[논문]지질 이중막에 결합된 항균성 펩타이드 protegrin-1에 의한 지질 분자의 정열도 변화

김철

doi:10.5806/ast.2015.28.2.106

[국내논문] 지질 이중막에 결합된 항균성 펩타이드 protegrin-1에 의한 지질 분자의 정열도 변화
Alignment change of lipid molecules in lipid bilayers by an antimicrobial peptide protegrin-1 원문보기

분석과학 = Analytical science & technology, v.28 no.2, 2015년, pp.106 - 111

초록
AI-Helper

얇은 유리판 위에 인지질과 항균성 펩타이드 protegrin-1을 혼합한 용액을 도포시키고, 95% 상대습도 하에서 방치함으로써 형성된 지질-펩타이드 혼합체의 변화를 ³¹P 고체 핵자기 공명분광법을 이용하여 조사하였다. 수화에 의한 변화와 공기 중에서 건조한 상태에서의 변화 그리고 반복적인 수화와 건조 과정에 의한 시료의 변화를 관찰하였다. 각 과정에서의 지질 이중막의 파괴 정도를 이론적 모사 과정을 통해 정량적으로 확인하였다. 지질-펩타이드 혼합체는 수화와 건조를 통해 가역적인 변화를 일으켰고, 반복과정에 의해 가장 안정한 평형 상태로 접근하고 있음을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Changes in antimicrobial peptide-lipid mixtures were investigated using 31P solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy. An antimicrobial peptide, protegrin-1, and phosphatidylcholine were deposited on a thin cover glass and incubated under a relative humidity of 95%. The changes in the mixtures were observed after hydration or air-drying. How repetitive hydration and drying changed the phase of the sample was also observed. The degrees of disruption of the well-aligned bilayers of phosphatidylcholine were determined quantitatively by simulating the experimental spectra. The peptide-lipid mixtures changed reversibly after hydration and drying, and the samples reached an equilibrium state after several repetitions.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 β-sheet형 구조를 가지는 것으로 알려진 항균성 펩타이드가 지질 이중막에 작용할 때, 지질 이중막이 반복되는 처리과정에 따라 어떠한 상변화를 일으키는지, ³¹P 고체 핵자기공명(³¹P 고체 NMR) 스펙트럼 을 측정하여 연구하였다. 본 연구에서 사용된 protegrin-1(PG-1, MW = 2154 Da)은 18개의 아미노산으로 이루어진 펩타이드로서 돼지의 백혈구 등에서 발견되어지는 항균성 펩타이드이다.
¹⁸ PG-1은 생체막에 있는 지질 분자의 종류, 펩타이드의 농도 등에 의해 원환체 구조를 만들 수도 있고, 생체막을 얇게 만드는 효과만을 낼 수도 있는 것으로 알려져 있다.^{13, 19-22} 본 연구에서는 PG-1 이 잘 정열된 지질 이중막에 작용할 때, 반복되는 수화/탈 수화 과정에 의해 지질 이중막이 어떠한 변화를 일으키는 지 측정함으로써 항균성 펩타이드의 작용에 있어서 수화가 미치는 영향을 파악하고자 하였다.
사용하여 모사하였다. 본 연구에서는 유리판 위에서 유리판 방향으로 잘 정열된 지질 분자와 이 정열이 깨어진 지질 분자들의 상대적인 분포가 시료의 변화 과정을 통해 어떻게 변해가는지를 확인하고자 하였다. 시료 중에 있는 지질 분자의 방향이 일정하면 하나의 주파수를 가지는 뾰족한 신호선(30 ppm 근처) 을 보이지만, 다양한 방향을 가지는 지질 분자들이 분포할 때에는 다양한 형태의 선모양을 나타내게 된다.

가설 설정

또한 유리판 표면에서 수직 방향으로 정열되어 있는 이중막 구조의 경우에도 완벽한 정열을 가지고 있지 못하고 배향각에 있어서 모자이크 분포를 갖게 된다. 본 연구에서는 가우스 함수로 모자이크 분포를 갖는 것으로 가정하였다. 이경우 약 30^o-50^o 각도의 표준편차를 갖는 것으로 확인되었다.
이경우 약 30^o-50^o 각도의 표준편차를 갖는 것으로 확인되었다. 이론적 모사에 있어서 지질 이중막의 파괴 정도를 계산할 때, 지질이 중막의 배향각이 유리판 수직으로부터 10^o 이상 벗어나면 파괴된 것으로 가정하였다.

제안 방법

8 mg POPC 지질을 TFE/chloroform(2/1, v/v) 용액에 녹인 후, 이 용액을 가로와 세로의 길이가 각각 10 mm인 얇은 유리판 위에 떨어뜨린다. 항균성 펩타이드의 지질 파괴 정도를 확인하기 위하여 항균성 펩타이드에 대한 지질 분자의 상대적 농도 비율 (Peptide- to-Lipid ratio, P/L ratio)을 1/80, 1/50, 1/30, 1 /20으로 달리하여 실험하였다. 시료를 진공 상태에서 밤새 건조시켜 지질 분자 사이에 남아 있는 극미량의 유기용매를 완전히 제거한다.
시료를 공기 중에서 건조시켜서 ³¹P 고체 NMR 스펙트럼을 얻거나, 95%로 상대습도가 유지되는 데시케이터에서 약 2일간 방치시킨 후, ³¹P 고체 NMR 스펙트럼을 얻는다. 반복적인 수화-건조 과정의 효과를 확인하기 위해서 유리판 시료의 밀봉을 해제한 후 다시 한번 물을 첨가하고, 데시케이터 안에서 건조한 후, ³¹P 고체 NMR 스펙트럼을 얻는다.
31P 고체NMR 스펙트럼은 Bruker MSI-300 분광기를 이용하여 측정하였다. ³¹P 스펙트럼의 화학 이동값 (chemical shift)의 기준은 85% H₃PO₄ 수용액으로부터 나오는 신호를 0 ppm으로 정하였다.
³¹P 스펙트럼의 화학 이동값 (chemical shift)의 기준은 85% H₃PO₄ 수용액으로부터 나오는 신호를 0 ppm으로 정하였다. ³¹P의 90° 펄스 길이는 5 µs이고, 쌍극자-쌍극자 상호작용을 없애기 위해 수소핵 채널에 45kHz 세기의 디커플링(decoupling) 신호를 가했다. 2000번의 반복측정을 통하여 얻어진 스펙트럼의 폭은 17.
지질 분자의 다양한 배향 분포가 만들어 내는 ³¹P 고체 핵자기 스펙트럼을 다양한 기하학적 분포 모델을 사용하여 모사하였다. 본 연구에서는 유리판 위에서 유리판 방향으로 잘 정열된 지질 분자와 이 정열이 깨어진 지질 분자들의 상대적인 분포가 시료의 변화 과정을 통해 어떻게 변해가는지를 확인하고자 하였다.

대상 데이터

을 측정하여 연구하였다. 본 연구에서 사용된 protegrin-1(PG-1, MW = 2154 Da)은 18개의 아미노산으로 이루어진 펩타이드로서 돼지의 백혈구 등에서 발견되어지는 항균성 펩타이드이다.¹⁷ PG-1은 다양한 세균과 곰팡이에 대한 항균 작용은 물론, HIV-1 에 대한 항바이러스 효과도 보여주고 있어 많은 관심을 끌고 있다.
1-Palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphotidylcholine (POPC)는 Avanti Polar Lipids Inc. (Alabaster, AL, USA)로부터, 항균성 펩타이드 protegrin-1은 GL Biochem (Shanghi, China)으로부터 구입하여 추가 정제 과정 없이 사용하였다. Trifluoroethanol(TFE), chloroform, 그리고 sodium phosphate dibasic등은 Aldrich Chemicals (Milwaukee, WI, USA)로부터 구입하여 사용하였다.
(Alabaster, AL, USA)로부터, 항균성 펩타이드 protegrin-1은 GL Biochem (Shanghi, China)으로부터 구입하여 추가 정제 과정 없이 사용하였다. Trifluoroethanol(TFE), chloroform, 그리고 sodium phosphate dibasic등은 Aldrich Chemicals (Milwaukee, WI, USA)로부터 구입하여 사용하였다.

성능/효과

특정한 기하학적 모양을 이루는 구조상의 표면에서 지질 분자들이 확산 운동을 함으로써, 분자들의 방향이 시간에 따라 달라지는 상황에서는 핵자기 공명 스펙트럼의 모양이 변하게 되는 부분도 고려하였다.^{22, 23} 주어진 스펙트럼을 적절하게 모사하기 위해서는 표면 확산 계수가 10⁻¹⁴ m²/s 정도를 가져야 한다는 것을 모사 과정을 통해 확인하였다 . 또한 유리판 표면에서 수직 방향으로 정열되어 있는 이중막 구조의 경우에도 완벽한 정열을 가지고 있지 못하고 배향각에 있어서 모자이크 분포를 갖게 된다.
1은 실험적으로 얻어진 스펙트럼을 이론적으로 모사한 것이고, 그 결과적인 분포는 Table 1에 잘 나와있다. 첫번째의 수화에서는 그 정도가 커서 지질 이중막의 파괴가 컸으나, 반복적인 수화와 방치 (95% 상대습도 조건)를 거치면서 지질 이중막의 안정도가 커지는 것을 S80-4 시료로부터 확인할 수 있었다. 30 ppm 근처의 신호는 유리판에 수직 방향으로 잘 정열되어 있는 POPC 지질 분자로부터 나오는 것이다.
하지만, 반복적인 시료처리에 따른 지질 분자의 배향적 분포의 변화는 크게 일어나지 않는 것을 확인할 수 있었다. S50-3 시료의 경우 30 ppm 근처 신호 선폭의 비대칭적 증가는 지질 이중막의 mosaic 분포의 증가이며, 30~-15 ppm 사이의 신호 선모양의 특징은 공기 중 건조로 인해 시료 중의 수분이 작아져서 시료 중의 지질 분자의 공간적 회전 운동이 매우 작어져서 생기는 것으로 확인할 수 있었다. 이론적 모사는 이러한 상황을 고려하여 얻어진 것으로 실험적 스펙트럼과 잘 일치하고 있다.
Table 3에서 확인할 수 있는 것처럼 지질 이중막의 파괴가 90% 이상 이루어진다. 본 연구에서 확인하려고 하였던 대로, 공기 중에서 건조한 이후 시료를 다시 수화시키고 방치시키면 초기 상태와 유사한 상태로 환원되는 것을 확인할 수 있었다.
정확한 수치를 제공할 수는 없으나 P/L 비율에 있어서 1/50과 1/30 사이에서 매우 큰 변화를 일으키는 것을 확인하였다. 수분이 충분히 있다하여도 1/50 미만의 P/L 비율에서는 지질 이중막의 상변화가 그 이상의 P/L 비율에 있을 때와 근본적으로 다름을 확인하였다.
확인하였다. 수분이 충분히 있다하여도 1/50 미만의 P/L 비율에서는 지질 이중막의 상변화가 그 이상의 P/L 비율에 있을 때와 근본적으로 다름을 확인하였다. 하지만, 충분한 양의 수분은 모든 P/L 비율에서 굉장히 빠른 속도로 움직이는 micelle 형태의 구조물을 만들어낸다는 것을 확인할 수 있었다.
수분이 충분히 있다하여도 1/50 미만의 P/L 비율에서는 지질 이중막의 상변화가 그 이상의 P/L 비율에 있을 때와 근본적으로 다름을 확인하였다. 하지만, 충분한 양의 수분은 모든 P/L 비율에서 굉장히 빠른 속도로 움직이는 micelle 형태의 구조물을 만들어낸다는 것을 확인할 수 있었다.
반복 과정 중에는 펩타이드-지질 혼합체의 상태가 수분양의 변화에 따라 가역적으로 변한다는 사실을 확인하였다. 지질 이중막의 파괴 정도는 P/ L 비율 뿐만 아니라 수분양의 변화에 따라 크게 변한다는 사실을 확인할 수 있었다. 따라서, 수화된 정도에 따른 지질 이중막의 파괴 정도를 좀 더 정량적으로 확인하는 연구를 지속할 필요가 있다고 여겨진다.

후속연구

지질 이중막의 파괴 정도는 P/ L 비율 뿐만 아니라 수분양의 변화에 따라 크게 변한다는 사실을 확인할 수 있었다. 따라서, 수화된 정도에 따른 지질 이중막의 파괴 정도를 좀 더 정량적으로 확인하는 연구를 지속할 필요가 있다고 여겨진다.

참고문헌 (23)

R. Latorre and O. Alvarez, Physiol Rev, 61, 77-150 (1981).

상세보기
H. Steiner, D. Hultmark, A. Engstrom, H. Bennich and H. G. Boman, Nature, 292, 246-248 (1981).

상세보기
J. Y. Lee, A. Boman, C. X. Sun, M. Andersson, H. Jornvall, V. Mutt and H. G. Boman, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A, 86, 9159-9162 (1989).
M. R. Yeaman and N. Y. Yount, Pharmacol. Rev., 55, 27-55 (2003).

상세보기
R. Mani, A. J. Waring, R. I. Lehrer and M. Hong, Biochim. et Biophs. Acta,-biomembr, 1716, 11-18 (2005).

상세보기
Y. Bai, S. Liu, P. Jiang, L. Zhou, J. Li, C. Tang, C. Verma, Y. Mu, R. W. Beuerman and K. Pervushin, Biochemistry, 48, 7229-7239 (2009).

상세보기
Toke, O. Biopolymers, 80, 717-735 (2005).

상세보기
S. J. Ludtke, K. He, W. T. Heller, T. A. Harroun, L. Yang and H. W. Huang, Biochemistry, 35, 13723-13728 (1996).

상세보기
K. Matsuzaki, O. Murase, N. Fujii and K. Miyajima, Biochemistry, 35, 11361-11368 (1996).

상세보기
J. Z. Gesell, M. and S. J. Opella, J. Biomol. NMR, 9, 127-135 (1997).

상세보기
K. Matsuzaki, O. Murase and K. Miyajima, Biochemistry, 34, 12553-12559 (1995).

상세보기
I. Marcotte, L. Wegener Kate, Y.-H. Lam, C. S. Chia Brian, R. R. de Planque Maurits, H. Bowie John, M. Auger and F. Separovic, Chem. and Phys. of Lipids, 122, 107-116 (2003).

상세보기
L. Yang, T. M. Weiss, R. I. Lehrer and H. W. Huang, Biophys. J., 79, 2002-2007 (2000).

상세보기
C. Munster, A. Spaar, B. Bechinger and T. Salditt, Biochim. et Biophs. Acta,-biomembr., 1562, 37-44 (2002).

상세보기
R. W. S. Glaser, Durr, C., Wadhwani, U. H. N., Afonin, P., Strandberg, S. E. and A. S. Ulrich, Biophys. J., 88, 3392-3397 (2005).

상세보기
K. J. Hallock, D. K. Lee and A. Ramamoorthy, Biophys. J., 84, 3052-3060 (2003).

상세보기
V. N. Kokryakov, S. S. Harwig, E. A. Panyutich, A. A. Shevchenko, G. M. Aleshina, O. V. Shamova, H. A. Korneva and R. I. Lehrer, FEBS Lett, 327, 231-236 (1993).

상세보기
R. L. Fahrner, T. Dieckmann, S. S. L. Harwig, R. I. Lehrer, D. Eisenberg and J. Feigon, Chem. Biol., 3, 543-550 (1996).

상세보기
S. Yamaguchi, T. Hong, A. Waring, R. I. Lehrer and M. Hong, Biochemistry, 41, 9852-9862 (2002).

상세보기
J. J. Buffy, T. Hong, S. Yamaguchi, A. J. Waring, R. I. Lehrer and M. Hong, Biophys. J., 85, 2363-2373 (2003).

상세보기
R. Mani, J. J. Buffy, A. J. Waring, R. I. Lehrer and M. Hong, Biochemistry, 43, 13839-13848 (2004).

상세보기
C. Kim, J. Spano, E. K. Park and S. Wi, Biochim Biophys Acta, 1788, 1482-1496 (2009).

상세보기
S. Wi and C. Kim, J. Phys. Chem. B, 112, 11402-11414 (2008).

상세보기

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증