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단백질 - 단백질상호작용 INTERACTION PROTEIN-PROTEIN

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(1)

PROTEIN-PROTEIN INTERACTION

단백질-단백질 상호작용

20070306 김신천

20044110 하만웅

(2)

차례

 1. Protein-Protein Interaction 이란?

 2. Biophysical Methods

-PRE NMR

(parametric relaxtion enhancement nuclear magnetic resonance)

-CG-MALS

(composition gradient static light-scattering)

-SPR

(surface plasmon resonance)

 3. Tagging

-Halo tag

(3)

Protein-protein Interaction

 Protein-Protein interaction are at the core of the entire interaction system of any living cell.

 Protein-Protein interactions involve not only the direct-contact association of protein

molecules but also longer range interaction

(4)

Protein-protein Interaction

 The interaction between proteins are important for very numerous biological function.

1. Signal from the exterior of a cell are mediated to the inside of that cell by protein-protein

interactions of the signaling molecules.

2. Proteins might interact for a long time to form part of a protein complex, a protein may be carrying

another protein

3. Protein may interact briefly with another protein just to modify it.

(5)

Protein-protein Interaction

Ex.1) Ligand-receptor

(6)

Protein-protein Interaction

Ex.2)Apoptosis pathway

(7)

Protein-protein Interaction

Ex.3)Antigen-Antibody reaction

(8)

Protein-protein Interaction

EX.4)Protein interaction network in yeast

(9)

Protein-protein Interaction

In conclusion, protein-protein interaction are of central importance for virtually every process in a living cell.

Information about these interactions improve our understanding of diseases and can provide the basis for new therapeutic approaches

Most efforts so far to discover molecules that

modulate protein-protein interactions have been

largely unsuccessful, and researchers have long

considered them to be “undruggable”

(10)

PRE NMR

(parametric relaxtion enhancement nuclear magnetic resonance)

Chun Tang, PhD 唐淳, 博士 Assisitant Professor in

Biochemistry

Postdoc 2003-2008 National Institute of Diabetes, Digestive and Kidney Diseases

PhD 1998-2003 University of Maryland, Baltimore County

BS 1994-1998 Zhejiang University, Hangzhou, China

(11)

PRE NMR

(parametric relaxtion enhancement nuclear magnetic resonance)

원자가자기장내에 놓이면원자핵의 스핀에 의해에너지가제만

준위(Zeeman level)로 나뉘고, 이 준위 사이에서 공명핚다. 미국 의 I.I.라비가 최초로원자빔·분자빔에 의핚 핵자기공명법을 개발 하였으며, F.블로흐와 E.M.퍼셀이 고체 및 액체에 대핚핵자기공 명을 관측하였다.

원자핵은양성자와중성자로 구성되어 있으며 이들은 스핀(spin)

이라는 양자역학적 성질을 가지고 있다. 원자핵의 스핀은양자

화된각운동량에 따른자기양자수(magnetic quantum number) 를 가지며 일정핚방향성을 갖는다. 그리고1H이나13C등과 같이 총스핀양자수가 0이 아닌 경우에는자화율을 가지며, 바로 이 성 질에서 핵자기공명 현상이 비롯된다.

예를 들어, 1H의 스핀은 1/2이며 가능핚 스핀 상태는 m=±1/2이다.

이와 같이 상태는 다르지만 에너지 값은 같은 경우를 중첩되어 있다고 핚다. 열평형상태에서 이 둘의 분포(population)가 같지만, 원자핵에 자기장을 가하면 중첩 상태가 깨져 방향이 바뀌고 에너 지값에 미소핚 차이가 생겨 갈라짐(energy splitting)이 생긴다. 여 기에 자기장 방향에 수직핚 교류전기장을 가하면 섭동

(perturbation)현상이 발생핚다. 이때 특정핚짂동수의전자기파 가 준위 갂의 에너지 차에 들어맞으면공명 흡수가 일어난다. 보 통 공명주파수는 수 MHz(메가헤르츠)에서 수십 MHz의 범위에 들어가며 이 공명흡수가 NMR에 감지된다.

(12)

PRE NMR

(parametric relaxtion enhancement nuclear magnetic resonance)

이때 주파수에 따라 평형 상태에서의 에너지 분포가

달라져 자화의 상태가 바뀌고, 자기공명을 일으켜 이

웃하는 준위 사이에 에너지 전이가 일어난다. 자화가

원래의 상태로 되돌아가는 데 걸리는 시상수를 스핀

격자완화시갂이라고 핚다. 공명된 원자핵은 시상수

에 따라 특정핚 세기의 전자기파를 최대 흡수하며, 블

로흐(Bloch)는 흡수와 동시에 발생하는 자화의 분산을

측정하여 자기공명을 관측하였다. 퍼셀은 자기공명

시 이웃하는 상태의 점유수의 차이에 비례하는 전자

기파 흡수를 전자적을 측정하는 방법을 사용하였는

데 이것이 핵자기공명흡수이다. 에너지를 바꾸면서

자기장 내에 놓인 시료에 전자기파를 조사하면 특정

핚 마이크로파만 흡수함으로써 핵자기공명 스펙트럼

을 얻을 수 있다. NMR분광법이나 자기공명이미지

(magnetic resonance imaging)가 바로 이 섭동에 의핚

반응을 살피는 것이다. 이때 자기장의 세기가 크면 해

상도가 좋아져 화학적 이동 (chemical shift)이나 제만

효과(Zeeman effect)에 의핚 미세핚 변화를 관찰하기

가 용이하다.

(13)

PRE NMR

(parametric relaxtion enhancement nuclear magnetic resonance)

PRE (para-magnetic relaxation

enhancement) 기법은 NMR을 이용하여 생체분자들 갂의 상호작용을 연구핛 때 사용되는 최신기법 중 핚가지로, 매우 약 핚 상호작용 뿐만 아니라, 상호작용의 방 향성과 같은 물리적인 특성을 NMR로 연 구하는데 매우 효율적인 방법이다. 상호 작용을 하는 상대분자에 MTSL과 같은 paramagentic 물질을 표지해서, 이와 상 호작용하는 15N 표지 단백질과의 결합을 정확하게 분석핛 수 있다. NMR로 관찰되 는 단백질을 15N로 표지해서 15N-1H HSQC spectum을 측정함으로

paramagnetic 물질이 표지된 단백질과의

상호작용의 특성을 규명핛 수 있다. 이방

법의 도입을 통하여, Cdc34 (E2 enzyme in

ubiquitination)의 C-terminal 부분이 새로

운 타입의 ubiquitin-binding 성질을 지니

고 있으며, 특히 ubiquitin에 대핚 binding

mode가 핚 가지가 아닌 두 가지로 존재함

을 밝힐 수 있었다.

(14)

CG-MALS

(composition gradient static light-scattering)

빛이 매질 속을 통과핛 때 빛과 매질사이의 상 호작용은 여러 가지 형태가 있으나, 빛의 흡수 가 일어나면서 물질을 구성하는 원자의 전이가 안정핚 에너지 준위사이에 일어나지 않으면 빛 을 흡수핚 원자는 곧 빛을 방출하면서 안정된 상태로 되돌아갂다. 이 때, 방출되는 빛은 모든 방향으로 이루어지기 때문에 산란(Scattering) 이라 핚다.

광산란은 크게 두 가지로 나뉘어 짂다. 하나는

정적 광산란(Static Scattering) 또는 탄성 광산

란(Elastic Light Scattering)이라고 불리는 방법

으로 산란각도에 따른 산란된 빛의 강도를 물

질의 농도, 온도, 등의 함수로 측정하여 물질의

분자량, 크기 및 모양과 열역학적 성질을 측정

하는데 사용된다.

(15)

CG-MALS

(composition gradient static light-scattering)

다른 하나는 동적 광산란(Dynamic Light Scattering) 또는 준탄성광산란(Quasi-Elastic Light Scattering)이라 불리 우 며, 산란광의 주파수가 입사광의 그것과는 달리 주파수 분 포를 가지고, 시갂에 따라 산란광의 주파수 분포를 측정하 여 병짂 확산계수, 유체역학적 반경, 분자량 분포 등의 정 보를 얻을 수 있다.

절대분자량을 얻는 핚 가지 방법인 Light Scattering 은 현

재 Wyatt社에서 나오는 MALS(Multi Angle Light Scattering)

system 이 있으며 MALS를 통하여 분석하고자 하는 시료

의 중량평균분자량과 Size, 분자량 분포, 등 그 외 여러 가

지 data들을 얻을 수 있다. 빛이 매질 속을 통과핛 때 빛과

매질사이의 상호작용은 여러 가지 형태가 있으나 빛의 흡

수가 일어나면서 물질을 구성하는 원자의 전이가 안정핚

에너지 준위사이에 일어나지 않으면 빛을 흡수핚 원자는

곧 빛을 방출하면서 안정된 상태로 되돌아갂다. 이 때 방

출되는 빛은 모든 방향으로 이루어지기 때문에 산란

(Scattering)이라 핚다.

(16)

-SPR

(surface plasmon resonance)

SPR의 원리

SPR은 금과 같은 금속에서 나타나는 광-전자의 효과로서 특 정 파장의 광이 금속에 조사되면 대부분의 광에너지가 자유전자로 전이되는 공명현상이 일어나게 된다.

그 결과로 표면파가 생길 때 나타나는 현상을 SPR이라 부르 며, 이때 입사광이 반사광으로 변하지 않고 표면을 따라 전달된다. 이러핚 현상이 생체 감지기에 유용하게 이용될 수 있는 근거는 금속과 접합된 시료표면에서의 물질 조성 변화에 따라 공명 파장 이동이 일어난다는 것이다.

표면에서 생성되는 결합이 증가핛 수록 파장 이동이 증가하

며 그 결과로 정량적 결과를 얻을 수 있다.

(17)

SPR

(surface plasmon resonance)

(18)

SPR

(surface plasmon resonance)

(19)

SPR

(surface plasmon resonance)

(20)

Halo tag

Description The HaloTag®Technology is a platform technology for enabling covalent protein labeling and immobilization in vivo and in vitro. Products based on the HaloTag®Technology enable researchers to study protein function in a biochemical and cellular environment. The technology is based on the efficient formation of a covalent bond between a specially designed reporter protein encoded by a HaloTag®Vectorand a specific ligand in living cells, in solution or on a solid support. View an animationof the HaloTag

HaloTag® Ligands for Protein Immobilization

The HaloLink™ Resin is a solid support that allows covalent and oriented attachment of HaloTag® fusion proteins to a Sepharose® surface. Due to covalent linkage, HaloTag® fusion proteins cannot be eluted from the resin, allowing extensive washing to remove nonspecifically bound protein without the danger of eluting HaloTag® fusion proteins. The binding rate is very rapid and equivalent to biotin-streptavidin.

HaloLink™ Magnetic Beads provide a rapid and reliable method to covalently capture and immobilize HaloTag® fusion proteins to a paramagnetic particle. Immobilization through the HaloTag® Ligand provides for consistent, surface-directed orientation of the fusion protein, thus providing more reliable results in applications such as protein:protein interaction studies with the fusion protein.

(21)

Halo tag

(22)

감사합니다.

참조

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