후각 수용체의 기능적 재구성과 후각 바이오센서로의 응용

Abstract

G 단백질 결합 수용체 (G-protein coupled receptor, GPCR) 계열에 속하는 후각 수용체 (olfactory receptor, OR)는 세포막에 존재하는 막단백질 (membrane protein)로, 복잡한 구조를 가지며 소수성 (hydrophobic)이라는 특징을 가지고 있다. 이로 인해 발현과 정제는 물론 구조와 기능을 유지한 채로 재구성하기에 어려운 점이 있다. 하지만 이 수용체는 특정 리간드 (ligand)와 결합하는 특이성을 가지고 있어 바이오센서로 적용하기에 용이하다. 또한 고도로 정제되고 안정적으로 재구성된 후각수용체는 단백질 상호 작용 연구, 약물 스크리닝 및 구조 분석과 같은 다양한 분야에서도 사용될 수 있다. 이 연구에서 rat의 후각수용체인 OR-I7은 대장균 시스템을 통해 생산되었으며 지질과 MSP (membrane scaffold protein)를 이용해 기능적으로 재구성되었다. OR-I7과 MSP는 히스티딘 태그 (His-tag)와 함께 대장균 (E. coli)에서 과발현되었고 불용성인 OR-I7는 수용액 상에서 다룰 수 있도록 sodium dodecyl sulfate (SDS)를 포함하는 완충액에 용해시켰다. MSP와 OR-I7 모두 Ni-NTA 친화 크로마토그래피 (affinity chromatography)를 사용하여 정제하였고 최종적으로 정제된 OR-I7과 MSP, 지질을 사용하여 나노디스크 (nanodisc, ND)라 불리는 시스템으로 구조를 재구성하였다. 또한 크기배제 크로마토그래피 (size exclusion chromatography, SEC)를 통해 완성된 OR-I7 나노디스크를 정제했다. 이후 탄소나노튜브-전계 효과 트랜지스터 (carbon-nanotube field-effect transistor, CNT-FET)기반 센서에 적용하여 바이오센서로서의 응용 가능성을 확인하였고 이러한 결과는 다른 수용체 기반 센서 시스템을 개발하는 데 적용될 수 있다.