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분자 스케일 모델링 및 시뮬레이션을 통한 바이오 필름 형태 예측 및 물성 평가
장현준(Hyun Joon Chang),박우범(Wooboum Park),나성수(Sungsoo Na) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
여러 아미노산으로 이루어진 단백질은 각 아미노산 고유의 특성을 이용하여 다양한 특성을 가질 수 있어 나노 기술에 사용할 수 있는 바이오 소재로 사용되며 이에 관한 다양한 연구가 활발하게 진행되고 있다.<sup>1)</sup> 단백질의 기능은 형태에 따라 변화할 수 있기에, 단백질의 구조적 특성과 동적 특성을 파악하는 것이 중요하다. 단백질은 또한 단량체로도 기능할 수 있지만, 자가조립을 하여 기능이 극대화될 수 있으므로 자가조립 메커니즘과 그에 따른 구조적 특성에 관한 연구도 마찬가지로 활발하게 이루어지고 있다. <sup>2)</sup> 하지만 나노 스케일에서 존재하는 단백질은 실험만으로 형태와 응집 기작을 파악하기에 한계가 있어, 분자 동역학, 단백질-단백질 결합 예측 시뮬레이션과 같은 전산 기법을 통해 보완하고 있다. 본 연구에서는 균 내에서 발견되며 표면 성질을 바꿔줄 수 있는 특성을 가진 하이드로포빈 단백질 중, 아직 정보가 많이 알려지지 않은 NC2 단백질의 자가조립 필름 형태 예측 및 기계적 특성을 파악하였다. 기존 연구를 통해 미리 파악된 단백질과 비교하고 기계적 특성을 실험값과 비교함으로써 전산 기법의 타당성을 파악했으며, <sup>2)</sup> 기존 알려진 단백질과 나타나는 기계적 특성의 차이를 형태와 비교하였다. Proteins composed of multiple amino acids can have various properties due to the unique properties of each amino acid composed within, and thus various studies are actively being conducted to use them as biomaterials that can be used in nanotechnology. Since the function of a protein can change according to its shape, it is important to understand the structural and dynamic characteristics of the protein. Proteins can function as monomers, but since their functions can be maximized by self-assembly, researches on the mechanisms and structural characteristics of self-assembly structures are also actively being conducted. However, proteins existing at the nanoscale have limitations in determining their morphology and aggregation mechanisms only by experimentation, therefore computational studies using molecular dynamics (MD) and/or protein-protein binding prediction simulations are required in tandem. In this study, among hydrophobin proteins that are found in bacteria and have properties that can alter surface properties, the self-assembled film morphology and mechanical characteristics of NC2 hydrophobin, which are not yet known, were investigated. The validity of the computational technique was identified by comparing the calculated mechanical properties with the experimental values of a well-known hydrophobin HFBII studied from the previous research. The difference of mechanical characteristics between HFBII and NC2 was compared relative to their morphology.
pH-Stat 및 Multi-Step In Vitro 소화모델을 이용한 Algae Oil과 DAG-Rich Algae Oil의 가수분해 특성 평가
장현준(Hyeon-Jun Chang),나보람(Bo-Ram Na),이정희(Jeung-Hee Lee) 한국식품영양과학회 2018 한국식품영양과학회지 Vol.47 No.11
Algae oil의 효소적 glycerolysis 반응을 통해 DAG-rich algae oil을 합성하고 soybean oil, algae oil, DAG-rich algae oil의 지방산과 acylglycerol 조성 및 in vitro digestion 모델을 이용한 소화 특성을 비교하였다. 또한 oil을 oil-in-water emulsion의 형태로 제조 및 gallic acid와 quercetin을 첨가를 통한 소화 특성을 비교 평가하였다. Soybean oil과 algae oil의 acylglycerol은 대부분 TAG로 구성되었지만, DAG-rich algae oil은 TAG 43.87%, DAG 40.90%, MAG 15.23%로 구성되었다. Algae oil과 DAGrich algae oil의 주요 지방산은 DHA, palmitic acid, DPA로 유사한 조성을 보이지만, sn-2 위치에서는 DAG-rich algae oil이 algae oil보다 유의적으로 높은 DHA와 DPA 농도를 가지고(P<0.05), palmitic acid 농도는 낮은 경향을 보였다(P>0.05). pH-stat in vitro digestion 모델 분석 결과 모든 oil의 가수분해율은 반응시간 15분 동안 지속해서 증가하였고, soybean oil> algae oil> DAG-rich algae oil의 순으로 유의적으로 높았다(P<0.05). Multi-step in vitro digestion 모델로 가수분해율을 비교한 결과, soybean oil이 유의적으로 가장 높고(P<0.05), algae oil은 DAG-rich algae oil보다 높은 경향을 보였다(P>0.05). Algae oil-inwater emulsion의 지방 가수분해율은 algae oil보다 유의적으로 높고(P<0.05), DAG-rich algae oil-in-water emulsion의 가수분해율은 DAG-rich algae oil보다 높은 경향을 보였다(P>0.05). Gallic acid와 quercetin이 첨가된 algae oil과 DAG-rich algae oil의 가수분해율은 비첨가 oil보다 낮게 분석되었다. Oil의 가수분해로 생성된 유리지방산의 조성을 in vitro digestion 모델로 분석한 결과 소화시간이 길어지면 다중불포화지방산인 DHA와 DPA의 생성량은 증가하지만, 포화지방산인 palmitic acid의 생성량은 상대적으로 감소하는 경향을 보였다. 따라서 DHA를 다량 함유하는 algae oil과 DAG-rich algae oil은 일반 oil보다 가수분해율은 낮지만, emulsion의 형태로 제조되면 소화율이 증가하고, 폴리페놀을 함유한 식품과 같이 섭취되면 소화율이 감소될 것으로 생각된다. Diacylglycerol (DAG)-rich algae oil was synthesized by enzymatic glycerolysis using algae oil containing a high concentration of docosahexaenoic acid (DHA) (56.8%), and its chemical and digestive properties were compared with those of soybean and algae oil. Acylglycerol of soybean and algae oils was primarily composed of triacylglycerol (TAG), while DAG-rich algae oil consisted of TAG (43.87%), DAG (40.90%) and monoacylglycerol (15.23%). The major fatty acids of algae and DAG-rich algae oils were DHA, palmitic acid and docosapentaenoic acid (DPA). pH-stat in vitro digestion for 15 min produced hydrolysis rates in the order of soybean> algae> DAG-rich algae oil (P<0.05). When the multi-step in vitro digestion model was employed, the hydrolysis rate of soybean oil was highest (P<0.05), while that of algae oil tended to be higher than that of DAG-rich algae oil (P>0.05). The formation into an oil-in-water emulsion increased the hydrolysis rate compared to algae and DAG-rich algae oils, while the addition of gallic acid and quercetin significantly decreased this rate (P<0.05). During multi-step in vitro digestion, the composition of free fatty acids released by hydrolysis of algae and DAG-rich algae oils showed that DHA and DPA were more slowly hydrolyzed than palmitic acid during the initial stage of digestion (30 min), but the hydrolysis rate increased with a longer digestion (120 min). The present study showed that the hydrolysis rate of oils containing a large amount of DHA was lower than that of common edible oils, but the digestibility increased when prepared in an oil-in-water emulsion while the digestibility decreased when polyphenol was contained.
Phospholipase Cγ의 생리적 기능과 질병과 연관된 돌연변이
장현준(Hyun-Jun Jang),최장현(Jang Hyun Choi),장종수(Jong-Soo Chang) 한국생명과학회 2020 생명과학회지 Vol.30 No.9
Phospholipase C gamma (PLCγ)는 phosphatidylinositol을 가수분해하여 신호전달 과정에 참여하는 PLC의 주요한 isotype으로 γ-specific array의 특징적인 구조를 바탕으로 receptor tyrosine kinases 및 non-receptor tyrosine kinase 신호를 주로 매개한다. PLCγ1과 PLCγ2의 두 isozyme이 존재하며 다양한 세포에서 발현하여 cell proliferation, migration 및 differentiation 등 여러 세포작용을 조절하고 있다. 최근의 연구들에서 PLCγ 돌연변이가 cancer와 immune disease 및 brain disorder 등에 연관된다는 것이 밝혀지고 있으며 genetic model을 통해 PLCγ의 생리적·병리적 기능이 제시되었다. 본 리뷰에서는 최신의 연구 결과들을 바탕으로 PLCγ의 구조와 활성 조절기전에 대해 기술하고 나아가 여러 질병의 발병과 진행에서 보고된 PLCγ의 돌연변이와 knockout 마우스를 활용한 연구 결과를 바탕으로 생리적·병리적 관점에서 PLCγ의 역할에 대해 고찰하였다. Phospholipase C gamma (PLCγ) has critical roles in receptor tyrosine kinase- and non-receptor tyrosine kinase-mediated cellular signaling relating to the hydrolysis of phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate [PI(4,5)P₂] to produce inositol 1,4,5 trisphosphate (IP₃) and diacylglycerol (DAG), which promote protein kinase C (PKC) and Ca<SUP>2+</SUP> signaling to their downstream cellular targets. PLCγ has two isozymes called PLCγ1 and PLCγ2, which control cell growth and differentiation. In addition to catalytically active X- and Y-domains, both isotypes contain two Src homology 2 (SH2) domains and an SH3 domain for protein–protein interaction when the cells are activated by ligand stimulation. PLCγ also contains two pleckstrin homology (PH) domains for membrane-associated phosphoinositide binding and protein-protein interactions. While PLCγ1 is widely expressed and appears to regulate intracellular signaling in many tissues, PLCγ2 expression is restricted to cells of hematopoietic systems and seems to play a role in the regulation of immune response. A distinct mechanism for PLCγ activation is linked to an increase in phosphorylation of specific tyrosine residue, Y783. Recent studies have demonstrated that PLCγ mutations are closely related to cancer, immune disease, and brain disorders. Our review focused on the physiological roles of PLCγ by means of its structure and enzyme activity and the pathological functions of PLCγ via mutational analysis obtained from various human diseases and PLCγ knockout mice.