KR102298738B1 - Anti-freezing composition comprising oligopeptide self-assebly nanostructure - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부동단백질에서 중요한 역할을 하는 아미노산만으로 구성된 올리고펩티드가 수용액에서 자기조립 과정을 통해 나노 및 마이크로로 크기로 형성된 물질, 방법에 관한한것미며, 올리고펩티드로 구성된 자기조립 물질은 독성이 없고, 또한 세포 및 조직의 보호 효과가 우수하면서도 저비용으로 생산이 가능한 동결 보존제로 의학, 식품분야등의 다양한 관련 산업에서 활용 가능성이 매우 높다. The present invention relates to a material and method in which an oligopeptide composed only of amino acids, which plays an important role in antifreeze protein, is formed in nano and micro sizes through a self-assembly process in an aqueous solution, and the self-assembled material composed of the oligopeptide is non-toxic, In addition, it is a cryopreservative that has excellent cell and tissue protection and can be produced at low cost, and has a high potential for use in various related industries such as medicine and food.

Description

올리고펩티드 자기조립 나노 구조체를 포함하는 결빙 제어용 조성물 {Anti-freezing composition comprising oligopeptide self-assebly nanostructure}Anti-freezing composition comprising oligopeptide self-assebly nanostructure

본 발명은 결빙제어 특성을 나타내는 올리고펩티드 자기조립 나노 구조체에 관한 것이다. The present invention relates to an oligopeptide self-assembled nanostructure exhibiting freezing control properties.

식물이나 동물의 세포, 조직, 또는 식품 등의 물을 포함하는 물질을 장기 보존하기 위해 0℃ 이하의 온도에서의 동결 보존법이 일상적으로 사용되고 있다. 그러나, 이들 물을 함유하는 물질을 동결하면, 동결 중에 물 분자끼리 용질이나 혼입물의 매질을 배제(排除)하면서 결정화하여 물 분자만으로 이루어진 얼음 결정을 형성하므로, 함수물 중에서 용질이나 혼입물의 매질이 불균일하게 확산되어, 동결 농축이 발생하는 것으로 알려져 있다. 이와 같은 동결 농축을 방지하기 위해, 여러 가지 저분자 화합물을 첨가하는 방법이 실시되고 있다. 예를들어, 세포의 동결 보존을 실시하는 경우에 동결 보존 중에 일어나는 세포내의 물의 결정화에 의한 세포 손상을 최소화 하기 위해 동결 보호제로서 디메틸설폭시드(DMSO)나 글리세롤 등을 첨가하는 방법이 널리 활용되고 있다. For long-term preservation of water-containing substances such as cells, tissues, or food of plants or animals, cryopreservation at a temperature of 0° C. or less is routinely used. However, when these substances containing water are frozen, the water molecules crystallize while excluding the medium of the solute or mixed substance during freezing to form ice crystals composed of only water molecules. It is known that freeze-concentration occurs. In order to prevent such freeze-concentration, the method of adding various low molecular weight compounds is implemented. For example, when cryopreserving cells, a method of adding dimethyl sulfoxide (DMSO) or glycerol as a cryoprotectant is widely used to minimize cell damage caused by intracellular water crystallization that occurs during cryopreservation. .

즉, 5~20 %의 디메틸설폭시드, 글리세린, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 등의 동결 보존제를 포함하는 배양액등의 생리적 용액에 세포를 현탁하여 크라이오 튜브에 채워 냉각하고, 최종적으로 -80 ℃ 또는 -196 ℃의 극저온에서 동결 보존하는 것이 일반적이다.That is, the cells are suspended in a physiological solution such as a culture solution containing a cryopreservative such as 5 to 20% dimethyl sulfoxide, glycerin, ethylene glycol, and propylene glycol, filled in a cryo tube and cooled, and finally -80 ° C or - It is common to cryopreserve at a cryogenic temperature of 196 °C.

그 중에서도 가장 효과가 높고, 자주 사용되고 있는 것이 디메틸설폭시드이다. 그러나 디메틸설폭시드가 특히 높은 농도에서는 생리학적으로 유독하고, 동결 보존된 세포를 주입받은 환자에게 고혈압, 오심(惡心), 구토를일으키는 것도 알려져 있다. 디메틸설폭시드의 독성에 의해 해동한 세포의 배양시 또는 생체에 주입한 후의 생존율이나 기능이 저하되는 문제도 있다. 또한, 글리세린 등의 다른 동결 보존제는 효과가 낮으므로, 세포를 현탁하고 얼마동안 실온 또는 냉장에서 방치하고 나서 동결할 필요가 있고, 프로그램 프리저 등에 의한 엄밀한 온도 관리가 필요하다. 또한, 동결 보호 효과가 낮고, 해동후의 기능이 저하되는 등의 문제가 있다. Among them, dimethyl sulfoxide is the most effective and frequently used. However, it is also known that dimethylsulfoxide is physiologically toxic, particularly at high concentrations, and causes hypertension, nausea, and vomiting in patients receiving cryopreserved cells. There is also a problem in that the viability and function of cells that have been thawed due to the toxicity of dimethyl sulfoxide are reduced during culture or after injection into a living body. In addition, since other cryopreservatives such as glycerin have a low effect, it is necessary to freeze the cells after suspending the cells and leaving them at room temperature or refrigeration for some time, and strict temperature control by a program freezer or the like is required. In addition, there are problems such as a low cryoprotective effect and a decrease in function after thawing.

한편, ES 세포나 iPS 세포 등의 간세포나 정자, 난자, 수정란 등에서는 예를 들어 디메틸설폭시드, 아세트아미드, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 등의 고농도의 동해(凍害) 보호 물질을 함유하는 급속동결법(유리화법) 이 알려져 있다. 유리화법이라는 것은 급격하게 저온으로 함으로써 세포에 포함되는 수분을 유리 형상으로 하고, 빙정(氷晶) 형성에 의한 장해를 피하는 방법이다. 그러나, 이때 사용되는 고농도의 동해 방지제의 독성이 높으므로, 세포나 조직을 손상시킬 가능성이 높아 조직의 동결 보호에는 한정적으로 밖에 사용되고 있지 않다. 한편, 의약품이나 식품, 디스플레이용 얼음을 제조하는 경우에, 염화나트륨 등의 염류나, 글루코오스, 트레할로오스 등의 당류를 첨가하는 것도 실시되고 있다. On the other hand, in hepatocytes such as ES cells and iPS cells, sperm, egg, fertilized egg, etc., for example, a rapid freezing method (freezing method) is known. The vitrification method is a method in which water contained in cells is made into a glassy form by rapidly lowering the temperature, and an obstacle due to formation of ice crystals is avoided. However, since the high-concentration anti-freeze agent used at this time is highly toxic, it is highly likely to damage cells or tissues, and thus has only been used limitedly for cryoprotection of tissues. On the other hand, when manufacturing pharmaceuticals, foods, and ice for display, adding salts, such as sodium chloride, and sugars, such as glucose, trehalose, is also implemented.

또한, 식물이나 어류, 곤충 등이 생산하는 부동 단백질이나 부동 당단백질의 첨가가 알려져 있다. 극지 생물체들은 극한 환경에서 생명을 유지하기 위하여 결방방지 단백질을 생체내에서 발현되어 극한 환경에서 살아가고 있다. 결빙방지 단백질 (Antifreeze protein, AFP)이란 어류, 식물, 곰팡이, 세균 등이 생산, 분비하는 단백질로 영하의 초저온 환경에서도 이들을 살아남게 해주는 특징을 가진 일군의 단백질을 통칭한다 (DeVries, 1983; D'Amico et al., 2006). 이 단백질은 세포에게 치명적인 얼음 결정의 성장을 저해하고 또 재결정화 되는 것을 막아줌으로써 영하의 온도에서도 생명체들이 얼지 않고 살아갈 수 있게 해준다. Further, addition of immobilized proteins and immobilized glycoproteins produced by plants, fish, insects, and the like is known. Polar organisms are living in extreme environments by expressing anti-freezing proteins in vivo in order to maintain life in extreme environments. Antifreeze protein (AFP) is a protein produced and secreted by fish, plants, fungi, and bacteria. Amico et al., 2006). This protein inhibits the growth of ice crystals, which are fatal to cells, and prevents recrystallization, allowing living things to live without freezing even at sub-zero temperatures.

극지어류에서 발견된 결빙방지단백질들이 일반적으로 약 1도 정도의 TH 활성을 가지는 것에 비해 곤충에서 발견된 결빙방지단백질들은 상대적으로 더 높은 (약 4-7도) TH 활성을 가진다. 곤충에서 발견되는 결빙방지 단백질들은 Beta-helical 구조로 되어 있으며, 얼음결합 부위가 편편하고 반복적인 얼음결합 기능기 (T-X-T motif)를 가진다. 최근에 longhorn beetles 곤충 두 종 (Rhagium inquisitor 와 Rhagium mordax)에서 발견된 결빙방지단백질들은 지금까지 알려진 결빙방지단백질들 중에 가장 높은 TH 활성을 갖는 것으로 알려졌다. 이들은 특이하게도 기존에 알려진 결빙방지단백질들에 비해 길고 반복적인 얼음결합 작용기 (TxTxTxT)를 가지고 있는 것으로 나타났다. Anti-freeze proteins found in polar fish generally have a TH activity of about 1 degree, whereas anti-freeze proteins found in insects have a relatively higher (about 4-7 degrees) TH activity. Anti-freeze proteins found in insects have a beta-helical structure, a flat ice-binding site, and repetitive ice-binding functional groups (T-X-T motif). Antifreeze proteins recently discovered in two species of longhorn beetles insects (Rhagium inquisitor and Rhagium mordax) are known to have the highest TH activity among antifreeze proteins known so far. They were found to have a longer and more repetitive ice-binding functional group (TxTxTxT) than previously known anti-freeze proteins.

결빙제어 소재의 활성은 열적이력활성 (TH; Thermal hysteresis)과 얼음재결정화 억제 활성 (RI; Recrystallization inhibition)을 함께 측정하여 판단할 수 있다. 열적이력활성은 결빙방지 활성을 측정하는 하나의 지표로 녹는점과 어는점의 차이로 표시되며, Nanoliter osmometer 기기를 사용해서 측정이 가능하다. 열적이력활성 (TH) 온도 구간에서는 얼음결정이 더 이상 성장하지 못한다. 얼음재결정화 억제 활성 (RI)은 냉동에 의하여 형성된 작은 얼음 결정이 해동 후 다시 더 큰 얼음 결정으로 성장하는 것을 방지하는 작용으로써, 결빙제어 물질이 존재하는 환경에서는 냉동에 의해 형성된 작은 얼음 결정에 결빙제어 물질이 결합하여 해동과정 중에 얼음결정의 성장을 방해하게 된다. The activity of the freezing control material can be determined by measuring both thermal hysteresis (TH) and recrystallization inhibition (RI). Thermal hysteresis activity is an indicator of anti-freezing activity and is expressed as the difference between the melting point and the freezing point, and can be measured using a nanoliter osmometer. In the thermal hysteresis (TH) temperature range, ice crystals no longer grow. Ice recrystallization inhibitory activity (RI) is the action of preventing small ice crystals formed by freezing from growing into larger ice crystals after thawing. The control substance binds and prevents the growth of ice crystals during the thawing process.

일본 공표특허공보 평10-511402호Japanese Patent Publication No. 10-511402 일본 특허 제3694730호Japanese Patent No. 3694730

Lovelock JE and Bishop MWH, Nature 183:1394-1395, 1959 Lovelock JE and Bishop MWH, Nature 183:1394-1395, 1959 Polge C, Smith AU, Parkes AS, Nature 164:666-666, 1949 Polge C, Smith AU, Parkes AS, Nature 164:666-666, 1949 Miszta-Lane H, Gill P, Mirbolooki M, Lakey JRT. Cell Preserv Technol 5, 16-24, Miszta-Lane H, Gill P, Mirbolooki M, Lakey JRT. Cell Preserv Technol 5, 16-24,

급속 냉동법을 포함하는 현상태의 동결 보존법에서는 동결 해동 후의 세포·조직의 완전한 형태에서의 보존이 곤란하고, 독성이 낮은 새로운 동결 보존 물질이 요망되고 있다. 또한, N,N-디메틸설폭시드(DMSO)는 화학물질로서 잠재적으로 독성이 있기때문에, 특정세포의 분화를 유도하는 경우도 있으며, 동결보존에 적합하지 않은 세포도 있다. 한편, 부동 단백질이나 부동 당단백질은 세포 동결 보존효과는 DMSO보다는 효과가 낮은 수준이지만, 독성이 없는 장점이 있다. 그러나 제조비용이 높기 때문에, 다양한 산업분야 (식품, 제약등)에 적용하는 데에는 한계가 있다. In the current cryopreservation method including the rapid freezing method, it is difficult to preserve the cells and tissues in their complete form after freezing and thawing, and new cryopreservation substances with low toxicity are desired. In addition, since N,N-dimethylsulfoxide (DMSO) is potentially toxic as a chemical, it may induce the differentiation of specific cells, and some cells are not suitable for cryopreservation. On the other hand, the antifreeze protein or the antifreeze glycoprotein has a low level of cell cryopreservation effect than DMSO, but has the advantage of not being toxic. However, since the manufacturing cost is high, there is a limit to its application to various industrial fields (food, pharmaceutical, etc.).

따라서 본 발명은 부동단백질에서 중요한 역할을 하는 아미노산으로 구성된 올리고펩티드의 자기조립 과정을 통해 형성된 물질에 대한 것이며, 올리고펩티드로 구성된 자기조립 물질은 독성이 없고, 또한 세포 및 조직의 보호 효과가 우수하면서도 저비용으로 생산이 가능한 동결 보존제를 제공하는 것을 목적으로 한다. Therefore, the present invention relates to a material formed through the self-assembly process of an oligopeptide composed of amino acids that play an important role in the antifreeze protein. An object of the present invention is to provide a cryopreservative that can be produced at low cost.

1. (X)n으로 표시되는 올리고펩티드를 포함하는, 세포 및 조직의 동결보존용 조성물:1. (X) a composition for cryopreservation of cells and tissues comprising an oligopeptide represented by n:

상기 X는 Ser, Asp, Glu, Cys, Ala, Val, Tyr, 및 Thr으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산이고, wherein X is at least one amino acid selected from the group consisting of Ser, Asp, Glu, Cys, Ala, Val, Tyr, and Thr;

상기 n은 1 내지 15의 정수이다. Said n is an integer of 1 to 15.

2. 항목 1에 있어서, 상기 X는 Ala, Val, Tyr, 및 Thr로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인, 조성물. 2. The composition according to item 1, wherein X is any one selected from the group consisting of Ala, Val, Tyr, and Thr.

3. 항목 1에 있어서, 상기 n은 5 내지 10의 정수인, 조성물. 3. The composition according to item 1, wherein n is an integer from 5 to 10.

4. 항목 1에 있어서, 상기 세포는 원핵 세포, 진핵 세포, 미생물, 동물 세포, 암 세포, 정자, 난자, 성체 줄기 세포, 배아 줄기 세포, 역분화 줄기 세포, 제대혈, 백혈구, 적혈구, 혈소판, 신장 세포, 간 세포, 또는 근육 세포인, 조성물.4. The cell according to item 1, wherein the cell is a prokaryotic cell, a eukaryotic cell, a microorganism, an animal cell, a cancer cell, a sperm, an egg, an adult stem cell, an embryonic stem cell, a retrodifferentiated stem cell, an umbilical cord blood, a leukocyte, a red blood cell, a platelet, a kidney cells, liver cells, or muscle cells.

5. (X)n으로 표시되는 올리고펩티드를 포함하는, 결빙 제어용 조성물:5. (X) A composition for controlling freezing, comprising the oligopeptide represented by n:

상기 X는 Ser, Asp, Glu, Cys, Ala, Val, Tyr, 및 Thr으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산이고, wherein X is at least one amino acid selected from the group consisting of Ser, Asp, Glu, Cys, Ala, Val, Tyr, and Thr;

상기 n은 1 내지 15의 정수이다. Said n is an integer of 1 to 15.

6. 항목 5에 있어서, 상기 X는 Ala, Val, Tyr, 및 Thr로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인, 조성물. 6. The composition according to item 5, wherein X is any one selected from the group consisting of Ala, Val, Tyr, and Thr.

7. 항목 5에 있어서, 상기 n은 5 내지 10의 정수인, 조성물. 7. The composition according to item 5, wherein n is an integer from 5 to 10.

8. 항목 5에 있어서, 얼음의 재결정화를 억제하거나, 물의 어는점을 낮추거나, 얼음의 재결정화를 억제하고 물의 어는점을 낮추는, 조성물. 8. The composition according to item 5, which inhibits recrystallization of ice, lowers the freezing point of water, or inhibits recrystallization of ice and lowers the freezing point of water.

9. (X)n으로 표시되는 올리고펩티드를 포함하는, 식품의 동결보존용 조성물:9. (X) A composition for cryopreservation of food comprising an oligopeptide represented by n:

상기 X는 Ser, Asp, Glu, Cys, Ala, Val, Tyr, 및 Thr으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산이고, wherein X is at least one amino acid selected from the group consisting of Ser, Asp, Glu, Cys, Ala, Val, Tyr, and Thr;

상기 n은 1 내지 15의 정수이다. Said n is an integer of 1 to 15.

10. 항목 9에 있어서, 상기 X는 Ala, Val, Tyr, 및 Thr로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인, 조성물. 10. The composition according to item 9, wherein X is any one selected from the group consisting of Ala, Val, Tyr, and Thr.

11. 항목 9에 있어서, 상기 n은 5 내지 10의 정수인, 조성물. 11. The composition according to item 9, wherein n is an integer from 5 to 10.

본 발명에 따른 올리고펩티드는 결빙제어 단백질에서 얼음과 상호작용을 하는 아미노산들로 구성된 짧은 펩티드로서 별도의 소수성 치환기의 도입이 없이 그 자체로 자기조립과정을 거쳐 나노 스케일의 구조를 형성하는 것으로써 기존에 알려진 결빙제어 단백질 보다 열적이력활성, 얼음재결정화 억제 활성이 높으면서도 제조비용이 매우 저렴한 장점을 가지고 있다. 세포 동결보존 효과도 DMSO와 동등한 수준이기 때문에 세포 및 조직의 동결 보존을 위한 소재로 활용 가능성이 매우 높다. The oligopeptide according to the present invention is a short peptide composed of amino acids that interact with ice in the freezing control protein. It has the advantage of having higher thermal history activity and ice recrystallization inhibitory activity than the known freezing control protein, but also very low manufacturing cost. Since the cell cryopreservation effect is at the same level as that of DMSO, it has a very high possibility of being used as a material for cryopreservation of cells and tissues.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동결보존 효과를 나타내는 알라닌 5개가 연결된 올리고펩티드의 구조와 자기조립을 통해 형성된 물질의 전자현미경 사진이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 동결보존 효과를 나타내는 발닌 5개가 연결된 올리고펩티드의 구조와 자기조립을 통해 형성된 물질의 전자현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동결보존 효과를 나타내는 타이로신 5개가 연결된 올리고펩티드의 구조와 자기조립을 통해 형성된 물질의 전자현미경 사진이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 동결보존 효과를 나타내는 쓰레오닌 5개가 연결된 올리고펩티드의 구조와 자기조립을 통해 형성된 물질의 전자현미경 사진이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기조립 올리고펩티드 4종의 얼음결정 성장 저해 활성과 관련한 실험 결과이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 해당 아미노산이 5개 연속으로 연결되어 만들어진 올리고펩티드 4종의 세포 동결보존효과를 DMSO와 비교 실험한 결과이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 해당 아미노산이 10개 연속으로 연결되어 만들어진 올리고펩티드 4종의 세포 동결보존효과를 DMSO와 비교 실험한 결과이다.
1 is an electron micrograph of a material formed through self-assembly and the structure of an oligopeptide linked to five alanines showing a cryopreservation effect according to an embodiment of the present invention.
2 is an electron micrograph of the structure of an oligopeptide with five balnins linked to it and a material formed through self-assembly, showing a cryopreservation effect according to an embodiment of the present invention.
3 is an electron micrograph of a material formed through self-assembly and the structure of an oligopeptide linked to five tyrosines showing a cryopreservation effect according to an embodiment of the present invention.
4 is an electron micrograph of a material formed through self-assembly and the structure of an oligopeptide with five threonines linked thereto showing a cryopreservation effect according to an embodiment of the present invention.
5 is an experimental result related to the ice crystal growth inhibitory activity of four types of self-assembled oligopeptides according to an embodiment of the present invention.
6 is a result of comparing the cell cryopreservation effect of four types of oligopeptides made by connecting five consecutive amino acids according to an embodiment of the present invention with DMSO.
7 is a result of a comparison experiment with DMSO on the cell cryopreservation effect of four types of oligopeptides made by connecting 10 consecutive amino acids according to an embodiment of the present invention.

이제 본 발명은 첨부된 도면을 참조로 하기에서 더욱 충분히 기술될 것이다. 그러나 본 발명의 전부가 아닌 단지 일부의 구체예가 예시된다. 실제로, 이들 발명은 많은 다양한 형태로 구체화될 수 있으며, 본원에 제시된 구체예로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 단수 형태는 달리 명확하게 지시하지 않는 한 복수한 대상을 포함한다.The present invention will now be more fully described below with reference to the accompanying drawings. However, only some, but not all, embodiments of the present invention are illustrated. Indeed, these inventions may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. As used in this specification and the appended claims, the singular forms include plural referents unless clearly indicated otherwise.

식물이나 동물의 세포, 조직, 또는 식품 등의 물을 포함하는 물질을 장기 보존하기 위해 0℃ 이하의 온도에서의 동결 보존법이 일상적으로 사용되고 있다. 그러나, 이들 물을 함유하는 물질을 동결하면, 동결 중에 물 분자끼리 용질이나 혼입물의 매질을 배제(排除)하면서 결정화하여 물 분자만으로 이루어진 얼음 결정을 형성하므로, 함수물 중에서 용질이나 혼입물의 매질이 불균일하게 확산되어, 동결 농축이 발생하는 것으로 알려져 있다. 이와 같은 동결 농축을 방지하기 위해, 여러 가지 저분자 화합물을 첨가하는 방법이 실시되고 있다. 예를들어, 세포의 동결 보전을 실시하는 경우에 동결 보존 중에 일어나는 세포내의 결정화에 의한 세포로의 악영향을 최소한으로 억제하기 위해 동결 보호제로서 디메틸설폭시드(DMSO)나 글리세롤 등을 첨가하는 방법이 실시되고 있다. 즉, 5~20 %의 디메틸설폭시드, 글리세린, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 등의 동결 보존제를 포함하는 배양액등의 생리적 용액에 세포를 현탁하여 크라이오 튜브에 채워 냉각하고, 최종적으로 -80 ℃ 또는 -196 ℃의 극저온에서 동결 보존하는 것이 일반적이다. For long-term preservation of water-containing substances such as cells, tissues, or food of plants or animals, cryopreservation at a temperature of 0° C. or less is routinely used. However, when these substances containing water are frozen, the water molecules crystallize while excluding the medium of the solute or mixed substance during freezing to form ice crystals composed of only water molecules. It is known that freeze-concentration occurs. In order to prevent such freeze-concentration, the method of adding various low molecular weight compounds is implemented. For example, when cryopreserving cells, a method of adding dimethyl sulfoxide (DMSO) or glycerol as a cryoprotectant is implemented to minimize the adverse effect on cells due to intracellular crystallization that occurs during cryopreservation. is becoming That is, the cells are suspended in a physiological solution such as a culture solution containing a cryopreservative such as 5 to 20% dimethyl sulfoxide, glycerin, ethylene glycol, and propylene glycol, filled in a cryo tube and cooled, and finally -80 ° C or - It is common to cryopreserve at a cryogenic temperature of 196 °C.

본 발명은, 실용에 적합한 우수한 빙결정화 저해 활성을 갖고, 식품 제조에 이용할 수 있는 안전한 공정으로, 간단하고, 효율 좋고, 저렴하게 제조할 수 있는 빙결정화 저해 물질을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 당해 빙결정화 저해 물질의 제조 방법, 당해 빙결정화 저해 물질의 활성 부분인 폴리펩티드, 및 당해 빙결정화 저해 물질 또는 폴리펩티드를 함유하는 빙결정화 저해 조성물, 식품, 생체 시료 보호제 및 화장품을 제공하는 것도 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide an ice-crystallization-inhibiting substance that has excellent ice-crystallization inhibitory activity suitable for practical use and can be produced simply, efficiently and inexpensively in a safe process that can be used for food production. In addition, the present invention provides a method for producing the ice crystallization inhibitor, a polypeptide that is an active part of the ice crystallization inhibitor, and an ice crystallization inhibitory composition containing the ice crystallization inhibitor or polypeptide, a food, a biological sample protection agent and cosmetics. It is also intended to provide.

동결 보존 시, 녹이는 과정에서 얼음 재결정화는 세포 막을 손상시키고 세포 탈수를 진행시킴으로 인해 세포 및 조직에 손상을 입힌다. 저온 환경에 사는 유기체들은 얼음 재결정화로 인해 더 쉽게 손상을 받을 수 있기 때문에, AFP 또는 AFGP가 발달되었다. AF(G)P는 얼음 표면에 부착되어 얼음이 성장하는 것을 억제하기 때문에, 얼음 재결정화가 문제가 되는 분야에서 첨가제로서 활용되었다. 본 발명에서는 AF(G)P로부터 유래된 펩티드를 이용한 동결 제어용 물질을 개발하였다. During cryopreservation, ice recrystallization during thawing damages cell membranes and causes cell and tissue damage due to cell dehydration. Because organisms living in cold environments are more susceptible to damage from ice recrystallization, AFP or AFGP was developed. Since AF(G)P adheres to the ice surface and inhibits ice growth, it has been used as an additive in fields where ice recrystallization is a problem. In the present invention, a material for controlling freezing using a peptide derived from AF(G)P was developed.

본 발명에서 “항동결 단백질”, “항-동결 단백질” 또는 “AFP”는 상호 교환적으로 사용 가능하고, “항동결 당단백질”, “항-동결 당단백질” 또는 “AFGP”는 상호 교환적으로 사용 가능하며, AFP 및 AFGP를 통합하여 “AF(G)P”로 지칭한다. AF(G)P는 다양한 동물, 식물, 곰팡이 및 박테리아에서 발견되며, 이들 단백질은 얼음 결정에 결합함으로써 얼음의 성장 및 재결정화를 억제하는 것으로 알려졌다. 이러한 AF(G)P의 성질은 저온에서 생물학적 시료를 보존하는 데에 이용되어 왔다. 최근의 연구에 따르면, AF(G)P는 해당 유형에 따라 얼음에 결합하기 위한 특수한 형태의 3차 구조를 갖는데, 얼음과 접촉하는 방향에는 Thr이 다수 존재하고, 보조적으로 Ala이 존재하는 것으로 알려졌다. In the present invention, “anti-freeze protein”, “anti-freeze protein” or “AFP” may be used interchangeably, and “anti-freeze glycoprotein”, “anti-freeze glycoprotein” or “AFGP” are interchangeable It can be used as “AF(G)P” by combining AFP and AFGP. AF(G)P is found in a variety of animals, plants, fungi and bacteria, and these proteins are known to inhibit ice growth and recrystallization by binding to ice crystals. This property of AF(G)P has been used to preserve biological samples at low temperatures. According to a recent study, AF(G)P has a special type of tertiary structure for binding to ice according to its type. .

이에 본 발명자는 (Thr)5, 및 (Thr)10의 올리고펩티드를 합성하였고, 놀랍게도 이들 올리고펩티드가 자기조립을 통하여 나노구조체를 형성함을 확인하였다. 이로부터 물 또는 얼음 결정과 수소결합 또는 소수성 상호작용을 할 수 있는 잔기를 가지는 올리고펩티드로부터 제조된 나노구조체가 결빙을 제어할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventors synthesized (Thr) 5 , and (Thr) 10 oligopeptides, and surprisingly confirmed that these oligopeptides form nanostructures through self-assembly. From this, the present invention was completed by confirming that a nanostructure prepared from an oligopeptide having a residue capable of hydrogen bonding or hydrophobic interaction with water or ice crystals can control freezing.

본 발명의 일 실시예에서는 (X)n으로 표시되는 올리고펩티드를 포함하는 조성물로서, 상기 X는 Ser, Asp, Glu, Cys, Ala, Val, Tyr, 및 Thr으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산이고, 상기 n은 1 내지 15의 정수인, 조성물을 제공한다. 상기 X는 물분자와 수소결합을 형성할 수 있는 카르복실기를 지닌, 음전하를 띄는 아미노산 잔기인 Asp, 및 Glu; 물 분자와 수소결합을 형성할 수 있는 티올기를 갖는 Cys; Thr의 -CH3기가 -H로 치환된 Ser; Thr의 -OH기가 -CH3로 치환된 Val; Thr의 -OH기가 H로 치환된 Ala; 또는 Thr의 -OH가 H로 치환되고, CH3가 페놀기로 치환된 Tyr이 이용될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 X는 Ala, Val, Tyr, 또는 Thr이다. In an embodiment of the present invention, (X) a composition comprising an oligopeptide represented by n , wherein X is at least one amino acid selected from the group consisting of Ser, Asp, Glu, Cys, Ala, Val, Tyr, and Thr; , wherein n is an integer of 1 to 15, and provides a composition. wherein X is a negatively charged amino acid residue having a carboxyl group capable of forming a hydrogen bond with a water molecule, Asp, and Glu; Cys having a thiol group capable of forming a hydrogen bond with a water molecule; Ser in which the -CH 3 group of Thr is substituted with -H; Val in which the -OH group of Thr is substituted with -CH 3 ; Ala in which the -OH group of Thr is substituted with H; Alternatively, Tyr in which -OH of Thr is substituted with H and CH 3 is substituted with a phenol group may be used. In another embodiment of the present invention, X is Ala, Val, Tyr, or Thr.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 n은 1 내지 15의 정수, 예를 들어, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 또는 15이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 n은 2 내지 14의 정수, 3 내지 13의 정수, 4 내지 12의 정수, 또는 5 내지 10의 정수이다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 n은 5 또는 10이다. In one embodiment of the present invention, n is an integer from 1 to 15, for example, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, or 15. In another embodiment of the present invention, n is an integer from 2 to 14, an integer from 3 to 13, an integer from 4 to 12, or an integer from 5 to 10. In another embodiment of the present invention, n is 5 or 10.

또한, 상기의 나노구조체를 물에 투여하는 경우 열적이력현상을 일으키고/거나 얼음 재결정화 현상을 억제시킴을 확인하였으며, 세포를 동결 후 해동할 때 세포의 생존률을 높일 수 있음을 확인하였다. 특히 이러한 현상은 (Tyr)5, 및 (Tyr)10의 올리고펩티드에서 뿐만 아니라, 특히 (Val)5, (Val)10, (Ala)5, (Ala)10, (Thr)5, 및 (Thr)10의 올리고펩티드에서 두드러지게 나타났다. In addition, it was confirmed that when the nanostructures are administered to water, thermal hysteresis occurs and/or ice recrystallization is inhibited, and when cells are frozen and then thawed, the survival rate of cells can be increased. In particular this phenomenon occurs not only in the oligopeptides of (Tyr) 5 , and (Tyr) 10 , but in particular (Val) 5 , (Val) 10 , (Ala) 5 , (Ala) 10 , (Thr) 5 , and (Thr) ) was prominent in the oligopeptides of 10.

본 발명에서 사용하는 용어 “항동결”, “항-동결”, “동결 제어”, “결빙 제어”, “동결 억제” 및 “결빙 억제”는 상호 교환적으로 사용 가능하고, 어는점을 낮추거나, 얼음이 형성되지 않도록 하거나 얼음 형성 속도를 늦추거나, 얼음의 재결정화가 되지 않도록 하거나, 얼음 재결정화 속도를 늦추거나, 얼음 결정의 크기를 작게 유지하는 작용을 의미한다. As used herein, the terms “anti-freeze”, “anti-freeze”, “freeze control”, “freeze control”, “freeze suppression” and “freeze suppression” can be used interchangeably, and lower the freezing point, It refers to the action of preventing ice from forming or slowing the rate of ice formation, preventing ice from recrystallizing, slowing down the rate of ice recrystallization, or keeping the size of ice crystals small.

“열 이력현상”은 동결 온도와 용융 온도가 상이하게 되는 현상을 의미한다. 물에 핵 형성제가 존재하는 경우, 동결 온도와 용융 온도가 실질적으로 동일하다. 그러나 핵 형성제가 존재하지 않거나 핵 형성제가 항동결 단백질인 경우, 동결 온도가 용융 온도보다 더 낮게 형성된다. "Thermal hysteresis" means a phenomenon in which the freezing temperature and the melting temperature are different. When the nucleating agent is present in the water, the freezing and melting temperatures are substantially the same. However, if the nucleating agent is not present or the nucleating agent is an antifreeze protein, the freezing temperature is lower than the melting temperature.

“얼음 재결정화”는 작은 얼음 결정으로부터 더 큰 얼음 결정으로 성장하는 과정을 의미하고, 오스왈드 숙성 (Ostwald ripening)은 상온 및 결정 사이 표면 에너지 차이로 인한 압력에서 발생하는 이러한 재결정화를 의미하며, 융해-확산-재동결 또는 승화-확산-응축 메커니즘으로 진행될 수 있다. “Ice recrystallization” refers to the process of growing from small ice crystals to larger ice crystals, and Ostwald ripening refers to this recrystallization that occurs at room temperature and pressure due to the difference in surface energy between the crystals. -diffusion-refreezing or sublimation-diffusion-condensation mechanism.

본 발명에서 사용하는 용어 “올리고펩티드”, "폴리펩티드", "펩티드" 및 "단백질"은 상호교환적으로 사용되고, 펩티드 결합을 통해 공유결합된 아미노산 잔기로 구성된 중합체 화합물을 지칭한다. 본 발명에서는 공지의 기술을 통해 합성된 펩티드를 이용할 수 있다. 펩티드의 합성 방법은, 화학적 방법, 또는 생물학적 방법일 수 있고, 화학적 방법은, 예를 들어, 용액상 방법; tert-butyloxycarbonyl (Boc)/benzyl (Bzl) 전략 및 9-fluorenylmethoxycarbonyl (Fmoc)/tert-butyl (t -Bu) 전략을 포함하는 고체상 방법 (Kent SBH, Mitchell AR, Engelhard M, Merrifield RB (1979) Mechanisms and prevention of trifluoroacetylation in solid-phase peptide synthesis. Proc Natl Acad Sci USA 76(5):2180-2184); 레진에 첫번째 아미노산을 고정화시키고 서열 순서대로 펩티드 사슬을 연장시키는 방법; 또는 마이크로파를 이용한 방법일 수 있고, 생물학적 방법은 미생물을 이용한 방법일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. As used herein, the terms “oligopeptide”, “polypeptide”, “peptide” and “protein” are used interchangeably and refer to a polymeric compound composed of amino acid residues covalently linked through peptide bonds. In the present invention, a peptide synthesized through a known technique may be used. The method for synthesizing the peptide may be a chemical method or a biological method, and the chemical method includes, for example, a solution phase method; Solid-phase methods including the tert-butyloxycarbonyl (Boc)/benzyl (Bzl) strategy and the 9-fluorenylmethoxycarbonyl (Fmoc)/tert-butyl (t-Bu) strategy (Kent SBH, Mitchell AR, Engelhard M, Merrifield RB (1979) Mechanisms) and prevention of trifluoroacetylation in solid-phase peptide synthesis (Proc Natl Acad Sci USA 76(5):2180-2184); a method of immobilizing the first amino acid on a resin and extending the peptide chain in sequence order; Alternatively, the method may be a method using a microwave, and the biological method may be a method using a microorganism, but is not limited thereto.

본 발명에 따른 나노구조체는 결빙을 억제하는 특성을 지니고 있으며, 이러한 특성은 세포 및/또는 식품의 동결 보존 시에 이용될 수 있다. 세포나 식품의 동결 및 해동 시, 얼음의 재결정화로 인하여 세포가 파괴되므로, 세포 생존률이 낮아지거나 식품의 식감이 현저하게 떨어지는 문제가 발생한다. 그러나 본 발명의 나노구조체를 세포 및/또는 식품의 동결보존제로서 이용하는 경우에는 얼음의 재결정화를 억제하거나 열이력현상을 유도함으로써 세포가 파괴되는 것을 억제할 수 있게된다. 결과적으로 동결 보존된 세포를 해동하는 경우 종래의 방법에 비하여 세포 생존률이 높아지고, 동결 보존된 식품의 경우 동결 전의 식감을 유지할 수 있게 된다. The nanostructure according to the present invention has a property of inhibiting freezing, and this property can be used for cryopreservation of cells and/or food. When cells or foods are frozen and thawed, cells are destroyed due to recrystallization of ice, and thus, cell viability is lowered or food texture is significantly deteriorated. However, when the nanostructure of the present invention is used as a cryopreservative for cells and/or food, it is possible to inhibit cell destruction by inhibiting ice recrystallization or inducing thermal hysteresis. As a result, in the case of thawing cryopreserved cells, the cell viability is higher than in the conventional method, and in the case of cryopreserved foods, the texture before freezing can be maintained.

본 발명의 일 실시예에서, 본 발명에 따른 세포 동결 보존용 조성물을 이용하여 동결 보존할 수 있는 세포는 원핵 세포; 진핵 세포; 미생물; 동물 세포; 암 세포, 정자; 난자; 성체 줄기 세포, 배아 줄기 세포, 역분화 줄기 세포를 포함하는 줄기 세포; 제대혈, 백혈구, 적혈구, 및 혈소판을 포함하는 혈액 세포; 신장 세포, 간 세포, 및 근육 세포를 포함하는 조직 세포일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In one embodiment of the present invention, cells that can be cryopreserved using the composition for cryopreservation of cells according to the present invention include prokaryotic cells; eukaryotic cells; microbe; zooblast; cancer cells, sperm; egg cell; stem cells, including adult stem cells, embryonic stem cells, and retrodifferentiated stem cells; blood cells, including cord blood, white blood cells, red blood cells, and platelets; tissue cells including, but not limited to, kidney cells, liver cells, and muscle cells.

본 발명의 일 실시예에서는, 본 발명에 따른 나노 구조체를 용매에 첨가함으로써 결빙을 제어하는 방법, 본 발명에 따른 나노 구조체를 세포를 포함하는 용액에 첨가하는 단계를 포함하여 세포를 동결 보존하는 방법, 및 본 발명에 따른 나노 구조체를 식품에 처리하는 단계를 포함하여 식품을 동결 보존하는 방법을 제공한다. In one embodiment of the present invention, a method for controlling freezing by adding the nanostructure according to the present invention to a solvent, a method for cryopreserving cells, including adding the nanostructure according to the present invention to a solution containing cells It provides a method for freeze-preserving food, including the step of treating the food with the nanostructure according to the present invention.

본 명세서에서 수치가 범위로 기재되어 있는 경우, 해당 범위 내에 있는 모든 수치가 본 발명에 개시된 것으로 본다. When numerical values are described as ranges in the present specification, all numerical values falling within that range are considered to be disclosed herein.

통상의 기술자는 “약”이 불가피하게 사용되어야 하는 경우를 이해할 것이며, 본 명세서에서 용어 “약”은 오차 범위 내의 수치를 포함하는 것으로 이해될 것이다. A person skilled in the art will understand the case where "about" must be used inevitably, and in this specification, the term "about" will be understood to include a numerical value within a range of error.

본 발명에서 사용하는 용어 “실질적으로 동일”는 오차범위 내에서 동일하거나, 인지할 수 없는 정도의 차이가 있는 경우를 의미한다. 본 발명에서 사용하는 용어 “실질적으로 없다”, “실질적으로 없는” 또는 이와 유사한 의미의 표현은, 0 또는 오차 범위 내에 0이 포함되는 경우, 또는 통상의 기술자가 인식하기에 무시할 수 있는 경우를 지칭한다. The term “substantially the same” used in the present invention means the same or an unrecognizable difference within the error range. As used herein, the terms “substantially absent”, “substantially free” or similar expressions refer to cases where 0 or 0 is included within an error range, or a case that is negligible for a person skilled in the art to recognize do.

이하에서는 본 발명을 구체적인 실시예를 들어 설명한다. 하기 실시예는 오직 예시목적으로 의도되며, 어떤한 식이든 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific examples. The following examples are intended for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention in any way.

실시예 1. 알라닌 5개가 연결된 올리고펩티드의 나노구조체 Example 1. Nanostructure of an oligopeptide linked to 5 alanines

알라닌 5개 또는 10개가 연결된 올리고펩티드는 애니젠 주식회사에서 순도 98% 이상으로 합성된 펩티드를 사용하였으며, 펩티드 2 mg을 증류수 100 μL에 넣고, 승온 50도 물중탕 및 소닉 2-3분간을 거쳐 투명한 용액상이 된 것을 확인한 다음 실온에 30분 이상 방치하면 용액이 현탁해지는 것을 관찰할수 있었다. 이 용액을 전자현미경 분석을 위하여 5 μL정도 취하여 전자현미경 분석을 위한 그리드에 올린 다음 실온에서 2시간이상 건조시켰다. Uranyl acetate 용액 (5 μL)를 가하여 염색하고 추가 건조 과정을 거친 다음 전자현미경 분석을 통해 생성된 구조를 확인하였다 (도 1). For the oligopeptide with 5 or 10 alanine linked, a peptide synthesized with a purity of 98% or higher by Anygen Co., Ltd. was used, and 2 mg of the peptide was added to 100 μL of distilled water, and the result was transparent after undergoing a water bath at an elevated temperature of 50 degrees and sonic for 2-3 minutes. After confirming that the solution was in the solution phase, it was observed that the solution was suspended when left at room temperature for more than 30 minutes. For electron microscopic analysis, about 5 μL of this solution was taken and placed on a grid for electron microscopy analysis, and then dried at room temperature for 2 hours or more. Uranyl acetate solution (5 μL) was added to the dye, and after further drying, the resulting structure was confirmed through electron microscopic analysis (FIG. 1).

실시예 2. 발린 5개가 연결된 올리고펩티드의 나노구조체 Example 2. Nanostructure of an oligopeptide linked to 5 valines

발린 5개 또는 10개가 연결된 올리고펩티드는 애니젠 주식회사에서 순도 98% 이상으로 합성된 펩티드를 사용하였으며, 펩티드 2 mg을 증류수 100 μL에 넣고, 승온 50도 물중탕 및 소닉 2-3분간을 거쳐 투명한 용액상이 된 것을 확인한 다음 실온에 30분 이상 방치하면 용액이 현탁해지는 것을 관찰할수 있었다. 이 용액을 전자현미경 분석을 위하여 5 μL정도 취하여 전자현미경 분석을 위한 그리드에 올린 다음 실온에서 2시간이상 건조시켰다. Uranyl acetate 용액 (5 μL)를 가하여 염색하고 추가 건조 과정을 거친 다음 전자현미경 분석을 통해 생성된 구조를 확인하였다 (도 2). For the oligopeptide with 5 or 10 valines, a peptide synthesized with a purity of 98% or higher by Anygen Co., Ltd. was used, and 2 mg of the peptide was put in 100 μL of distilled water, and it was subjected to a water bath at an elevated temperature of 50 degrees and sonic for 2-3 minutes. After confirming that the solution was in the solution phase, it was observed that the solution was suspended when left at room temperature for more than 30 minutes. For electron microscopic analysis, about 5 μL of this solution was taken and placed on a grid for electron microscopy analysis, and then dried at room temperature for 2 hours or more. Uranyl acetate solution (5 μL) was added to the dye, and after further drying, the resulting structure was confirmed through electron microscopic analysis (FIG. 2).

실시예 3. 타이로신 5개가 연결된 올리고펩티드의 나노구조체 Example 3. Nanostructure of oligopeptide with 5 tyrosine linked

타이로신 5개 또는 10개가 연결된 올리고펩티드는 애니젠 주식회사에서 순도 98% 이상으로 합성된 펩티드를 사용하였으며, 펩티드 2 mg을 증류수 100 μL에 넣고, 승온 50도 물중탕 및 소닉 2-3분간을 거쳐 투명한 용액상이 된 것을 확인한 다음 실온에 30분 이상 방치하면 용액이 현탁해지는 것을 관찰할수 있었다. 이 용액을 전자현미경 분석을 위하여 5 μL정도 취하여 전자현미경 분석을 위한 그리드에 올린 다음 실온에서 2시간이상 건조시켰다. Uranyl acetate 용액 (5 μL)를 가하여 염색하고 추가 건조 과정을 거친 다음 전자현미경 분석을 통해 생성된 구조를 확인하였다 (도 3). For the oligopeptide with 5 or 10 tyrosine chains, a peptide synthesized with a purity of 98% or higher by Anygen Co., Ltd. was used, and 2 mg of the peptide was put in 100 μL of distilled water, and it was subjected to a water bath at an elevated temperature of 50 degrees and sonic for 2-3 minutes. After confirming that the solution was in the solution phase, it was observed that the solution was suspended when left at room temperature for more than 30 minutes. For electron microscopic analysis, about 5 μL of this solution was taken and placed on a grid for electron microscopy analysis, and then dried at room temperature for 2 hours or more. Uranyl acetate solution (5 μL) was added to the dye, followed by further drying, and then the resulting structure was confirmed through electron microscopic analysis (FIG. 3).

실시예 4. 쓰레오닌 5개가 연결된 올리고펩티드의 나노구조체 Example 4. Nanostructure of an oligopeptide with 5 threonines linked

쓰레오닌 5개 또는 10개가 연결된 올리고펩티드는 애니젠 주식회사에서 순도 98% 이상으로 합성된 펩티드를 사용하였으며, 펩티드 2 mg을 증류수 100 μL에 넣고, 승온 50도 물중탕 및 소닉 2-3분간을 거쳐 투명한 용액상이 된 것을 확인한 다음 실온에 30분 이상 방치하면 용액이 현탁해지는 것을 관찰할수 있었다. 이 용액을 전자현미경 분석을 위하여 5 μL정도 취하여 전자현미경 분석을 위한 그리드에 올린 다음 실온에서 2시간이상 건조시켰다. Uranyl acetate 용액 (5 μL)를 가하여 염색하고 추가 건조 과정을 거친 다음 전자현미경 분석을 통해 생성된 구조를 확인하였다 (도 4). For the oligopeptide with 5 or 10 threonine linked, a peptide synthesized with a purity of 98% or higher by Anygen Co., Ltd. was used, and 2 mg of the peptide was added to 100 μL of distilled water, followed by a water bath at an elevated temperature of 50 degrees and sonic for 2-3 minutes. After confirming that it became a transparent solution phase, it was observed that the solution was suspended when left at room temperature for more than 30 minutes. For electron microscopic analysis, about 5 μL of this solution was taken and placed on a grid for electron microscopy analysis, and then dried at room temperature for 2 hours or more. Uranyl acetate solution (5 μL) was added to the dye, and after further drying, the resulting structure was confirmed through electron microscopic analysis (Fig. 4).

실시예 5. Thermal hysteresis(TH) activity Example 5 Thermal hysteresis ( TH) activity

결빙방지 단백질에 의한 얼음결정 형태의 변화를 관찰하기 위하여 나노리터 삼투압계 (nanoliter osmometer)(Otago osmometers, New Zealand)를 사용하였다. 샘플 챔버 내에 immersion oil을 채운 후 측정 시료를 오일 위에 올려 두었다. 샘플 챔버를 스테이지에 올려놓 고 -20℃로 급속 냉동시키고 온도들 천천히 상승시켰다. 얼음 결정이 대부분 녹고 관찰 대상 결정만을 남겼다. 다시 스테이지의 온도를 천천히 내리면서 얼음 결정이 형성되는 것을 관찰하였다. 온도가 하강해도 얼음 결정이 커지지 않고 유지하다가 급격히 결정이 성장하는 온도를 (어는점, freezing temperature) 측정하였다 (Kuiper et al., 2003). A nanoliter osmometer (Otago osmometers, New Zealand) was used to observe the change of the ice crystal morphology by the anti-freezing protein. After filling the sample chamber with immersion oil, the measurement sample was placed on the oil. The sample chamber was placed on the stage and flash frozen to -20°C and the temperatures were raised slowly. Most of the ice crystals melted, leaving only the crystals to be observed. The formation of ice crystals was observed while slowly lowering the temperature of the stage again. The temperature at which ice crystals grow rapidly while the ice crystals do not grow even when the temperature is lowered (freezing temperature) was measured (Kuiper et al., 2003).

Figure 112019128902422-pat00001
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그 결과, 표 1에 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 올리고펩티드로 형성된 나노구조체는 물의 어는점을 낮추는 것을 확인할 수 있었다. As a result, as shown in Table 1, it was confirmed that the nanostructure formed of the oligopeptide according to the present invention lowered the freezing point of water.

실시예 6. RI activityExample 6. RI activity

RI activity (Recrystallization inhibition activity)는 Olympus BX51 uplight microscope와 연결된 Linkam TMHS600 cold stage (Linkam scientific instruments, Surrey, UK)을 이용하여 수크로오스를 이용하는 Smallwood 방법을 시행하였다. 30%의 수크로오스에 2㎕의 시료를 넣은 후 두 유리커버 사이에 놓았다. 온도는 90℃의 속도로 -80℃까지 내린 후 1분 동안 유지하였다. 그리고 -6℃로 조정하고 60분 동안 유지하였다. For RI activity (Recrystallization inhibition activity), the Smallwood method using sucrose was performed using a Linkam TMHS600 cold stage (Linkam scientific instruments, Surrey, UK) connected to an Olympus BX51 uplight microscope. After putting 2 μl of the sample in 30% sucrose, it was placed between two glass covers. The temperature was lowered to -80°C at a rate of 90°C and maintained for 1 minute. Then, the temperature was adjusted to -6°C and maintained for 60 minutes.

그 결과, 도 5에 개시된 바와 같이 증류수에서의 단일 얼음 결정 성장과 올리고펩티드 자기조립 물질이 포함된 수용액에서의 얼음 결정 성장 형태는 완전히 상이하며, 아미노산의 종류에 따라서 얼음 결정의 성장 모습이 확연하게 다름을 확인하였다 (도5). 이는 본 발명에 따른 나노구조체가 얼음의 재결정화를 억제시키는 활성이 있음을 나타내는 것이다. As a result, as shown in FIG. 5 , the growth of single ice crystals in distilled water and the growth of ice crystals in an aqueous solution containing an oligopeptide self-assembled material are completely different, and the growth of ice crystals is clearly different depending on the type of amino acid. The difference was confirmed (Fig. 5). This indicates that the nanostructures according to the present invention have an activity of inhibiting recrystallization of ice.

실시예 7. 세포동결보존실험 Example 7. Cell cryopreservation experiment

HUVEC cells subculture를 통해 5x104개 세포 이상 확보 (n=1 : 1x 104개 세포), Freezing solution [FBS(9 ml)+DMSO(1 ml)]을 제조하였다. 1 ml를 취한 후 1x104개 pellet 상태로 있는 세포에 첨가하였다(in falcon tube). 세포가 들어 있는 Freezing solution 1ml를 vial에 옮긴 후 Freezing container에 넣었다(1 vial 당 [1x10^5개/Freezing solution 1 ml] 총 5개). Container를 통해 vial 의 온도를 급속 냉동고 (deepfreezer)에서 -1℃/min 속도로 -80℃까지 냉각시키고, 1 day 후 액체 질소통으로 옮겨 보관하였으며, 일정기간(1일, 3일, 10일)이 지난 후 해동 시 37℃의 온수조에서 2 mins동안 Freezing solution 녹인 후 1000 rpm으로 5 mins간 원심분리하여 세포를 수거한 후, 세포 수에 맞는 적당한 Dish에 seeding 하였다: 1) stock vial를 water bath에 2분간 녹였다. 2) 세포가 들어있는 freezing solution를 15 ml tube에 옮기고 9 ml media와 섞어주었다. 3) 1000 rpm으로 5분간 원심분리 후 상층액을 제거하므로써 Freezing solution 제거해주었다. 4) cell pellet에 fresh media를 넣고 cell count 후 dish에 seeding였다. By subculture of HUVEC cells, more than 5x10 4 cells were secured (n=1 : 1x 10 4 cells), and a freezing solution [FBS (9 ml) + DMSO (1 ml)] was prepared. After taking 1 ml, 1x10 4 pellets were added to the cells (in falcon tube). 1ml of the freezing solution containing cells was transferred to a vial and placed in a freezing container ([1x10^5ea/Freezing solution 1ml] total 5ea per vial). Through the container, the temperature of the vial was cooled to -80°C at a rate of -1°C/min in a deepfreezer, and after 1 day, it was transferred to a liquid nitrogen container and stored for a certain period (1 day, 3 days, 10 days). After thawing, the freezing solution was dissolved in a hot water bath at 37°C for 2 mins, and the cells were collected by centrifugation at 1000 rpm for 5 mins. thawed for 2 minutes. 2) The freezing solution containing the cells was transferred to a 15 ml tube and mixed with 9 ml media. 3) After centrifugation at 1000 rpm for 5 minutes, the freezing solution was removed by removing the supernatant. 4) Fresh media was put into the cell pellet, and after cell counting, the dish was seeded.

MTS를 통해 cell viability 측정하였으며, one solution MTS 용액으로 교체하여 cell viability를 측정하였으며, 그 결과는 도 6 및 도 7에 도시하였다. Cell viability was measured through MTS, and cell viability was measured by replacing it with one solution MTS solution, and the results are shown in FIGS. 6 and 7 .

5개의 알라닌, 발린, 타이로신, 또는 쓰레오닌으로 구성된 올리고펩티드의 나노구조체 및 10개의 알라닌, 발린, 타이로신, 또는 쓰레오닌으로 구성된 올리고펩티드의 나노구조체는 모두 음성 대조군 (결빙 억제제를 투여하지 않은 군)에 비하여 현저하게 높은 결빙 억제 효능이 나타남을 확인 하였다. 또한, 결빙 억제 효능이 잘 알려진 DMSO 치리군과 비교할 때에도 타이로신으로 제조된 나노구조체를 제외한 모든 군에서 유의적으로 세포 생존률이 높게 나타남을 확인하였다. 타이로신으로 구성된 나노구조체의 경우, 비록 DMSO에 비하여 낮은 세포 생존률을 나타내었으나, 본 발명의 나노구조체는 세포 독성이 실질적으로 없거나, DMSO에 비하여 현저히 낮다는 점을 고려할 때, 세포, 조직, 또는 장기의 동결건조 시 유용하게 활용될 수 있음을 시사한다. The nanostructures of the oligopeptide composed of 5 alanine, valine, tyrosine, or threonine and the nanostructure of the oligopeptide composed of 10 alanine, valine, tyrosine, or threonine were all negative controls (without antifreeze administration). group), it was confirmed that a significantly higher anti-freeze effect was observed. In addition, it was confirmed that the cell viability was significantly higher in all groups except for the nanostructures made of tyrosine, even when compared to the DMSO treatment group, which has a well-known anti-freeze efficacy. In the case of the nanostructure composed of tyrosine, although it exhibited a low cell viability compared to DMSO, the nanostructure of the present invention has substantially no cytotoxicity, considering that it is significantly lower than that of DMSO, cells, tissues, or organs This suggests that it can be usefully used during freeze-drying.

Claims (11)

(X)n으로 표시되는 복수개 올리고펩티드의 자기조립 구조체를 포함하는, 세포 및 조직의 동결보존용 조성물:
상기 X는 Ser, Asp, Glu, Cys, Ala, Val, Tyr, 및 Thr으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산이고,
상기 n은 2 내지 15의 정수이다.
(X) A composition for cryopreservation of cells and tissues comprising a self-assembled construct of a plurality of oligopeptides represented by n:
wherein X is at least one amino acid selected from the group consisting of Ser, Asp, Glu, Cys, Ala, Val, Tyr, and Thr;
Said n is an integer of 2 to 15.
청구항 1에 있어서, 상기 X는 Ala, Val, Tyr, 및 Thr로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인, 조성물. The composition of claim 1, wherein X is any one selected from the group consisting of Ala, Val, Tyr, and Thr. 청구항 1에 있어서, 상기 n은 5 내지 10의 정수인, 조성물. The composition of claim 1, wherein n is an integer from 5 to 10. 청구항 1에 있어서, 상기 세포는 원핵 세포, 진핵 세포, 미생물, 동물 세포, 암 세포, 정자, 난자, 성체 줄기 세포, 배아 줄기 세포, 역분화 줄기 세포, 제대혈, 백혈구, 적혈구, 혈소판, 신장 세포, 간 세포, 또는 근육 세포인, 조성물.The method according to claim 1, wherein the cell is a prokaryotic cell, a eukaryotic cell, a microorganism, an animal cell, a cancer cell, a sperm, an egg, an adult stem cell, an embryonic stem cell, a retrodifferentiated stem cell, umbilical cord blood, a leukocyte, a red blood cell, a platelet, a kidney cell, liver cells, or muscle cells. (X)n으로 표시되는 복수개 올리고펩티드의 자기조립 구조체를 포함하는, 결빙 제어용 조성물:
상기 X는 Ser, Asp, Glu, Cys, Ala, Val, Tyr, 및 Thr으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산이고,
상기 n은 2 내지 15의 정수이다.
(X) A composition for controlling freezing, comprising a self-assembled structure of a plurality of oligopeptides represented by n:
wherein X is at least one amino acid selected from the group consisting of Ser, Asp, Glu, Cys, Ala, Val, Tyr, and Thr;
Said n is an integer of 2 to 15.
청구항 5에 있어서, 상기 X는 Ala, Val, Tyr, 및 Thr로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인, 조성물. The composition of claim 5, wherein X is any one selected from the group consisting of Ala, Val, Tyr, and Thr. 청구항 5에 있어서, 상기 n은 5 내지 10의 정수인, 조성물. The composition of claim 5, wherein n is an integer from 5 to 10. 청구항 5에 있어서, 얼음의 재결정화를 억제하거나, 물의 어는점을 낮추거나, 얼음의 재결정화를 억제하고 물의 어는점을 낮추는, 조성물. The composition of claim 5 , wherein the composition inhibits recrystallization of ice, lowers the freezing point of water, or inhibits recrystallization of ice and lowers the freezing point of water. (X)n으로 표시되는 복수개 올리고펩티드의 자기조립 구조체를 포함하는, 식품의 동결보존용 조성물:
상기 X는 Ser, Asp, Glu, Cys, Ala, Val, Tyr, 및 Thr으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산이고,
상기 n은 2 내지 15의 정수이다.
(X) A composition for cryopreservation of food, comprising a self-assembled construct of a plurality of oligopeptides represented by n:
wherein X is at least one amino acid selected from the group consisting of Ser, Asp, Glu, Cys, Ala, Val, Tyr, and Thr;
Said n is an integer of 2 to 15.
청구항 9에 있어서, 상기 X는 Ala, Val, Tyr, 및 Thr로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인, 조성물. The composition of claim 9, wherein X is any one selected from the group consisting of Ala, Val, Tyr, and Thr. 청구항 9에 있어서, 상기 n은 5 내지 10의 정수인, 조성물. The composition of claim 9, wherein n is an integer from 5 to 10.
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