녹색 형광 단백질

1. 개요2. 구조 및 특징3. 상세4. 생산법

1. 개요

綠色螢光蛋白質 / Green Fluorescent Protein

초록색의 형광을 띄는 특정 단백질 서열을 일컫는 말이다. 줄여서 GFP라고 한다.

2. 구조 및 특징

파일:external/upload.wikimedia.org/Gfp_and_fluorophore.png

녹색 형광 단백질의 구조. ~~통 같은 게 생각난다면 그건 기분탓...이 아니라 정확히 본 거다.~~ 실제 저런 모양을 ß-barrel (베타-원통) 구조라 부른다.

1962년에 일본의 해양생물학자인 시모무라 오사무가 발광평면해파리(Aequorea victoria)를 연구하다 발견한 단백질. 1969년에 Hastring과 Morin에 의해 녹색 형광 단백질로 명명됐다. 녹색이라고 해서 형광 색이 크레파스의 녹색은 아니다. 2008년에 발견자와 마틴 챌피, 로저 첸이 녹색 형광 단백질의 연구를 통해 노벨화학상을 수상했다.

단백질의 발현 위치를 볼 때 상당히 많이 쓰이며, 어떤 벡터는 뒤에 이걸 만드는 유전자가 붙어 있는 것도 있다. 특정 유전자가 발현될 때 GFP의 유전자가 뒤에 있으면 같이 발현돼서, 특정 유전자가 발현되는 위치를 가르쳐주기 때문에 리포터 유전자로도 활용중이다.[1] 세포 독성도 없고 형광을 본다고 살아있는 세포를 죽일 필요도 없어서 유용하지만, 형광이기 때문에 형광현미경이 있어야 볼 수 있다. 그리고 형광현미경이 매우 비싸다.

형광 단백질이 이것만 있는 건 아니지만 생물학 관련된 수업을 한 번이라도 들어봤다면 알 법한 대중적인 단백질. 이거 외에도 적색 형광 단백질(RFP), 노랑색 형광 단백질(YFP), 청록색 형광 단백질(CFP) 등이 있다. 주변에 실험실에 다니는 사람이 있으면 한 번 물어보자. GFP 외에도 형광 단백질 두세개 정도는 알고 있을 것이다.

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3. 상세

1960년대에 미국 우즈홀 해양연구소에 근무하던 시모무라 오사무라는 해파리 연구가가 해파리 중 일부가 발광을 하는 이유를 찾다가 처음 발견하였다. 당시에는 그냥 평범한 발견으로 묻힐 뻔했지만, 이후 마틴 첼피, 로저 첸 등이 이를 유전자 발현의 표지로 사용할 수 있다는 것을 이에 관한 응용분야를 개발하였다. 시모무라 오사무, 마틴 첼피, 로저 첸은 이 공로로 2008년 노벨화학상을 받았다.

사실 위의 3인 이외에도 GFP의 발견에 큰 역할을 한 사람으로 더글러스 프레셔(Douglas Prasher)라는 연구자가 있는데, 이 사람은 GFP를 암호화하는 유전자를 최초로 발견하였다. 그러나 GFP를 발현시키는 것만으로 형광이 난다는 것을 증명하지는 못한 상태로 연구비가 떨어져서 더이상 연구를 하지 못하는 상태였다. 그때 마틴 첼피, 로저 첸의 요청으로 GFP 유전자를 제공하였으나 프레셔 본인은 연구비가 없어서 GFP 연구를 접게 되었다. 그 후 미국 농무부, NASA 등에서 생명공학과 관련된 일을 했고 2008년이 돼서는 (당시 프레셔의 나이 57세) 더 이상 과학계 자리를 잡을 수 없어서 셔틀버스 운전을 시작했다. # 마틴 첼피와 로저 첸이 노벨상을 수상한 후 노벨상은 고사하고 직장을 잃고 연구를 못하게 된 안타까운 사연이 전해지게 되고, 로저 첸의 도움으로 2015년까지 그의 랩에서 다시 연구를 하게 되었다. 현재 은퇴하였다.#

표지자 하면 가장 많이 등장하는 것이 바로 이 GFP다. 표지자로써 GFP의 장점은

녹색으로 빛나기 때문에 발현 여부와 위치를 확인하기 매우 쉽다.
세포가 직접 만들어내기 때문에 독성이 없다. 따라서 세포가 살아있는 상태에서 단백질의 이동까지 관찰할 수 있다.
다른 표지자 단백질들은 제대로 작동하려면 여러 다른 단백질 혹은 별도의 기질이 필요한데 GFP는 그런 거 없이도 잘 작동한다.

이런 장점 덕에 현대 생명과학 연구에서 반드시 사용된다고 해도 과언이 아니며, 사용되는 곳보다 사용되지 않는 곳을 찾는 게 더 빠를 정도다. (?)

보통 추적하고 싶은 DNA에 GFP가 암호화된 염기 서열을 부착하면 나중에 그 DNA가 발현되는 곳에 GFP가 함께 발현되면서 언제 어디서 DNA가 발현했는지 알 수 있게 된다.

파일:external/2008.igem.org/450px-Plate_picture.jpg

대장균에 GFP를 발현한 모습

파일:external/med.hku.hk/img2_HeLa_cells_transfected_with_EGFP-tubulin_Live_cell_imaging.jpg

미세소관(Microtubule) 유전자에 GFP를 연결하여 발현하여 현미경으로 관찰한 모습

파일:external/scienceblogs.de/i-aa5c3b71018d2c51ef58ce7086232a82-image-gfp-mouse-crop-copy.jpg

GFP를 발현하는 생쥐

파일:external/i.kinja-img.com/18dyqhcg8fluxpng.png

GFP를 발현하는 고양이

파일:external/static.news.zum.com/l_2012112201003043400246281.jpg

GFP를 발현하는 소

4. 생산법

Aequorea victoria라는 해파리는 청색광에 노출되면 이 초록 형광 단백질을 생산하게 된다. 이런 형광이 생기는 이유는 단백질 중심의 아미노산 배열인 세린-티로신-글리신이 청색광에 의해 스스로 재배열되고 산화되어 새로운 원자단을 만들어내기 때문이다. 이런 GFP의 생산 메커니즘이 발견된 이후, 초록색 이외의 다른 색의 빛을 흡수-방출하는 다수의 돌연변이 원자단을 조작할 수 있게 되었다.

[1] 여기에 유전자가 있다고 알려주는 유전자다.

녹색 형광 단백질

1. 개요

2. 구조 및 특징

3. 상세

4. 생산법

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