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질량분석기를 활용한 효과적 이황화결합 분석법 개발

Mass Spectrometry-Based Strategy for Effective Disulfide Bond Identification

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.55 no.1, 2017년, pp.27 - 33  

진종화 (오송첨단의료산업진흥재단 신약개발지원센터) ,  민호필 (한국과학기술연구원 도핑콘트롤센터) ,  권오승 (한국과학기술연구원 도핑콘트롤센터) ,  오현정 (고려대학교 기계공학과) ,  김종원 (오송첨단의료산업진흥재단 신약개발지원센터) ,  박철환 (광운대학교 화학공학과)

초록
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이황화결합(Disulfide Bond)은 다양한 생리학적 혹은 병리학적 과정 중 단백질번역 후 변형(Post-Translational Modifications) 과정 중에 형성된다. 그러므로 이황화결합에 대한 정보는 단백질의 화학적 구조를 보다 종합적으로 이해하는데 매우 중요한 일이다. 질량분석기를 이용한 이황화결합 분석은 매우 효과적이며, 현재까지 질량 분석기를 활용한 다양한 이황화결합 분석법들이 개발되었다. 그러나, 대부분의 이황화결합 분석법의 경우, 이황화결합 분석 시 자유-시스테인잔기(Free Thiol Residues) 분석을 고려하지 않았다. 본 연구에서는 이황화결합에 관여하는 시스테인/자유-시스테인에 초점을 두고 총 4단계(1단계: 아미노산 서열을 통한 이황화결합 가능 부위를 예측, 2단계: 자유시스테인의 존재 유무의 확인, 3단계: 질량 분석기를 활용한 이황화결합 분석, 4단계: 이황화결합 분석법의 종합적인 검증)의 분석법을 개발하였다. 나아가, 본 연구에서 개발된 분석 기법을 실제 휴먼 유래 재조합 단백질(HRPE1)에 적용함으로써 개발된 이황화결합 분석법의 효용성을 확인하였다. HRPE1의 경우, 총 6개의 이황화결합(Inter-chain 형태: 1, Intra-chain 형태: 5)으로 구성된 것을 최종 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The determination of disulfide bonds is important for comprehensive understanding of the chemical structure of protein. So far, many strategies for the disulfide bond analysis have been suggested in terms of speed and sensitivity. However, most of these strategies have not considered free thiol resi...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 1차적으로 이황화결합 분석을 위한 분석기법을 개발하고 2차로 개발된 분석기법을 휴먼유래 재조합 단백질(HRPE1)에 적용함으로써 본 연구에서 개발된 이황화결합 분석기법의 효용성을 확인하고자 하였다. HRPE1 단백질의 경우, 총 58개의 아미노산으로 구성되었으며, 이 중 9개의 아미노산이 시스테인으로 구성되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
기존에 연구된 질량 분석기를 활용한 다양한 이황화결합 분석법의 문제점은 무엇인가? 질량분석기를 이용한 이황화결합 분석은 매우 효과적이며, 현재까지 질량 분석기를 활용한 다양한 이황화결합 분석법들이 개발되었다. 그러나, 대부분의 이황화결합 분석법의 경우, 이황화결합 분석 시 자유-시스테인잔기(Free Thiol Residues) 분석을 고려하지 않았다. 본 연구에서는 이황화결합에 관여하는 시스테인/자유-시스테인에 초점을 두고 총 4단계(1단계: 아미노산 서열을 통한 이황화결합 가능 부위를 예측, 2단계: 자유시스테인의 존재 유무의 확인, 3단계: 질량 분석기를 활용한 이황화결합 분석, 4단계: 이황화결합 분석법의 종합적인 검증)의 분석법을 개발하였다.
시스테인의 -SH간 이황화결합의 역할은 무엇인가? 그 중에서도 시스테인은 20개의 아미노산 중 유일하게 -SH기를 포함한다[3,4]. 이러한 시스테인의 -SH간 이황화결합은 단백질의 다양한 생리학적, 병리학적 과정의 번역 후 수정을 통해 형성되며 구조 변화를 이루며 단백질의 2차, 3차 구조를 결정하는데 중요한 역할을 한다[5,6].
이황화결합은 어떤 생체대사 과정에서 형성되는가? 이황화결합(Disulfide Bond)은 다양한 생리학적 혹은 병리학적 과정 중 단백질번역 후 변형(Post-Translational Modifications) 과정 중에 형성된다. 그러므로 이황화결합에 대한 정보는 단백질의 화학적 구조를 보다 종합적으로 이해하는데 매우 중요한 일이다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (14)

  1. Rietsch, A. and Beckwith, J., "The Genetics of Disulfide Bond Metabolism," Annu. Rev. Genet., 32, 163-84(1998). 

  2. Seiwert, B. and Karst, U., "Simultaneous LC/MS/MS Determination of Thiols and Disulfides in Urine Samples Based on Differential Labeling with Ferrocene-Based Maleimides," Anal. Chem., 79, 7131-7138(2007). 

  3. Xu, H., Zhang, L. and Freitas, M. A., "Identification and Characterization of Disulfide Bonds in Proteins and Peptides from Tandem MS Data by use of the MassMatrix MS/MS Search Engine," J. Proteome Res., 7, 138-144(2008). 

  4. Yen, T. Y., Yan, H. and Macher, B. A., "Characterizing Closely Spaced, Complex Disulfide Bond Patterns in Peptides and Proteins by Liquid Chromatography/electrospray Ionization Tandem Mass Spectrometry," J. Mass Spectrom., 37, 15-30(2002). 

  5. Yen, T. Y., Joshi, R. K., Yan, H., Seto, N. O. L., Palcic, M. M. and Macher, B. A., "Characterization of Cysteine Residues and Disulfide Bonds in Proteins by Liquid Chromatography/electrospray Ionization Tandem Mass Spectrometry," J. Mass Spectrom., 35, 990-1002(2000). 

  6. John, H. and Forssmann, W.G., "Determination of the Disulfide Bond Pattern of the Endogenous and Recombinant Angiogenesis Inhibitor Endostatin by Mass Spectrometry," Rapid Commun. Mass Spectrom., 15, 1222-1228(2001). 

  7. Yang C., Weiwei Z., Xufeng Y., Jinfei Y. and Huizhen Z., "Simple synthesis of Biphosphonates with Excellent Flameproofing Properties," Korean Chem. Eng. Res., 52(2), 187-190(2014). 

  8. Zeng, R., Xu, Q., Shao, X. X., Wang, K. Y. and Xia, Q. C., "Determination of the Disulfide Bond Pattern of a Novel C-type Lectin from Snake Venom by Mass Spectrometry," Rapid Commun. Mass Spectrom., 15, 2213-2220(2001). 

  9. Jones, M. D., Hunt, J., Liu, J. L., Patterson, S. D., Kohno, T. and Lu, H. S., "Determination of Tumor Necrosis Factor Binding Protein Disulfide Structure: Deviation of the Fourth Domain Structure from the TNFR/NGFR Family Cysteine-Rich Region Signature," Biochemistry, 36, 14914-14923(1997). 

  10. Jones, M. D., Patterson, S. D. and Lu, H. S., "Determination of Disulfide Bonds in Highly Bridged Disulfide-Linked Peptides by Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry with Postsource Decay," Anal. Chem., 70, 136-143(1998). 

  11. Debski, J., Wyslouch-Cieszynska, A., Dadlez, M., Grzelak, K., Kludkiewicz, B., Kolodziejczyk, R., Lalik, A., Ozyhar, A. and Kochman, M., "Positions of Disulfide Bonds and N-glycosylation Site in Juvenile Hormone Binding Protein," Arch. Biochem. Biophys., 421, 260-266(2004). 

  12. Tie, J. K., Mutucumarana, V. P., Straight, D. L., Carrick, K. L., Pope, R. M. and Stafford, D. W., "Determination of Disulfide Bond Assignment of Human Vitamin K-dependent Gamma-glutamyl Carboxylase by Matrix-assisted Laser Desorption/ionization Timeof-flight Mass Spectrometry," J. Biol. Chem., 278, 45468-45475 (2003). 

  13. Rajesh, T., Park, H. Y., Song, E., Sung, C., Park, S. H., Lee, J. H., Yoo, D., Kim, Y. G., Jeon, J. M., Kim, B. G. and Yang, Y. H., "A New Flow Path Design for Multidimensional Protein Identification Technology Using Nano-liquid Chromatography Electrospray Ionization Mass Spectrometry," Korean J. Chem. Eng., 30(2), 417-421(2013). 

  14. Lee, I. S., Ko, K. Y., Kim, I. H., "Analysis of Cyclic Adenosine Monophosphate (cAMP) Separation via RP-HPLC (reversed-phase high-performance liquid chromatography) by the Moment Method and the van Deemter Equation," Korean Chem. Eng. Res., 53(6), 723-729(2015). 

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