Introduction
단백질의 구조와 기능 간 상관관계는 생명과학 및 신약개발에서 핵심적인 연구 주제이다. 특히 단백질의 고차 구조(Higher Order Structure, HOS)는 생물학적 활성과 직접적으로 연결되지만, 이를 정확히 분석하는 것은 기술적으로 매우 어렵다.
기존의 X-ray 결정학 및 NMR은 높은 해상도를 제공하지만, 낮은 Throughput과 복잡한 분석 과정, 제한적인 Buffer 조건 등의 한계를 가진다. 이러한 한계를 보완하기 위해 2차 구조 분석(Secondary Structure Analysis)이 대안으로 활용되고 있으며, 대표적인 방법으로 Circular Dichroism(CD)가 널리 사용된다.
최근에는 Microfluidic Modulation Spectroscopy(MMS, Aurora 플랫폼)가 등장하여 단백질 구조 분석의 새로운 표준으로 주목받고 있다. MMS는 미세한 구조 변화
(0.76% 수준)까지 감지할 수 있으며, 다양한 구조 신호를 명확하게 분리하여 제공한다.
본 연구에서는 농도 의존적으로 Oligomerization이 일어나는 Beta-sheet-rich 단백질(Protein X)를 모델로 사용하여 MMS와 CD의 성능을 비교하였다.
Methods
Protein X를 PBS Buffer에서 0.8–80 mg/mL 농도 범위로 준비하였다.
표준 단백질 Lysozyme(α-helix-rich)를 사용하여 두 기술의 정확성을 비교하였다.
[Figure 1.] BSA(점선)와 IgG1(실선)의 MMS(왼쪽) 및 CD(오른쪽) 스펙트럼 비교.
CD는 신호 Overlap, MMS는 명확한 Peak 분리되었다.
Results & Discussion
1. Method Validation(Lysozyme)
Lysozyme 분석 결과, MMS와 CD 모두 유사한 구조 비율을 도출하였다.
α-helix: ~45%, β-sheet: ~15%, Turn: ~25%, Unordered: ~15%로 이는 단백질 결정구조와 대체로 일치하여 두 기술 모두 신뢰 가능함을 의미한다.
[Figure 2.] Lysozyme 구조 분석 결과(MMS vs CD vs 결정구조 비교)
2. Protein X 구조 변화 분석
[Figure 3.] 1.3 ~ 80 mg/mL 범위의 다양한 농도로 PBS 용액에 용해된 단백질 X의 MMS(상단) 및 CD(하단) 스펙트럼을 기반으로 한 HOS 분석. MMS 및 CD 스펙트럼은 각각 오른쪽 상단의 삽입 그림에 나타내었다. MMS 스펙트럼은 반전 및 기준선 보정된 2차 미분 스펙트럼으로, CD 스펙트럼은 평균 잔기 타원율로 나타냈다.
[Figure 3.]에서 MMS는 농도가 증가함에 따라 베타-시트 비율이 약 2% 증가하고, 비정형 구조는 약 2.9% 감소하는 경향을 보였다. 반면, CD 기반 분석에서는 농도 증가에 따른 일시적인 구조 변화를 관찰하지 못하였다. 오히려 구조 조성이 크게 변화하는 것으로 예측되었다.
결과적으로 CD 데이터는 Lysozyme에서는 비교적 정확한 구조 예측을 수행한 것과 달리, Protein X의 구조를 적절히 예측하지 못했으며, 고농도 환경(Crowding)에 의해 유도되는 구조 변화를 정확하게 설명하는 데에도 실패하였다.
자세한 내용은 아래 QR코드를 스캔하여 확인 가능하다.
단백질 구조-기능 분석의 새로운 지평: MMS 기반 in-situ 구조 변화 분석에서 CD를 뛰어넘는 성능'에 대한 궁금한 내용은 본 원고 자료를 제공한 DKSH 코리아(주)를 통하여 확인 가능하다.
Reference(참고문헌): Pushing_boundaries_in_protein_structure_function_analysis MMS vs CD(Page 1 ~ 5)
Model Name(모델명): Aurora Tx
The Person in Charge(담당자): So-yon Park
Maker(제조사): Redshiftbio
Country of Origin(원산지): USA
e-mail: soyon.park@dksh.com
Data Services(자료제공): DKSH KOREA
<이 기사는 사이언스21 매거진 2026년 6월호에 게재 되었습니다.>
[Figure 1.] BSA(점선)와 IgG1(실선)의 MMS(왼쪽) 및 CD(오른쪽) 스펙트럼 비교.CD는 신호 Overlap, MMS는 명확한 Peak 분리되었다.Results & Discussion1. Method Validation(Lysozyme)Lysozyme 분석 결과, MMS와 CD 모두 유사한 구조 비율을 도출하였다.α-helix: ~45%, β-sheet: ~15%, Turn: ~25%, Unordered: ~15%로 이는 단백질 결정구조와 대체로 일치하여 두 기술 모두 신뢰 가능함을 의미한다.
[Figure 2.] Lysozyme 구조 분석 결과(MMS vs CD vs 결정구조 비교)2. Protein X 구조 변화 분석
[Figure 3.] 1.3 ~ 80 mg/mL 범위의 다양한 농도로 PBS 용액에 용해된 단백질 X의 MMS(상단) 및 CD(하단) 스펙트럼을 기반으로 한 HOS 분석. MMS 및 CD 스펙트럼은 각각 오른쪽 상단의 삽입 그림에 나타내었다. MMS 스펙트럼은 반전 및 기준선 보정된 2차 미분 스펙트럼으로, CD 스펙트럼은 평균 잔기 타원율로 나타냈다.[Figure 3.]에서 MMS는 농도가 증가함에 따라 베타-시트 비율이 약 2% 증가하고, 비정형 구조는 약 2.9% 감소하는 경향을 보였다. 반면, CD 기반 분석에서는 농도 증가에 따른 일시적인 구조 변화를 관찰하지 못하였다. 오히려 구조 조성이 크게 변화하는 것으로 예측되었다.결과적으로 CD 데이터는 Lysozyme에서는 비교적 정확한 구조 예측을 수행한 것과 달리, Protein X의 구조를 적절히 예측하지 못했으며, 고농도 환경(Crowding)에 의해 유도되는 구조 변화를 정확하게 설명하는 데에도 실패하였다.자세한 내용은 아래 QR코드를 스캔하여 확인 가능하다.
단백질 구조-기능 분석의 새로운 지평: MMS 기반 in-situ 구조 변화 분석에서 CD를 뛰어넘는 성능'에 대한 궁금한 내용은 본 원고 자료를 제공한 DKSH 코리아(주)를 통하여 확인 가능하다.Reference(참고문헌): Pushing_boundaries_in_protein_structure_function_analysis MMS vs CD(Page 1 ~ 5)Model Name(모델명): Aurora TxThe Person in Charge(담당자): So-yon ParkMaker(제조사): RedshiftbioCountry of Origin(원산지): USAe-mail: soyon.park@dksh.comData Services(자료제공): DKSH KOREA<이 기사는 사이언스21 매거진 2026년 6월호에 게재 되었습니다.>