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식물 유래 당단백질의 당질 구조 분석
Structural Analysis of Oligosaccharides of a Plant Glycoprotein 원문보기

약학회지 = Yakhak hoeji, v.54 no.6, 2010년, pp.449 - 454  

배재우 (중앙대학교 약학대학) ,  박병태 (중앙대학교 약학대학) ,  윤두천 (중앙대학교 약학대학) ,  김주영 (중앙대학교 약학대학) ,  황혜성 (중앙대학교 약학대학) ,  박현주 (중앙대학교 약학대학) ,  나종천 (중앙대학교 약학대학) ,  김하형 (중앙대학교 약학대학)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The glycosylation of glycoproteins from mammalian or plants can affect their efficacy, stability, solubility, and half-life. In the present study, we investigated plant glycosylation and their relative intensity (%) in a plant carbohydratebinding protein with the hemagglutination and antiproliferati...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 15 M NaCl로 1,024배 까지 2배씩 희석 후 96-well U bottom microplate(NUNC)에 20 μl씩 넣고 2%로 현탁시킨 흰쥐의 적혈구 20 μl와 각각 반응 시켰다. 1시간 동안 실온에 방치한 후 당단백질을 가하지 않은 대조군과 비교하여 적혈구 응집반응이 일어 나지 않는 최소농도의 희석배수를 구하였으며, 2회 반복하여 실시하였다.
  • 2-AB 표지 올리고당을 TSK-GEL Amide 80 컬럼(4.6*250 mm, TOSOH) 을 이용하여 형광 검출기를 연결한 HPLC를 이용하여 30℃, 유속 0.4 ml/min 조건에서 실시하였다. 이동상 A는 50 mM ammonium formate(pH 9.
  • 20) 분리된 단백질의 분자량과 순도를 확인하기 위해 Laemmli법22) 에 따라 12% polyacrylamide gel을 제작후 전기영동(sodium dodecyl sulfate-polyacrylaminde gel electrophoresis, SDSPAGE)을 실시하였으며, 분자량 표준물질(10, 15, 20, 25, 37, 50, 75, 100, 150, 250 kDa)은 Bio-Rad사에서 구입하여 사용하였다. 단백질 정량은 이미 농도를 알고 있는 소 혈청 알부민(bovine serum albumin, BSA, Bio-Rad)을 0.
  • 당단백질에 결합된 올리고당 분석을 위하여 당단백질로부터 올리고당 부분을 효소처리로 가수분해후 분리하고 이를 2-AB 시약에 의해 형광표지를 한 후 Amide 컬럼을 이용한 HPLC에 의해 크로마토그램을 실시하였다(Fig. 2). 그 결과 유지시간(retention time) 70분에서 110분 사이에 올리고당 주 피크 8개를 확인하였으며, 이는 GU 표준품에 대해 4.
  • 당단백질에 결합된 올리고당의 구조를 확인하고자 문헌에 제시된 방법24)을 일부 변형하여 적용하였다. 당단백질 1 mg을 0.
  • 당단백질에 공유결합된 올리고당을 제거하기 위하여 당단백질 1mg을 0.5M citrate-phosphate 완충액(pH 5.0) 40 μl에 용해 후 Glycoamidase A(Seikagaku)를 30 μl 가하여 37℃에서 18시간 반응시키고, 10 mM phosphate-buffered saline(PBS, pH 7.2)에 대해 투석하였다.
  • 본 연구에서는 식물 유래 단백질에 결합된 올리고당이 당단백질의 활성에 미치는 영향을 확인하고, 질량분석기와 형광검출기에 의한 HPLC 방법을 올리고당의 구조를 분석하였으며, 시료는 본 연구실에서 이미 분리, 보고하고 단당 조성을 제시한20,21) 식물 유래 당단백질인 솔비나무 유래 탄수화물 결합 단백질을 이용하였다.
  • 본 연구에서는 식물유래 당단백질로 본 연구실에서 분리한 탄수화물 결합 단백질을 이용하였으며, 적혈구 응집 활성에 영향을 미치는 것으로 확인된 올리고당을 구조를 확인 한 결과 서로 구조가 다른 8 종류를 확인하였다. 즉, Xyl가 결합된 올리고당이 피크 1(6.
  • 올리고당이 당단백질의 활성에 미치는 영향을 확인하기 위하여 올리고당이 제거된 단백질(deglycosylated protein)을 제조 후 올리고당이 제거되지 않은 당단백질과 비교하였다. 당단백질의 올리고당을 제거하는 것으로 보고26)된 Glycoamidase A 효소 처리하고 적혈구응집 반응을 실시한 결과, 1 mg/ml을 16배로 희석한 62.
  • 이 용액 5 μl를 건고된 올리고당에 가한 뒤 65℃에서 3시간 반응시키고, 원심후 2-AB 표지 올리고당을 얻어 분석에 사용하였다.
  • 형광검출시 λex=330 nm, λem=420 nm에서측정하였으며, 2-AB가 표지된 glucose homopolymer 표준품 (Sigma)과 비교하여 glucose units(GU) 값을 구하였다.

데이터처리

  • 형광검출시 λex=330 nm, λem=420 nm에서측정하였으며, 2-AB가 표지된 glucose homopolymer 표준품 (Sigma)과 비교하여 glucose units(GU) 값을 구하였다.25) MALDI-TOF mass spectromer는 Bruker Ultraflex(Bruker Daltonics)를 이용하여 측정하였으며, 분석 프로그램은 FlexControl 3.0 software를 이용하였다. Reflactor voltage는 26.

이론/모형

  • 5 mg/ ml 표준 농도로 하여 검량선을 작성한 후, 당단백질 용액을 microplate well에 10 μl씩 넣고, 여기에 1 : 4(v/v) 비율로 희석하여 Whatman #1 여과지로 여과한 염색시약(Bio-Rad)을 각 well에 200 μl씩 넣은 후 microplate mixer에서 혼합하였다. 37℃에서 5분 동안 반응시킨 후 595 nm에서 각 well의 흡광도를 측정하여 검량선의 Y축에 대응하는 X축의 값으로 Bradford법23)에 따라 단백질을 정량하였다.
  • 당단백질의 적혈구 응집반응 활성은 이미 보고한 방법에 따라 실시하였다.20) 즉, 당단백질용액 1 mg/ml을 0.
  • 식물 유래 당단백질은 본 연구자들이 보고한 방법에 준하여실시하였으며, 전기영동 결과, 30 kDa에서 문헌20)에 보고된 양상과 동일한 순도 98% 이상의 단일 밴드의 결과를 얻었으며(Fig. 1, lane 2), 정제된 당단백질에 대해 Bradford 법을 이용하여 단백질 정량을 실시하고 다음 실험에 적용하였다. 분리된 당단백질의 보고된 기능중 하나인 적혈구 응집반응을 실시한 결과, 활성이 1 mg/ml을 256배 희석한 3.
  • 식물 유래 당단백질인 솔비나무 유래 탄수화물 결합 단백질은 본 연구자들이 이미 문헌에 보고한 방법에 따라 분리하였다.20) 분리된 단백질의 분자량과 순도를 확인하기 위해 Laemmli법22) 에 따라 12% polyacrylamide gel을 제작후 전기영동(sodium dodecyl sulfate-polyacrylaminde gel electrophoresis, SDSPAGE)을 실시하였으며, 분자량 표준물질(10, 15, 20, 25, 37, 50, 75, 100, 150, 250 kDa)은 Bio-Rad사에서 구입하여 사용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
최근 벼, 옥수수, 밀, 감자와 같은 식물 세포를 이용한 시도가 이루어지는 이유는? 단백질 의약품은 신약 허가 품목의 약 20%를 점유하는 급성장을 이루고 있으며, 2006년 기준으로 2,500여 품목이 연구 개발 중이고, 그 중 900여 품목은 전임상실험, 1,600여 품목은 임상시험중에 있는 것으로 알려져 있다.1,2) 단백질 의약품은 주로 Chinese hamster ovary(CHO), baby hamster kidney(BHK)와 같은 동물세포, Bacillus subtilis와 같은 박테리아, Pichia pastoris와 같은 효모 및 곤충 세포에서 주로 생산되고 있으며,2-4) 최근에는 병원균의 오염에 대한 위험 감소, 단백질 정제의 용이함, 동물세포에 비해 상대적으로 저비용, 고수율로 단백질을 발현할 수 있는 벼(rice), 옥수수(maize), 밀(wheat), 감자(potato)와 같은 식물 세포를 이용한 시도가 이루어 지고 있다.2,5,6) 사람 성장 호르몬(human growth hormone)이 식물에서 최초로 재조합 단백질 생산에 성공한 이래 항체 의약품, 백신, 사람 혈청 알부민(human serum albumin), 글로코세로브로시다제(glucocerebrosidase), 사람 단백질 C 혈청 프로테아제(human protein C serum protease) 등이 식물세포에서 생산되고 있다.
식물 세포를 이용한 식물 유래 당단백질은 무엇으로 구성되어 있나? 식물 유래 당단백질은 동물세포 유래와 비교하여 결합된 올리고당이 단백질 발현 시스템에 따라 분지된 당의 수와 길이가 다른 이질성을 나타내며 단백질의 구조,8) 기능,9) 세포인식10,11) 등에 있어서 중요한 역할을 하는 공통점을 갖고 있으나, 올리고당의 조성과 구조가 다른 것으로 보고되고 있다.12,13) 즉, 동물유래 당단백질은 주로 fucose(Fuc)(α1,6), galactose(Gal), mannose(Man), N-acetylglucosamine(GlcNAc), N-acetylgalactosamine (GalNAc), 시알산으로 구성된 반면, 식물 유래 당단백질은 주로 Gal, Man, GlcNAc 이외에 arabinose, Fuc(α1,3), xylose(Xyl)가 추가적으로 구성되어 있다.
단백질 의약품은 주로 어디에서 생산되는가? 단백질 의약품은 신약 허가 품목의 약 20%를 점유하는 급성장을 이루고 있으며, 2006년 기준으로 2,500여 품목이 연구 개발 중이고, 그 중 900여 품목은 전임상실험, 1,600여 품목은 임상시험중에 있는 것으로 알려져 있다.1,2) 단백질 의약품은 주로 Chinese hamster ovary(CHO), baby hamster kidney(BHK)와 같은 동물세포, Bacillus subtilis와 같은 박테리아, Pichia pastoris와 같은 효모 및 곤충 세포에서 주로 생산되고 있으며,2-4) 최근에는 병원균의 오염에 대한 위험 감소, 단백질 정제의 용이함, 동물세포에 비해 상대적으로 저비용, 고수율로 단백질을 발현할 수 있는 벼(rice), 옥수수(maize), 밀(wheat), 감자(potato)와 같은 식물 세포를 이용한 시도가 이루어 지고 있다.2,5,6) 사람 성장 호르몬(human growth hormone)이 식물에서 최초로 재조합 단백질 생산에 성공한 이래 항체 의약품, 백신, 사람 혈청 알부민(human serum albumin), 글로코세로브로시다제(glucocerebrosidase), 사람 단백질 C 혈청 프로테아제(human protein C serum protease) 등이 식물세포에서 생산되고 있다.
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참고문헌 (26)

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  24. Triguero, A., Cabrera, G., Royle, L., Harvey, D. J., Rudd, P. M., Dwek, R. A., Bardor, M., Lerouge, P. and Cremata, J. A. : Chemical and enzymatic N-glycan release comparison for Nglycan profiling of monoclonal antibodies expressed in plants. Anal. Biochem. 400, 173 (2010). 

  25. Campbell, M. P., Royle, L., Radcliffe, C. M., Dwek, R. A. and Rudd, P. M. : GlycoBase and autoGU: tools for HPLC-based glycan analysis. Bioinformatcs 24, 1214 (2008). 

  26. Takahashi, N., Nakagawa, H., Fuhikawa, K., Kawamura, Y. and Tomiya, N. : Three dimensional elution mapping of pyridylaminated N-linked neutral and sialyl oligosaccharides. Anal. Biochem. 226, 139 (1995). 

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