단백질체

단백질체(Proteome)는 단백질을 의미하는 protein과 전체를 의미하는 접미어 –ome이 결합하여 만들어진 합성어이다. 단백질체란 유전체나 세포, 조직, 유기체 등 생물이 생산하는 총 단백질군을 일컫는다.

단백질체학(Proteomics)은 특정 조건 하에서 단백질체나 생물이 생산하는 일련의 단백질 기능 및 변화에 관해 연구하는 학문이다. mRNA 양과 단백질량이 언제나 직접 연관 되어있는 것은 아니며 단백질의 기능은 변역 후 인산화, 유비퀴틴화 등 에 의하여 변형(post-translational modifications, PTM)되고, 세포내 위치 또는 다른 단백질과의 상호작용 등에 의해 조절된다. 따라서 단백질체학은 다양한 조건에서의 단백질 발현 정량화와 동정뿐 아니라, 단백질의 위치와 그 변화, 상호작용 및 기능 분석을 포함하고 있다.

유전체학, 전사체학, 단백질체학, 대사체학의 분석 대상 및 방법 (출처: GettyimagesKorea)

목차

시료간의 단백질 발현 패턴의 비교분석을 통해 신호전달에 관여하는 단백질, 질병과 연관된 단백질 등 다양한 정보를 얻을 수 있다. 단백질의 생성 및 분해에 대한 분석도 이에 포함된다.

구조적 단백질체학은 단백질 복합체(예를 들어 핵공)의 구성요소 규명, 단백질들의 세포 내 위치 규명, 모든 단백질들 간의 상호작용 분석 등을 포함한다.

기능적 단백질체학은 특정 단백질 복합체의 분석, 특정 리간드 상호작용하는 단백질의 분석 등을 통해 단백질의 기능, 상호작용, 조절 기작에 대한 정보를 제공한다.

2차원 젤 전기 영동법(two-dimensional gel electrophoresis. 2-DE)을 이용한 단백질의 분리와 질량분석기(mass spectroscopy, MS)를 이용한 단백질 동정기술이 초기 단백질체학의 기반이 되었으나, 단백질체학 분야에 따라 다양한 방법들이 사용되고 있다.

2차원 젤 전기 영동법, 액체 크로마토그래피(Liquid Chromatography, LC), 모세관 전기영동법(capillary Electrophoresis) 등이 단백질 분리, 분석에 사용되고 있으며, 두 개 이상의 분리 기술이 융합된 다차원 분리기술이 널리 이용되고 있다.

2차원 젤 전기 영동법을 이용한 단백질 분리 및 분석 (출처: GettyimagesKorea)

2-DE와 MS를 결합하여 단백질을 동정하거나, LC로 분리한 펩타이드의 아미노산 서열을 tandem mass(MS/MS)를 통해 분석하여 단백질을 동정하는 방법이 많이 사용된다. 고분해능, 고정확성 질량분석기가 지속적으로 개발되고 있으며 Triple Quadrupole 질량분석계는 다종 단백질들의 고감도 분석이 가능하다.

DIGE(difference gel electrophoresis)방법은 2-DE의 단점을 보완하여 비교정량기술로 사용되고 있다. MS를 이용한 단백질체 정량기술도 활발히 개발되고 있는데, 동위원소를 이용하여 시료간의 단백질량을 상대적으로 정량하는 ICAT(isotope coded affinity tags) 기술과 더불어 다양한 절대 정량 기술이 활용되고 있다.

PTM 단백질체들만 enrich하는 기술들이 활발히 개발 중이며, 단백질 하나에 나타나는 복잡한 PTM의 조합을 알아내는 분석기술도 사용되고 있다.

생물정보학은 대규모의 실험데이터로부터 필요한 정보의 분석 및 예측을 가능하게 하여 단백질체학 연구에 있어 필수적이다. 단백질체학에서는 생물정보학을 활용한 단백질 서열 분석 기술, 단백질 구조 분석 기술, 단백질 예측 기술 등이 사용되어 생체 내 단백질의 상호 네트워크 분석, 기능해석, 구조와 기능의 상관관계 규명 등에 활용되고 있다.

효모(Saccharomyces cerevisiae) 단백질 상호작용 지도. (출처: GettyimagesKorea)

한지숙/서울대학교

최형태/강원대학교