[궁금동향] 나노포어 시퀀싱을 이용한 단일 단백질 분석

출처: pixabay

 

 

 

안녕하세요?

NV2NGN입니다.

 

최근 나노포어 시퀀싱 동향을 살펴보겠습니다.

 

1. 프로테오믹스 전략 발표: Oxford Nanopore Technologies는 런던에서 열린 연례 사용자 회의에서 프로테오믹스에 대한 연구개발 로드맵을 발표했습니다.
2. 프로테오믹스의 도전: CSO Lakmal Jayasinghe는 프로테오믹스가 DNA와 RNA보다 더 복잡한 도전 과제라고 설명했습니다.
3. 두 가지 접근법: Oxford Nanopore는 나노포어를 이용한 직접 단백질 분석을 위해 펩타이드 기반 단백질 감지와 전체 단백질 식별이라는 두 가지 보완적 접근법을 개발 중입니다.
4. 펩타이드 기반 접근법: 펩타이드 기반 접근법에서는 관심 있는 펩타이드를 DNA 핸들 사이에 연결하고, DNA 모터 단백질이 나노포어를 통해 펩타이드를 이동시킵니다.
5. 샘플 바코딩 및 다중화: 나노포어는 펩타이드와 DNA를 읽어 Q20+ 정확도로 샘플 바코딩과 다중화를 가능하게 합니다.
6. 단백질 바이오마커 검출: SienaQuant와 협력하여 단백질 바이오마커 검출 방법을 개발했으며, 이 방법은 단백질을 펩타이드로 소화하고, 특정 항체를 사용하여 펩타이드를 농축합니다.
7. 단백질 바코딩: 단백질 바코딩 응용에서는 단백질을 바코드와 함께 발현시켜 나노포어로 분석하여 단백질 발현과 상대적 풍부성을 분석합니다.
8. 후번역 수정 탐지: 펩타이드 기반 접근법을 사용하여 인산화, 숙시닐화, 아세틸화와 같은 후번역 수정을 탐지하는 모델을 훈련했습니다.
9. 전체 단백질 시퀀싱: 전체 단백질 시퀀싱을 위한 프로그램을 진행 중이며, 이는 단백질을 소화하지 않고 나노포어를 통해 이동시켜 신호를 생성합니다.
10. 단일 분자 수준의 de novo 시퀀싱 목표: Oxford Nanopore는 AI 도구를 활용하여 단일 분자 수준에서 de novo 단백질 시퀀싱을 달성하는 것을 목표로 하고 있습니다.

 

관련 문헌을 살펴보겠습니다.

 

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40097683/

Toward single-molecule protein sequencing using nanopores - PubMed

 

Nat Biotechnol. 2025 Mar;43(3):312-322. doi: 10.1038/s41587-025-02587-y. Epub 2025 Mar 17.

나노포어를 이용한 단일 분자 단백질 시퀀싱을 향하여 (Toward single-molecule protein sequencing using nanopores)

 

DNA와 비교했을 때 단백질은 여러 면에서 더 복잡합니다. DNA처럼 네 가지 염기와 균일한 전하를 갖는 것과 달리, 단백질은 다양한 전하 함량과 화학적 조성을 가진 20개의 아미노산으로 이루어져 있습니다. 더욱이, 대체 mRNA 스플라이싱과 번역 후 변형(post translational modifications, PTM)을 통해 단일 유전자에서 여러 단백질이 합성될 수 있습니다. 

 

이러한 소위 프로테오폼(proteoform)과 그 분포는 기능에 매우 중요하며, 단백질 시퀀싱의 어려움을 크게 증가시킵니다. 실제로 단백질의 일부 ​​또는 전체 아미노산 서열을 식별하는 것만으로는 특정 유전자에서 생성된 프로테오폼의 집합을 정확하게 나타낼 수 없습니다. 마지막으로, 우리 세포 내 일부 단백질과 프로테오폼은 다른 단백질보다 몇 자릿수나 더 풍부합니다. 이러한 동적 범위는 소량으로 존재하는 단백질의 검출을 복잡하게 만듭니다. 이러한 모든 어려움을 극복할 수 있는 단백질 시퀀싱 방법은 많은 새로운 연구 분야의 토대를 마련할 것입니다.

 

 

지난 30년 동안 생물학적 나노포어 시퀀싱은 단순한 연구 호기심에서 벗어나 단일 분자 수준에서 핵산을 시퀀싱하는 성숙한 기술로 발전했습니다. 최근 성과는 나노포어를 이용한 단백질 시퀀싱이 머지않아 가능할 것임을 시사합니다. 

 

본 연구에서는 나노포어를 이용하여 단백질과 펩타이드를 측정하기 위해 제안된 다양한 접근법을 분석합니다. 나노포어는 단일 분자 수준에서 단일 아미노산 분해능으로 전장 단백질을 식별할 가능성이 높으며, 이는 단일 분자 단백질 시퀀싱으로 가는 길을 열어줄 것으로 예상됩니다. 

 

이를 통해 번역 후 변형의 이질성 측정, 저농도 단백질 정량, 단백질 스플라이싱 특성 분석 등 현재로서는 어려운 프로테오믹스 분야의 여러 응용 분야가 가능해질 것입니다.

 

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