초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
생체막에 존재하는 막단백질은 세포의 활동에 필요한 물질과 신호전달이라는 매우 중요한 역할을 한다. 이 생체고분자는 수용액에서 구조적으로 매우 불안정하여 생체막에서 추출후 그 기능이나 구조 분석이 매우 어렵다. 따라서 새로운 양쪽성 나노입자체를 개발하여 막단백질 용해화, 안정화, 결정화 그리고 고정화에 활용하고자 한다.

□ 연구결과
● Adamantane은 그 독특한 구조로 매우 높은 소수성도와 그 치환기에 분포에 따라 넓은 표면적을 지닐 수 있는 매우 특색있는 화학구조를 하고 있어

□ 연구의 목적 및 내용
생체막에 존재하는 막단백질은 세포의 활동에 필요한 물질과 신호전달이라는 매우 중요한 역할을 한다. 이 생체고분자는 수용액에서 구조적으로 매우 불안정하여 생체막에서 추출후 그 기능이나 구조 분석이 매우 어렵다. 따라서 새로운 양쪽성 나노입자체를 개발하여 막단백질 용해화, 안정화, 결정화 그리고 고정화에 활용하고자 한다.

□ 연구결과
● Adamantane은 그 독특한 구조로 매우 높은 소수성도와 그 치환기에 분포에 따라 넓은 표면적을 지닐 수 있는 매우 특색있는 화학구조를 하고 있어 이를 이용하여 adamantane-based amphiphiles(ADAs)를 개발하여 소수성기의 구조와 밀도가 막단백질의 용해화에 큰 영향을 미칠 수 있음을 제시하였다.
● 기존에 개발된 MNG amphiphiles를 좀 더 발전시켜 다양한 소수성기를 지닌 양쪽성 분자를 개발하여 다양한 막단백질에 평가한 결과 이 양쪽성분자들의 특성을 파악할 수 있었을 뿐만 아니라 그 결과들을 양쪽성 분자의 알킬 사슬 길이에 따라 분석함으로써 타깃 막단백질이 변성에 민감한지 또는 응집에 민감한지에 대한 정보를 추출할 수 있었다.
● Xyene을 기반으로 하는 새로운 양쪽성 분자를 개발하여 다양한 막단백질에 테스트 해 본 결과 이 양쪽성 분자의 특성이 그리 좋지 않았다. 이와 같은 네거티브한 결과를 바탕으로 Xyene의 구조 변형에 대한 아이디어를 제시함으로써 막단백질 연구를 위한 설계 원리를 제공하였다.
● Neopentyl glycol와 TRIS를 링커로 활용한 양쪽성 분자를 개발하여 이들을 비교하여 링커에 존재하는 작용기의 중요성을 제시하였고 이 양쪽성 분자중 NDT-C11은 그 특성이 매우 우수하여 막단밸직의 구조 및 역동성을 둘 다 안정화시켜주었다.
● 양쪽성 분자의 친수성기는 막단밸질의 안정화에 매우 중요한데 새로운 친수성기 개발에 대한 연구는 거의 진행되지 않았다. 이에 5개의 포도당 단위가 고밀도로 집적되어 있는 새로운 양쪽성 분자를 개발한 결과 막단백질의 추출, 안정화에 매우 우수하여 EM 연구에도 매우 좋은 특성을 보여주는 것으로 나타났다.
● 총체적으로 요약하면 막단백질 연구에 유용한 나노구조체인 마이셀을 형성할 수 있는 양쪽성 분자를 개발하여 막단백질에 특성을 파악하고 이들간에 상관관계를 제시함으로써 새로운 양쪽성분자의 설계 원리를 다수 제시하였다.

□ 연구결과의 활용계획
본 연구를 통해 개발한 양쪽성 분자들 중 7건의 국내 특허출원 및 2건의 PCT출원을 완료하였고 이중 하나는 Anatrace에 기술이전하여 개발한 MNA 3개가 이미 상용화 되어 시판되고 있음. 즉 새롭게 개발한 분자들이 그 특성이 뛰어나고 합성이 용이할 경우 충분히 기술이전을 통한 상용화가 가능함. MNA외에도 NDT와 PSE에 해당하는 분자들도 현재 기술이전을 계획하고 있고 상당히 진척을 이뤄서 이 분자들에 대한 상용화도 별 문제 없이 이룰 것으로 기대함.
(출처:요약문 5p)

Abstract ▼

□ Purpose& contents
Membrane proteins in lipid bilayer play pivotal roles in many cellular processes. However, these bio-macromolecules are very unstable in aqueous media, which makes extremely difficult to determine their functions and structures. Thus, novel nano-sized molecules with amphipathi

□ Purpose& contents
Membrane proteins in lipid bilayer play pivotal roles in many cellular processes. However, these bio-macromolecules are very unstable in aqueous media, which makes extremely difficult to determine their functions and structures. Thus, novel nano-sized molecules with amphipathic property will be designed, prepared to facilitate the solubilization, stabilization, crystallization and immobilization of membrane proteins.

□ Result
● Adamantane derivatives with multifused rings have highly dense hydrophobicity and could have large hydrophobic surface area depending on the sustitution pattern around ring. Utilizing this scaffold, we developed adamantane-based amphiphiles (ADAs) and propose the effect of hydrophobic density and surface area of detergent molecules on membrane protein extraction efficiency.
● Extension of previously developed MNG amphiphiles by varying alkyl chain length allowed us to evaluate these new MNG agents toward membrane protein stabilization. Furthermore, we could propose a way to determine the sensitivity of each membrane protein to denaturation or aggregation based on the trend of protein stability depending on alkyl chain length.
● We have developed two novel classes of detergents with neopentyl glycol and TRIS linkers, designated NDTs and TDTs, respectively. Comparison of these two classes enabled us to find the importance of linker functional group in membrane protein stability. NDT-C11 was the best of these novel agents.
● Detergent hydrophilic group is strongly influential for membrane protein stability, which is important in membrane protein structural study. We developed a novel carbohydrate based hydrophilic group with highly branched pentasaccharide unit. These agents were useful for CryoEM study, a rising star for protein structural study.
● In summary, by introducing a unique hydrophobic and hydrophilic groups, we have created very unique features and properties for membrane protein study. The nano-assemblies formed by these agents were quite effective for protein stability and detergent structural variations allowed us to find detergent design principles.

□ Expected Contribution
Based on amphiphile studies, we have achieved seven domestic and two international (PCT) patent applications. One detergent class called MNAs was commercialized from Anatrace (USA) following sucessful technology transfer. NDTs and PSEs were also scheduled to take a similar process for the final commercialization, which increase the utility of these materials for membrane protein research.
(출처:SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 3연구계획 요약문 ... 4연구결과 요약문 ... 5 한글요약문 ... 5 SUMMARY ... 6연구내용 및 결과 ... 7 1. 연구개발과제의 개요 ... 7 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 19 5. 연구결과의 활용계획 ... 19 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 20 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 20 8. 참고문헌 ... 21 9. 연구성과 ... 22 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설.장비 현황 ... 27 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 27 12. 기타사항 ... 29별첨1 대표연구성과 ... 30별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 45끝페이지 ... 57