KR100451594B1 - Determination Method of Protein Phosphorylation Reaction by Enzyme Activity - Google Patents

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KR100451594B1 KR10-2002-0006554A KR20020006554A KR100451594B1 KR 100451594 B1 KR100451594 B1 KR 100451594B1 KR 20020006554 A KR20020006554 A KR 20020006554A KR 100451594 B1 KR100451594 B1 KR 100451594B1
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Abstract

본 발명은 모세관 전기 영동 장치 및 매트릭스 보조된 레이저 탈착/이온화 질량분석기를 이용한 효소에 의한 단백질 인산화 분석 방법을 제공한다.The present invention provides a method for analyzing protein phosphorylation by enzymes using a capillary electrophoresis device and a matrix assisted laser desorption / ionization mass spectrometer.

본 발명의 효소에 의한 단백질 인산화 분석 방법은 ERK에 의한 MBP 펩티드의 인산화 반응을 측정하기 위한 모세관 전기 영동 장치의 조건을 설정하는 단계, ERK에 의한 인산화 반응이 효과적으로 수행되는 MBP 펩티드를 결정하는 단계 및 설정된 모세관 전기 영동 장치와 메트릭스 보조된 레이저 탈착/이온화 질량분석기를 이용하여 ERK의 MBP 펩티드의 인산화 반응을 검출하는 단계를 포함한다.The method for analyzing protein phosphorylation by enzyme of the present invention comprises the steps of setting the conditions of the capillary electrophoresis device for measuring the phosphorylation reaction of MBP peptide by ERK, determining the MBP peptide that phosphorylation reaction by ERK is effectively performed; Detecting the phosphorylation reaction of MBP peptide of ERK using a set capillary electrophoresis device and a matrix assisted laser desorption / ionization mass spectrometer.

본 발명의 모세관 전기 영동 장치나 매트릭스 보조된 레이저 탈착/이온화 질량분석장치를 사용한 세포내 반응 분석법은 체내 신호 전달 체계 연구를 위한 비용, 시간, 노력의 절감을 가져와 경제적 비용을 줄이는데 매우 커다란 도움을 줄 것이라 여겨진다.Intracellular response assays using the capillary electrophoresis device or matrix assisted laser desorption / ionization mass spectrometry of the present invention can greatly reduce the economic cost by reducing the cost, time and effort for the study of in vivo signal transduction systems. It is considered

Description

효소에 의한 단백질 인산화 분석 방법{Determination Method of Protein Phosphorylation Reaction by Enzyme Activity}Determination Method of Protein Phosphorylation Reaction by Enzyme Activity

본 발명은 모세관 전기 영동 장치 및 매트릭스 보조된 레이저 탈착/이온화 질량분석기를 이용한 효소에 의한 단백질 인산화 분석 방법을 제공한다.The present invention provides a method for analyzing protein phosphorylation by enzymes using a capillary electrophoresis device and a matrix assisted laser desorption / ionization mass spectrometer.

본 발명은 세포 내부의 신호전달 기전 중 효소에 의한 단백질의 인산화 반응 분석법 개발연구에 관한 것으로서, 상세하게는 활성화된 외부의 세포 자극에 의한신호 조절 인산화 효소(Extracellular Signal-Regulated Kinase, 이하 'ERK'로 약칭함)에 의한 단백질의 인산화 반응을 모세관 전기 영동 장치를 이용하여 분석하는 것이다.The present invention relates to the development of protein phosphorylation reaction analysis method of enzymes in the signaling mechanism inside the cell, specifically, the extracellular signal-regulated kinase by the activation of external cellular stimulation (Extracellular Signal-Regulated Kinase, 'ERK' Phosphorylation reaction of the protein by using a capillary electrophoresis device.

최근 각종 공해 물질과 인체에 해를 주는 물질들이 날로 늘어감에 따라 각종 질병, 뇌신경 장애로 인한 정신질환, 알레르기, 언어장애, 신체 발육장애 등의 현상이 발생하는 원인을 이해하는 것이 급선무이다. 이러한 질환의 예방 및 치료법, 약제의 개발을 위한 기반 연구로써 체내에서 일어나는 근본적인 신호전달 체계의 연구가 필수적으로 요구되어지고 있다. 현재 세계적으로 선진국들은 치료법 및 약제의 개발을 위한 근본적 연구에 많은 투자와 연구인력을 투입하고 있으나, 우리 나라의 연구는 아직 미비한 실정이다. 따라서 근본적 메카니즘을 이해하는 문제가 시급하며, 이러한 연구를 바탕으로 한 신약개발 등의 경제적 파급 효과는 엄청난 것이라 할 수 있다.With the recent increase of various pollutants and harmful substances to human body, it is urgent to understand the causes of various diseases, mental disorders caused by cranial nerve disorders, allergies, language disorders, and physical development disorders. As the basic research for the prevention and treatment of such diseases and the development of drugs, it is essential to study the fundamental signaling system that occurs in the body. At present, the developed countries are investing a lot of investment and research personnel in the fundamental research for the development of therapies and drugs, but the research in our country is still insufficient. Therefore, the problem of understanding the underlying mechanism is urgent, and the economic ripple effect such as the development of new medicine based on such research is enormous.

단백질 인산화 반응은 모든 진핵 세포의 생물체에서 세포 반응 조절의 기본적인 기전으로 여겨진다. 많은 경로들에서 예를 들어 대사, 단백질 합성, 유전자 발현, 성장, 분열, 형태 변화 등을 조절하기 위한 신호전달 기전으로서 세포는 여러 가지 단백질에서의 인산화 반응을 이용한다. 적절한 단백질 인산화 효소에 의해 대상 단백질에 인산화 반응이 발생하였을 때, 조절 작용을 하는 단백질 또는 효소들은 다른 조절인자들을 표적화(targeting)하기 위해 표지되거나 활성화 부위가 보호된다.Protein phosphorylation is considered the basic mechanism of cellular response regulation in all eukaryotic organisms. In many pathways, cells use phosphorylation reactions on various proteins, for example as signaling mechanisms to regulate metabolism, protein synthesis, gene expression, growth, division, morphological changes, and the like. When a phosphorylation reaction occurs to a protein of interest by an appropriate protein kinase, the proteins or enzymes that act as regulators are labeled or protected at the site of activation to target other regulators.

본 발명에서는 여러 가지의 외부 자극에 대한 세포 반응성에 관련된 세포 내부의 신호전달 기전의 연구에 있어서 기존의 분석 방법들의 난점이나 문제점을 보완한 새로운 분석 방법을 구축하여 보다 폭 넓은 연구에 적용한 것이다.In the present invention, in the study of intracellular signaling mechanisms related to cellular responsiveness to various external stimuli, new analytical methods that complement the difficulties and problems of existing analytical methods have been applied and applied to a broader study.

신호전달 기전의 연구는 각각의 신호전달 단백질들의 기능을 이해함으로써 이루어지는데 일반적으로 이러한 기능의 연구는 유전자의 분리로 이미 밝혀진 유전자와의 유사성을 비교하는 방법으로 이루어지지만, 예상되는 결과물인 단백질의 기능을 확인하는 방법으로 이루어지는 경우도 있다. 더욱이 가능한 프로브가 없는 경우에는 단백질의 기능에 따른 유전자의 분리가 유일한 방법이 되기도 한다.The study of signaling mechanisms is accomplished by understanding the function of each signaling protein. In general, the study of these functions consists of comparing the similarities to the genes already identified by the isolation of the genes, but the expected outcome of the proteins. Sometimes it consists of a method of confirming. Moreover, in the absence of possible probes, isolation of genes according to protein function is often the only way.

이러한 기술을 이용하여 많은 세포내에서 서로 상호작용을 하는 신호전달 단백질을 확인하는 데에는 상당한 기술적 진보를 이루었으나, 세포내 존재하는 단백질이 매우 미량이므로 이를 분리·정제하여 그 기능을 연구하는 데에는 많은 제약이 따랐다. 최근에는 이러한 제약을 극복하고자 미량분석법을 단백질 기능 분석에 도입하고자 하는 시도가 계속되고 있다.Significant technological advances have been made in identifying signaling proteins that interact with each other in many cells using these techniques.However, there are many limitations in the study of their function by separating and purifying the proteins present in cells. This followed. Recently, attempts have been made to introduce microanalysis into protein function analysis to overcome these limitations.

세포내 신호전달 단백질의 기능 연구 중, 외부 자극에 대한 단백질의 활성화를 연구하는 것은 매우 중요하다. 최근까지 신호전달 단백질의 활성화를 확인하기 위한 방법으로는 주로 동위원소로 표지되어 있는 기질이나 에너지원을 이용한 방법이 대부분이었으며 세포 반응물을 겔을 이용한 전기 영동법으로 분리하여 확인하거나 항체를 사용하여 확인하는 방법을 주로 사용해왔다.In studying the function of intracellular signaling proteins, it is very important to study the activation of proteins to external stimuli. Until recently, most of the methods for confirming the activation of signaling proteins were mostly using isotopically labeled substrates or energy sources. Cellular reactants were identified by gel electrophoresis or confirmed using antibodies. The method has been used mainly.

가장 일반적인 방법은 배양된 세포에 직접32P 또는 [γ-32P] 유기 인산염을 붙이는 것이었다 [R. L. Stariha, S. Kikuchi, Y. L. Siow, S. L. Pelech, M. Kim,S. U. Kim, J. Neurochem. 68 (1997) 945]. 이러한 방법은 세포내의 신호전달 기전의 연구를 용이하게는 해 주었으나, 높은 비용이나 시간의 투자가 필요하고 환경 오염의 우려 등 방사선 동위원소의 사용과 관련된 여러 가지 많은 문제가 있었다. 이러한 이유로 완전 조직, 전체 식물, 동물 또는 인간에서의 이러한 신호전달 기전의 연구는 극히 제한되는 면이 있었다.The most common method was to attach 32 P or [γ- 32 P] organophosphate directly to cultured cells [RL Stariha, S. Kikuchi, YL Siow, SL Pelech, M. Kim, SU Kim, J. Neurochem. 68 (1997) 945]. These methods have facilitated the study of intracellular signaling mechanisms, but there are many problems associated with the use of radioisotopes, such as high cost or time investment and concern about environmental pollution. For this reason, studies of these signaling mechanisms in complete tissues, whole plants, animals or humans have been extremely limited.

이러한 제한점을 극복하기 위해 항체를 이용하는 방법이 개발되었으나, 인산화된 티로신 잔기를 인식하는 항체는 감도와 특이성이 부족할 뿐만 아니라 측정 또한 다소 정성적이라는 문제점을 안고 있다 [H. Arad-Dann, U. Beller, R. Haimovitch, Y. Gavrieli, S. A. Ben-Sasson, J. Histochem. Cytochem. 41 (1993) 513]. 또한 인산화된 세린 잔기와 인산화된 트레오닌 잔기를 인식하기 위한 항체도 현재 시판 중이나, 이 또한 위와 같은 문제점을 가지고 있다.In order to overcome this limitation, a method using an antibody has been developed, but an antibody that recognizes phosphorylated tyrosine residues suffers from a lack of sensitivity and specificity as well as a somewhat qualitative measurement [H. Arad-Dann, U. Beller, R. Haimovitch, Y. Gavrieli, S. A. Ben-Sasson, J. Histochem. Cytochem. 41 (1993) 513]. In addition, antibodies for recognizing phosphorylated serine residues and phosphorylated threonine residues are also commercially available, but these also have the same problem.

특히, 기존의 효소에 의한 단백질의 인산화 반응 분석법에서는 동위원소를 사용해야 하는 위험 요소와 비싼 비용의 부담이 존재하였으나, 이러한 문제점은 모세관 전기 영동 장치를 이용한 새로운 분석법 개발을 통해 해결되었다.In particular, the phosphorylation reaction of the protein by the enzyme, there was a risk and expensive cost to use isotope, but this problem was solved through the development of a new method using a capillary electrophoresis device.

최근 들어 많이 사용되고 있는 모세관 전기 영동 장치와 매트릭스 보조된 레이저 탈착/이온화 질량분석기는 작은 유기 분자에서부터 핵산이나 단백질과 같은 거대 분자까지 다양한 범위의 분자들을 검출하기 위한 획기적인 분석 시스템으로 소량의 시료를 빠른 시간 내에 비교적 간단히 분석할 수 있다는 장점으로 인하여, 기존의 분석 방법의 문제점을 극복하기 위한 방법으로 많은 연구가 이루어지고 있다.Recently used capillary electrophoresis and matrix assisted laser desorption / ionization mass spectrometry are breakthrough analysis systems for detecting a wide range of molecules, from small organic molecules to large molecules such as nucleic acids or proteins. Due to the advantage of relatively simple analysis within, many studies have been made as a method for overcoming the problems of the existing analytical methods.

모세관 전기 영동 장치를 이용한 분석법은 모세관 양 끝에 고전압을 걸어주어 전하를 띤 시료의 모세관 내에서의 속도차에 따라 분리하는 방법으로 높은 분리능과 짧은 분석시간으로 현재 매우 유용화되고 있는 분석 방법이며, 매트릭스 보조된 레이저 탈착/이온화 질량분석기는 레이저와 매트릭스를 이용하여 탈착된 시료를 이온화시켜 시료의 분자량을 측정하는 질량분석법이다.The analysis method using capillary electrophoresis device is a method that separates according to the speed difference in the capillary of charged sample by applying high voltage to both ends of the capillary tube and is currently very useful with high resolution and short analysis time. Laser desorption / ionization mass spectrometry is a mass spectrometry that measures the molecular weight of a sample by ionizing the desorbed sample using a laser and a matrix.

모세관 전기 영동 장치의 경우, 최근 다양한 물질의 분리가 용이하도록 여러 가지 분리 모드가 개발되었고, 비용의 절감, 적절한 검출 감도, 우수한 선택성, 빠른 분석 시간 등의 장점으로 인해 의약학적 분석과 생물공학 분야에 적용이 시도되고 있다.In the case of capillary electrophoresis, various separation modes have been recently developed to facilitate the separation of various materials, and the advantages of cost reduction, adequate detection sensitivity, excellent selectivity, and fast analysis time have been applied in the fields of medical analysis and biotechnology. Application is being attempted.

또한 매트릭스 보조된 레이저 탈착/이온화 질량분석기는 수십만 달톤에 이르는 질량 범위에 있는 물질의 질량을 정확하게 측정하는 능력과 피코몰 정도의 검출 한계, 생체 시료에서 사용하는 완충 용액, 염 등에 크게 영향을 받지 않아 정제없이 직접 분석이 가능하다는 장점을 갖는 분석 방법으로, 이를 이용한 소량의 물질 분석이 용이하다.Matrix-assisted laser desorption / ionization mass spectrometers are also unaffected by the ability to accurately measure the mass of materials in the mass range up to hundreds of thousands of daltons, the detection limits of picomolars, buffer solutions used in biological samples, and salts. As an analytical method having the advantage that it can be directly analyzed without purification, it is easy to analyze a small amount of material using the same.

그러나, 기존의 모세관 전기 영동 장치를 이용하여 효소에 의한 기질의 인산화 반응을 연구한 사례를 보면 시료의 감도가 낮기 때문에 감도를 향상시키기 위해 LIF 검출기와 같은 특수한 검출기를 사용하여야 하였다. 이 경우, 이를 위한 유도체화 과정이 요구되기 때문에 실험 과정이 복잡하고, 분석에 상당히 긴 시간이 소요된다는 문제가 존재하였다. 또한, 지금까지 트레오닌 잔기의 인산화 반응을 모세관 전기 영동 장치로 분석하는 것은 매우 까다로웠다.However, in the case of studying the phosphorylation reaction of the substrate by the enzyme using a conventional capillary electrophoresis device, because the sensitivity of the sample is low, a special detector such as an LIF detector has to be used to improve the sensitivity. In this case, since the derivatization process is required for this, there is a problem that the experimental process is complicated and the analysis takes a very long time. In addition, it has been very difficult to analyze the phosphorylation of threonine residues by capillary electrophoresis.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 기존의 효소 분석법의 문제점을 해결할 수 있고, 많은 장점을 갖는 모세관 전기 영동 장치 및 매트릭스 보조된 레이저 탈착/이온화 질량분석기를 이용하여 분석 과정이 간단하고 단시간 내에 분석할 수 있으며, 트레오닌 잔기의 인산화 반응을 검출하는 단백질 인산화 반응 분석 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, the object of the present invention is to solve the problems of the conventional enzyme assay as described above, and the analysis process is simple and within a short time using a capillary electrophoresis device and a matrix assisted laser desorption / ionization mass spectrometer having many advantages. The present invention provides a method for analyzing protein phosphorylation that can be analyzed and detects phosphorylation of threonine residues.

도 1은 외부의 세포 자극에 의한 신호 조절 인산화 효소 (Extracellular Signal-Regulated Kinase, 이하 'ERK'로 약칭함)에 의해 인산화되는 기질인 미엘린 염기성 단백질 (MBP)의 활성 부위를 중심으로 합성된 펩티드의 아미노산 서열, 분자량 및 pI값을 나타낸 표.1 shows peptides synthesized around the active site of myelin basic protein (MBP), a substrate that is phosphorylated by extracellular signal-regulated kinase (hereinafter abbreviated as 'ERK'). Table showing amino acid sequence, molecular weight and pI value.

도 2a는 0%, 5% 및 10%의 상이한 농도의 아세토니트릴이 첨가된 pH 2.8의 150 mM 트리스-인산염 완충 용액을 사용하였을 때의 KNIVTPRTPPPSQGK 펩티드의 피크 양상을 나타낸 그래프.FIG. 2A is a graph showing the peak pattern of KNIVTPRTPPPSQGK peptide when using 150 mM Tris-Phosphate buffer solution at pH 2.8 to which different concentrations of acetonitrile were added at 0%, 5% and 10%.

도 2b는 0%, 5% 및 10%의 상이한 농도의 아세토니트릴이 첨가된 pH 2.8의 150 mM 트리스-인산염 완충 용액을 사용하였을 때의 VPRTPGGRR 펩티드의 피크 양상을 나타낸 그래프.FIG. 2B is a graph showing the peak pattern of VPRTPGGRR peptide when using 150 mM Tris-Phosphate buffer solution at pH 2.8 to which different concentrations of acetonitrile were added at 0%, 5% and 10%.

도 2c는 0%, 5%, 10%의 상이한 농도의 아세토니트릴이 첨가된 pH 2.8의 150 mM 트리스-인산염 완충 용액을 사용하였을 때의 APRTPGGRR 펩티드의 피크 양상을 나타낸 그래프.FIG. 2C is a graph showing the peak pattern of APRTPGGRR peptide when using 150 mM Tris-Phosphate buffer solution at pH 2.8 with different concentrations of acetonitrile added at 0%, 5%, 10%.

도 3a는 KNIVTPRTPPPSQGK 아미노산 서열을 가지고 있는 MBP 펩티드의 ERK에 의한 인산화 반응을 모세관 전기 영동 장치를 이용하여 분석한 결과를 나타낸 그래프.Figure 3a is a graph showing the results of analysis of the phosphorylation reaction by ERK of MBP peptide having the KNIVTPRTPPPSQGK amino acid sequence using a capillary electrophoresis device.

도 3b는 VPRTPGGRR 아미노산 서열을 가지고 있는 MBP 펩티드의 ERK에 의한 인산화 반응을 모세관 전기 영동 장치를 이용하여 분석한 결과를 나타낸 그래프.Figure 3b is a graph showing the results of analyzing the phosphorylation reaction by ERK of MBP peptide having a VPRTPGGRR amino acid sequence using a capillary electrophoresis device.

도 3c는 APRTPGGRR 아미노산 서열을 가지고 있는 MBP 펩티드의 ERK에 의한 인산화 반응을 모세관 전기 영동 장치를 이용하여 분석한 결과를 나타낸 그래프.Figure 3c is a graph showing the results of analysis of the phosphorylation reaction by ERK of MBP peptide having the APRTPGGRR amino acid sequence using a capillary electrophoresis device.

도 4는 ERK의 양을 0, 10, 20, 30 및 40 U/ml로 변화시켜가면서 MBP 펩티드의 인산화 반응 관찰 결과를 나타낸 그래프.Figure 4 is a graph showing the observation of the phosphorylation reaction of MBP peptide while varying the amount of ERK to 0, 10, 20, 30 and 40 U / ml.

도 5는 ATP 존재 여부에 따른 ERK에 의한 MBP 펩티드의 인산화 반응을 모세관 전기 영동 장치를 이용하여 분석한 결과를 나타낸 그래프.5 is a graph showing the results of analyzing the phosphorylation of MBP peptides by ERK according to the presence of ATP using a capillary electrophoresis apparatus.

도 6a는 매트릭스 보조된 레이저 탈착/이온화 질량분석기를 이용하여 ERK에 의해 인산화 반응이 일어나지 않은 MBP 펩티드의 검출 결과를 나타낸 그래프.FIG. 6A is a graph showing the detection results of MBP peptides without phosphorylation reaction by ERK using a matrix assisted laser desorption / ionization mass spectrometer. FIG.

도 6b는 매트릭스 보조된 레이저 탈착/이온화 질량분석기를 이용하여 ERK에 의해 인산화 반응이 일어난 MBP 펩티드의 검출 결과를 나타낸 그래프.Figure 6b is a graph showing the detection results of MBP peptides phosphorylated by ERK using a matrix assisted laser desorption / ionization mass spectrometer.

본 발명자들은 활성화된 ERK에 의한 MBP 펩티드의 인산화 반응을 분석할 수 있는 모세관 전기 영동 장치의 조건을 설정하고, 상기 설정된 조건 하에서 단백질의 인산화 반응을 검출한 후, 매트릭스 보조된 레이저 탈착/이온화 질량분석기를 통해서 인산화 반응을 확인함으로써 상기 목적을 달성할 수 있음을 밝혀내었다.The present inventors set the conditions of capillary electrophoresis apparatus capable of analyzing the phosphorylation reaction of MBP peptide by activated ERK, and after detecting the phosphorylation reaction of protein under the set conditions, the matrix assisted laser desorption / ionization mass spectrometer It was found that the object can be achieved by confirming the phosphorylation reaction through.

따라서, 본 발명은 모세관 전기 영동 장치 및 매트릭스 보조된 레이저 탈착/이온화 질량분석기를 이용한 효소에 의한 단백질 인산화 분석 방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a method for analyzing protein phosphorylation by enzymes using a capillary electrophoresis device and a matrix assisted laser desorption / ionization mass spectrometer.

보다 구체적으로, 본 발명의 효소에 의한 단백질 인산화 분석 방법은 ERK에 의한 MBP 펩티드의 인산화 반응을 측정하기 위한 모세관 전기 영동 장치의 조건을 설정하는 단계, ERK에 의한 인산화 반응이 효과적으로 수행되는 MBP 펩티드를 결정하는 단계 및 설정된 모세관 전기 영동 장치와 메트릭스 보조된 레이저 탈착/이온화 질량분석기를 이용하여 ERK의 MBP 펩티드의 인산화 반응을 검출하는 단계를 포함한다.More specifically, the method for analyzing protein phosphorylation by enzyme of the present invention is to set the conditions of the capillary electrophoresis apparatus for measuring the phosphorylation reaction of MBP peptide by ERK, MBP peptide that phosphorylation by ERK is effectively performed Determining and detecting phosphorylation of MBP peptides in ERK using a set capillary electrophoresis device and a matrix assisted laser desorption / ionization mass spectrometer.

우선 ERK에 의한 MBP 펩티드의 인산화 반응을 측정하기 위한 모세관 전기 영동 장치의 조건을 설정하는 단계는 모세관의 내경과 길이, 검출기의 결정 단계와 모세관 전기 영동 장치의 완충 용액의 조성과 pH 결정 단계, 완충 용액에 첨가되는 유기 용매의 농도 결정 단계를 포함한다. 이 단계들은 ERK에 의한 MBP 펩티드의 인산화 반응이 일어나기 위해 포함된 여러 가지 물질들의 혼합액으로부터 MBP 펩티드들을 검출하기 위하여 필요하다.First of all, the conditions for capillary electrophoresis to measure phosphorylation of MBP peptides by ERK include the internal diameter and length of the capillary, the determination of the detector, the composition and pH of the buffer solution of the capillary electrophoresis, and the buffering. Determining the concentration of the organic solvent added to the solution. These steps are necessary for detecting MBP peptides from a mixture of various substances included in order for phosphorylation of MBP peptides by ERK to occur.

ERK에 의한 MBP 펩티드의 인산화 반응 조건을 결정하는 단계는 기질인 MBP 펩티드의 ERK에 의한 활성 부위, 즉 -PRT97P-를 중심으로 다른 아미노산 서열로 합성한 세가지 MBP 펩티드들을 사용하여 기질의 구조적인 차이에 따른 인산화 반응 정도를 검출하는 단계를 포함한다. 이 단계는 모세관 전기 영동 장치에서 보다 더 효과적으로 인산화 반응을 검출할 수 있는 MBP 펩티드를 선택하기 위하여 필요한 단계이다. 이와 같은 단계를 거친 후, 설정된 조건을 이용하여 최적의 상태에서 모세관 전기 영동 장치를 이용하여 인산화 반응을 검출한다.Determination of phosphorylation reaction conditions of MBP peptide by ERK consists of three MBP peptides synthesized with different amino acid sequences around the active site by ERK, ie, -PRT 97 P-, of the substrate MBP peptide. Detecting the degree of phosphorylation according to the difference. This step is necessary to select MBP peptides that can detect the phosphorylation reaction more effectively than in capillary electrophoresis. After this step, the phosphorylation reaction is detected using a capillary electrophoresis apparatus at an optimal state using the set conditions.

마지막으로 모세관 전기 영동 장치를 이용하여 검출한 ERK의 MBP 펩티드의 인산화 반응을 매트릭스 보조된 레이저 탈착/이온화 질량분석기를 이용하여 확인하는 단계를 거친다. 이 단계는 매트릭스 보조된 레이저 탈착/이온화 질량분석기에서 인산화 반응의 검출을 위한 조건, 매트릭스 선정 단계를 포함한다.Finally, the phosphorylation reaction of MBP peptide of ERK detected using capillary electrophoresis is performed using matrix assisted laser desorption / ionization mass spectrometry. This step includes a matrix selection step, conditions for the detection of phosphorylation in a matrix assisted laser desorption / ionization mass spectrometer.

본 발명은 기존의 모세관 전기 영동 장치를 이용하여 효소에 의한 기질의 인산화 반응을 연구한 사례와 비교할 때 LIF 검출기와 같이 특수한 검출기를 사용함에 따른 유도체화 과정이 요구되지 않기 때문에 실험 과정이 보다 간단하고 분석시간이 짧고, 또한 일반적으로 검출하기 어려운 트레오닌 잔기의 인산화 반응을 검출함으로써 앞으로 보다 더 손쉬운 분석 방법의 초석을 제공할 수 있다.The present invention is simpler because the derivatization process by using a special detector such as a LIF detector is not required, compared with the case of studying the phosphorylation reaction of the substrate by an enzyme using a conventional capillary electrophoresis device. Detecting phosphorylation of threonine residues, which are short in assay time and generally difficult to detect, can provide a cornerstone for easier analysis methods in the future.

이하, 본 발명의 구성 및 작용은 하기 예를 들어 상세히 설명하지만 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에만 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in detail with reference to the following examples, but the scope of the present invention is not limited only to the following examples.

하기 실시예에서, ERK는 뉴 잉글랜드 바이오랩스사(New England Biolabs)에서 구입하였고, 25 mM 베타글리콜포스페이트, 1 mM 나트륨 올소바나데이트, 5'-데옥시아데노신 트리포스페이트 (ATP), 에틸렌글리콜-비스(아미노에틸에테르) N,N,N',N'-테트라아세트산 (EGTA), 디티올트레티올 (DTT) 및 염화마그네슘은 시그마 케미칼사(Sigma Chemical)에서 구입하였으며, MBP 펩티드들은 애니젠사에 의뢰하여 합성한 것을 사용하였다. 사용된 모세관 전기 영동 장치는 Waters Quanta 4000 CE System으로 Water사 제품이고, MALDI-TOF-MS는 HP G2025A로서 Hewlett-Packard사 제품이다.In the examples below, ERK was purchased from New England Biolabs, 25 mM beta glycol phosphate, 1 mM sodium olovavanadate, 5'-deoxyadenosine triphosphate (ATP), ethylene glycol-bis (Aminoethyl ether) N, N, N ', N'-tetraacetic acid (EGTA), dithioltrethiol (DTT) and magnesium chloride were purchased from Sigma Chemical and MBP peptides were obtained from Anigen It synthesize | combined and used. The capillary electrophoresis system used is Waters Quanta 4000 CE System, manufactured by Water, and MALDI-TOF-MS is HP G2025A, manufactured by Hewlett-Packard.

<실시예 1> 단백질의 인산화 반응을 분석하기 위한 모세관 전기 영동 장치의 조건 설정Example 1 Condition Setting of Capillary Electrophoresis Device for Analyzing Phosphorylation of Proteins

모세관 전기 영동 장치의 분석 조건은 인산화되지 않은 MBP 펩티드와 인산화된 MBP 펩티드가 높은 감도로 짧은 분석 시간 내에 분리되는 것을 기준으로 결정되었다. 여기에서 사용한 시료는 KNIVTPRTPPPSQGK의 아미노산 서열을 가지고 있는 MBP 펩티드와 이에 인산기가 하나 결합한 인산화된 MBP 펩티드 (KNIVTPRT-pPPPSQGK)이다. 이들은 모두 애니젠사에 의뢰하여 합성한 것으로, 25 mM 베타글리콜포스페이트, 1 mM 나트륨 올소바나데이트, 5 mM EGTA, 1 mM DTT을 포함하고 있는pH 7.2의 20 mM 트리스-히드로클로라이드 5 ul와 75 mM MgCl2-500 uM ATP 혼합액 5 ul 및 효소 희석 용액 (100 mM 염화나트륨, 0.1 mM 이나트륨 EDTA, 1 mM DTT, 0.01% Bril35 및 50% 글리세롤을 포함하는 pH 7.5의 50 mM 트리스-하이드로클로라이드 용액) 5 ul에 각각 100 ug/ml의 농도로 5 ul를 첨가하여 사용하였다. 또한, KNIVTPRTPPPSQGK 펩티드 외에 도 1에 도시한 펩티드 APRTPGGRR 및 VPRTPGGRR도 같은 방법으로 사용되었다.Analytical conditions of the capillary electrophoresis device were determined based on the separation of unphosphorylated MBP peptides and phosphorylated MBP peptides within a short assay time with high sensitivity. The sample used here is an MBP peptide having the amino acid sequence of KNIVTPRTPPPSQGK and a phosphorylated MBP peptide (KNIVTPRT-pPPPSQGK) having one phosphate group attached thereto. These were all synthesized by Anigen, and 5 ul of 20 mM tris-hydrochloride of pH 7.2 containing 25 mM beta glycol phosphate, 1 mM sodium olobanadate, 5 mM EGTA, and 1 mM DTT and 75 mM MgCl. 5 ul of a 2 -500 uM ATP mixture and an enzyme dilution solution (50 mM tris-hydrochloride solution at pH 7.5 containing 100 mM sodium chloride, 0.1 mM disodium EDTA, 1 mM DTT, 0.01% Bril35 and 50% glycerol) 5 ul 5 ul was added at a concentration of 100 ug / ml each. In addition to the KNIVTPRTPPPSQGK peptide, the peptides APRTPGGRR and VPRTPGGRR shown in FIG. 1 were also used in the same manner.

(단계 1) 모세관의 내경과 길이 및 검출 파장 결정(Step 1) Determination of inner diameter and length of capillary and detection wavelength

모세관 전기 영동 장치에서 모세관의 내경과 길이는 가장 기본적인 설정 조건으로 물질 분석에 큰 영향을 준다. 일반적으로 많이 사용하는 내경은 50㎛, 75㎛, 100㎛으로, 내경이 커질수록 감도는 높아지나 분리능은 떨어진다. 본 실시예에서는 인산화되지 않은 MBP와 인산화된 MBP 펩티드의 분리가 가능하면서 감도도 좋은 조건을 선택하기 위하여 75㎛를 선택하였다.In capillary electrophoresis, the inner diameter and length of the capillary are the most basic setting conditions and have a great influence on the material analysis. In general, the inner diameters that are frequently used are 50 μm, 75 μm, and 100 μm. As the inner diameter increases, the sensitivity increases, but the resolution decreases. In this example, 75 μm was selected in order to select a condition having good sensitivity and separation of unphosphorylated MBP and phosphorylated MBP peptide.

모세관의 길이는 모세관 전기 영동 장치의 모델마다 사용할 수 있는 길이가 달라지는데 본 실시예에서 사용한 Waters Quanta 4000 CE system에서는 35 cm가 최소한으로 사용할 수 있는 길이이다. 분리능이 작아 잘 분리되지 않는 물질들이나 이동 속도가 느린 물질들의 경우에는 긴 모세관의 길이가 요구되나 길이가 길어질수록 분석 시간이 길어지기 때문에 일반적으로는 분리, 분석이 가능한 최소한의 길이를 선택한다. 본 실시예에서는 35 ㎝에서 인산화되지 않은 MBP 펩티드와 인산화된 MBP 펩티드가 모두 분리, 검출되었으므로 적정 모세관의 길이로 35 ㎝를 선택하였다.The length of the capillary tube varies depending on the model of the capillary electrophoresis apparatus, and the minimum length of 35 cm is used in the Waters Quanta 4000 CE system used in this example. In the case of materials with poor resolution and poor separation, materials with a slow moving speed require a long capillary length, but the longer the length, the longer the analysis time. Therefore, the minimum length that can be separated and analyzed is generally selected. In this example, since both the unphosphorylated MBP peptide and the phosphorylated MBP peptide were isolated and detected at 35 cm, 35 cm was selected as the appropriate capillary length.

그러므로, 본 실시예에서는 인산화되지 않은 MBP 펩티드와 인산화된 MBP 펩티드를 분리하기 위하여 가장 적절한 모세관의 내경과 길이로 75 ㎛ 및 35 ㎝를 설정하였다.Therefore, in this Example, 75 [mu] m and 35 cm were set to the inner diameter and length of the most suitable capillary to separate the phosphorylated MBP peptide from the phosphorylated MBP peptide.

본 실시예에서는 UV 검출기를 사용하였으며 185 nm의 파장에서 선정하였다. 일반적으로 UV 검출기를 사용할 경우에 245 nm 또는 214 nm의 파장을 사용한다. 이는 185 nm와 같은 낮은 파장에서는 시료의 감도가 매우 높은 장점이 있지만, 이로 인해 시료나 완충 용액에 포함된 낮은 농도의 다른 여러 물질까지 모두 검출되어 분석하기 힘든 문제점이 있기 때문이다.In this example, a UV detector was used and selected at a wavelength of 185 nm. In general, when using a UV detector, a wavelength of 245 nm or 214 nm is used. This is because there is an advantage that the sensitivity of the sample is very high at low wavelengths, such as 185 nm, but this is because it is difficult to detect and analyze all the other substances of low concentration contained in the sample or buffer solution.

본 실시예에서는 각 도면에 도시된 바와 같이, 인산화되지 않은 MBP 펩티드가 검출되기 1 내지 2분 전에 그외 다른 물질들이 모두 검출됨으로써 이러한 문제점이 해결되었다. 따라서, 본 실시예에서는 보다 감도 높은 분석을 위하여 185 nm의 파장의 UV 검출기를 선택하였다.In this embodiment, as shown in each figure, this problem was solved by detecting all other substances 1-2 minutes before the unphosphorylated MBP peptide was detected. Therefore, in this example, a UV detector with a wavelength of 185 nm was selected for more sensitive analysis.

(단계 2) 모세관 전기 영동 장치의 완충 용액의 조성과 pH 결정(Step 2) Determination of the composition and pH of the buffer solution of the capillary electrophoresis apparatus

도 1에서, KNIVTPRTPPPSQGK 펩티드의 pI값이 매우 큰 것을 알 수 있다. 펩티드의 pI값이 클 경우 모세관에 잘 흡착되기 때문에, pH 3 이하의 낮은 pH 또는 그 펩티드의 pI값 이상의 높은 pH의 완충 용액을 사용해야 한다.In Figure 1, it can be seen that the pI value of the KNIVTPRTPPPSQGK peptide is very large. If the pI value of the peptide is large, it will be well adsorbed to the capillary tube. Therefore, a low pH of pH 3 or lower, or a high pH buffer solution above the peptide should be used.

KNIVTPRTPPPSQGK 펩티드의 pI값이 11.17로 매우 크기 때문에 그 이상의 pH의 완충 용액을 사용할 경우 모세관 내벽의 실란올기들이 모두 해리되므로 분리가 잘 이루어지지 않는다. 그러므로 낮은 pH의 완충 용액을 사용해야만 한다.Since the pI value of the KNIVTPRTPPPSQGK peptide is very high at 11.17, separation of the silanol groups in the capillary inner wall dissociates well when using a buffer solution of a higher pH. Therefore, a low pH buffer solution must be used.

우선 완충 용액의 조성은 낮은 pH에서 가장 많이 쓰이는 인산염 완충 용액을 선택하였으며 그 농도를 결정하기 위하여 50 mM, 100 mM, 150 mM, 200 mM의 농도에서 각 시료를 검출하였다. 그 결과, 인산염 완충 용액의 농도가 높을수록 감도가 향상되었으나, 200 mM에서는 안정화되는 시간이 1시간 이상으로 너무 오래 걸리므로 150 mM 인산염 완충 용액을 선택하였다.First, the composition of the buffer solution was selected as the most popular phosphate buffer solution at low pH, and each sample was detected at concentrations of 50 mM, 100 mM, 150 mM, and 200 mM to determine the concentration. As a result, the higher the concentration of the phosphate buffer solution, the sensitivity was improved, but at 200 mM, the stabilization time was too long (more than 1 hour) was selected 150 mM phosphate buffer solution.

그 후, 낮은 pH, 즉 2.0, 2.2, 2.4, 2.6, 2.8, 3.0의 완충 용액에서 KNIVTPRTPPPSQGK 펩티드와 그 인산화된 펩티드의 분리를 관찰하였다. 그 결과 pH가 높을수록 감도가 높아지고 분석시간이 길어지는 것을 알 수 있었다. 감도에서는 pH 3.0의 경우가 가장 좋았으나 흡착의 우려가 있고 분석시간이 10분 이상으로 길어서 pH 2.8의 150 mM 인산염 완충 용액을 모세관 전기 영동 장치의 완충 용액으로 결정하였다.Thereafter, separation of the KNIVTPRTPPPSQGK peptide and its phosphorylated peptide was observed in buffer solutions at low pH, 2.0, 2.2, 2.4, 2.6, 2.8, 3.0. As a result, the higher the pH, the higher the sensitivity and the longer the analysis time. In the case of sensitivity, pH 3.0 was the best, but there was a concern of adsorption and the analysis time was longer than 10 minutes, so the pH 2.8 150 mM phosphate buffer solution was determined as the buffer solution of the capillary electrophoresis device.

이 조건에서 좀 더 흡착의 우려를 줄이고 감도를 향상시키기 위하여 아세토니트릴을 첨가하였다. 아세토니트릴의 농도를 0%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%로 늘려가며 관찰한 결과 아세토니트릴의 농도가 높을수록 감도가 커지나, 30% 이상의 아세토니트릴을 첨가하였을 때에는 MBP 펩티드의 시료가 점점 다른 피크들과 겹쳐지는 것을 볼 수 있었다.In this condition, acetonitrile was added to reduce the risk of adsorption and improve sensitivity. As the concentration of acetonitrile was increased to 0%, 5%, 10%, 20%, 30%, and 40%, the higher the acetonitrile concentration, the higher the sensitivity. However, MBP peptide was added when more than 30% acetonitrile was added. The sample of was gradually overlapped with other peaks.

도 2a, 도 2b 및 도 2c는 아세토니트릴의 농도 0%, 5%, 10%에서의 각 MBP 펩티드들의 피크 양상을 나타내고 있으며, 도 2b의 경우 아세토니트릴의 농도 10%에서 거의 앞의 다른 피크들과 인접한 것을 볼 수 있다. 그러므로 최종적으로 본 실시예에서는 5%의 아세토니트릴이 첨가된 pH 2.8의 150 mM 인산염 완충 용액을 사용하기로 결정하였다.Figures 2a, 2b and 2c show the peak behavior of each MBP peptide at concentrations of 0%, 5% and 10% of acetonitrile, with the other peaks almost preceding at 10% of acetonitrile for Figure 2b. You can see that it is adjacent to. Therefore, in this example, it was finally decided to use a 150 mM phosphate buffer solution at pH 2.8 with 5% acetonitrile added.

<실시예 2> 단백질의 인산화 반응의 조건 결정Example 2 Determination of Conditions for Phosphorylation of Protein

ERK에 의한 MBP 펩티드의 인산화 반응은 MBP 펩티드에 마그네슘과 ATP의 혼합액 및 ERK를 혼합함으로써 이루어진다. 이 때 ERK에 의하여 ATP의 인산기가 MBP 펩티드로 전달됨으로써 인산화된 MBP 펩티드가 생성된다.Phosphorylation of MBP peptides by ERK is accomplished by mixing ERK with a mixture of magnesium and ATP and MBP peptide. At this time, the phosphorylated group of ATP is transferred to the MBP peptide by ERK to produce the phosphorylated MBP peptide.

이 때 단백질의 상이한 아미노산 서열의 구조적인 차이로 인하여 효소 반응이 다르게 일어날 수 있는데, 본 실시예에서는 KNIVTPRTPPPSQGK, APRTPGGRR 및 VPRTPGGRR의 아미노산 서열을 가지고 있는 MBP 펩티드들을 이용하여 그 차이를 관찰하였다.At this time, the enzyme reaction may occur differently due to the structural difference of the different amino acid sequences of the protein. In this example, the difference was observed using MBP peptides having amino acid sequences of KNIVTPRTPPPSQGK, APRTPGGRR and VPRTPGGRR.

각각의 MBP 펩티드들은 25 mM 베타글리콜포스페이트, 1 mM 나트륨 올소바나데이트, 5 mM EGTA, 1 mM DTT을 포함하고 있는 pH 7.2의 20 mM 트리스-히드로클로라이드 5 ul와 75 mM MgCl2-500 uM ATP 혼합액 5 ul 및 효소 희석 용액 (100 mM 염화나트륨, 0.1 mM 이나트륨 EDTA, 1 mM DTT, 0.01% Bril35 및 50% 글리세롤을 포함하는 pH 7.5의 50 mM 트리스-하이드로클로라이드 용액) 4 ul 및 ERK 1 ul에 각각 100 ug/ml의 농도로 5 ul를 첨가하여 사용하였다. 여기서, 30℃에서 30분간 수조에서 교반하면서 반응시킨 후 모세관 전기 영동 장치를 이용하여 분석하였다.Each MBP peptide was mixed with 5 ul of 20 mM tris-hydrochloride at pH 7.2 containing 25 mM beta glycol phosphate, 1 mM sodium olovavanadate, 5 mM EGTA, 1 mM DTT and 75 mM MgCl 2 -500 uM ATP 5 ul and enzyme dilution solution (50 mM tris-hydrochloride solution at pH 7.5 containing 100 mM sodium chloride, 0.1 mM disodium EDTA, 1 mM DTT, 0.01% Bril35 and 50% glycerol) to 4 ul and 1 ul of ERK, respectively. 5 ul was added at a concentration of 100 ug / ml. Here, the reaction was stirred in a water bath at 30 ° C. for 30 minutes and analyzed using a capillary electrophoresis device.

도 3a, 3b 및 3c는 그 결과를 나타낸 것으로, MBP 펩티드들의 감소되는 양상을 나타낸 것이다. 각각의 도면을 비교하여 볼 때, 도 3b의 VPRTPGGRR 펩티드의 감도가 가장 좋게 나타나고 있으나 인산화 반응에 의한 VPRTPGGRR 펩티드의 감소량이도 3c의 APRTPGGRR 펩티드보다 작았다. 그러므로 본 실시예에서는 도 3c의 APRTPGGRR 펩티드에서 인산화 반응이 가장 많이 발생하는 것을 알 수 있었다.3A, 3B and 3C show the results, showing a reduced aspect of MBP peptides. When comparing the respective figures, the sensitivity of the VPRTPGGRR peptide of Figure 3b shows the best, but the amount of reduction of the VPRTPGGRR peptide by phosphorylation reaction was also smaller than the APRTPGGRR peptide of 3c. Therefore, in this example, it was found that the most phosphorylation reaction occurs in the APRTPGGRR peptide of Figure 3c.

<실시예 3> 모세관 전기 영동법을 이용한 단백질의 인산화 반응 분석Example 3 Analysis of Phosphorylation of Proteins by Capillary Electrophoresis

APRTPGGRR 펩티드를 이용하여 0, 10, 20, 30, 40 U/ml로 ERK의 양을 변화시켜가면서 인산화 반응을 관찰하였다. APRTPGGRR 펩티드는 25 mM 베타글리콜포스페이트, 1 mM 나트륨 올소바나데이트, 5 mM EGTA, 1 mM DTT을 포함하고 있는 pH 7.2의 20 mM 트리스-히드로클로라이드 5 ul와 75 mM MgCl2-500 uM ATP 혼합액 5 ul 및 효소 희석 용액 (100 mM 염화나트륨, 0.1 mM 이나트륨 EDTA, 1 mM DTT, 0.01% Bril35 및 50% 글리세롤을 포함하는 pH 7.5의 50 mM 트리스-하이드로클로라이드 용액)과 0, 10, 20, 30, 40 U/ml의 ERK 5 ul에 각각 100 ug/ml의 농도로 5 ul를 첨가하여 사용하였다. 여기서, 30℃에서 30분간 수조에서 교반하면서 반응시킨 후 모세관 전기 영동 장치를 이용하여 분석하였다.Phosphorylation was observed by varying the amount of ERK at 0, 10, 20, 30, 40 U / ml using APRTPGGRR peptide. The APRTPGGRR peptide contains 5 ul of 20 mM tris-hydrochloride at pH 7.2 containing 25 mM beta glycol phosphate, 1 mM sodium olovavanadate, 5 mM EGTA, 1 mM DTT and 5 ul of 75 mM MgCl 2 -500 uM ATP mixture. And an enzyme dilution solution (50 mM tris-hydrochloride solution at pH 7.5 comprising 100 mM sodium chloride, 0.1 mM disodium EDTA, 1 mM DTT, 0.01% Bril35 and 50% glycerol) and 0, 10, 20, 30, 40 5 ul of URK was added to 5 ul of ERK at a concentration of 100 ug / ml, respectively. Here, the reaction was stirred in a water bath at 30 ° C. for 30 minutes and analyzed using a capillary electrophoresis device.

이 결과는 도 4에 나타나있다. 도 4에서 나타난 바와 같이, ERK의 양이 0, 10, 20, 30, 40 U/ml으로 증가할수록 인산화 반응도 더욱 증가하는 것을 관찰할 수 있었으며 또한 점점 그 정도가 줄어드는 것을 볼 수 있었다. 이는 반응이 포화상태에 이르면서 반응효율이 점점 줄어들기 때문이다.This result is shown in FIG. As shown in Figure 4, as the amount of ERK increased to 0, 10, 20, 30, 40 U / ml it was observed that the phosphorylation reaction was also increased and also the degree gradually decreased. This is because the reaction efficiency gradually decreases as the reaction reaches saturation.

도 5a 및 5b는 ERK에 의한 APRTPGGRR 펩티드의 인산화 반응이 일어나지 않았을 때와 인산화 반응이 일어났을 때의 모세관 전기영동 장치에서 검출한 결과를 나타낸 그래프이다.5A and 5B are graphs showing the results of detection by the capillary electrophoresis apparatus when the phosphorylation reaction of the APRTPGGRR peptide by ERK did not occur and when the phosphorylation reaction occurred.

도 5a는 APRTPGGRR 펩티드를 25 mM 베타글리콜포스페이트, 1 mM 나트륨 올소바나데이트, 5 mM EGTA, 1 mM DTT을 포함하고 있는 pH 7.2의 20 mM 트리스-히드로클로라이드 10 ul와 효소 희석 용액 (100 mM 염화나트륨, 0.1 mM 이나트륨 EDTA, 1 mM DTT, 0.01% Bril35 및 50% 글리세롤을 포함하는 pH 7.5의 50 mM 트리스-하이드로클로라이드 용액) 3 ul, ERK 2 ul에 각각 100 ug/ml의 농도로 5 ul를 첨가하여 30℃에서 30분간 수조에서 교반하면서 반응시킨 후 모세관 전기 영동 장치를 이용하여 분석한 결과이다. 그 결과, ATP-MgCl2혼합액이 반응물에 첨가되지 않았기 때문에 인산화 반응이 전혀 일어나지 않아 APRTPGGRR 펩티드의 인산화된 펩티드가 관찰되지 않았다.FIG. 5A shows an APRTPGGRR peptide containing 10 mM ul 20 mM tris-hydrochloride at pH 7.2 containing 25 mM beta glycol phosphate, 1 mM sodium olsovadate, 5 mM EGTA, 1 mM DTT (100 mM sodium chloride, 50 ulm tris-hydrochloride solution of pH 7.5 containing 0.1 mM disodium EDTA, 1 mM DTT, 0.01% Bril35 and 50% glycerol) 3 ul, 2 ul of ERK, 5 ul each at a concentration of 100 ug / ml The reaction was carried out in a water bath at 30 ° C. for 30 minutes and then analyzed using a capillary electrophoresis device. As a result, no phosphorylation reaction occurred because no ATP-MgCl 2 mixture was added to the reaction, and no phosphorylated peptide of the APRTPGGRR peptide was observed.

그러나, 도 5b의 경우는 APRTPGGRR 펩티드를 25 mM 베타글리콜포스페이트, 1 mM 나트륨 올소바나데이트, 5 mM EGTA, 1 mM DTT을 포함하고 있는 pH 7.2의 20 mM 트리스-히드로클로라이드 5 ul와 75 mM MgCl2-500 uM ATP 혼합액 5 ul, 효소 희석 용액 (100 mM 염화나트륨, 0.1 mM 이나트륨 EDTA, 1 mM DTT, 0.01% Bril35 및 50% 글리세롤을 포함하는 pH 7.5의 50 mM 트리스-하이드로클로라이드 용액) 3 ul, ERK 2 ul에 각각 100 ug/ml의 농도로 5 ul를 첨가하여 30℃에서 30분간 수조에서 교반하면서 반응시킨 후 모세관 전기 영동 장치를 이용하여 분석한 결과이다.However, in the case of FIG. 5B, the APRTPGGRR peptide was prepared using 5 ul and 75 mM MgCl 2 at 20 mM tris-hydrochloride at pH 7.2 containing 25 mM beta glycol phosphate, 1 mM sodium olovavanadate, 5 mM EGTA, 1 mM DTT. 5 ul of -500 uM ATP mixture, 3 ul of enzyme dilution solution (pH 7.5 mM solution of pH 7.5 containing 100 mM sodium chloride, 0.1 mM disodium EDTA, 1 mM DTT, 0.01% Bril35 and 50% glycerol) 5 ul was added to 2 ul of ERK at a concentration of 100 ug / ml and the reaction was carried out by stirring in a water bath at 30 ° C. for 30 minutes.

즉, 도 5a와 달리 ATP-MgCl2혼합액이 반응물에 첨가되었으며 그 결과 APRTPGGRR 펩티드의 인산화된 펩티드를 10.4분에서 확인할 수 있었다. 이 때, APRTPGGRR 펩티드도 감소되었으나, APRTPGGRR 펩티드의 농도가 생성된 APRTPGGRR펩티드의 인산화된 펩티드보다 높아 도 5a와 5b에서는 보이지 않았다. 본 실시예에서 ERK에 의한 MBP 펩티드의 인산화 반응에 따른 APRTPGGRR 펩티드에서의 인산화된 APRTPGGRR 펩티드로의 전환율은 14.7%이었다.That is, unlike FIG. 5A, an ATP-MgCl 2 mixture was added to the reaction, and as a result, the phosphorylated peptide of the APRTPGGRR peptide was confirmed at 10.4 minutes. At this time, the APRTPGGRR peptide also decreased, but the concentration of the APRTPGGRR peptide was higher than the phosphorylated peptide of the generated APRTPGGRR peptide, which was not seen in FIGS. 5A and 5B. In this example, the conversion of APRTPGGRR peptide to phosphorylated APRTPGGRR peptide was 14.7% according to the phosphorylation of MBP peptide by ERK.

<실시예 4> 매트릭스 보조된 레이저 탈착/이온화 질량분석기를 이용한 확인Example 4 Identification Using Matrix Assisted Laser Desorption / Ionization Mass Spectrometry

이렇게 모세관 전기 영동법을 이용하여 ERK에 의한 MBP 펩티드의 인산화 반응을 분석한 후, 이를 매트릭스 보조된 레이저 탈착/이온화 질량분석기를 이용하여 관찰하였다.The phosphorylation of MBP peptides by ERK was analyzed using capillary electrophoresis and observed using a matrix-assisted laser desorption / ionization mass spectrometer.

매트릭스 보조된 레이저 탈착/이온화 질량분석기에서 물질을 분석할 때 가장 중요한 것은 매트릭스의 선택이다. 본 실시예에서는 MBP 펩티드의 분석을 위하여 a-CHCA 매트릭스와 DHB 매트릭스를 사용하였다. a-CHCA 매트릭스는 아세토니트릴과 메탄올, 물이 5:3:2의 비율로 혼합된 용액에 33mM의 농도로 용해시켜 준비하였고, DHB 매트릭스는 아세토니트릴과 물이 1:1로 혼합된 용액에 100mM의 농도로 용해시켜 준비하였다.When analyzing materials in a matrix assisted laser desorption / ionization mass spectrometer, the choice of the matrix is the most important. In this example, a-CHCA matrix and DHB matrix were used for the analysis of MBP peptide. The a-CHCA matrix was prepared by dissolving acetonitrile and methanol in a solution of 5: 3: 2 at a concentration of 33 mM, and the DHB matrix was 100 mM in a 1: 1 solution of acetonitrile and water. It was prepared by dissolving to a concentration of.

사용한 시료는 상기 실시예 3 (도 5)에서 사용한 시료를 사용하였다. 이 시료들을 각각 5 ul 취한 후, 여기에 a-CHCA 매트릭스 5 ul 또는 DHB 매트릭스를 혼합한 다음 프로브 위에 1 ul의 양을 올린 다음 실온에서 방치하면서 결정화시켰다. 그리고 매트릭스 보조된 레이저 탈착/이온화 질량분석기에 넣은 후 레이저를 이용하여 시료를 선형 TOF 관으로 이온화시키면서 그 신호를 분석하였다. 그 결과, DHB 매트릭스를 사용하여 분석하였을 때보다 a-CHCA 매트릭스를 사용하였을 때 피크의 감도가 높게 나타나 a-CHCA 매트릭스를 가장 적절한 매트릭스로 선정하였다.The sample used was the sample used in Example 3 (FIG. 5). After taking 5 ul of each of these samples, 5 ul of a-CHCA matrix or DHB matrix was mixed thereto, and then 1 ul of the amount was placed on the probe and crystallized while standing at room temperature. The signal was analyzed by placing the sample in a matrix assisted laser desorption / ionization mass spectrometer and ionizing the sample into a linear TOF tube using a laser. As a result, the peak sensitivity was higher when the a-CHCA matrix was used than when the DHB matrix was analyzed, and the a-CHCA matrix was selected as the most appropriate matrix.

도 6a와 도 6b는 DHB 매트릭스를 사용하여 실험한 결과를 나타낸 것이다. APRTPGGRR 펩티드의 분자량은 967.2 Da이며, 도 6a와 도 6b에서 수소가 하나 더 붙은 피크로 각각 나타나 968.2 Da에서 검출되었다. 도 6b에서는 ERK에 의한 APRTPGGRR 펩티드의 인산화 반응의 산물인 인산화된 APRTPGGRR 펩티드가 1048.2 Da에서 나타났다. 이는 정확히 80 Da의 차이로 인산기 하나의 분자량과 같다. 이와 같이 인산화된 생성물의 피크가 정확한 분자량의 차이로 관찰됨으로써 상기 ERK에 의한 MBP 펩티드의 인산화 반응이 일어남을 확인하였다.6a and 6b show the results of experiments using the DHB matrix. The molecular weight of the APRTPGGRR peptide was 967.2 Da, and the peaks with one more hydrogen in FIGS. 6A and 6B were detected at 968.2 Da, respectively. In FIG. 6B, phosphorylated APRTPGGRR peptide, the product of phosphorylation of APRTPGGRR peptide by ERK, was found at 1048.2 Da. This is exactly the same as the molecular weight of one phosphate group with a difference of 80 Da. Thus, the peak of the phosphorylated product was observed by the exact difference in molecular weight, it was confirmed that the phosphorylation reaction of the MBP peptide by the ERK occurs.

본 발명의 모세관 전기 영동 장치나 매트릭스 보조된 레이저 탈착/이온화 질량 분석 장치를 사용한 세포내 반응 분석법은 분석 과정이 간단하고 단시간 내에 분석할 수 있으며, 트레오닌 잔기의 인산화 반응을 검출할 수 있기 때문에, 체내 신호 전달 체계 연구를 위한 비용, 시간, 노력의 절감을 가져와 경제적 비용을 줄이는데 매우 커다란 도움을 줄 것이라 여겨진다.Intracellular reaction assays using the capillary electrophoresis device or matrix assisted laser desorption / ionization mass spectrometry of the present invention are simple and easy to analyze and can detect the phosphorylation of threonine residues in the body. It is thought to be very helpful in reducing the economic cost by bringing down the cost, time and effort for researching the signaling system.

Claims (2)

세포외 신호 조절된 인산화 효소(ERK)에 의한 미엘린 염기성 단백질(MBP) 펩티드의 인산화 반응을 측정하기 위한 완충 용액의 최적 pH 및 농도를 결정하는 단계,Determining the optimal pH and concentration of the buffer solution for measuring phosphorylation of myelin basic protein (MBP) peptides by extracellular signal-regulated kinase (ERK), 모세관 내벽에 펩티드의 흡착을 방지하고 검출 감도를 증가시키는 화합물의 최적 농도를 결정하여 상기 완충 용액에 첨가하는 단계,Determining an optimal concentration of the compound which prevents adsorption of the peptide on the inner wall of the capillary and increases the detection sensitivity, and adding it to the buffer solution, MBP 펩티드의 ERK에 의한 활성 부위인 -PRTP-를 중심으로, 동일 조건 하에서 ERK에 의한 인산화 반응이 효과적으로 수행되는 MBP 펩티드를 결정하는 단계,Determining MBP peptides on which the phosphorylation reaction by ERK is effectively performed under the same conditions, centering on -PRTP- which is an active site by ERK of MBP peptide, 상기 완충 용액을 이용하는 모세관 전기 영동 장치를 사용하여 ERK에 의한 상기 MBP 펩티드의 인산화를 검출하는 단계 및Detecting phosphorylation of the MBP peptide by ERK using a capillary electrophoresis apparatus using the buffer solution and 메트릭스 보조된 레이저 탈착/이온화 질량분석기를 이용하여 상기 단계에서 검출된 인산화를 추가로 확인하는 단계Further confirming the phosphorylation detected in the step using a matrix assisted laser desorption / ionization mass spectrometer 를 포함하는, 효소 ERK에 의한 단백질 MBP의 트레오닌 잔기의 인산화 반응 분석 방법.A method for analyzing phosphorylation of threonine residues of protein MBP by enzyme ERK. 제1항에 있어서, 상기 ERK에 의한 MBP 펩티드의 인산화를 검출하는 단계가 모세관 전기 영동 장치에 설치된 UV 검출기를 사용하여 수행되는 것인 방법.The method of claim 1, wherein detecting phosphorylation of the MBP peptide by ERK is performed using a UV detector installed in a capillary electrophoresis device.
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