고분자 Vol.63　No.10 October 2014

고분자　Vol.63　No.10

특집
고분자의 재프로그래밍

전망

기능성 거대 환형 폴리펩타이드의 번역 합성과 RaPID 탐색

스가 히로아키, 요시토미 도루, 나가노 마사노부

<Abstract> 비단백질성 아미노산을 포함한 1조 가지 이상의 다양한 종류의 폴리펩타이드 중에서 표적 단백질과 고선택적으로 결합하는 기능성 폴리펩타이드를 신속하게 탐색하는 기반 기술로써 RaPID 시스템이 개발되었다. 본 원고에서는 RaPID 시스템과 이를 이용하여 발견한 기능성 거대 환형 폴리펩타이드의 예를 소개한다.
Keywords: Genetic Code Reprogramming / Flexizyme / Aminoacylation Ribozymes / Rebosomal Translation / Macrocyclic Polypeptide / FIT System / Nonnatural Amino Acids / RaPID System

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비닐 중합체에서 모노머의 배열 제어

사토 고타로, 가미가이토 마사미

<Abstract> 중합 반응에서 모노머의 배열 제어는 합성 고분자를 단순한 벌크 상태의 재료가 아닌, 개개의 고분자가 형성하는 고차 구조를 이용하여 각각이 하나의 큰 분자로서 기능하게 하기 위한 더욱 큰 목표를 지향하고 있다. 특히 비닐 중합체에서 모노머의 배열 제어는 고분자 합성 분야의 매우 중요한 과제의 하나로, 중합 기술의 발전을 통해서 공중합 기술 및 모노머 조성을 제어하기 위한 새로운 기법이 개발되어 왔다. 본 원고에서는 라디칼 중합을 중심으로 모노머의 배열 제어에 관한 최근의 다양한 연구 예를 소개한다.
Keywords: Monomer Sequnece / Living Polymerization / Radical Polymerization / Vinyl Polymer / Copolymerization / Atom Transfer Radical Addition / Alternating Copolymerization / Metathesis Polymerization

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핵산 리간드 “앱타머”의 재프로그래밍

이케부쿠로 가즈노리, 사보리 나사, 아베 고이치

<Abstract> 앱타머는 항체를 대체할 새로운 분자 인식체로서 주목받고 있다. 앱타머의 분자 인식능은 일차 구조에 의존하기 때문에 염기 서열의 개량과 최적화 과정을 통해서 필요로 하는 기능을 갖는 앱타머를 생성할 수 있다. 앱타머의 염기 배열의 개량과 최적화에 관한 최근의 연구 결과를 소개하고, 배열과 기능 간의 상관관계에 대해서 살펴본다. 또한, 관련 연구의 발전 방향을 전망한다.
Keywords: Aptamers / Genetic Algorithms / In Silico Maturation / Sequence Optimization

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토픽

유전 암호와 단백질 기능의 확장

호사카 다카히로

<Abstract> 본 연구진은 유전자 코드의 확장을 통해 단백질에 비천연 아미노산을 위치 특이적으로 도입하는 방법을 개발했다. 비천연 아미노산을 인코딩하기 위해서, 세포를 이용하지 않는 번역 시스템에서 화학적으로 아미노 아실화된 전사 RNA를 이용하여 비천연 아미노산으로 디코딩될 수 있는 네 염기로 이루어진 코돈인 CGGG를 이용했다. 이 방법은 광감응성, 형광성 및 고분자를 포함하는 다양한 비천연 아미노산을 도입하는 데에 이용되었다. 위치 특이적인 방식으로 형광성 비천연 아미노산을 도입한 리간드 결합성 단백질 및 단일 사슬 항체가 나타내는 형광 및 FRET의 변화를 통해서 리간드 및 항원의 결합을 검출할 수 있다. 비천연 아미노산 기술은 인공 단백질의 설계뿐만 아니라, 고분자 재프로그래밍을 위한 목적에 유용할 것으로 기대된다.
Keywords: Protein / Genetic Code / Non-natural amino acid / Cell-free Translation / Fluorescence / FRET / Antibody

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두 다리로 보행하는 주형을 이용한 비닐 중합체의 배열 제어

오우치 마코토

<Abstract> 배열을 제어한 비닐 중합체의 합성을 위해, 리빙 라디칼 중합을 위한 개시제와 비닐 모노머 사이에 N-히드록시숙신이미드(NHS) 에스터와 2-피리딜 다이설파이드(SS-피리딘)와 같은 동적 공유 결합이 링커로서 도입되었다. 이와 같은 특수한 링커는 두 다리로 보행하는 주형 메커니즘을 통해서 단일 모노머의 첨가, 분열 및 기능화, 그리고 비닐 그룹의 재도입과 같은 반복적인 사이클을 가능하게 한다. 이와 같은 사이클을 성공적으로 두 번 반복함으로써, 배열의 제어를 위한 본 방식의 가능성을 확인하였다.
Keywords: Sequence / Vinyl Polymer / Living Radical Polymerization / Template / Orthogonal / Cyclization / Cleavage / Dynamic Covalent Bond

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펩타이드 인포매틱스를 이용한 기능성 펩타이드의 설계

혼다 히로유키

<Abstract> 펩타이드는 다양한 생물학적 기능으로 주목을 받고 있다. 펩타이드는 매우 많은 종류가 있기 때문에, 계산을 이용한 펩타이드의 스크리닝 및 설계는 펩타이드 스크리닝 과정의 비효율성을 극복하기 위해서 중요한 방법이다. 계산 기술을 이용하여 아미노산의 배열과 펩타이드 기능 간의 상관관계를 밝힐 수 있다. 본 원고에서는 담즙산 결합성 펩타이드와 세포 부착성 펩타이드의 스크리닝 및 설계를 예로 소개한다. 계산 결과의 분석을 통해서 특정 기능과 관련하여 배열에서 나타나는 규칙이 파악되었다. 파악된 규칙에 따라 설계된 펩타이드는 특정 기능을 발현하는 것이 확인되었다.
Keywords: Peptide / Informatics / Amino Acid Sequence / Biological Function

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공중합 라이브러리를 이용한 고분자 앱타머의 생성

호시노 유

<Abstract> 내구성이 뛰어나고 저렴한 합성 고분자 앱타머는 생체 고분자 리간드의 대안으로서 기대를 모으고 있다. 그러나 생체 고분자 리간드와 달리, one-pot 연쇄 반응을 통해서 생성된 합성 고분자는 모노머의 배열이 불균일하기 때문에 인식 부위가 분산된 구조를 가진다. 특정 분자에 강력하고 특이적인 결합성을 갖는 고분자 앱타머를 합성하기 위해서, 잘 정의된 구조를 갖는 고분자 앱타머를 설계하고 합성하는 방법이 개발되어야 한다. 본 원고에서는 기능성 아크릴아마이드를 이용한 고분자 앱타머의 개발과 관련된 최근의 연구 결과를 소개한다.
Keywords: Aptamer / Acrylamide / Molecular Recognition / Multifunctional Polymer

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비천연 분자를 도입한 핵산 앱타머의 창제

구와하라 마사야스

<Abstract> 화학적으로 수식된 핵산 앱타머는 치료제, 진단제 및 바이오 센서로서의 다양한 응용 가능성으로 최근 주목을 받고 있다. 필자는 효소를 이용하여 핵산 앱타머를 수식하는 방법과 이를 이용하여 수식된 핵산 앱타머를 생성하는 SELEX(Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment) 기술을 연구해 왔다. 이와 같은 방식으로 수식된 염기로 이루어진 DNA 라이브러리로부터 R-탈리도마이드 유도체, L-글루탐산 및 캄토테신 유도체에 특이적으로 결합하는 수식된 DNA 앱타머를 생성하는 데 성공했다. 또한, 모세관 전기영동-SELEX 방법을 이용하여, DNA를 기반으로 한 2',4'-BNA/LNA 라이브러리로부터 2',4'-BNA/LNA 앱타머를 얻는 데 성공했다. 핵산 앱타머의 개발에 관한 최근의 연구성과는 앱타머의 친화력과 특이성을 향상하는 데 크게 이바지했다. 중합 효소의 유도체 및 선별 방법의 개선을 통해서 이용 가능한 수식된 핵산 앱타머를 형성할 수 있을 것으로 기대된다.
Keywords: Aptamer / Polymerase Variant / Nucleoside Triphosphate / Capillary Electrophoresis / SELEX

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성장하는 고분자

아직도 성장기?

가시다 히로무

<Abstract> 핵산은 종종 균일한 고분자로 인식된다. 필자는 기능성을 가진 염기 쌍을 고안하기 위해 심혈의 노력을 기울여왔다. 본 원고에서는 핵산에 관한 필자의 연구와 이 과정에서 만난 사람들과 관련된 이야기를 소개한다.

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고분자과학의 최전선

고분자 사슬 한 가닥의 역학 계측의 현재, 과거 그리고 미래

나카지마 겐, 량 샤오빈

<Abstract> 일반적으로 단일 분자 힘 분광법(Single Molecule Force Spectroscopy, SMFS)으로 불리고 있는 원자 힘 현미경(AFM)을 이용한 단일 고분자 사슬 역학의 과거, 현재, 그리고 미래를 개관한다. 정적인 SMFS는 벌레 모양의 사슬 모형에 나타나는 지속 길이 및 외형 길이 등의 정보를 제공할 수 있다.　티올 말단을 갖는 폴리(N-이소프로필아크릴아마이드)를 예로, 이 고분자가 LCST 부근에서 나타내는 거동 변화를 살펴보았다. 낮은 확장 영역에서의 원력(plateau force)의 온도 의존성은 다나카 교수가 고안한 진주 목걸이 모델을 통한 예측과 잘 들어맞았다. 본 원고에서는 두 종류의 동적 SMFS 방법에 관해서도 소개한다.　먼저, 노이즈 분석 SMFS는 기기의 성능을 향상하는 데 이용될 것으로 기대된다. 다음으로, 강제 진동 SMFS는 지금까지 다양한 흥미로운 관찰을 제공하는 데 크게 이바지했다. 그 일례로, N,N-디메틸포름아마이드에서 폴리스티렌 사슬의 완화 시간이 측정되었으며, 완화 시간의 중합 정도에 대한 의존도가 연구되었다. Kirkwood 모델은 실험 결과를 잘 재현해냈으며, 실험 결과는 유효 점도에 관한 새로운 개념의 필요성을 시사하였다.
Keywords: Single Polymer Chain / Atomic Force Microscopy / Single Molecule Force Spectroscopy / Poly(N-isopropylacrylamide) / Relaxation Time / Kirkwood Model

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