당뇨병(diabetes mellitus)은 인슐린 분비 감소, 글루코오즈 사용 감소 또는 글루코오즈 생성 증가로부터 야기되는 높은 혈중 글루코오즈에 의해 특징되는 대사성 질환이다. 미국에서는 적어도 2000 만명의 당뇨병 환자가 있다 [1]. 당뇨병은 심각한 혈관성 증상들로 전개될 수 있으며, 여기에는 관상 심장 질환(coronary heart disease), 뇌혈관 질환(cerebrovascular disease), 및 말초 혈관 질환 등과 같은 대혈관성 증상(macrovascular complications) 및 당뇨병성 망막병증(diabetic retinopathy), 신장병증(nephropathy), 및 신경병증(neuropathy) 등과 같은 미세혈관성 증상(microvascular complications)이 포함된다.
당뇨병성 망막병증(Diabetic retinopathy, DR)은 15년 이상의 병력을 가진 당뇨병 환자의 4분의 3에서 발생하며, 미국에서 매년 12,000 내지 24,000의 새로운 시각 상실의 원인이 됨으로써 당뇨병은 성인(20 내지 74세)의 시각상실 중 가장 높 은 빈도의 원인이 되고 있다 [1]. 당뇨병성 망막병증에 있어서의 병인적 변화는, 망막 혈액 흐름 장애, 혈관 투과성 증가, 혈액-망막 장벽의 파괴, 및 국소 저산소증을 야기하는 모세혈관 폐색(capillary occlusion) 등과 같은 망막 혈관 이상을 포함한다 [3-6]. 또한, 망막 저산소증이 진행됨에 따라, 망막 혈관신생을 촉진하는 혈관신생 인자들이 유도된다.
증식성 당뇨병성 망막병증(proliferative diabetic retinopathy, PDR)은 유리체 공동(vitreous cavity)으로의 새로운 혈관 성장에 관여하고, 이어서 혈관섬유(fibrovascular) 증식, 망막 분리, 및 망막 출혈에 관여하여, 결국 시각상실을 야기한다. 범망막 광응고(panretinal photocoagulation) 및 유리체절제술(vitrectomy)에 의해 시각상실을 줄일 수는 있으나, 당뇨병성 망막병증에 의해 야기되는 시각적 손상은 높은 관심을 받고 있다 [7, 8].
많은 연구에 의해 PDR의 발병기전과 관련된 인자, 예를 들어, 혈관 내피 성장 인자와 같은 혈관신생 인자[9-12], 안지오텐신-전환 효소[13], 인슐린-유사 성장 인자[14], 안지오포이에틴[15], 에리스로포이에틴[16], 태반 성장 인자[17], 및 글리케이션(advanced glycation)의 최종 생성물[18], 및 색소 상피 유도 인자(pigment epithelium derived factor)와 같은 항-혈관신생 인자[19-21]가 동정되었다. 그러나, 대부분의 기존 연구들은 표적 단백질 세트, 특히 혈관신생 및 세포 증식에 관여하는 분자들에 초점을 두고 있었으므로, 전체적인 유리체액(vitreous humor) 단백질들에 있어서의 변화를 측정/평가하고 또한 PDR 발명기전의 새로운 마커를 동정하는 것이 곤란하다.
2차원 겔 전기영동(two-dimensional gel electrophoresis, 2-DE) 및 질량 분석(mass spectrometry, MS)에 있어서의 최근의 진보에 의하여 유리체 단백질 프로파일을 탐색하는 것이 가능할 수 있다 [22-24]. 2-DE 및 MALDI-TOF (atrix-assisted laser desorption ionization-time of flight) MS를 사용한 본 발명자들의 종래의 연구에서, 본 발명자들은 PDR 유리체 단백질 프로파일을 구축하였으며, PDR의 발명에 관여할 것으로 여겨지는 8개의 단백질을 동정한 바 있다 [25].
종래기술의 문헌정보
[문헌 1] CDC, National Diabetes Fact Sheet: General information and National Estimates on Diabetes in the United States. US Department of Health and Human Services, Centers for Disease Control and Prevention , Atlanta , GA(2005)
[문헌 2] Klein, R., Klein, B. E., Moss, S. E., Cruickshanks, K. J., The Wisconsin Epidemiologic Study of Diabetic Retinopathy: XVII. The 14-year incidence and progression of diabetic retinopathy and associated risk factors in type 1 diabetes. Ophthalmology 1998, 105, 1801-1815.
[문헌 3] Schroder, S., Palinski, W., Schmid-Schonbein, G. W., Activated monocytes and granulocytes, capillary nonperfusion, and neovascularization in diabetic retinopathy. The American journal of pathology 1991, 139, 81-100.
[문헌 4] Krogsaa, B., Lund-Andersen, H., Mehlsen, J., Sestoft, L., Larsen, J., The blood-retinal barrier permeability in diabetic patients. Acta ophthalmologica 1981, 59, 689-694.
[문헌 5] Bursell, S. E., Clermont, A. C., Kinsley, B. T., Simonson, D. C., et al., Retinal blood flow changes in patients with insulin-dependent diabetes mellitus and no diabetic retinopathy. Investigative ophthalmology & visual science 1996, 37, 886-897.
[문헌 6] Gardner, T. W., Antonetti, D. A., Barber, A. J., LaNoue, K. F., Levison, S. W., Diabetic retinopathy: more than meets the eye. Survey of ophthalmology 2002, 47 Suppl 2, S253-262.
[문헌 7] Ferris, F. L., Davis, M., Early Treatment Diabetic Retinopathy Study Research Group. Early Treatment Diabetic Retinopathy Study Research Group No. 1: Photocoagulation for diabetic macular edema. Early treatment diabetic retinopathy study report no. 1: photocoagulation for diabetic macular edema. Arch. Ophthalmol . 1985, 103, 1796-1806.
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[문헌 10] Pe'er, J., Folberg, R., Itin, A., Gnessin, H., et al., Upregulated expression of vascular endothelial growth factor in proliferative diabetic retinopathy. The British journal of ophthalmology 1996, 80, 241-245.
[문헌 11] Mathews, M. K., Merges, C., McLeod, D. S., Lutty, G. A., Vascular endothelial growth factor and vascular permeability changes in human diabetic retinopathy. Investigative ophthalmology & visual science 1997, 38, 2729-2741.
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[문헌 13] Kida, T., Ikeda, T., Nishimura, M., Sugiyama, T., et al., Renin-angiotensin system in proliferative diabetic retinopathy and its gene expression in cultured human muller cells. Japanese journal of ophthalmology 2003, 47, 36-41.
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[문헌 20] Duh, E. J., Yang, H. S., Suzuma, I., Miyagi, M., et al., Pigment epithelium-derived factor suppresses ischemia-induced retinal neovascularization and VEGF-induced migration and growth. Investigative ophthalmology & visual science 2002, 43, 821-829.
[문헌 21] Spranger, J., Osterhoff, M., Reimann, M., Mohlig, M., et al., Loss of the antiangiogenic pigment epithelium-derived factor in patients with angiogenic eye disease. Diabetes 2001, 50, 2641-2645.
[문헌 22] Nakanishi, T., Koyama, R., Ikeda, T., Shimizu, A., Catalogue of soluble proteins in the human vitreous humor: comparison between diabetic retinopathy and macular hole. Journal of chromatography 2002, 776, 89-100.
[문헌 23] Ouchi, M., West, K., Crabb, J. W., Kinoshita, S., Kamei, M., Proteomic analysis of vitreous from diabetic macular edema. Experimental eye research 2005, 81, 176-182.
[문헌 24] Yamane, K., Minamoto, A., Yamashita, H., Takamura, H., et al., Proteome analysis of human vitreous proteins. Mol Cell Proteomics 2003, 2, 1177-1187.
[문헌 25] Kim, S. J., Kim, S., Park, J., Lee, H. K., et al., Differential expression of vitreous proteins in proliferative diabetic retinopathy. Current eye research 2006, 31, 231-240.
본 발명은 서열번호 1 내지 105의 아미노산 서열로 이루어진 단백질로부터 1 종 이상 선택된 단백질을 포함하는 당뇨병성 망막병증(diabetic retinopathy, PDR) 검출용 바이오 마커 조성물을 포함한다.
본 발명자들은 단백체학적 방법(proteomic methods), 즉, IS/2-DE/MALDI-MS, 나노 LC-MALDI-MS/MS, 및 나노 LC-ESI-MS/MS을 사용하여 유리체 단백체(vitreous proteome)의 성분들을 동정하였다. 나노 LC-MALDI-MS/MS, 및 나노 LC-ESI-MS/MS에 의해 동정된 단백질은 Trans-Proteomic Pipeline (TPP, http://www.proteomecenter.org/)을 사용하여 검증하였으며, Trans-Proteomic Pipeline에는 동형체(isoforms) 및 상동성(homologous) 단백질들이 대표적인 오르소로그(orthologues)로 그룹화되어 있다. 본 발명자들은 알부민/IgG 제거된 PDR 샘플, 비-알부민/IgG 제거된 PDR 샘플, 및 황반(macular hole, MH) 유리체 샘플에 대한 LC-MS/MS 분석을 수행하여, PDR 발병과 관련된 총 단백질을 검색하였으며, 531 개의 단백질을 동정하였다 (도 6a 내지 도 6g 참조). 상기 531개 단백질에 대한 데이터베이스 검색 결과, 240개 단백질이 PDR 발병과 관련되는 것으로 새롭게 밝혀졌으며, 이 중 하기 표 1a 내지 표 1d에 나타낸 105 개의 단백질은 PDR 환자의 유리체에서 특이적으로 과량 발현된다는 것이 새롭게 밝혀 졌다.
서열번호 |
혈장 프로테옴에서 검출 |
단백질명 |
IPI accession number |
비고(**) |
1 |
|
101 KDA PROTEIN |
IPI00760855 |
A |
2 |
|
13 kDa protein |
IPI00743473 |
A |
3 |
|
14-3-3 protein epsilon |
IPI00000816 |
A |
4 |
* |
16 kDa protein |
IPI00218733 |
A |
5 |
* |
184 KDA PROTEIN |
IPI00303313 |
A |
6 |
|
57 kDa protein |
IPI00383111 |
A |
7 |
|
97 KDA PROTEIN |
IPI00794184 |
A |
8 |
* |
Adiponectin precursor |
IPI00020019 |
A |
9 |
|
ADP-ribosylation factor 1 |
IPI00215914 |
A |
10 |
|
ALPHA3A |
IPI00377045 |
A |
11 |
|
ANNEXIN A2 ISOFORM 1 |
IPI00418169 |
A |
12 |
|
Beta-hexosaminidase beta chain precursor |
IPI00012585 |
A |
13 |
|
Biglycan precursor |
IPI00010790 |
A |
14 |
|
Calcium/calmodulin-dependent 3',5'-cyclic nucleotide phosphodiesterase 1B |
IPI00005592 |
A |
15 |
* |
CALMODULIN-LIKE PROTEIN 5 |
IPI00021536 |
A |
16 |
|
CD59 glycoprotein precursor |
IPI00011302 |
A |
17 |
|
CDNA FLJ25678 fis, clone TST04067, highly similar to PURINE NUCLEOSIDE PHOSPHORYLASE |
IPI00017672 |
A |
18 |
|
CDNA FLJ41981 fis, clone SMINT2011888, highly similar to Protein Tro alpha1 H,myeloma |
IPI00784830 |
A |
19 |
* |
Cholinesterase precursor |
IPI00025864 |
A |
20 |
|
Cofilin-1 |
IPI00012011 |
A |
21 |
|
Corneodesmosin precursor |
IPI00386809 |
A |
22 |
|
Dermatopontin precursor |
IPI00292130 |
A |
23 |
|
E3 UBIQUITIN-PROTEIN LIGASE HECTD1 |
IPI00328911 |
A |
24 |
|
Endothelial protein C receptor precursor |
IPI00009276 |
A |
25 |
|
FERRITIN HEAVY CHAIN |
IPI00554521 |
A |
26 |
|
FERRITIN LIGHT POLYPEPTIDE VARIANT |
IPI00796538 |
A |
27 |
* |
Fetuin-B precursor |
IPI00005439 |
A |
28 |
|
FIBRONECTIN 1 ISOFORM 4 PREPROPROTEIN |
IPI00414283 |
A |
29 |
|
Fructose-bisphosphate aldolase C |
IPI00418262 |
A |
30 |
* |
Gamma-glutamyl hydrolase precursor |
IPI00023728 |
A |
서열번호 |
혈장 프로테옴에서 검출 |
단백질명 |
IPI accession number |
비고(**) |
31 |
|
Gastrokine-1 precursor |
IPI00021342 |
A |
32 |
* |
Growth/differentiation factor 8 precursor |
IPI00023751 |
A |
33 |
* |
Hepatocyte growth factor activator precursor |
IPI00029193 |
A |
34 |
|
Hornerin |
IPI00398625 |
A |
35 |
|
Hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase |
IPI00218493 |
A |
36 |
* |
Intercellular adhesion molecule 2 precursor |
IPI00009477 |
A |
37 |
|
Isoform 1 of Arginase-1 |
IPI00291560 |
A |
38 |
* |
Isoform 1 of Contactin-4 precursor |
IPI00178854 |
A |
39 |
* |
Isoform 1 of C-reactive protein precursor |
IPI00022389 |
A |
40 |
* |
Isoform 1 of Ficolin-3 precursor |
IPI00293925 |
A |
41 |
* |
Isoform 1 of Mannan-binding lectin serine protease 2 precursor |
IPI00294713 |
A |
42 |
* |
Isoform 1 of Multiple epidermal growth factor-like domains 8 |
IPI00027310 |
A |
43 |
|
Isoform 1 of Phosphatidylinositol-glycan-specific phospholipase D precursor |
IPI00299503 |
A |
44 |
|
ISOFORM 1 OF PHOSPHOLIPID TRANSFER PROTEIN PRECURSOR |
IPI00643034 |
A |
45 |
* |
Isoform 1 of Plexin domain-containing protein 2 precursor |
IPI00044369 |
A |
46 |
* |
Isoform 1 of Probable helicase senataxin |
IPI00142538 |
A |
47 |
* |
Isoform A of Proteoglycan-4 precursor |
IPI00024825 |
A |
48 |
* |
Kallistatin precursor |
IPI00328609 |
A |
49 |
* |
Lipopolysaccharide-binding protein precursor |
IPI00032311 |
A |
50 |
|
Lithostathine 1 alpha precursor |
IPI00009027 |
A |
51 |
* |
Macrophage colony-stimulating factor 1 receptor precursor |
IPI00011218 |
A |
52 |
* |
MAN1A1 PROTEIN |
IPI00291641 |
A |
53 |
* |
MIMECAN PRECURSOR |
IPI00025465 |
A |
54 |
|
MUCIN-5B PRECURSOR |
IPI00384897 |
A |
55 |
* |
Multimerin-2 precursor |
IPI00015525 |
A |
56 |
* |
Myocilin precursor |
IPI00019190 |
A |
57 |
|
Myoglobin |
IPI00217493 |
A |
58 |
|
Neurexin 3-alpha |
IPI00216728 |
A |
59 |
* |
Nidogen-2 precursor |
IPI00028908 |
A |
60 |
* |
PEPTIDYL-PROLYL CIS-TRANS ISOMERASE C |
IPI00024129 |
A |
서열번호 |
혈장 프로테옴에서 검출 |
단백질명 |
IPI accession number |
비고(**) |
61 |
|
Phosphatidylethanolamine-binding protein 1 |
IPI00219446 |
A |
62 |
* |
Pregnancy zone protein precursor |
IPI00025426 |
A |
63 |
|
Protein DJ-1 |
IPI00298547 |
A |
64 |
|
Pseudogene candidate |
IPI00454869 |
A |
65 |
|
Rho GDP-dissociation inhibitor 2 |
IPI00003817 |
A |
66 |
* |
Serpin B4 |
IPI00010303 |
A |
67 |
* |
SUPEROXIDE DISMUTASE [MN], MITOCHONDRIAL PRECURSOR |
IPI00022314 |
A |
68 |
* |
Thioredoxin |
IPI00216298 |
A |
69 |
* |
Thyroxine-binding globulin precursor |
IPI00292946 |
A |
70 |
|
TRIOSEPHOSPHATE ISOMERASE 1 VARIANT |
IPI00465028 |
A |
71 |
* |
UNCHARACTERIZED PROTEIN C7ORF24 |
IPI00031564 |
A |
72 |
|
V1-17 protein |
IPI00045547 |
A |
73 |
|
V1-5 protein (Fragment) |
IPI00553215 |
A |
74 |
* |
von Willebrand factor precursor |
IPI00023014 |
A |
75 |
|
WSB-1 ISOFORM |
IPI00383777 |
A |
76 |
|
10 kDa protein |
IPI00740756 |
C |
77 |
|
25 kDa protein |
IPI00448800 |
C |
78 |
* |
272 KDA PROTEIN |
IPI00219299 |
C |
79 |
|
330 kDa protein |
IPI00163866 |
C |
80 |
|
3'-5' exoribonuclease CSL4 homolog |
IPI00032823 |
C |
81 |
|
ACF7 PROTEIN |
IPI00183169 |
C |
82 |
|
Actin, aortic smooth muscle |
IPI00008603 |
C |
83 |
* |
ATP-binding cassette, sub-family A, member 2 isoform a |
IPI00307592 |
C |
84 |
|
BONE MORPHOGENETIC PROTEIN RECEPTOR TYPE IA PRECURSOR |
IPI00005731 |
C |
85 |
|
CDNA: FLJ21459 fis, clone COL04714 |
IPI00001606 |
C |
86 |
* |
CENTROMERE PROTEIN F |
IPI00027157 |
C |
87 |
|
CRYPTOCHROME-1 |
IPI00002540 |
C |
88 |
* |
Dpy-19-like protein 1 |
IPI00007461 |
C |
89 |
* |
EXOCYST COMPLEX COMPONENT 8 |
IPI00028264 |
C |
90 |
|
ISOFORM 1 OF ALANINE AMINOTRANSFERASE 2 |
IPI00152432 |
C |
서열번호 |
혈장 프로테옴에서 검출 |
단백질명 |
IPI accession number |
비고(**) |
91 |
* |
ISOFORM 1 OF GRIP AND COILED-COIL DOMAIN-CONTAINING PROTEIN 2 |
IPI00005631 |
C |
92 |
|
ISOFORM 1 OF PROBABLE E3 UBIQUITIN-PROTEIN LIGASE HERC4 |
IPI00333067 |
C |
93 |
|
ISOFORM 1 OF TRANSFORMATION/TRANSCRIPTION DOMAIN-ASSOCIATED PROTEIN |
IPI00069084 |
C |
94 |
|
Isoform 1 of Uncharacterized protein C9orf84 |
IPI00658203 |
C |
95 |
* |
ISOFORM 2 OF CROSSOVER JUNCTION ENDONUCLEASE EME1 |
IPI00073193 |
C |
96 |
* |
ISOFORM 4 OF NESPRIN-1 |
IPI00247295 |
C |
97 |
* |
Junctional adhesion molecule A precursor |
IPI00001754 |
C |
98 |
* |
Mucin 5 (Fragment) |
IPI00103397 |
C |
99 |
* |
POTASSIUM/SODIUM HYPERPOLARIZATION-ACTIVATED CYCLIC NUCLEOTIDE-GATED CHANNEL 1 |
IPI00031506 |
C |
100 |
* |
PROTEIN BASSOON |
IPI00020153 |
C |
101 |
|
SIMILAR TO GENERAL TRANSCRIPTION FACTOR II-I REPEAT DOMAIN-CONTAINING PROTEIN 1 (GTF2I REPEAT DOMAIN-CONTAINING PROTEIN 1) (MUSCLE TFII-I REPEAT DOMAIN-CONTAINING PROTEIN 1) (GENERAL TRANSCRIPTION FACTOR III) (SLOW-MUSCLE-FIBER ENHANCER BINDING PRO |
IPI00736974 |
C |
102 |
|
Structural maintenance of chromosomes protein 1B |
IPI00479260 |
C |
103 |
|
Thyroid hormone receptor-associated protein 2 |
IPI00400834 |
C |
104 |
|
UNCHARACTERIZED PROTEIN C22ORF30 |
IPI00643747 |
C |
105 |
* |
Utrophin |
IPI00009329 |
C |
*: 혈장 프로테옴에서 검출됨
**:
A - 알부민/IgG 제거된 PDR 샘플에서만 발현(도 4의 C의 벤다이어그램 참조)
B - 알부민/IgG 제거된 PDR 샘플 및 비-알부민/IgG 제거된 PDR 샘플 모두에서 발현(도 4의 C의 벤다이어그램 참조)
C: 비-알부민/IgG 제거된 PDR 샘플에서만 발현(도 4의 C의 벤다이어그램 참조)
본 명세서에서, "서열번호 1 내지 105의 아미노산 서열로 이루어진 단백질로부터 1종 이상 선택된 단백질"이라 함은 서열번호 1 내지 105의 아미노산 서열 중에서 1종 이상 선택된 아미노산 서열을 가지는 단백질(들)을 말하며, 상기 "단백질(들)" 이라 함은 각각의 서열번호 1 내지 105의 아미노산의 전서열(full sequence) 뿐만 아니라, 그의 단편(fragments)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
상기 본 발명의 바이오 마커 조성물은 인간의 조직 또는 체액 등의 검체에서 서열번호 1 내지 105의 아미노산 서열을 갖는 단백질을 검출하는데 사용할 수 있다. 특히 인간의 혈액이나 뇨를 검체로서 사용하는 경우 윤리성의 문제를 회피할 수 있으므로, 본 발명의 바이오 마커 조성물은 혈장 중에도 특이적으로 과량 발현되는 단백질을 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 PDR 검출용 바이오 마커 조성물은 혈장 중에도 특이적으로 과량 발현되는 것으로 밝혀진 단백질 즉, 서열번호 4, 5, 8, 15, 19, 27, 30, 32, 33, 36, 38, 39, 40, 41, 42, 45, 46, 47, 48, 49, 51, 52, 53, 55, 56, 59, 60, 62, 66, 67, 68, 69, 71, 74, 78, 83, 86, 88, 89, 91, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 및 105의 아미노산 서열로 이루어진 단백질로부터 1 종 이상 선택된 단백질을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바이오 마커 조성물에 있어서, 바이오 마커의 검출은 인간의 조직 또는 체액으로부터 이차원(2-D) 전기영동으로 바이오 마커 단백질의 존재를 직접 검출하거나, 인간의 조직 또는 체액을 본 발명의 항체와 접촉시켜 항원항체반응을 통해 바이오 마커 단백질의 존재를 간접적으로 확인함으로써 수행할 수 있다. 항원항체반응으로서, 면역분석법은 효소면역측정법 (ELISA, Coated tube), 항체결합 마그네틱 입자를 이용한 마그네틱 입자법, 항체결합 라텍스를 이용한 라텍스 입자법 등을 포함한다.
본 발명은 서열번호 1 내지 105의 아미노산 서열로 이루어진 단백질로부터 1 종 이상 선택된 단백질과 특이적으로 결합하는 분자를 포함하는, 당뇨병성 망막병증(proliferative diabetic retinopathy) 진단 키트를 포함한다.
상기 분자는 상기 단백질에 특이적으로 결합하는 항체, 기질, 리간드, 또는 보조인자(cofactor)일 수 있으며, 바람직하게는 폴리클로날 또는 모노클로날 항체, 더욱 바람직하게는 모노클로날 항체이다.
폴리클로날 항체는 당업자에 알려진 방법에 따라 면역원인 바이오 마커 단백질 또는 그 단편을 외부 숙주에 주사함으로써 제조될 수 있다. 외부 숙주는 마우스, 래트, 양, 토끼와 같은 포유동물을 포함한다. 면역원은 근내, 복강내 또는 피하 주사방법으로 주사되며, 일반적으로 항원성을 증가시키기 위한 보조제(adjuvant)와 함께 투여된다. 외부숙주로부터 정기적으로 혈청을 채취하여 향상된 역가 및 항원에 대한 특이성을 보이는 혈청을 수거하거나 이로부터 항체를 분리정제한다.
모노클로날 항체는 당업자에 알려진 융합에 의한 불멸화된 세포주 생성기술(Koeher and Milstein (1975) Nature, 256:495))에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 서열번호 1 내지 105의 아미노산 서열을 갖는 단백질을 마우스에 면역화시키거나 펩타이드를 합성하여 소혈청 알부민과 결합시켜 마우스에 면역화시킨다. 마우스에서 분리된 항원-생산 B 임파구를 인간 또는 마우스의 미엘로마와 융합하여 불멸화된 하이브리도마를 생성하며, 이 하이브리도마 세포를 가지고 간접적인 엘라지져(ELISA)방법을 사용하여 모노클노날 항체의 생성여부를 알아보고 양성 클론을 택하여 배양한 후 항체를 분리정제하거나 쥐의 복강에 주입한 후 복수를 채취함으로써, 모노클로날 항체를 제조할 수 있다.
상기한 바와 같이, 인간의 혈액이나 뇨를 검체로서 사용하는 경우 윤리성의 문제를 회피할 수 있으므로 본 발명에 따른 진단 키트는 혈장 중에도 특이적으로 과량 발현되는 단백질과 특이적으로 결합하는 분자를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 단백질은 서열번호 4, 5, 8, 15, 19, 27, 30, 32, 33, 36, 38, 39, 40, 41, 42, 45, 46, 47, 48, 49, 51, 52, 53, 55, 56, 59, 60, 62, 66, 67, 68, 69, 71, 74, 78, 83, 86, 88, 89, 91, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 및 105의 아미노산 서열로 이루어진 단백질로부터 선택될 수 있다.
또한, 본 발명의 진단 키트는 검체로서 혈액 또는 뇨(urine)를 바람직하게 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명이 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예
1. 시험방법
(1) 환자 및 유리체 수거
황반 부위를 포함한 견인성 망막 박리(tractional retinal detachment) 수술 과정에서, 8명의 PDR 환자의 눈으로부터 2-DE 시험용 비희석된 유리체 샘플 및 11명의 PDR 환자의 눈으로부터 LC-MS/MS 시험용 비희석된 유리체 샘플을 얻었다. 넓은 망막 부위에서 활성 혈관신생 막을 나타내는 환자만을 포함시켰으며, 육안 유리체 출혈(gross vitreous hemorrhage) 또는 최근의 유리체 출혈 병력, 이전의 안구 수술(백내장 수술을 포함), 또는 포도막염과 같은 다른 안구 질환을 갖는 환자들은 배제하였다. 비-당뇨병 환자로부터의 대조군 샘플을 얻기 위하여, 작은 특발성 황반(idiopathic macular hole, MH)을 갖는 14개의 안구로부터 유리체 샘플을 얻었다 (표 2 참조).
샘플 세트 (환자 수) |
평균 나이 (범위) |
평균 농도: μg/μl (범위) |
2-DE 용 PDR (n=8) |
62.5 (37-72) |
5.6 (3.3-7.5) |
LC-MS/MS 용 PDR (n=11) |
56.0 (52-73) |
6.4 (2.6-9.7) |
LC-MS/MS 용 MH (n=14) |
63.0 (45-71) |
0.43 (0.10-1.21) |
MH는 유리체 중심 견인(vitreofoveal traction)의 결과로 진행되는 것으로 나타나는 것으로 알려져 있으므로, MH 유리체 샘플은 비-당뇨병 대조군으로 간주하였다. 경비한 병리학적 증상으로 인한 기타의 안구 질환을 갖는 환자도 또한 배제하였다. 서울 대학교 의과대학의 기관윤리위원회에 의해 승인된 프로토콜에 따라, 모든 환자는 본 연구에 참여하기 전에 설명후 동의(informed consent)를 받았다. 본 연구에 사용된 모든 프로토콜은 헬싱키 선언(Declaration of Helsinki)의 내용에 충분히 따른 것이다.
비희석된 유리체 샘플(0.5 - 0.8 ml)을 Millennium microsurgical system (Bausch & Lomb, Rochester, NY)을 사용하여 수행된 국부 평면 유리체절제술(pars plana vitrectomies)의 초기에 얻었다. 안압을 유지하기 위하여, 공막(sclera)을 만입시키면서(indented) 유리체를 1.0 ml 시린지에 연결된 유리체 커터(vitreous cutter)로 천천히 제거하였다. 수확된 유리체 샘플을 시험관에 모으고, 즉시 얼음에 넣고, -70 ℃에 보관하였다.
(2) 유리체 샘플의 준비
PDR 및 MH 대조군 샘플을 로딩된 모든 샘플이 완전히 필터를 통과할 때까지 0.22 μm GV DURAPORE filter (Millipore company, Carrigtwohill, Co. Cork, Ireland)을 사용하여 15,000 g로 여과/원심분리하였다. 단백질 농도는 Bio-Rad protein assay reagents (Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA)를 사용하여 측정하였다. PDR 샘플의 단백질 농도는 대조군의 단백질 농도에 비하여 높았다 (약 10 배 높다; PDR 샘플 2.0∼10.0 μg/μl, 대조군 샘플 0.1∼1.2 μg/μl). PDR 및 MH 환자로부터 얻은 상기 여과/원심분리된 유리체 샘플을 수거한 후, PDR 및 대조군 MH 환자로부터 얻은 각각의 샘플 500 μl을 2-DE 및 LC-MS/MS 시험을 위하여 각각 혼합(pooling)하였다.
(3) 비-IS-제거된 PDR 샘플의 2차원 겔 전기영동
혼합된 PDR 유리체 샘플 100 μl 중의 단백질 약 560 μg을 TCA/아세톤 침전시켰다. 5배 용적의 10 mM DTT를 함유하는 아세톤 중의 10% TCA를 유리체 용액에 가하고, -20 ℃에서 4 시간 동안 저장하고, 28,000 g로 10 분 동안 원심분리한 후, 상등액을 제거하였다. 5배 용적의 차갑게 냉각시킨(ice-cold) 아세톤을 상기 침전물에 가하고, 상등액을 제거하여 잔류 TCA를 제거하였다. 얻어진 펠렛을 진공(speed vacuum)을 사용하여 건조한 후, 250 μl 재수화 완충액 [7 M 우레아, 2 M 티오우레아, 2% CHAPS, 60 mM DTT 및 0.5% (v/v) 파말라이트(pharmalyte), (pH 3-10)]에 현탁시켰다. 재수화 용액 중의 펠렛화된 유리체 단백질의 농도는 약 2 μg/μl (약 25%의 계산손실(calculated loss))이었다. 프리-캐스트 고정 pH 구배 스트립(Pre-cast immobilized pH gradient strips) (IPG strips, 13 cm, pH 4-7, linear, Amersham Biosciences, Uppsala, Sweden)를 재수화 완충액을 사용하여 카세트 내에서 밤새(12 hr) 재수화시켰다. IEF 접시 상에서 IPG 스트립을 정렬시킨 후, 전압을 단계적으로(incrementally) 증가시켰다. 처음에는 500 V를 1 시간 동안 가하였고, 이후 1000 V를 1 시간 동안, 최종적으로 8000 V를 14,500 VHr로 가하였다. IPG 스트립을 30 분 동안 환원 용액 (50 mM TrisHCl, pH 8.8, 6 M 우레아, 30% (v/v) 글리세롤, 2% (w/v) 소듐 도데실 설페이트, 1% (w/v) DTT) 중에서 30분 동안, 및 알킬화 용액 (DTT 대신 2.5% (w/v) 아이오도아세트아미드가 치환된 것을 제외하고는 상기 환원 용액과 동일) 중에서 30 분 동안 평형시켰다. 표준 SDS-PAGE 프로토콜 및 SE 600 Ruby gel unit (GE Healthcare, Uppsala, Sweden)를 사용하여 10% 폴리아크릴아미드 겔을 사용하여 SDS-PAGE를 수행하였다. 얻어진 겔을 실버 염색 용액으로 염색하였다. 2-DE 시험을 3회 수행하여 일치되게 검출되는 스팟을 얻었다.
(4) IS-제거된 PDR 샘플의 2 차원 겔 전기영동
12개의 대량 단백질(high abundance proteins)을 면역친화성 제거(immunoaffinity subtraction, IS) 시스템 (Beckman Coulter ProteomeLab IgY-12 column, Beckman Coulter, Fullerton, CA)을 사용하여, 제조자 지침서에 따라 PDR 유리체 샘플로부터 제거하였다. 상기 12개의 단백질은 다음과 같다: 인간 혈청 알부민(human serum albumin), IgG, 피브리노오겐, 트랜스페린(transferrin), IgA, IgM, HDL (apo A-I, apo A-II), 햅토글로빈(haptoglobin), α1-안티트립신(α1-antitrypsin), α1-산 글라이코프로틴(α1-acid glycoprotein), 및 α2-마크로글로불린(α2-macroglobulin). 600 μg의 PDR 유리체 단백질을 IgY-12에 6번(컬럼 수용능력 때문) 로딩하였다. 대량 단백질(high abundance proteins)은 항체 수지에 결합되므로, 통과(flow-through) 분획에서 미량 단백질(low abundance proteins)을 얻고, 제조자 지침서에 따라 스트립핑 완충액을 사용하여 회수하였다. Slide-A-Lyzer 3.5K dialysis cassettes kits (PIERCE, Rockford, IL)를 사용하여, 증류수 2 리터에 대하여 3회 투석함으로써 투과 및 결합 분획 중의 펩타이드를 탈염시켰다. 이후, Amicon Ultra-4 10,000 (MILLIPORE, Bedford, MA)를 사용하고, 5 ml의 재수화 완충액을 사용하여 완충액 교환을 수행하였다. 상기에서 얻어진 두 개의 샘플(미량 및 대량 단백질)을, 상기에서 언급한 바와 같이, 2-DE로 각각 분리 및 시각화하였다. 2-DE 시험을 3회 수행하여 일치되게 검출되는 스팟을 얻었다.
(5) 겔내(In-gel) 트립신 소화
잘라낸 겔 조각들을 30 mM 포타슘 페리시아나이드/100 mM 소듐 티오설페이트중에서 탈-염색시키고, 페리시아나이드의 노란색이 완전히 없어질 때까지 150 μl의 증류수로 수회 린스하였다. 이들이 불투명한 흰색으로 변할 때까지 100% 아세토니트릴로 탈수하고, 100 mM 암모늄 바이카르보네이트로 투명할 때까지 재수화시켰다. 이러한 탈수 및 수화 과정을 3회 반복하고, 100% 아세토니트릴 중에서 단회 탈수시켰다. 상기 겔 조각을 진공 원심분리로 건조시키고, 4 ℃에서 45 분 동안 소화 완충액(50 mM 암모늄 바이카르보네이트 중에 0.01 μg/μl의 농도로 변형된 포크린(porcine) 트립신 함유, (Promega, Madison, WI)) 중에서 재수화시켰다. 과량의 상등액을 제거하고, 겔 조각을 밤새(16 시간) 37 ℃에서 30 μl의 50 mM 암모늄 바이카르보네이트(NH4HCO3) 중에 담갔다. 절단된 펩타이드를 함유하는 상기 용액을 새로운 시험관에 옮겼다.
(6) 2-DE를 위한 팹타이드 매스 핑거프린팅(Peptide mass fingerprinting )
Self-pack poros 20 R2 (Applied Biosystems, Foster City, CA) 수지를 GEloader 팁 (Eppendorf AG, Hamburg, Germany) 내부에 충진하고, 팁의 말단을 꼬아 충진된 수지가 약 2 mm 길이가 되도록 하였다. 트립신-소화된 펩타이드를 상기 수지에 결합시키고 0.1% 트리플루오로아세트산(Trifluoroacetic Acid, TFA)으로 세척하였다. 결합된 펩타이드들을 1 μl의 샘플 매트릭스(70% ACN 및 0.1% TFA 중의 5 mg/ml의 α-시아노-4-히드록시 신남산 용액)으로 용리시켰다. 용리된 펩타이드를 196 웰 MALDI 플레이트에 스팟팅하였다. 4700 프로테오믹스 분석기(4700 proteomics analyzer) (Applied Biosystems, Foster City, CA)을 MS 모드로 사용하여 펩타이드 매스 핑커프린팅(eptide mass fingerprinting, PMF)에 의해 단백질을 동정하였다. 상기 장비는 4700 cal mix (Applied Biosystems, Foster City, CA)를 사용하여 캘리브레이션하였으며, 상기 4700 cal mix는 des-Arg-Bradykinin (monoisotopic mass: 904.4681), 안지오텐신 I (monoisotopic mass: 1296.6853), Glu-Fibrinopeptide B (monoisotopic mass: 1570.6774), ACTH (1-17 clip, monoisotopic mass: 2093.0867), ACTH (18-39 clip, monoisotopic mass: 2465.1989) 및 ACTH (7-38 clip, monoisotopic mass: 3657.9294)을 함유한다. 355 nm 및 200 Hz에서 고정된 강도(intensity) Nd:YAG laser의 3,000 shots를 사용하여 MS 데이터를 얻었다.
(7) 2-DE용 PMF 데이터 분석
GPS explorer software v3.5 및 MASCOT v1.9 (Matrix Science, Boston, MA)을 데이터베이스 검색 엔진으로 사용하여 2-DE로부터 얻은 겔내(in-gel) 소화된 펩타이드 샘플에 대한 PMF 프로테오믹 검색을 수행하였다. 최소 S/N은 10으로 맞추고, 검색 중 다음 오염(contaminant) 피크는 제외시켰다: 842.4, 870.5, 856.5, 771.1, 1794.8, 1475.7, 1993.9, 1383.6, 2211.1, 2705.1, 3338.8, 886.9, 893.0. 절단되지 않은 반응부위는 프로테아제로서 트립신에 대해서는 1로 맞추고, 프리커서 전하는 +1에서 맞추었다. 허용되는 펩타이드 변경(differential peptide modifications)은 시스테인의 카르브아미도메틸화(carbamidomethylation) 및 메티오닌의 산화였다. 얻어진 질량 값을 NCBInr 데이터베이스(updated 20th Feb, 2007) 상에서, 150 ppm의 펩타이드 매스 톨러런스(peptide mass tolerance)를 가지고 검색하였다. 컨피던스 인덱스(Confidence Index, C.I.) >95% 를 갖는 동정된 단백질만을 수용하였다.
(8) LC-MALDI-MS/MS 분석에 의한 나도 LC 분리 및 단백질 동정
11 명의 PDR 환자로부터 얻은 알부민/IgG 제거된 PDR 샘플, 11 명의 동일한 환자로부터 얻은 비-알부민/IgG-제거된 PDR 샘플, 및 14 MH 환자로부터 얻은 대조군 샘플(Table 1)을 풀링하고, SDS-PAGE 겔 (10% 겔) 상에 로딩하였다. 각 샘플 세트(알부민/IgG 제거된 PDR, 비-제거된 PDR 및 비-제거된 대조군)의 1 mg을 두개의 레인에 로딩하였다 (각각 500 μg, Fig. 3A). 상기 알부민/IgG 제거된 PDR 샘플은 SDS-PAGE에 로딩하기 전에 ProteoExtract albumin/IgG removal kit (Calbiochem, San Diego, CA)를 사용하여 PDR 샘플중에서 알부민 및 IgG을 제거하여 준비하였다. 은 염색 후, 겔을 16 조각으로 자르고, 각각의 조각을 상기한 바와 같이 겔내 소화시켰다. 소화된 펩타이드를 진공-건조시키고 물 중의 0.1% TFA 또는 0.1% 포름산 중에서 분해하였다. 이들을 탈염시키고, ZiptipC18 Pipette Tip (Millipore, MA)을 사용하여 농축하였다.
사용된 나노 LC 시스템은 MALDI-TOF/TOF (off-line LC-MALDI-MS/MS)에 오프-라인(off-line) 커플링된 Ultimate 3000 unit (Switchos and Probot, Dionex, Amsterdam)이다. 상기 시스템은 μ-Precolumn Cartridge (300 um i.d. × 5 mm, C18 pepmap100, 5 μm, 100 A, Dionex, Amsterdam) 및 역상 나노 시리스 컬럼reverse phase nano series column (75 μm i.d. × 15 cm long column, C18 PepMap100, 3 μm, 100Å, Dionex)이 장착되어 있다. 초기에, 상기 트립신에 의해 생성된 펩타이드 단편을 20 μl의 0.1% TFA에 용해시키고, 20 μl 샘플 루우프가 장착된 자동주입기(autosampler)를 사용하여 나노 LC 시스템으로 주입하였다. 주입은 10 μl 주입 용량을 사용하여 부분 루우프 모드(partial loop mode)로 수행하였다. 상기 트립신에 의해 생성된 펩타이드 단편은 초기에 프리컬럼(precolumn)에 트랩(trap)되고, 이 후 0.05% TFA로 0.030 ml/min으로 5 분 동안 세척된다. 결합된 펩타이드를 함유하는 상기 프리컬럼은 밸브 스위치를 사용하여 15 cm 나노 컬럼에 연결된다.
펩타이드 단편을 용리시키는 이동상(mobile phase)은 물 중의 0.05% TFA, 5% 아세토니트릴(용액 A) 및 물 중의 0.04% TFA, 80% 아세토니트릴(용액 B)로 구성되었다. 이동상 조성을 용액 B 0에서 50%로 30 분 동안 증기시킴으로써 용액 지수적 구배 용리(Exponential gradient elution)를 수행하였다. 상기 구배를 90% B로 5분 동안 경사지게 하고 0% 용액 B로 20분 동안 거꾸로 경사지게 하여 다음 조작을 위해 상기 컬럼을 평형화시켰다. 총 조작 시간(run time)은 60 분이었다. 상기 구배를 300 nl/min로 실온에서 상기 나노 컬럼에 적용하였다. 용리는 214 nm에서 UV 흡광도로 모니터하였다. 분획화된 펩타이드를 Probot system (Dionex)를 사용하여 스팟 당 20 초로 144 well MALDI plate에 스팟팅하였다. 상기 MALDI plate 상에 스팟팅할 때, 0.976 μl/min 속도로 상기 이동상과 매트릭스 용액(36.0%의 메탄올, 56.0%의 아세토니트릴 및 8.0% 증류수 중의 6.2 mg/ml의α-시아노-4-히드록시 신남산(Agilent Technologies, Santa Clara, CA))을 혼합하였다. 펩타이드 질량 값을 상기 2-DE 분석 및 4700 분석기에 대하여 언급된 파라미터를 사용하여 분석하였다. 10을 초과하는 S/N 비율을 갖는 상기 15개의 가장 강한 펩타이드를 MS/MS에 적용하였다. 충돌 에너지는 1 kV에 맞추었고, 충돌 가스는 공기였다. GPS 익스플로러 소프트웨어(v3.5) 및 MASCOT 검색 엔진(v1.9)을 사용하고, 2-DE PMF 분석을 위해 사용한 동일한 파라미터(피크 필터링 없이)를 사용하여 MS/MS 분석을 수행하였다. Human International Protein Index (IPI) 단백질 서열 데이터베이스에 대하여 검색을 수행하였으며, 알려진 오염물 (IPI versions 3.24, www.ebi.ac.uk/IPI/)에 대한 검색을 포함시켰다. 'dat' 파일 연장(extension)을 갖는 LC-MALDI-MS/MS 분석으로부터 얻어진 MASCOT 검색 결과는 추가의 검증(validation)을 위하여 웹(http://www.proteomecenter.org/)상의 지시서에 따라, Trans-Proteomic Pipeline (TPP)를 사용하여 pepXML 파일로 변환시켰다.
(9) 나노 LC 분리 및 LC-ESI-MS/MS에 의한 단백질 동정
MALDI 이온화 및 MASCOT 알고리즘에 근거한 LC-MALDI-MS/MS 방법과 대조적으로, LC-ESI-MSMS 결과는 ESI 이온화 및 SEQUEST 알고리즘에 근거한다. 따라서, SDS-PAGE 겔로부터 얻은 겔내 소화된 펩타이드 샘플의 다른 반을 나노 LC-ESI-MS/MS를 사용한 단백질 동정에 사용하였다.
공간 전하 제한을 피하기 위한 자동 게인 대조군(automatic gain control)이 장착된 Thermo Electron model LTQ electrospray ionization linear single-quadrupole ion trap mass spectrometer (Thermo Fisher Scientific, Inc. Waltham, MA)에 binary Agilent nanoflow 1200 series HPLC system (Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA)을 직접 커플링시켰다. 10 μl의 수성 포름산 중의 겔내 소화된 펩타이드(0.1%)를 상기 나노 LC-ESI-MS/MS 장비에 주입하였다. 펩타이드를 역상 컬럼 크로마토그래피에 의해 분리시키고, 12 cm × 75 um capillary column packed in-house (Magic C18aq, Michrom Bioresources, Inc., Auburn, CA)에 헬륨 가압 셀을 사용하여 로딩하였다. 90% 용매 A (H2O 중의 포름산 0.1%)에서 40% 용매 B (아세토니트릴 중의 포름산 0.1%)를 사용하여 250 nl/min으로 120 분 동안 프로테옴 샘플의 구배 용리를 수행하였다. 교차 오염을 피하기 위하여 샘플 조작 사이에서 블랭크 조작(blank run)을 수행하였다.
300-2000 m/z로부터 3개 데이터-의존 MS/MS 스캔에 의해 MS 검사 스캐닝을 사용하였다 (분리 범위(isolation width) 2 m/z, 정상화된 충돌 에너지 35%, 다이나믹 익스클루젼 간격(dynamic exclusion duration) 30 초). 텐덤 질량 스펙트럼(tandem mass spectra)으로부터의 단백질 동정은 먼저 SEQUEST 검색 소프트웨어(Sequest cluster v3.2, MS 피크로부터 단백질 동정을 위한 초기 질량 톨러런스는 3 Da 이었고, MS/MS 피크로부터는 1 Da 이었다. 두 개의 잘못된 절단이 허용되었다)를 사용하여 상기한 MASCOT와 동일한 IPI 데이터베이스에 대하여 수행하였다. LC-ESI-MS/MS 분석(LTQ)에 근거한 SEQUEST 검색 결과는 TPP (http://www.proteomecenter.org/)를 사용하여 추가의 검증을 위해 pepXML 파일로 전환시켰다.
(10) Trans-Proteomic Pipeline을 사용한 필터링 검색
pepXML 형식의 MASCOT 및 SEQUEST으로부터 얻은 검색 결과 파일을 주어진 지침서(http://www.proteomecenter.org/)에 따라, TPP 내 PeptideProphet 및 ProteinProphet 모듈을 사용하여 가공하였다. MS/MS 분석에 의해 서열결정된 펩타이드는, 모든 서열결정된 펩타이드들에 대하여 이온 값(ion score), 동정 값(identity score), 상동성 값(homology score), MASCOT 결과의 경우 NTT, 및 SEQUEST 결과에 대한 Xcorr, dCn, Sp, NTT 등의 파라미터에 근거한 가능성(probability)을 할당하도록, PeptideProphet에 의하여 검증하였다. ProteinProphet는 이들 펩타이드들을 검증하였으며, 이들 펩타이드를 가장 포함할 것으로 예상되는 펩타이드들을 결정한다. PeptideProphet 및 ProteinProphet 모듈을 조작하기 위한 가능성 컷-오프는 각각 0.50 및 0.90로 맞추었다. pepXML을 생성하고, PeptideProphet 및 ProteinProphet에 의한 가능성 값(scoring probabilities)을 결정하는 모든 과정은 상기한 MASCOT 및 SEQUEST 데이터베이스에 대하여 수행되었다. ProteinProphet로부터의 최종 TPP 결과는 데이터 결합(merging) 및 비교를 위하여 Excel 파일로 보냈다. TPP에 의한 처리에 의해 단백질 목록 중에서 높은 가능성 및 감소된 과잉성(redundancy)를 갖는 단백질을 구성하는 한정된(definite) 유리체 프로테옴 프로파일을 결정할 수 있다.
(11) 유전자 온톨로지 주석(gene ontology annotation)을 위한 처리
IPI accession numbers는 IPI 데이터베이스에서 매치된 접근 번호를 검색함으로써 Uniprot accession numbers (Swiss-prot numbers 또는 TrEMBL numbers)로 번역하였다. 유전자 온톨로지(gene ontology, GO)는 QuickGO web tool (http://www.ebi.ac.uk/ego/)를 사용하여 Uniprot 번호로 할당되었다. 각각의 Uniprot 번호는 세 개의 카테고리 즉, 생물학적 과정, 기능, 및 성분으로 할당되었다. 상세한 GO 주석으로부터 야기되는 복잡성을 피하기 위하여, GO slim (level 3)을 적용하였다. 단일의 단백질이 몇 가지 과정, 기능, 또는 성분에 의해 주석될 경우, 모든 상기 주석은 데이터 서술(representation)에 여분으로 반영시켰다.
2. 결과 및 고찰
(1) 2차원 겔 전기영동에 의한 PDR 유리체액(vitreous humor)으로부터의 단백질 동정
IgY-12 컬럼은 종래에 인간 또는 영장류의 생물학적 체액으로부터 12개의 대량 단백질(high abudant proteins)을 제거하는데 사용되어 왔다. 유사하게, PDR 유리 샘플들을 IgY-12 컬럼을 사용하여 처리하였으며, 이어서 얻어진 대량 및 소량 단백질 (high and low abudant proteins) 분획을 2-DE에 적용하였다. 47개 스팟을 소량 단백질(low abudant proteins) 겔로부터 얻었으며, 6 개의 스팟이 NCBInr 데이터베이스에 매치되었고(12.8%), 5개의 프로틴이 동정되었다 (도 2 참조). 116개 스팟을 대량 단백질(high abudant proteins) 겔로부터 얻었으며, 87 개가 데이터베이스에 매치되었고(75.0%), 25개의 프로틴이 동정되었다 (도 2 참조). 또한, 본 발명자들은 면역친화성 제거(immunoaffinity subtraction (IS))를 받지 않은 PDR 샘플에 대해서 2-DE를 수행하였다. 총 69개 스팟을 얻었으며, 54 개가 매치되었고 (78.3%), 28개 단백질이 동정되었다 (도 2 참조). 3개 샘플에서 동정된 단백질 목록으로부터 49 개 단백질을 동정하였다 (도 2 참조).
동정율(identification rate)은 소량 단백질(low abudant proteins) 겔에서 낮았다. 상기 47개의 스팟 중, 단지 6개가 NCBInr 데이터베이스에 매치되었다 (12.8%). 이는 겔내(in-gel) 소화 후의 낮은 농도의 스팟들 또는 소량 단백질(low abudant proteins)의 낮은 수율에 기인한 것일 수 있다. 그러므로, MH 유리체액 중의 상기 단백질 농도가 PDR 유리체액 중의 그것에 비해 대략 10분의 1이었기 때문에(MH 단백질 농도는 0.47 μg/μl이었으며, PDR 농도는 4.13 μg/μl이었다), 본 발명자들은 MH 대조군 샘플에서 IS를 수행하지 않았다. 따라서, 더 큰 샘플량이 얻어져야 하며, 더 민감한 기구(장비)가 MH 유리체(MH vitreous)중의 소량 단백질(low abudant proteins)을 동정하기 위해 사용되어야 한다.
소량 (low abudant) PDG 겔 중에서 동정된 5개의 단백질 중, 단지 2개의 단백질(hemopexin and ARL6IP4)만이 소량(low abudant) PDR 겔에서 검출되었으나(도 2) 다른 두 겔들(대량(high abundance) PDR 겔 및 비-IS-처리 PDR 겔)에서는 검출되지 않았다. 어떠한 새로운 단백질도 소량 (low abudant) PDR 프로틴 겔에서 동정되지 않았으나, 소량 (low abudant) PDR 단백질의 2-DE 겔 이미지는 비-IS-처리된 PDR 단백질들의 그것과 달랐으며, 이는 더욱 낮은 그 방법의 검출 한계를 갖는 풍부한(enriched) 분획에서 더욱 소량의(low abudant) 단백질이 동정되었을 가능성을 시사한다.
(2) 나노 LC-MALDI-MS/MS를 사용한 유리 단백질의 동정
PDR 및 대조군 MH 샘플 중의 소량 단백질(low abudant proteins)을 검출하기 위하여, 본 발명자들은 오프-라인(off-line) 나노 LC-MALDI-MS/MS를사용하여 나노 LC 분획화 및 단백질 동정을 수행하였다.
IS-제거된 PDR 샘플 중의 대량 단백질(high abudant proteins)의 2-DE 겔 패턴은 대응되는 비-IS-제거된 PDR 샘플에서의 그것과 유사했으며, 이는 대량 단백질(high abudant proteins)이 유래체액 중의 대부분의 단백질임을 암시한다. 그러므로, 본 발명자들은 제거된 PDR 유리 샘플을 준비하기 위하여 상대적으로 낮은 제거 방법을 사용하기로 결정하였으며, 즉 나노 LC-MALDI-MS/MS를 위한 PDG 샘플을 제거하기 위하여, 본 발명자들은 Calbiochem kit를 사용하여 두 개의 가장 풍부한 단백질, 즉 알부민 및 IgG만을 제거하였다.
제조된 PDR, 알부민/IgG 제거된 PDR, 및 대조군 MH 유리 샘플을 SDS-PAGE 겔에서 올리고, 겔들을 공평하게 16개의 분획으로 잘랐다 (도 3의 A). 겔내(in-gel) 트립신 소화 후, 0.1% TFA 용액 20 μl 중의 단백질을 오토샘플러가 장착된 나노 LC에 20 μl 샘플 루우프를 사용하여 주입하였다. 주입된 펩타이드에 대하여 16 회 나노 LC 분리를 수행하였으며, 각각의 나노 LC 조작은 교차 오염을 회피하기 위하여 블랭크 조작을 이어서 수행하였다. 나노 LC로부터 용리된 펩타이드들을 MALDI 표적 플레이트에 모아 (도 3의 B), MS/MS 모드로 분석하였으며 (도 3의 C 및 D), 검색 결과는 PeptideProphet 및 TPP 중의 ProteinProphet을 사용하여 다시 검증하였였다.
그 결과(도 4의 A), 54개의 단백질이 알부민/IgG 제거된 PDR 샘플에서 동정되었고, 49개가 비-제거된 PDR 샘플에서 동정되었다. 대조군 샘플에서, 50개의 단백질이 동정되었다. 총 83개의 단백질이 이들 세 개의 유리체 샘플에서 동정되었다. 상기 동정된 단백질의 벤다이어그램을 도 4의 A에 제공한다.
본 발명자들은 상기 2-DE 및 LC-MALDI-MS/MS 실험을 위해 NCBInr 데이터베이스 (updated 20th Feb, 2007) 및 IPI 데이터베이스 (v3.24)를 사용하여 데이터베이스 검색을 수행하였다. NCBInr 데이터베이스로부터 얻어진 결과는 포함되지 않았다 (데이터 미개시), 이는 데이터를 장황하고 복잡하게 하는 것을 방지하기 위함이다. 결과적으로, 본 발명자들은 실험적 효율성의 이유로 IPI 데이터베이스만을 사용했다.
(3) 나노 LC-ESI-MS/MS를 사용한 유리체 단백질의 동정
단백질 동정을 증가시키기 위하여, 본 발명자들은 보조 분석 플랫폼 즉, 나노 LC-ESI-MS/MS를 사용했다. 나노 LC-ESI-MS/MS 시험 결과(도 4의 B), 356개 단백질이 알부민/IgG 제거된 PDR 유리체액에서 동정되었으며, 136개 단백질이 비-제거된 PDR 유리체액에서 동정되었고, 335개 단백질이 대조군 MH 유리체 샘플에서 동정되었다. 총 518개 단백질이, LC-ESI-MS/MS를 사용하여, 비-제거된 PDR, 알부민/IgG 제거된 PDR, 및 대조군 MH 유리체 샘플에서 동정되었다 (도 4의 B). 518개 단백질 중 183개 단백질(벤다이어그램의 A, B, C)은 PDR 유리체에서만 존재하는 것으로 밝혀졌고, 115개 단백질(벤다이어그램의 G)은 대조군 유리체에서만 존재하는 것으로 밝혀졌다. 220개 단백질은 벤다이어그램의 중첩된 부위에 존재한다 (벤다이어그램의 D, E, F).
(4) LC-MALDI-MS/MS 및 LC-ESI-MS/MS로부터 동정된 단백질의 목록
이들 두 개의 상이한 이온화 방법(MALDI 및 ESI)을 사용하여 동정된 단백질을 합하여 집합적 유리체 프로테옴을 생성하였다. LC-MALDI-MS/MS에 의해 동정된 83개 단백질 및 LC-ESI-MS/MS에 의해 동정된 518개 단백질은 531개 단백질로 이루어진 합쳐진 유리체 프로테옴 프로파일을 생성하였다 (도 4의 C). 이들 두 개의 LC-MS/MS 실험으로부터 동정된 단백질 목록은 2-DE에 의해 동정된 모든 단백질들을 포함한다.
유리체액의 단백질체 프로파일은 혈청의 그것과 유사한 것을 제안되어 왔다 [24]. 그러나, 몇몇의 단백질은 유리체 샘플에 존재하는 것으로 보고된 바 있으며, 예를 들어, pigment epithelium-derived factor (PEDF), prostaglandin-D2 synthase, plasma glutathione peroxidase, 및 interphotoreceptor retinoid-binding protein (IRBP) [24] 들이며, 이들은 또한 본 연구에서도 검출되었다.
또한, 유리체에서 기존에 보고된 바 없는, 240개의 유리체 단백질들이 동정되었으며, 이들은 hepatocyte growth factor activator, kallistatin, thioredoxin, von Willebrand factor (vWF), Wnt inhibitory factor, chromogranin 및 secreted frizzled-related protein을 포함한다 (도 6a 내지 도 6g 참조). 또한, 이들 동정된 단백질들 중 몇몇은 인간의 혈장 프로테옴에서도 검출된 바 있다 (도 6a 내지 도 6g 참조). 동정된 상기 531개 유리체 단백질을, 9,504 혈장 단백질을 목록화한, HUPO PPP 협회 (Human Proteome Organization, Plasma Proteome Project)에 의해 생성된 혈장 프로테옴과 비교하였다 (http://www.bioinformatics.med.umich.edu/hupo/ppp). 상기 유리체 프로테옴 내의 531개 단백질 중, 304개는 혈장 중에서 발견된 바 없으며, 240개의 새롭게 검출된 유리체 단백질 중 132개는 혈장에서 발견된 바 없다.
특히, 벤다이어그램 중 위치 A, B, C 및 G (도 4의 C)는 PDR 또는 대조군에서만 검출되었던 단백질을 나타낸다. 185개 단백질이 PDR (도 4의 C의 A, B, 및 C)에서만 검출된 반면, 116개 단백질이 대조군(도 4의 C의 G)에서만 검출되었다.
(5) 유전자 온톨로지(Gene ontology, GO) 주석을 통한 유리체 단백질의 특성분석(Characterization)
도 6a 내지 도 6g의 동정된 단백질을 상위 수준의 유전자 온톨로지 (GO slim, level 3) (http://www.ebi.ac.uk/ego/)를 사용하여 주석하였다. GO 주석에 근거하여, 제거된 PDR, 비-제거된 PDR, 및 대조군 MH 샘플 중의 각각의 동정된 단백질에 대하여, 본 발명자들은 "생물학적 과정", "분자 기능", 및 "세포 성분"을 할당할 수 있었다. "분자 기능" 및 "세포 성분" 카테고리를 위하여, 동정된 단백질 대부분을 각각 "결합" 및 "세포외 부위"의 서브카테고리로 주로 선택했다 (데이터 미기재)
"생물학적 과정"의 카테고리 중 "면역 시스템 과정" 및 "자극에 대한 반응" 서브카테고리로 할당된 단백질의 수가 대조군 또는 제거된 PDR에서 보다 비-제거된 PDR에서 더 높았다(도 5)는 것 이외에, 놀랍게도, GO 주석의 패턴 관점에서, PDR 및 대조군 유리체 단백질 사이에서 유의성 있는 차이가 발견되지 않았다. 이는 다른 두 개의 샘플 세트보다 비-제거된 PDR이 더 많은 면역글로불린 및 보체 성분 종을 포함하는 것을 나타낼 수 있으며, 이는 "면역 시스템 과정" 및 "자극에 대한 반응"이 상기 두 개의 서브카테고리에 관련된 더욱 많은 단백질 생성물들을 함유하고 있기 때문이다. 선택적으로, 이들 두 개의 서브카테고리의 증가는 또한 PDR에서 증가된 혈관 투과성 또는 혈액-망막 장벽의 파괴의 결과인 것으로 또한 생각될 수 있다. 한편으로, 이러한 증가는 또한 제거된 PDR 샘플로부터 알부민 및 IgG가 실질적으로 제거되었다는 사실로부터 유추될 수 있다.
결론적으로, 상기 GO 주석 연구는 유리체에는 다양한 종류의 단백질이 존재하며, 이들은 망막 질병에 있어서의 생리학적 및 병리학적 변화 및 병리 증상에서 유리체 망막 상호작용을 반영할 수 있음을 나타낸다. PDR 및 MH 유리체 샘플에서의 단백질 농도가 10 배 상이할지라도, 두 샘플 중의 단백질 프로파일은 유사하며, 이는 GO 주석 프로파일 카테고리 "생물학적 과정"으로부터 알 수 있다 (도 5). 새로운 별개의 병인성 단백질이 생성되기 보다는 비-당뇨병성 유리체 단백질의 10 배 수준으로 단백질을 증가시키는 정도로, 대부분의 존재하는 유리체 단백질의 농도가 PDR 진행과 함께 증가하는 것을 생각할 수 있다.
3. 결론
상기 시험에서, 531 단백질이 유리체 프로테옴에서 동정되었으며, 415개 및 346개 단백질이 각각 PDR 및 대조군 MH 유리체 샘플에서 동정되었다. 동정된 531개 단백질 중, 240개 단백질이 본 시험에서 최초로 동정되었다. 또한, 새롭게 검출된 240개 단백질 중 132 단백질을 포함한, 상기 531 단백질 중 304개 단백질은 HUPO 혈장 프로테옴(http://www.bioinformatics.med.umich.edu/hupo/ppp)에 기재되어 있지 않다. 상기 단백질 목록은 또한 PDR 및 정상 유리체 샘플에 대한 가장 이해될 수 있는 프로테옴이며, 당뇨병성 망막병증과 같은 유리체망막 질환을 연구하는 자들을 위해 기초적인 정보를 제공한다.