Adams, R. Clayton, R. Fleischmann, C. Bult, A. Kerlavage, G. Sutton, J. Kelly et al, Science, 270: 397(1995). 

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  7. SJ Opella, FM Marassi, JJ Gesell, AP Valente, Y Kim, M Montal, Nature Structural Biology,6: 374(1999). 

  8. SJ Opella, Y Kim, KG Valentine, FM Marassi, M Zasloff, M Montal, and WA Cramer, J. Kor. Magn. Res. Soc, 2: 120(1998). 

  9. SJ Opella, Y Kim, and P McDonnell, Methods in Enzymology 239: 536(1994). 

  10. PA McDonnell, K Shon, and Y Kim, and SJ Opella, J. Mol. Biol. 233: 447(1993). 

  11. PA McDonnel, K Shon, Y Kim, and SJ Opella, J. Mol. Biol., 233: 447(1993). 

  12. K Shon, Y Kim, LA Colango, and SJ Opella, Science (Cover Story) 252: 1303(1991). 

  13. K Shon, P Schrader, Y Kim, B Bechinger, M Zasloff, and SJ Opella, Biotechnology: Bridging Research and Applications, 109(1991). 

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