KR20150081685A - Analysis Method for DNA Interaction with p53 Protein Using Single Plasmonic Nanosensor - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for effectively analyzing an interaction between DNA and p53 protein by using a single plasmonic nanosensor. More particularly, the invention relates to a method for analyzing a difference of an interaction between a wild-type p53 protein and a mutant-type p53 protein both bonded to GADD45 promoter and a difference of a bonding force therebetween by using a sensor having a single gold nanoparticle fixed thereto. The analysis method by using a single plasmonic nanosensor of the present invention is capable of directly analyzing a difference of an interaction and a bonding force of the p53 protein bonded to a particular promoter without a separate labeling process, and capable of identifying importance of each part in accordance with amino acid mutation by comparing a difference of a bonding force between the wild-type p53 protein and the mutant-type p53 protein. Accordingly, the invention may be applied and used in the analysis field for diagnosing a patient with a high potential to develop a tumor at an early stage.

Description

단일 나노 플라즈모닉 센서를 이용한 DNA와 p53 단백질과의 상호작용 분석방법{Analysis Method for DNA Interaction with p53 Protein Using Single Plasmonic Nanosensor}Technical Field [0001] The present invention relates to a method for analyzing the interaction between DNA and p53 protein using a single nanoplasmonic sensor,

본 발명은 단일 나노 플라즈모닉 센서(Single Plasmonic Nanosensor)를 이용한 DNA와 p53 단백질과의 상호 작용을 효과적으로 분석하는 방법으로, 더욱 상세하게는 단일 금 나노입자가 고정되어 있는 플라즈모닉 센서를 이용하여 GADD45 promoter와 결합하는 야생형 및 돌연변이형 p53 단백질의 상호작용과 결합력의 차이를 분석하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for effectively analyzing the interaction between DNA and p53 protein using a single plasmonic nanosensor, and more particularly, to a method for analyzing the interaction between DNA and p53 protein using a plasmonic sensor having a single gold nanoparticle immobilized thereon, Lt; RTI ID = 0.0 > p53 < / RTI >

p53 유전자는 암에서 흔히 발견되는 돌연변이 유전자이면서, 암 발생 과정에 중요한 인자로 작용하는 유전자 중 하나이다. 암 억제 유전자인 p53은 세포내 DNA에 손상이 발생하면 활성화되어, 염기절단수리(Base Excision Repair, BER) 기작을 유도하고, 세포주기를 지연시켜 손상된 유전자의 복구가 이뤄지는 동안 불완전한 유전자의 복제를 억제하고, 손상된 DNA의 복구에 관여하는 유전자이다. 또한, p53은 세포내 유전자의 손상이 복구될 수 없을 정도로 심각한 경우에는 세포사멸기전을 유도하여 암으로 변이될 가능성이 있는 세포를 미리 제거해주는 기능을 수행한다. p53은 세포내 손상된 유전자가 축적되는 것을 방지하여 손상된 세포가 암으로 발생하는 기전을 억제하는 것으로 알려져 있다 (Penka V. et al ., Proc . Natl . Acad . Sci., 95:14675. 1998; S. Collot-Teixeira et al., Reviews in Medical Virology, 14:301, 2004; David Sidransky and Monica Hollstein, Annu . Rev . Med., 47:285, 1996). The p53 gene is a mutation gene that is commonly found in cancer, and is one of the genes that act as an important factor in cancer development. P53, which is a cancer-suppressing gene, is activated by damage to the intracellular DNA, inducing a base excision repair (BER) mechanism, delaying the cell cycle, inhibiting replication of an incomplete gene And is involved in the repair of damaged DNA. In addition, when p53 is so severe that the damage of the intracellular gene can not be restored, it induces a cell apoptosis mechanism and performs a function of removing a cell which is likely to be transformed into cancer. p53 is known to prevent the accumulation of damaged genes in the cell, thereby inhibiting the mechanism by which the damaged cells develop into cancer (Penka V. et al ., Proc . Natl . Acad . Sci ., 95: 14675. 1998; S. Collot-Teixeira et al., Reviews in Medical Virology , 14: 301, 2004; David Sidransky and Monica Hollstein, Annu . Rev. Med ., 47: 285,1996).

돌연변이 p53 단백질은 전체 암의 50%가 넘는 암에서 발견되고(H. Kitano, Science., 295:1662, 2002), 그 중 90% 이상은 DNA 결합 도메인에 변이가 발견된다. p53 단백질이 DNA 결합 도메인의 변이로 DNA에 결합하지 못하여 전사작용을 촉진하는 작용전달인자(trans-acting)로의 기능을 잃게 되면 손상된 세포의 세포분열을 억제하지 못하여, 손상된 세포의 암세포화 가능성이 높아진다 (Pavletich NP et al., Genes & Dev., 7:2557, 1993; Jean-Francois Millau, Mutation Research., 681:118, 2009; Wei Gu and Robert G. Roeder, Cell, 90:59, 1997). 따라서, 정상 p53과 돌연변이 p53 단백질의 DNA 결합 능력을 모니터링하는 것은 암세포 연구 및 진단 분야에서 그 가치가 상당히 크다고 할 수 있다.Mutant p53 protein is found in over 50% of cancers in the total cancers (H. Kitano, Science ., 295: 1662, 2002), with over 90% of them mutated in the DNA binding domain. If the p53 protein fails to bind to DNA as a mutation of the DNA binding domain and loses its function as a trans-acting promoter of transcription, it can not inhibit the cell division of the damaged cell, thereby increasing the possibility of cancer cell death of the damaged cell (Pavletich NP et al., Genes & Dev ., 7: 2557, 1993; Jean-Francois Millau, Mutation Research ., 681: 118, 2009; Wei Gu and Robert G. Roeder, Cell , 90: 59, 1997). Thus, monitoring the DNA binding capacity of normal p53 and mutant p53 proteins is of great value in the field of cancer cell research and diagnosis.

한편, 최근 바이오센서의 기술은 표지물질을 사용하지 않는 비표지 측정기술 개발에 초점이 맞추어져 있으며, 대표적으로는 금속 표면에서 발생하는 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하는 방법(R. Q. DUAN et al ., Neoplasma , 59(3):348, 2012; Wei Zhou et al ., International Journal of Nanomedicine , 6:381, 2011), 3차원 미세 구조물인 캔틸버러의 휨 현상에 의한 빛의 굴절률 변화를 측정하는 방법(Balle, MK. et al ., Ultramicroscopy, 82;1, 2000), 생체분자의 질량 변화에 따른 수정 크리스탈의 공명주파수 변화를 측정하는 방법(Marx, KA., Biomacromolecules , 4;1099, 2003), 반도체 공정에 기반을 둔 전기장 효과를 측정하는 방법(Yuqing, M. et al ., Biotechnol . Adv ., 21;527, 2003) 및 전기화학적 측정 방법(Hanahan, G. et al ., J. Environ . Monit ., 6; 657, 2004; Sang Hee Han et al ., Analytica Chimica Acta , 665:79, 2010) 등이 있다. Recently, biosensor technology has focused on the development of non-labeling measurement technology that does not use labeling material. Typically, the method using surface plasmon resonance (RQ DUAN et al ., Neoplasma , 59 (3): 348, 2012; Wei Zhou meat al ., International Journal of Nanomedicine , 6: 381, 2011), a method for measuring the refractive index change of light due to the bending phenomenon of a three-dimensional microstructure, cantilever (Balle, MK. Et al, Ultramicroscopy, 82;. 1 , 2000), method of measuring the modified crystal resonant frequency change in accordance with the mass change of the biomolecule (Marx, KA, Biomacromolecules, 4 ;. 1099, 2003), based on the semiconductor process How to measure the electric field effect (Yuqing, M. et al ., Biotechnol . Adv . , 21; 527, 2003) and an electrochemical measurement method (Hanahan, G. et al . , J. Environ . Monit . , 6; 657, 2004; Sang Hee Han et al ., Analytica Chimica Acta , 665: 79, 2010).

그 중 국소 표면 플라즈몬 공명(Localized surface plasmon resonance: LSPR) 방법은 복잡한 사전 정제 및 표지화 공정 없이 정량적으로 반응을 감지할 수 있기 때문에, 표면에 고정된 생체분자 사이의 상호작용에 관한 많은 연구에서 다양하게 사용되어 왔다. LSPR 방법은 금속 나노입자와 같이 국소적인 표면이 존재하는 재료에 다양한 파장을 갖는 빛을 조사하면 벌크 금속과는 달리 금속 나노입자 표면에 분극이 발생하게 되고 전기장의 강도를 중대하는 특이한 성질을 보인다. 이러한 LSPR 광학특성은 나노입자 근처에서 발생하는 유전율(굴절율) 변화에 민감하게 응답한다. 이러한 유전율(굴절율) 변화를 이용하여 생체분자 간의 흡착을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 지난 수십 년 동안 항원/항체, 리간드/수용체, 단백질/단백질 반응 및 DNA 혼성체화를 포함하여 특정 생체 피분석물에 대한 생체재료 농도, 두께 및 결합 반응속도 데이터를 측정하기 위하여 LSPR의 광학특성을 기초로 다양한 생체분자 상호작용 분석이 수행되어 왔다.Since the localized surface plasmon resonance (LSPR) method can quantitatively detect the reaction without complicated pre-purification and labeling processes, many studies on the interaction between biomolecules immobilized on the surface Has been used. In the LSPR method, when light having various wavelengths is irradiated to a material having a localized surface such as metal nanoparticles, polarization is generated on the surface of the metal nanoparticles, unlike bulk metals, and the characteristic of electric field is remarkable. These LSPR optical properties are sensitive to changes in the permittivity (refractive index) near the nanoparticles. This change in dielectric constant (refractive index) can be used to detect adsorption between biomolecules. For the past decades, the optical properties of LSPR have been based on biomaterial concentration, thickness, and binding reaction rate data for specific biochemical analytes including antigen / antibody, ligand / receptor, protein / protein reaction and DNA hybridization Various biomolecule interaction analyzes have been performed.

표면 플라즈몬 공명 방법을 이용하여 돌연변이 p53을 검출하기 위한 종래의 기술로는, SPR을 이용하여 p53 단백질 및 p53 단백질 결합 DNA의 상호작용으로 돌연변이 p53 단백질을 검출하는 방법(Sang Hee Han et al ., Analytica Chimica Acta , 665:79, 2010), 은 나노입자가 고정된 국소 표면 플라즈몬 공명 센서(LSPR)를 이용하여 p53 유전자와 p53 유전자에 상호적으로 결합가능한 DNA 프로브의 상호작용을 이용하여 돌연변이 p53 유전자를 검출하는 방법(R. Q. DUAN et al ., Neoplasma, 59(3):348, 2012) 및 은 나노입자 위에 p53 결합 가능 항체(anti-p53 antibody)를 고정시킨 다음, p53 단백질이 포함되어 있는 혈청을 처리하고 항체에 p53 단백질이 결합했을 때의 LSPR 파장 변화를 측정하여 혈청 속에 포함되어 있는 p53 단백질을 검출하는 방법(Wei Zhou et al ., International Journal of Nanomedicine , 6:381, 2011) 등이 있다.Conventional techniques for detecting mutant p53 using a surface plasmon resonance method include a method of detecting a mutant p53 protein by interaction of p53 protein and p53 protein-binding DNA using SPR (Sang Hee Han et al ., Analytica Chimica Acta , 665: 79, 2010), using mutagenic DNA probe interactions with p53 gene and p53 gene using a local surface plasmon resonance sensor (LSPR) with silver nanoparticles immobilized to detect mutant p53 gene How to do it (RQ DUAN et . al, Neoplasma, 59 (3 ): 348, 2012) and is the p53 protein bound to immobilized a p53 engageable antibody (anti-p53 antibody) on the nanoparticles, and then process the serum containing the p53 protein and antibodies A method for detecting the p53 protein contained in the serum by measuring the change in the LSPR wavelength meat al ., International Journal of Nanomedicine , 6: 381, 2011).

하지만, 대부분의 p53 단백질의 돌연변이는 DNA 결합 도메인의 중앙에 위치하는 특정 사이트에서 주로 발생하기 때문에 기존의 방법들은 민감도와 특이성이 낮고, 비용이 비싸고 소요시간이 많이 드는 문제점이 있다 (Alex N Bullock et al., Oncogene ., 19:1245, 2000; Uma Chandrachud and Susannah, Technol Cancer Res Treat., 8:445, 2009).However, most of the p53 protein mutations occur mainly at specific sites located in the center of the DNA binding domain, so that conventional methods have low sensitivity and specificity, are costly and time-consuming (Alex N Bullock et al., Oncogene ., 19: 1245, 2000; Uma Chandrachud and Susannah, Technol Cancer Res Treat ., 8: 445, 2009).

본 발명자들은 이전의 연구에서 금 나노입자가 고정되어 있는 표면 플라즈몬 공명 센서를 개발하여 DNA와 단백질의 상호작용 및 결합활성을 분석한 적이 있으며, 전사를 통해 합성된 RNA의 양을 측정하지 않고도 DNA와 단백질의 상호작용을 관찰하여 별도의 표지과정 없이 프로모터의 활성을 측정할 수 있는 것을 확인하였다 (Min Sun Song et al ., Adv . Mater., 25:1265, 2013).The present inventors have previously developed a surface plasmon resonance sensor in which gold nanoparticles are immobilized and analyzed the interaction and binding activity between DNA and protein. And the activity of the promoter can be measured without a separate labeling procedure by observing the interaction of the protein (Min Sun Song et al . , Adv . Mater ., 25: 1265,2013).

이에, 본 발명자들은 보다 정확하고 민감한 돌연변이 p53 단백질의 검출방법을 개발하고자 예의 노력한 결과, 단일 금 나노입자가 고정되어 있는 플라즈모닉 센서를 이용하여 p53 단백질 DNA 결합 도메인에 특이적인 염기서열을 갖는 GADD45 promoter와 결합하는 야생형 및 돌연변이형 p53 단백질의 상호작용과 결합력의 차이를 분석하면, 기존의 방법보다 정확하고 빠르게 저농도의 변이 p53 단백질을 검출할 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
As a result, the present inventors have made extensive efforts to develop a more accurate and sensitive mutant p53 protein detection method. As a result, the inventors of the present invention have found that a plasmonic sensor having a single gold nanoparticle immobilized thereon can be used as a GADD45 promoter having a base sequence specific to the p53 protein DNA binding domain And mutant p53 protein binding to the wild type and mutant p53 protein were analyzed, it was confirmed that mutant p53 protein at a low concentration can be detected more accurately and quickly than the conventional method, and the present invention has been completed.

본 발명의 목적은 금 나노입자가 고정된 표면 플라즈몬 공명 센서를 이용하여 GADD45 promoter-p53 단백질 상호작용 및 결합활성을 분석하는 방법을 제공하는 데 있다.
It is an object of the present invention to provide a method for analyzing GADD45 promoter-p53 protein interaction and binding activity using a surface plasmon resonance sensor in which gold nanoparticles are immobilized.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, (a) GADD45 promoter가 고정되어 있는 금 나노입자를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 야생형 또는 돌연변이 p53 단백질을 접촉시켜 GADD45 promoter와 다량의 p53 단백질의 결합을 유도하는 단계; 및 (b) 암시야 공명 현미경(dark-field microscopy) 및 레일리-산란 스펙트럼(Rayleigh scattering spectrum)을 이용하여 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동 값(Δλmax) 분석을 통해 GADD45 promoter와 다량의 p53 단백질의 상호작용을 분석하는 단계를 포함하는 GADD45 promoter-p53 단백질의 상호작용의 분석방법을 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for inducing the binding of a GADD45 promoter to a large amount of p53 protein by contacting a wild-type or mutant p53 protein to a plasmonic sensor based on gold nanoparticles immobilized with the GADD45 promoter step; And (b) light scattering spectra were measured using a dark-field microscope and a Rayleigh scattering spectrum, and the maximum wavelength shift value (? Max ) analysis obtained therefrom was used to analyze the GADD45 promoter And analyzing the interaction of a large amount of p53 protein with the GADD45 promoter-p53 protein.

본 발명은 또한, (a) GADD45 promoter가 고정되어 있는 금 나노입자를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 야생형 또는 돌연변이 p53 단백질을 접촉시켜 GADD45 promoter와 p53 단백질의 결합을 유도하는 단계; 및 (b) 암시야 공명 현미경(dark-field microscopy) 및 레일리-산란 스펙트럼(Rayleigh scattering spectrum)을 이용하여 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동 값(Δλmax) 분석을 통해 GADD45 promoter와 p53 단백질의 결합활성을 분석하는 단계를 포함하는 GADD45 promoter-p53 단백질 결합활성의 분석방법을 제공한다. (A) contacting wild-type or mutant p53 protein to a plasmonic sensor based on gold nanoparticles immobilized with the GADD45 promoter to induce the binding of the GADD45 promoter to the p53 protein; And (b) light scattering spectra were measured using a dark-field microscope and a Rayleigh scattering spectrum, and the maximum wavelength shift value (? Max ) analysis obtained therefrom was used to analyze the GADD45 promoter And analyzing the binding activity of the p53 protein to the GADD45 promoter-p53 protein binding activity.

본 발명은 또한, (a) GADD45 promoter가 고정되어 있는 금 나노입자를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 야생형 또는 돌연변이 p53 단백질이 포함된 시료를 접촉시켜 GADD45 promoter와 p53 단백질의 결합을 유도하는 단계; 및 (b) 암시야 공명 현미경(dark-field microscopy) 및 레일리-산란 스펙트럼(Rayleigh scattering spectrum)을 이용하여 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동 값(Δλmax) 분석을 통해 돌연변이 p53 단백질 유무를 검출하는 단계를 포함하는 돌연변이 p53 단백질 검출방법을 제공한다. (A) contacting a plasmonic sensor based on gold nanoparticles immobilized with a GADD45 promoter with a sample containing a wild-type or mutant p53 protein to induce the binding of the GADD45 promoter to the p53 protein; And (b) light scattering spectra were measured using a dark-field microscopy and a Rayleigh scattering spectrum, and the maximum wavelength shift value (? Max ) And detecting the presence or absence of the protein.

본 발명은 또한, (a) GADD45 promoter가 고정되어 있는 금 나노입자를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 야생형 또는 GADD45 promoter 결합 부위의 아미노산이 변이된 p53 단백질을 접촉시켜 GADD45 promoter와 p53 단백질의 결합을 유도하는 단계; 및 (b) 암시야 공명 현미경(dark-field microscopy) 및 레일리-산란 스펙트럼(Rayleigh scattering spectrum)을 이용하여 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동 값(Δλmax) 분석을 통해 p53 단백질 아미노산 변이에 따른 GADD45 promoter와 p53 단백질의 결합활성을 분석하는 단계를 포함하는 p53 단백질 아미노산 변이에 따른 GADD45 promoter-p53 단백질의 결합활성 분석방법을 제공한다.
The present invention also relates to a method for detecting the binding of a GADD45 promoter to a plasmonic sensor based on gold nanoparticles immobilized with a GADD45 promoter, wherein the wild-type or GADD45 promoter binding site has an amino acid mutated p53 protein, ; And (b) light scattering spectra were measured using a dark-field microscopy and a Rayleigh scattering spectrum, and the maximum wavelength shift value (? Max ) A method for analyzing the binding activity of GADD45 promoter-p53 protein according to p53 protein amino acid mutation comprising the step of analyzing the binding activity of GADD45 promoter and p53 protein according to amino acid mutation.

본 발명의 단일 나노 플라즈모닉 센서를 이용한 분석 방법은, 특정 promoter와 결합하는 p53 단백질의 상호작용 및 결합력의 차이를 별도의 표지과정 없이 직접적인 분석이 가능하며, 야생형과 돌연변이형 p53 단백질의 결합력의 비교를 통해 아미노산의 변이에 따른 각 부위의 중요도 파악이 가능하므로, 종양발생 가능성이 높은 환자를 조기 진단하는 분석 분야에 적용 및 응용할 수 있다.
The analysis method using the single nanoplasmonic sensor of the present invention can directly analyze the interaction and binding force of the p53 protein binding to a specific promoter without a separate labeling procedure and compare the binding force of wild type and mutant p53 protein It is possible to apply the present invention to an analysis field for early diagnosis of a patient having a high probability of developing a tumor.

도 1a는 단일 나노 플라즈모닉 센서를 이용한 DNA와 p53 단백질과의 상호 작용을 분석하는 전체적인 과정을 도식화한 개략도이다.
도 1b는 단일 나노 플라즈모닉 센서의 실제 모델 이미지를 나타낸 것이다.
도 2a는 HAuCl4 용액을 소듐 시트레이트로 환원시킴으로써 만든 약 30nm 크기의 금 입자 TEM 이미지이다.
도 2b는 1000배율에서 금 나노입자(30nm)의 암시야 이미지이다.
도 3는 금 나노입자에 생체물질의 부착에 따른 UV 흡수 스펙트럼 결과를 나타낸 것이다.
도 4a는 단일 금 나노입자가 고정된 플라즈모닉 센서에 promoter와 쥐의 야생형 (wild type) p53 단백질과의 결합으로 인한 빛 산란 스펙트럼의 이동을 나타낸 것이다.
도 4b는 단일 금 나노입자가 고정된 플라즈모닉 센서에 promoter와 쥐의 돌연변이형(mutant type) p53 단백질과의 결합으로 인한 빛 산란 스펙트럼의 이동을 나타낸 것이다.
도 5는 쥐의 p53 DNA binding domain의 선택적인 돌연변이로 인한 promoter와의 결합률을 금 나노입자의 최대 파장 이동 값을 통해 비교한 그래프이다.
도 6a는 다양한 종류의 유방암 p53 단백질의 GADD45 promoter와의 결합률을 금 나노입자의 최대 파장 이동 값을 통해 비교한 그래프이다.
도 6b는 다양한 종류의 폐암 p53 단백질의 GADD45 promoter와의 결합률을 금 나노입자의 최대 파장 이동 값을 통해 비교한 그래프이다.
도 7a는 다양한 종류의 유방암 p53 단백질의 상대적인 농도 값을 비교한 ELISA(Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) 실험 결과 그래프이다.
도 7b는 다양한 종류의 폐암 p53 단백질의 상대적인 농도 값을 비교한 ELISA(Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) 실험 결과 그래프이다.
도 8은 GADD45 promoter와 p53 DNA binding domain의 결합력의 차이를 분석한 EMSA(Electrophoretic mobility shift assays) 실험결과를 나타낸 이미지이다.
FIG. 1A is a schematic diagram illustrating an overall process of analyzing the interaction between DNA and p53 protein using a single nanoplasmonic sensor.
FIG. 1B shows an actual model image of a single nanoplasmonic sensor.
2a is HAuCl 4 Is a gold particle TEM image of about 30 nm in size, which was made by reducing the solution to sodium citrate.
2B is a dark field image of gold nanoparticles (30 nm) at 1000 magnification.
Fig. 3 shows the results of UV absorption spectra of gold nanoparticles upon attachment of biomaterials.
4A shows the shift of the light scattering spectrum due to the binding of the promoter and the wild type p53 protein to the plasmonic sensor to which a single gold nanoparticle is immobilized.
FIG. 4B shows the shift of the light scattering spectrum due to the binding of the promoter and the mutant type p53 protein in the mouse to a plasmonic sensor immobilized with a single gold nanoparticle.
FIG. 5 is a graph comparing the binding rate of the promoter with the selective mutation of the p53 DNA binding domain of the mouse through the maximum wavelength shift of the gold nanoparticles.
FIG. 6A is a graph comparing the binding rate of various types of breast cancer p53 protein with the GADD45 promoter through the maximum wavelength shift of gold nanoparticles.
FIG. 6B is a graph comparing the binding rate of various kinds of lung cancer p53 protein with the GADD45 promoter through the maximum wavelength shift of gold nanoparticles.
FIG. 7A is a graph showing an ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) test result comparing the relative concentration values of various kinds of breast cancer p53 proteins.
FIG. 7B is a graph showing the results of an ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) test comparing relative concentrations of various kinds of lung cancer p53 proteins.
FIG. 8 is an image showing the results of an electrophoretic mobility shift assays (EMSA) analysis of the difference in binding force between the GADD45 promoter and the p53 DNA binding domain.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is well known and commonly used in the art.

본 발명은 일 관점에서, (a) GADD45 promoter가 고정되어 있는 금 나노입자를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 야생형 또는 돌연변이 p53 단백질을 접촉시켜 GADD45 promoter와 p53 단백질의 결합을 유도하는 단계; 및 (b) 암시야 공명 현미경(dark-field microscopy) 및 레일리-산란 스펙트럼(Rayleigh scattering spectrum)을 이용하여 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동 값(Δλmax) 분석을 통해 GADD45 promoter와 p53 단백질의 상호작용을 분석하는 단계를 포함하는 GADD45 promoter-p53 단백질의 상호작용의 분석방법에 관한 것이다. (A) contacting wild-type or mutant p53 protein with a plasmonic sensor based on gold nanoparticles immobilized with a GADD45 promoter to induce the binding of the GADD45 promoter to the p53 protein; And (b) light scattering spectra were measured using a dark-field microscope and a Rayleigh scattering spectrum, and the maximum wavelength shift value (? Max ) analysis obtained therefrom was used to analyze the GADD45 promoter And analyzing the interaction of the p53 protein with the GADD45 promoter-p53 protein.

본 발명은 다른 관점에서, (a) GADD45 promoter가 고정되어 있는 금 나노입자를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 야생형 또는 돌연변이 p53 단백질을 접촉시켜 GADD45 promoter와 p53 단백질의 결합을 유도하는 단계; 및 (b) 암시야 공명 현미경(dark-field microscopy) 및 레일리-산란 스펙트럼(Rayleigh scattering spectrum)을 이용하여 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동 값(Δλmax) 분석을 통해 GADD45 promoter와 p53 단백질의 결합활성을 분석하는 단계를 포함하는 GADD45 promoter-p53 단백질 결합활성의 분석방법에 관한 것이다. In another aspect, the present invention provides a method for detecting a GADD45 promoter, comprising: (a) inducing a binding of a GADD45 promoter and a p53 protein by contacting a wild-type or mutant p53 protein to a gold nanoparticle-based plasmonic sensor immobilized with a GADD45 promoter; And (b) light scattering spectra were measured using a dark-field microscope and a Rayleigh scattering spectrum, and the maximum wavelength shift value (? Max ) analysis obtained therefrom was used to analyze the GADD45 promoter And a method for analyzing the binding activity of p53 protein to GADD45 promoter-p53 protein binding activity.

본 발명은 또 다른 관점에서, (a) GADD45 promoter가 고정되어 있는 금 나노입자를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 야생형 또는 돌연변이 p53 단백질이 포함된 시료를 접촉시켜 GADD45 promoter와 p53 단백질의 결합을 유도하는 단계; 및 (b) 암시야 공명 현미경(dark-field microscopy) 및 레일리-산란 스펙트럼(Rayleigh scattering spectrum)을 이용하여 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동 값(Δλmax) 분석을 통해 돌연변이 p53 단백질 유무를 검출하는 단계를 포함하는 돌연변이 p53 단백질 검출방법에 관한 것이다. In another aspect, the present invention relates to a method for inducing the binding of a GADD45 promoter to a p53 protein by contacting a plasmonic sensor based on gold nanoparticles immobilized with the GADD45 promoter with a sample containing wild-type or mutant p53 protein step; And (b) light scattering spectra were measured using a dark-field microscopy and a Rayleigh scattering spectrum, and the maximum wavelength shift value (? Max ) And detecting the presence or absence of the protein.

본 발명은 또 다른 관점에서, (a) GADD45 promoter가 고정되어 있는 금 나노입자를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 야생형 또는 GADD45 promoter 결합 부위의 아미노산이 변이된 p53 단백질을 접촉시켜 GADD45 promoter와 p53 단백질의 결합을 유도하는 단계; 및 (b) 암시야 공명 현미경(dark-field microscopy) 및 레일리-산란 스펙트럼(Rayleigh scattering spectrum)을 이용하여 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동 값(Δλmax) 분석을 통해 p53 단백질 아미노산 변이에 따른 GADD45 promoter와 p53 단백질의 결합활성을 분석하는 단계를 포함하는 p53 단백질 아미노산 변이에 따른 GADD45 promoter-p53 단백질의 결합활성 분석방법에 관한 것이다. In another aspect, the present invention provides a method for detecting a GADD45 promoter, comprising: (a) contacting a plasmonic sensor based on gold nanoparticles immobilized with the GADD45 promoter with a wild-type or p53 protein having an amino acid mutated at the GADD45 promoter binding site, Inducing binding; And (b) light scattering spectra were measured using a dark-field microscopy and a Rayleigh scattering spectrum, and the maximum wavelength shift value (? Max ) The present invention relates to a method for analyzing the binding activity of GADD45 promoter-p53 protein according to the mutation of p53 protein amino acid, including the step of analyzing the binding activity of GADD45 promoter and p53 protein according to amino acid mutation.

본 발명은 단일 나노 플라즈모닉 센서를 이용한 GADD45 promoter와 p53 단백질과의 상호작용을 분석하는 방법에 관한 것으로, 특히, 단일 금 나노입자를 사용하여 GADD45 promoter를 결합 및 고정화시키고, 상기 GADD45 promoter에 결합하는 p53 단백질의 결합을 유도하여 야생형 및 돌연변이에 따른 상호작용 또는 결합력의 차이를 분석하는 방법을 제공한다. The present invention relates to a method for analyzing the interaction between a GADD45 promoter and a p53 protein using a single nanoplasmonic sensor. More particularly, the present invention relates to a method for binding and immobilizing a GADD45 promoter using a single gold nanoparticle, The present invention provides a method for inducing the binding of p53 protein to analyze the difference in interaction or binding force depending on wild type and mutation.

본 발명에서는 단일 나노 플라즈모닉 센서를 이용한 DNA와 p53 단백질과의 상호작용 분석방법을 제공하기 위해 p53 단백질에 특이적인 DNA로 GADD45 promoter를 사용한 것으로, 이에 한정되지 않고 당업계에 공지된 p53 단백질에 특이적인 DNA 또는 promoter를 사용하여 p53 단백질과의 상호작용 또는 결합력을 측정할 수 있다. The present invention uses a GADD45 promoter as a DNA specific for p53 protein in order to provide a method for analyzing the interaction between DNA and p53 protein using a single nanoplasmonic sensor. However, the present invention is not limited to this and is specific to p53 protein known in the art DNA or promoter can be used to measure the interaction or binding force with the p53 protein.

상기 p53 단백질은 GADD45 프로모터(promoter)에 결합하여 GADD45의 발현량을 증가시켜, cyclin-CDK complex의 저해를 유도하는 것으로 알려져 있으며, p53 단백질 결합 도메인인 GADD45 promoter는 약 30bp의 보존서열(conserved sequence)을 가지고있어 돌연변이 p53 단백질과의 결합능력을 분석하여 초기 암 진단에 사용 가능하다. The p53 protein is known to bind to the GADD45 promoter to increase the expression level of GADD45 and induce the inhibition of the cyclin-CDK complex. The GADD45 promoter, which is a p53 protein binding domain, has a conserved sequence of about 30 bp, And can be used for early cancer diagnosis by analyzing the ability to bind to mutant p53 protein.

또한, 본 발명은 p53 단백질의 결합력의 차이를 분석함으로써, 암 발생의 생성과 억제에 중요한 역할을 하는 p53 단백질의 돌연변이 여부를 분석할 수 있으며, p53 단백질 아미노산 변이에 따른 GADD45 promoter와의 결합력 차이(최대 파장 이동 값 비교)를 통해 p53 단백질의 DNA 결합 도메인의 중요한 돌연변이 위치를 구분하고 분석할 수 있다. 특히, 특정 promoter와 결합하는 p53 단백질의 상호작용을 별도의 표지과정 없이 직접적인 분석이 가능하고, 플라즈모닉 센서를 이용한 단백질의 아미노산의 변이에 따른 각 부위의 중요도의 파악이 가능하다는 장점이 있다.In addition, the present invention can analyze the mutation of the p53 protein, which plays an important role in the generation and inhibition of cancer development, by analyzing the difference of the binding force of the p53 protein. The difference of the binding force with the GADD45 promoter The comparison of wavelength shift values) allows the identification and analysis of important mutation positions in the DNA binding domain of the p53 protein. In particular, it is possible to directly analyze the interaction of p53 protein binding to a specific promoter without a separate labeling procedure, and it is possible to grasp the importance of each region according to the amino acid variation of the protein using the plasmonic sensor.

본 발명에서는 GADD45 promoter와 p53 단백질의 상호작용 또는 결합력의 차이를 분석하기 위해 야생형 p53 단백질과 함께 DNA binding 부위의 변이가 있는 p53 단백질을 사용하였다. 이를 위해 쥐에서 얻은 야생형과 돌연변이형 p53 단백질(표 1)과 사람의 유방암 세포주(표 2), 폐암 세포주(표 3)에서 각각 얻은 야생형과 돌연변이형 p53 단백질을 분리하여 GADD45 promoter와의 상호작용 또는 결합력 차이를 분석하였다.In the present invention, to analyze the interaction or binding force between the GADD45 promoter and the p53 protein, p53 protein having a DNA binding site mutation together with wild type p53 protein was used. To do this, we isolated wild-type and mutant p53 proteins from wild-type and mutant p53 proteins (Table 1), human breast cancer cell lines (Table 2) and lung cancer cell lines (Table 3) The differences were analyzed.

본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계의 GADD45 promoter가 고정되어 있는 금 나노입자를 기반으로 한 플라즈모닉 센서는 (ⅰ) 유리 또는 플라스틱에서 선택되는 투명한 지지체에 25 내지 35nm 크기의 금 나노입자를 고정시키는 단계; 및 (ⅱ) 금 나노입자가 고정된 표면에 GADD45 promoter와 유기 흡착제인 HS(CH2)11(OCH2CH2)3OH를 고정시키는 단계;를 포함하여 제조된 것을 특징으로 한다. In the present invention, the gold nanoparticle-based plasmonic sensor having the GADD45 promoter immobilized therein may be (i) immobilized gold nanoparticles of 25 to 35 nm in size on a transparent support selected from glass or plastic ; And (ii) immobilizing the GADD45 promoter and the organic adsorbent HS (CH 2 ) 11 (OCH 2 CH 2 ) 3 OH on the surface to which the gold nanoparticles are immobilized.

본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계에서 GADD45 promoter와 p53 단백질의 결합을 유도하는 과정은 35 내지 45℃의 조건으로 20 내지 40분 동안 반응시키는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the step of inducing the binding of the GADD45 promoter and the p53 protein in step (a) is performed at 35 to 45 ° C for 20 to 40 minutes.

본 발명의 실시예에서, 표면 플라즈몬 공명 현상을 기반으로 한 GADD45 promoter-p53 단백질 상호작용 분석용 센서를 제작하기 위해서 약 30nm 정도의 금 나노입자를(도 2a 및 도 2b) 당업계에 공지된 방법으로 합성한 다음(도 2a), 유리 기판 위에 고정시키고, 상기 금 나노입자가 고정된 유리 기판을 이미징 챔버 (RC-30, Warner Instrument Inc.)에 장착시키고, 이 이미징 챔버는 암시야 공명 현미경의 샘플 홀더에 삽입하였다. 그 다음 챔버 안으로 GADD45 promoter제 (HS(CH2)11(OCH2CH2)3OH)가 1 : 8의 몰 비율로 혼합된 혼합물을 주입하여 12시간 동안 반응시킴으로써 GADD45 promote를 금 나노 입자 표면에 고정화시켰다. 금 나노입자 표면 개질 정도를 UV/VIS 분광 광도계로 측정한 결과(도 3), 개질하지 않은 금 나노입자 -> 표면 개질된 금 나노입자 -> DNA가 고정된 금 나노입자 순으로 장파장 쪽으로 피크가 이동된 것을 확인하였다. In an embodiment of the present invention, to fabricate a sensor for analyzing GADD45 promoter-p53 protein interaction based on surface plasmon resonance, gold nanoparticles of about 30 nm (Figs. 2A and 2B) (FIG. 2A) and fixed on a glass substrate. The glass substrate on which the gold nanoparticles were immobilized was mounted on an imaging chamber (RC-30, Warner Instrument Inc.), and the imaging chamber was mounted on a dark field microscope And inserted into a sample holder. The GADD45 promoter was then added to the gold nanoparticle surface by injecting a mixture of the GADD45 promoter (HS (CH 2 ) 11 (OCH 2 CH 2 ) 3 OH) in a molar ratio of 1: 8 into the chamber for 12 hours Immobilized. The degree of surface modification of the gold nanoparticles was measured with a UV / VIS spectrophotometer (FIG. 3). The results are shown in FIG. 3. The gold nanoparticles were unmodified -> surface-modified gold nanoparticles -> gold nanoparticles .

본 발명의 방법으로 제조한 나노플라즈모닉 센서에서 금 나노입자에 고정된 GADD45 promoter와 p53 단백질의 결합정도를 비교하기 위해 쥐에서 분리한 야생형 p53 단백질 및 돌연변이 p53 단백질을 챔버에 주입하고 2시간 동안 반응시켜 DNA와 단백질간의 결합을 유도하였다. 고정화가 이루어지는 각 단계마다 암시야 공명 현미경을 이용한 광 산란(Light scattering) 스펙트럼을 측정하여 최대 파장 값을 결정하였다. 그 결과, 고정화 단계마다 최대 파장이 오른쪽으로 이동함을 확인하였으며(도 4a 및 도b), 이러한 파장의 이동은 DNA와 단백질의 결합에 따른 단일 금 나노입자 주위의 굴절률변화에서 기인한 것으로 단일 금 나노입자에 프로모터 및 선택적으로 결합하는 단백질이 부착됨으로써 유전환경이 변하고 그에 따라 스펙트럼의 파장 값이 흡착 단계마다 장파장으로 이동하는 것을 알 수 있다. 즉, 최대파장의 이동도 분석을 통해 결과적으로 GADD45 promoter에 결합하는 p53 단백질과의 상호작용을 비교 분석할 수 있다. In order to compare the degree of binding between the GADD45 promoter and the p53 protein immobilized on the gold nanoparticles in the nanoplasmonic sensor prepared by the method of the present invention, the wild-type p53 protein and the mutant p53 protein isolated from the mouse were injected into the chamber, To induce binding between DNA and protein. Light scattering spectra using a dark field resonance microscope were measured at each stage where immobilization was performed to determine the maximum wavelength value. As a result, it was confirmed that the maximum wavelength shifts to the right in each immobilization step (FIGS. 4A and 4B). This shift in wavelength is caused by a change in refractive index around single gold nano- It can be seen that the genetic environment is changed by attaching promoter and selectively binding proteins to the nanoparticles, and thus the wavelength value of the spectrum shifts to a long wavelength per adsorption step. In other words, by analyzing the maximum wavelength mobility, the interaction with the p53 protein that binds to the GADD45 promoter can be comparatively analyzed.

또한, 다양한 p53 단백질의 상호작용 또는 결합력을 정확하게 측정하기 위해, background 스펙트럼과 암시야 공명 현미경 자체의 기계적으로 발생하는 노이즈 시그널을 측정하여 이를 제거한 스펙트럼 분석을 실시하였으며, 단일 금 나노입자의 주위 굴절률 변화로부터 얻어진 LSPR 산란 최대 파장 이동 값(λmax)은 하기 수학식 1로 계산하였다.
In order to accurately measure the interaction or binding force of various p53 proteins, spectrum analysis was performed by measuring background noise and mechanically generated noise signals of the dark field resonance microscope itself, and the peripheral refractive index change of single gold nanoparticles The maximum LSPR scattering wavelength shift value (? Max ) obtained from the LSPR was calculated by the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Δλmax = λmax (after binding) - λmax (before binding)
Δλ max = lambda max (after binding) -? max (before binding)

GADD45 promoter가 고정되어 있는 나노플라즈모닉 센서에 쥐의 p53 단백질 및 사람의 유방암 세포주, 폐암 세포주에서 분리한 p53 단백질을 결합시키고, 스펙트럼을 측정하여 상기 수학식 1을 이용하여 단일 금 나노입자의 주위 굴절률 변화로부터 얻어진 LSPR 산란 최대 파장 이동 값(λmax)을 계산하였다.The mouse p53 protein, human breast cancer cell line, and p53 protein isolated from lung cancer cell line were bound to a nanoplasmonic sensor having a GADD45 promoter immobilized thereon. The spectrum was measured and the peripheral refractive index of a single gold nanoparticle The LSPR scattering maximum wavelength shift (λ max ) obtained from the change was calculated.

쥐의 p53 단백질의 최대파장 이동 값을 비교한 결과, 야생형 p53 단백질의 경우 스펙트럼의 최대 파장 값이 9.6nm 이동한 것을 확인하였으며, 돌연변이 p53 단백질(I252F 및 R270H)의 경우 스펙트럼의 최대 파장 값이 각각 4.2nm, 1.7nm가 이동하는 것을 확인하였다 (도 5 및 표 4).As a result of comparing the maximum wavelength shift of the p53 protein in the mouse, it was confirmed that the maximum wavelength value of the spectrum of wild type p53 protein was shifted by 9.6 nm. In case of the mutant p53 protein (I252F and R270H), the maximum wavelength value of the spectrum was 4.2 nm, and 1.7 nm, respectively (FIGS. 5 and 4).

사람 유방암 세포주의 p53 단백질의 최대파장 이동 값을 비교한 결과, ZR-75-1 및 MCF-7 세포주에서 분리한 야생형 p53 단백질의 경우 스펙트럼의 최대 파장 값이 각각 8.6nm 및 9.3nm 이동한 것을 확인하였으며, T47D, BT474, SKBR3, MDA-MB-231 및 MDA-MB-435s에서 분리한 돌연변이 p53 단백질의 경우 스펙트럼의 최대 파장 값이 각각 1.2nm, 1.0nm, 0.64nm, 2.66nm 및 2.1nm 이동한 것을 확인하였다 (도 6a 및 표 5). 또한, 사람 폐암 세포주의 p53 단백질의 최대파장 이동 값을 비교한 결과, H460 세포주에서 분리한 야생형 p53 단백질의 경우 스펙트럼의 최대 파장 값이 15m 이동한 것을 확인하였으며, H522, H441, Calu-3 및 H1703에서 분리한 돌연변이 p53 단백질의 경우 스펙트럼의 최대 파장 값이 각각 2.05nm, 3.9nm, 2.9nm, 2.66nm 및 2.4nm 이동한 것을 확인하였다 (도 6b 및 표 5).As a result of comparing the maximum wavelength shift values of the p53 protein of human breast cancer cell lines, it was confirmed that the maximum wavelength values of the spectrum of the wild type p53 protein isolated from the ZR-75-1 and MCF-7 cell lines were shifted by 8.6 nm and 9.3 nm, respectively . The mutant p53 protein isolated from T47D, BT474, SKBR3, MDA-MB-231 and MDA-MB-435s showed the highest peak wavelengths of 1.2 nm, 1.0 nm, 0.64 nm, 2.66 nm and 2.1 nm (Fig. 6A and Table 5). In addition, the maximum wavelength shift of the p53 protein in human lung cancer cell lines was found to be 15 m in the wild-type p53 protein isolated from the H460 cell line. The H522, H441, Calu-3 and H1703 3.9 nm, 2.9 nm, 2.66 nm, and 2.4 nm, respectively, in the case of the mutant p53 protein isolated from E. coli (FIG. 6B and Table 5).

상기 결과 값을 비교해 보면, p53 단백질 아미노산 변이에 따라 스펙트럼 파장의 이동 값이 각각 다른 것을 확인할 수 있으며, 이는 GADD45 promoter의 결합력의 차이로 인해 발생한 것으로, p53 단백질의 DNA 결합 도메인의 중요한 돌연변이 위치를 구분하고 분석할 수 있다. Comparing the results, it can be seen that the shift values of the spectral wavelength are different according to the p53 protein amino acid mutation. This is caused by the difference in the binding ability of the GADD45 promoter, and the important mutation position of the DNA binding domain of the p53 protein is identified .

본 발명에서 사용된 유방암 p53 단백질 돌연변이 샘플 중 SKBR3의 경우 DNA 결합 도메인 175 위치(DNA binding domain 175 position)에서 아미노산 아르기닌(arginine)이 히스티딘(histidine)으로 변이가 일어난 것이다. 이 부위는 p53 DNA binding domain의 다른 부위보다 프로모터와의 결합에 더욱 중요한 기능을 하는 것으로 알려져 있다. 이러한 중요한 기능을 가진 부위의 돌연변이가 일어남으로써 프로모터와의 결합력이 다른 돌연변이형 단백질보다도 현저히 떨어지게 되며, 이는 스펙트럼 파장 이동의 결과로 확인이 가능하다. Among the mutated samples of the breast cancer p53 protein used in the present invention, the amino acid arginine was mutated to histidine at the DNA binding domain 175 position in the DNA binding domain 175 of SKBR3. This region is known to play a more important role in binding to the promoter than other sites of the p53 DNA binding domain. Mutations in the region with these important functions result in significantly less binding to the promoter than other mutant proteins, which can be confirmed as a result of spectral wavelength shift.

또한 본 발명에서 사용된 폐암 p53 단백질 돌연변이 샘플 중 H522의 경우 DNA 결합 도메인 191 위치(DNA binding domain 191 position)의 p53이 유전자 결손(deletion)으로 유전자가 knock down 되어 p53 단백질의 발현이 없다. 그러므로 다른 돌연변이형 단백질보다 결합력이 현저히 떨어지며, 가장 낮은 최대파장 이동 값을 보이는 것을 확인하였다. In the case of H522 of the lung cancer p53 protein mutation sample used in the present invention, p53 of the DNA binding domain 191 position (DNA binding domain 191 position) is knocked down due to gene deletion and there is no expression of p53 protein. Therefore, the binding capacity is significantly lower than that of other mutant proteins, and the lowest maximum shift value is observed.

즉, 돌연변이 p53 단백질과 야생형 p53 단백질의 최대파장 이동 값을 비교하여 수치화하였을 경우(Compare with Δλmax), 가장 높은 값을 보이는 샘플이 중요한 부분에 돌연변이가 일어났다는 것을 의미하며, 본 발명의 나노 플라즈모닉 센서를 이용하여 p53 단백질의 중요한 돌연변이 위치를 파악할 수 있는 것을 확인하였다. That is, when comparing the maximum wavelength shift values of the mutant p53 protein and the wild type p53 protein (Compare with DELTA lambda max ), it means that mutation occurred in a significant portion of the sample showing the highest value. It was confirmed that the important mutation position of p53 protein can be detected using a monic sensor.

본 발명의 돌연변이 p53 단백질에 따른 최대파장 이동 값의 차이가 결합력의 차이로 발생한 것으로, 샘플 속에 포함된 p53 단백질의 농도 차이가 아니라는 것을 확인하기 위해 ELISA(Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) 실험을 통해 정량화한 결과(도 7a 및 7b), 각 샘플마다 농도의 큰 차이는 발견되지 않았으며, 특정 샘플의 p53 농도가 높아서 광 산란 스펙트럼 최대 파장 값의 차이가 생기는 것이 아니라 단백질 변형의 유, 무에 따라 결합력 차이가 발생하는 것을 확인하였다.In order to confirm that the difference in the maximum wavelength shift value according to the mutant p53 protein of the present invention was caused by the difference in the binding force, it was quantified by ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) 7a and 7b), no large difference in concentration was found for each sample, and the p53 concentration of the specific sample was high, so that the difference in the maximum wavelength value of the light scattering spectrum was not caused, but the difference Was observed.

나아가, 유방암 야생형 p53 단백질과 폐암 야생형 p53 단백질의 광산란 스펙트럼 최대 파장의 이동 값 차이가 발생하는 이유는 폐암의 야생형 p53 단백질의 농도가 유방암 야생형 p53 단백질 보다 높기 때문이라는 것을 확인하였다.Furthermore, the difference in the peak wavelength shift of light scattering between breast cancer p53 protein and lung cancer wild type p53 protein was confirmed by the fact that the concentration of wild type p53 protein in lung cancer was higher than that of breast cancer wild type p53 protein.

또한, 나노 플라즈모닉 센서를 통해 얻은 GADD45 promoter-p53 단백질의 결합력 차이의 정당성을 확인하기 위해 EMSA(Electrophoretic mobility shift assays) 실험을 통해 쥐 p53 단백질의 결합력의 차이를 비교한 결과, 나노 플라즈모닉 센서의 광산란 분석 결과와 일치하는 것을 확인하였다. 이를 통해 나노 플라즈모닉 센서가 프로모터와 단백질(야생형, 돌연변이형)의 결합력의 차이를 보다 빠르고 정확하게 분석할 수 있다는 것을 확인하였다.
In order to confirm the validity of the difference of binding force of GADD45 promoter-p53 protein obtained by nanoplasmonic sensor, the electrophoretic mobility shift assays (EMSA) It was confirmed that the results agree with the results of light scattering analysis. This confirms that the nanoplasmonic sensor can more quickly and accurately analyze the difference in binding force between the promoter and the protein (wild type, mutant type).

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these examples are for illustrative purposes only and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these examples.

야생형 및 돌연변이 Wild type and mutant p53p53 단백질 분리 Protein separation

본 실험에서 사용된 p53 단백질은 쥐에서 얻은 야생형과 돌연변이형 단백질과 사람의 유방암, 폐암 세포주에서 각각 얻은 야생형과 돌연변이형 p53 단백질을 사용하였으며, 이들의 구성성분은 표 1 내지 표 3에 나타내었다. The p53 protein used in this experiment was wild type and mutant type proteins obtained from rats, and wild type and mutant type p53 proteins obtained from human breast cancer and lung cancer cell lines, respectively, and the constituents thereof are shown in Tables 1 to 3.

쥐 유래 p53 단백질의 DNA 결합 도메인에 대한 정보 Information on the DNA-binding domain of rat-derived p53 protein NameName Conc.
(ug/ul)
Conc.
(ug / ul)
Pos.Pos. WTWT MutMut AAAA MutMut
p53
wild type
p53
wild type
1212 -- -- -- -- --
I252FI252F 44 252252 ATTATT TTTTTT IleIle PhePhe R270HR270H 55 270270 CGCCGC CACCAC ArgArg HisHis

인간 유래 p53 단백질의 DNA 결합 도메인에 대한 정보 - 유방암 샘플Information on the DNA-binding domain of human-derived p53 protein - Breast cancer samples NameName Conc.
(ug/ul)
Conc.
(ug / ul)
Pos.Pos. WTWT MutMut AAAA MutMut
ZR-75-1ZR-75-1 5.85.8 -- -- -- -- -- MCF-7MCF-7 6.26.2 -- -- -- -- -- T47DT47D 7.17.1 194194 CTTCTT TTTTTT LeuLeu PhePhe BT474BT474 3.53.5 282282 GAGGAG AAGAAG GluGlu LysLys SKBR3SKBR3 5.75.7 175175 CGCCGC CACCAC ArgArg HisHis MDA-MB-231MDA-MB-231 5.75.7 280280 AGAAGA AAAAAA ArgArg LysLys MDA-MB-435sMDA-MB-435s 8.38.3 266266 GGAGGA GAAGAA GlyGly GluGlu

인간 유래 p53 단백질의 DNA 결합 도메인에 대한 정보 - 폐암 샘플Information on the DNA-binding domain of human-derived p53 protein - Lung cancer samples NameName Conc.
(ug/ul)
Conc.
(ug / ul)
Pos.Pos. WTWT MutMut AAAA MutMut
H460H460 3.53.5 -- -- -- -- -- H522H522 3.33.3 191191 CCTCCT del1adel1a ProPro Fs.Fs. H441H441 4.34.3 158158 CGCCGC CTCCTC ArgArg LeuLeu Calu-3Calu-3 3.93.9 237237 ATGATG ATTATT MetMet IleIle H1703H1703 5.15.1 285285 GAGGAG AAGAAG GluGlu LysLys

상기 세포주에서 당업계 알려진 단백질 분리 방법을 사용하여 p53 단백질을 분리하였다.
The p53 protein was isolated from the cell line using a method known in the art for protein separation.

금 입자의 제조 및 유리 기판 위에 금 나노 입자 고정과 챔버 세팅(chamber setting)Preparation of gold particles and gold nanoparticle immobilization and chamber setting on glass substrate

본 발명의 표면 플라즈몬 공명 현상을 기반으로 한 GADD45 promoter-p53 단백질 상호작용 검출용 센서를 제작하기 위해서 약 30nm 정도의 금 나노입자를(도 2a 및 도 2b) 당업계에 공지된 방법으로 합성하였다 (Min Sun Song et al ., Adv . Mater., 25:1265, 2013). 제조된 금 나노 입자들은 커버슬립 슬라이드 (22 x 40 x 0.1 mm) 위에 고정화하였다. 이에 앞서, 커버슬립 슬라이드는 피란하(piranha) 용액 (3:1 H2SO4/H2O2)안에서 20분간 초음파 처리(sonication) 후에 3차 증류수를 이용하여 격렬히 세척하였다. To fabricate a sensor for detecting the GADD45 promoter-p53 protein interaction based on the surface plasmon resonance phenomenon of the present invention, gold nanoparticles having a size of about 30 nm (FIGS. 2A and 2B) were synthesized by a method known in the art Min Sun Song et al . , Adv . Mater ., 25: 1265,2013). The prepared gold nanoparticles were immobilized on a cover slip slide (22 x 40 x 0.1 mm). Prior to this, the cover slip slide was vigorously washed with tertiary distilled water after sonication for 20 minutes in a piranha solution (3: 1 H 2 SO 4 / H 2 O 2 ).

약 30nm 크기의 구형 금 나노 입자를 포함한 용액은 흡광도 528nm에서 0.04가 되도록 희석한 뒤 drop-coating을 통해 유리 기판(슬라이드 글래스)에 물리적으로 흡착을 시켰다. 여기서, 금 나노입자의 농도와 인큐베이션 시간은 입자간 간격을 조절함으로서 입자간 커플링 효과를 감소시키는 역할을 한다. The solution containing the spherical gold nanoparticles having a size of about 30 nm was diluted to 0.04 at an absorbance of 528 nm and physically adsorbed on a glass substrate (slide glass) through drop-coating. Here, the concentration of gold nanoparticles and the incubation time serve to reduce the coupling effect between particles by controlling the intergranular spacing.

그 후, 준비한 유리 기판 샘플을 미세유체 이미징 챔버 (RC-30, Warner Instrument Inc.)에 장착시키고, 상기 이미징 챔버는 암시야 공명 현미경의 샘플 홀더에 삽입하였다. 이미징 챔버는 금 나노입자의 표면 기능화에 필요한 흡착물 및 반응물 등의 여러 가지 화학 물질을 주입하기 위한 수단으로, 주사기 펌프와 연결되어 있으며, 챔버 안으로 흐르는 유체의 속도는 100㎕/min으로 조절하였다. Thereafter, the prepared glass substrate sample was mounted in a microfluidic imaging chamber (RC-30, Warner Instrument Inc.), and the imaging chamber was inserted into a sample holder of a dark field resonance microscope. The imaging chamber is connected to the syringe pump, and the velocity of the fluid flowing into the chamber is adjusted to 100 μl / min, as a means for injecting various chemicals such as adsorbates and reactants necessary for surface functionalization of gold nanoparticles.

금 나노입자 표면은 앱솔루트 에탄올(absolute ethanol) 용액을 흘려주어 세척한 다음, 3차 증류수를 주입하여 모든 불순물과 과정화가 되지 않은 금 나노입자를 제거하였다. 이 때 금 나노입자는 전기적으로 유리기판에 흡착되어 있을 수 있기 때문에 30분 이상 충분히 증류수를 주입시켜주었다 (도 1a 및 도 1b).
The surface of the gold nanoparticles was washed with an absolute ethanol solution, and then the third distilled water was injected to remove all impurities and unprocessed gold nanoparticles. At this time, since the gold nanoparticles may be electrically adsorbed on the glass substrate, distilled water was sufficiently injected for 30 minutes or more (FIGS. 1A and 1B).

특정 certain DNADNA Wow p53p53 단백질의 선택적 결합력 분석용 나노  Nano for selective binding of protein 플라즈모닉Plasmonics 센서 제작 Sensor manufacturing

3-1 : 나노 3-1: Nano 플라즈모닉Plasmonics 센서 제작 Sensor manufacturing

p53 단백질과 특정 DNA의 결합정도를 비교하기 위해 다음과 같은 방법으로 특정 DNA인 GADD45 promoter를 금 나노입자에 고정시켰다.
In order to compare the degree of binding between the p53 protein and the specific DNA, the GADD45 promoter, a specific DNA, was immobilized on the gold nanoparticles in the following manner.

GADD45 promoterGADD45 promoter

[서열번호 1] GADD45 promoter UP [SEQ ID NO: 1] GADD45 promoter UP

5'-GTACAGAACATGTCTAAGCATGCTGGGGAC-3'5'-GTACAGAACATGTCTAAGCATGCTGGGGAC-3 '

[서열번호 2] GADD45 promoter LO[SEQ ID NO: 2] GADD45 promoter LO

5'-GTCCCCAGCATGCTTAGACATGTTCTGTAC-3'
Gt;

먼저, 실시예 1에서 제조한 금 나노 입자가 고정화된 RC-30 closed bath 챔버안으로 싸이올기가 유도된 GADD45 promoter와 유기흡착제 (HS(CH2)11(OCH2CH2)3OH)가 1 : 8의 몰 비율로 혼합된 혼합물 200㎕를 주입하여 12시간 동안 반응시킴으로써 GADD45 프로모터에 해당하는 DNA를 금 나노 입자 표면에 고정화시켰다. 반응 과정 이후에는 3차 증류수로 세척과정을 거쳐 미반응된 불순물들을 제거하였다. 금 나노입자 표면 개질 정도를 UV/VIS 분광 광도계로 측정한 결과(도 3), 개질하지 않은 금 나노입자 -> 표면 개질된 금 나노입자 -> DNA가 고정된 금 나노입자 순으로 장파장 쪽으로 피크가 이동된 것을 확인하였다.
First, the GADD45 promoter and the organic adsorbent (HS (CH 2 ) 11 (OCH 2 CH 2 ) 3 OH) in which the thiol group was introduced into the RC-30 closed bath chamber immobilized with gold nanoparticles prepared in Example 1, 8 was injected and reacted for 12 hours to immobilize the DNA corresponding to the GADD45 promoter on the gold nanoparticle surface. After the reaction, unreacted impurities were removed by washing with third distilled water. The degree of surface modification of the gold nanoparticles was measured with a UV / VIS spectrophotometer (FIG. 3). The results are shown in FIG. 3. The gold nanoparticles were unmodified -> surface-modified gold nanoparticles -> gold nanoparticles .

3-2 : 단일 나노 3-2: Single Nano 플라즈모닉Plasmonics 센서를 이용한 p53 단백질 검출 정도 확인 Detection of p53 protein detection using sensor

상기 실시예 2의 방법으로 제조한 나노 플라즈모닉 센서에서 금 나노입자에 고정된 GADD45 promoter와 p53 단백질의 결합정도를 비교하기 위해 실시예 2-2에서 GADD45 promoter를 금 나노입자에 고정시키고 세척한 다음, 마지막으로 GADD45 promoter DNA에 선택적으로 결합하는 p53 단백질 200㎕를 챔버에 주입하고, 2시간 동안 반응시켜 DNA와 단백질간의 결합을 유도하였다. 그리고 모든 반응이 이루어진 후에 결합하지 않은 p53 단백질은 증류수로 세척하였으며, 고정화가 이루어지는 각 단계마다 암시야 공명 현미경을 이용한 광 산란(Light scattering) 스펙트럼 측정하였다.In order to compare the degree of binding of the p53 protein to the GADD45 promoter immobilized on gold nanoparticles in the nanoplasmonic sensor prepared by the method of Example 2, the GADD45 promoter was immobilized on gold nanoparticles and washed in Example 2-2 Finally, 200 ㎕ of p53 protein selectively binding to GADD45 promoter DNA was injected into the chamber and reacted for 2 hours to induce binding between DNA and protein. After all the reactions were completed, unbound p53 protein was washed with distilled water and light scattering spectra were measured using a dark field resonance microscope at each step of immobilization.

그 결과, 고정화 단계마다 최대 파장이 오른쪽으로 이동함을 확인하였으며, 최대파장의 이동도 분석을 통해 결과적으로 GADD45 promoter에 결합하는 p53 단백질과의 상호작용을 비교 분석할 수 있는 것을 확인하였다 (도 4a 및 도b).
As a result, it was confirmed that the maximum wavelength moved to the right in each immobilization step, and it was confirmed that the interaction with the p53 protein binding to the GADD45 promoter could be comparatively analyzed through the analysis of the maximum wavelength mobility (Fig. 4A And FIG.

이후, 단일 금 나노입자의 광학반응을 정확하게 측정하기 위해, background 스펙트럼과 암시야 공명 현미경 자체의 기계적으로 발생하는 노이즈 시그널을 측정하여 이를 제거한 스펙트럼 분석을 실시하였다. In order to accurately measure the optical response of a single gold nanoparticle, the background spectrum and the mechanically generated noise signal of the dark field resonance microscope itself were measured and spectral analysis was performed.

가장 먼저 dark field 상에 보이는 단일 금 나노 입자들 중 임의로 10~12개 정도의 입자들(도 2b)을 선정하여 스펙트럼을 측정하고, 타겟 물질들(GADD45 promoter, 야생형 p53 단백질 또는 돌연변이 p53 단백질)을 순차적으로 흘린 뒤, 각 스텝마다 같은 입자들에 한해서 스펙트럼을 측정하여 스펙트럼의 변화를 분석하였다. 이러한 과정은 각 단백질의 변이마다 반복한 후, 데이터의 프로세싱을 위해, 실험의 결과로 얻어진 스펙트럼에 OriginPro 8.0 프로그램의 Lorentzian 알고리즘을 적용함으로써 정확하고 효과적으로 Wavelength 최대 파장 값을 분석하였다. 마지막으로 단일 금 나노입자의 주위 굴절률 변화로부터 얻어진 LSPR 산란 최대 파장 이동 값(λmax)은 하기 수학식 1로 계산하였다. (GADD45 promoter, wild-type p53 protein, or mutant p53 protein) was measured by randomly selecting 10 to 12 particles (Fig. 2B) of arbitrary single gold nanoparticles visible on the dark field After sequential flow, spectral changes were analyzed by measuring the spectrum of the same particles at each step. This process was repeated for each variation of each protein, and then the wavelet maximum wavelength value was accurately and effectively analyzed by applying the Lorentzian algorithm of the OriginPro 8.0 program to the spectrum obtained as a result of the experiment, for data processing. Finally, the LSPR scattering maximum wavelength shift (λ max ) obtained from the change in the refractive index of the single gold nanoparticle was calculated by the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Δλmaxmax(after binding)-λmax(before binding)
Δλ max = λ max (after binding) -λ max (before binding)

야생형과 Wild type 돌연변이형Mutant type 단백질의 부착에 따른 빛 산란 스펙트럼의 이동 정도 분석 및 비교 Analysis and comparison of movement of light scattering spectrum by attachment of protein

GADD45 promoter와 실시예 1에서 분리한 p53 단백질(야생형/돌연변이형)의 결합력의 차이를 비교하기 위해 나노플라즈모닉 센서를 이용한 빛 산란 스펙트럼의 이동 정도를 분석하였다. In order to compare the difference in binding force between the GADD45 promoter and the p53 protein (wild type / mutant type) isolated in Example 1, the degree of migration of the light scattering spectrum using a nanoplasmonic sensor was analyzed.

또한, GADD45 promoter와 p53 단백질(야생형/돌연변이형)이 선택적으로 결합하는 지에 대한 신뢰성 있는 분석을 위해서 대조군(control)로 GADD45 promoter와 결합하지 않은 SP6 RNA 폴리머레이즈(Promega Corporation)를 사용하였다.
In addition, SP6 RNA polymerase (Promega Corporation), which was not associated with the GADD45 promoter, was used as a control for reliable analysis of whether the GADD45 promoter and the p53 protein (wild type / mutant type) were selectively bound.

4-1 : 쥐의 4-1: Rats p53p53 단백질(야생형/ Protein (wild type / 돌연변이형Mutant type )의 결합력 차이 비교)

단일 금 나노입자에 GADD45 promoter를 결합시킨 후 GADD45 promoter에 선택적으로 결합하는 쥐의 p53 단백질(표 1)을 결합시키고, 스펙트럼을 측정하여 상기 수학식 1을 이용하여 단일 금 나노입자의 주위 굴절률 변화로부터 얻어진 LSPR 산란 최대 파장 이동 값(λmax)을 계산하였다.
After binding the GADD45 promoter to a single gold nanoparticle, the mouse p53 protein selectively binding to the GADD45 promoter was bound (Table 1), and the spectrum was measured. From the change in the peripheral refractive index of a single gold nanoparticle The obtained LSPR scattering maximum wavelength shift value (? Max ) was calculated.

쥐의 p53 단백질의 최대파장 이동 값The maximum wavelength shift value of mouse p53 protein Type of p53 proteinType of p53 protein Name of cell linesName of cell lines Δλmax(nm)Δλ max (nm) Compare with Δλmax
(wild type higher)
Compare with Δλ max
(wild type higher)
Mouse p53 protein Mouse p53 protein Wild typeWild type 9.69.6 -- I252FI252F 4.24.2 2.32.3 R270HR270H 1.71.7 5.65.6

그 결과, 야생형 p53 단백질의 경우 스펙트럼의 최대 파장 값이 9.6nm 이동한 것을 확인하였으며, 돌연변이 p53(I252F 및 R270H) 단백질의 경우 스펙트럼의 최대 파장 값이 각각 4.2nm, 1.7nm가 이동하는 것을 확인하였다 (도 5 및 표 4).As a result, it was confirmed that the maximum wavelength value of the spectrum of wild-type p53 protein was shifted by 9.6 nm, and that of the mutant p53 (I252F and R270H) protein was shifted by 4.2 nm and 1.7 nm, respectively (Fig. 5 and Table 4).

또한, 대조군의 경우 스펙트럼의 최대 파장 이동 값이 거의 발생하지 않았으며, 이런 결과를 통해 나노 플라즈모닉 센서를 이용한 실험결과가 타당성과 신뢰성 있으며, p53 단백질만을 선택적으로 구별할 수 있다는 것을 확인하였다.
In addition, in the case of the control group, the maximum wavelength shift value of the spectrum hardly occurred. As a result, the results of the experiment using the nanoplasmonic sensor are valid and reliable, and it is confirmed that only the p53 protein can be selectively discriminated.

4-2 : 사람 세포주에서의 단백질 전처리 과정4-2: Protein pretreatment process in human cell line

정상적인 세포 성장 상태(Normal growth state)에 있는 암세포에 트립신을 처리하여(trypsinize) 세포 펠렛(cell pellet)을 수득한 다음, 세포 펠렛(cell pellet)에 라이시스 버퍼(lysis buffer)와 혼합한 후, 얼음(in ice)에서 30분 동안 배양하였다. 그 다음, 원심분리 하여 상층액만 새로운 튜브(tube)에 옮긴 후에 상층액에 존재하는 단백질 농도를 브래드퍼드(Bradford) 정량법을 사용하여 농도를 정량하였다.
Trypsinize the cancer cells in a normal growth state to obtain a cell pellet and then mix the cell pellet with a lysis buffer, And incubated in ice for 30 minutes. After centrifugation, only the supernatant was transferred to a new tube, and the protein concentration present in the supernatant was quantitated using Bradford quantitation.

4-3 : 사람 유방암 세포주의 p53 단백질(야생형 / 돌연변이형)의 결합력 차이 비교4-3: Comparison of the binding capacity of p53 protein (wild type / mutant type) in human breast cancer cell line

단일 금 나노입자에 GADD45 promoter를 결합시킨 후 GADD45 promoter에 선택적으로 결합하는 사람의 유방암 세포주(표 2)의 p53 단백질을 결합시키고, 스펙트럼을 측정하여 상기 수학식 1을 이용하여 단일 금 나노입자의 주위 굴절률 변화로부터 얻어진 LSPR 산란 최대 파장 이동 값(λmax)을 계산하였다.
After binding the GADD45 promoter to a single gold nanoparticle, the p53 protein of a human breast cancer cell line (Table 2) binding selectively to the GADD45 promoter was bound and the spectrum was measured to determine the perimeter of single gold nanoparticles The LSPR scattering maximum wavelength shift (λ max ) obtained from the refractive index change was calculated.

사람 유방암 세포주의 p53 단백질의 최대파장 이동 값The maximum wavelength shift of p53 protein in human breast cancer cell lines Type of p53 proteinType of p53 protein Name of cell linesName of cell lines Δλmax(nm)Δλ max (nm) Compare with Δλmax
(wild type higher)
Compare with Δλ max
(wild type higher)
Breast cancer
Protein
Breast cancer
Protein
ZR-75-1(wild type)ZR-75-1 (wild type) 8.68.6 ××
MCF-7(wild type)MCF-7 (wild type) 9.39.3 -- T47DT47D 1.21.2 7.87.8 BT474BT474 1.01.0 9.39.3 SKBR3SKBR3 0.640.64 14.514.5 MDA-MB-231MDA-MB-231 2.662.66 3.53.5 MDA-MB-435sMDA-MB-435s 2.12.1 4.44.4

(야생형과 돌연변이 형의 최대파장 이동 값 비교는 MCF-7 값을 기준으로 비교)(Comparison of maximum wavelength shift values of wild type and mutant type is based on MCF-7 value)

그 결과, ZR-75-1 및 MCF-7 세포주에서 분리한 야생형 p53 단백질의 경우 스펙트럼의 최대 파장 값이 각각 8.6m 및 9.3m 이동한 것을 확인하였으며, T47D, BT474, SKBR3, MDA-MB-231 및 MDA-MB-435s에서 분리한 돌연변이 p53 단백질의 경우 스펙트럼의 최대 파장 값이 각각 1.2m, 1.0m, 0.64m, 2.66m 및 2.1m 이동한 것을 확인하였다 (도 6a 및 표 5).
As a result, it was confirmed that the maximum wavelength values of the spectrum of wild-type p53 protein isolated from the ZR-75-1 and MCF-7 cell lines were shifted by 8.6 m and 9.3 m, respectively. T47D, BT474, SKBR3, MDA-MB-231 And MDA-MB-435s (Fig. 6A and Table 5), respectively. In the case of the mutant p53 protein isolated from MDA-MB-435s, the maximum wavelength values of the spectrum were shifted by 1.2 m, 1.0 m, 0.64 m, 2.66 m and 2.1 m, respectively.

4-4 : 사람 폐암 세포주의 p53 단백질(야생형/돌연변이형)의 결합력 차이 비교4-4: Comparison of the binding capacity of p53 protein (wild type / mutant type) of human lung cancer cell line

단일 금 나노입자에 GADD45 promoter를 결합시킨 후 GADD45 promoter에 선택적으로 결합하는 사람의 폐암 세포주(표 3)의 p53 단백질을 결합시키고, 스펙트럼을 측정하여 상기 수학식 1을 이용하여 단일 금 나노입자의 주위 굴절률 변화로부터 얻어진 LSPR 산란 최대 파장 이동 값(Δλmax)을 계산하였다.
After binding the GADD45 promoter to a single gold nanoparticle, the p53 protein of a human lung cancer cell line (Table 3) binding selectively to the GADD45 promoter was bound and the spectrum was measured to determine the perimeter of single gold nanoparticles The LSPR scattering maximum wavelength shift (Δλ max ) obtained from the refractive index change was calculated.

사람 폐암 세포주의 p53 단백질의 최대파장 이동 값The maximum wavelength shift of p53 protein in human lung cancer cell lines Type of p53 proteinType of p53 protein Name of cell linesName of cell lines Δλmax(nm)Δλ max (nm) Compare with Δλmax
(wild type higher)
Compare with Δλ max
(wild type higher)
Lung cancer
Protein
Lung cancer
Protein
H460(wild type)H460 (wild type) 1515 --
H522H522 2.052.05 7.37.3 H441H441 3.93.9 3.83.8 Calu-3Calu-3 2.92.9 5.25.2 H1703H1703 2.42.4 6.36.3

그 결과, H460 세포주에서 분리한 야생형 p53 단백질의 경우 스펙트럼의 최대 파장 값이 15m 이동한 것을 확인하였으며, H522, H441, Calu-3 및 H1703에서 분리한 돌연변이 p53 단백질의 경우 스펙트럼의 최대 파장 값이 각각 2.05m, 3.9m, 2.9m, 2.66m 및 2.4m 이동한 것을 확인하였다 (도 6b 및 표 5).
As a result, the wild-type p53 protein isolated from the H460 cell line showed a shift of the maximum wavelength of the spectrum by 15 m. In the case of the mutant p53 protein isolated from H522, H441, Calu-3 and H1703, 2.05m, 3.9m, 2.9m, 2.66m, and 2.4m (Fig. 6b and Table 5).

4-5 : 단백질의 아미노산 변이에 따른 돌연변이형 단백질 간의 중요도 비교4-5: Comparison of the importance of mutant proteins according to amino acid variation of protein

본 발명의 나노플라즈모닉 센서를 이용하여 p53 단백질의 아미노산 변형에 따른 GADD45 프로모터와의 결합력 차이를 확인하기 위하여 광산란 스펙트럼의 파장 이동값을 비교 분석하였다. Using the nanoplasmonic sensor of the present invention, the wavelength shift values of the light scattering spectra were compared and analyzed in order to confirm the difference in binding force with the GADD45 promoter according to the amino acid modification of the p53 protein.

본 발명에서 사용된 유방암 p53 단백질 돌연변이 샘플 중 SKBR3의 경우 DNA binding domain 175 position에서 아미노산 arginine이 histidine으로 변이가 일어난 것으로, 상기 표 5에 나타난 바와 같이, 낮은 최대파장 이동 값을 보이는 것으로 보아 중요한 부위에 돌연변이가 일어난 것을 확인할 수 있었다. Among the mutated samples of the breast cancer p53 protein used in the present invention, the amino acid arginine was changed to histidine at the DNA binding domain 175 position in the case of SKBR3, and as shown in Table 5, Mutation occurred.

또한 본 발명에서 사용된 폐암 p53 단백질 돌연변이 샘플 중 H522의 경우 DNA binding domain 191 position에서 p53이 deletion으로 유전자가 knock down된 것으로 가장 낮은 최대파장 이동 값(표 6)을 보이는 것으로 보아 다른 돌연변이형 단백질보다 결합력이 현저히 떨어진다는 것을 확인할 수 있다. In addition, among the mutant samples of lung cancer p53 protein used in the present invention, H522 exhibited the lowest peak shift value (Table 6) as the gene was knocked down by p53 deletion at the DNA binding domain 191 position (Table 6) It can be confirmed that the bonding force is significantly lowered.

즉, 돌연변이 p53 단백질과 야생형 p53 단백질의 최대파장 이동 값을 비교하여 수치화하였을 경우(Compare with Δλmax), 가장 높은 값이 보이는 샘플이 중요한 부분에 돌연변이가 일어났다는 것을 의미하며, 본 발명의 나노 플라즈모닉 센서를 이용하여 p53 단백질의 중요한 돌연변이 위치를 파악할 수 있는 것을 확인하였다.
That is, when comparing the maximum wavelength shift values of the mutant p53 protein and the wild type p53 protein (Compare with DELTA lambda max ), it means that the sample showing the highest value mutated at an important part, It was confirmed that the important mutation position of p53 protein can be detected using a monic sensor.

다양한 종류의 Various kinds of p53p53 단백질에서 순수  Pure from protein p53p53 단백질만의 상대적인 농도 값 비교 Comparison of relative concentration values of proteins only

본 발명의 단일 나노 플라즈모닉 센서에 사용한 사람의 유방암, 폐암의 세포주 샘플의 경우 서로 다른 농도의 p53 단백질이 함유되어 있다. 총 단백질 농도는 동일하게 정량한 후 사용하였지만, 그 안에 포함된 순수 p53 단백질만의 농도는 야생형과 돌연변이형 단백질 사이에 낮은 농도로 존재하기 때문에 ELISA(Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) 실험을 통해 정량화 하였다 (도 7a 및 도 7b).The cell line samples of human breast cancer and lung cancer used in the single nanoplasmonic sensor of the present invention contain different concentrations of p53 protein. Although the total protein concentration was used after being quantitatively determined, the concentration of only the pure p53 protein contained therein was quantitated by ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) experiment because it exists at a low concentration between the wild type and the mutant type protein 7A and 7B).

실험결과 p53 단백질의 농도는 0.57~1.20 ng/ul 범위에서 측정되었으며, 17.90nM 까지 검출 되었음을 알 수 있다. 또한, 각 샘플마다 농도의 큰 차이는 발견되지 않았으며, 도 7에서 보이는 상대적인 단백질 농도의 값에서 보이는 것과 같이 특정 샘플의 p53 농도가 높아서 광 산란 스펙트럼 최대 파장 값의 차이가 생기는 것이 아니라 단백질 변형의 유, 무에 따라 결합력 차이가 발생하는 것을 확인하였다.
As a result, p53 protein concentration was measured in the range of 0.57 ~ 1.20 ng / ul, and it was detected up to 17.90nM. In addition, no large difference in concentration was found for each sample, and as shown in the relative protein concentration value shown in FIG. 7, the p53 concentration of the specific sample was high, so that the difference in the maximum wavelength value of the light scattering spectrum was not caused, It was confirmed that there is a difference in bonding force depending on the presence or absence of the bond.

단일 나노 플라즈모닉 센서를 통해 얻은 단백질과 DNA의 결합력 차이의 결과와 전기 영동의 이동정도 분석 결과 비교The result of the difference between the binding force of protein and DNA obtained from single nanoplasmonic sensor and the analysis result of electrophoretic migration

본 발명의 나노 플라즈모닉 센서를 통해 얻은 단백질과 DNA의 결합력 차이의 정당성을 확인하기 위해 EMSA(Electrophoretic mobility shift assays) 실험을 통해 결합력의 차이를 비교하였다.In order to confirm the validity of the difference in binding force between protein and DNA obtained through the nanoplasmonic sensor of the present invention, the difference in binding force was compared through an electrophoretic mobility shift assay (EMSA) experiment.

쥐 p53 단백질의 아미노산 돌연변이에 대한 EMSA 실험은 나노 플라즈모닉 센서 실험과 동일한 조건 하에서 개별적으로 측정하였다.EMSA experiments for amino acid mutations of murine p53 protein were individually measured under the same conditions as for nanoplasmonic sensor experiments.

야생형 p53 단백질, I252F 샘플 및 R270H 샘플의 결합력의 차이를 비교한 결과 각각 약 100%, 약 50% 및 약 0%로 나타났으며(도 8), 도 5의 나노 플라즈모닉 센서의 광산란 분석 결과와 일치하는 것을 확인하였다.
As a result of comparing the binding strengths of wild-type p53 protein, I252F sample and R270H sample, the results showed about 100%, about 50%, and about 0%, respectively (FIG. 8). The results of the light scattering analysis of the nanoplasmonic sensor of FIG. Respectively.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. It is therefore intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.

<110> Korea University Research and Business Foundation <120> Analysis Method for DNA Interaction with p53 Protein Using Single Plasmonic Nanosensor <130> P13-B326 <160> 2 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GADD45 promoter UP <400> 1 gtacagaaca tgtctaagca tgctggggac 30 <210> 2 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GADD45 promoter LO <400> 2 gtccccagca tgcttagaca tgttctgtac 30 <110> Korea University Research and Business Foundation <120> Analysis Method for DNA Interaction with p53 Protein Using Single          Plasmonic Nanosensor <130> P13-B326 <160> 2 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GADD45 promoter UP <400> 1 gtacagaaca tgtctaagca tgctggggac 30 <210> 2 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GADD45 promoter LO <400> 2 gtccccagca tgcttagaca tgttctgtac 30

Claims (7)

다음 단계를 포함하는 GADD45 promoter-p53 단백질의 상호작용의 분석방법:
(a) GADD45 promoter가 고정되어 있는 금 나노입자를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 야생형 또는 돌연변이 p53 단백질을 접촉시켜 GADD45 promoter와 p53 단백질의 결합을 유도하는 단계; 및
(b) 암시야 공명 현미경(dark-field microscopy) 및 레일리-산란 스펙트럼(Rayleigh scattering spectrum)을 이용하여 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동 값(Δλmax) 분석을 통해 GADD45 promoter와 p53 단백질의 상호작용을 분석하는 단계.
A method for analyzing the interaction of a GADD45 promoter-p53 protein comprising the steps of:
(a) contacting wild-type or mutant p53 protein to a plasmonic sensor based on gold nanoparticles immobilized with GADD45 promoter to induce the binding of GADD45 promoter and p53 protein; And
(b) The light scattering spectrum was measured using a dark-field microscope and a Rayleigh scattering spectrum, and the maximum wavelength shift value (Δλ max ) obtained from the measurement was used to analyze the GADD45 promoter analyzing the interaction of p53 protein.
다음 단계를 포함하는 GADD45 promoter-p53 단백질 결합활성의 분석방법:
(a) GADD45 promoter가 고정되어 있는 금 나노입자를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 야생형 또는 돌연변이 p53 단백질을 접촉시켜 GADD45 promoter와 p53 단백질의 결합을 유도하는 단계; 및
(b) 암시야 공명 현미경(dark-field microscopy) 및 레일리-산란 스펙트럼(Rayleigh scattering spectrum)을 이용하여 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동 값(Δλmax) 분석을 통해 GADD45 promoter와 p53 단백질의 결합활성을 분석하는 단계.
A method for assaying GADD45 promoter-p53 protein binding activity comprising the steps of:
(a) contacting wild-type or mutant p53 protein to a plasmonic sensor based on gold nanoparticles immobilized with GADD45 promoter to induce the binding of GADD45 promoter and p53 protein; And
(b) The light scattering spectrum was measured using a dark-field microscope and a Rayleigh scattering spectrum, and the maximum wavelength shift value (Δλ max ) obtained from the measurement was used to analyze the GADD45 promoter analyzing the binding activity of p53 protein.
다음 단계를 포함하는 돌연변이 p53 단백질 검출방법:
(a) GADD45 promoter가 고정되어 있는 금 나노입자를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 야생형 또는 돌연변이 p53 단백질이 포함된 시료를 접촉시켜 GADD45 promoter와 p53 단백질의 결합을 유도하는 단계; 및
(b) 암시야 공명 현미경(dark-field microscopy) 및 레일리-산란 스펙트럼(Rayleigh scattering spectrum)을 이용하여 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동 값(Δλmax) 분석을 통해 돌연변이 p53 단백질 유무를 검출하는 단계.
A mutant p53 protein detection method comprising the steps of:
(a) contacting a plasmonic sensor based on gold nanoparticles immobilized with the GADD45 promoter with a sample containing a wild-type or mutant p53 protein to induce the binding of the GADD45 promoter to the p53 protein; And
(b) Light scattering spectra were measured using a dark-field microscope and a Rayleigh scattering spectrum, and the maximum wavelength shift value (? max ) analysis obtained therefrom was used to analyze the mutant p53 protein And
다음 단계를 포함하는 p53 단백질 아미노산 변이에 따른 GADD45 promoter-p53 단백질의 결합활성 분석방법:
(a) GADD45 promoter가 고정되어 있는 금 나노입자를 기반으로 한 플라즈모닉 센서에 야생형 또는 GADD45 promoter 결합 부위의 아미노산이 변이된 p53 단백질을 접촉시켜 GADD45 promoter와 p53 단백질의 결합을 유도하는 단계; 및
(b) 암시야 공명 현미경(dark-field microscopy) 및 레일리-산란 스펙트럼(Rayleigh scattering spectrum)을 이용하여 광산란 스펙트럼을 측정하고, 이로부터 수득된 최대 파장 이동 값(Δλmax) 분석을 통해 p53 단백질 아미노산 변이에 따른 GADD45 promoter와 p53 단백질의 결합활성을 분석하는 단계.
Analysis of the binding activity of the GADD45 promoter-p53 protein according to the p53 protein amino acid variation including the following steps:
(a) inducing the binding of GADD45 promoter and p53 protein to a plasmonic sensor based on gold nanoparticles immobilized with GADD45 promoter by contacting the wild type or p53 protein having amino acid mutation at GADD45 promoter binding site; And
(b) Light scattering spectra were measured using a dark-field microscope and a Rayleigh scattering spectrum, and the maximum wavelength shift value (? max ) analysis obtained therefrom was used to analyze the p53 protein amino acid Analysis of the binding activity of GADD45 promoter and p53 protein according to mutation.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (a) 단계의 GADD45 promoter가 고정되어 있는 금 나노입자를 기반으로 한 플라즈모닉 센서는 (ⅰ) 유리 또는 플라스틱에서 선택되는 투명한 지지체에 25 내지 35nm 크기의 금 나노입자를 고정시키는 단계; 및 (ⅱ) 금 나노입자가 고정된 표면에 GADD45 promoter와 유기 흡착제인 HS(CH2)11(OCH2CH2)3OH를 고정시키는 단계;를 포함하여 제조된 것을 특징으로 하는 방법.
The plasmonic sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the gold nanoparticle-based plasmonic sensor immobilized with the GADD45 promoter of step (a) comprises (i) a transparent support selected from glass or plastic Immobilizing gold nanoparticles having a size of about 35 nm to about 35 nm; And (ii) immobilizing the GADD45 promoter and the organic adsorbent HS (CH 2 ) 11 (OCH 2 CH 2 ) 3 OH on the surface to which the gold nanoparticles are immobilized.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 GADD45 promoter와 p53 단백질의 결합을 유도하는 과정은 35 내지 45℃의 조건으로 20 내지 40분 동안 반응시키는 것을 특징으로 하는 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the step of inducing the binding of the GADD45 promoter and the p53 protein in step (a) is carried out at 35 to 45 DEG C for 20 to 40 minutes Way.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 야생형 또는 돌연변이 p53 단백질은 암세포에서 분리한 후 동일한 농도로 처리하는 것을 특징으로 하는 방법.5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the wild-type or mutant p53 protein in step (a) is isolated from cancer cells and treated at the same concentration.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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