유전체학(Genomics)

목차

유전체학(Genomics)
1. Functional genomics의 개요
2. Gene expression arrays
3. Biochemistry
4. Instrumentation
5. Informatics
6. 계통유전체학 (Phylogenomics)
1) 요약
2) 서론
3) 서열의 상동성과 유전자 기능 예측(Sequence Similarity, Homology, and Functional predictions)
4) 계통유전체학(Phylogenomics)

단백체학(Proteomics)
1. 프로테옴 (proteome)과 프로테오믹스(Proteomics) 그리고 유전체기능분석학 (Functional Genomics)
1) 정의
2) 프로테오믹스와 유전체기능분석학(Functional Genomics)
2. 유전체학 (Genomics) 의 문제점
1) 유전체학의 문제
3. 프로테오믹스의 목표
4. 프로테오믹스의 핵심 기술
1) 단백질 질량분석기술
2) Preparative 2D
5. 프로테오믹스의 분석도구인 데이터베이스
6. 프로테오믹스와 단백질 칩
7. 프로테오믹스의 현재 기술상의 문제점
8. 프로테오믹스의 이용
1) Differential Display 패턴 분석
2) Quantitative Proteomics
3) Post-translational modification 규명
4) Protein-Protein interactions
5) Fuctional Proteomics
9. 인체질병원인단백질의 탐색과 의학에의 응용
1) 프로테오믹스를 이용한 암연구의 예
2) 프로테오믹스를 이용한 감염성 질환 연구사례
3) 프로테오믹스를 이용한 항비만관련연구
4) 프로테오믹스를 이용한 생식기전 연구
5) 약물독성 연구분야
10. 프로테오믹스의 향후 발전방향
1). 단백질의 전처리 기술
2) Laser Capture Microdisection (LCM)의 이용
3) 프로테오믹스의 자동화
11. 국내 프로테오믹스 연구의 활성화
1) 현황
2) 국내 프로테오믹스연구의 활성화

본문내용

소, receptor 등)은 전처리가 효과적이지 못할 경우 정확한 프로테옴 분석이 불가능하다 (Berbert, 1999).
가장 보편적인 IEF 전기영동용 샘플용액은 8M Urea, 4% CHAPS, 50-100mM DTT 및 Tris 이다. 그러나, 막결합 단백질의 경우 갖가지 세밀한 조건이 단백질별로 필요하며, 여기에는 chaotropic agent (Urea), surfactant (SDS, Triton X-100, b-octylglucoside 등), reducing agent (DTT, Tributyl phosphate 등)가 쓰이고, 요즘에는 SB3-10, ASB14와 같은 surfactant를 사용한다.
이들 단백질 전처리 방법과 단계적인 추출법을 적용하면, 보다 효과적으로 1D 분석용 단백질을 얻을수 있다. 소수성의 막결합 단백질의 경우, 우선 1차로 세포를 분해 (lysis)시키고, 이것을 IEF solution으로 처리한 후 상기한 detergent를 단계별로 사용하여 용액화를 높임으로써 2DE 분석에 되도록 많은 spot을 탐지할 수 있게 할 수 있다.
2) Laser Capture Microdisection (LCM)의 이용
최근에 NIH에서 개발되어 상용화된 infra-red laser capture disection (LCM) 기술은 매우 선택적으로 신속하게 tissue의 특정지역을 미세절단 해낼 수 있다 (ref. Eanks et al., 1999). 이렇게 절단된 조직을 사용 프로테오믹스에 적용할 경우 특정 세포와 특정 지역에 대한 (예, solid tumor) cell map을 작성할 수 있으며, 이들의 변형유무를 판별하여 질환의 관련 여부를 규명할 수 있을 것으로 기대된다.
3) 프로테오믹스의 자동화
프로테오믹스의 지향목표는 대량발굴의 HTS 이므로, 고도의 재현성과 신뢰성을 이루려면 자동화, 단순호, 표준화가 이루어져야 한다 (Quadroni & James, 1999). 이들을 위해 샘플 전처리부터 protein의 mass fingerprinting 분석까지 전 system이 자동화되어야 하는데 이에 대한 연구가 스위스, 영국, 호주, 덴마크 중심으로 진행되고 있다.
자동화분야 대상으로는 시료 전처리 과정, 2-DE 과정, Spot-selection과 protein digestion MALDI-Mass분석 DATA analysis 및 평가등이다. 특히 이들 선진국에서는 (예, Glaxo Wellcome Co.) 각각의 과정을 자동화 로봇으로 이루어 지도록 개발을 추진중에 있다.
그러나, 중요한 bottleneck으로는 각 단계별로 2-DE의 automation과 단백질 탐지, staining, trypsin digestion, 그리고 Mass 분석 등으로, 각 단계별로 해결해야할 문제들이 많다..
지금까지 이룬 자동화된 프로테오믹스에 대한 부분적인 성과로는 미국의 Large Scale Biology에서 Iso-Dalt 포맷으로 일주일에 100장의 gel을 수행할 수 있는 기기를 만들어 보고한 바 있다. Proteome Inc. 역시, proteomation이라는 기기로 대형 gel (40x40cm)을 만들고, running 하고 staining까지 수작업을 거치지 않고 할 수 있도록 자동화 시켰다는 보고가 있다. 단백질의 탐지도 방사능 동위원소로 표지된 분자로 MPD (multiploto detection) imager로서 10-22 molecules의 탐지가 가능하게 되었다.
2-D PAGE에서 직접 얻은 단백질의 질량분석방법을 현재 APAF을 비롯한 여러 연구팀에서 연구중에 있으며, 특히 intact한 단백질의 질량 분석을 infrared laser (위 참조)로 PVDF blot에 부착된 특정 단백질을 이온화하는 기술도 개발중이다. 특히 1차 전기영동한 IPG strip으로부터 직접 단백질을 UV laser로 desorption 시킬 수 있는 기술은 향후 2-D PAGE의 대체기술로 부각되고 있다.
프로테오믹스의 Nanotechnology 도입은 매우 중요한 발전분야중 하나이다. 즉, 2-D PAGE를 대체할 수 있는 기술로서, Capillary-zone electrophoresis (CZE), (Despeyroux et al., 2000)를 단백질의 소수성(hydrophobicity)에 근거한 분리법과 융합시키는 것이다. 이 밖에도 단백질 chip 기술은 지금 매우 많은 진전을 보이고 있다. 이는 각종 진단용 antigen이나 ligand 들을 칩에 coating 하는 기술이 국내에서도 활발하게 연구되고 있다.
11. 국내 프로테오믹스 연구의 활성화
1) 현황
국내에도 프로테오믹스에 대한 관심도가 매우 높아 일부 국책과제(과기부의 21C 프론테어사업등)와 산학협동연구를 통하여 시범적으로 진행중에 있다. 2D gel 분석부터 MALDI-TOF 및 Image 분석 시설이 어느정도 갖추어진 곳은 연세대학교의 프로테옴연구센터를 비롯하여 기초과학지원 센터등 전국적으로 2-3 군데 정도이며, 산업자원부에서도 국책 프로테오믹스 센터의 설립을 기획 하고 있는 것으로 알고 있다. 이미 미국과 일본은 정부와 기업체가 합동으로 "프로테오믹스센터"를 설립하거나 설립중에 있으며 일찍이 국내에서도 올해중 시작 할 경우 4년전에 시작한 호주의 APAF 등에 비하면 그리 늦은 편은 아니다.
2) 국내 프로테오믹스연구의 활성화
국내에서는 프로테옴중점연구회 (회장 김유삼 연세대교수)가 과학재단의 지원으로 99년 9월에 설립되어 활동중이다. 이 연구회를 중심으로 본격적인 프로테오믹스를 확산시켜 각 분야에서 이를 적극 활용할 경우 핵심기술은 물론 여러 가지 기초생물, 생화학, 의학, 약학분야에서 그 적용도는 매우 클 것이며 인체게놈연구 분야에서 전혀 아무런 공헌도 못한 우리의 위치를 다소나마 회복할 수 잇는 절호의 기회가 될 것이다. 정부나 민간 모두 집중 투자해야할 대상이 이 프로테오믹스 분야가 틀림없다고 믿는다. 과기부의 국책과제인 '21C 프론티어 사업'에서도 보다 비중있게 기반기술의 구축과 과제지원이 이루어 져야 할것이다.

키워드

단백질체학,   유전체학,   계통유전체학