단백질 구조 분석 | 단백질 전자 현미경

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단백질은 세포의 기능적 질서를 유지하면서 생명체의 주요 분자 기작 역할을 담당합니다. 단백질의 구조는 단백질 기능에 관한 정보를 제공하므로 구조 정보를 정확히 밝히는 것은 생리학, 제약 분야 그리고 바이오소재의 진보를 위한 생물학적 이해의 기본입니다.

초저온 전자 현미경(Cryo-EM)은 광범위한 단백질과 단백질 복합체를 포함하여 광범위한 바이오 분자의 3D 구조 정보를 밝혀주는 확립된 방법입니다.
최근까지 X선 결정학 방법으로 단백질을 재구성하거나 시각화하기 위해 이들을 결정화해야 했습니다. 또한 이 방법에는 몇 가지 단점이 있습니다. 결정화에는 시간이 소요되고 단일하게 정제된 단백질(단량체나 이량체)에만 적용할 수 있으며 일부 단백질은 결정화되지 않습니다. 또한 세포 환경을 벗어난 상태로 중요한 구조 정보가 배제된 채, 구조 측정이 이루어집니다.

단일 입자 분석(SPA), 초저온 전자 단층촬영(cryoET), 마이크로 전자 회절(MicroED) 등 여러 가지 기술로 구성된 Cryo-EM은 단백질, 단백질 복합체 및 역학 연구에 혁명을 일으켰습니다.

단일 입자 분석(single particle analysis, SPA) – 거대 단백질 복합체 뿐만 아니라 작은 크기(<250kDa) 및 중간 크기의 단백질(>250kDa)을 고처리량, 고분해능으로 이미지화하여 분석합니다.
초저온 전자 단층촬영(cryoET) – 중간 분해능에서 세포 구성요소와 분획 분석을 수행하는데 이상적입니다. 단일 입자 분석으로 측정된 거대 분자 구조에 세포 구조 정보를 제공합니다.
마이크로 전자 회절(micro electron diffraction, MicroED) – 기존 X선 결정학으로는 분석할 수 없는 특수한 결정의 한 종류인 750nm 이하의 단백질 결정 구조를 밝혀내는데 적합합니다.

GABA receptor protein within a lipid nanodisk, generated with cryo electron microscopy.

약물 Ro-15-4513와 결합된 나노디스크에서 GABA 수용체 세포막 단백질의 3D 재구성. 표시된 분해능은 2.75Å입니다. Falcon4 검출기로 Krios Cryo-TEM에서 수집한 데이터. 이미지 제공: Simonas Masiulis, Radu Aricescu, MRC-LMB Cambridge 및 Evgenia Pechnikova, Abhi Kotecha, Thermo Fisher Scientific

Granulin protomer structure generated by micro electron diffraction.

원자 분해능 세부 정보를 볼 수 있는 초저온 전자 현미경(MicroED)에 의해 생성된 Granulin protomer (29kDa) 구조.

응용분야

구조 생물학 연구

초저온 전자 현미경은 거대 복합체, 유연한 종 및 막 단백질같은 까다로운 생물학적 대상의 구조 분석을 가능하게 합니다.

전염병 연구

Cryo-EM 기술은 3D 생물학적 구조를 거의 원형(native) 상태에서 다양한 스케일로 관찰할 수 있어, 신속하고 효율적인 치료제 개발에 도움을 줍니다.

신약 발견

동급 최강의 약물 개발을 위해 더 많은 주요 약물 표적 클래스에 대한 합리적인 약물 설계를 활용하는 방법을 알아 보십시오.

기술

단일 입자 분석

단일 입자 분석(SPA)은 거의 원자 분해능 수준에서 구조의 규명과 동적 생물학적 프로세스 및 생물학적 분자 복합체/조립체의 구조 규명을 가능하게 하는 초저온 전자 현미경 기술입니다.

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초저온 단층촬영(Cryo-Tomography)

초저온 전자 단층촬영(cryo-ET)은 개별 단백질에 대한 구조적 정보 뿐만 아니라 세포내 공간 정렬에 대한 정보를 제공합니다. 이것은 진정으로 독창적인 기술이며 왜 이 방법이 세포 생물학에 엄청난 잠재력을 가지고 있는지를 설명해 줍니다. Cryo-ET는 광학 현미경과 단일 입자 분석 같은 거의 원자 분해능 수준의 기술 사이의 간극을 해소할 수 있습니다.

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