세포 내 다양한 기능을 실질적으로 수행하는 단백질에 대한 이해가 깊어짐에 따라,
바이오 연구 분야에서는 단백질들의 집합체인 단백질체(proteome)의 중요성이 새롭게 인식되고 있습니다.
프로테옴 분석은 특정 시점에서 생물학적 시스템(세포, 조직, 유기체) 내 단백질(프로테옴)을
확인하고 정량화하는 과정을 의미합니다.
단백질을 연구하는 대표적인 기법 중 하나가 면역분석(Immunoassay)입니다.
면역분석은 항체 또는 항원을 이용하여 용액 내 거대분자 또는 소분자의 존재 여부와 농도를 측정하는 생화학적 분석법입니다.
즉, 면역분석법은 항원 또는 항체를 이용한 모든 분석을 포괄하는 큰 개념의 분석법이며,
이를 기반으로 하는 대표적인 실험 기법으로 Western blot, ELISA, Microarray 등이 있습니다.
대표적인 실험 기법: Western blot, ELISA, Microarray의 장단점
Western blot의 가장 큰 강점은 높은 특이성입니다.
이 기법은 membrane에 항원을 부착시킨 후 특정 항체를 사용하여 항원-항체의 특이적 결합을 확인함으로써 단백질의 발현 여부를 분석할 수 있습니다.
그러나 하나의 membrane에서 하나의 특정 항원과 항체의 결합만 확인할 수 있다는 점은 Western blot의 큰 강점이자 단점입니다. 이로 인해 Western blot은 노동 집약적이며 시간이 많이 소요됩니다.
항원을 membrane에 전기영동한 후, 각 membrane에 대해 확인하고자 하는 target 수만큼 개별 특이 항체를 각각 사용하여 실험을 반복해야 비로소 원하는 결과를 얻을 수 있습니다.
ELISA는 항원-항체 반응을 통해 타겟 단백질의 발현을 확인하는 기법으로, 높은 민감도, 낮은 변동성, 높은 재현성을 갖추고 있어 단백질 정량 분석에 널리 사용됩니다. 자동화된 장비가 개발됨에 따라 buffer 교체와 세척 과정을 자동으로 수행할 수 있어, high throughput screening에도 활용되고 있습니다.
그러나 장비의 가격 문제로 인해 많은 실험에서 여전히 실험자가 직접 buffer 교체 및 세척을 해야 하므로, 노동과 시간이 많이 소요되는 단점이 있습니다. 또한 96 well, 384 well 등 특정 plate를 활용해 실험을 진행하기 때문에 각 well마다 필요한 최소 볼륨 이상의 샘플과 시약이 필요하며, 확인하고자 하는 타겟 수와 실험 군이 늘어날수록 기하급수적으로 샘플과 시약 소모량이 증가하는 단점이 있습니다.
Microarray는 슬라이드나 membrane에 항원과 항체를 집적하여 한 번에 다양한 타겟을 확인할 수 있도록 설계된 기법입니다. 이를 통해 다른 기법들에 비해 노동과 시간을 크게 절약할 수 있으며, 필요한 시약의 양도 대폭 줄일 수 있습니다.
Microarray 역시 항원-항체 반응을 활용하므로, 다른 기법과 마찬가지로 높은 민감도, 낮은 변동성, 높은 재현성을 보입니다. 이러한 특성을 바탕으로 다양한 단백질을 스크리닝하여 특정 타겟을 찾아내는 신약 개발과 진단에 널리 활용되고 있습니다.
연구자는 각 실험 기법의 장단점을 비교하여 연구 계획에 맞는 최적의 방법을 선택하여 단백질을 분석하는 것이 중요합니다.
예를 들어, 병원에서는 질환 진단을 위해 정상인과 환자 샘플 간 특이 단백질 발현을 비교하는 실험을 계획할 수 있으며,
제약회사에서는 질환의 바이오마커 및 타겟을 확인하기 위해 Microarray를 활용한 스크리닝 기법을 통해
연구를 보다 효율적으로 진행할 수 있습니다.
진온바이오텍(주)은 연구자들의 수고를 덜어드리고자, 한 번의 실험으로 최대 2000개의 타겟 발현을 확인할 수 있는 Human L2000 Array 서비스를 제공합니다.
Human L2000 Array는 한 번에 최대 2000가지 단백질을 확인할 수 있도록 설계된 microarray로, 대사체와 구조 단백질, 성장 인자, 사이토카인(cytokine), 시그널링 단백질 등 다양한 범주의 단백질을 포함하고 있습니다. 이를 통해 연구자는 샘플 내 존재하는 단백질을 넓은 범위에서 스크리닝할 수 있으며, 실험 그룹 간의 비교 분석에도 쉽게 활용할 수 있습니다.
How it works
- L2000 array -
이 칩은 항원 특이적 이차항체에 biotin을 붙이는 대신, 샘플 자체를 biotin으로 라벨링하여 사용합니다.
Biotin으로 라벨링된 샘플 내 단백질이 칩에 집적된 특이 항체와 결합하면,
streptavidin-conjugated 형광물질을 이용하여 검출이 이루어집니다.
샘플을 직접 biotin으로 라벨링함으로써 실험 단계를 줄이고 시간을 단축할 수 있습니다.
최대 2000개의 단백질을 확인할 수 있도록 각 항체가 집적된 칩에 샘플을 반응시키면,
샘플 내 단백질과 결합이 강하게 나타나는 경우 빛의 세기가 강하게 나타납니다.
반면, 결합이 없는 경우 빛이 없거나 약하게 나타납니다.
이러한 빛의 강도를 스캐너를 통해 수치화하여 각 단백질의 발현 여부와 발현 정도를 비교 분석할 수 있습니다.
Microarray의 최대 강점인 high throughput screening을 활용하여 신약 타겟 발굴,
바이오마커 탐색, 기전 연구 등에 활용할 수 있습니다.
이를 통해 Western blot이나 ELISA로 수십에서 수천 번 반복해야 하는 실험을
1회 또는 소수의 실험으로 결과를 도출할 수 있습니다.
실제 적용 사례
Cell. 2011 June 10; 145(6): 926–940.
Microarray 기법은 다양한 암 연구 분야에서도 적용 가능합니다.
암 환자의 경우, 암세포에서 발현되는 단백질이 정상 세포와 다르다고 알려져 있지만,
암의 생성 및 성장에 영향을 미치는 인자를 정확히 특정하기는 어려울 수 있습니다.
새로운 인자 및 바이오마커를 찾는 것과 동시에, 세포의 전반적인 대사체 변화를 파악하기 위해
2000개 이상의 단백질을 분석하여 정상 샘플과 환자 샘플을 비교 분석함으로써 단백질 발현 양상의 변화를 확인할 수 있습니다.
Nature. 2012 July 26; 487(7408): 500–504.
더 나아가 Microarray는 암 환자의 치료제 효능을 분석하는 연구에서도 활용될 수 있습니다.
항암 치료에서 가장 어려운 점 중 하나는 암세포의 변형과 약제에 대한 내성 획득입니다.
특정 환경과 특정 세포에서 분비되는 단백질에 의해 암세포가 치료제에 대한 저항성을 획득하거나 성질이 변형될 수 있습니다.
이러한 변화를 유도하는 인자를 확인하고 제거하기 위해 Microarray를 통한 스크리닝이 가능하며,
이를 통해 특정 타겟을 식별할 수 있습니다.
Microarray는 활용도가 점차 높아지는 기법으로, human sample 연구뿐만 아니라 mouse sample 연구에도 적용할 수 있어 Clinical 및 Pre-clinical 연구 등 다양한 범위에서 활용 가능합니다.
Microarray는 Western blot이나 ELISA처럼 며칠 동안 수천 번 반복할 필요 없이, 소량의 소중한 샘플을 아끼며 단 한 번의 실험으로 최적의 연구 결과를 도출할 수 있는 기법입니다.
자세한 설명이나
연구에 대한 문의 등
연락을 주시면 언제든 상담 가능합니다.
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