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Photoactivation

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Photoactivation

개요

GFP와 관련 형광 단백질을 암호화하는 유전자들은 engineering을 통해 특수한 특성을 가진 단백질 변이형을 생산할 수 있다. 이러한 변이형들은 photoactivation(광활성화)을 통해 단백질의 국소적 in vivo1 행동을 추적할 수 있게 한다.

Photoactivation의 원리

Photoactivatable Fluorescent Proteins의 특성

기본 특징:

  • 일반적으로 하나 이상의 아미노산 변화를 가진 단백질 변이형
  • 정상 excitation 조건에서는 약하게만 형광을 띰
  • 특정 파장의 강한 빛 펄스로 “활성화” 가능

활성화 과정

자극:

  • 다른 파장의 강한 빛 펄스 (strong pulse of light)

결과:

  • 더 강하게 형광을 띠게 됨
  • 또는 색상 변화 (예: 녹색 → 빨간색)

fluorescene VS photoactivation

형광: 활성화 과정 없이 특정 파장의 빛을 받으면 형광 나타냄 광활성화: 빛에 의해 화학 구조가 변해 새로운 형광 특성을 갖음 – 단일 분자 추적

Photoactivation의 정의

특정 파장의 강한 빛 펄스로 형광 단백질을 유도하여:

  • 형광을 on/off. 저 세모를 떼어내면서
  • 색상 전환 (color shift)

이 과정을 **photoactivation(광활성화)이라고 함 광활성화: 빛에 의해 화학 구조가 변해 새로운 형광 특성을 갖음 – 단일 분자 추적

Ch9, 페이지 20

Photoactivatable Proteins의 종류

색상 변화 기반 분류

1. Photoactivated labels (광활성화 라벨)

  • 예: 어두움(dark) → 녹색(green)으로 전환

2. Photoconvertible labels (광전환 라벨)

  • 예: 녹색(green) → 빨간색(red)으로 전환

3. Photoswitchable labels (광스위치 라벨)

  • 앞뒤로 전환 가능 (reversible switching)

활성화 방법

Near-ultraviolet light 조명:

  • 분자의 일부를 수정하여 활성화
  • 다른 파장의 excitation beam에 노출 시 형광 발생

Photoactivation의 장점

1. 공간적 정밀도

선택적 표지:

  • 세포의 특정 영역만 표지 가능
  • 관심 부위의 단백질만 추적
  • 단일 분자 수준 추적이 가능하다.

2. 시간적 해상도

시점 제어:

  • 원하는 시점에 정확히 활성화
  • 시간에 따른 변화 추적

3. 새로운 합성과 구별

독립적 추적:

  • 활성화된 기존 단백질
  • 새로 합성된 단백질
  • 두 그룹을 독립적으로 관찰 가능

4. 단백질 수명 연구

Lifetime 측정:

  • 활성화된 단백질의 수명
  • 다른 단백질들과 독립적으로 연구

vs FRET

FRET:

  • 단백질 간 상호작용 (거리 5 nm 이내)
  • 동시 존재하는 두 단백질 Photoactivation:
  • 단일 단백질의 이동과 행동
  • 시간에 따른 위치 변화

vs FRAP

공통점:

  • 둘 다 단백질 dynamics 연구
  • 형광 신호의 변화 추적 차이점:
  • Photoactivation: 형광 증가 또는 색상 변화
  • FRAP: 형광 영구적 소멸 후 회복

응용 예시

세포 분열

가운데의 tubulin 단백질들에만 uv로 광활성화하자 2.5분간 광 활성이 줄어드는 동시에 단백질의 이동을 관측할 수 있었다. Mitotic proteins:

  • 세포 주기에 따른 위치 변화
  • 염색체 분리 메커니즘
  • Spindle dynamics

참고 문헌

Footnotes

  1. 생체 내(within the living)‘라는 뜻의 라틴어로, 살아있는 유기체(동물, 식물, 사람) 안에서 직접 실험을 수행하는 것 ↩

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