KR102416509B1 - Polyacrylamide injection matrix for serial crystallography - Google Patents

Polyacrylamide injection matrix for serial crystallography Download PDF

Info

Publication number
KR102416509B1
KR102416509B1 KR1020200018216A KR20200018216A KR102416509B1 KR 102416509 B1 KR102416509 B1 KR 102416509B1 KR 1020200018216 A KR1020200018216 A KR 1020200018216A KR 20200018216 A KR20200018216 A KR 20200018216A KR 102416509 B1 KR102416509 B1 KR 102416509B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sample
polyacrylamide
pam
crystal
ray
Prior art date
Application number
KR1020200018216A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200099499A (en
Inventor
남기현
조윤제
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
포항공과대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고려대학교 산학협력단, 포항공과대학교 산학협력단 filed Critical 고려대학교 산학협력단
Publication of KR20200099499A publication Critical patent/KR20200099499A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102416509B1 publication Critical patent/KR102416509B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G01N23/043Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material using fluoroscopic examination, with visual observation or video transmission of fluoroscopic images
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F20/00Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride, ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F20/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms, Derivatives thereof
    • C08F20/52Amides or imides
    • C08F20/54Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide
    • C08F20/56Acrylamide; Methacrylamide
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/10Different kinds of radiation or particles
    • G01N2223/101Different kinds of radiation or particles electromagnetic radiation
    • G01N2223/1016X-ray

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

본 발명은 X선 결정학 (X-ray crystallography) 시료 배송에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연속 결정학 (serial crystallography) 연구에서 시료 소비를 절감하기 위해서 배송물질로 polyacrylamide를 사용한 기술 개발에 관한 것이다.
단백질 시료들이 PAM과 상호작용을 하지 않기 때문에 결과적으로 단백질 결정 시료 또한 PAM과 화학적 반응이 발생하지 않는다. 이는 SFX 연구를 수행할 때 모든 단백질 결정 시료가 배송물질로서 PAM을 사용 할 수 있다. 또한, 물질로부터 발생하는 X선 배경 산란이 없으므로 결정학에서 위상(phasing)을 찾아야 하는 데이터에서 우수한 SNR (signal / noise ratio)을 제공하여 실험 성공률을 높힐 수 있다. 결과적으로 기존에 보고된 배송물질에 비해서 다양한 결정 시료의 응용이 가능하며, 우수한 데이터 품질을 보장하게 된다.
The present invention relates to X-ray crystallography sample delivery, and more particularly, to the development of a technology using polyacrylamide as a delivery material to reduce sample consumption in serial crystallography research.
Since the protein samples do not interact with PAM, as a result, the protein crystal sample also does not undergo a chemical reaction with PAM. This means that when conducting SFX studies, all protein crystal samples can use PAM as a shipping material. In addition, since there is no X-ray background scattering from the material, it can increase the experimental success rate by providing an excellent signal / noise ratio (SNR) in the data for which phasing is to be found in crystallography. As a result, it is possible to apply a variety of crystal samples compared to previously reported delivery materials, and to ensure excellent data quality.

Description

연속 결정학을 위한 폴리아크릴아마이드 배송물질 {Polyacrylamide injection matrix for serial crystallography}Polyacrylamide injection matrix for serial crystallography

본 발명은 X선 결정학 (X-ray crystallography) 시료 배송에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연속 결정학 (serial crystallography) 연구에서 시료 소비를 절감하기 위해서 배송물질로 polyacrylamide를 사용한 기술 개발에 관한 것이다.The present invention relates to X-ray crystallography sample delivery, and more particularly, to the development of a technology using polyacrylamide as a delivery material to reduce sample consumption in serial crystallography research.

XFEL (X-ray free-electron laser)은 전례없는 수준의 광도 (brilliance), 탁월한 공간적 일관성 (coherence) 및 펨토초 (femtosecond)의 펄스 (pluse) 지속 시간을 갖춘 X선이다. XFEL을 사용하는 연속 펨토초 결정학 (SFX: serial femtosecond crystallography)은 고해상도 구조를 시각화할 새로운 기회를 제공하는데, 이 기술은 기존 방사광 가속기와 비교하면 생물학적으로 보다 신뢰성 있는 실온에서의 결정 구조를 제공할 뿐만 아니라 초고속 X선 펄스를 사용하여 시간 분해 연구를 통한 분자의 동역학 정보를 제공한다.X-ray free-electron lasers (XFELs) are X-rays with unprecedented levels of brilliance, excellent spatial coherence, and femtosecond pulse durations. Serial femtosecond crystallography (SFX) using XFEL offers new opportunities to visualize high-resolution structures, which not only provide biologically more reliable crystal structures at room temperature compared to conventional radiation accelerators, but also provide new opportunities to visualize high-resolution structures. It provides molecular dynamics information through time-resolved studies using ultrafast X-ray pulses.

SFX 연구의 초기 단계에서 결정 시료들은 가스 동적 가상 노즐 (GDVN: gas dynamic virtue nozzle)을 사용하는 액체 제트 분사기 (liquid jet sample injector)를 이용하여 X선에 결정 시료를 전달하였다(대한민국 공개특허 제2016-0035783호). 이러한 배송방법을 통해서 성공적으로 고해상도 결정 구조를 규명할 수 있었다. 그러나 빠른 유속으로 시료 배송하기 때문에 결정 시료가 많이 소비된다는 문제점이 있었다. In the initial stage of SFX research, crystal samples were delivered to X-rays using a liquid jet sample injector using a gas dynamic virtue nozzle (GDVN) (Korea Patent Publication No. 2016). -0035783). Through this delivery method, we were able to successfully identify the high-resolution crystal structure. However, there was a problem in that a large amount of crystal samples was consumed because the samples were delivered at a high flow rate.

이에 이러한 시료 소비를 줄이며 결정 시료를 X선 펄스로 전달하기 위해 전기분사(electrospinning), LCP (lipidic cubic phase) 인젝터, Acoustic 인젝터, 또는 고정-목표 스캐닝 (fixed-target scanning)과 같은 시료 전달 방법이 개발되었다. 이러한 방법들은 인젝터에서 시료가 유출되는 속도를 줄이거나 결정 시료와 X선 펄스 사이의 적중률을 증가시키게 된다. 시료 소비를 줄이는 다양한 방법 중에서 점도가 높은 물질을 이용하여 배송하는 것은, 주입기에서 시료 유속을 낮춤으로써 결정 시료 소비를 획기적으로 감소시켰다. Accordingly, sample delivery methods such as electrospinning, lipidic cubic phase (LCP) injector, acoustic injector, or fixed-target scanning have been developed to reduce this sample consumption and deliver crystal samples as X-ray pulses. was developed These methods reduce the rate at which the sample exits the injector or increase the hit rate between the crystal sample and the X-ray pulse. Among the many ways to reduce sample consumption, shipping with a high-viscosity material dramatically reduced crystal sample consumption by lowering the sample flow rate in the injector.

이전에 단백질 결정 구조 연구에서 monoolein, grease, agarose, 탄수화물 기반의 물질 및 폴리머 기반의 배송물질들이 성공적으로 사용되었다. 하지만 이러한 전달 매체는 화학적 반응이나 물리적 효과로 인해 특정 단백질 시료에 사용할 수 없는 경우가 많다. 예를 들어, 지질-결합 단백질 또는 셀룰라아제와 같은 단백질은 monoolein 또는 celluose기반 배송물질과 혼합할 경우, 단백질 결정 현탁액은 배송물질과 화학적 반응에 의해서 약화되거나 용해될 수 있다.Previously, monoolein, grease, agarose, carbohydrate-based materials and polymer-based delivery materials have been successfully used in protein crystal structure studies. However, these delivery media are often not usable for specific protein samples due to chemical reactions or physical effects. For example, when a lipid-binding protein or a protein such as cellulase is mixed with a monoolein or celluose-based delivery material, the protein crystal suspension may be weakened or dissolved by chemical reaction with the delivery material.

이와 같이 배송물질을 이용한 SFX 연구를 수행할 때에는, (i) 배송물질 내에서의 결정 시료의 안정성, 및 (ii) 배송물질로부터 나오게 되는 X선 산란강도의 최소화가 고려되어야 한다. 기존에 배송물질로 보고된 물질들의 문제점을 예로 든다면, monoolein은 lipid 결합 단백질 결정 시료와 혼합할 경우 결정 시료에 녹아 손상이 되며, X선에 노출시 4.5 Å 주변에서 monoolein에서 발생되는 X선 산란을 제공한다. grease 기반 배송물질은 물질 자체의 균일성이 낮으며 monoolein과 유사하게 저 해상도 영역에서 X선 배경 산란을 발생한다. carbohydrate 기반 물질들의 경우 당과 관련된 결정 시료와 혼합할 경우 특이적 또는 비특이적인 반응에 의해 결정 시료를 녹여 결정의 안정성을 저해한다. 결과적으로 결정 시료가 배송물질 내에서 화학반응에 의해서 안정성이 저해될 경우 결정 시료의 회절강도는 줄어들거나 결정이 녹는 문제가 발생하게 된다. 또한 물질로부터 발생되는 X선 산란 배경이 클 경우 연구 데이터의 품질이 저하된다.When conducting SFX studies using the delivery material as described above, (i) the stability of the crystal sample in the delivery material, and (ii) the minimization of the X-ray scattering intensity from the delivery material should be considered. Taking as an example the problems of materials previously reported as shipping materials, monoolein dissolves in the crystal sample when mixed with a lipid-binding protein crystal sample and is damaged, and X-ray scattering generated from monoolein around 4.5 Å when exposed to X-rays provides The grease-based delivery material has low uniformity of the material itself, and X-ray background scattering occurs in the low-resolution area similar to monoolein. In the case of carbohydrate-based substances, when mixed with a sugar-related crystal sample, the crystal sample is dissolved through a specific or non-specific reaction, thereby inhibiting the crystal stability. As a result, when the stability of the crystal sample is inhibited by a chemical reaction in the delivery material, the diffraction intensity of the crystal sample decreases or the crystal melts. In addition, if the background of X-ray scattering generated from the material is large, the quality of the research data is deteriorated.

본 발명은 상기와 같은 문제를 극복할 수 있는, 폴리아크릴아마이드를 포함하는, 엑스선 결정학 분석용 조성물과 상기 조성물을 이용한 엑스선 결정학 분석 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a composition for X-ray crystallography analysis, including polyacrylamide, which can overcome the above problems, and an X-ray crystallography analysis method using the composition.

그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명은, 폴리아크릴아마이드를 포함하는, 엑스선 결정학 분석용 조성물을 제공한다.The present invention provides a composition for X-ray crystallography analysis, comprising polyacrylamide.

본 발명의 일구현예로, 상기 폴리아크릴아마이드는 분석 대상 시료를 X선에 전달하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the polyacrylamide is characterized in that the sample to be analyzed is delivered to X-rays.

본 발명의 다른 구현예로, 상기 폴리아크릴아마이드는 단편(fragment) 형태인 것을 특징으로 한다.In another embodiment of the present invention, the polyacrylamide is characterized in that it is in the form of a fragment.

본 발명의 또다른 구현예로, 상기 엑스선 결정학 분석은 연속 결정학 분석인 것을 특징으로 한다.In another embodiment of the present invention, the X-ray crystallography analysis is characterized in that the continuous crystallographic analysis.

본 발명의 또다른 구현예로, 상기 분석 대상 시료는 단백질 시료로서, 상기 단백질 시료는 라이소자임 또는 썰모라이신인 것을 특징으로 한다.In another embodiment of the present invention, the sample to be analyzed is a protein sample, and the protein sample is characterized in that it is lysozyme or thermolysin.

또한, 본 발명은 하기 단계를 포함하는, 폴리아크릴아마이드를 배송물질로 사용하는 엑스선 결정학 분석 방법을 제공한다:In addition, the present invention provides an X-ray crystallography analysis method using polyacrylamide as a delivery material, comprising the following steps:

폴리아크릴아마이드 및 분석 대상 시료를 혼합하여 폴리아크릴아마이드 주입 매트릭스를 제조하는 단계(S1); 및preparing a polyacrylamide injection matrix by mixing polyacrylamide and a sample to be analyzed (S1); and

상기 폴리아크릴아마이드 주입 매트릭스를 X선에 전달하는 단계(S2); 및delivering the polyacrylamide injection matrix to X-rays (S2); and

상기 X선 전달 후 회절 이미지를 수집하여 분석 대상 시료의 결정 구조를 분석하는 단계(S3).Analyzing the crystal structure of the sample to be analyzed by collecting the diffraction image after the X-ray transmission (S3).

본 발명은 폴리아크릴아마이드를 배송물질로 사용하는 X선 결정학 분석 방법, 보다 상세하게는 폴리아크릴아마이드를 배송물질로 사용하는 연속 결정학 분석 방법을 제공하는 것으로, 본 발명의 폴리아크릴아마이드는 단백질 시료와 상호작용을 하지 않으므로 단백질 시료를 안정적으로 배송할 수 있는 장점이 있고, 배송물질로부터 나오는 X선 산란 강도가 최소화된 것으로, 우수한 품질의 결정학 분석 결과를 제공할 수 있는 배송물질로 활용이 가능하다.The present invention provides an X-ray crystallography analysis method using polyacrylamide as a delivery material, and more particularly, a continuous crystallographic analysis method using polyacrylamide as a delivery material, wherein the polyacrylamide of the present invention is a protein sample and Since there is no interaction, it has the advantage of stably delivering protein samples, and has minimized the intensity of X-ray scattering from the delivery material.

도 1은 본 발명에 따른 PAM 배송물질을 준비하는 과정을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 PAM 배송물질을 이용하여 획득한 Lysozyme의 회절 이미지에 관한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 PAM 배송물질을 이용하여 획득한 Lysozyme의 전자 밀도 지도에 관한 것이다.
도 4는 Lysozyme, thermolysin 및 broken thermolysin의 결정을 확인한 사진을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 PAM 배송물질을 이용하여 획득한 thermolysin의 회절 이미지에 관한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 PAM 배송물질을 이용하여 획득한 thermolysin의 전자 밀도 지도에 관한 것이다.
도 7은 본 발명에서 PAM과 monoolein의 X선 배경 산란을 비교한 결과에 관한 것이다.
1 shows the process of preparing a PAM delivery material according to the present invention.
Figure 2 relates to a diffraction image of Lysozyme obtained using the PAM delivery material according to the present invention.
Figure 3 relates to an electron density map of Lysozyme obtained using the PAM delivery material according to the present invention.
Figure 4 shows a photograph confirming the crystals of Lysozyme, thermolysin and broken thermolysin.
5 relates to a diffraction image of thermolysin obtained using the PAM delivery material according to the present invention.
6 relates to an electron density map of thermolysin obtained using the PAM delivery material according to the present invention.
7 relates to a result of comparing the X-ray background scattering of PAM and monoolein in the present invention.

본 발명에서는 단백질 결정 시료가 상호작용하지 않으며 X선 배경 산란이 없는 폴리아크릴아마이드 (PAM) 배송물질을 제공한다. PAM은 acrylamide subunit으로 구성되었으며 독성이 없는 폴리머 (-CH2CHCONH2-)이다. 가교된 PAM은 물에 녹지 않으며, gel 특성을 갖게 된다. PAM은 단백질, 핵산 및 기타 생체 분자를 분리하는 전기영동에 널리 사용되며, 광범위한 pH 간격 (pH, 3-11)에서 안정성을 나타낸다. 특히 PAM은 단백질과의 비특이적 또는 특이적 결합 상호작용이 없으므로 천연 겔 (native gel) 전기영동에서 가능하다. 결과적으로 본 발명에서는 새롭게 개발된 PAM 배송물질을 이용한 SFX 분석을 수행할 수 있다는 것을 확인한 것이다.The present invention provides a polyacrylamide (PAM) delivery material that does not interact with protein crystal samples and has no X-ray background scattering. PAM is a non-toxic polymer (-CH2CHCONH2-) composed of acrylamide subunits. Cross-linked PAM is insoluble in water and has gel properties. PAM is widely used in electrophoresis to separate proteins, nucleic acids and other biomolecules, and exhibits stability over a wide range of pH intervals (pH, 3-11). In particular, since PAM does not have non-specific or specific binding interactions with proteins, it is possible in native gel electrophoresis. As a result, in the present invention, it is confirmed that SFX analysis can be performed using the newly developed PAM delivery material.

단백질 시료들은 PAM과 상호작용을 하지 않기 때문에 결과적으로 단백질 결정 시료 또한 PAM과 화학적 반응이 발생하지 않는다. 이는 SFX 연구를 수행할 때 모든 단백질 결정 시료가 배송물질로서 PAM을 사용 할 수 있다. 또한, 물질로부터 발생하는 X선 배경 산란이 없으므로 결정학에서 위상(phasing)을 찾아야 하는 데이터에서 우수한 SNR (signal / noise ratio)을 제공하여 실험 성공률을 높힐 수 있다. 결과적으로 기존에 보고된 배송물질에 비해서 다양한 결정 시료의 응용이 가능하며, 우수한 데이터 품질을 보장하게 된다.Since protein samples do not interact with PAM, as a result, protein crystal samples also do not undergo chemical reaction with PAM. This means that when conducting SFX studies, all protein crystal samples can use PAM as a shipping material. In addition, since there is no X-ray background scattering from the material, it can increase the experimental success rate by providing an excellent signal / noise ratio (SNR) in the data for which phasing is to be found in crystallography. As a result, it is possible to apply a variety of crystal samples compared to previously reported delivery materials, and to ensure excellent data quality.

이에, 본 발명은 폴리아크릴아마이드를 포함하는, 엑스선 결정학 분석용 조성물과, 폴리아크릴아마이드 및 분석 대상 시료를 혼합하여 폴리아크릴아마이드 주입 매트릭스를 제조하는 단계(S1); 상기 폴리아크릴아마이드 주입 매트릭스를 X선에 전달하는 단계(S2); 및 상기 X선 전달 후 발생한 회절 이미지를 수집하여 분석 대상 시료의 결정 구조를 분석하는 단계(S3)를 포함하는 엑스선 결정학 분석 방법을 제공할 수 있다.Accordingly, the present invention comprises the steps of preparing a polyacrylamide injection matrix by mixing a composition for X-ray crystallography analysis, including polyacrylamide, polyacrylamide, and a sample to be analyzed (S1); delivering the polyacrylamide injection matrix to X-rays (S2); and analyzing the crystal structure of the sample to be analyzed by collecting the diffraction image generated after the X-ray transmission (S3).

본 발명의 폴리아크릴아마이드는 결정학 분석에 있어 배송물질로서 활용되는 것으로, 상기 결정학 분석 방법은 상세하게는 연속 결정학 분석으로서, 상기 연속 결정학 분석의 방법은 본 발명의 실시예에 기재된 방법에 따라 수행될 수 있으나 폴리아크릴아마이드를 분석 대상 시료의 배송물질로서 사용되는 결정학 분석이라면 상기 방식에 제한되지 않는 것은 통상의 기술자에게 자명할 것이다.The polyacrylamide of the present invention is utilized as a shipping material in crystallographic analysis, and the crystallographic analysis method is specifically continuous crystallographic analysis. However, it will be apparent to those skilled in the art that polyacrylamide is not limited to the above method as long as it is a crystallographic analysis used as a delivery material for a sample to be analyzed.

본 발명의 폴리아크릴아마이드는 10 내지 50 %(w/v)의 농도로 사용될 수 있으나, 상기 농도에 제한되는 것은 아니다.The polyacrylamide of the present invention may be used at a concentration of 10 to 50% (w/v), but is not limited thereto.

본 발명의 폴리아크릴아마이드는 분석대상 시료와 혼합되어 폴리아크릴아마이드 주입 매트릭스를 형성할 수 있다. 상기 S2 단계에서와 같이 폴리아크릴아마이드 주입 매트릭스는 노즐이 구비된 분사기를 통해 X선 펄스에 전달될 수 있다. 상기 분사는 전기분사 등에 의해 수행될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The polyacrylamide of the present invention may be mixed with a sample to be analyzed to form a polyacrylamide injection matrix. As in step S2, the polyacrylamide injection matrix may be delivered to the X-ray pulse through a sprayer equipped with a nozzle. The spraying may be performed by electrospray or the like, but is not limited thereto.

본 발명에서 상기 폴리아크릴아마이드는 단편(fragment) 형태인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 폴리아크릴아마이드는 단편 형태를 가짐으로써, 분석 대상 시료의 물리적 손상을 방지하는 것이다. 본 발명의 폴리아크릴아마이드는 단편 형태를 가지기 위하여 중합 전 PAM 용액을 주사기에 넣고 약 10분동안 방치하여 열을 제거한 후, 빈 주사기를 커플러를 통해 상기 주사기와 연결한 후, 상기 주사기의 플런저를 30회 이상 앞뒤로 눌러주며 단편화 시켜준 것이다.In the present invention, the polyacrylamide is characterized in that it is in the form of a fragment. The polyacrylamide of the present invention has a fragment form, thereby preventing physical damage to the sample to be analyzed. In order for the polyacrylamide of the present invention to have a fragment form, the PAM solution before polymerization is put into a syringe and left for about 10 minutes to remove heat, and then an empty syringe is connected to the syringe through a coupler, and then the plunger of the syringe is removed by 30 It was made into fragments by pressing back and forth more than once.

본 발명에서 상기 분석 대상 시료는 단백질 시료일 수 있다. 상기 단백질 시료는 라이소자임 또는 썰모라이신일 수 있으나 단백질 시료라면 이에 제한되지 않고 SFX 분석에 사용가능하다.In the present invention, the sample to be analyzed may be a protein sample. The protein sample may be lysozyme or thrmolysin, but the protein sample is not limited thereto and can be used for SFX analysis.

본 발명에서 상기 폴리아크릴아마이드는 monoolein, grease, 및 agarose로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 배송물질과 혼합되어 사용될 수도 있고, 상기 배송물질의 종류에는 제한이 없다.In the present invention, the polyacrylamide may be mixed with at least one delivery material selected from the group consisting of monoolein, grease, and agarose, and the type of the delivery material is not limited.

본 발명의 S3 단계는 상기 X선 전달 후 발생한 회절 이미지를 수집하여 분석 대상 시료의 결정 구조를 분석하는 단계이다. 상기 X선 전달 후 발생한 산란 신호 데이터를 수집하여 분석하는 방법은 종래 알려진 방법을 통해 제한 없이 이용이 가능하다.Step S3 of the present invention is a step of analyzing the crystal structure of the sample to be analyzed by collecting the diffraction image generated after the X-ray transmission. A method of collecting and analyzing the scattering signal data generated after the X-ray transmission can be used without limitation through conventionally known methods.

본 발명의 실시예에서는 폴리아크릴아마이드를 배송물질로서 사용하여 단백질 시료에 대하여 SFX 분석을 수행하였고, 상기 분석 결과 방사선 손상없이 명확한 구조 분석이 가능하다는 것을 확인하였다.In an embodiment of the present invention, SFX analysis was performed on a protein sample using polyacrylamide as a delivery material, and as a result of the analysis, it was confirmed that a clear structural analysis was possible without radiation damage.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.

[실시예][Example]

실시예 1. 연속 펨토초 결정학을위한 폴리 아크릴 아마이드 주입 매트릭스의 제조Example 1. Preparation of Polyacrylamide Implanted Matrix for Continuous Femtosecond Crystallography

종래의 PAM 제작 과정에서 과황산 암모늄(Ammonium persulfate)과 N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민 (TEMED)을 첨가하는데, 이 중합 과정 중에 열이 발생된다. 발생되는 열은 잠재적으로 단백질 결정 격자에 물리적 영향을 미칠 수 있다. 이를 해결하기 위해서 중합 전 PAM 용액을 주사기에 넣고 10분 동안 방치하여 중합가정에서의 열을 제거한 것으로 이를 도 1a에 나타내었다. In the conventional PAM manufacturing process, ammonium persulfate and N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine (TEMED) are added, and heat is generated during this polymerization process. The heat generated can potentially have a physical effect on the protein crystal lattice. In order to solve this problem, the PAM solution before polymerization was put in a syringe and left for 10 minutes to remove the heat from the polymerization home, as shown in FIG. 1A.

SFX 실험을 위해 20% (w/v) PAM과 단백질 결정 용액을 1:1 혼합하여 최종 10% (w/v)의 PAM 주입 매트릭스를 제조하여 사용하였다. For the SFX experiment, a final 10% (w/v) PAM injection matrix was prepared and used by mixing 20% (w/v) PAM and a protein crystal solution 1:1.

20% (w/v) PAM은 강도가 높고 결정 시료가 직접 섞이면 물리적으로 결정을 훼손할 수 있고, 이는 결정 시료의 mosicity를 높이거나 회절 강도를 감소시킬 수 있다. 이에 배송과정에서 결정 시료의 물리적 손상을 방지하기 위해 주사기에서 30번 이상 반복하여 PAM 조각을 먼저 생산하였다(도 1b). 이후 PAM 단편을 하나의 주사기로 옮기고 다른 주사기에는 결정 용액을 넣은 후 두 주사기를 커플러 (coupler)를 이용하여 연결하였다(도 1c). 20% (w/v) PAM has high strength, and when the crystal sample is directly mixed, it may physically damage the crystal, which may increase the mosiity of the crystal sample or decrease the diffraction intensity. Therefore, in order to prevent physical damage to the crystal sample during the delivery process, a PAM piece was first produced by repeating it 30 times or more in a syringe (FIG. 1b). Thereafter, the PAM fragment was transferred to one syringe and a crystal solution was put into the other syringe, and then the two syringes were connected using a coupler ( FIG. 1C ).

PAM과 결정 용액을 부드럽게 20번 이상 분배하여 PAM을 조각내에 결정시료를 고르게 분포시켰다(도 1d). 이후 결정 시료를 포함한 PAM 단편은 SFX 실험에 사용하였다.The PAM and the crystal solution were gently distributed over 20 times to evenly distribute the crystal sample within the PAM pieces (FIG. 1d). Thereafter, the PAM fragment including the crystal sample was used for the SFX experiment.

실시예 2. 폴리 아크릴 아마이드 주입 매트릭스를 이용한 연속 된 펨토초 결정학Example 2. Continuous Femtosecond Crystallography Using a Polyacrylamide Implanted Matrix

개발된 PAM 배송물질을 적용을 입증하기 위해 lysozyme과 thermolysin을 모델 시료로 사용하여 SFX 연구를 수행하였다. lysozyme 결정 크기는 30 × 30 × 30 ㎛3이고 결정 밀도는 약 6.7 × 107/ml이었다. SFX 실험 동안 상온에서 lysozyme에 대한 총 25,603개의 이미지를 수집하였다. 회절 이미지 수집 동안, 사용된 총 결정 부피 10 μl이였으며, 0.5mg의 lysozyme을 사용하였다. 20 개 이상의 브래그 피크 (bragg peak)가 포함된 이미지를 peakfinder8 알고리즘을 사용하여 Cheetah 프로그램 필터링하여 17,675개의 회절 이미지(hit rate=69%)를 획득하였다. 회절 이미지는 CrystFEL에 의해 인덱싱되었으며, 이는 입력 셀 매개 변수를 허용 오차로 기본값으로 수렴하였다. 총 11,936개의 색인된(indexed) 이미지 (indexing rate= 67.52%)을 획득하였고 이를 도 2에 나타내었다. 고유 반사 (unique reflection) 수는 14,007개였다. 전반적인 신호대 잡음비 (SNR)는 4.32이며 100% 완전성 (completeness)을 나타냈다. 전체 Rsplit 및 Pearson 상관 효율 (CC *)은 각각 15.31% 및 99.2%였다(표 1, 데이터 수집 및 구조분석 통계).To prove the application of the developed PAM delivery material, an SFX study was performed using lysozyme and thermolysin as model samples. The lysozyme crystal size was 30 × 30 × 30 μm 3 and the crystal density was about 6.7 × 10 7 /ml. A total of 25,603 images of lysozyme were collected at room temperature during the SFX experiment. During diffraction image collection, the total crystal volume used was 10 μl and 0.5 mg of lysozyme was used. An image containing 20 or more Bragg peaks was filtered using the peakfinder8 algorithm by Cheetah program to obtain 17,675 diffraction images (hit rate=69%). The diffraction images were indexed by CrystFEL, which converged the input cell parameters to default values with tolerances. A total of 11,936 indexed images (indexing rate = 67.52%) were obtained and are shown in FIG. 2 . The number of unique reflections was 14,007. The overall signal-to-noise ratio (SNR) was 4.32, indicating 100% completeness. The overall R split and Pearson correlation efficiencies (CC*) were 15.31% and 99.2%, respectively (Table 1, data collection and structural analysis statistics).

수집된 데이터Collected data LysozymeLysozyme ThermolysinThermolysin 에너지(Energy, eV)Energy (eV) 97009700 96929692 광자/펄스(Photons/pulse)Photons/pulse ~ 2 x 1011 ~ 2 x 10 11 ~ 2 x 1011 ~ 2 x 10 11 펄스폭(Pulse width)Pulse width 20 fs20 fs 20 fs20 fs Space group space group P43212P4 3 2 1 2 P6122P6 1 22 Cell dimensionsCell dimensions a, b, c (Å) a , b , c (Å) 78.61, 90.55, 73.4278.61, 90.55, 73.42 92.66, 92.66, 128.5992.66, 92.66, 128.59 수집된 회절 이미지의 수(No. collected diffraction images)No. collected diffraction images 2560325603 221595221595 히트수(No. of hits)No. of hits 1767617676 4786547865 인덱싱된 이미지의 수(No. of indexed images)No. of indexed images 1193611936 2221322213 유니크한 반사의 수(No. of unique reflections)No. of unique reflections 14007 (1353)14007 (1353) 30878 (3028)30878 (3028) Resolution (Å)Resolution (Å) 80.0-1.70 (1.76-1.70)80.0-1.70 (1.76-1.70) 131.57-1.80 (1.86-1.80)131.57-1.80 (1.86-1.80) Completeness completeness 100.0 (100.0)100.0 (100.0) 100.0 (100.0)100.0 (100.0) Redundancy Redundancy 965.3 (676.7)965.3 (676.7) 663.8 (471.0)663.8 (471.0) I/σ(I)I/σ(I) 4.32 (1.39)4.32 (1.39) 4.67 (1.16)4.67 (1.16) RR split split 15.31 (73.37)15.31 (73.37) 14.63 (84.09)14.63 (84.09) CCCC 0.970 (0.644)0.970 (0.644) 0.975 (0.617)0.975 (0.617) CC*CC* 0.992 (0.885)0.992 (0.885) 0.993 (0.874)0.993 (0.874) Wilson B factor (Å2)Wilson B factor (Å 2 ) 38.8838.88 33.1833.18 Refinement statisticsRefinement statistics Resolution (Å) Resolution (Å) 26.04 - 1.7026.04 - 1.70 38.3 - 1.8038.3 - 1.80 Rfactor / Rfree (%)R factor / R free (%) 19.61 / 21.7419.61 / 21.74 17.27 / 20.2417.27 / 20.24 B-factor (Averaged) B-factor (Averaged) Protein Protein 45.3245.32 37.6637.66 MetalMetal 45.8045.80 29.5729.57 WaterWater 46.2046.20 41.0041.00 ProductProduct 40.2240.22 R.m.s. deviations R.m.s. deviations Bond lengths (Å) Bond lengths (Å) 0.0080.008 0.0110.011 Bond angles (°) Bond angles (°) 0.940.94 1.011.01 Ramachandran plot (%) Ramachandran plot (%) favored favored 97.6497.64 96.8296.82 allowed allowed 2.362.36 3.183.18

Lysozyme 구조의 해상도는 1.7Å이었고 Rwork와 Rfree는 각각 19.61%와 21.74%였다. 전자 밀도 지도(electron density map)는 Lys1에서 Leu129까지의 아미노산을 해석 할 때 매우 명확하였다. Lysozyme의 활성 부위에 있는 촉매 아미노산 (Glu35와 Asp52)은 명확히 관찰되었다(도 3 아래). The resolution of the lysozyme structure was 1.7Å, and the R work and R free were 19.61% and 21.74%, respectively. The electron density map was very clear when interpreting amino acids from Lys1 to Leu129. Catalytic amino acids (Glu35 and Asp52) in the active site of lysozyme were clearly observed (Fig. 3 below).

또한, 결정 구조의 디설파이드 (disulfide) 결합이 명확히 관찰됨으로서 방사선 손상 없이 구조를 관찰된 것을 확인하였다. 이전에 실온에서 GDVN 액체 제트 인젝터 (PDB code 4ET8)와 물방울 주사기 (5DM9)를 사용하여 규명된 lysoyzme 구조와 함께 PAM을 이용한 구조를 비교하면 모든 Cα 원자에 대해 r.m.s.deviation이 <0.1691Å이였다. In addition, as the disulfide bond of the crystal structure was clearly observed, it was confirmed that the structure was observed without radiation damage. Comparing the structures using PAM with the lysoyzme structures previously elucidated using a GDVN liquid jet injector (PDB code 4ET8) and a drip syringe (5DM9) at room temperature, the r.m.s.deviation was <0.1691 Å for all Cα atoms.

도 4에 lysozyme, thermolysin 및 broken thermolysin의 결정구조를 나타내었다. thermolysin 결정 크기는 약 8 × 8 × 200 μm3이고 결정 밀도는 약 3.6 × 107/ml이었다(도 4(b)). 이에 마이크로 원심 분리 관에서 피펫 팁을 사용하여 결정의 크기가 약 8 × 8 × 8 μm3가 되도록 만들어 실험에 사용하였다. Thermolysin의 데이터 처리 진행은 lysozyme의 처리 진행과 동일하였다. 총 228,304장의 thermolysin 이미지를 실온에서 수집하였다. 회절 이미지 수집 동안, 1.0 mg의 themolysin을 사용하였다. 총 47,865 개의 회절 이미지 (hit rate=20.96%)를 수집하였다(도 5). 고유 반사 (unique reflection) 수는 30,878개였다. 전반적인 신호대 잡음비 (SNR)는 4.67이며 100% 완전성 (completeness)을 나타내었다. 전체 Rsplit 및 Pearson 상관 효율 (CC *)은 각각 14.63%와 99.3%였다 (표 1). Thermolysin 구조의 해상도는 1.8Å이었고, Rwork와 Rfree는 각각 17.27%와 20.24%였다. 전자 밀도 지도는 Ile1에서 Lys316까지의 해석에서 매우 명확하였다. Thermolysin의 활성 부위의 아연 이온은 His142, His146 및 Glu166에 의해 배위되었다(도 6). 활성에 직접적으로 관여하는 칼슘 이온은 방사선 손상 없이 관찰되었다. 이전에 실온에서 나노 플로액 주입기 (PDB code 4OW3), drop-on-demand (5HQD) 용 음향 주입기, 합성 그리스 슈퍼 윤활제 (5WR2) 와 hydroxyethyl cellulose (5WR3)를 사용한 thermlysin 구조와 함께 PAM을 이용한 구조를 비교하면 모든 Cα 원자에 대해 r.m.s.deviation이 0.1902-0.3439Å 이였다. 4 shows the crystal structures of lysozyme, thermolysin and broken thermolysin. The thermolysin crystal size was about 8 × 8 × 200 μm 3 and the crystal density was about 3.6 × 10 7 /ml (Fig. 4(b)). Therefore, using a pipette tip in a microcentrifuge tube, the size of the crystal was made to be about 8 × 8 × 8 μm 3 and used in the experiment. The data processing progress of thermolysin was the same as that of lysozyme. A total of 228,304 thermolysin images were collected at room temperature. During diffraction image collection, 1.0 mg of themolysin was used. A total of 47,865 diffraction images (hit rate=20.96%) were collected (FIG. 5). The number of unique reflections was 30,878. The overall signal-to-noise ratio (SNR) was 4.67, indicating 100% completeness. The overall R split and Pearson correlation efficiencies (CC*) were 14.63% and 99.3%, respectively (Table 1). The resolution of the thermolysin structure was 1.8 Å, and R work and R free were 17.27% and 20.24%, respectively. The electron density map was very clear in the interpretations from Ile1 to Lys316. Zinc ions in the active site of Thermolysin were coordinated by His142, His146 and Glu166 (Fig. 6). Calcium ions directly involved in the activity were observed without radiation damage. Previously, a structure using PAM with a nano flow injector (PDB code 4OW3) at room temperature, an acoustic injector for drop-on-demand (5HQD), and thermlysin structure using synthetic grease super lubricant (5WR2) and hydroxyethyl cellulose (5WR3) were described. By comparison, the rmsdeviation was 0.1902-0.3439 Å for all Cα atoms.

실시예 3. 배경 산란 측정Example 3. Background Scattering Measurements

X선 산란 신호는 결정 시료에서의 회절 신호뿐만 아니라 전달 매체로부터도 생성된다. 전달 매체로부터 생성된 X-선 산란을 최소화하는 것은 데이터 처리 중에 회절 패턴의 SNR을 향상시키는 데 중요한 역할을 한다. SFX용 전달 매체는 지금까지 특정 각에 대해 고유한 X선 산란 신호를 제공했다. 이 배경 산란의 분석은 결정 샘플의 회절 한계를 고려한 배송 물질 선택에 중요한 정보를 제공한다. SFX 연구에서 널리 사용되는 monoolein과 PAM의 X선 산란 측정 비교했다. 10% (w/v) PAM 및 60% (v/v) monoolein은 약 2 × 1011 photon/pulse의 X선을 사용하여 회절 이미지만을 추출하여 분석하였다. 평균 산란 강도는 XFEL의 강도 변동을 고려한 1,000개 이미지에서 얻었으며 PAM 및 monoolein부터의 산란 신호는 빔 중심에서 1.6Å으로 분석되었다(도 7).The X-ray scattering signal is generated from the transmission medium as well as the diffraction signal from the crystal sample. Minimizing the X-ray scattering generated from the transmission medium plays an important role in improving the SNR of the diffraction pattern during data processing. Transmission media for SFX have so far provided unique X-ray scattering signals for specific angles. Analysis of this background scattering provides important information for the selection of shipping materials taking into account the diffraction limits of the crystal sample. X-ray scattering measurements of monoolein and PAM, which are widely used in SFX studies, were compared. 10% (w/v) PAM and 60% (v/v) monoolein were analyzed by extracting only diffraction images using X-rays of about 2 × 10 11 photon/pulse. The average scattering intensity was obtained from 1,000 images considering the intensity fluctuation of XFEL, and the scattering signals from PAM and monoolein were analyzed as 1.6 Å at the beam center (Fig. 7).

PAM은 3.2Å의 해상도에서 확산 산란을 보였으며, 이는 PAM matrix가 아닌 물을 함유한 용매에서 비롯된 것으로 간주된다(도 7a). 용매로부터의 평균 최대 산란 강도는 약 275ADU였다. 한편, monoolein은 지질 사슬에서 유래한 것으로 여겨지는 4.5Å 해상도에서 확산 산란을 보였다(도 7b). Monoolein으로부터의 평균 최대 산란 강도는 약 510ADU이었다. 따라서 최대 산란 영역의 PAM은 monoolein보다 낮은 배경 산란을 보였다(도 7c). The PAM showed diffuse scattering at a resolution of 3.2 Å, which is considered to originate from the solvent containing water and not from the PAM matrix (Fig. 7a). The average maximum scattering intensity from the solvent was about 275 ADU. On the other hand, monoolein showed diffuse scattering at a resolution of 4.5 Å, which is believed to be derived from the lipid chain (Fig. 7b). The average maximum scattering intensity from monoolein was about 510 ADU. Therefore, PAM in the maximum scattering region showed lower background scattering than monoolein (Fig. 7c).

하기에 본 발명의 실시예에서 사용한 재료 및 방법을 보다 상세하게 기재하였다.Materials and methods used in Examples of the present invention are described in more detail below.

<재료 및 방법><Materials and Methods>

Lysozyme 및 thermolysin 준비Lysozyme and thermolysin preparation

라이소자임은 Hampton Research에서 구매하여 사용하였다 (Cat No. HR7-110). 단백질 분말을 10mM Tris-HCl, pH 8.0 및 200mM NaCl를 포함하는 완충액에 용해시켰다. 라이소자임 용액(200μl; 50mg/ml)은 0.1 M 소듐 아세테이트, pH 4.0, 6 % (w/v) 폴리에틸렌 글리콜 8000 및 10 % (w/v) mM NaCl을 함유하는 결정화 용액(200 μl)과 1.5mL 미세원심분리 튜브에서 10초동안 3000rpm에서 와류기계를 사용하여 혼합하였다. 20℃에서 4시간 동안 인큐베이션한 후, 결정 크기의 성장을 피하기 위하여 혼합물 용액의 상청액을 제거하였다. 이에 더하여 결정 샘플은 0.1M 소듐 아세테이트(pH 4.0) 및 0.2M NaCl을 포함하는 용액에 저장해두었다. Lysozyme was purchased from Hampton Research (Cat No. HR7-110). Protein powder was dissolved in a buffer containing 10 mM Tris-HCl, pH 8.0 and 200 mM NaCl. Lysozyme solution (200 μl; 50 mg/ml) was mixed with a crystallization solution (200 μl) containing 0.1 M sodium acetate, pH 4.0, 6 % (w/v) polyethylene glycol 8000 and 10 % (w/v) mM NaCl (200 μl) and 1.5 mL Mix using a vortex machine at 3000 rpm for 10 seconds in a microcentrifuge tube. After incubation at 20° C. for 4 hours, the supernatant of the mixture solution was removed to avoid crystal size growth. In addition, crystal samples were stored in a solution containing 0.1M sodium acetate (pH 4.0) and 0.2M NaCl.

Bacillus thermoproteolyticus의 썰모라이신 역시 Hampton Research에서 구매하여 사용하였다(Cat No. HR7-098). 단백질 분말은 20분 동안 탈 이온수에 저장되었다. NaOH (0.1M)가 첨가되고, 최종 썰모라이신 (25 mg/mL) 용액은 50mM NaOM 용액으로 제조되었다. 단백질 용액은 10mM Tris-HCl(pH 8.0) 및 200mM NaCl을 포함하는 용액으로 Centricon-30 YM filter (Millipore)를 이용하여 교환되었다. 단백질 용액(100 mg/mL)은 4 ℃에서 인큐베이션된 후 미세결정이 2달 후에 나타났다.Thermolysin from Bacillus thermoproteolyticus was also purchased from Hampton Research (Cat No. HR7-098). Protein powder was stored in deionized water for 20 min. NaOH (0.1M) was added, and a final thrmolysin (25 mg/mL) solution was prepared as a 50 mM NaOM solution. The protein solution was exchanged with a solution containing 10 mM Tris-HCl (pH 8.0) and 200 mM NaCl using a Centricon-30 YM filter (Millipore). The protein solution (100 mg/mL) showed microcrystals 2 months after incubation at 4 °C.

폴리아크릴아마이드 제조Manufacture of polyacrylamide

아크릴아마이드/비스-아크릴아마이드(Acrylamide/bis-acrylamide) [500μl; 20% (v/v)] 용액, 암모늄 퍼설페이트(ammonium persulphate) (5μl; 15%), 및 TEMED (0.5μl)는 미세원심분리 튜브에서 혼합되었고, PAM 용액(50 μl) 은 Hamilton syringe (81065-1710RNR)로 이동되었다. PAM 용액을 주사기에서 중합한 후, 빈 주사기를 상기 주사기에 커플러를 이용하여 연결해주었다. PAM 조각을 만들기 위해 상기 주사기 플런저(plunger)를 앞뒤로 30회 움직여, PAM이 커플러의 좁은 내경을 통과하여 파손되게 하였다. 상기 PAM 조각은 하나의 주사기로 이동시켰고, 결정 현탁액(50 μl)이 담긴 반대편 주사기를 준비하였다. PAM 조각 및 결정 현탁액은 플런저를 부드럽게 앞뒤로 움직여 혼합해주었다. 결정 펠릿의 최종 비율은 총 주입 매트릭스에서 약 20-25%였다. PAM 조각에 섞여있는 결정 샘플은 SFX 분석을 위하여 CMD(carrier matrix deliver) 인젝터에 옮겨주었다.Acrylamide/bis-acrylamide [500 μl; 20% (v/v)] solution, ammonium persulphate (5 μl; 15%), and TEMED (0.5 μl) were mixed in a microcentrifuge tube, and PAM solution (50 μl) was transferred with a Hamilton syringe (81065). -1710RNR). After polymerizing the PAM solution in the syringe, the empty syringe was connected to the syringe using a coupler. The syringe plunger was moved back and forth 30 times to make the PAM piece, causing the PAM to break through the narrow inner diameter of the coupler. The PAM piece was transferred to one syringe, and the opposite syringe containing the crystal suspension (50 μl) was prepared. The PAM pieces and crystal suspensions were mixed by gently moving the plunger back and forth. The final proportion of crystal pellets was about 20-25% of the total injection matrix. The crystal sample mixed with the PAM pieces was transferred to a carrier matrix deliver (CMD) injector for SFX analysis.

데이터 수집data collection

PAM 주입 매트릭스를 사용한 X선 결정 회절 데이터는 PAL-XFEL의 NCI (Nano Crystallography and Coherence Imaging) 실험 허치에서 수집되었다. X-선 에너지는 9.7 keV (1.2782 Å)로 약 500μJ의 펄스 에너지 갖으며, 30Hz로 제공되었다. X선 펄스당 1-2 × 1011 개의 광자가 들어 있으며, X선 펄스의 간격은 20fs 였다. X-선 펄스는 Kirkpatrick-Baez 미러에 의해 5 × 5μm2 (FWHM)에 집속되었다. 샘플은 MICOSS (분자 구조 연구를 위한 다양한 주입 챔버) 시스템에서 실온에서 대기(라이소자임) 또는 헬륨 (썰모라이신) 환경에서 데이터 수집을 수행했다. 회절 데이터는 MX225-HS (Rayonix, LLC) 검출기의 픽섹을 4×4 비닝 모드 (픽셀 크기 : 156 × μm ×× 156)로 수집하였다. X-ray crystal diffraction data using a PAM implanted matrix were collected at the Nano Crystallography and Coherence Imaging (NCI) laboratory of PAL-XFEL. The X-ray energy was 9.7 keV (1.2782 Å) with a pulse energy of about 500 μJ, provided at 30 Hz. Each X-ray pulse contained 1-2 × 10 11 photons, and the interval between the X-ray pulses was 20 fs. X-ray pulses were focused at 5 × 5 μm 2 (FWHM) by a Kirkpatrick-Baez mirror. Samples were subjected to data collection in an atmospheric (lysozyme) or helium (thermolysine) environment at room temperature in a MICOSS (various injection chamber for molecular structure study) system. Diffraction data were collected in the pixel of the MX225-HS (Rayonix, LLC) detector in 4×4 binning mode (pixel size: 156 × μm × × 156).

데이터 처리 및 구조 결정Data processing and structure determination

회절 패턴은 OnDA 프로그램으로에 의해 실시간으로 모니터링 되었다. hit image는 Cheetah program에 의해 필터링되었다. 회절 이미지는 CrystFEL program에 의해 인덱싱되고, 스케일 그리고 병합되었다. 라이소자임의 위상 문제는 라이소자임 (PDB 코드 4ET8)을 검색 모델로서 PHENIX의 Phaser-MR을 사용하여 분자 대체에 의해 해결되었다. 썰모라이신 (PDB 코드 5DM9)을 검색 모델로 사용하여 PHENIX의 Phaser-MR을 사용하여 썰모라이신의 위상을 구했다. 모델 구축 및 개선은 PHENIX의 Coot 및 Phenix.refinement를 사용하여 수행되었고, 기하학적 분석은 MolProbity를 사용하여 수행되었다. 그림은 PyMOL (https://pymol.org/)에 의해 생성되었다.The diffraction pattern was monitored in real time by the OnDA program. The hit image was filtered by Cheetah program. The diffraction images were indexed, scaled and merged by the CrystFEL program. The phase problem of lysozyme was solved by molecular substitution using PHENIX's Phaser-MR as a search model for lysozyme (PDB code 4ET8). The phase of thermolysin was obtained using PHENIX's Phaser-MR using thermolysin (PDB code 5DM9) as a search model. Model building and refinement were performed using PHENIX's Coot and Phenix.refinement, and geometrical analysis was performed using MolProbity. Figures were generated by PyMOL (https://pymol.org/).

화학적 호환성 테스트Chemical compatibility test

PAM과 결정화 침전제 [(NH4)2SO4, NaCl, PEG 400, PEG 1000, PEG 4000, 2-메틸-2,4-펜탄디올(MPD)] 사이의 화학적 상용성 연구는 실온에서 수행하였다. 0.2 M Tris-HCl (pH 7.5)을 함유하는 용액을 사용하여 최종 10% (w/v) 또는 15 % (w/v) PAM을 생성하였다. PAM (50μl) 및 각 침전제 (50μl)는 두 개의 결합 된 Hamilton 주사기를 사용하여 혼합되었다. 혼합물의 점도 및 주입 스트림 특성은 시각적으로 압출된 거동에 기반하여 판단 하였다. 혼합물을 168μm 내경(ID)을 갖는 바늘을 통해 Hamilton 주사기로부터 수동으로 압출시켰다.Chemical compatibility studies between PAM and crystallization precipitants [(NH 4 ) 2 SO 4 , NaCl, PEG 400, PEG 1000, PEG 4000, 2-methyl-2,4-pentanediol (MPD)] were performed at room temperature. A solution containing 0.2 M Tris-HCl (pH 7.5) was used to produce a final 10% (w/v) or 15% (w/v) PAM. PAM (50 μl) and each precipitant (50 μl) were mixed using two combined Hamilton syringes. The viscosity and injection stream properties of the mixture were visually judged based on the extruded behavior. The mixture was manually extruded from a Hamilton syringe through a needle with a 168 μm inner diameter (ID).

접근코드access code

좌표 및 구조 인자는 Protein Data Bank에 기탁 코드 6IG6 (라이소자임) 및 6IG7(썰모라이신)으로 기탁되었다. 회절 이미지는 ID84(라이소자임) 및 85 (썰모라이신)로 CXIDB에 저장되었다.Coordinates and structural factors have been deposited with the Protein Data Bank under the accession codes 6IG6 (lysozyme) and 6IG7 (thermolysin). Diffraction images were stored in CXIDB as ID84 (lysozyme) and 85 (thermolysin).

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the rights of the present invention are not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the right.

Claims (9)

폴리아크릴아마이드를 포함하고,
상기 폴리아크릴아마이드는 10 내지 50 %(w/v)의 농도로 포함되며, 상기 폴리아크릴아마이드는 분석 대상 시료를 X선에 전달하는 것인, 엑스선 결정학 분석용 조성물.
containing polyacrylamide;
The polyacrylamide is included in a concentration of 10 to 50% (w/v), and the polyacrylamide is to deliver the sample to be analyzed to X-rays, the composition for X-ray crystallography analysis.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 폴리아크릴아마이드는 단편(fragment) 형태인 것인, 엑스선 결정학 분석용 조성물.
According to claim 1,
The polyacrylamide is in the form of a fragment (fragment), the composition for X-ray crystallography analysis.
제1항에 있어서,
상기 엑스선 결정학 분석은 연속 결정학 분석인 것인, 엑스선 결정학 분석용 조성물.
According to claim 1,
The X-ray crystallography analysis is a continuous crystallographic analysis, the composition for X-ray crystallography analysis.
제1항에 있어서,
상기 분석 대상 시료는 단백질 시료로서, 상기 단백질 시료는 라이소자임 또는 썰모라이신인 것을 특징으로 하는, 엑스선 결정학 분석용 조성물.
According to claim 1,
The sample to be analyzed is a protein sample, wherein the protein sample is lysozyme or thrmolysin, the composition for X-ray crystallography analysis.
하기 단계를 포함하는, 폴리아크릴아마이드를 배송물질로 사용하는 엑스선 결정학 분석 방법:
폴리아크릴아마이드 및 분석 대상 시료를 혼합하여 폴리아크릴아마이드 주입 매트릭스를 제조하는 단계(S1); 및
상기 폴리아크릴아마이드 주입 매트릭스를 X선에 전달하는 단계(S2); 및
상기 X선 전달 후 회절 이미지를 수집하여 분석 대상 시료의 결정 구조를 분석하는 단계(S3).
An X-ray crystallography analysis method using polyacrylamide as a shipping material, comprising the steps of:
preparing a polyacrylamide injection matrix by mixing polyacrylamide and a sample to be analyzed (S1); and
delivering the polyacrylamide injection matrix to X-rays (S2); and
Analyzing the crystal structure of the sample to be analyzed by collecting the diffraction image after the X-ray transmission (S3).
제6항에 있어서,
상기 엑스선 결정학 분석은 연속 결정학 분석인 것인, 엑스선 결정학 분석 방법.
7. The method of claim 6,
Wherein the X-ray crystallography analysis is a continuous crystallographic analysis, X-ray crystallography analysis method.
제6항에 있어서,
상기 폴리아크릴아마이드는 단편(fragment) 형태인 것인, 엑스선 결정학 분석 방법.
7. The method of claim 6,
The polyacrylamide is in the form of a fragment (fragment), X-ray crystallography analysis method.
제6항에 있어서,
상기 분석 대상 시료는 단백질 시료로서, 상기 단백질 시료는 라이소자임 또는 썰모라이신인 것을 특징으로 하는, 엑스선 결정학 분석 방법.
7. The method of claim 6,
The sample to be analyzed is a protein sample, wherein the protein sample is lysozyme or thrmolysin, X-ray crystallography analysis method.
KR1020200018216A 2019-02-14 2020-02-14 Polyacrylamide injection matrix for serial crystallography KR102416509B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190017154 2019-02-14
KR20190017154 2019-02-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200099499A KR20200099499A (en) 2020-08-24
KR102416509B1 true KR102416509B1 (en) 2022-07-05

Family

ID=72235216

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200018216A KR102416509B1 (en) 2019-02-14 2020-02-14 Polyacrylamide injection matrix for serial crystallography

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102416509B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130308756A1 (en) * 2012-05-16 2013-11-21 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Apparatus and Method for Nanoflow Liquid Jet and Serial Femtosecond X-ray Protein Crystallography
JP2018537391A (en) 2015-12-02 2018-12-20 ユニヴェルシテ グルノーブル アルプ Microfluidic chip for molecular crystallization, preparation method, device comprising said chip, and method for molecular crystallization

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050227370A1 (en) * 2004-03-08 2005-10-13 Ramel Urs A Body fluid analyte meter & cartridge system for performing combined general chemical and specific binding assays

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130308756A1 (en) * 2012-05-16 2013-11-21 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Apparatus and Method for Nanoflow Liquid Jet and Serial Femtosecond X-ray Protein Crystallography
JP2018537391A (en) 2015-12-02 2018-12-20 ユニヴェルシテ グルノーブル アルプ Microfluidic chip for molecular crystallization, preparation method, device comprising said chip, and method for molecular crystallization

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Jeremy P. Derrick 등, An Analysis by X-ray Crystallography of the Structure Alone and in a Complex with Fab, J.Mol.Biol., Volume 243, Issue 5, pp906-918, 1994.11.10.*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200099499A (en) 2020-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5555936A (en) Scleroglucan gel applied to the oil industry
Park et al. Polyacrylamide injection matrix for serial femtosecond crystallography
US20110070219A1 (en) High pressure protein crystallization
KR102416509B1 (en) Polyacrylamide injection matrix for serial crystallography
CN107936272A (en) A kind of preparation method of 3D cross-linked-hyaluronic acid salt gels for radiotherapy protection and products thereof
Abraham et al. Electrostatic interactions regulate the release of small molecules from supramolecular hydrogels
KR101532412B1 (en) CRYSTALLISATION PROCESS FOR 1-(β-D-GLUCOPYRANOSYL)-4-METHYL-3-[5-(4-FLUOROPHENYL)-2-THIENYLMETHYL] BENZENE
JP7450793B2 (en) Novel polymer-coated cross-linked alginate gel fiber
CN105694030A (en) Oligo-polyamino acid and sodium alginate combined hybrid antibacterial hydrogel
US20230116671A1 (en) Methods of preparing oligonucleotide compositions using ultrafiltration/diafiltration
CN102226301B (en) Preparation method of pesticide supported superfine fiber
Carnahan et al. S-Nitroso-N-acetyl-dl-penicillamine
RU2424850C2 (en) Method of producing catalyst with platinum nanoparticles
JP6483478B2 (en) Tungsten carbide catalyst and method for producing the same
JP2015218101A (en) Aerial nitrogen immobilization material and immobilization method
CN113117635B (en) Preparation method of titanium-based lithium ion sieve
Nam Real-time monitoring of large-scale crystal growth using batch crystallization for serial crystallography
CN115121803A (en) Method for synthesizing polymeric nanoclusters based on DNA framework structure
WO2022257966A1 (en) Application of metallo-supramolecular branched polymers in cryo-electron microscopy sample preparation
CN104211947A (en) Non-linear polymer, and preparation and application thereof
KR920004550B1 (en) Manufacturing method oxide cathode
Hunter et al. Serial femtosecond crystallography (SFX): an overview
US20220313603A1 (en) Therapeutic hydrogels
KR101783256B1 (en) DNA-Mn hybrid paticles and manufacturing method thereof
Fukami et al. Thermal properties, crystal structure, and phase transition of racemic CaC4H4O6· 4H2O single crystals

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant