세포 내 단백질 탐색: 차세대 기법으로 숨겨진 삶 규명
단백질의 세포 내 위치와 움직임을 탐색하는 공간 프로테오믹스가 세포 기능 이해에 큰 역할을 하고 있다.
인간 세포는 평균적으로 약 1만 가지의 서로 다른 단백질을 포함하고 있으며, 각 단백질은 화학적 변화, 커뮤니케이션, 세포 내 이동 등 다양한 기능을 수행한다. 진핵세포는 특정 파트너와 상호작용해야 하는 단백질 네트워크를 다양한 막봉쇄 소기관과 세포 내 구획에 모아 놓는다. 이러한 위치 이해는 단백질의 역할을 파악하는 데 도움이 된다.
단백질은 단일 위치에 국한되지 않으며, 절반 이상의 단백질이 여러 위치와 기능을 가진다. 최근 고해상도 이미징, 질량 분석법, 기계 학습 보조 데이터 분석의 발전은 단백질을 세포 내 구획에서 조직까지 더 세밀하게 지도화하고 추적하는 데 도움을 주고 있다.
공간 프로테오믹스는 단백질이 조직 내부에서 어떻게 조직화되어 있는지를 시각화하며 두 가지 기본 접근법, 즉 형광 현미경과 정량적 질량 분석법을 사용한다.
2017년, 연구자들은 Human Protein Atlas 프로젝트의 일환으로 22개 세포 유형에서 12,000여 개의 단백질로 구성된 하위 세포 지도인 "Cell Atlas"를 구축했다. 이 과정에서 면역형광과 질량 분석과 같은 기법을 활용하여 다양한 하위 세포 위치에 단백질을 할당했다.
인간 세포 내 50% 이상의 단백질은 여러 위치에서 발견될 수 있으며, 약 1/3은 모든 세포 유형에서 일반적인 '가정 유지' 역할을 하는 것으로 밝혀졌다. 2022년, OpenCell 프로젝트 연구자들은 형광 단백질로 태그된 인간 배아 신장 세포의 라이브러리를 구축했다. 이들은 태그 단백질의 분포를 주석화하고 기계 학습 알고리즘을 통해 데이터를 분석하여 단백질 상호작용과 세포 행동에 대한 통찰력을 제공했다.
세포는 끊임없이 생체 분자를 만들어내고 분해하며, 단백질의 이동을 이해하는 것은 스트레스 혹은 질병 상황에서의 세포 반응을 학습하는 데 도움이 된다. 연구들은 폐암 세포가 방사선 요법에 어떻게 반응하는지를 보여주며, 방사선 요법 저항성에 기여하는 주요 단백질을 밝혀냈다.
단백질 코딩 유전자가 각각 서로 다른 기능과 위치를 갖는 다수의 프로테오폼을 생성할 수 있는 점에서 프로테오믹스는 인간 프로테옴에 대한 중요한 질문을 다룬다. 새로운 기술인 프로테오폼 이미징 질량 분석법(PiMS)은 조직 수준에서 수백 개의 프로테오폼을 측정할 수 있다.
현재 진행 중인 연구는 특히 질병 맥락에서의 세포 내 단백질 기능, 위치 및 상호작용에 대한 지식의 격차를 메우는 것을 목표로 한다.
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