융합단백질

Fusion protein
이 기사는 키메라 융합 단백질에 관한 것이다.막융합에 관여하는 단백질은 막융합단백질을 참조한다.
2개의 서브유닛을 포함한 키메라 단백질과 재조합융합기술로 합성된 링커 단백질.

융합단백질 또는 키메라(k--μmir-ik) 단백질은 말 그대로 서로 다른 소스의 부분으로 이루어져 있으며, 원래 분리된 단백질을 위해 코드화된 두 개 이상의 유전자의 결합을 통해 만들어진 단백질이다.이 융합 유전자의 번역은 각각의 원래 단백질에서 파생된 기능적 특성을 가진 단일 또는 복수의 폴리펩타이드를 낳는다.재조합 융합 단백질은 생물학적 연구 또는 치료에 사용하기 위해 재조합 DNA 기술에 의해 인공적으로 생성된다.키메라 또는 키메라는 보통 다른 기능이나 물리 화학 패턴을 가진 폴리펩타이드로 만들어진 잡종 단백질을 나타냅니다.키메라 돌연변이 단백질은 염색체 전위, 탠덤 복제 또는 역전이와 같은 복잡한 돌연변이가 두 개의 다른 유전자로부터 코드 배열의 일부를 포함하는 새로운 코드 배열을 만들 때 자연적으로 발생한다.자연적으로 발생하는 핵융합 단백질은 암세포에서 흔히 발견되며, 암세포에서는 온코프로틴으로 기능할 수 있다.bcr-abl 융합 단백질은 암 발생 융합 단백질의 잘 알려진 예이며, 만성 골수성 백혈병의 주요 암 발생 동인으로 여겨진다.

기능들

일부 융합 단백질은 전체 펩타이드를 결합하므로 원래 단백질의 모든 기능 영역을 포함합니다.하지만, 다른 융합 단백질들, 특히 자연적으로 발생하는 단백질들은 코드 배열의 일부만 결합하기 때문에 그들을 형성한 부모 유전자의 원래 기능을 유지하지 못한다.

많은 전체 유전자 융합은 완전히 기능하며 여전히 원래의 펩타이드를 대체하는 역할을 할 수 있다.그러나 어떤 것들은 그들의 기능을 바꿀 수 있는 두 단백질 사이의 상호작용을 경험한다.이러한 효과 외에도, 일부 유전자 융합은 언제 어디서 작용하는지를 바꾸는 조절 변화를 일으킬 수 있습니다.부분 유전자 융합의 경우, 서로 다른 활성 부위 및 결합 도메인의 혼합은 새로운 기능을 가진 새로운 단백질을 초래할 가능성이 있다.

신경 발달을 추적하기 위해 Varbuss 웜의 뉴런에 삽입된 녹색 형광 단백질(GFP).

형광 단백질 태그

숙주 세포에서 단백질에 형광 태그를 결합하는 것은 단백질 상호작용을 실시간으로 추적하기 위해 실험 세포와 생물학 연구에 널리 사용되는 기술이다.첫 번째 형광 태그인 녹색 형광 단백질(GFP)은 Aequorea Victoria에서 분리되었으며, 여전히 현대 연구에서 자주 사용되고 있습니다.보다 최근의 유도체에는 안토조아에서 처음 분리된 광변환형광단백질(PCFP)이 포함된다.PCFP가 가장 많이 사용되는 것은 Kaede 형광 태그이지만, 2005년 KikGR(Kikume Green-Red)의 개발로 보다 밝은 신호와 보다 효율적인 광변환이 가능합니다.PCFP 형광 태그를 사용하면 겹치는 생화학 경로의 상호작용을 실시간으로 추적할 수 있다는 장점이 있습니다.태그는 단백질이 경로의 관심 지점에 도달하면 녹색에서 빨간색으로 변하며, 대체 착색 단백질은 경로의 지속 시간을 통해 모니터링될 수 있습니다.이 기술은 G-단백질 결합 수용체(GPCR) 재활용 경로를 연구할 때 특히 유용합니다.재생된 G단백질 수용체의 운명은 녹색 형광 태그로 표시된 혈장막으로 보내질 수도 있고 빨간색 형광 [1]태그로 표시된 분해용으로 리소좀으로 보내질 수도 있다.

키메라 단백질 약물

마우스(왼쪽 위), 키메라(오른쪽 위), 인간화된(왼쪽 아래) 모노클로널 항체 스케치.인간의 부분은 갈색으로 표시되고, 인간이 아닌 부분은 파란색으로 표시됩니다.

융합 단백질을 만드는 약을 개발 중에 있는 목적은 각"부모"단백질의 결과 비현실적인 단백질에 속성을 부여하는 것이다.몇몇 키메라 단백질 약은 의료 사용이 가능하다

대상 분자의 특이성 쥐를 사용하여 있었고, 그래섰다 처음에"마우스"항체 개발되었던 많은 키메라 단백질 약들은 단 클론 항체다.인간이 아닌 단백질로서, 쥐 항체는 인간으로 한 면역 반응 이끌어 내는 경향이 있다.그 chimerization 과정은 인간의 항체와 구별할 수도 있는 항체 분자의 부분들의 교체 공학을 포함한다.예를 들어, 인간의 끊임 없는 도메인, 그에 따라는 의도한 치료 목표에 대한 특이성을 바꾸지 않고 그 약의 잠재적으로 면역성의 부분의 대부분을 없애는 것 소개될 수 있습니다.Antibody 명명 법은 비독 점적인 이름(예:abci-xi-mab)으로 -xi-를 삽입하여 수정의 이 종류를 나타낸다.만약 가변 영역의 일부 또한 인간 부분으로 대체된다, 인간화된 항체를 가져옵니다.비록 개념적으로 chimeras 구분되지 않, 이 형식과 같은 dacli-zu-mab에 -zu-을 사용하여 표시되어 있습니다.단 클론 항체의 더 많은 사례에 대한 표를 참조하십시오.

그리고 인간화된 비현실적인 항체에 게다가, 비현실적인 구문의 탄생에 대한 다른 제약 목적은.예를 들어 Etanercept, TNFα 차단제는 종양 괴사 인자 수용체(TNFR)의 면역 글로불린 G1Fc부문과 조합을 통해 만들어진다.TNFR은 약물 표적을 응원하고 항체 Fc부분은 약의 안정성과 인도 가능성을 추가할 것으로 생각된다 특이성을 제공한다.[2]추가적인 비현실적인 단백질 치료 용도로 사용되는:포함한다.

재조합 기술

2개의 유전자(BCR-ABL)의 융합으로 재조합 종양 유발 단백질을 부호화한다.

재조합융합단백질은 융합유전자의 유전자 공학을 통해 만들어진 단백질이다.이것은 일반적으로 첫 번째 단백질에 대해 코드화된 cDNA 배열에서 정지 코돈을 제거한 다음 결속 또는 중첩 확장 PCR을 통해 프레임에서 두 번째 단백질의 cDNA 배열을 추가하는 것을 포함한다.그 DNA 배열은 세포에 의해 단일 단백질로 발현될 것이다.그 단백질은 두 원래 단백질의 전체 배열 또는 그 중 일부만을 포함하도록 조작될 수 있다.

두 개체가 단백질인 경우, 종종 링커(또는 "스페이서") 펩타이드도 첨가되어 단백질이 독립적으로 접히고 예상대로 행동할 가능성이 높아진다.특히 링커가 단백질 정화를 가능하게 하는 경우 단백질 또는 펩타이드 융합의 링커는 단백질 분해효소 또는 두 개의 분리된 단백질의 해방을 가능하게 하는 화학작용제를 위한 절단부위와 함께 설계되는 경우가 있다.이 기술은 종종 GST 단백질, FLAG 펩타이드 또는 니켈 또는 코발트 수지와 친화성 크로마토그래피를 사용하여 분리될 수 있는 헥사히스 펩타이드(6xHis-tag)를 융합함으로써 단백질의 식별과 정화에 사용된다.다이 또는 멀티머 키메라 단백질은 인공 단백질 디 또는 멀티머화를 유도하는 펩타이드 도메인의 원래 단백질(예: 스트렙타비딘 또는 류신 지퍼)에 대한 융합을 통해 유전자 공학을 통해 제조될 수 있다.융합 단백질은 또한 질병 발달을 연구하기 위해 독소나 항체를 부착하여 제조될 수 있다.수소화효소 촉진제SH P는 녹색 형광단백질(gfp) 리포터 [3]유전자를 이용하여 P 프로모터-gfp 융합을SH 구성하는 것을 연구하였다.

재조합 기능

새로운 재조합 기술로 생물 검출, 제지 및 식품 산업, 바이오 의약품 등 다양한 분야에서 사용할 수 있는 융합 단백질 설계를 개선할 수 있게 되었습니다.최근 개선사항에는 단일 펩타이드 또는 단백질 조각이 기존 단백질(예: N 및 C termini)의 영역으로 융합되어 다음과 같은 [4]특성이 증가하는 것으로 알려져 있다.

  • 촉매 효율:특정 펩타이드의 융합은 표적 [4]단백질의 3차 및 4차 구조를 변경함으로써 더 큰 촉매 효율을 가능하게 한다.
  • 용해성:융합단백질 설계에서 공통적인 도전은 재조합 숙주에서 새롭게 합성된 융합단백질의 불용성 문제로 세포 내 표적단백질의 과잉집약을 초래한다.단백질 접힘을 도울 수 있는 분자 샤페론을 첨가하여 단백질 용해도를 [4]높이기 위해 용질 중 소수성 및 친수성 상호작용을 더 잘 분리할 수 있다.
  • 내열성:단일 펩타이드 또는 단백질 조각은 일반적으로 표적 단백질의 N 또는 C 말단의 유연성을 감소시키기 위해 첨가되며, 이는 내열성을 강화하고 [4]pH 범위를 안정화시킨다.
  • 효소 활성:수소 결합의 도입과 관련된 융합은 전체적인 효소 [4]활성을 확장하는데 사용될 수 있다.
  • 식 수준:말토스 결합단백질(MBP) 또는 소유비퀴틴 유사분자(SUMO)와 같은 다수의 융합단백질 첨가는 효소 발현과 [4]표적단백질 분비를 증진시키는 역할을 한다.
  • 고정화: 관심 있는 단백질의 고정화를 가능하게 하는 효소인 PHA 합성효소는 산업 [4]연구에서 중요한 융합 태그입니다.
  • 수정 품질:결정 품질은 단백질 사이에 공유 결합을 추가하여 구조 결정 [4]기술을 지원함으로써 개선될 수 있다.

재조합단백질

재조합 단백질 설계의 최초 적용은 친화성 크로마토그래피에서 단백질의 정화를 위한 단일 펩타이드 태그를 사용하는 것으로 입증될 수 있다.그 후 형광 단백질 태그와 같은 다양한 응용 분야를 위해 다양한 융합 단백질 설계 기술이 개발되었습니다.일반적으로 사용되는 설계 기법으로는 탠덤 융합, 도메인 삽입 및 변환 후 활용이 [5]있습니다.

탠덤 융합

관심 있는 단백질은 단순히 단백질 사이의 N 또는 C 말미니의 융합을 통해 엔드 투 엔드로 연결됩니다.따라서 융접 파트너 간에 충분한 공간을 확보하여 적절한 접힘을 보장할 수 있는 유연한 브리지 구조를 제공합니다.단, 펩타이드의 N 또는 C 말미니는 종종 재조합 단백질의 바람직한 접힘 패턴을 얻기 위한 중요한 성분이며, 이 경우 도메인의 단순한 엔드 투 엔드 결합은 효과적이지 않다.이러한 이유로,[5] 단백질 링커는 관심 있는 단백질 도메인의 기능을 유지하기 위해 종종 필요하다.

도메인 삽입

이 기술은 원하는 구조를 단일 폴리펩타이드 사슬에 인코딩함으로써 연속적인 단백질 도메인의 융합을 포함하지만, 때로는 다른 도메인 내에 도메인을 삽입해야 할 수도 있다.이 기술은 관심 [5]유전자에서 적절한 결찰 부위를 찾기 어렵기 때문에 일반적으로 탠덤 융합보다 수행하기가 더 어려운 것으로 간주됩니다.

번역 후 활용

이 기술은 다른 재조합 [5]기술에 사용되는 번역 이전의 유전자 융합과 대조적으로 관심 단백질의 리보솜 번역에 따른 단백질 도메인을 결합한다.

단백질 링커

융합단백질 설계에서 링커로 사용되는 단백질.

단백질 링커는 도메인 사이에 적절한 간격을 제공하여 N 또는 C 말미니 상호작용이 접힘에 중요한 경우 올바른 단백질 접힘을 지원함으로써 융합 단백질 설계를 돕는다.일반적으로 단백질 링커는 중요한 영역 상호작용을 허용하고 안정성을 강화하며 입체 장애를 감소시켜 N과 C 흰자리가 융합될 수 있는 경우에도 융합 단백질 설계에 사용하는 것이 선호된다.링커에는 유연, 강성 및 생체내 분해가 가능한 [5][6]세 가지 주요 유형이 있습니다.

  • 플렉시블 링커는 많은 작은 글리신 잔기로 구성될 수 있으며, 역동적이고 적응 가능한 [6]모양으로 컬링할 수 있습니다.
  • 강체 링커는 크고 순환적인 프롤린 잔류물로 형성될 수 있으며, 이는 도메인 간의 매우 특정한 간격을 [6]유지해야 할 때 도움이 될 수 있습니다.
  • 생체내 절단성 링커는 특정 pH 구배와 같은 특정 반응 조건 하에서 또는 [6]세포 내의 다른 생체 분자와 접촉할 때 하나 이상의 융합 도메인을 방출하도록 설계되었다는 점에서 독특하다.

자연발생

자연적으로 발생하는 융합 유전자는 염색체 전위가 한 유전자의 말단 엑손들을 두 번째 유전자의 온전한 엑손들로 대체할 때 가장 흔하게 생성된다.이것은 기능적인 융합 단백질을 생산하기 위해 전사되고, 결합되고, 번역될 수 있는 단일 유전자를 만듭니다.암을 촉진하는 많은 중요한 종양유전자는 이런 방식으로 생성된 융합유전자이다.

예를 들어 다음과 같습니다.

항체는 V(D)J 재조합에 의해 생성되는 융합단백질이다.

또한 명확하게 정의된 두 모듈의 융합으로 보이는 자연적으로 발생하는 폴리펩타이드들의 드문 예도 있으며, 각 모듈은 서로 독립적으로 특징적인 활동 또는 기능을 보여준다.2가지 주요한 예:말라리아 원충 falciparum(말라리아 기생충)의 이중 PP2C 키메라, 각각의 PP2C 모듈과 장편 Cyclophilin과 FKBP c간직하고 있는 단백질 인산 가수 분해 효소 2효소 activity,[7]고 단세포 생물체(원생 동물 기생충들과 Flavobacteria 같은)에서 발생하는dual-family immunophilins을 나타낸다하perone [8][9]모듈그러한 키메라(kimera)의 진화적 기원은 여전히 불분명하다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Schmidt A, Wiesner B, Schülein R, Teichmann A (2014). Use of Kaede and Kikume Green–Red Fusions for Live Cell Imaging of G Protein-Coupled Receptors. Methods in Molecular Biology. Vol. 1174. New York, NY: Humana Press. pp. 139–156. doi:10.1007/978-1-4939-0944-5_9. ISBN 9781493909438. PMID 24947379.
  2. ^ a b c d e f g Baldo BA (May 2015). "Chimeric fusion proteins used for therapy: indications, mechanisms, and safety". Drug Safety. 38 (5): 455–79. doi:10.1007/s40264-015-0285-9. PMID 25832756. S2CID 23852865.
  3. ^ Jugder BE, Welch J, Braidy N, Marquis CP (2016-07-26). "Construction and use of a Cupriavidus necator H16 soluble hydrogenase promoter (PSH) fusion to gfp (green fluorescent protein)". PeerJ. 4: e2269. doi:10.7717/peerj.2269. PMC 4974937. PMID 27547572.
  4. ^ a b c d e f g h Yang H, Liu L, Xu F (October 2016). "The promises and challenges of fusion constructs in protein biochemistry and enzymology". Applied Microbiology and Biotechnology. 100 (19): 8273–81. doi:10.1007/s00253-016-7795-y. PMID 27541749. S2CID 14316893.
  5. ^ a b c d e Yu K, Liu C, Kim BG, Lee DY (2015-01-01). "Synthetic fusion protein design and applications". Biotechnology Advances. 33 (1): 155–164. doi:10.1016/j.biotechadv.2014.11.005. PMID 25450191.
  6. ^ a b c d Chen X, Zaro JL, Shen WC (October 2013). "Fusion protein linkers: property, design and functionality". Advanced Drug Delivery Reviews. 65 (10): 1357–69. doi:10.1016/j.addr.2012.09.039. PMC 3726540. PMID 23026637.
  7. ^ Mamoun CB, Sullivan DJ, Banerjee R, Goldberg DE (May 1998). "Identification and characterization of an unusual double serine/threonine protein phosphatase 2C in the malaria parasite Plasmodium falciparum". The Journal of Biological Chemistry. 273 (18): 11241–7. doi:10.1074/jbc.273.18.11241. PMID 9556615.
  8. ^ Adams B, Musiyenko A, Kumar R, Barik S (July 2005). "A novel class of dual-family immunophilins". The Journal of Biological Chemistry. 280 (26): 24308–14. doi:10.1074/jbc.M500990200. PMC 2270415. PMID 15845546.
  9. ^ Barik S (November 2017). "On the role, ecology, phylogeny, and structure of dual-family immunophilins". Cell Stress & Chaperones. 22 (6): 833–845. doi:10.1007/s12192-017-0813-x. PMC 5655371. PMID 28567569.

외부 링크

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