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식물 프로테옴 연구의 현황과 전망

1. 서 론

프로테옴(Proteome)은 1995년 처음으로 유전체 (Genome)에 상응하는 단백질체를 표현하기 위해 사용되었다 (Wasinger et al, 1995). 이는 생물체의 내적 또는 외적 환경 변화에 대한 반응으로 일어나는 다양한 생리화학적 반응을 특정 순간의 정지상태로 포착하여 데이터화 할 수 있다. 이를 통해서 동일한 Genome 하에 환경에 따라 다르게 조절되는 유전자 발현의 차이를 종합적으로 탐지하여 특정 조건하에서 일어나는 변화를 분자 수준에서 이해할 수 있는 수단을 제공한다 (Expression Map). 또한 단백질 샘플의 Source를 분획화하여 조직 또는 Subcellular 수준에서 각각의 공간에서 다르게 발현하는 단백질을 비교할 수 있다 (Cell Map/Subcellular Map).

이러한 프로테옴 연구의 급진적 발전은 첫째, 진행되고 있는 Genome 연구의 결과로 확보된 막대한 양의 유전정보의 Data Base 구축, 둘째로 생물정보학 발전에 의한 대규모 유전정보의 관리 및 탐색을 통한 Data Miming 기술, 셋째로 재현성 높은 2-D 분석시스템의 자동화 및 Femto molar 수준의 감도를 보이는 MS 등의 연구기술의 발전에 기인한다. 또한 Genome 분석 연구 결과물을 생물의 다양한 현상과 연결하기 위한 핵심적 중간고리로써 프로테옴 연구가 그 기능 및 효율 면에서 잠재력 가장 높기 때문이다.

2. 프로테옴 연구방법 개요


1) 일차적으로 원하는 단백질을 조직 등으로부터 추출하는 방법으로 사용조직, 관심 단백질에 따라 적합한 버퍼와 추출방식을 정하여야 한다.

2) 2-D 전기영동에 의한 단백질의 분자량과 등전점에 따른 분리는 재현성 높은 Data Base 구축을 위해서 System의 Automation이 요구된다. 또 극단의 pI에 존재하는 단백질 분석을 위해 다양한 범위의 pH 사용이 요구된다.

3) Coomassie, Silver 등의 방법이 Target 단백질의 양에 따라 다르게 요구되는 감도, 편이성 등에 따라 사용될 수 있다.

4) 효소에 의해 단백질을 잘라 만든 Peptide를 MALDI-TOF-MS 방법에 의한 Peptide Mass Map을 통해 동정하고, 경우에 따라서는 Nanoelectospray Tandem MS 방법에 의한 Sequencing을 통해 동정한다.

3. 식물에서의 프로테옴 연구 현황과 가능성

1) Arabidopsis의 경우는 120 Mb의 Genome에 20,00개의 유전자가 있는 것으로 추측된다. 한 유전자가 다양한 단백질을 만드는 Human Genome 연구결과를 바탕으로 할 때 Arabidopsis는 140,000개 정도의 서로 다른 단백질이 발현되는 것으로 예상된다. 따라서 이들 전체 단백질 중에서 Plant Growth Regulator의 처리에 따라서 발현의 증감을 보이는 단백질의 비교를 통해 식물생리 수준에서의 복잡성을 극복하여 연관 유전자들의 체계적 관계성의 정립을 시작하고 있다. 또한 이미 확립된 다양한 돌연변이주의 프로테옴 연구를 통해 식물의 표현형과 발현 유전자 그룹과의 관계를 파악하고 있다. 조직, 기관, 그리고 세포내 공간에 특이적으로 존재하는 단백질을 구별하고, 식물과 병원균과의 상호작용 또는 방어기작으로 발생하는 변화를 분자수준에서 종합적으로 확인하고 있다.

구…(생략)

2) 벼의 연구에 있어서는 3H-Gibberellic acid binding assay를 통해 GA-binding 단백질을 확인하였고, Jasmonic acid, UV, CuCl2 등에 의해 PR proteins 등의 방어 단백질


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