친화성 크로마토그래피

단백질이 이들과 특이적으로 결합하는 리간드나 단백질들을 크로마토그래피 레진(resin)으로 만들어 단백질을 분리 정제하는 방법이다.

목차

특정 단백질을 정제 분리하는 여러 가지 방법이 있으나, 타깃하는 단백질 특이적으로 결합하는 크로마토그래피를 통하여 분리하는 방법이 가장 간단하고 효율적이다. 대부분의 단백질 정제는 크로마토그래피 기법을 이용하는데, 단백질 등이 이동상(mobile phase)에 용해되어 있고, 이동상이 고정상 (solid phase)을 지나가면서 이동상과 고정상 간의 상호 작용을 통해 단백질을 분리하는 기법으로, 단백질의 크기에 따라 분리하는 겔 침투 크로마토그래피(gel filtration chromatography), 이온 교환 크로마토그래피(ion exchange chromatography) 등이 있다. 이들 크로마토그래피는 타겟 단백질과 고정상 간의 비특이적 상호작용을 이용하는 반면, 친화성 크로마토그래피는, 타겟 단백질과 고정상 간의 특이적 결합을 이용하는 방법이다. 세포 내에서 타깃 단백질을 분리하기 위해, 타깃 단백질에 특이적으로 결합하는 고정상과 시료를 반응시킨 후 버퍼로 씻어내면, 고정상에 있는 특정 리간드와 결합한 타깃 단백질만 남게 된다. 이렇게 타깃 단백질을 고정상에 분리해 낸 후, 리간드를 흘려 고정상에서 타깃 단백질이 떨어트리게 된다. 이러한 방식의 친화성 크로마토그래피를 이용하여 타깃 단백질을 한 스텝으로 순수하게 정제할 수 있다.

그림 1. 항체를 이용한 친화성 크로마토그래피 (출처: 한국분자·세포생물학회)

항체 친화성 크로마토그래피는 고정상에 특정 단백질에 대한 항체를 결합한 형태로, 시료를 고정상과 반응시키면 항체와 결합하는 표적 단백질만 남게 되고 다른 단백질들은 고정상에 붙지 않게 되어 표적 단백질을 분리한다. 이렇게 분리되어 고정상에 붙어 있는 표적 단백질을, 항체의 항원 에피톱을 흘리거나, pH가 낮은 버퍼를 흘려 항체와 결합되어 있는 표적 단백질을 분리 정제한다. 이러한 항체 친화성 크로마토그래피로, 펩타이드를 항원으로 하는 항체를 이용하는 FLAG, HA 등의 친화성 크로마토그래피가 있다. FLAG 친화성 크로마토그래피는 DYKDDDDK를 인지하는 항체를 고정상에 결합하고, 표적 단백질에 DYKDDDDK 아미노산 서열을 첨가하여 주어 표적 단백질을 정제 분리한다.

글루타치온 친화성 크로마토그래피는 글루타치온 전달 단백질 (Glutathione S-Transferase, GST)과 글루타치온이 특이적으로 결합하는 성질을 이용하여, 글루타치온을 리간드로 하는 고정상 형태의 친화성 크로마토그래피이다. 표적 단백질을 글루타치온 전달 단백질과 결합한 상태로 만들어 표적 단백질을 분리한다. 고정상에 결합한 단백질은 글루타치온을 이용하여 고정상에서 떨어지게 하여 분리 정제한다.

니켈 친화성 크로마토그래피는 히스티딘x6 (6His)가 니켈에 특이적으로 결합하는 원리를 이용하여, 니켈을 고정상의 리간드로 이용한 친화성 크로마토그래피다. 표적 단백질에 6개의 히스티딘으로 이루어진 6His 표지를 달아 분리한다. 고정상에 결합한 단백질은 이미다졸(imidazole)을 이용하여 고정상에서 떨어지게 하여 분리 정제 한다.

말토산 결합 단백질 친화성 크로마토그래피는 말토산과 특이적으로 결합하는 말토산 결합 단백질을 이용하는 것으로, 표적 단백질을 말토산 결합 단백질과 결합한 상태로 만들고 말토산을 리간드로 하는 고정상 형태의 친화성 크로마토그래피이다. 고정상에 결합한 단백질은 아밀로스(amylose)를 이용하여 고정상에서 떨어지게 하여 분리정제 한다.

당과 결합하는 렉틴을 리간드로 하는 고정상 형태의 친화성 크로마토그래피로, 렉틴이 당에 결합하는 원리를 이용하여 글리코실화된 단백질(glycosylated protein)을 분리하는 기법이다.