형광 단백질, luciferase 또는 LacZ는 언제 사용해야 하나요?

형광 단백질, luciferase, LacZ는 모두 localization이나 이미징 연구에 사용할 수 있는 재조합 단백질 기반 리포터이다. 그러나 이러한 시스템은 서로 다른 실험 디자인에 대한 적합성을 결정하는 몇가지 중요한 방법에 대해 다르다.

형광 단백질과 luciferase 둘다 빛을 발산하는 단백질로, 카메라나 유사 장비로 검출할 수 있다. 형광 단백질은 하나의 색의 빛을 흡수(excitation)한 다음, 다른 색의 낮은 에너지 빛을 방출(emission)하여 기능한다. 반면, luciferase (다른 bioluminescence 효소)는 기질(luciferin)이 산화되는 화학반응을 촉매작용을 하여 photon을 반응산물로 방출하여 빛을 발생시킨다.

형광 단백질은 luciferase보다 훨씬 밝지만, 이는 많은 종류의 실험에 도움이 된다. 그러나 조직 샘플이나 살아있는 동물에서는 백그라운드, autofluorescence 및 빛 산란이 형광 단백질 사용에 문제가 될 수 있다. Luciferase 활성은 luciferin을 필요로 하기 때문에, 이 기질은 분석 전에 배양 배지에 첨가되거나 살아있는 동물에 주입되어야 한다. 많은 경우에 이는 형광 단백질과 비교할 때 실험의 재현성이나 정량화를 제한할 수 있다.

위 두 종류의 마커와는 달리 LacZ는 빛을 내지 않는다. 대신, LacZ 유전자 산물인 β-galactosidase는 X-gal을 쪽빛과 유사한 불투명한 청색 화합물로 변환하는데 촉매작용을 한다. 따라서 LacZ를 시각화하기 위해서는 먼저 샘플을 X-gal 용액으로 staining해야 하며, 이 staining 절차는 살아있는 샘플에는 호환되지 않는다. 매우 민감하지만, LacZ/X-gal staining은 정량화할 수 없고, 형광 또는 bioluminescent 단백질에는 가능한 고해상도를 제공하지 않는다.

일반적으로 whole-mount embryos나 tissue sections에서 유전자 발현 연구에 LacZ를 권장한다. 살아있는 동물 연구의 경우, 형광이나 bioluminescence 중 하나가 선택하며, 조직 내부 깊은 곳의 이미징이 필요한지, 마커 밝기가 문제가 될 수 있는지와 같은 여러 요인에 판단하여 선택한다.