[형광이미징] 2편 : 형광 단백질 밝기·광안정성·pH 안정성 비교

 

 

형광 단백질을 고를 때, 색깔만 보고 선택하신다면 실험 결과가 흐릿해질 수도 있어요.

 

멀티컬러 이미징 실험에서 스펙트럼 겹침을 피하는 것도 중요하지만, 형광 단백질의 밝기, 광안정성, pH 안정성 같은 특성도 신호 품질에 아주 큰 영향을 미쳐요. 이번 글에서는 이 세 가지 성능 요소에 대해 자세히 소개해드릴게요.

1. 밝기(Brightness)는 신호의 선명함을 결정해요

 

 

밝기는 형광 단백질의 "눈에 띄는 정도"를 나타내는 지표예요. 실험에서 형광 신호의 강도를 결정하는 주요 요소죠. 이 밝기는 흡광계수(absorption coefficient)와 양자수율(quantum yield)의 곱으로 계산돼요.

 

 

흡광계수는 단백질이 빛을 얼마나 잘 흡수하느냐를 나타내고,

양자수율은 흡수한 빛 중 얼마나 많은 양을 형광으로 다시 내보내느냐를 의미해요.

 

 

예를 들어, mNeonGreen은 매우 높은 밝기로 유명하고, GFP보다 약 1.5배 더 밝아요. 이런 단백질은 약한 발현량에서도 선명한 신호를 얻을 수 있어서 실험 재현성도 높아지죠.

밝기가 낮은 형광 단백질은 신호가 약하게 나타나거나 배경에 묻혀버릴 수 있어요. 특히 단백질 발현량이 낮거나 세포 수가 적은 경우에는 밝기 높은 단백질을 선택하는 것이 좋아요.

 

2. 광안정성(Photostability)은 얼마나 오래 빛나느냐를 말해요

 

 

밝기만큼 중요한 게 광안정성, 즉 빛을 오래 받아도 신호가 쉽게 사라지지 않는 정도예요. 형광 현미경에서 샘플을 오래 관찰하거나 타임랩스 이미징을 할 때 이게 정말 중요해요.

 

mCherry나 mKate2 같은 단백질은 빨간 형광 중에서도 광안정성이 높은 편이고,

반면 YFP 계열은 비교적 쉽게 photobleaching이 일어나서 장시간 촬영에는 부적합할 수 있어요.

 

광안정성이 낮은 단백질을 사용하면 실험 중간에 신호가 약해져 분석이 어려워지죠. 그래서 장시간 촬영이나 타임랩스 이미지 분석이 필요한 경우엔 꼭 광안정성이 높은 형광 단백질을 선택해야 해요.

 

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3. pH 안정성은 세포 환경에서의 신호 유지에 영향을 줘요

 

 

 

세포 내 소기관마다 pH 환경이 다르기 때문에, 형광 단백질이 pH 변화에 민감하면 신호가 잘 안 보일 수 있어요. 특히 라이소좀, 엔도좀처럼 산성 환경에서는 이런 문제가 자주 발생해요.

예를 들어

 

 

GFP는 중성 pH에서는 안정하지만, pH 5 이하의 산성 환경에서는 신호가 급격히 약해져요.

반면 pH 안정성이 뛰어난 형광 단백질로는 pHluorin, mWasabi 등이 있어요.

세포 내 소기관을 타겟팅하거나 pH 변화 자체를 분석하는 실험이라면, pH에 둔감하거나 안정적인 형광 단백질을 골라야 하죠.

 

 

 

형광 단백질을 선택할 땐 단순히 색깔이 겹치지 않느냐만 보는 게 아니라, 밝기, 광안정성, pH 안정성을 모두 고려하는 게 중요해요. 실험 목적과 촬영 방식에 따라, 이 세 가지 요소의 중요도는 달라질 수 있어요.

 

 

짧은 시간, 강한 신호가 필요한 실험이라면 밝기 위주로

장시간 촬영 또는 타임랩스라면 광안정성을 우선으로

산성 소기관을 타겟하는 실험이라면 pH 안정성을 최우선으로 고려해 주세요.

 

 

 

다음 편에서는 형광 단백질 간의 최적 조합과 함께, 실험 환경에 따라 달라지는 추천 조합을 소개해드릴게요. 형광 실험을 더 정밀하고 재현성 높게 만들고 싶다면 꼭 읽어보셔야 해요!