WO2010082743A2 - Method for checking and quantifying protein-ligand interaction by combining a crosslinking method and accelerator mass spectroscopy - Google Patents

Method for checking and quantifying protein-ligand interaction by combining a crosslinking method and accelerator mass spectroscopy Download PDF

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WO2010082743A2
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/68Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving proteins, peptides or amino acids
    • G01N33/6803General methods of protein analysis not limited to specific proteins or families of proteins
    • G01N33/6848Methods of protein analysis involving mass spectrometry

Definitions

  • the present invention relates to methods for the identification and quantification of protein-ligand complex formation. More specifically, the present invention relates to a method for identifying and quantifying protein-ligand complex formation by a combination of accelerator mass spectrometry and crosslinking.
  • Accelerated mass spectrometry was first developed for geological and archaeological studies. Accelerated mass spectrometry is an isotope ratio mass spectrometry for accurately determining the concentration of very rare ( ⁇ 1:10 9 ) isotopes in isolated samples. Accelerated mass spectrometry is therefore applied to determine the concentration of long-lived radioisotopes, such as 14 C, where decay counting is an inefficient method for quantification.
  • the cosmic ray interaction maintains the atmosphere at a nearly constant radiocarbon concentration of 1.2: 10 12 , which is the same concentration that approximates all the plants and animals that eat them to the unit "modern".
  • the high sensitivity of accelerated mass spectrometry can affect experimental design in several ways: 1) the radioactive isotopic dose can be reduced to insignificant levels of radiolysis, harmful waste streams, and human exposure; and 2) biological systems.
  • the chemical dose of ethanol is minimized below the physiological and toxic levels, enabling realistic analysis of the effects resulting from low chemical doses, and 3) even if the sampled material must be fractionated into specific biomolecules prior to quantification. Sample size can be reduced to an amount that can be obtained from a limited, often non-invasive process.
  • the present invention aims to provide higher accuracy and sensitivity than conventional methods by combining crosslinking methods and accelerated mass spectrometry in the quantification of protein-ligand interactions.
  • NER nucleotide excision repair
  • the invention provides a method of identifying and quantifying protein-ligand interactions.
  • the present invention provides a process for i) introducing a radiolabeled ligand molecule into an in vitro, ev vivo or in vivo system, ii) sharing the ligand molecule to a target protein.
  • Crosslinking iii) separating the protein-ligand complex, iv) measuring the isolated protein-ligand complex by Accelerator Mass Spectrometry (AMS), and v) from a conventional detection method.
  • AMS Accelerator Mass Spectrometry
  • the first step of the method is the introduction of the radiolabeled ligand molecule in vitro, in an ex vivo or in vivo system.
  • the radiolabeled molecule is a ligand molecule for which the binding protein is to be identified, which may be a drug, hormone, metabolite, nucleotide in DNA or RNA, or the like labeled with a radioisotope.
  • a radioisotope that can be used for labeling a ligand is 14 C, but is not limited thereto, and other isotopes may be used depending on the type of ligand to be labeled.
  • a ligand labeled 14 C is used.
  • Ligands labeled with radioactive isotopes include Sigma-Aldrich, Cambridge Isotope Laboratories, American Radiolabeled Chemical, Inc., Moravec Biochemical. It can be purchased from companies such as Moravek Biochemicals and can also be obtained through chemical synthesis.
  • ex vivo or in vivo systems used in step 1 of the method contain candidate proteins capable of binding to labeled ligand molecules, such as purified proteins, cell extracts, nuclear extracts, prokaryotic cells, eukaryotic cells, and the like. May be any system.
  • the second step of the method is a step of covalently crosslinking the ligand molecule to the target protein, wherein the crosslinking agent for covalently binding the radiolabeled ligand molecule to the target protein is UV light, formaldehyde, glutaraldehyde, or light.
  • Crosslinking agents commonly used for inducing covalent crosslinking between proteins and ligands, such as activating linkers, can be used.
  • the third step of the method is to separate the ligand-protein complex formed by crosslinking.
  • polyacrylamide gel electrophoresis PAGE
  • HPLC High performance liquid chromatography
  • FPLC high speed protein liquid chromatography
  • the fourth step of the method is a step of measuring the protein-ligand complex separated by electrophoresis, etc. by accelerated mass spectrometry.
  • the gel is dried, oxidized using copper oxide (CuO), and the generated carbon dioxide is collected.
  • the obtained carbon dioxide is then reduced with titanium hydride to obtain graphite in solid form, which is then measured by an accelerated mass spectrometer according to the manufacturer's instructions.
  • the fifth step of the method is a step of comparing and analyzing the signal measured by the accelerated mass spectrometry and the signal by the conventional signal detection method, and the conventional detection method of the signal for comparison with the signal measured by the accelerated mass spectrometry Dyeing method using dyes most commonly used in gel electrophoresis. Dyes that may be used in such dyeing methods include Coomassie ® dye solutions (Bio-Rad).
  • the signals obtained by the accelerated mass spectrometry are chromatographed for each fraction obtained by chromatography. Compare with gram.
  • the signal by the accelerated mass spectrometry enables the identification and quantification of a very small amount of protein-ligand complex, thereby quantifying the interaction between the protein and the ligand more accurately and sensitively than the conventional method.
  • a liquid scintillation counter may be used instead of accelerated mass spectrometry for radioisotope analysis.
  • the radioactive isotope-containing material In order to use the liquid scintillation counter, the radioactive isotope-containing material must be uniformly dissolved in a universal solvent. However, since the gel is a polymer, it cannot be dissolved. After blotting it is dissolved in a solvent such as water and analyzed by liquid scintillation counter.
  • the present invention provides a method for identifying and quantifying the interaction of protein with DNA by a combination of crosslinking methods and accelerated mass spectrometry.
  • the present invention relates to i) introducing radioisotope-labeled molecules into genomic or cellular DNA, ii) incubating genomic or cellular DNA and cell extracts or nuclear extracts containing the radioisotope-labeled molecules. Cross-linking DNA and protein, iii) extracting and digesting the protein-DNA complex, iv) isolating the protein-DNA complex, v) measuring the protein-DNA complex by accelerated mass spectrometry And vi) comparing the signal by accelerated mass spectrometry with the signal by conventional methods for identifying DNA-protein complexes.
  • the first step of the method is the step of introducing a radioisotope-labeled molecule into genomic or cellular DNA, wherein the radioisotope-labeled molecule is a normal nucleoside, oxidized nucleoside or DNA-damaging agents and the like.
  • DNA-damaging agents that can be used in the method include platinum-based anticancer drugs, nitrogen mustard, cyclophosphamide, melphalan, chlorambucil, bis-chloroethylnitrosourea, streptozosin, DNA-damaged anticancer drugs, including but not limited to busulfan and thiotepa.
  • Radioisotopes normal nucleosides, oxidized nucleosides, or DNA-damaging agents labeled with radioisotopes are purchased from various companies selling chemicals labeled with radioisotopes as described above or synthesized. It can be commissioned and can also be obtained through chemical synthesis.
  • an example of a radioisotope that can be used for labeling is 14 C, but is not limited thereto, and other isotopes may be used depending on the molecule to be labeled.
  • 14 C is used for labeling.
  • Incorporation of radioisotope labeled nucleosides, anticancer drugs, etc. into genomic or cellular DNA can be accomplished by culturing the cells in a culture medium containing such radioisotope labeled molecules, as known in the art.
  • the second step of the method is incubating the radioisotope labeled DNA with a cell extract or nuclear extract and crosslinking the DNA with the protein.
  • crosslinking agents commonly used in the art may be used, including but not limited to aldehydes, glutaraldehydes, photoactivated linkers, and the like.
  • the third step of the method is the step of extracting and digesting the DNA bound to the protein from the reactant.
  • a technique known in the art may be used, for example, nitro DNA-protein complexes can be extracted by blotting with cellulose (nitrocellulose) or nylon or PVDF.
  • restriction enzymes known in the art for specifically cleaving a site of a specific sequence may be used, and an appropriate restriction enzyme may be selected and used in consideration of the DNA sequence.
  • the fourth step of the method is a step of separating the degraded protein-DNA complex as described above, gel electrophoresis or high performance liquid chromatography or high-speed protein liquid chromatography can be used.
  • Gel electrophoresis for separation of protein-DNA complexes may utilize 1D or 2D polyacrylamide gel electrophoresis.
  • Gel electrophoresis is well known in the art and is described, for example, in Molecular Cloning: A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press.
  • a staining method using a Coomassie ® dye solution (BioRad) may be used.
  • each fraction obtained by chromatography is collected and then used for accelerated mass spectrometry.
  • the protein-DNA complex is measured by accelerated mass spectrometry.
  • the gel is measured in a small amount to measure the gel by accelerated mass spectrometry.
  • radioisotope levels are measured by an accelerated mass spectrometer. The method of converting the gel pieces to graphite and measuring the radioisotope levels by an accelerated mass spectrometer is as described above.
  • Binding proteins binding to DNA are identified in vitro and in vivo by comparing the signal identified by the accelerated mass spectrometer with the location of the DNA-protein complex identified by gel staining after gel electrophoresis and determining the radioisotope content. Can be quantified.
  • each fraction obtained over time by chromatography is collected as described above.
  • the organic material remaining in each fraction is dried, and then oxidized using copper oxide (CuO), and only carbon dioxide generated is collected.
  • the obtained carbon dioxide is then reduced with titanium hydride to give graphite in solid form, which is then measured by an accelerated mass spectrometer.
  • CuO copper oxide
  • liquid scintillation counter may be used instead of the accelerated mass spectrometry for radioisotope analysis in the method of the present invention as described above.
  • the present invention provides a method of identifying binding proteins for specific DNA sequences using shuttle vectors and accelerated mass spectrometry.
  • the present invention provides a method for producing a duplex DNA by i) preparing an oligonucleotide containing a radioisotope at a given position using radiolabeled nucleotides, and ii) annealing the oligonucleotide to a complementary oligonucleotide.
  • Shuttle vectors are plasmids designed to grow in two different host species, and DNA inserted into the shuttle vector can be tested or manipulated in two different cell types.
  • radioisotope measurable by an accelerated mass spectrometer can be used in the method, preferably 14 C.
  • the plasmid DNA can be introduced into the cell by, for example, electroporation to introduce the plasmid DNA into the in vivo system. Or by incubating with the cell extract.
  • Crosslinking of the DNA and the protein in the fifth step of the method is commonly used in the art as described above, including but not limited to UV light, formaldehyde, glutaraldehyde, or photoactivating linkers, and the like. Crosslinkers can be used.
  • Separation and digestion of the plasmid in the sixth step of the method can be carried out using techniques well known in the art, such techniques are described in Molecular Cloning: A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press] and the like, the decomposition of the plasmid can be made using a variety of known restriction enzymes can be used by selecting an appropriate restriction enzyme in consideration of the oligonucleotide sequence.
  • Separation of the plasmid DNA-protein complex digest in the seventh step of the method may be performed by polyacrylamide gel electrophoresis, high performance liquid chromatography, high-speed protein liquid chromatography, etc., after separation by electrophoresis, etc.
  • the dye can be photographed by dyeing the gel with the dye and then used for comparison with signals obtained by accelerated mass spectrometry of the gel.
  • Accelerated mass spectrometry of the DNA-protein complex in the eighth step of the method is performed by converting the fraction obtained by gel or chromatography into graphite in the same manner as described for the other aspects of the present invention, followed by an accelerated mass spectrometer. It can measure by.
  • liquid scintillation counter may be used instead of the accelerated mass spectrometry for radioisotope analysis in the method of the present invention as described above.
  • the present invention provides a method for identifying a nucleotide excision repair (NER) pathway.
  • NER nucleotide excision repair
  • the present invention provides a method for preparing a duplex DNA set using i) preparing oligonucleotide sets sequentially introduced at different positions of radiolabels, ii) oligonucleotides complementary to each oligonucleotide of the oligonucleotide set. Step, iii) introducing damage to the duplex DNA, iv) incubating the duplex DNA with a NER enzyme or nuclear extract and dNTPs, and v) separating the resulting DNA and subjecting it to accelerated mass spectrometry. Measuring to confirm radioactivity.
  • radioisotope measurable by the accelerated mass spectrometer and introduced into the nucleotides can be used in the method, preferably 14 C.
  • cisplatin can be used, see Chem. Res. Toxicol. 20, 1745. -1751 (2007), DOI: 10.1021 / tx700376a, and Chem. Res. Toxicol. 19, 622-626 (2006), DOI: 10.1021 / tx060058c, and the like.
  • Separation of DNA in the fifth step of the method may be performed by gel electrophoresis, high performance liquid chromatography, high-speed protein liquid chromatography, etc. as described above, and the method of measuring the separated DNA by accelerated mass spectrometry is described above. As shown.
  • liquid scintillation counter may be used instead of the accelerated mass spectrometry for radioisotope analysis in the method of the present invention as described above.
  • the method of the present invention combines crosslinking methods with accelerated mass spectrometry to identify and quantify protein-ligand interactions, as well as provide higher accuracy and sensitivity than conventional dye-based staining methods.
  • new proteins that specifically bind to DNA of specific sequences can be efficiently identified and quantified.
  • the present invention requires that in order to confirm the interaction of the ligand with the protein, 1) the target protein must be specified in advance to examine its binding partner, and 2) specific antibodies for the target protein must be available for the immunoprecipitation step. To overcome the significant disadvantages of conventional crosslinking methods.
  • 1A is a gel photograph after crosslinking E2 containing Estrogen Receptor- ⁇ (ER- ⁇ ) and [ 14 C] E2 and separated by gel electrophoresis, and gels cut for measurement by accelerated mass spectrometry It is a figure which shows a part.
  • FIG. 1B is a graph showing the radiocarbon content of each gel piece obtained by measuring the gel pieces cut out from the gel of FIG. 1A by accelerated mass spectrometry.
  • FIG. 2 is a schematic summarizing a method according to one aspect of the present invention for identifying sequence specific binding proteins by crosslinking and accelerated mass spectrometry using genomic DNA or cellular DNA into which molecules labeled with radioisotopes have been introduced to be.
  • FIG. 3 is a schematic summarizing a method according to one aspect of the present invention for identifying sequence specific binding proteins by crosslinking and accelerated mass spectrometry using plasmids containing radiolabeled oligonucleotides.
  • 4A shows molecules labeled with carbon isotopes.
  • FIG. 4B depicts 25 base pair oligonucleotides for reaction with the molecules of FIG. 4A.
  • 4C summarizes the experimental procedure for determining the interaction between protein and DNA.
  • 5A shows the SDS-PAGE results (left) and cleaved gel pieces (right) of covalently bound protein-DNA conjugates.
  • 5B shows the radiocarbon content of gel pieces measured by AMS.
  • 6A shows oligonucleotides to be labeled with carbon isotopes.
  • 6B depicts an experimental procedure for the analysis of pathways of nucleotide removal repair enzymes for damaged DNA and sets of oligonucleotides labeled with carbon isotopes at different positions.
  • 6C depicts the radiocarbon content of oligonucleotides from which damaged DNA has been repaired, as measured by AMS.
  • Estrogen receptor- ⁇ and radiocarbon-labeled 17 ⁇ -estradiol were selected for this purpose.
  • E2 has two hydroxyl groups, these moieties were expected to react with formaldehyde to form a complex covalently bound to the reactive site on the estrogen receptor-a protein binding site.
  • E2 (American radiolabel) containing 21.4 pmol of ER- ⁇ (molecular weight 66.4 kD, 214 nM final concentration) (Sigma Aldrich, St. Louis, MO), [ 14 C] E2 0.91 fmol Binding Buffer [40 mM Tris-HCl, pH 7.4, 1 mM EDTA, 10% (v / v) Glycerol, 10 mM with Dechemistry, Inc., St. Louis, MO Na 2 MoO 4 10 mM DTT] was incubated at 4 ° C. for 16 h.
  • Formaldehyde (0.09% w / v final concentration) was then added to the solution. After incubation and sometimes mixed for 15 minutes at room temperature, the lysine solution was added (125 mM final concentration) to quench the reaction and the resulting mixture NuPAGE No Bex (Novex) ® Bis-Tris gels (Invitrogen (Invitrogen Gel gel electrophoresis according to the manufacturer's instructions. After completion of the electrophoretic separation, the gel was stained with Bio-Rad Coomassie ® staining solution and photographed.
  • FIG. 1A The results are shown in Figure 1A.
  • the lanes in the gel photograph of FIG. 1A were as follows: (a) protein ladder, (b) 270 pmol ER- ⁇ without any treatment, (c) 135 pmol ER without any treatment. - ⁇ , (d) 135 pmol (1.35 ⁇ M) of ER- ⁇ in binding buffer was incubated with 2.1 fmol of unlabeled E2 followed by formaldehyde and lysine (0.09% w / v and 125 mM final concentration, respectively).
  • Lanes (e) and (f) of the gel were then cut into 0.8 x 0.4 cm 2 sized pieces as shown in FIG. 1A and the gel pieces were dried under vacuum and then converted to graphite for AMS measurement. Each obtained gel piece was measured by AMS for radiocarbon content.
  • FIG. 1B The radiocarbon content measurement results of the cut gel pieces are shown in FIG. 1B.
  • 1B shows that the radiocarbon levels are consistent with the background in all gel pieces except gel piece # 2 from lane (e).
  • Gel piece # 2 from lane (e) contained 83% of the added radiocarbons derived from [ 14 C] E 2.
  • the radiocarbon level in gel piece # 2 was estimated to be about 83% of the total radiocarbon in the system, based on the assumption that each gel piece weighs 3.5 mg.
  • This band corresponds to a molecular weight of 66 kD and is relative to the Coomassie-stained ER- ⁇ -E2 crosslinking protein (lane (d)) and the original ER- ⁇ protein standard shown in lanes (b) and (c). Co-eluted at the location. Since gel electrophoresis used denaturing conditions, this data shows a covalent bond between the ER- ⁇ protein and the E2 ligand.
  • lane (d) of FIG. 1A treated with formaldehyde after incubation of unlabeled E2 and ER- ⁇ showed a higher molecular weight complex compared to ER- ⁇ (lane (c)) without any treatment. Confirmed the formation (ie, lower mobility).
  • the ER- ⁇ used in this experiment was partially purified ER- ⁇ (80% purity guaranteed by the manufacturer), while the radiocarbons contained the covalently bound ER- ⁇ - [ 14 C] E2 complex. Since only detected gel fragments were detected, the AMS-based assay of the present invention can distinguish covalent binding of E2 to ER- ⁇ from nonspecific binding.
  • a molecule labeled with a carbon isotope such as FIG. 4A was prepared to examine the interaction of the protein with the DNA (American Radiolabeled Chemicals, Inc., St. Louis, MO).
  • Figure 4B is a 25 base pair oligonucleotide for reacting with the molecule of Figure 4A, synthesized by a phosphoramidite method using an Applied Biosystems 392 DNA / RNA synthesizer, One d (GpG) for platination (relatively large sized GG in FIG. 4B) and 3 'biotin group on the complementary strand.
  • This biotin group is a DNA-protein crosslinked addition using a solid support (streptavidin-coated magnetic beads (Promega)) having a streptavidin group after the reaction of FIG. 4A molecule with 25 base pair oligonucleotides. Introduced for easy separation of adducts.
  • the molecules labeled with the carbon isotopes of FIG. 4A are two orientational isomers (Pt isomers I and II) because the coordination sphere around platinum is asymmetric.
  • the isomers were separated using ion exchange HPLC and then each reacted with the prepared oligonucleotides (lanes I, III and V in FIG. 5A using Pt isomer I and lanes II, IV and VI using Pt isomer II).
  • high-mobility group B1 HMGB1 full-length proteins (lanes I, II, III and IV) known to selectively bind to plated DNA and all proteins in HeLa cells. After binding to HeLa nuclear extract (lanes V and VI) and cross-linked by photo-crosslinking method.
  • Photo-crosslinking was achieved by splitting 365 nm light at 0 ° C. for 2 hours using a UV Stratalinker. Covalently bound protein-DNA conjugates obtained by photo-crosslinking were separated using streptavidin-coated magnetic beads, then separated from the beads according to the manufacturer's manual, and separated by 10% SDS-PAGE. Gel photographs of SDS-PAGE are shown on the left side of FIG. 5A.
  • lanes I and II are control experiments without photo-crosslinking
  • lanes III and IV are HMGB1 full-length proteins
  • lanes V and VI are HeLa nuclear extracts. After the obtained gel was cut to a constant size (right of FIG.
  • FIG. 5B show that proteins that selectively bind to a given DNA or damaged DNA (eg, HMGB1 full-length protein) can be identified by the methods of the present invention with very high sensitivity and specificity.
  • oligonucleotides were prepared (by a step-by-step phosphoramidite method using an Applied Biosystems 392 DNA / RNA Synthesizer to position carbon isotopes at desired positions). Synthesized, FIG. 6A). The asterisks in FIG. 6B show the position of the carbon isotopes, representing the 15th and 56th adenine of the upper strand of DNA of FIG.
  • Prepared oligonucleotides containing carbon isotopes have one d (GpG) for platinum and the 3 'biotin group on the complementary strand. As in Example 2, this biotin group was introduced for easy separation of the final product using a solid support (streptavidin-coated magnetic beads, promega) with streptavidin groups.
  • FIG. 6B two prepared oligonucleotides labeled at different positions with carbon isotopes were reacted with cisplatin, respectively, and then reacted with HeLa nuclear extract in the presence of dNTPs to remove the damaged portion.
  • I was.
  • the resulting DNA was isolated using streptavidin-coated magnetic beads, then separated from the beads according to the manufacturer's manual, and its radiocarbon content was measured using AMS (FIG. 6C).
  • the amount of radiocarbon of DNA I in FIG. 6C is not zero because not all DNA is damaged by cisplatin (see FIG. 5A).

Abstract

The present invention provides a novel method for quantifying the production of a protein-ligand composite. Further, the present invention provides a method for checking and quantifying in vitro and in vivo protein-DNA interaction by combining a crosslinking method and accelerator mass spectroscopy. Further, the present invention provides a method for defining a nucleotide excision repair (NER) pathway.

Description

가교결합과 가속 질량 분석법의 조합에 의한 단백질-리간드 상호작용의 확인 및 정량화 방법 Methods for Identification and Quantification of Protein-ligand Interactions by Combination of Crosslinking and Accelerated Mass Spectrometry
본 발명은 단백질-리간드 복합체 형성의 확인 및 정량화 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 가속 질량 분석법(Accelerator Mass Spectrometry)과 가교결합법의 조합에 의해 단백질-리간드 복합체 형성을 확인하고 정량화하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to methods for the identification and quantification of protein-ligand complex formation. More specifically, the present invention relates to a method for identifying and quantifying protein-ligand complex formation by a combination of accelerator mass spectrometry and crosslinking.
지금까지 약 30,000개의 인간 유전자가 발견되었으며, 유전체학 연구는 이들 유전자가 생명의 복잡성을 형성하는 메카니즘을 밝히는 데 초점을 맞추고 있다. 관심이 증가하고 있는 한 가지 분야는 동적인 대사 과정을 드라이브하기 위해 형성되는 분자 복합체의 구성요소와 동력학을 이해하는 것이다. 주요 관심 주제는 결합 파트너들의 확인, 특이적 인식 부위의 정의 및 관련되는 분자들의 차지하는 수준의 정량이다. About 30,000 human genes have been discovered so far, and genomics research focuses on identifying the mechanism by which these genes form the complexity of life. One area of increasing interest is understanding the components and kinetics of molecular complexes formed to drive dynamic metabolic processes. Main topics of interest are the identification of binding partners, the definition of specific recognition sites and the quantification of the occupied levels of molecules involved.
오늘날까지, 다양한 인 비보 및 인 비트로 방법들을 이용하여 단백질-리간드 상호작용을 밝혀왔다. 이들 상호작용을 연구하기 위한 가장 간단하고 직접적인 방법 중 하나는 가교결합 방법을 이용하는 것이며, 예를 들어, 단백질을 그들의 타겟 분자에 공유적으로 부착시키기 위하여 자외선 광 또는 포름알데히드를 이용하는 것이다. 이들 방법이 분자 복합체를 규명하는 데 있어서의 진전을 가능하게 했지만, 모든 분자 또는 상호작용 부위가 그러한 기술로 확인가능하지는 않으며 결합 동력학과 속도의 정량은 검출 민감성과 정확도의 부족으로 제한을 받아 왔다. To date, various in vivo and in vitro methods have been used to reveal protein-ligand interactions. One of the simplest and direct ways to study these interactions is to use crosslinking methods, for example using ultraviolet light or formaldehyde to covalently attach proteins to their target molecules. While these methods have made progress in the identification of molecular complexes, not all molecules or interaction sites are identifiable by such techniques and the quantification of binding kinetics and speed has been limited by the lack of detection sensitivity and accuracy.
가교결합된 생성물의 정량에서 더 큰 민감성과 정확성을 허용하는 방법은 결합 및 억제 속도의 보다 상세한 평가를 가능하게 할 것이며, 중요하게도 더 낮은 농도의 분자를 이용하여 이들을 연구할 수 있도록 하여 작은 샘플에서 그리고 생물학적 관련 농도에서 분자 복합체 형성과 속도의 동력학의 보다 정량적인 평가를 제공한다. 이것은 대사 네트워크의 연구와 세포 기능에서 후생유전적(epigenetic) 인자들의 역할 연구를 위한 새로운 기회를 제시한다.Methods that allow greater sensitivity and accuracy in the quantification of crosslinked products will allow for a more detailed assessment of binding and inhibition rates, and importantly allow them to be studied using lower concentrations of molecules in small samples. And provide a more quantitative assessment of the kinetics of molecular complex formation and rate at biologically relevant concentrations. This presents new opportunities for the study of metabolic networks and for studying the role of epigenetic factors in cellular function.
한편, 단백질-리간드 상호작용의 친화성과 특이성의 인 비트로 측정이 오랫동안 많은 단백질에 대해 이용가능했다. 그러나, 이들 상호작용은 리간드와 경쟁하는 복잡한 세포내 환경 및 다른 분자에 의해 거의 확실히 변형된다. 만일 우리가 인 비보에서 특이적인 단백질-리간드 상호작용을 측정할 수 있다면, 우리는 단백질이 어떻게 행동하는 지에 대한 보다 정확한 설명을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 인 비트로와 인 비보에서 결합을 비교함으로써, 단백질의 본질적인 결합 특이성이 세포에서 어떻게 변형되는 지를 이해할 수 있을 것이다.On the other hand, in vitro measurements of the affinity and specificity of protein-ligand interactions have long been available for many proteins. However, these interactions are almost certainly modified by the complex intracellular environment and other molecules that compete with the ligand. If we can measure specific protein-ligand interactions in vivo, we can not only get a more accurate description of how the protein behaves, but also compare the binding in vitro and in vivo. It will be understood how the intrinsic binding specificity of is modified in the cell.
그러나, 인 비보에서 상호작용을 정량하는 것은 인 비트로에서보다 상당히 더 어려움이 입증되었다. 그러나, 지난 10년에 걸쳐, 인 비보에서 DNA에 단백질을 공유적으로 가교결합시키는 방법(종래의 가교결합 방법)이 개발되어 게놈 DNA와의 서열-특이적 DNA-결합 단백질의 상호작용을 측정할 수 있다. 가교결합 방법을 간단히 요약하면, 자외선, 포름알데히드와 같은 가교결합제를 이용하여 단백질과 DNA 간의 공유적 가교결합을 유도한 후, 가교결합된 단백질-DNA 복합체를 정제하고, 제한 효소 등을 이용하여 절단한다. 이어서 단백질-DNA 복합체를 면역침전시킨 후, 서던 블롯 또는 PCR 증폭 등을 이용하여 면역침전된 DNA-단백질 복합체를 확인한다. 초기의 작업들은 단지 소수의 유전자 단편과 단백질의 상호작용을 연구하는 것으로 그쳤다. 보다 최근의 연구는 DNA 마이크로어레이 기술을 인 비보 가교결합과 결합시켜 효모에서 몇몇 서열-특이적 전사 인자와 효모 게놈 전체에 걸친 수천 가지의 잠재적인 결합 부위의 상호작용을 측정하였다. 그러나, 종래의 가교결합 전략은 몇몇 단점이 있는 바, 1) 그 결합 파트너를 조사하기 위하여 미리 대상 단백질을 특정해야 하며, 2) 대상 단백질을 위한 특이적 항체가 면역침전 단계를 위해 이용가능해야 한다는 것이다.However, quantifying interactions in vivo has proved significantly more difficult than in vitro. However, over the last decade, methods for covalently crosslinking proteins to DNA in vivo (conventional crosslinking methods) have been developed to measure the interaction of sequence-specific DNA-binding proteins with genomic DNA. have. In brief, the crosslinking method is used to induce covalent crosslinking between protein and DNA using a crosslinking agent such as UV and formaldehyde, and then purify the crosslinked protein-DNA complex and cleavage using a restriction enzyme. do. Subsequently, after immunoprecipitation of the protein-DNA complex, immunoprecipitated DNA-protein complexes are identified using Southern blot or PCR amplification. Early work merely studied the interaction of a few gene fragments with proteins. More recent studies have combined DNA microarray technology with in vivo crosslinking to measure the interaction of several sequence-specific transcription factors in yeast with thousands of potential binding sites throughout the yeast genome. However, conventional crosslinking strategies have some drawbacks: 1) the target protein must be specified in advance to examine its binding partner, and 2) specific antibodies for the target protein must be available for the immunoprecipitation step. will be.
한편, 가속 질량 분석법은 지질연대학 및 고고학 연구를 위해 처음 개발되었다. 가속 질량 분석법은 분리된 샘플에서 매우 드문(<1:109) 동위원소의 농도를 정확하게 결정하기 위한 동위원소비(isotope ratio) 질량 분석법이다. 가속 질량 분석법은 따라서 붕괴 카운팅이 정량화를 위한 비효율적인 방법이 되는, 14C와 같은 오래-지속되는(long-lived) 방사성 동위원소의 농도를 측정하는 데 적용된다. 우주선(cosmic ray) 상호작용은 1.2:1012의 거의 일정한 방사성탄소 농도로 대기를 유지하며, 이 탄소는 이들을 먹는 모든 식물과 동물을 단위 “모던(Modern)"으로 근사치화되는 수준인 동일한 농도로 라벨시킨다. 모던은 밀리그램 당 6.11 펨토큐리(fCi) 또는 밀리그램 탄소 당 0.0136 dpm에 상응하는, 밀리그램 당 97.8 아토몰(amol)14C까지 추적가능하다(표준 기준 물질- 4990). 그러한 지질연대학 측정은 모던 재료에 대해 ±0.25%로 그리고 홍적세 샘플에 대해서는 ±10%로 이루어진다. 가속 질량 분석법은 매우 간단한 분석으로 매우 민감하고 정밀한 정량화를 생성한다. 가속 질량 분석법은 약동학 분석을 위한 일반적인 도구가 되었으며, 여기서는 라벨된 부분을 함유한 작은(㎍) 투여량이 이차 표준 또는 대사 경로에 대한 사전 지식에 기대지 않고도 크로마토그래피 분리에서 직접 정량된다. 가속 질량 분석법은 사전 특정화 또는 분자 변형 또는 내부 표준을 도입하지 않고서, 임의의 생물학적 또는 화학적 매질내의 라벨된 화합물만에 특이적이다. 14C의 상대적으로 낮고 거의 일정한 천연 백그라운드는 안정한 동위원소 또는 다른 탐침(TRACER)에 비하여 높은 정량적 민감성을 가속 질량 분석법에 제공한다. 일부 형광법은 amol 수준으로 정량하는 반면, 이들은 인 비보 추적(tracing)에 적합하지 않은 유도체화 과정을 필요로 하며, 화학적으로 등가가 아닌 탐침을 생성하며, 그리고 많은 생화학 시스템에 일반적으로 적용하기 힘들다. Accelerated mass spectrometry, meanwhile, was first developed for geological and archaeological studies. Accelerated mass spectrometry is an isotope ratio mass spectrometry for accurately determining the concentration of very rare (<1:10 9 ) isotopes in isolated samples. Accelerated mass spectrometry is therefore applied to determine the concentration of long-lived radioisotopes, such as 14 C, where decay counting is an inefficient method for quantification. The cosmic ray interaction maintains the atmosphere at a nearly constant radiocarbon concentration of 1.2: 10 12 , which is the same concentration that approximates all the plants and animals that eat them to the unit "modern". Labels Modern tracks up to 97.8 amol 14 C per milligram, corresponding to 6.11 femtocury (fCi) per milligram or 0.0136 dpm per milligram carbon (standard reference material-4990). ± 0.25% for modern materials and ± 10% for Pleistocene samples Accelerated mass spectrometry is a very simple analysis that produces very sensitive and precise quantification Accelerated mass spectrometry has become a common tool for pharmacokinetic analysis, where Small (μg) doses containing labeled portions can be chromatographed without relying on prior knowledge of secondary standards or metabolic pathways. It is quantified directly on the re-accelerating mass spectrometry without introducing a pre-specified or molecular modification or internal standard, is specific for only the label compound in any biological or chemical media. 14 C is relatively low, almost constant natural background is Accelerated mass spectrometry provides higher quantitative sensitivity to stable isotopes or other probes (TRACER) Some fluorescence quantifies at amol levels, while they require derivatization processes that are not suitable for in vivo tracing. This creates a probe that is not chemically equivalent, and is generally difficult to apply to many biochemical systems.
가속 질량 분석법의 높은 민감성은 몇몇 방식으로 실험 디자인에 영향을 줄 수 있다: 1) 방사성 동위원소 조사량이 방사선분해, 해로운 폐기 스트림, 및 인간 대상 노출의 하찮은 수준으로 감소될 수 있으며, 2) 생물학적 시스템에의 화학적 조사량이 생리학적 및 독성 수준 미만으로 최소화되어, 낮은 화학적 조사량으로부터 생기는 효과의 현실적 분석이 가능하며, 3) 샘플링된 물질이 정량화 전에 특이적 생물분자로 분획화되어야 한다 할지라도, 잘-한정되고, 종종-비침입성인 과정으로부터 얻어질 수 있는 양으로 샘플 크기가 감소될 수 있다.The high sensitivity of accelerated mass spectrometry can affect experimental design in several ways: 1) the radioactive isotopic dose can be reduced to insignificant levels of radiolysis, harmful waste streams, and human exposure; and 2) biological systems. The chemical dose of ethanol is minimized below the physiological and toxic levels, enabling realistic analysis of the effects resulting from low chemical doses, and 3) even if the sampled material must be fractionated into specific biomolecules prior to quantification. Sample size can be reduced to an amount that can be obtained from a limited, often non-invasive process.
본 발명자는 가속 질량 분석법 검출법을 이용하여 가교결합 후 단백질-리간드 복합체 형성의 확인 및 정량화를 위한 새로운 방법을 발명하였다. 이 방법은 또한 결합 속도의 정량화에서 증가된 민감성과 잠재적으로 더 높은 정확성을 제공한다. 가속 질량 분석법과 잘-확립된 가교결합법을 결합시킴으로써, 단백질-리간드 상호작용을 관찰할 수 있을 뿐 아니라, 종래의 염료-기반 염색법보다 더 높은 민감성을 얻을 수 있다.We have invented a new method for the identification and quantification of protein-ligand complex formation after crosslinking using accelerated mass spectrometry detection. This method also provides increased sensitivity and potentially higher accuracy in the quantification of binding rates. By combining accelerated mass spectrometry with well-established crosslinking methods, not only protein-ligand interactions can be observed, but also higher sensitivity than conventional dye-based staining methods.
따라서, 본 발명의 목적은 단백질-리간드 복합체 형성의 정량화를 위한 새로운 방법을 제공하는 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 단백질-리간드 상호작용의 정량화에서 가교결합 방법과 가속 질량 분석법을 조합함으로써 종래 방법보다 더 높은 정확성과 민감성을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a new method for the quantification of protein-ligand complex formation. More specifically, the present invention aims to provide higher accuracy and sensitivity than conventional methods by combining crosslinking methods and accelerated mass spectrometry in the quantification of protein-ligand interactions.
또한, 본 발명의 목적은 가교결합 방법과 가속 질량 분석법의 조합에 의해 단백질-DNA 상호작용을 인비트로와 인비보에서 확인하고 정량하는 방법을 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a method for identifying and quantifying protein-DNA interaction in vitro and in vivo by a combination of crosslinking methods and accelerated mass spectrometry.
또한, 본 발명의 목적은 가교결합 방법과 가속 질량 분석법의 조합에 의해 뉴클레오티드 제거 복구(nucleotide excision repair, NER) 경로를 밝히는 방법을 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a method for identifying a nucleotide excision repair (NER) pathway by a combination of crosslinking methods and accelerated mass spectrometry.
일 태양에서, 본 발명은 단백질-리간드 상호작용을 확인하고 정량분석하는 방법을 제공한다.In one aspect, the invention provides a method of identifying and quantifying protein-ligand interactions.
구체적으로, 본 발명은 i) 방사성 라벨된 리간드 분자를, 인 비트로(in vitro), 엑스 비보(ev vivo) 또는 인 비보(in vivo) 시스템에 도입하는 단계, ii) 리간드 분자를 타겟 단백질에 공유적으로 가교결합시키는 단계, iii) 단백질-리간드 복합체를 분리하는 단계, iv) 분리된 단백질-리간드 복합체를 가속 질량 분석법(Accelerator Mass Spectrometry, AMS)에 의해 측정하는 단계, 및 v) 종래 검출 방법으로부터의 시그널과 가속 질량 분석법으로부터의 시그널을 비교하는 단계를 포함하는, 단백질-리간드 상호작용을 확인하고 정량분석하는 방법을 제공한다.Specifically, the present invention provides a process for i) introducing a radiolabeled ligand molecule into an in vitro, ev vivo or in vivo system, ii) sharing the ligand molecule to a target protein. Crosslinking, iii) separating the protein-ligand complex, iv) measuring the isolated protein-ligand complex by Accelerator Mass Spectrometry (AMS), and v) from a conventional detection method. Provided are methods for identifying and quantifying protein-ligand interactions, including comparing signals from and signals from accelerated mass spectrometry.
본 방법의 제 1 단계는 방사성 라벨된 리간드 분자를 인 비트로, 엑스 비보 또는 인 비보 시스템에 도입하는 단계이다. The first step of the method is the introduction of the radiolabeled ligand molecule in vitro, in an ex vivo or in vivo system.
본 방법의 상기 1 단계에 있어서, 방사성 라벨된 분자는 방사성 동위원소로 라벨된 약물, 호르몬, 대사물, DNA 또는 RNA 중의 뉴클레오티드, 또는 단백질 등일 수 있는, 그 결합 단백질을 확인하고자 하는 리간드 분자이다. 이때 리간드의 라벨링을 위해 이용될 수 있는 방사성 동위원소의 예로는 14C가 있으며 이로 한정되지는 않으며, 라벨링하고자 하는 리간드의 종류에 따라 다른 동위원소가 사용될 수도 있다. 바람직하게는 14C로 라벨링된 리간드를 이용한다.In the first step of the method, the radiolabeled molecule is a ligand molecule for which the binding protein is to be identified, which may be a drug, hormone, metabolite, nucleotide in DNA or RNA, or the like labeled with a radioisotope. At this time, an example of a radioisotope that can be used for labeling a ligand is 14 C, but is not limited thereto, and other isotopes may be used depending on the type of ligand to be labeled. Preferably a ligand labeled 14 C is used.
방사성 동위 원소로 라벨링된 리간드는 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich), 캠브리지 아이소토프 래보래토리즈(Cambridge Isotope Laboratories), 아메리칸 래디오레이블드 케미컬, 인코포레이티드(American Radiolabeled Chemical, Inc.), 모라벡 바이오케미컬스(Moravek Biochemicals)와 같은 회사들로부터 구입하여 사용할 수 있으며, 화학 합성을 통해 얻을 수도 있다.Ligands labeled with radioactive isotopes include Sigma-Aldrich, Cambridge Isotope Laboratories, American Radiolabeled Chemical, Inc., Moravec Biochemical. It can be purchased from companies such as Moravek Biochemicals and can also be obtained through chemical synthesis.
본 방법의 1 단계에서 사용되는 인 비트로, 엑스 비보 또는 인 비보 시스템으로는 정제된 단백질, 세포 추출물, 핵 추출물, 원핵 세포, 진핵 세포 등과 같은, 라벨링된 리간드 분자와 결합할 수 있는 후보 단백질을 함유하는 임의의 시스템일 수 있다.In vitro, ex vivo or in vivo systems used in step 1 of the method contain candidate proteins capable of binding to labeled ligand molecules, such as purified proteins, cell extracts, nuclear extracts, prokaryotic cells, eukaryotic cells, and the like. May be any system.
본 방법의 제 2 단계는 리간드 분자를 타겟 단백질에 공유적으로 가교결합시키는 단계로서, 방사성 라벨된 리간드 분자를 타겟 단백질에 공유결합시키기 위한 가교결합제로서는 UV 광, 포름알데히드, 글루타르알데히드, 또는 광활성화 링커 등과 같은, 단백질과 리간드 간의 공유적 가교결합 유도에 통상적으로 이용되는 가교결합제를 이용할 수 있다.The second step of the method is a step of covalently crosslinking the ligand molecule to the target protein, wherein the crosslinking agent for covalently binding the radiolabeled ligand molecule to the target protein is UV light, formaldehyde, glutaraldehyde, or light. Crosslinking agents commonly used for inducing covalent crosslinking between proteins and ligands, such as activating linkers, can be used.
본 방법의 제 3 단계는 가교결합에 의해 형성된 리간드-단백질 복합체를 분리하는 단계로서, 단백질-리간드 복합체의 분리를 위해서는 단백질 등의 분리를 위해 보편적으로 사용되는 폴리아크릴아미드 젤 전기영동(PAGE), 고성능액체크로마토그래피(HPLC), 고속단백질액체크로마토그래피(FPLC) 등을 사용할 수 있다.The third step of the method is to separate the ligand-protein complex formed by crosslinking. For the separation of the protein-ligand complex, polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE), which is commonly used for the separation of proteins and the like, High performance liquid chromatography (HPLC), high speed protein liquid chromatography (FPLC) and the like can be used.
단백질 또는 DNA 등의 분리를 위한 폴리아크릴아미드 젤 전기영동, 고성능액체크로마토그래피, 고속단백질액체크로마토그래피 등의 방법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있으며, 예를 들어, 참고 문헌[Molecular Cloning: A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press] 등에서 확인할 수 있다.Polyacrylamide gel electrophoresis, high performance liquid chromatography, high speed protein liquid chromatography, and the like for the separation of proteins or DNA are well known in the art, for example, see Molecular Cloning: A Laboratory Manual. . Cold Spring Harbor Laboratory Press].
본 방법의 제 4 단계는 전기영동 등을 통해 분리한 단백질-리간드 복합체를 가속 질량 분석법에 의해 측정하는 단계이다.The fourth step of the method is a step of measuring the protein-ligand complex separated by electrophoresis, etc. by accelerated mass spectrometry.
폴리아크릴아미드 젤 전기영동에 의해 단백질-리간드 복합체를 분리하는 경우에는, 전기 영동 후, 젤을 일정한 크기로 잘라내어, 그 젤 조각들을 각각 가속 질량 분석법에 의해 측정한다. In the case of separating protein-ligand complexes by polyacrylamide gel electrophoresis, after electrophoresis, the gel is cut to a constant size and the gel pieces are each measured by accelerated mass spectrometry.
젤을 가속 질량 분석법에 의해 측정하기 위해서는 젤을 건조시킨 후, 산화구리(CuO)를 이용하여 산화시키고, 발생하는 이산화탄소를 포집한다. 이어서 얻어진 이산화탄소를 티타늄 하이드라이드로 환원시켜 고체 형태의 그라파이트(graphite)를 얻은 후, 제조사의 설명서에 따라 가속 질량 분석기로 측정한다.In order to measure the gel by accelerated mass spectrometry, the gel is dried, oxidized using copper oxide (CuO), and the generated carbon dioxide is collected. The obtained carbon dioxide is then reduced with titanium hydride to obtain graphite in solid form, which is then measured by an accelerated mass spectrometer according to the manufacturer's instructions.
고성능액체크로마토그래피 또는 고속단백질액체크로마토그래피에 의해 단백질-리간드 복합체를 분리하는 경우에는 크로마토그래피에 의해 시간에 따라 얻어지는 각 분획을 수집한 후, 용매를 제거하고, 각 분획에 남아 있는 유기 물질을 건조시킨 후, 산화구리(CuO)를 이용하여 산화시키고, 발생하는 이산화탄소를 포집한다. 이어서 얻어진 이산화탄소를 티타늄 하이드라이드로 환원시켜 고체 형태의 그라파이트(graphite)를 얻은 후, 가속 질량 분석기로 측정한다.In the case of separating protein-ligand complexes by high performance liquid chromatography or high-speed protein liquid chromatography, after collecting each fraction obtained over time by chromatography, the solvent is removed and the organic substance remaining in each fraction is dried. After oxidizing, copper oxide (CuO) is used to oxidize and carbon dioxide generated is collected. The obtained carbon dioxide is then reduced with titanium hydride to give graphite in solid form, which is then measured by an accelerated mass spectrometer.
본 방법의 제 5 단계는 가속 질량 분석법에 의해 측정한 시그널과 종래의 시그널 검출 방법에 의한 시그널을 비교 분석하는 단계로서, 가속 질량 분석법에 의해 측정한 시그널과 비교하기 위한 시그널의 종래 검출 방법으로는 젤 전기영동에서 가장 보편적으로 사용되는 염료를 이용한 염색 방법 등이 있다. 이러한 염색 방법에 사용될 수 있는 염료로는 쿠마시(Coomassie)® 염료 용액(바이오-라드(Bio-Rad)) 등이 있다.The fifth step of the method is a step of comparing and analyzing the signal measured by the accelerated mass spectrometry and the signal by the conventional signal detection method, and the conventional detection method of the signal for comparison with the signal measured by the accelerated mass spectrometry Dyeing method using dyes most commonly used in gel electrophoresis. Dyes that may be used in such dyeing methods include Coomassie ® dye solutions (Bio-Rad).
본 방법의 제 3 단계에서 단백질-리간드 복합체의 분리를 위하여 고성능액체크로마토그래피 또는 고속단백질액체크로마토그래피 등의 방법을 이용하는 경우에는, 크로마토그래피로 얻은 각 분획에 대해 가속 질량 분석법에 의해 얻은 시그널을 크로마토그램과 비교한다.In the third step of the method, in the case of using a method such as high performance liquid chromatography or high speed protein liquid chromatography to separate the protein-ligand complex, the signals obtained by the accelerated mass spectrometry are chromatographed for each fraction obtained by chromatography. Compare with gram.
이와 같이 가속 질량 분석법에 의한 시그널은 아주 적은 양의 단백질-리간드 복합체의 확인과 정량을 가능하게 하므로 단백질과 리간드 간의 상호작용을 종래 방법에 비하여 보다 정확하고 민감하게 정량할 수 있다.As such, the signal by the accelerated mass spectrometry enables the identification and quantification of a very small amount of protein-ligand complex, thereby quantifying the interaction between the protein and the ligand more accurately and sensitively than the conventional method.
한편, 본 발명 방법에서 방사성 동위원소 분석을 위하여 가속 질량 분석법 대신 액체 신틸레이션 카운터(Liquid Scintillation Counter, LSC)를 이용할 수도 있다.In the present invention, a liquid scintillation counter (LSC) may be used instead of accelerated mass spectrometry for radioisotope analysis.
액체 신틸레이션 카운터를 이용하기 위해서는 방사성 동위원소를 포함하는 물질을 유니버셜 용매(universal solvent)에 균일하게 용해시켜야 하지만, 젤의 경우엔 고분자여서 용해되지 않으므로, 젤에서 단백질-리간드 복합체를 필름을 이용하여 블롯팅(blotting)한 후 물과 같은 용매에 용해시켜 액체 신틸레이션 카운터에 의해 분석한다.In order to use the liquid scintillation counter, the radioactive isotope-containing material must be uniformly dissolved in a universal solvent. However, since the gel is a polymer, it cannot be dissolved. After blotting it is dissolved in a solvent such as water and analyzed by liquid scintillation counter.
고성능액체크로마토그래피 또는 고속단백질크로마토그래피에 의해 단백질-리간드 복합체를 분리하는 경우에는 균일한 용액을 얻을 수 있으므로, 블롯팅 등의 추가 과정 없이 액체 신틸레이션 카운터에 의해 방사성 동위원소를 분석할 수 있다.When the protein-ligand complexes are separated by high performance liquid chromatography or high speed protein chromatography, a uniform solution can be obtained. Thus, radioisotopes can be analyzed by a liquid scintillation counter without additional processes such as blotting.
다른 태양에서, 본 발명은 가교결합 방법과 가속 질량 분석법의 조합에 의해 단백질과 DNA의 상호작용을 확인하고 정량하는 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for identifying and quantifying the interaction of protein with DNA by a combination of crosslinking methods and accelerated mass spectrometry.
구체적으로, 본 발명은 i) 방사성 동위원소-라벨된 분자를 게놈 또는 세포 DNA에 도입하는 단계, ii) 상기 방사성 동위원소-라벨된 분자를 함유한 게놈 또는 세포 DNA와 세포 추출물 또는 핵 추출물을 항온처리하고, DNA와 단백질을 가교결합시키는 단계, iii) 단백질-DNA 복합체를 추출하여 분해시키는 단계, iv) 단백질-DNA 복합체를 분리하는 단계, v) 단백질-DNA 복합체를 가속 질량 분석법에 의해 측정하는 단계, 및 vi) 가속 질량 분석법에 의한 시그널과 DNA-단백질 복합체 확인을 위한 종래의 방법에 의한 시그널을 비교하는 단계를 포함하는, 단백질과 DNA의 상호작용의 확인 및 정량화 방법을 제공한다.Specifically, the present invention relates to i) introducing radioisotope-labeled molecules into genomic or cellular DNA, ii) incubating genomic or cellular DNA and cell extracts or nuclear extracts containing the radioisotope-labeled molecules. Cross-linking DNA and protein, iii) extracting and digesting the protein-DNA complex, iv) isolating the protein-DNA complex, v) measuring the protein-DNA complex by accelerated mass spectrometry And vi) comparing the signal by accelerated mass spectrometry with the signal by conventional methods for identifying DNA-protein complexes.
본 방법의 제 1 단계는 방사성 동위원소-라벨된 분자를 게놈 또는 세포 DNA에 도입하는 단계로서, 방사성 동위원소-라벨된 분자는 방사성 동위원소로 라벨링된 정상 뉴클레오시드, 산화된 뉴클레오시드 또는 DNA-손상 제제(damaging agent) 등이다.The first step of the method is the step of introducing a radioisotope-labeled molecule into genomic or cellular DNA, wherein the radioisotope-labeled molecule is a normal nucleoside, oxidized nucleoside or DNA-damaging agents and the like.
본 방법에서 이용될 수 있는 DNA-손상 제제는 백금계 항암 약물, 질소 머스타드(nitrogen mustard), 사이클로포스파미드, 멜파란(melphalan), 클로람부실, 비스-클로로에틸니트로소우레아, 스트렙토조신, 부설판 및 티오테파를 포함하며 이로 한정되지 않는 DNA-손상 항암 약물일 수 있다.DNA-damaging agents that can be used in the method include platinum-based anticancer drugs, nitrogen mustard, cyclophosphamide, melphalan, chlorambucil, bis-chloroethylnitrosourea, streptozosin, DNA-damaged anticancer drugs, including but not limited to busulfan and thiotepa.
방사성 동위원소로 라벨링된 정상 뉴클레오시드, 산화된 뉴클레오시드 또는 DNA-손상 제제(damaging agent) 등은 상기한 바와 같은 방사성 동위원소로 라벨링된 화학물질을 판매하는 여러 회사들로부터 구매하거나 합성을 의뢰할 수 있으며, 또한 화학 합성을 통해 얻을 수도 있다. 이때 라벨링을 위해 이용될 수 있는 방사성 동위원소의 예로는 14C가 있으며 이로 한정되지는 않으며, 라벨링하고자 하는 분자에 따라 다른 동위원소가 사용될 수도 있다. 바람직하게는 14C가 라벨링에 이용된다.Normal nucleosides, oxidized nucleosides, or DNA-damaging agents labeled with radioisotopes are purchased from various companies selling chemicals labeled with radioisotopes as described above or synthesized. It can be commissioned and can also be obtained through chemical synthesis. At this time, an example of a radioisotope that can be used for labeling is 14 C, but is not limited thereto, and other isotopes may be used depending on the molecule to be labeled. Preferably 14 C is used for labeling.
방사성 동위원소 라벨링된 뉴클레오시드 또는 항암 약물 등을 게놈 또는 세포 DNA에 도입하는 것은 본 기술 분야에 알려진 바와 같이, 상기와 같은 방사성 동위원소 라벨링된 분자를 함유한 배양액에서 세포를 배양함으로써 이루어질 수 있다(PNAS, 104, 11203-11208(2007), DOI: 10. 1073/pnas.0701733104, Chem.Res.Toxicol.20, 1745-1751(2007), DOI:10.1021/tx700376a, 및 Chem.Res.Toxicol.19, 622-626(2006), DOI:10.1021/tx060058c 참조).Incorporation of radioisotope labeled nucleosides, anticancer drugs, etc. into genomic or cellular DNA can be accomplished by culturing the cells in a culture medium containing such radioisotope labeled molecules, as known in the art. (PNAS, 104, 11203-11208 (2007), DOI: 10. 1073 / pnas.0701733104, Chem. Res. Toxicol. 20, 1745-1751 (2007), DOI: 10.1021 / tx700376a, and Chem.Res.Toxicol. 19, 622-626 (2006), DOI: 10.1021 / tx060058c).
본 방법의 제 2 단계는 방사성 동위원소 라벨된 DNA를 세포 추출물 또는 핵 추출물과 항온처리하고 DNA를 단백질과 가교결합시키는 단계로서, 방사성 동위원소 라벨된 DNA와 단백질을 가교결합시키기 위해서는 UV 광, 포름알데히드, 글루타르알데히드, 또는 광활성화 링커 등을 포함하며 이로 한정되지 않는, 본 기술 분야에서 보편적으로 사용되는 가교결합제를 이용할 수 있다.The second step of the method is incubating the radioisotope labeled DNA with a cell extract or nuclear extract and crosslinking the DNA with the protein. In order to crosslink the radioisotope labeled DNA with the protein, UV light, form Crosslinking agents commonly used in the art may be used, including but not limited to aldehydes, glutaraldehydes, photoactivated linkers, and the like.
본 방법의 제 3 단계는 단백질과 결합된 DNA를 반응물로부터 추출하여 분해하는 단계로서, 단백질과 가교결합된 DNA의 추출을 위해서는 본 기술 분야에 공지된 기술을 이용할 수 있으며, 예를 들어, 나이트로셀룰로오스(nitrocellulose) 또는 나일론, PVDF 등을 이용하여 블롯팅함으로써 DNA-단백질 복합체를 추출할 수 있다. DNA의 분해를 위해서는 특정 서열의 부위를 특이적으로 절단하는 본 기술 분야에 공지된 다양한 제한 효소(restriction enzyme)를 사용할 수 있으며, DNA 서열을 고려하여 적합한 제한 효소를 선택하여 사용할 수 있다.The third step of the method is the step of extracting and digesting the DNA bound to the protein from the reactant. For the extraction of the DNA crosslinked with the protein, a technique known in the art may be used, for example, nitro DNA-protein complexes can be extracted by blotting with cellulose (nitrocellulose) or nylon or PVDF. For the degradation of DNA, a variety of restriction enzymes known in the art for specifically cleaving a site of a specific sequence may be used, and an appropriate restriction enzyme may be selected and used in consideration of the DNA sequence.
본 방법의 제 4 단계는 상기와 같이 분해된 단백질-DNA 복합체를 분리하는 단계로서, 젤 전기영동 또는 고성능액체크로마토그래피 또는 고속단백질액체크로마토그래피 등을 이용할 수 있다.The fourth step of the method is a step of separating the degraded protein-DNA complex as described above, gel electrophoresis or high performance liquid chromatography or high-speed protein liquid chromatography can be used.
단백질-DNA 복합체의 분리를 위한 젤 전기영동은 1D 또는 2D 폴리아크릴아미드 젤 전기 영동을 이용할 수 있다. 젤 전기 영동법은 본 기술 분야에 잘 알려져 있으며 예를 들어 참고 문헌[Molecular Cloning: A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press] 등에서 찾을 수 있다. 젤 전기 영동에 의한 단백질-DNA 복합체의 분리 후 복합체의 위치 확인을 위해서는 쿠마시® 염료 용액(바이오 라드) 등을 이용한 염색법을 이용할 수 있다.Gel electrophoresis for separation of protein-DNA complexes may utilize 1D or 2D polyacrylamide gel electrophoresis. Gel electrophoresis is well known in the art and is described, for example, in Molecular Cloning: A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press. In order to locate the complex after separation of the protein-DNA complex by gel electrophoresis, a staining method using a Coomassie ® dye solution (BioRad) may be used.
단백질-DNA 복합체의 분리를 위해 고성능액체크로마토그래피 또는 고속단백질액체크로마토그래피를 이용할 경우에는, 크로마토그래피에 의해 얻어지는 각 분획들을 수집하여 이후 가속 질량 분석법을 위해 이용한다. When using high performance liquid chromatography or high protein liquid chromatography to separate the protein-DNA complex, each fraction obtained by chromatography is collected and then used for accelerated mass spectrometry.
본 방법의 제 5 단계는 단백질-DNA 복합체를 가속 질량 분석법에 의해 측정하는 단계로서, 젤 전기영동에 의해 단백질-DNA 복합체를 분리한 경우에는 젤을 가속 질량 분석법에 의해 측정하기 위해 젤을 일정한 작은 크기의 조각으로 절단하고, 이들 젤 조각을 그라파이트로 전환시킨 후, 가속 질량 분석기에 의해 방사성 동위원소 레벨을 측정한다. 젤 조각을 그라파이트로 전환시키고 가속 질량 분석기에 의해 방사성 동위원소 레벨을 측정하는 방법은 상기한 바와 같다.In the fifth step of the method, the protein-DNA complex is measured by accelerated mass spectrometry. In the case where the protein-DNA complex is separated by gel electrophoresis, the gel is measured in a small amount to measure the gel by accelerated mass spectrometry. After cutting into pieces of size and converting these gel pieces into graphite, radioisotope levels are measured by an accelerated mass spectrometer. The method of converting the gel pieces to graphite and measuring the radioisotope levels by an accelerated mass spectrometer is as described above.
가속 질량 분석기에 의해 확인된 시그널과 젤 전기영동 후 젤의 염색에 의해 확인된 DNA-단백질 복합체 위치를 비교하고 방사성 동위원소 함량을 결정함으로써, DNA에 결합하는 결합 단백질을 인비트로와 인비보에서 확인하고 정량할 수 있다.Binding proteins binding to DNA are identified in vitro and in vivo by comparing the signal identified by the accelerated mass spectrometer with the location of the DNA-protein complex identified by gel staining after gel electrophoresis and determining the radioisotope content. Can be quantified.
또한, 단백질-DNA 복합체의 분리를 위하여 젤 전기영동 대신 고성능액체크로마토그래피 또는 고속단백질액체크로마토그래피 등을 이용하는 경우에는, 상기한 바와 같이 크로마토그래피에 의해 시간에 따라 얻어지는 각 분획을 수집한 후, 용매를 제거하고, 각 분획에 남아 있는 유기 물질을 건조시킨 후, 산화구리(CuO)를 이용하여 산화시키고, 발생하는 이산화탄소만을 포집한다. 이어서 얻어진 이산화탄소를 티타늄 하이드라이드로 환원시켜 고체 형태의 그라파이트(graphite)를 얻은 후, 가속 질량 분석기로 측정한다.In addition, in the case of using high performance liquid chromatography or high-speed protein liquid chromatography instead of gel electrophoresis to separate protein-DNA complexes, each fraction obtained over time by chromatography is collected as described above. The organic material remaining in each fraction is dried, and then oxidized using copper oxide (CuO), and only carbon dioxide generated is collected. The obtained carbon dioxide is then reduced with titanium hydride to give graphite in solid form, which is then measured by an accelerated mass spectrometer.
또한, 본 발명 방법에서 방사성 동위원소 분석을 위하여 가속 질량 분석법 대신 액체 신틸레이션 카운터를 이용할 수도 있음은 상기한 바와 같다.In addition, the liquid scintillation counter may be used instead of the accelerated mass spectrometry for radioisotope analysis in the method of the present invention as described above.
또 다른 태양에서, 본 발명은 셔틀 벡터(Shuttle vector)와 가속 질량 분석법을 이용하여 특정 DNA 서열에 대한 결합 단백질을 확인하는 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method of identifying binding proteins for specific DNA sequences using shuttle vectors and accelerated mass spectrometry.
구체적으로, 본 발명은 i) 방사성 라벨된 뉴클레오티드를 이용하여 주어진 위치에서 방사성 동위원소를 함유한 올리고뉴클레오티드를 제조하는 단계, ii) 상기 올리고뉴클레오티드를 상보성 올리고뉴클레오티드에 어닐링시켜 듀플렉스(duplex) DNA를 형성하는 단계, iii) 상기 듀플렉스 DNA를 플라스미드에 라이게이션(ligation)시키는 단계, iv) 상기 듀플렉스 DNA를 함유한 플라스미드를 인 비보 또는 엑스 비보 시스템에 도입하는 단계, v) 플라스미드와 단백질을 공유 결합시키는 단계, vi) 플라스미드 DNA-단백질 복합체를 분리하여 분해하는 단계, vii) 상기 플라스미드 DNA-단백질 복합체 분해물을 분리하는 단계, viii) 분리된 DNA-단백질 복합체를 가속 질량 분석법에 의해 측정하는 단계를 포함한다. Specifically, the present invention provides a method for producing a duplex DNA by i) preparing an oligonucleotide containing a radioisotope at a given position using radiolabeled nucleotides, and ii) annealing the oligonucleotide to a complementary oligonucleotide. Iii) ligation of the duplex DNA into a plasmid, iv) introducing the plasmid containing the duplex DNA into an in vivo or ex vivo system, v) covalently binding the protein with the plasmid vi) isolating and digesting the plasmid DNA-protein complexes; vii) isolating the plasmid DNA-protein complexes; viii) measuring the isolated DNA-protein complexes by accelerated mass spectrometry.
상기와 같은 과정에 의해, 특정 서열을 가진 올리고뉴클레오티드에 결합하는 신규의 결합 단백질을 확인할 수 있다.By the above process, a novel binding protein that binds to an oligonucleotide having a specific sequence can be identified.
셔틀 벡터는 두 가지 상이한 숙주 종에서 증식할 수 있도록 제작된 플라스미드로서, 셔틀 벡터내에 삽입된 DNA는 두 가지 상이한 세포 유형에서 시험되거나 조작될 수 있다.Shuttle vectors are plasmids designed to grow in two different host species, and DNA inserted into the shuttle vector can be tested or manipulated in two different cell types.
방사성 라벨된 뉴클레오티드를 이용하여 주어진 위치에서 방사성 동위원소를 함유한 올리고뉴클레오티드를 제조하는 방법, 상보성 올리고뉴클레오티드와의 어닐링에 의해 듀플렉스 DNA를 형성하는 방법, 듀플렉스 DNA를 플라스미드에 라이게이션시키는 방법 등은 본 기술 분야의 통상적인 기술 방법으로서 잘 알려져 있으며, 이러한 방법들은 예를 들어, 참고 문헌 [ Molecular Cloning: A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press] 등에 상세히 설명되어 있다.Methods for preparing oligonucleotides containing radioisotopes at a given position using radiolabeled nucleotides, forming duplex DNA by annealing with complementary oligonucleotides, ligating duplex DNA to plasmids, and the like are described herein. It is well known as a common technical method in the art, and these methods are described, for example, in Molecular Cloning: A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press.
본 방법에는 가속 질량 분석기에 의해 측정가능한 임의의 방사성 동위원소가 이용될 수 있으며, 바람직하게는 14C가 이용된다.Any radioisotope measurable by an accelerated mass spectrometer can be used in the method, preferably 14 C.
본 방법의 제 4 단계에서 플라스미드 DNA를 인비보 시스템에 도입하기 위해서는 예를 들어, 전기 천공(electroporation)에 의해 플라스미드 DNA를 세포내로 도입할 수 있으며, 엑스 비보 시스템에 도입하기 위해서는 플라스미드 DNA를 핵 추출물 또는 세포 추출물과 항온처리함으로써 이루어질 수 있다.In the fourth step of the method, the plasmid DNA can be introduced into the cell by, for example, electroporation to introduce the plasmid DNA into the in vivo system. Or by incubating with the cell extract.
본 방법의 제 5 단계에서 DNA와 단백질의 가교결합을 위해서는 UV 광, 포름알데히드, 글루타르알데히드, 또는 광활성화 링커 등을 포함하며 이로 한정되지 않는, 상기한 바와 같은 본 기술 분야에서 보편적으로 사용되는 가교결합제를 이용할 수 있다. Crosslinking of the DNA and the protein in the fifth step of the method is commonly used in the art as described above, including but not limited to UV light, formaldehyde, glutaraldehyde, or photoactivating linkers, and the like. Crosslinkers can be used.
본 방법의 제 6 단계에서 플라스미드의 분리 및 분해는 본 기술 분야에서 잘 알려진 공지 기술을 이용하여 실시할 수 있으며, 이와 같은 기술은 참고문헌 [Molecular Cloning: A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press] 등에 잘 개시되어 있으며, 플라스미드의 분해는 공지의 다양한 제한 효소를 이용하여 이루어질 수 있으며 올리고뉴클레오티드의 서열을 고려하여 적절한 제한 효소를 선택하여 사용할 수 있다.Separation and digestion of the plasmid in the sixth step of the method can be carried out using techniques well known in the art, such techniques are described in Molecular Cloning: A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press] and the like, the decomposition of the plasmid can be made using a variety of known restriction enzymes can be used by selecting an appropriate restriction enzyme in consideration of the oligonucleotide sequence.
본 방법의 제 7 단계에서 플라스미드 DNA-단백질 복합체 분해물의 분리는 폴리아크릴아미드 젤 전기영동, 고성능액체크로마토그래피, 고속단백질액체크로마토그래피 등에 의해 이루어질 수 있으며, 전기영동에 의해 분리한 후에는 쿠마시 등의 염료로 젤을 염색하여 사진을 찍어둠으로써 이후에 젤의 가속 질량 분석법에 의해 얻은 시그널과의 비교에 사용할 수 있다.Separation of the plasmid DNA-protein complex digest in the seventh step of the method may be performed by polyacrylamide gel electrophoresis, high performance liquid chromatography, high-speed protein liquid chromatography, etc., after separation by electrophoresis, etc. The dye can be photographed by dyeing the gel with the dye and then used for comparison with signals obtained by accelerated mass spectrometry of the gel.
본 방법의 제 8 단계에서 DNA-단백질 복합체의 가속 질량 분석법에 의한 측정은 상기 본 발명의 다른 태양을 위해 기재한 것과 동일한 방식으로 젤 또는 크로마토그래피에 의해 얻은 분획을 그라파이트로 전환시킨 후 가속 질량 분석기에 의해 측정할 수 있다.Accelerated mass spectrometry of the DNA-protein complex in the eighth step of the method is performed by converting the fraction obtained by gel or chromatography into graphite in the same manner as described for the other aspects of the present invention, followed by an accelerated mass spectrometer. It can measure by.
가속 질량 분석법에 의한 시그널을 제 7 단계에서 얻어진 전기영동 젤의 염색 사진과 비교하여, 특정 서열의 DNA에 결합하는 결합 단백질을 확인하고 정량할 수 있다.By comparing the signal obtained by the accelerated mass spectrometry with the staining picture of the electrophoretic gel obtained in the seventh step, it is possible to identify and quantify the binding protein binding to the DNA of the specific sequence.
또한, 본 발명 방법에서 방사성 동위원소 분석을 위하여 가속 질량 분석법 대신 액체 신틸레이션 카운터를 이용할 수도 있음은 상기한 바와 같다.In addition, the liquid scintillation counter may be used instead of the accelerated mass spectrometry for radioisotope analysis in the method of the present invention as described above.
또 다른 태양에서, 본 발명은 뉴클레오티드 제거 복구(nucleotide excision repair, NER) 경로를 밝히는 방법을 제공한다. In another aspect, the present invention provides a method for identifying a nucleotide excision repair (NER) pathway.
구체적으로, 본 발명은 i) 방사성 라벨이 상이한 위치에 순차적으로 도입된 올리고뉴클레오티드 세트를 제조하는 단계, ii) 상기 올리고뉴클레오티드 세트의 각 올리고뉴클레오티드에 상보성인 올리고뉴클레오티드를 이용하여 듀플렉스 DNA 세트를 제조하는 단계, iii) 상기 듀플렉스 DNA에 손상(damage)을 도입하는 단계, iv) 상기 듀플렉스 DNA를 NER 효소 또는 핵 추출물과 dNTPs와 항온처리하는 단계, 및 v) 생성된 DNA를 분리하고 가속 질량 분석법에 의해 측정하여 방사성활성을 확인하는 단계를 포함한다.Specifically, the present invention provides a method for preparing a duplex DNA set using i) preparing oligonucleotide sets sequentially introduced at different positions of radiolabels, ii) oligonucleotides complementary to each oligonucleotide of the oligonucleotide set. Step, iii) introducing damage to the duplex DNA, iv) incubating the duplex DNA with a NER enzyme or nuclear extract and dNTPs, and v) separating the resulting DNA and subjecting it to accelerated mass spectrometry. Measuring to confirm radioactivity.
상기와 같은 방법에 의해 상이한 위치에 방사성 동위원소를 함유하고 있던 DNA를 NER 효소로 처리한 후의 방사성활성을 확인함으로써, 뉴클레오티드 제거 복구 경로 동안 얼마나 많은 뉴클레오티드가 제거되는지를 확인할 수 있다.By checking the radioactivity after treatment with the NER enzyme of DNA containing radioisotopes at different positions by the above method, it is possible to confirm how many nucleotides are removed during the nucleotide removal repair pathway.
상기한 바와 같이, 방사성 라벨된 뉴클레오티드를 이용하여 주어진 위치에서 방사성 동위원소를 함유한 올리고뉴클레오티드를 제조하는 방법, 상보성 올리고뉴클레오티드와의 어닐링에 의해 듀플렉스 DNA를 형성하는 방법 등은 본 기술 분야의 통상적인 기술 방법으로서 잘 알려져 있으며, 이러한 방법들은 예를 들어, 참고 문헌 [ Molecular Cloning: A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press] 등에 상세히 설명되어 있다.As described above, methods for preparing oligonucleotides containing radioisotopes at a given position using radiolabeled nucleotides, methods for forming duplex DNA by annealing with complementary oligonucleotides, and the like are common in the art. It is well known as a technical method and these methods are described, for example, in Molecular Cloning: A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press.
본 방법에는 가속 질량 분석기에 의해 측정가능하며 뉴클레오티드에 도입가능한 임의의 방사성 동위원소가 이용될 수 있으며, 바람직하게는 14C가 이용된다.Any radioisotope measurable by the accelerated mass spectrometer and introduced into the nucleotides can be used in the method, preferably 14 C.
본 방법의 제 3 단계에서 듀플렉스 DNA에 손상을 도입하는 물질과 방법은 본 기술 분야에 알려져 있으며, 예를 들어, 시스플라틴(cisplatin)을 이용할 수 있으며, 참고 문헌[Chem.Res.Toxicol.20, 1745-1751(2007), DOI:10.1021/tx700376a, 및 Chem.Res.Toxicol.19, 622-626(2006), DOI:10.1021/tx060058c]에 개시된 방법 등을 이용할 수 있다.Materials and methods for introducing damage to the duplex DNA in the third step of the method are known in the art, for example, cisplatin can be used, see Chem. Res. Toxicol. 20, 1745. -1751 (2007), DOI: 10.1021 / tx700376a, and Chem. Res. Toxicol. 19, 622-626 (2006), DOI: 10.1021 / tx060058c, and the like.
본 방법의 제 5 단계에서 DNA의 분리는 상기한 바와 같은 젤 전기영동, 고성능액체크로마토그래피, 고속단백질액체크로마토그래피 등에 의해 이루어질 수 있으며, 분리한 DNA를 가속 질량 분석법에 의해 측정하는 방법은 상기한 바와 같다.Separation of DNA in the fifth step of the method may be performed by gel electrophoresis, high performance liquid chromatography, high-speed protein liquid chromatography, etc. as described above, and the method of measuring the separated DNA by accelerated mass spectrometry is described above. As shown.
또한, 본 발명 방법에서 방사성 동위원소 분석을 위하여 가속 질량 분석법 대신 액체 신틸레이션 카운터를 이용할 수도 있음은 상기한 바와 같다.In addition, the liquid scintillation counter may be used instead of the accelerated mass spectrometry for radioisotope analysis in the method of the present invention as described above.
본 발명의 방법은 가교결합 방법을 가속 질량 분석법과 결합시킴으로써, 단백질-리간드 상호작용을 확인하고 정량할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 염료-기반 염색 방법보다 더 높은 정확성과 민감성을 제공할 수 있다. 또한, 특정 서열의 DNA에 특이적으로 결합하는 신규의 단백질을 효율적으로 동정하고 정량할 수 있다.The method of the present invention combines crosslinking methods with accelerated mass spectrometry to identify and quantify protein-ligand interactions, as well as provide higher accuracy and sensitivity than conventional dye-based staining methods. In addition, new proteins that specifically bind to DNA of specific sequences can be efficiently identified and quantified.
또한, 본 발명은 리간드와 단백질의 상호작용을 확인하기 위해 1) 그 결합 파트너를 조사하기 위하여 미리 대상 단백질을 특정해야 하며, 2) 대상 단백질을 위한 특이적 항체가 면역침전 단계를 위해 이용가능해야 하는, 종래의 가교결합 방법의 중요한 단점을 극복할 수 있다.In addition, the present invention requires that in order to confirm the interaction of the ligand with the protein, 1) the target protein must be specified in advance to examine its binding partner, and 2) specific antibodies for the target protein must be available for the immunoprecipitation step. To overcome the significant disadvantages of conventional crosslinking methods.
도 1A는 에스트로겐 수용체-α(ER-α)와 [14C]E2를 함유한 E2를 가교결합시킨 후 젤 전기영동에 의해 분리한 후의 젤 사진, 및 가속 질량 분석법에 의한 측정을 위하여 잘라낸 젤의 부분들을 나타내는 도면이다.1A is a gel photograph after crosslinking E2 containing Estrogen Receptor-α (ER-α) and [ 14 C] E2 and separated by gel electrophoresis, and gels cut for measurement by accelerated mass spectrometry It is a figure which shows a part.
도 1B는 도 1A의 젤에서 잘라낸 젤 조각들을 가속 질량 분석법에 의해 측정한 결과 얻어진 각 젤 조각의 방사성탄소 함량을 나타내는 그래프이다.FIG. 1B is a graph showing the radiocarbon content of each gel piece obtained by measuring the gel pieces cut out from the gel of FIG. 1A by accelerated mass spectrometry.
도 2는 방사성 동위원소로 라벨링된 분자가 도입된 게놈 DNA 또는 세포 DNA를 이용하여 가교결합법과 가속 질량 분석법에 의해 서열 특이적 결합 단백질을 확인하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 방법을 요약한 도식이다.2 is a schematic summarizing a method according to one aspect of the present invention for identifying sequence specific binding proteins by crosslinking and accelerated mass spectrometry using genomic DNA or cellular DNA into which molecules labeled with radioisotopes have been introduced to be.
도 3은 방사성 라벨링된 올리고뉴클레오티드를 함유한 플라스미드를 이용하여 가교결합법과 가속 질량 분석법에 의해 서열 특이적 결합 단백질을 확인하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 방법을 요약한 도식이다.3 is a schematic summarizing a method according to one aspect of the present invention for identifying sequence specific binding proteins by crosslinking and accelerated mass spectrometry using plasmids containing radiolabeled oligonucleotides.
도 4A는 탄소동위원소로 라벨링된 분자를 도시한다.4A shows molecules labeled with carbon isotopes.
도 4B는 도 4A의 분자와 반응시키기 위한 25 염기쌍의 올리고뉴클레오티드를 도시한다.FIG. 4B depicts 25 base pair oligonucleotides for reaction with the molecules of FIG. 4A.
도 4C는 단백질과 DNA의 상호작용을 알아보기 위한 실험 과정을 요약하여 도시한다.4C summarizes the experimental procedure for determining the interaction between protein and DNA.
도 5A는 공유결합된 단백질-DNA 결합체의 SDS-PAGE 결과(좌측) 및 절단된 젤 조각(우측)을 도시한다.5A shows the SDS-PAGE results (left) and cleaved gel pieces (right) of covalently bound protein-DNA conjugates.
도 5B는 AMS에 의해 측정한 젤 조각들의 방사성탄소 함량을 도시한다.5B shows the radiocarbon content of gel pieces measured by AMS.
도 6A는 탄소동위원소로 라벨링될 올리고뉴클레오티드를 도시한다.6A shows oligonucleotides to be labeled with carbon isotopes.
도 6B는 상이한 위치에서 탄소동위원소로 라벨링된 올리고뉴클레오티드 세트 및 손상된 DNA에 대한 뉴클레오티드 제거 복구 효소의 경로 분석을 위한 실험 과정을 도시한다.6B depicts an experimental procedure for the analysis of pathways of nucleotide removal repair enzymes for damaged DNA and sets of oligonucleotides labeled with carbon isotopes at different positions.
도 6C는 AMS에 의해 측정한, 손상된 DNA가 복구된 올리고뉴클레오티드의 방사성탄소 함량을 도시한다. 6C depicts the radiocarbon content of oligonucleotides from which damaged DNA has been repaired, as measured by AMS.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위를 이들 실시예로 한정하고자 하는 것이 아니다.Through the following examples will be described the present invention in more detail. This embodiment is intended to illustrate the present invention in more detail and is not intended to limit the scope of the present invention to these examples.
실시예Example
실시예 1. 인 비트로 단백질-리간드 상호작용을 위한 가속 질량 분석법-기반 가교결합 분석 Example 1 Accelerated Mass Spectrometry-Based Crosslinking Assay for In Vitro Protein-ligand Interactions
에스트로겐 수용체-α(ER-α)와 17β-에스트라디올(E2) 사이의 높은 결합 친화성(~ 0.2 nM)과 이 복합체의 잘-규명된 생화학적 특성 때문에, 인 비트로 단백질-분자 상호작용을 밝히기 위하여 에스트로겐 수용체-α와 방사성탄소-라벨된 17β-에스트라디올을 선택하였다. Due to the high binding affinity (~ 0.2 nM) between estrogen receptor-α (ER-α) and 17β-estradiol (E2) and the well-defined biochemical properties of this complex, it reveals in vitro protein-molecular interactions Estrogen receptor-α and radiocarbon-labeled 17β-estradiol were selected for this purpose.
E2는 2개의 하이드록실기를 가지고 있으므로, 이들 부분은 포름알데히드와 반응하여, 에스트로겐 수용체-α 단백질 결합 부위상의 반응성 부위와 공유적으로 결합된 복합체를 형성할 것으로 예상되었다.Since E2 has two hydroxyl groups, these moieties were expected to react with formaldehyde to form a complex covalently bound to the reactive site on the estrogen receptor-a protein binding site.
21.4 pmol의 ER-α(분자량 66.4 kD, 214 nM 최종 농도)(시그마 알드리치(Sigma Aldrich), 미국 미주리주 세인트루이스 소재)를, [14C]E2 0.91 fmol을 함유한 2.1 fmol의 E2(아메리칸 래디오레이블드 케미컬스, 인크.(American Radiolabeled Chemicals, Inc.), 미국 미주리주 세인트루이스 소재)와 함께 결합 버퍼[40 mM Tris-HCl, pH 7.4, 1 mM EDTA, 10%(v/v) 글리세롤, 10 mM Na2MoO4 10 mM DTT]에서 4 ℃에서 16시간 동안 항온처리하였다. 2.1 fmol E2 (American radiolabel) containing 21.4 pmol of ER-α (molecular weight 66.4 kD, 214 nM final concentration) (Sigma Aldrich, St. Louis, MO), [ 14 C] E2 0.91 fmol Binding Buffer [40 mM Tris-HCl, pH 7.4, 1 mM EDTA, 10% (v / v) Glycerol, 10 mM with Dechemistry, Inc., St. Louis, MO Na 2 MoO 4 10 mM DTT] was incubated at 4 ° C. for 16 h.
이어서, 상기 용액에 포름알데히드(0.09% w/v 최종 농도)를 첨가하였다. 실온에서 15분 동안 때때로 혼합하면서 항온처리한 후, 라이신 용액(125 mM 최종 농도)을 첨가하여 반응을 급냉시키고, 생성된 혼합물을 NuPAGE 노벡스(Novex)® 비스-트리스 젤(인비트로젠(Invitrogen), 미국 캘리포니아주 칼바드 소재)을 이용하여 제조사의 설명서에 따라 젤 전기영동시켰다. 전기영동 분리를 완료한 후, 젤을 바이오-라드(Bio-Rad) 쿠마시(Coomassie)® 염색 용액으로 염색하고 사진을 찍었다. Formaldehyde (0.09% w / v final concentration) was then added to the solution. After incubation and sometimes mixed for 15 minutes at room temperature, the lysine solution was added (125 mM final concentration) to quench the reaction and the resulting mixture NuPAGE No Bex (Novex) ® Bis-Tris gels (Invitrogen (Invitrogen Gel gel electrophoresis according to the manufacturer's instructions. After completion of the electrophoretic separation, the gel was stained with Bio-Rad Coomassie ® staining solution and photographed.
그 결과가 도 1A에 나타난다. 도 1A의 젤 사진에서 각 레인(lane)은 다음과 같았다: (a) 단백질 래더(ladder), (b) 아무것도 처리하지 않은 270 pmol의 ER-α, (c) 아무것도 처리하지 않은 135 pmol의 ER-α, (d) 결합 버퍼중의 ER-α 135 pmol(1.35 μM)을 2.1 fmol의 라벨링되지 않은 E2와 항온처리하고 이어서 포름알데히드와 라이신(각각 0.09% w/v 및 125 mM 최종 농도)으로 처리함, (e) 결합 버퍼중의 21.4 pmol의 ER-α를 0.91 fmol의 [14C]E2를 함유한 E2 2.1 fmol과 항온처리 후 포름알데히드와 라이신((각각 0.09% w/v 및 125 mM 최종 농도)으로 처리함, (f) 결합 버퍼중의 21.4 pmol의 ER-α를 0.91 fmol의 [14C]E2를 함유한 E2 2.1 fmol과 항온처리 후 라이신(125 mM 최종 농도)만으로 처리함.The results are shown in Figure 1A. The lanes in the gel photograph of FIG. 1A were as follows: (a) protein ladder, (b) 270 pmol ER-α without any treatment, (c) 135 pmol ER without any treatment. -α, (d) 135 pmol (1.35 μM) of ER-α in binding buffer was incubated with 2.1 fmol of unlabeled E2 followed by formaldehyde and lysine (0.09% w / v and 125 mM final concentration, respectively). (E) 21.4 pmol of ER-α in binding buffer was incubated with 2.1 fmol of E2 containing 0.91 fmol of [ 14 C] E2, followed by formaldehyde and lysine ((0.09% w / v and 125 mM, respectively). Final concentration), (f) 21.4 pmol of ER-α in binding buffer was treated with 2.1 fmol of E2 containing 0.91 fmol of [ 14 C] E2 and only after incubation with lysine (125 mM final concentration).
이어서 도 1A에 나타난 대로 젤의 레인 (e)와 (f)를 0.8 x 0.4 cm2 크기의 조각으로 절단하고, 젤 조각들을 진공하에서 건조시킨 후, AMS 측정을 위한 그라파이트로 전환시켰다. 각각의 얻어진 젤 조각을 방사성탄소 함량에 대해 AMS에 의해 측정하였다. Lanes (e) and (f) of the gel were then cut into 0.8 x 0.4 cm 2 sized pieces as shown in FIG. 1A and the gel pieces were dried under vacuum and then converted to graphite for AMS measurement. Each obtained gel piece was measured by AMS for radiocarbon content.
절단된 젤 조각들의 방사성탄소 함량 측정 결과가 도 1B에 나타나 있다. 도 1B는 레인 (e)로부터의 젤 조각 #2를 제외하고는 모든 젤 조각에서 방사성탄소 수준이 백그라운드와 일치함을 보여준다. 레인 (e)로부터의 젤 조각 #2는 [14C]E2로부터 기원한 첨가된 방사성탄소의 83%를 함유하였다. 젤 조각 #2내의 방사성탄소 수준은 각 젤 조각의 중량이 3.5 mg이라는 가정을 기초로하여, 시스템내의 총 방사성탄소의 약 83%로 추정되었다. 이 밴드는 66 kD의 분자량에 해당하며 쿠마시-염색된 ER-α-E2 가교결합 단백질(레인 (d)) 및 레인 (b)와 (c)에서 나타난 원래의 ER-α단백질 표준과 동일한 상대적 위치에서 공동-용출된다. 젤 전기영동이 변성화(denaturing) 조건을 사용하였기 때문에, 이 데이터는 ER-α 단백질과 E2 리간드 사이의 공유 결합을 나타낸다.The radiocarbon content measurement results of the cut gel pieces are shown in FIG. 1B. 1B shows that the radiocarbon levels are consistent with the background in all gel pieces except gel piece # 2 from lane (e). Gel piece # 2 from lane (e) contained 83% of the added radiocarbons derived from [ 14 C] E 2. The radiocarbon level in gel piece # 2 was estimated to be about 83% of the total radiocarbon in the system, based on the assumption that each gel piece weighs 3.5 mg. This band corresponds to a molecular weight of 66 kD and is relative to the Coomassie-stained ER-α-E2 crosslinking protein (lane (d)) and the original ER-α protein standard shown in lanes (b) and (c). Co-eluted at the location. Since gel electrophoresis used denaturing conditions, this data shows a covalent bond between the ER-α protein and the E2 ligand.
한편, 대조구 실험으로서, 포름알데히드를 샘플에 첨가하지 않은 것을 제외하고는 동일한 조건하에서 실험을 한 결과(도 1A의 레인 (f)), 레인 (f)로부터의 젤 조각에서는 방사성탄소가 전혀 관찰되지 않아, [14C]E2가 젤로부터 용출되었으며 66 kD ER-α 단백질과 관련된 영역에 체류하지 않았음을 보여준다. On the other hand, as a control experiment, the results of the experiment under the same conditions except that no formaldehyde was added to the sample (lane (f) of FIG. 1A), and no radiocarbon was observed in the gel fragments from the lane (f). No [ 14 C] E2 eluted from the gel and did not stay in the region associated with the 66 kD ER-α protein.
또한, 라벨링되지 않은 E2와 ER-α를 항온처리한 후 포름알데히드로 처리한 도 1A의 레인 (d)는 아무런 처리를 하지 않은 ER-α(레인 (c))와 비교하여 더 높은 분자량의 복합체의 형성(즉, 더 낮은 이동성)을 확인해주었다.In addition, lane (d) of FIG. 1A treated with formaldehyde after incubation of unlabeled E2 and ER-α showed a higher molecular weight complex compared to ER-α (lane (c)) without any treatment. Confirmed the formation (ie, lower mobility).
이들 결과는 21.4 pmol(~ 1.4 ㎍)의 ER-α가 AMS에 의해 검출가능하지만 쿠마시 염색법(도 1A의 레인 (e) 또는 (f))에 의해서는 검출할 수 없음을 보여준다. 본 실험에서 염료 결합을 이용한 검출 한계는 135 pmol(~ 9.0 ㎍)의 ER-α였다(레인 (d)).These results show that 21.4 pmol (˜1.4 μg) of ER-α is detectable by AMS but not by Coomassie staining (lanes (e) or (f) in FIG. 1A). The detection limit using dye binding in this experiment was 135 pmol (˜9.0 μg) of ER-α (lane (d)).
보다 중요하게도, 본 실험에 이용된 ER-α는 부분적으로 정제된 ER-α(제조사에 의해 80% 순도가 보장됨)였으나, 방사성탄소는 공유-결합된 ER-α-[14C]E2 복합체를 함유한 젤 조각에서만 검출되었으므로, 본 발명의 AMS-기반 분석은 ER-α에의 E2의 공유 결합을 비특이적 결합으로부터 구별할 수 있다.More importantly, the ER-α used in this experiment was partially purified ER-α (80% purity guaranteed by the manufacturer), while the radiocarbons contained the covalently bound ER-α- [ 14 C] E2 complex. Since only detected gel fragments were detected, the AMS-based assay of the present invention can distinguish covalent binding of E2 to ER-α from nonspecific binding.
실시예 2. 단백질-DNA 상호작용을 위한 가속 질량 분석법-기반 가교결합 분석 Example 2 Accelerated Mass Spectrometry-Based Crosslinking Assay for Protein-DNA Interaction
단백질과 DNA의 상호작용을 알아보기 위해 도 4A와 같은 탄소동위원소로 라벨링된 분자를 준비하였다(아메리칸 래디오레이블드 케미칼스, 인크 (American Radiolabeled Chemicals, Inc.), 미국 미주리주 세인트루이스 소재). A molecule labeled with a carbon isotope such as FIG. 4A was prepared to examine the interaction of the protein with the DNA (American Radiolabeled Chemicals, Inc., St. Louis, MO).
또한, 도 4B는 도 4A의 분자와 반응시키기 위한 25 염기쌍의 올리고뉴클레오타이드로서, 어플라이드 바이오시스템즈(Applied Biosystems) 392 DNA/RNA 합성기를 이용한 포스포르아미다이트(phosporamidite) 방법으로 합성하였으며, 플래티네이션(platination)을 위한 하나의 d(GpG)(도 4B에서 상대적으로 큰 사이즈의 GG)를 가지고 있고, 상보적인 가닥에는 3’비오틴기를 가지고 있다. 이 비오틴기는 도 4A 분자와 25 염기쌍 올리고뉴클레오타이드의 반응 후, 스트렙타비딘기를 가지고 있는 고형 지지체 (스트렙타비딘-코팅된 자기 비드(프로메가(Promega)))를 이용하여 DNA-단백질 가교결합된 부가물(adducts)을 쉽게 분리하기 위해 도입되었다.In addition, Figure 4B is a 25 base pair oligonucleotide for reacting with the molecule of Figure 4A, synthesized by a phosphoramidite method using an Applied Biosystems 392 DNA / RNA synthesizer, One d (GpG) for platination (relatively large sized GG in FIG. 4B) and 3 'biotin group on the complementary strand. This biotin group is a DNA-protein crosslinked addition using a solid support (streptavidin-coated magnetic beads (Promega)) having a streptavidin group after the reaction of FIG. 4A molecule with 25 base pair oligonucleotides. Introduced for easy separation of adducts.
본 실시예의 실험 과정은 도 4C에 요약되어 있으며 하기와 같으며, 그 결과는 도 5에 도시된다.The experimental procedure of this example is summarized in FIG. 4C and as follows, and the results are shown in FIG. 5.
도 4A의 탄소동위원소로 라벨링된 분자는, 백금 주위의 코디네이션 스피어(coordination sphere)가 비대칭적이기 때문에, 두 가지의 배향 이성질체(orientational isomers)이다(Pt 이성질체 I과 II). 이 이성질체를 이온 교환 HPLC를 이용해 분리한 후, 각각을 준비된 올리고뉴클레오타이드와 반응시킨 후 (도 5A에서 레인 I, III과 V는 Pt 이성질체 I을, 그리고 레인 II, IV와 VI은 Pt 이성질체 II를 이용한 것임), 플래티네이션된 DNA에 대해 선택적으로 결합하는 것으로 알려진 고-이동성 그룹(high-mobility group) B1 (HMGB1) 전길이 단백질(레인 I, II, III과 IV)과 HeLa 세포 내의 모든 단백질을 가지고 있는 HeLa 핵 추출물(레인 V와 VI)과 결합시킨 후 광-가교결합의 방법으로 가교결합시켰다. 광-가교결합은 UV 스트라타링커(Stratalinker)를 이용하여 365 nm의 빛을 0 ℃에서 2시간 동안 쪼여줌으로써 얻게 되었다. 광-가교결합에 의해 얻어진 공유결합된 단백질-DNA 결합체를 스트렙타비딘-코팅된 자기 비드를 이용해서 분리한 다음, 제조업체의 매뉴얼에 따라 비드에서 분리시키고, 10% SDS-PAGE로 분리하였다. SDS-PAGE의 젤 사진이 도 5A 왼쪽에 도시되어 있다. 도 5A에서, 레인 I과 II는 광-가교결합을 시키지 않은 대조군 실험이고, 레인 III과 IV는 HMGB1 전길이 단백질, 그리고 레인 V와 VI은 HeLa 핵 추출물을 이용한 실험결과이다. 얻어진 젤을 일정한 크기로 자른 후 (도 5A 오른쪽), 절단된 젤 조각들의 방사선탄소 함량을 AMS를 이용하여 측정하였다 (도 5B). 도 5B의 결과는, 주어진 DNA 또는 손상된 DNA에 대해 선택적으로 결합하는 단백질(예를 들면, HMGB1 전길이 단백질)을 아주 높은 민감성과 특이성으로, 본 발명의 방법에 의해 확인가능함을 보여준다.The molecules labeled with the carbon isotopes of FIG. 4A are two orientational isomers (Pt isomers I and II) because the coordination sphere around platinum is asymmetric. The isomers were separated using ion exchange HPLC and then each reacted with the prepared oligonucleotides (lanes I, III and V in FIG. 5A using Pt isomer I and lanes II, IV and VI using Pt isomer II). With high-mobility group B1 (HMGB1) full-length proteins (lanes I, II, III and IV) known to selectively bind to plated DNA and all proteins in HeLa cells. After binding to HeLa nuclear extract (lanes V and VI) and cross-linked by photo-crosslinking method. Photo-crosslinking was achieved by splitting 365 nm light at 0 ° C. for 2 hours using a UV Stratalinker. Covalently bound protein-DNA conjugates obtained by photo-crosslinking were separated using streptavidin-coated magnetic beads, then separated from the beads according to the manufacturer's manual, and separated by 10% SDS-PAGE. Gel photographs of SDS-PAGE are shown on the left side of FIG. 5A. In FIG. 5A, lanes I and II are control experiments without photo-crosslinking, lanes III and IV are HMGB1 full-length proteins, and lanes V and VI are HeLa nuclear extracts. After the obtained gel was cut to a constant size (right of FIG. 5A), the radiocarbon content of the cut gel pieces was measured using AMS (FIG. 5B). The results in FIG. 5B show that proteins that selectively bind to a given DNA or damaged DNA (eg, HMGB1 full-length protein) can be identified by the methods of the present invention with very high sensitivity and specificity.
실시예 3. 손상입은 DNA에 대한 뉴클레오타이드 제거 복구 (nucleotide excision repair, NER) 효소의 경로 분석 Example 3 Pathway Analysis of Nucleotide Excision Repair (NER) Enzymes for Damaged DNA
실시예 2에서와 유사한 방법으로, 61 염기쌍의 올리고뉴클레오타이드를 준비하였다 (원하는 위치에 탄소동위원소를 위치시키기 위해서 어플라이드 바이오시스템즈 392 DNA/RNA 합성기를 이용한 스텝-바이-스텝 포스포르아미다이트 방법으로 합성하였다, 도 6A). 도 6B의 별표는 탄소동위원소의 위치를 보여주는데, 각각 도 6A의 DNA 위쪽 가닥의 15번째 아데닌과 56번째 아데닌을 나타낸다. 탄소동위원소를 포함하는 준비된 올리고뉴클레오타이드는 플래티네이션을 위한 하나의 d(GpG)를 가지고 있고, 상보적인 가닥에는 3’비오틴기를 가지고 있다. 실시예 2와 동일하게, 이 비오틴기는 스트렙타비딘기를 가지고 있는 고형 지지체 (스트렙타비딘-코팅된 자기 비드, 프로메가)를 이용하여 마지막 생성물을 쉽게 분리하기 위해 도입되었다.In a similar manner as in Example 2, 61 base pair oligonucleotides were prepared (by a step-by-step phosphoramidite method using an Applied Biosystems 392 DNA / RNA Synthesizer to position carbon isotopes at desired positions). Synthesized, FIG. 6A). The asterisks in FIG. 6B show the position of the carbon isotopes, representing the 15th and 56th adenine of the upper strand of DNA of FIG. Prepared oligonucleotides containing carbon isotopes have one d (GpG) for platinum and the 3 'biotin group on the complementary strand. As in Example 2, this biotin group was introduced for easy separation of the final product using a solid support (streptavidin-coated magnetic beads, promega) with streptavidin groups.
도 6B에서 보는 바와 같이, 탄소동위원소가 다른 위치에 라벨링된 준비된 두 가지의 올리고뉴클레오타이드를 시스플라틴(cisplatin)과 각각 반응시킨 후, 손상된 부분의 제거를 위해 dNTPs가 있는 상태에서 HeLa 핵 추출물과 반응을 시켰다. 그 결과로 얻어진 DNA를 스트렙타비딘-코팅된 자기 비드를 이용해 분리한 후, 제조업체의 매뉴얼에 따라 비드에서 분리시키고, 그 방사성탄소 함량을 AMS를 이용하여 측정하였다 (도 6C). 도 6C에서 DNA I의 방사성 탄소의 양이 0이 아닌 것은, 모든 DNA가 시스플라틴에 의해 손상된 것은 아니기 때문이다(도 5A 참조). 이러한 결과는 DNA의 손상된 부분이 NER(Nucleotide Excision Repair)에 의해 제거가 되는데, 본 발명의 방법으로 손상된 부분 주위의 어느 정도까지 복구되는지를 확인할 수 있음을 보여준다.As shown in FIG. 6B, two prepared oligonucleotides labeled at different positions with carbon isotopes were reacted with cisplatin, respectively, and then reacted with HeLa nuclear extract in the presence of dNTPs to remove the damaged portion. I was. The resulting DNA was isolated using streptavidin-coated magnetic beads, then separated from the beads according to the manufacturer's manual, and its radiocarbon content was measured using AMS (FIG. 6C). The amount of radiocarbon of DNA I in FIG. 6C is not zero because not all DNA is damaged by cisplatin (see FIG. 5A). These results show that the damaged part of DNA is removed by Nucleotide Excision Repair (NER), and it can be confirmed to what extent the damaged part around the damaged part is repaired by the method of the present invention.

Claims (26)

  1. i) 방사성 라벨된 리간드 분자를, 인 비트로(in vitro), 엑스 비보(ev vivo) 또는 인 비보(in vivo) 시스템에 도입하는 단계, i) introducing the radiolabeled ligand molecule into an in vitro, ev vivo or in vivo system,
    ii) 리간드 분자를 타겟 단백질에 공유적으로 가교결합시키는 단계, ii) covalently crosslinking the ligand molecule to the target protein,
    iii) 단백질-리간드 복합체를 분리하는 단계, iii) separating the protein-ligand complex,
    iv) 분리된 단백질-리간드 복합체를 가속 질량 분석법(Accelerator Mass Spectrometry, AMS)에 의해 측정하는 단계, 및 iv) measuring the isolated protein-ligand complex by Accelerator Mass Spectrometry (AMS), and
    v) 종래 검출 방법으로부터의 시그널과 AMS로부터의 시그널을 비교하는 단계를 포함하는, 단백질-리간드 상호작용을 확인하고 정량분석하는 방법.v) A method for identifying and quantifying protein-ligand interactions, comprising comparing signals from AMS with signals from conventional detection methods.
  2. 제1항에 있어서, 방사성 라벨된 분자는 방사성 동위원소로 라벨된 약물, 호르몬, 대사물, DNA 또는 RNA 중의 뉴클레오티드, 및 단백질로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.The method of claim 1, wherein the radiolabeled molecule is selected from the group consisting of drugs, hormones, metabolites, nucleotides in DNA or RNA, and proteins labeled with radioisotopes.
  3. 제2항에 있어서, 방사성 동위원소는 14C인 방법.The method of claim 2, wherein the radioisotope is 14 C. 4.
  4. 제1항에 있어서, 인 비트로, 엑스 비보 또는 인 비보 시스템은 정제된 단백질, 세포 추출물, 핵 추출물, 원핵 세포, 및 진핵 세포로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.The method of claim 1, wherein the in vitro, ex vivo or in vivo system is selected from the group consisting of purified proteins, cell extracts, nuclear extracts, prokaryotic cells, and eukaryotic cells.
  5. 제1항에 있어서, 리간드와 단백질의 가교결합은 UV 광, 포름알데히드, 글루타르알데히드, 및 광활성화 링커로 이루어진 군으로부터 선택되는 가교결합제에 의해 이루어지는 방법.The method of claim 1, wherein the crosslinking of the ligand and the protein is made by a crosslinking agent selected from the group consisting of UV light, formaldehyde, glutaraldehyde, and photoactivating linkers.
  6. 제1항에 있어서, 리간드-단백질 복합체의 분리는 폴리아크릴아미드 젤 전기영동, 고성능액체크로마토그래피, 및 고속단백질액체크로마토그래피로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법에 의해 이루어지는 방법.The method of claim 1, wherein the separation of the ligand-protein complex is accomplished by a method selected from the group consisting of polyacrylamide gel electrophoresis, high performance liquid chromatography, and fast protein liquid chromatography.
  7. 제6항에 있어서, 리간드-단백질 복합체의 분리는 폴리아크릴아미드 젤 전기영동에 의해 이루어지는 방법.The method of claim 6, wherein the separation of the ligand-protein complex is by polyacrylamide gel electrophoresis.
  8. i) 방사성 동위원소-라벨된 분자를 게놈 또는 세포 DNA에 도입하는 단계, i) introducing a radioisotope-labeled molecule into genomic or cellular DNA,
    ii) 상기 방사성 동위원소-라벨된 분자를 함유한 게놈 또는 세포 DNA와 세포 추출물 또는 핵 추출물을 항온처리하고, DNA와 단백질을 가교결합시키는 단계, ii) incubating the genomic or cellular DNA containing the radioisotope-labeled molecule with a cell extract or nuclear extract and crosslinking the DNA with the protein,
    iii) 단백질-DNA 복합체를 추출하여 분해시키는 단계, iii) extracting and digesting the protein-DNA complex,
    iv) 단백질-DNA 복합체를 분리하는 단계, iv) separating the protein-DNA complex,
    v) 단백질-DNA 복합체를 가속 질량 분석법에 의해 측정하는 단계, 및 v) measuring the protein-DNA complex by accelerated mass spectrometry, and
    vi) 가속 질량 분석법에 의한 시그널과 DNA-단백질 복합체 확인을 위한 종래의 방법에 의한 시그널을 비교하는 단계를 포함하는, 단백질과 DNA의 상호작용을 확인하고 정량하는 방법.vi) comparing the signal by accelerated mass spectrometry with the signal by conventional methods for identifying DNA-protein complexes.
  9. 제8항에 있어서, 방사성 동위원소-라벨된 분자는 방사성 동위원소로 라벨링된 정상 뉴클레오시드, 산화된 뉴클레오시드 또는 DNA-손상 제제(damaging agent)로부터 선택되는 방법.The method of claim 8, wherein the radioisotope-labeled molecule is selected from normal nucleosides, oxidized nucleosides, or DNA-damaging agents labeled with radioisotopes.
  10. 제9항에 있어서, DNA-손상 제제는 백금계 항암 약물, 질소 머스타드(nitrogen mustard), 사이클로포스파미드, 멜파란(melphalan), 클로람부실, 비스-클로로에틸니트로소우레아, 스트렙토조신, 부설판 및 티오테파로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.The method of claim 9, wherein the DNA-damaging agent is a platinum-based anticancer drug, nitrogen mustard, cyclophosphamide, melphalan, chlorambucil, bis-chloroethylnitrosourea, streptozosin, laying The method is selected from the group consisting of plates and thiotepa.
  11. 제8항에 있어서, DNA와 단백질의 가교결합은 UV 광, 포름알데히드, 글루타르알데히드, 및 광활성화 링커로 이루어지는 군으로부터 선택되는 가교결합제에 의해 이루어지는 방법.The method of claim 8, wherein the crosslinking of the DNA and the protein is made by a crosslinking agent selected from the group consisting of UV light, formaldehyde, glutaraldehyde, and photoactivating linkers.
  12. 제8항에 있어서, DNA-단백질 복합체의 분리는 폴리아크릴아미드 젤 전기영동, 고성능액체크로마토그래피, 및 고속단백질액체크로마토그래피로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법에 의해 이루어지는 방법.The method of claim 8, wherein the separation of the DNA-protein complex is accomplished by a method selected from the group consisting of polyacrylamide gel electrophoresis, high performance liquid chromatography, and fast protein liquid chromatography.
  13. 제12항에 있어서, DNA-단백질 복합체의 분리는 폴리아크릴아미드 젤 전기영동에 의해 이루어지는 방법.The method of claim 12, wherein the separation of the DNA-protein complex is by polyacrylamide gel electrophoresis.
  14. 제8항에 있어서, 방사성 동위원소는 14C인 방법.The method of claim 8, wherein the radioisotope is 14 C. 10 .
  15. i) 방사성 라벨된 뉴클레오티드를 이용하여 주어진 위치에서 방사성 동위원소를 함유한 올리고뉴클레오티드를 제조하는 단계,i) preparing an oligonucleotide containing a radioisotope at a given position using radiolabeled nucleotides,
    ii) 상기 올리고뉴클레오티드를 상보성 올리고뉴클레오티드에 어닐링시켜 듀플렉스(duplex) DNA를 형성하는 단계,ii) annealing the oligonucleotides to complementary oligonucleotides to form duplex DNA,
    iii) 상기 듀플렉스 DNA를, 플라스미드에 라이게이션(ligation)시키는 단계,iii) ligation of said duplex DNA into a plasmid,
    iv) 상기 듀플렉스 DNA를 함유한 플라스미드를 인 비보 또는 엑스 비보 시스템에 도입하는 단계,iv) introducing the plasmid containing the duplex DNA into an in vivo or ex vivo system,
    v) 플라스미드와 단백질을 공유 결합시키는 단계,v) covalently binding the protein with the plasmid,
    vi) 플라스미드 DNA-단백질 복합체를 분리하여 분해하는 단계,vi) separating and digesting the plasmid DNA-protein complex,
    vii) 상기 플라스미드 DNA-단백질 복합체 분해물을 분리하는 단계, 및vii) separating the plasmid DNA-protein complex digest, and
    viii) 분리된 DNA-단백질 복합체를 가속 질량 분석법에 의해 측정하는 단계를 포함하는 특정 DNA 서열에 대한 결합 단백질을 확인하고 정량하는 방법.viii) identifying and quantifying binding proteins for specific DNA sequences, comprising measuring the isolated DNA-protein complexes by accelerated mass spectrometry.
  16. 제15항에 있어서, DNA와 단백질의 가교결합을 위해 UV 광, 포름알데히드, 글루타르알데히드, 및 광활성화 링커로 이루어진 군으로부터 선택되는 가교결합제를 사용하는 방법.16. The method of claim 15, wherein a crosslinker is selected from the group consisting of UV light, formaldehyde, glutaraldehyde, and photoactivated linkers for crosslinking DNA and protein.
  17. 제15항에 있어서, 상기 듀플렉스 DNA를 함유한 플라스미드를 세포내로 전기천공(electroporation)시킴으로써 인비보 시스템에 도입하는 방법.The method of claim 15, wherein the plasmid containing the duplex DNA is introduced into the in vivo system by electroporation into cells.
  18. 제15항에 있어서, 상기 듀플렉스 DNA를 핵 추출물 또는 세포 추출물과 항온처리하여 엑스 비보 시스템에 도입하는 방법.16. The method of claim 15, wherein said duplex DNA is incubated with a nuclear extract or a cell extract and introduced into the ex vivo system.
  19. 제15항에 있어서, 플라스미드 DNA-단백질 복합체 분해물의 분리는 폴리아크릴아미드 젤 전기영동, 고성능액체크로마토그래피, 및 고속단백질액체크로마토그래피로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법에 의해 이루어지는 방법.16. The method of claim 15, wherein the separation of the plasmid DNA-protein complex digest is by a method selected from the group consisting of polyacrylamide gel electrophoresis, high performance liquid chromatography, and high speed protein liquid chromatography.
  20. 제19항에 있어서, 플라스미드 DNA-단백질 복합체 분해물의 분리는 폴리아크릴아미드 젤 전기영동에 의해 이루어지는 방법.The method of claim 19, wherein the separation of the plasmid DNA-protein complex digest is by polyacrylamide gel electrophoresis.
  21. 제15항에 있어서, 방사성 동위원소는 14C인 방법.The method of claim 15, wherein the radioisotope is 14 C. 16 .
  22. i) 방사성 동위원소 라벨이 상이한 위치에 순차적으로 도입된 올리고뉴클레오티드 세트를 제조하는 단계, i) preparing a set of oligonucleotides in which radioisotope labels are introduced sequentially at different positions,
    ii) 상기 올리고뉴클레오티드 세트의 각 올리고뉴클레오티드에 상보성인 올리고뉴클레오티드를 이용하여 듀플렉스 DNA 세트를 제조하는 단계, ii) preparing a duplex DNA set using oligonucleotides complementary to each oligonucleotide of the oligonucleotide set,
    iii) 상기 듀플렉스 DNA에 손상(damage)을 도입하는 단계, iii) introducing damage to the duplex DNA,
    iv) 상기 듀플렉스 DNA를 NER 효소 또는 핵 추출물과 dNTPs와 항온처리하는 단계, 및 iv) incubating the duplex DNA with NER enzyme or nuclear extract and dNTPs, and
    v) 생성된 DNA를 분리하고 가속 질량 분석법에 의해 측정하여 방사성활성을 확인하는 단계를 포함하는 뉴클레오티드 제거 복구(nucleotide excision repair, NER) 경로를 밝히는 방법.v) A method for identifying a nucleotide excision repair (NER) pathway comprising the steps of isolating the resulting DNA and measuring it by accelerated mass spectrometry to confirm radioactivity.
  23. 제22항에 있어서, 생성된 DNA의 분리는 플라스미드 DNA-단백질 복합체 분해물의 분리는 폴리아크릴아미드 젤 전기영동, 고성능액체크로마토그래피, 및 고속단백질액체크로마토그래피로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법에 의해 이루어지는 방법.The method of claim 22, wherein the separation of the resulting DNA is performed by a method selected from the group consisting of polyacrylamide gel electrophoresis, high performance liquid chromatography, and fast protein liquid chromatography. .
  24. 제23항에 있어서, DNA의 분리는 폴리아크릴아미드 젤 전기영동에 의해 이루어지는 방법.The method of claim 23, wherein the separation of DNA is by polyacrylamide gel electrophoresis.
  25. 제22항에 있어서, 방사성 동위원소는 14C인 방법.23. The method of claim 22, wherein the radioisotope is 14 C.
  26. 제1항, 제8항, 제15항 및 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 방사성활성의 측정이 가속 질량 분석법 대신 액체 신틸레이션 카운터에 의해 이루어지는 방법.23. The method of any one of claims 1, 8, 15 and 22, wherein the measurement of radioactivity is made by liquid scintillation counter instead of accelerated mass spectrometry.
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