JP2023527886A - エンカプスリン基盤のワクチンの生産のための組換え発現ベクター及びその製造方法 - Google Patents

エンカプスリン基盤のワクチンの生産のための組換え発現ベクター及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、エンカプスリンタンパク質及びこれを含む融合タンパク質に関するもので、より詳しくは、目的タンパク質、エンカプスリンタンパク質及びRID(RNA interacting domain)タンパク質をコーディングするポリヌクレオチドを含むことによって、目的タンパク質の発現効率を増進させて高効率で水溶性のワクチンを生産することができ、大きいサイズの目的タンパク質を用いることができる、ワクチン生産用組換え発現ベクター及びその製造方法に関する。

Description

本発明は、目的タンパク質の発現効率を増進させるためのエンカプスリンタンパク質及びこれを含む融合タンパク質に関し、より詳しくは、目的タンパク質、エンカプスリンタンパク質及びRID(RNA interacting domain)タンパク質をコーディングするポリヌクレオチドを含むことによって、高効率で水溶性のワクチンを生産することができ、大きいサイズの目的タンパク質を用いることができる、ワクチン生産用組換え発現ベクター及びその製造方法に関する。
最近、急増する感染性疾患に対する効率的な対応のための新規予防ワクチンの開発と身体が既に有している疾病(ウイルス、癌など)と闘うのを助ける治療用ワクチンの開発が活発に行われている。予防ワクチン(Prophylactic Vaccines)は、健康な一般人を対象とした疾病の予防のためのワクチンであって、病源菌を注入して免疫反応を誘発するワクチンを言い、治療ワクチン(Therapeutic Vaccine)は、疾病を保有している患者を対象として疾病の治療のために免疫体系を強化(self-antigen注入など)するワクチンであって、癌、アルツハイマー病などにおいて治療剤となり得る可能性によって多くの研究開発が推進中である。
伝統的なワクチンは、病源菌自体を培養する工程を基盤として長期間の継代培養を通じて毒性が弱化した弱毒化(attenuated)菌株又は化合物処理を通じて不活化(inactivated)した菌株を用いて製造されて来た。しかし、この場合、開発と製造期間が過度に長く、培養が難しい病源菌に対するワクチン開発には適用が不可能であるという短所がある。
病源菌自体の培養に影響を受けず、より効果的なワクチンの製造のために、病源菌成分のうち特定部位のタンパク質や変性した毒素のみを抗原に用いるサブユニット(subunit)ワクチンの開発が行われた。この場合、より高い安全性が確保されるという長所はあるが、相対的に低い免疫原性により多回投与と別途の免疫増強剤(adjuvant)が必要であるという短所も有している。
急増する新・変種ウイルス感染病に対するより安全で高い効能を有したワクチンの迅速な開発のために、最近、ウイルス様粒子(VLP、Viruslike Particle)ワクチンの製造方法が開発され、培養細胞を用いた感染性ウイルスの直接生産に基づいた既存ワクチン生産技術の限界点を飛び越えられる次世代ワクチンの製造技術として脚光を浴びている。
ウイルス様粒子(VLP)は、ウイルス構造タンパク質を野生型ウイルスと外形が類似する構造を示すように特異的に発現させたものであって、非常に複雑で精巧な構造物である。直径20~100nmのサイズを有し、多様な種類の遺伝子組換えタンパク質の発現システムを用いて既に配列が知られているウイルスの構造タンパク質を特異的に発現した後、重合体形成(virion assembly)を通じて生産が可能である。
実際の感染性ウイルスと類似する構造と同一の外形を備えると共にウイルス由来の遺伝子がないので、増殖は不可能である一方、高密度の定配列の抗原表出(high-density & highly ordered conformation)を通じて高い免疫原性を誘導する。野生型ウイルスとその構造が類似するため、体内でT-細胞、B-細胞の免疫経路を両方とも刺激できるという長所がある。また、形成された構造物内に遺伝物質がないので、感染能力がなくて高い安全性を有するという点と優れた構造的安定性を示すことが特徴である。しかし、その構造が複雑で且つウイルス別に大きく相異なっている特性を示すので、複雑な製造工程が必要であるか低い生産性などの理由により実際の商業用ワクチンとして許可されたVLPはわずかな事例に過ぎないのが実情である。
より改善されたVLP基盤ワクチンの製造のために、重合体構造をよく形成するVLP構造体に外部病源菌の抗原を導入した融合ウイルス様粒子(chimeric VLP)の製造技術が開発され、多様な病源菌を対象とするワクチン開発に活用されて来た。これは、他の特定ウイルスの構造タンパク質又は自己組織化(selfassembling)タンパク質で構成されたVLP基盤構造の表面に外部病源菌の抗原を表出させた形態をしている。VLP基盤構造に外部抗原を導入するためには、化学的結合(chemical conjugation)又は遺伝的融合(genetic fusion)方式が用いられる。化学的結合(chemical conjugation)方式は、既に製造されたVLP基盤構造に別に製造された外部抗原を共有結合を通じて化学的に融合させるものであって、一定な方向への抗原定配列が困難であり、表出される抗原の密集度が相対的に低いという短所が指摘されている。一方、遺伝的融合(genetic fusion)方式の場合は、VLP構造形成タンパク質の遺伝子と目的抗原タンパク質の遺伝子をDNAレベルで融合発現させることによって、より単純な工程で融合ウイルス様粒子(chimeric VLP)の製造が可能であるという長所がある。ただし、この場合は、10~20個以下のアミノ酸で構成された非常に小さいサイズの外部抗原のみ導入が可能であり、それより大きい場合、構造的な限界性による立体的干渉現象(steric hindrance)のため構造タンパク質による重合体形成が阻害される。特に、高効率迅速生産のために大腸菌で発現させる場合、適切なフォールディング(folding)が行われないため、不溶性のInclusion bodyを形成することになり、VLPの製造が不可能となる。
本発明者らは、以前の研究でARSNTD(aminoacyl RNA synthetase Nterminal domain)を含むRID(RNA interaction domain)を結合パートナーに用いたとき、多様なタンパク質のタンパク質フォールディング及び水溶性の増加に関与するという点を明らかにしたことがある。
本発明では、エンカプスリン(encapsulin)タンパク質の自己組織化(selfassembly)を通じて作られるVLP構造に、以前には不可能であった大きいサイズの目的抗原タンパク質をより効率的で安定的に表出するために、RNA-interaction domain(RID)を新規融合パートナーに用いることによって、エンカプスリンと目的抗原の融合タンパク質を高効率水溶性に発現させ得るようになった。前記融合タンパク質は、refolding過程を経る必要なく精製後に自己組織化(assembly)を通じて大量の融合ウイルス様粒子(chimeric VLP)の迅速な生産を可能にすることを確認し、本発明を完成した。
本発明の目的は、大きいサイズの目的タンパク質をより効率的で安定的に表出でき、エンカプスリンタンパク質と目的タンパク質の融合タンパク質を高効率で水溶性発現させ得るベクターを提供することであり、ロタウイルス又は子宮頸部癌ウイルスなどのウイルス抗原タンパク質を目的タンパク質に用いて腸炎又は子宮頸部癌などの予防又は治療に用いられる融合タンパク質を提供することである。
本発明の他の目的は、デングウイルス又はコロナウイルスなどのウイルス抗原タンパク質を目的タンパク質に用いてデングウイルスによるデング熱又はコロナウイルスによる呼吸器感染症などの予防又は治療に用いられる融合タンパク質を提供することである。
上述した課題を解決するために、本発明は、エンカプスリンタンパク質及び目的タンパク質をコーディングするポリヌクレオチドを含むワクチン生産用組換え発現ベクターを提供する。
また、本発明は、目的タンパク質、エンカプスリンタンパク質及びRID(RNA interacting domain)タンパク質をコーディングするポリヌクレオチドを含む、ワクチン生産用組換え発現ベクターを提供する。
本発明の一実施例によると、前記ポリヌクレオチドは、RIDの切断のためにTEVタンパク質を追加でコーディングすることができる。
また、本発明は、目的タンパク質、エンカプスリンタンパク質及びRID(RNA interacting domain)タンパク質を含む融合タンパク質を提供する。
本発明の一実施例によると、前記目的タンパク質は、エンカプスリンタンパク質のC-末端に連結され得る。
また、本発明は、a)目的タンパク質;エンカプスリンタンパク質;及びRIDタンパク質;をコーディングするポリヌクレオチドを含むウイルスワクチン生産用組換え発現ベクターを生産する段階、b)前記発現ベクターを宿主細胞に導入して形質転換体を生産する段階及びc)前記形質転換体を培養して組換え融合タンパク質の発現を誘導し、これを収得する段階を含むワクチン生産方法を提供する。
本発明の一実施例によると、前記RIDタンパク質は、生産されるワクチンの発現量の増加又は水溶性を増加させるための融合パートナーとして用いられ得る。
本発明の他の実施例によると、前記RIDタンパク質は、配列番号12、配列番号13又は配列番号14のアミノ酸配列又はその一部配列を含むことができる。
本発明のまた他の実施例によると、前記発現ベクターに形質転換された宿主細胞が提供され、本発明において宿主細胞は、大腸菌(E. coli)を用いることができる。
本発明の一実施例によると、前記エンカプスリンタンパク質は、配列番号1のアミノ酸配列又はその一部配列を含むことができる。
本発明の他の実施例によると、前記目的タンパク質は、ウイルス抗原タンパク質、抗体、細胞受容体、酵素、構造タンパク質、血清及び細胞タンパク質からなる群より1種以上選択され得る。
本発明のまた他の実施例によると、前記ウイルス抗原タンパク質は、子宮頸部癌ウイルス抗原タンパク質、ロタウイルス(Rotavirus)抗原タンパク質、コロナウイルス抗原タンパク質又はデングウイルス抗原タンパク質であってもよい。
本発明の一実施例によると、前記目的タンパク質、エンカプスリンタンパク質及びRID(RNA interacting domain)タンパク質の間には、少なくとも一つのリンカータンパク質が位置し、前記リンカータンパク質は、配列番号15、配列番号16、配列番号17、配列番号18、配列番号19又は配列番号20の遺伝子配列を含むことができる。
本発明によって製造された融合タンパク質は、大きいサイズの目的タンパク質をより効率的で安定的に表出し得るという長所がある。
本発明の一実施例によると、新規融合パートナーとしてRIDを含むことによってエンカプスリンと目的タンパク質の融合タンパク質を高効率で水溶性発現させ得るという長所がある。
本発明によって製造された融合タンパク質は、野生型ウイルスと構造が類似して体内でT-細胞及びB-細胞の免疫経路を全て刺激し得るので、免疫効果が大きい。
本発明によって製造された融合タンパク質は、目的タンパク質をロタウイルス抗原タンパク質にすることができ、これを用いて腸炎を予防又は治療することができる。
本発明によって製造された融合タンパク質は、目的タンパク質をデングウイルス抗原タンパク質にすることができ、これを用いてデング熱を予防又は治療することができる。
本発明によって製造された融合タンパク質は、目的タンパク質をコロナウイルス抗原タンパク質にすることができ、これを用いてコロナウイルス感染症を予防又は治療することができる。
本発明によって製造された融合タンパク質は、目的タンパク質を子宮頸部癌ウイルス抗原タンパク質にすることができ、これを用いて子宮頸部癌を予防又は治療することができる。
本発明のワクチン生産方法によると、大量の融合タンパク質を迅速に生産してワクチンの生産時間を短縮することができる。
図1は、本発明の一実施例によるエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質生産用組換え発現ベクターの模式図と高効率水溶性タンパク質の発現結果である。
図1の(a)は、PDBを用いて予測したエンカプスリン(Encapsulin)のタンパク質構造である。 図1の(b)は、pET9a-Encapsulin組換え発現ベクターの構造を示した模式図である。 図1の(c)は、前記発現ベクターを用いてエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質の高効率水溶性の発現有無をSDSPAGEで確認した結果である。
図2の(a)は、本発明の実施例によって発現されたEncapsulin-Linkerタンパク質をニッケル親和性クロマトグラフィーを通じて精製したときのクロマトグラム結果であり、 図2の(b)は、Encapsulin-Linkerタンパク質の分離様相をSDS-PAGEで確認した結果である。 図2の(c)は、ニッケル親和性クロマトグラフィーで溶出したエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質をイオン樹脂交換クロマトグラフィーを通じて精製したときのクロマトグラム結果であり、 図2の(d)は、ニッケル親和性クロマトグラフィーで溶出したエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質の精製様相をSDS-PAGEで確認した結果である。
図3の(a)は、精製されたエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質をサイズ排除クロマトグラフィーを進行した後の溶出グラフである。 図3の(b)は、サイズ排除クロマトグラフィーを行った後のエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質の分離様相をSDS-PAGEで確認した結果である。 図3の(c)及び3の(d)は、精製されたエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質粒子の直径分布をDLS(Dynamic Light Scattering)を通じて分析した結果である。 図3の(e)は、精製されたエンカプスリン(Encapsulin)基盤のVLP(Virus-like particle)の全体的な外形を透過電子顕微鏡(TEM)を通じて確認した結果である。
図4の(a)は、本発明の実施例によるロタウイルスVP8*を表出するエンカプスリン(Encapsulin)基盤のウイルス様粒子を製造するために発現量及び水溶性増進融合パートナーであるRIDと適正配列の酵素切断部位及び連結部位をEncapsulin RV VP8*融合タンパク質に適用して発現する戦略を示した図である。 図4の(b)は、図4の(a)に該当する発現ベクターの構造を示し、発現量及び水溶性増進融合パートナーであるMSAVKAA-RID及びTEV Cleavageの効率のための追加配列を挿入したpET9a-MSAVKAA-RIDLinker-TEV-Linker-Encapsulin-Linker-Rotavirus VP8*のベクター構造に該当する。 図4の(c)は、本発明のペプチドで発現量及び水溶性増進融合パートナーであるRIDを適用したとき、エンカプスリン(Encapsulin)タンパク質と抗原タンパク質の融合タンパク質が融合発現に及ぼす影響を示すSDS-PAGE結果である。エンカプスリン(Encapsulin)とEncapsulin-Linker-VP8*に対する相対的発現量の変化を確認することができ、Encapsulin-Linkerが組換えとなっているタンパク質(サイズ32.1kDa)とナノプラットフォームとしての役目を確認するためのロタウイルス(Rotavirus、RV)の抗原であるVP8*がそのC末端に結合されたEncapsulin-Linker-VP8*組換えタンパク質(サイズ50.3kDa)の発現結果である。 図4の(d)の場合は、本発明の実施例によってRIDとエンカプスリン(Encapsulin)の間に適用したTEV切断部位をTEV酵素を処理した後にイオン交換樹脂で精製するとき、タンパク質の分離様相と純度をSDSPAGEを通じて確認した結果である。 図4の(e)は、本発明の一実施例によって製造されたワクチン生産用組換え発現ベクターのロタバイロスタイプ別発現様相を確認した結果である。
図5の(a)は、精製されたエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質と抗原タンパク質の融合タンパク質により形成されたVLPの全体的な直径分布をDLS(Dynamic Light Scattering)を通じて分析した結果である。 図5の(b)は、目的タンパク質が表面に表出されたエンカプスリン(Encapsulin)基盤のVLP(Virus-like particle)の全体的な外形を透過電子顕微鏡(TEM)を通じて確認した結果である。
図6の(a)は、本発明の一実施例による試料をマウスに接種した後の血清獲得までの日程と本発明の一実施例によってマウスに注入された試料の組成及び含量表である。 図6の(b)は、エンカプスリンと目的タンパク質の融合タンパク質により形成されたVLPを接種した動物実験群から得た血清内の目的タンパク質の特異抗体反応を測定するために酵素結合免疫沈降分析法(ELISA(enzyme-linked immunosorbent assay))で分析した結果である。
図6の(c)は、エンカプスリンと目的タンパク質の融合タンパク質で構成されたVLPを接種した後に収得した血清内の目的タンパク質の特異抗体力価を酵素結合免疫沈降分析法(ELISA(enzyme-linked immunosorbent assay))で分析した結果である。一番目の図示結果は、ELISA plateに組換えタンパク質であるP2-VP8*タンパク質を吸着させた後、それに反応する接種動物血清内の特異抗体価を測定した結果であり、二番目の図示結果は、ELISA plateにHuman RotavirusであるWa Strain自体を吸着させた後に得た結果である。
図6の(d)は、エンカプスリンと目的タンパク質の融合タンパク質で構成されたVLPを3回接種した後、2ヶ月が経過した後に収得した血清内の目的タンパク質の特異抗体力価を測定した図であって、まず、ELISA plateにHuman RotavirusであるWa Strain自体を吸着させた後に接種動物の血清を反応させる酵素結合免疫沈降分析法(ELISA(enzyme-linked immunosorbent assay))で分析した結果である。
図6の(e)は、目的タンパク質が受容体であるHBGAと結合する能力を測定するためにHBGA Binding Assay構成要素及び分析過程を示した図であり、 図6の(f)は、目的タンパク質と受容体(Led(H type1))の間の結合を測定した結果である。
図6の(g)は、エンカプスリンと目的タンパク質の融合タンパク質により形成されたVLPを接種した動物実験群の血清内の目的タンパク質の特異抗体が目的タンパク質と受容体の間の結合を阻害する能力を測定するためのHBGA Blocking Assay構成要素及び分析過程を示した図であり、 図6の(h)は、目的タンパク質と受容体(Led(H type1))の間の結合が免疫血清により阻害される程度を測定した結果であり、 図6の(i)は、これを各実験群の免疫血清が目的タンパク質と受容体間の結合を50%阻害する希釈倍数(BT50)を測定した値である。
図7の(a)は、本発明の実施例によるヒトパピローマウイルスのアミノ酸の配列を有するペプチドであるE7 LPとエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質をコーディングするポリヌクレオチド及びこれによって製造されたワクチンの模式図である。 図7の(b)は、図7の(a)に該当する発現ベクターの構造を示し、発現量及び水溶性増進融合パートナーであるMSAVKAA-RID及びTEV Cleavageの効率のための追加配列を挿入したpET9a-MSAVKAA-RID-Linker-TEV-Linker-Encapsulin-Linker-Rotavirus E7 LPのベクター構造のイメージである。発現量及び水溶性の増進融合パートナーであるRIDを適用したとき、エンカプスリン(Encapsulin)タンパク質と目的タンパク質の融合タンパク質の融合発現に及ぼす影響を図7の(c)及び図7の(d)の結果を通じて確認した。 図7の(c)は、ヒトパピローマウイルス(Human papillomavirus、HPV)Type16の抗原であるE7 LPがC末端に結合したEncapsulin-Linker-E7組換えタンパク質(サイズ36.1kDa)のSDS-PAGE結果である。 図7の(d)は、RIDをEncapsulin-Linker-HPV E7 LPのN-末端に追加した後に発現してタンパク質の水溶性及び発現量の変化をSDS-PAGEで確認した結果である。これを通じて、ロタウイルスと同様にヒトパピローマウイルスの抗原をC-末端に追加した場合でも融合パートナーであるRIDの必要性を確認した。
図8の(a)は、本発明の実施例によって発現されたEncapsulin-Linker-HPV E7 LPタンパク質をニッケル親和性クロマトグラフィーを通じて精製したときのクロマトグラム結果であり、 図8の(b)は、Encapsulin-Linker-HPV E7 LPタンパク質の分離様相をSDS-PAGEで確認した結果である。 図8の(c)は、ニッケル親和性クロマトグラフィーでEncapsulin-Linker-HPV E7 LPタンパク質融合体をイオン樹脂交換クロマトグラフィーを通じて精製したときのクロマトグラム結果であり、 図8の(d)は、Encapsulin-Linker-HPV E7 LPタンパク質の精製様相をSDSPAGEで確認した結果である。
図9の(a)は、本発明で進行されたEncapsulin-Linker-HPV E7 LPタンパク質の発現からTEV酵素処理及びイオン交換樹脂クロマトグラフィーに至るまでの精製過程での融合タンパク質の精製様相及び純度を確認したSDS-PAGE結果である。 図9の(b)は、精製されたエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質-目的タンパク質融合体のVLPの全体的な直径分布を確認するためにDLS(Dynamic Light Scattering)を通じて分析した結果を示した図である。 図9の(c)は、精製された透過電子顕微鏡(TEM)を通じて表面に目的タンパク質が表出されたエンカプスリン(Encapsulin)基盤の融合タンパク質のVLPの全体的な外形を確認した結果である。
図10の(a)は、本発明の実施例によるコロナウイルスRBD抗原を表出するエンカプスリン(Encapsulin)基盤のウイルス様粒子を製造するために発現量及び水溶性の増進融合パートナーであるRIDと適正配列の酵素切断部位及び連結部位をEncapsulin CoV RBD融合タンパク質に適用して発現する戦略を示した図である。 図10の(b)は、図10の(a)に該当する発現ベクターの構造を示し、発現量及び水溶性の増進融合パートナーであるMSAVKAA-RID及びTEV Cleavage効率のための追加配列を挿入したpET9a-MSAVKAA-RID-Linker1-TEV-Linker2-Encapsulin-Linker3(3-2)-Coronavirus RBDのベクター構造に該当する。
図11は、発現量及び水溶性増進融合パートナーであるRIDの適用有無によるエンカプスリン(Encapsulin)と目的タンパク質の融合タンパク質の水溶性発現に及ぼす影響を確認した結果である。エンカプスリンのC末端にコロナウイルス(2019-nCoronavirus、CoV)の抗原であるRBD(サイズ23.6kDa)を融合したタンパク質の場合、タンパク質は不溶性発現様相を示す一方、そのN-末端にRIDを融合して発現させれば大部分が水溶性で発現することを確認した結果をSDS-PAGEを通じて確認した。
図12の(a)は、本発明の実施例によって発現されたRID-Encapsulin-Linker3(3-2)-CoV RBDタンパク質(サイズ66.4kDa)をニッケル親和性クロマトグラフィーを通じて精製したときのクロマトグラム結果であり、 図12の(b)は、RID-Encapsulin-Linker3(3-2)-CoV RBDタンパク質の分離様相をSDS-PAGEで確認した結果である。 図12の(c)は、ニッケル親和性クロマトグラフィーでN-末端のRIDとTEV切断部位を分離してEncapsulin-Linker3(3-2)-CoV RBDタンパク質融合体を精製したときのクロマトグラム結果であり、 図12の(d)は、Encapsulin-Linker3(3-2)-CoV RBDタンパク質をTEV酵素処理及び2次ニッケル親和性クロマトグラフィーに至るまでの精製過程での融合タンパク質の精製様相及び純度を確認したSDS-PAGE結果である。 図12の(e)は、ニッケル親和性クロマトグラフィーでEncapsulin-Linker3(3-2)-CoV RBDタンパク質融合体をイオン交換樹脂クロマトグラフィーを通じて精製したときのクロマトグラム結果であり、 図12の(f)は、融合タンパク質の精製様相及び純度を確認したSDS-PAGE結果である。
図13の(a)は、精製されたエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質-目的タンパク質融合体のVLPの全体的な直径分布を確認するためにDLS(Dynamic Light Scattering)を通じて分析した結果を示した図である。 図13の(b)は、精製された透過電子顕微鏡(TEM)を通じて表面に目的タンパク質が表出されたエンカプスリン(Encapsulin)基盤の融合タンパク質のVLPの全体的な外形を確認した結果である。
図14の(a)は、本発明の実施例によるデングウイルスのEDIII抗原タンパク質を表出するエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質基盤のウイルス様粒子及びこれによって製造されたワクチンの模式図である。 図14の(b)は、図14(a)に該当する発現ベクターの構造を示し、発現量及び水溶性の増進融合パートナーであるMSAVKAA-RID及びTEV Cleavageの効率のための追加配列を挿入したpET9a-MSAVKAA-RID-Linker1-TEV-Linker2-Encapsulin-Linker3-Dengue virus EDIIIベクター構造のイメージである。発現量及び水溶性の増進融合パートナーであるRIDを適用したとき、エンカプスリン(Encapsulin)タンパク質と目的タンパク質の融合タンパク質の融合発現に及ぼす影響を図15及び図16の結果を通じて確認した。
図15は、発現量及び水溶性の増進融合パートナーであるRIDの適用有無によるエンカプスリン(Encapsulin)と目的タンパク質の融合タンパク質の水溶性発現に及ぼす影響を確認した結果である。エンカプスリンのC末端にデングウイルス(Dengue virus、DENV)の抗原であるEDIII(サイズ11.4kDa)を融合したタンパク質の場合、タンパク質は不溶性発現様相を示す一方、そのN-末端にRIDを融合して発現させると大部分が水溶性で発現することを確認した結果をSDS-PAGEを通じて確認した。
図16の(a)は、本発明の実施例によって発現されたRID-Encapsulin-Linker3(3-2)-DENV EDIIIタンパク質(サイズ53.1kDa)をニッケル親和性クロマトグラフィーを通じて精製したときのクロマトグラム結果であり、 図16の(b)は、RID-Encapsulin-Linker3(3-2)-DENV EDIIIタンパク質の分離様相をSDS-PAGEで確認した結果である。 図16の(c)は、ニッケル親和性クロマトグラフィーでN-末端のRIDとTEV切断部位を分離してEncapsulin-Linker3(3-2)-DENV EDIIIタンパク質融合体を精製したときのクロマトグラム結果であり、 図16の(d)は、Encapsulin-Linker3(3-2)-DENV EDIIIタンパク質をTEV酵素処理及び2次ニッケル親和性クロマトグラフィーに至るまでの精製過程での融合タンパク質の精製様相及び純度を確認したSDS-PAGE結果である。 図16の(e)は、ニッケル親和性クロマトグラフィーでEncapsulin-Linker3(3-2)-DENV EDIIIタンパク質融合体をイオン交換樹脂クロマトグラフィーを通じて精製したときのクロマトグラム結果であり、 図16の(f)は、融合タンパク質の精製様相及び純度を確認したSDS-PAGE結果である。
図17の(a)は、精製されたエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質-目的タンパク質融合体のVLPの全体的な直径分布を確認するためにDLS(Dynamic Light Scattering)を通じて分析した結果を示した図である。 図17の(b)は、精製された透過電子顕微鏡(TEM)を通じて表面に目的タンパク質が表出されたエンカプスリン(Encapsulin)基盤の融合タンパク質のVLPの全体的な外形を確認した結果である。
以下、本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する後述する実施例を参照すれば明確になる。しかし、本発明は、以下で開示する実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現され得、ただし、本実施例は、本発明の開示が完全となるようにし、本発明が属する技術分野において通常の知識を有した者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇によって定義される。明細書全体にわたって同一参照符号は同一構成要素を指称する。
別に定義しない限り、本明細書で使用される全ての用語(技術及び科学的用語を含む)は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有した者が共通的に理解できる意味で使用され得る。また、一般的に使用される辞典に定義されている用語は、明白に別に定義されていない限り、理想的に又は過度に解釈されない。本明細書で使用された用語は、実施例を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書で、単数形は文句で別に言及しない限り、複数形も含む。
本発明は、エンカプスリンタンパク質及び目的タンパク質をコーディングするポリヌクレオチドを含む、ワクチン生産用組換え発現ベクターを提供する。
本明細書で「エンカプスリンタンパク質」は、目的タンパク質に融合されて一緒に発現することによってタンパク質の発現効率を増進させ得る。本発明の一実施例によると、前記エンカプスリンタンパク質は、配列番号1のアミノ酸配列又はその一部配列を含む。
本発明に用いられたエンカプスリン(encapsulin)タンパク質は、Thermotoga maritima、Pyrococcus furiosus、Myxococcus xanthusなどから収得し得、最も好ましくは、Thermotoga maritimaから収得し得る。Thermotoga maritimaから収得したエンカプスリン(encapsulin)タンパク質を用いる場合、小さいサイズのパーティクル(particle)を形成することができるので、ワクチンとして使うのに一層有利である。
本発明のエンカプスリン(encapsulin)タンパク質は、約60余個が自己組織化されて直径30~32nmサイズのパーティクル(particle)を形成することができる。これは、pH変化と温度変化にも安定的な形態を維持し得るという長所がある。したがって、多様なカーゴ(cargo)タンパク質又は物質を搭載し得、露出された表面domain(好ましくは、C-terminal)に多様な抗原を付着し得る。本発明の一実施例によって製造された組換え発現ベクターは、エンカプスリン(encapsulin)タンパク質を用いることによって、バクテリア以外に多様な酵母又は培養細胞でも発現、自己組織化が可能である。
本明細書で用いられた用語「目的タンパク質(target protein)」は、当業者が大量に生産しようとするタンパク質であって、組換え発現ベクターに前記タンパク質を暗号化するポリヌクレオチドを挿入して宿主細胞で発現可能なタンパク質を意味する。
本発明の一実施例によると、前記目的タンパク質は、ウイルス抗原タンパク質、抗体、細胞受容体、酵素、構造タンパク質、血清及び細胞タンパク質を含む。本発明の好ましい一実施例によると、前記ウイルス抗原タンパク質は、配列番号2~配列番号10の遺伝子配列のうちいずれか一つの遺伝子配列又はその一部配列を含む。
本発明によると、目的タンパク質に該当するウイルス抗原タンパク質には、ロタウイルス抗原タンパク質、子宮頸部癌ウイルス抗原タンパク質が含まれるが、これに制限されるものではない。例えば、アミノ酸10個~300個のサイズを有する抗原タンパク質であってもよく、好ましくは、アミノ酸20個~25個サイズのウイルス抗原タンパク質であってもよい。
本発明の他の実施例によると、目的タンパク質に該当するウイルス抗原タンパク質には、コロナウイルス抗原タンパク質及びデングウイルス抗原タンパク質が含まれるが、これに制限されるものではない。例えば、アミノ酸10個~300個のサイズを有する抗原タンパク質であってもよく、好ましくは、アミノ酸20個~223個サイズのウイルス抗原タンパク質であってもよい。
本発明において、前記デングウイルスは、血清型によって4種以上の抗原タンパク質を形成することができ、例えば、下記配列番号5(Dengue virus Type1 EDIII(KP406804.1))、配列番号6(Dengue Virus Type2 EDIII(EF654110.1))、配列番号7(Dengue Virus Type3 EDIII(KP406805.1))、配列番号8((Dengue Virus Type4 EDIII(KP406806.1))で表示されたものと同じである。
本明細書で用いられた用語「発現ベクター」は、発現ベクターの伝写に提供される追加断片に作動可能に連結された目的(ターゲット)タンパク質を暗号化する断片で構成される線形又は円形のDNA分子である。そのような追加断片は、プローモーター及び終了暗号配列を含む。発現ベクターは、一つ以上の複製開始点、一つ以上の選択マーカーなどをさらに含む。発現ベクターは、一般的に、プラスミド又はウイルスDNAから誘導するか、両方の要素を全て含む。本明細書で用いられた用語「作動可能に連結された」は、プローモーターで伝写が開始して暗号化配列を通じて終了暗号として進行するのに作用するように断片が配列されることを示す。
本発明による発現ベクターにおいて、前記発現ベクターは、プラスミド、ウイルスベクター、ファージ粒子又はゲノム挿入物であってもよい。前記発現ベクターは、宿主細胞内に形質転換された後、宿主細胞のゲノムと関係なく複製されるか宿主細胞のゲノム内に統合され得る。
また、本発明は、目的タンパク質、エンカプスリンタンパク質及びRID(RNA interacting domain)タンパク質をコーディングするポリヌクレオチドを含む、ワクチン生産用組換え発現ベクターを提供する。本発明の一実施例によると、前記ポリヌクレオチドは、「リンカー(Linker)」を追加でコーディングすることができ、前記目的タンパク質、エンカプスリンタンパク質及びRID(RNA interacting domain)タンパク質の間には、それぞれ少なくとも一つのリンカー(Linker)タンパク質が位置することができる。前記リンカーのアミノ酸配列には、少なくとも一つのグリシン(glycine)、セリン(serine)が含まれ得、前記リンカー(Linker)は、配列番号15、16、17、18、19又は20の遺伝子配列が含まれ得る。前記リンカーそれぞれの位置は、限定されないが、エンカプスリンタンパク質と抗原タンパク質の間に配列番号17~配列番号20の遺伝子配列を含むリンカータンパク質が位置することが好ましい。本発明で「Linker3」は、配列番号17で表示されるlinker3-1、配列番号18で表示されるlinker3-2、配列番号19で表示されるlinker3-3又は配列番号20で表示されるLinker3-4であってもよく、好ましくは、アミノ酸配列「GGGSGGGSEAAAKGGGS」を含むことができる。
本明細書で用いられた用語「RID」、「RNA interacting domain」、「N terminal appended RNA binding domain of Lysyl tRNA synthetase」又は「LysRS RNA結合ドメイン(LysRS RNA interacting domain)」は、LysRSのRNAとその他タンパク質の間の相互作用に関与する固有のN-末端(N-terminal)延長部位を意味する。
本発明の一実施例によると、前記RIDタンパク質は、前記ワクチンの発現量増加又は水溶性を増加させるための融合パートナーとして用いられ得る。
本発明の好ましい一実施例によると、前記RIDタンパク質は、ワクチンの発現量を増加させるためのドメイン(以下、EEドメイン)及び水溶性を増加させるためのドメイン(以下、SEドメイン)を含むことができる。例えば、前記EEドメインは、配列番号12のアミノ酸配列又はその一部配列を含むことができ、前記SEドメインは、配列番号13又は配列番号14のアミノ酸配列又はその一部配列を含むことができる。
本発明のワクチン生産用組換え発現ベクターにおいて、タンパク質切断酵素は、TEVであってもよい。
本発明の好ましい一実施例によると、目的タンパク質をコーディングするポリヌクレオチドは、RIDの切断のためにTEVタンパク質をコーディングすることができる。
また、本発明は、前記発現ベクターに形質転換された宿主細胞を提供する。
本明細書で用いられた用語「形質転換」又は「導入」は、DNAを宿主に導入してDNAが染色体外因子として又は染色体統合完成により複製可能となることを意味する。本発明による発現ベクターを形質転換させる方法は、電気穿孔法(electroporation)、リン酸カルシウム(CaPO4)法、塩化カルシウム(CaCl2)法、微細注入法(microinjection)、ポリエチレングリコール(PEG)法、DEAE-デキストラン法、陽イオンリボソーム法又は酢酸リチウム-DMSO法を含むことができるが、これに限定されるものではない。
本発明による宿主細胞において、前記宿主細胞は、DNAの導入効率が高く、導入されたDNAの発現効率が高い宿主細胞が好ましく、原核及び真核を含む全ての微生物が用いられ得る。好ましくは、前記宿主細胞は、大腸菌(E.coli)であってもよい。
また、本発明は、目的タンパク質及びエンカプスリンタンパク質を含む融合タンパク質を提供し、前記融合タンパク質は、RID(RNA interacting domain)タンパク質をさらに含むことができる。
本明細書で用いられた用語「融合タンパク質(fusion protein)は、目的タンパク質配列のN-末端又はC-末端に他のタンパク質が連結されるか他のアミノ酸配列が付加したタンパク質を意味する。本発明の好ましい一実施例によると、前記目的タンパク質は、エンカプスリンタンパク質のC-末端(C-terminal)に連結され得る。また、本発明で前記融合タンパク質は、本発明の組換え発現ベクターにより生産されたワクチンであってもよい。
本発明の一実施例によると、前記組換え発現ベクターを用いて融合タンパク質を形成することができ、前記融合タンパク質は、それ自体として、又は任意の追加工程を経てワクチンに用いられ得る。
本発明によるエンカプスリン(encapsulin)タンパク質は、目的タンパク質の発現効率を向上させ得、また、水溶性の増進タンパク質としてよく知られているRIDに前記エンカプスリンタンパク質を結合した融合タンパク質は、目的タンパク質の発現効率だけでなく水溶性を向上させることによって、融合タンパク質の生産に有用に用いられ得る。
本発明のまた他の実施例によると、a)目的タンパク質;エンカプスリンタンパク質;をコーディングするポリヌクレオチドを含むウイルスワクチン生産用組換え発現ベクターを生産する段階、b)前記発現ベクターを宿主細胞に導入して形質転換体を生産する段階及びc)前記形質転換体を培養して組換え融合タンパク質の発現を誘導し、これを収得する段階を含むワクチン生産方法を提供される。
以下、実施例を通じて本発明をより詳細に説明する。
これら実施例は、本発明を例示するためのものに過ぎず、本発明の範囲がこれら実施例によって制限されるものとして解釈されないことは、当業界において通常の知識を有して者において自明である。
<実施例1>
エンカプスリン(Encapsulin)を含む融合タンパク質の製造
<実施例1-1>
エンカプスリン(Encapsulin)を含む融合タンパク質の高効率生産のために、図1の(a)のタンパク質構造を有するThermotoga Maritama由来のEncapsulin(Thermotoga maritima MSB8(Sequence ID:NC_000853、Protein ID:WP_004080898.1))遺伝子配列が用いられた(配列番号1)。前記遺伝子配列に基づいて大腸菌でコドン最適化後に合成された遺伝子配列を製造した(配列番号1)。(実施例1-1の前記遺伝子配列は、(株)バイオニクスにEncapsulin遺伝子合成を依頼して製造した。)その後、エンカプスリン(Encapsulin)の精製目的として配列番号17と同じ配列の連結部位(linker)をC-末端に挿入した(アミノ酸配列GGGSGGGSHHHHHHGGGS(配列番号17)、(HHHHHH:6xHIS tagに該当するアミノ酸))。前記製造された複合体は、「Enc」と名付ける。前記配列の遺伝子は、pET-9a(Novagene、69431-3CN)(配列番号11)発現ベクターのMCS内に存在する切断酵素であるNdeIとBamHIを用いて挿入した。
<実施例1-2>
前記実施例1-1で製作された発現ベクターをHMS174 competent cell(Novagen(RecA mutation in a K-12 strain、Cat:69453-3))に形質転換した。全ての形質転換された大腸菌は、50μg/mlカナマイシン(Kanamycin)が含まれた3mlのLB培地で、37℃で250rpmで5-7時間培養した後、1mlを10mlに移して10倍希釈した後に追加培養した。約2-4時間後、O.D600 0.8~0.9に到逹したとき、0.4mM IPTG(Biosesang、Cat#I1006、Lot#LB0C0340、cas#367-93-1)を添加した後、16℃で17-19時間(最大21時間)の間培養した。培養液は、遠心分離を通じて沈澱された大腸菌のみを収得して-80℃の超低温で冷凍保管した。3mlの培養培地に該当する大腸菌収穫物に0.3mlの溶解緩衝溶液(50mM Tris-HCl(pH7.5)、150mM NaCl、5% glycerol、0.1% Triton X-100及び10mM imidazole)を入れて超音波粉砕した後、全体溶解物(T、Total lysate)を遠心分離を通じて沈殿物(P、Precipitant)と上澄液(S、Soluble lysate)に分離した後、分離されたタンパク質をSDS-PAGEで分析した。
図1は、実施例1-1によるエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質生産用組換え発現ベクターの模式図と高効率の水溶性タンパク質の発現結果である。図1の(a)は、PDBを用いてエンカプスリン(Encapsulin)の予測されるタンパク質構造であり、図1の(b)は、pET9a-Encapsulin組換え発現ベクターの構造を示した模式図である。図1の(c)に示したように、前記発現ベクターを用いてエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質の高効率水溶性発現有無をSDS-PAGEで確認した。実施例1-1及び1-2によって発現されたタンパク質は、32.1kDaのサイズで大腸菌で水溶性発現されたことが確認できた。
<実施例1-3>
実施例1-2と同一の方式の培養方法を用いて500mlの大腸菌を培養及び発現を誘導して収得した細胞を、75mlのlysis buffer[Aバッファー[50mM Tris-HCl(pH7.5)、150mM NaCl、5% glycerol、0.1% Triton X-100及び10mM imidazole]で再懸濁した。前記細胞再懸濁物を超音波細胞破砕機(sonication:pulse 3s/17s、35% amplitude、1min 30s、4times total)を用いて細胞を粉砕させた。前記溶解された細胞を4℃で13500rpmで10分間遠心分離、上層液を取ってAKTA(GE healthcare)を用いてNi+-親和クロマトグラフィーを行った。まず、陽イオン-交換樹脂カラムであるHisTrap HP(GE Healthcare Life Sciences、Little Chalfont、Buckinghamshire、UK、5mL size)カラムを緩衝液A(50mM Tris-HCl(pH7.5)、150mM NaCl、5% glycerol、0.2% Tween-20及び10mM imidazole)で平衡化させた後、水溶性タンパク質を含む水溶性溶解液を1ml/分の流速で前記平衡化されたカラムに積載した。エンカプスリン(Encapsulin)タンパク質の精製は、緩衝液A及び1Mのイミダゾールを含む緩衝液B(50mM Tris-HCl(pH7.5)、150mM NaCl、5% glycerol、0.2% Tween-20及び1M imidazole)を用いてイミダゾールが10mM~1Mの濃度範囲で線形濃度勾配で増加注入される形態で行われ、これを通じて、それぞれ2mlずつの分画を収得した。
図2の(a)及び図2の(b)に示したように、前記溶出物をSDS-PAGEを通じてエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質の分離様相を確認した後、当該分画の溶出物を透析バッファー(50mM Tris-HCl(pH8.5)、10mM NaCl、0.2% Tween-20)で9℃で18時間の間透析した。
1次精製及びDialysis以後のエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質がVLPを形成するか否かを確認するための生化学的分析を行い、クロマトグラフィー(Ion Exchange Chromatography)を行った。前記の透析により収得したエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質は、FPLCシステム(AKTA、GE healthcare)を用いてイオン交換樹脂クロマトグラフィーで精製した。カラム(HiTrap Q FF、1mL size(GE Healthcare Life Sciences、Little Chalfont、Buckinghamshire、UK)は、緩衝溶液A(50mM Tris-HCl(pH7.5)、10mM NaCl、5% glycerol、0.2% Tween-20)で平衡化し、1ml/分の流速でローディングした。エンカプスリン(Encapsulin)タンパク質は、10mM~1Mの線形濃度勾配を有するNaClを注入して溶出し、緩衝溶液Aと緩衝溶液B(50mM Tris-HCl(pH7.5)、1M NaCl、5% glycerol、0.2% Tween-20)を通じて線形濃度勾配を通じた精製を進行し、それぞれ1mlずつの分画を収得した。
線形濃度勾配(linear gradient:10mM→1M NaCl)を通じたイオン交換樹脂クロマトグラフィーを通じて大腸菌由来の他のタンパク質などが精製された融合タンパク質を獲得した(図2の(c)及び図2の(d))。精製されたエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質は、20%グリセロール(glycerol)の割合を含む状態で4℃で保管した。
追加的に、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)を用いた精製を進行した。分析は、FPLCシステム(AKTAPurifier、GE Healthcare)を用いて実験を行った(図3の(a)及び図3の(b))。前記用意したサンプルを透析溶液と同一の条件の緩衝溶液(50mM Tris-HCl(pH7.5)、10mM NaCl、5% glycerol)で平衡化したゲル-濾過カラム(SuperoseTM 6 Increase 10/300 GL(GE Healthcare Life Sciences))に通過して溶出させた。サイズ排除クロマトグラフィーの溶出パターンは、280nmの波長で測定し、Unicornプログラム(GE Healthcare Life Sciences)を用いて収集した。
図3(b)に示したように、大腸菌で高効率で水溶性発現されたエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質の最終精製を確認し、最終的に精製されたタンパク質の濃度は、BSA(Amresco、Solon、OH、USA)を用いて定量した。
<実施例1-4>
精製されたエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質を含む融合タンパク質(VLP)の全体的な直径分布を確認するために動的光散乱(Dynamic Light Scattering、DLS)を通じて分析した。前記複合体の分析は、DLS(Particular Systems、Zetasizer Nano Family)を用いて16℃の温度条件でサンプル1mLをCuvetteに入れて測定した。細胞の動的光散乱分析は、イメージで各領域別total intensity及びMassなどを用いて確認した。図3の(c)及び図3の(d)のように、DLSのHydrodynamic Radiusでの直径が野生型エンカプスリン(Encapsulin)が示す30~40nmと類似するサイズで示されることを確認した。
<実施例1-5>
精製されたエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質を含む融合タンパク質(VLP)の外形を電子顕微鏡で観察した。精製されたEncapsulin VLPをまず銅グリッドに1分間載せた後、2%酢酸ウラニル(uranyl acetate)を用いて1分間染色し、10分間常温で乾燥した後に透過電子顕微鏡(TEM、Transmission electron microscope(120kV);Talos L120C、FEI、Czech)を用いて撮影した。前記得られた結果、図3の(e)に示したように、精製されたエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質がVLPを形成することが確認できた。確認されたVLPの直径は、30~40nmの間で確認された。これは、野生型エンカプスリン(Encapsulin)の直径と類似することが確認できた。
<実施例2>
高効率及び水溶性の増進のためのN-末端の発現量及び水溶性の増進パートナーを追加したエンカプスリン(Encapsulin)ロタウイルス抗原複合体の製造
<実施例2-1>
C-末端に目的タンパク質を付着したエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質融合タンパク質で構成されたエンカプスリン(Encapsulin)基盤のウイルス様粒子を作るために、ロタウイルス抗原であるVP8*(VP8 core region)を挿入した。挿入されたロタウイルスには、Rota virus G1P[8]由来のVP8 core region(Human rotavirus A strain Wa G1P[8]、(NCBI access number:FJ423116)遺伝子が用いられた(配列番号2)。ロタバイロスの抗原であるVP8*は、159個のアミノ酸で構成されており、タンパク質の分子量は、約18.3kDaに該当する。前記タンパク質配列に基づいて大腸菌でコドン最適化後に合成された遺伝子配列を製造した(配列番号2)。(株)バイオニクスにエンカプスリン(Encapsulin)遺伝子の合成依頼)
図4の(a)では、エンカプスリン(Encapsulin)タンパク質のN-末端に発現量増加及び水溶性増加の効能があるMSAVKAA(配列番号12)とRIDペプチド(配列番号13)及び50%以上類似する突然変異RIDペプチド(配列番号14)を融合した組換えタンパク質を製造して水溶性発現様相を検証した。
また、TEV切断部位の配列であるENLYFQG/Sを応用して最適化した配列の連結部位(Linker)として、アミノ酸配列が(GaSb)n(a≧1、b≧1、n≧1)であるペプチドを用い、これをTEV cleavage配列と前記融合タンパク質配列の間に入れた。本実施例で製作された融合タンパク質発現ベクターの模式図は、図4の(b)の通りである。
前記配列の遺伝子は、pET-9a(Novagene、69431-3CN)(配列番号11)発現ベクターを用いて前記例1で製作した組換え複合体タンパク質発現ベクターであるpET-9a-Encapsulin vectorを基盤として製作された。T7 RNA polymeraseがIPTGにより発現され、これを通じてDE3ゲノム上に存在するLacオペロンとT7プローモーターが作動するpET vectorのMCS(Multiple Cloning Site;多重クローニング部位)に挿入された既存のエンカプスリン(Encapsulin)複合体タンパク質のベクター配列のN-末端に水溶性及び発現率の増加のためのRID配列を追加し、TEV切断効率を増進させるために連結部位配列を追加した。pET9a vectorにNde1及びKpnIとBamHI切断酵素を用いて切り取りサブクローニングして再挿入した。MCS内部に存在する切断酵素部位のうちNdeIとKpnI配列の間に本研究のRIDと連結部品(Linker1)、切断酵素部位及びTEV酵素の切断効率を高めるための連結部位(Linker2)を挿入し、KpnIとBamHI切断酵素の間にエンカプスリン(Encapsulin)とロタバイロス抗原タンパク質が融合された形態のタンパク質を有するように構成されたDNA配列をそれぞれ挿入し、それぞれの遺伝子は、T4 DNAリガーゼ(ligase)を通じてpETベクターと挿入遺伝子配列を連結させ、これらのDNAの連結反応により発生したバクテリアクローンは、DNA配列分析を通じてコドン最適化されたヌクレオチドの配列が挿入されることを確認した。
実施例2-1で製造された組換え複合体発現ベクターの配列は、次のとおりである。
ENC-Linker-VP8*[(配列番号1)-(配列番号17)-(配列番号2)]
:MEFLKRSFAPLTEKQWQEIDNRAREIFKTQLYGRKFVDVEGPYGWEYAAHPLGEVEVLSDENEVVKWGLRKSLPLIELRATFTLDLWELDNLERGKPNVDLSSLEETVRKVAEFEDEVIFRGCEKSGVKGLLSFEERKIECGSTPKDLLEAIVRALSIFSKDGIEGPYTLVINTDRWINFLKEEAGHYPLEKRVEECLRGGKIITTPRIEDALVVSERGGDFKLILGQDLSIGYEDREKDAVRLFITETFTFQVVNPEALILLKF-GGGSGGGSHHHHHHGGGSLDGPYQPTTFTPPTDYWILINSNTNGVVYESTNNSDFWTAVIAVEPHVNPVDRQYNVFGENKQFNVRNDSDKWKFLEMFRGSSQNDFYNRRTLTSDTRLVGILKYGGRIWTFHGETPRATTDSSNTANLNGISITIHSEFYIIPRSQESKCNEYINNGL
前記製造された複合体は、「ENC-VP8*」と名付けた。
MSAVKAA-RID-Linker1-TEV-Linker2-ENC-Linker3-VP8*[(配列番号12)-(配列番号14)-(配列番号15)-TEV-(配列番号16)-(配列番号1)-(配列番号17)-配列番号2]]
:MSAVKAAAAVQAAEVKVDGSEPKLSANELAARLAAEAAVAEAEAAQAELSEKQLSQATAAATNHTTDNGVGPEEESVGGGSGGGS-ENLYFQ-GSGSGSMEFLKRSFAPLTEKQWQEIDNRAREIFKTQLYGRKFVDVEGPYGWEYAAHPLGEVEVLSDENEVVKWGLRKSLPLIELRATFTLDLWELDNLERGKPNVDLSSLEETVRKVAEFEDEVIFRGCEKSGVKGLLSFEERKIECGSTPKDLLEAIVRALSIFSKDGIEGPYTLVINTDRWINFLKEEAGHYPLEKRVEECLRGGKIITTPRIEDALVVSERGGDFKLILGQDLSIGYEDREKDAVRLFITETFTFQVVNPEALILLKF-GGGSGGGSHHHHHHGGGSLDGPYQPTTFTPPTDYWILINSNTNGVVYESTNNSDFWTAVIAVEPHVNPVDRQYNVFGENKQFNVRNDSDKWKFLEMFRGSSQNDFYNRRTLTSDTRLVGILKYGGRIWTFHGETPRATTDSSNTANLNGISITIHSEFYIIPRSQESKCNEYINNGL
上記製造された複合体は、「RID-ENC-VP8*」と名付けた。
<実施例2-2>
前記実施例2-1で製作された発現ベクターをHMS174 competent cell(Novagen(RecA mutation in a K-12 strain、Cat:69453-3))に形質転換した。全ての形質転換された大腸菌は、50μg/mlのカナマイシン(Kanamycin)が含まれた3mlのLB培地で37℃で250rpmで5-7時間培養した後、1mlを10mlに移して10倍希釈した後に追加培養した。約2-4時間後にO.D600 0.8~0.9に到逹したとき、0.4mM IPTG(Biosesang、Cat#I1006、Lot#LB0C0340、cas#367-93-1)を添加した後、16℃で17-19時間(最大21時間)の間培養した。培養液は、遠心分離を通じて沈澱された大腸菌のみを収得して-80℃の超低温で冷凍保管した。3mlの培養培地に該当する大腸菌収穫物に0.3mlの溶解緩衝溶液(50mM Tris-HCl(pH 7.5)、150mM NaCl、5% glycerol、0.1% Triton X-100及び10mM imidazole)を入れて超音波粉砕した後、全体溶解物(T、Total lysate)を遠心分離を通じて沈殿物(P、Precipitant)と上澄液(S、Soluble lysate)に分離した後、SDS-PAGEで分析した。その結果は、図4の(c)に示した通りである。実施例2-1で製作した組換えエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質は、大腸菌で高効率水溶性が発現されたことが確認できた。Enc-VP8*とRID-ENC-VP8*もそれぞれのサイズに該当する適切な位置で発現されたことを確認した。しかし、エンカプスリン(Encapsulin)にロタウイルス抗原が融合されたタンパク質は、50.3kDaのサイズでC-末端に一定サイズ以上のペプチド又はタンパク質を融合して発現させる場合、融合タンパク質の水溶性が著しく減少することが確認できた。したがって、外部抗原タンパク質をThermotoga Maritama由来のエンカプスリン(Encapsulin)のC-末端に融合発現を通じて最終的に外部抗原が表面に露出されたVLP重合体を製造するためには、まず、融合タンパク質の高発現及び水溶性を顕著に増加させる水溶性発現標識因子(Soluble Expression Tag)が必須的に要求される。本発明では、高い発現量と水溶性を顕著に増加させるRID(RNA Interaction Domain)を水溶性発現標識因子としてエンカプスリン(Encapsulin)のN-末端に融合してそのC-末端に大きい分子量の(約18kDa以上)の外部抗原を融合した融合タンパク質の高効率水溶性発現を試みた。その結果として、図4の(c)に示したように、エンカプスリン(Encapsulin)の単一タンパク質を発現した場合には、タンパク質が高い水溶性を有するが、エンカプスリン(Encapsulin)のC-末端に抗原タンパク質を融合した場合には、本実施例の水溶性標識発現因子をN-末端に追加して発現した場合にのみ水溶性が大きいタンパク質を得ることを確認した。また、酵素切断配列の後に適切な長さと配列の連結部位配列を追加したとき、TEV酵素の切断効率が90%以上と高くなって後続精製過程で高い収率の最終タンパク質の精製が可能となった。
<実施例2-3>
高効率の水溶性発現が確認された前記実施例2-2と同一の方式の培養方法を用いて500mlの大腸菌を培養及び発現を誘導して収得した細胞を75mlの溶解緩衝溶液[Aバッファー[50mM Tris-HCl(pH 7.5)、150mM NaCl、5% glycerol、0.1% Triton X-100及び10mM imidazole]で再懸濁した。前記細胞再懸濁物を超音波細胞破砕機(sonication:pulse 3s/17s、35% amplitude、1min 30s、4times total)を用いて細胞を粉砕した。前記溶解された細胞を4℃で13500rpmで10分間遠心分離し、上層液を取ってAKTA(GE healthcare)を用いてNi+-親和クロマトグラフィーを行った。まず、陽イオン-交換樹脂カラムであるHisTrap HP(GE Healthcare Life Sciences、Little Chalfont、Buckinghamshire、UK、5mL size)カラムを緩衝液A(50mM Tris-HCl(pH 7.5)、150mM NaCl、5% glycerol、0.2% Tween-20及び10mM imidazole)で平衡化させた後、水溶性タンパク質を含む水溶性溶解液を1ml/分の流速で前記平衡化されたカラムに積載した。RIDEncapsulin-VP8*タンパク質の精製は、緩衝液A及び1Mのイミダゾールを含む緩衝液B(50mM Tris-HCl(pH 7.5)、150mM NaCl、5% glycerol、0.2% Tween-20及び1M imidazole)を用いてイミダゾールが10mM~1Mの濃度範囲で線形濃度勾配で増加注入される形態で行い、これを通じて、それぞれ2mlずつの分画を収得した。
前記溶出物をSDS-PAGEを通じて目的(ターゲット)タンパク質の分離様相を確認した後、該当分画の溶出物をDialysisバッファー([50mM Tris-HCl(pH8.5)、10mM NaCl、0.2% Tween-20])で9℃で12-16時間の間透析した。このとき、4時間の間先に透析した後、残り8-12時間の間TEV切断酵素を用いてN-末端の融合パートナーであるRIDとエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質とロタウイルス抗原が融合された融合タンパク質を間を切断した。
IMAC及びDialysis以後のENC-VP8*タンパク質がVLPを形成したか否かを確認するための生化学的分析を行い、後続精製のためにAKTA FPLCシステム(GE healthcare)を用いてイオン交換樹脂クロマトグラフィー(Ion Exchange Chromatography)を行った。前記の透析により収得したエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質は、FPLCシステム(AKTA、GE healthcare)を用いてイオン交換樹脂クロマトグラフィーで精製した。カラム(HiTrap Q FF、1mL size(GE Healthcare Life Sciences、Little Chalfont、Buckinghamshire、UK)は、緩衝溶液A(50mM Tris-HCl(pH 7.5)、10mM NaCl、5% glycerol、0.2% Tween-20)で平衡化され、1ml/分の流速でローディングした。ENC-VP8*タンパク質は、10mM~1Mの線形濃度勾配を有するNaClを注入して溶出し、緩衝溶液Aと緩衝溶液B(50mM Tris-HCl(pH 7.5)、1M NaCl、5% glycerol、0.2% Tween-20)を通じて線形濃度勾配を通じた精製を進行し、それぞれ1mlずつの分画を収得した。これを通じて、大腸菌由来の他のタンパク質などが精製された融合タンパク質を獲得した(図4の(d))。精製されたENC-VP8*タンパク質は、20%グリセロール(glycerol)の割合を含む状態で4℃で保管し、最終的に精製されたタンパク質の濃度は、BSA(Amresco、Solon、OH、USA)を用いて定量した。
<実施例2-4>
実施例2-3のENC-VP8*融合タンパク質で構成された融合タンパク質(VLP)の全体的な直径分布を確認するために動的光散乱(Dynamic Light Scattering、DLS)を通じて分析した。前記複合体の分析は、DLS(Particular Systems、Zetasizer Nano Family)を用いて16の温度条件でサンプル1mLをCuvetteに入れて測定した。細胞の動的光散乱分析は、イメージで各領域別total intensity及びMassなどを用いて確認した。図5の(a)のように、DLSのHydrodynamic Radiusでの直径30~40nmのParticleサイズの分布を有することを確認した。
<実施例2-5>
精製されたエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質からなるウイルス様粒子(VLP)の外形を電子顕微鏡で観察した。精製されたEncapsulin VLPをまず銅グリッドに1分間載せた後、2%酢酸ウラニル(uranyl acetate)を用いて1分間染色し、10分間常温で乾燥した後に透過電子顕微鏡(TEM、Transmission electron microscope(120kV);Talos L120C、FEI、Czech)を用いて撮影した。図5の(b)に示したように、精製されたENC-VP8*タンパク質がVLPを形成することが確認できた。確認されたVLPの直径は、既存のエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質の直径である30~40nm間で示され、C-末端に抗原タンパク質が融合された融合タンパク質の形態でも球形のVLPを形成することを確認した。
<実施例2-6>
抗原特異的抗体誘導能を測定するために最終的に精製されたENC-VP8*融合VLPタンパク質をBSA(Amresco、Solon、OH、USA)を用いて定量した後、20%のグリセロールを含有したバッファーで適正濃度で希釈した。抗原と免疫補助剤(Alhydrogel、Invitrogen Cat# vac-alu-250)を1:1でsyringeを用いて5分以上強く混ぜた後、4週齢のBALB/Cマウス群(6マウス/群)に100μlを筋肉注射を通じて接種した。ワクチンは、2週間隔でそれぞれENC-VP8* VLP 5μg又は10μgで総合3回接種及び免疫化し、ワクチン接種の一日前に眼窩採血を通じて血清を確保した。各動物実験群から得た血清の目的タンパク質特異抗体を測定するために酵素結合免疫沈降分析法(ELISA(enzyme-linked immunosorbent assay))を進行した。対照群として用いられたロタウイルスVP8抗原タンパク質(P2-VP8)を96well plate(Nunc MaxiSorp◎flat-bottom(Thermo Scientific◎))に各well当たり0.5μg/ml濃度で100μlずつを入れて4度で18時間コーティングした後、3% BSA溶液を200μl入れて37度で2時間を反応してブロッキングした。PBSTを用いてplateを洗浄した後に免疫血清を希釈(1:1000希釈率)してwell当たり100μlずつ入れ、同様に37度で1時間30分反応させた。PBSTを用いてplateを洗浄した後にP2-VP8*と結合した血清内の抗体を検出するために、ヤギ由来マウスIgG(southern Biotech 1030-05、Goat-anti mouse IgG HRP)に対する抗体を37度で1時間処理した。その後、TMB(sigma T0440)溶液を用いて室温で10分間発色させた後、0.5M硫酸溶液で発色反応を止め、450nm波長で吸光度を測定した。図6の(b)に示したように、それぞれ1次、2次及び3次採血試料に存在するENC-VP8*のVP8特異的な抗体価を測定したとき、10μgのEncapsulin_VP8_Highだけでなく5μgのEncapsulin_VP8_Lowグループでも高いレベルのVP8特異的な抗体が形成されたことを確認した。また、VP8特異的抗体価が対照群の精製されたペプチドタンパク質では3次の2nd Boost sera poolから抗体が確認される一方、Encapsulin_VP8_High及びEncapsulin_VP8_Lowで全て2次採血試料であるBoost sera poolからVP8特異的抗体の形成を確認した。
ENC-VP8* VLPの接種後に血液内に存在するロタバイロス(Human Wa strain)の中和抗体価(Neutralizing antibody titer)をプラーク減少中和試験(PRNT、Plaque-reduction neutralization test)方法で測定した。ウイルスを段階別に希釈した接種動物の血清と37℃で反応させた後にプラーク形成試験(plaque assay)を行い、PBS対照群と比較して50%のウイルスプラーク減少を示した希釈倍数を基準としてPRNT力価(titer)を決定した。96well plate(Nunc MaxiSorp◎ flat-bottom(Thermo ScientificTM))に対照群として用いられたロタウイルスVP8抗原タンパク質(P2-VP8)100ng又はヒトロタウイルスWa Strain 100pfuを入れて4度で18時間コーティングした後、3% BSA溶液を200μl入れて37度で2時間を反応してブロッキングした。PBSTを用いてplateを洗浄した後、免疫血清希釈液(1:1000)をwell当たり100μlずつ入れ、37度で1時間30分反応させた。PBSTを用いてplateを洗浄した後、抗原タンパク質と結合した血清内の抗体を検出するためにヤギ由来抗-マウス IgG(southern Biotech 1030-05、Goat-anti mouse IgG HRP)を37度で1時間処理した。その後、TMB(sigma T0440)溶液を用いて室温で10分間発色させた後、0.5M硫酸溶液で発色反応を止め、450nm波長で吸光度を測定した。図6の(c)に示したように、対照群であるP2-VP8*タンパク質抗原を3回接種した後に採血した試料に存在するロタウイルス特異抗体価は相当に低いレベルを示したことに比べ、ENC-VP8*を3回接種した後に採血した試料に存在するVP8特異抗体価は相当に高いレベルを示した。特に、100μgのEncapsulin_VP8_Highだけでなく5μgのEncapsulin_VP8_Lowグループでも高いレベルのVP8特異的な抗体が形成されたことを確認した。これは、ヒトロタウイルスに対する特異的な抗体価を測定したときにも同一の様相の結果を示すことが分かる。
また、VP8特異的抗体の形成以後に免疫力の持続性を確認するために、96well plate(Nunc MaxiSorp◎ flat-bottom(Thermo ScientificTM))にヒトロタウイルスWa Strain 100pfuを入れて4度で18時間コーティングした後、3% BSA溶液を200μl入れて37度で2時間を反応してブロッキングした。PBSTを用いてplateを洗浄した後、免疫血清希釈液(1:1000)をwell当たり100μlずつ入れ、37度で1時間30分反応させた。PBSTを用いてplateを洗浄した後、抗原タンパク質と結合した血清内の抗体を検出するために、ヤギ由来抗-マウスIgG(southern Biotech 1030-05、Goat-anti mouse IgG HRP)を37度で1時間処理した。その後、TMB(sigma T0440)溶液を用いて室温で10分間発色させた後、0.5M硫酸溶液で発色反応を止め、450nm波長で吸光度を測定した。図6の(d)に示したように、対照群であるP2-VP8*タンパク質抗原又はENC-VP8*を3回接種した後、2ヶ月が経過した後に採血した血清内に存在するロタウイルス特異的な抗体価を測定した。対照群であるP2-VP8*タンパク質抗原を接種した血清に比べ、ENC-VP8*を接種した動物の血清内では非常に高いレベルに誘導された抗体力価が2ヶ月後にもヒトロタウイルスに対する特異的な抗体価が相変らず高く維持されることを確認した。
また、ENC-VP8がHBGAに結合するか否かを確認するためにHBGA binding assayを進行した。図6の(e)に示したように、streptavidinがコーティングされた96 well plate(High Binding Capacity(HBC)NeutrAvidin plates(Thermo ScientificTM))にbiotinが付いているHBGAを10μg/ml濃度で各well当たり100μlずつ入れて常温で5時間反応させた。PBSTを用いてplateを洗浄した後、ENC-VP8タンパク質をPBSに希釈液してwell当たり100μlずつ入れ、4度で18時間反応させた。PBSTを用いてplateを洗浄した後、ENC-VP8を接種したマウス血清を1:1000割合で希釈してwell当たり100μlずつ入れ、常温で1時間反応させた。PBSTを用いて洗浄した後、ヤギ由来マウスIgG(Goat-anti mouse IgG HRP)に対する抗体5種(H(type2)-PAA-biotin(01-034)、Lea-PAA-biotin(01-035)、Led(H type1)-PAA-biotin(01-037)、Blood type A(tri)-PAA-biotin(01-032)、Blood type B(tri)-PAA-biotin(01-033);(Glycotech)を常温で1時間処理した。その後、TMB溶液を用いて室温で10分間発色させた後、0.5M硫酸溶液で発色反応を止め、450nm波長で吸光度を測定した。図6の(d)のように、ENC-VP8*を注射したグループから得たprimary seraを用いてHBGAとVP8抗原間の結合を確認した。その結果、ENC-VP8* VLP融合タンパク質は、Led(H type1)carbohydrateと結合することを確認した。
<実施例2-7>
免疫血清がENC-VP8*抗原と受容体間の結合を阻害する程度を測定するためにHBGA blocking assayを進行した(図6の(g))。streptavidinがコーティングされた96well plateにbiotinが付いているHBGAを10μg/ml濃度で各well当たり100μlに入れ、常温で5時間反応させた。ENC-VP8*を1μg/mlの濃度で希釈した後、免疫血清と1:1の割合で37度で3時間反応させた。その後、PBSTで洗浄したHBGAと反応したplateにwell当たり100μlずつ血清とENC-VP8*反応液を入れ、4度で18時間反応させた。PBSTを用いてplateを洗浄した後、ENC-VP8*を接種したマウス血清を1:1000割合で希釈し、well当たり100μlずつ入れて常温で1時間反応させた。PBSTを用いて洗浄した後、ヤギ由来マウスIgG(Goat-anti mouse IgG HRP)に対する抗体を常温で1時間処理した。その後、TMB溶液を用いて室温で10分間発色させた後、0.5M硫酸溶液で発色反応を止め、450nm波長で吸光度を測定した。図6の(h)のように、HBGA Binding AssayでENC-VP8 VLP抗原タンパク質が結合することを確認したLed(H type1)をplateにLed(H type1)をコーティングした後にEncapsulin_VP8 VLPを多様な濃度で希釈されたimmune sera(primary、boost、2nd boost)とそれぞれ反応し、Ledと結合有無をELISAで測定した結果を確認した。
図6の(i)は、前記実施例で得たそれぞれの免疫血清のHBGA blocking効能を数値化して示した図である。各処理群は、低用量対照群(P2-VP8_Low)と高用量の対照群((P2-VP8_High)、そして低用量の試験群(Encapsulin-VP8_Low)と高用量の試験群(Encapsulin-VP8_High)で総合4種処理群の3次接種までの血清を収得した後、各血清のHBGA結合抑制能を測定した。各免疫血清のHBGA blocking assayを行った後、PBSに対して50%の結合抑制効果を示した希釈倍数(BT50)を算定した。
本実施例のENC-VP8抗原融合VLPタンパク質の場合、EncVP8_HighとLowグループの両方で1次接種であるprimary seraから免疫血清の阻害能を確認し、3次接種まで接種を繰り返すほど免疫血清の阻害能が対照群に比べて数等増加した。一方、対照群であるP2 VP8グループは、2次ワクチン接種後の2nd immune seraから抗原-受容体間の結合を免疫血清が阻害し、その効果は、3次ワクチン接種後にもEnc_VP8グループに比べて防御効能が低いことが確認された。
前記実施例2の結果を通じて、目的タンパク質のみを投与したときより本発明によるEncapsulinと目的タンパク質が融合されたVLPを投与したとき、より早期に一層高いレベルの目的タンパク質特異抗体が誘導され、その抗体は、目的タンパク質とその受容体間の結合を阻害する性能に優れていることを確認した。
<実施例3>
高効率及び水溶性の増進のためのN-末端のペプチドを追加したエンカプスリン(Encapsulin)ヒトパピローマ抗原複合体の製造
<実施例3-1>
C-末端に159個のアミノ酸からなるサイズ約18.3kDaのロタウイルスVP8*抗原より小さいタンパク質を挿入したとき、融合タンパク質エンカプスリン(Encapsulin)基盤のウイルス様粒子で構成されたVLPの形成可能有無を調べるためにヒトパピローマウイルス(HPV)抗原を用いた。エンカプスリン(Encapsulin)タンパク質でヒトパピローマウイルス抗原であるE7 LPを挿入し、ヒトパピローマウイルスHPV16由来のE7 core region(E7 protein、partial[Human papillomavirus type 16]Sequence ID:ABL96584.1)遺伝子が利用された(配列番号9)。ヒトパピローマウイルスの抗原であるE7 LP(Long peptide)は、35個のアミノ酸からなっており、約4kDaのサイズを有する。前記タンパク質配列に基づいて大腸菌でコドン最適化した後に合成された遺伝子配列を製造した(配列番号9)。
(株)バイオニクスにエンカプスリン(Encapsulin)遺伝子の合成依頼):
エンカプスリン(Encapsulin)タンパク質のC-末端にヒトパピローマウイルスのE7LPを挿入した。また、図8の(a)に示したように、高効率及び水溶性の増進のためにエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質のN-末端に発現量及び水溶性の増進融合パートナーであるRIDを適用して融合タンパク質発現に及ぼす影響を確認した。これによって、発現量増加及び水溶性増加の効能があるMSAVKAA(配列番号12)とRIDペプチド(配列番号13)及び50%以上類似した突然変異RIDペプチド(配列番号14)を融合した組換えタンパク質を製造して水溶性発現様相を検証した。
また、TEV切断部位の配列であるENLYFQG/Sを応用して最適化された配列の連結部位(Linker)として、アミノ酸配列が(GaSb)n(a≧1、b≧1、n≧1)であるペプチドを用い、これをTEV cleavage配列と前記融合タンパク質配列の間に入れた。本実施例で製作された融合タンパク質発現ベクターの模式図は、図7の(b)の通りである。
前記配列の遺伝子は、pET-9a(Novagene、69431-3CN)(配列番号11)発現ベクターを用いて前記例2で製作した組換え複合体タンパク質発現ベクターであるpET9a-Encapsulin-VP8* vector及びpET9a-MSAVKAA-RID-Linker-Enc-Linker-VP8* Vectorを基盤として製作され、NcoIとBamHI切断酵素を用いてEncのC-末端のロタウイルス抗原タンパク質をヒトパピローマウイルスの抗原に代替して挿入した。
実施例3-1で製造された組換え複合体発現ベクターの配列は、次の通りである。
ENC-Linker-E7 LP[(配列番号1)-(配列番号17)-(配列番号9)]
MEFLKRSFAPLTEKQWQEIDNRAREIFKTQLYGRKFVDVEGPYGWEYAAHPLGEVEVLSDENEVVKWGLRKSLPLIELRATFTLDLWELDNLERGKPNVDLSSLEETVRKVAEFEDEVIFRGCEKSGVKGLLSFEERKIECGSTPKDLLEAIVRALSIFSKDGIEGPYTLVINTDRWINFLKEEAGHYPLEKRVEECLRGGKIITTPRIEDALVVSERGGDFKLILGQDLSIGYEDREKDAVRLFITETFTFQVVNPEALILLKF-GGGSGGGSHHHHHHGGGS-GQAEPDRAHYNIVTFCCKCDSTLRLCVQSTHVDIR
[Encapsulin-Linker-HPV E7][(配列番号1)-(配列番号17)-(配列番号9)]
前記製造された複合体は、「Enc‐E7 LP」と名付けた。
MSAVKAA-RID-Linker1-TEV-Linker2-ENC-Linker-E7 LP
[(配列番号12)-(配列番号13)-(配列番号15)-TEV-(配列番号16)-(配列番号1)-(配列番号17)-(配列番号9)]
:MSAVKAA-AAVQAAEVKVDGSEPKLSKNELKRRLKAEKKVAEKEAKQKELSEKQLSQATAAATNHTTDNGVGPEEESV-ENLYFQ-GSGSGSMEFLKRSFAPLTEKQWQEIDNRAREIFKTQLYGRKFVDVEGPYGWEYAAHPLGEVEVLSDENEVVKWGLRKSLPLIELRATFTLDLWELDNLERGKPNVDLSSLEETVRKVAEFEDEVIFRGCEKSGVKGLLSFEERKIECGSTPKDLLEAIVRALSIFSKDGIEGPYTLVINTDRWINFLKEEAGHYPLEKRVEECLRGGKIITTPRIEDALVVSERGGDFKLILGQDLSIGYEDREKDAVRLFITETFTFQVVNPEALILLKF-GGGSGGGSHHHHHHGGGS-GQAEPDRAHYNIVTFCCKCDSTLRLCVQSTHVDIR
前記製造された複合体は、「RID-ENC-E7 LP」と名付けた(LPは、Long Peptideの略語である。)。
<実施例3-2>
前記実施例3-1で製作された発現ベクターをHMS174 competent cell(Novagen(RecA mutation in a K-12 strain、Cat:69453-3))に形質転換した。全ての形質転換された大腸菌は、50μg/mlカナマイシン(Kanamycin)が含まれた3mlのLB培地で37℃で250rpmで5-7時間培養した後、1mlを10mlに移して10倍希釈した後に追加培養した。約2-4時間後にO.D600 0.8~0.9に到逹したとき、0.4mM IPTG(Biosesang、Cat#I1006、Lot#LB0C0340、cas#367-93-1)を添加した後、16℃で17-19時間(最大21時間)間培養した。培養液は、遠心分離を通じて沈澱された大腸菌のみを収得して-80℃の超低温で冷凍保管した。3mlの培養培地に該当する大腸菌収穫物に0.3mlの溶解緩衝溶液(50mM Tris-HCl(pH7.5)、150mM NaCl、5% glycerol、0.1% Triton X-100及び10mM imidazole)を入れて超音波粉砕した後、全体溶解物(T、Total lysate)を遠心分離を通じて沈殿物(P、Precipitant)と上澄液(S、Soluble lysate)に分離した後にSDS-PAGEで分析した。その結果、図7の(c)及び図7の(d)に示したように、それぞれのサイズに該当するENC-E7 LPとRID-ENC-E7 LPを発現させて確認した結果、それぞれ36.1kDaと45.7kDaのタンパク質が適切な位置で発現したことを確認した。しかし、エンカプスリン(Encapsulin)のC-末端に18kDaのロタウイルスより35アミノ酸の4kDa程度の小さいサイズのヒトパピローマウイルスを融合した場合にも融合タンパク質水溶性が顕著に減少することが確認でき、これを通じて、短い配列のペプチドや小さいサイズのタンパク質から大きいサイズのタンパク質まで全てエンカプスリン(Encapsulin)複合体として大腸菌で発現されるためには、高効率及び水溶性の増進融合パートナーであるRIDが必要であることを確認した。したがって、実施例2の結果と同様に、外部抗原タンパク質をエンカプスリン(Encapsulin)のC-末端に融合発現を通じて最終的に外部抗原が表面に露出されたVLP重合体を製造するためには、本発明の水溶性発現標識因子が必須的に要求されることを再確認し、本発明での高い発現量と水溶性を顕著に増加させるRID(RNA Interaction Domain)及び水溶性の発現標識因子の大腸菌発現システムでの必要性を立証した。
<実施例3-3>
水溶性が確認された前記実施例3-2と同一の培養方法を用いて製造されたRID-ENC-E7 LP複合体タンパク質は、ニッケル(Ni)親和性クロマトグラフィーを通じて精製した。同一の方式の培養方法を用いて500mlの大腸菌を培養及び発現を誘導して収得した細胞を75mlの溶解緩衝溶液[Aバッファー[50mM Tris-HCl(pH7.5)、150mM NaCl、5% glycerol、0.1% Triton X-100及び10mM imidazole]で再懸濁した。前記細胞再懸濁物を超音波細胞破砕機(sonication:pulse 3s/17s、35% amplitude、1min 30s、4times total)を用いて細胞を粉砕させた。前記溶解された細胞を4℃で13500rpmで10分間遠心分離し、上層液を取ってAKTA(GE healthcare)を用いてNi+-親和クロマトグラフィーを行った。まず、陽イオン-交換樹脂カラムであるHisTrap HP(GE Healthcare Life Sciences、Little Chalfont、Buckinghamshire、UK、5mL size)カラムを緩衝液A(50mM Tris-HCl(pH7.5)、150mM NaCl、5% glycerol、0.2% Tween-20及び10mM imidazole)で平衡化させた後、水溶性タンパク質を含む水溶性溶解液を1ml/分の流速で前記平衡化されたカラムに積載した。RID-Encapsulin-VP8*タンパク質の精製は、緩衝液A及び1Mのイミダゾールを含む緩衝液B(50mM Tris-HCl(pH7.5)、150mM NaCl、5% glycerol、0.2% Tween-20及び1M imidazole)を用いてイミダゾールが10mM~1Mの濃度範囲で線形濃度勾配で増加注入される形態で行い、これを通じて、それぞれ2mlずつの分画を収得した。
図8の(a)及び図8の(b)に示したように、前記溶出物をSDS-PAGEを通じて目的(ターゲット)タンパク質の分離様相を確認した後、該当分画の溶出物をDialysisバッファー([50mM Tris-HCl(pH8.5)、10mM NaCl、0.2% Tween-20])で9℃で12-16時間の間透析した。このとき、4時間の間先に透析した後、残り8-12時間の間TEV切断酵素を用いてN末端の融合パートナーであるRIDとエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質とヒトパピローマウイルス抗原が融合された融合タンパク質の間を切断した。
IMAC及びDialysis以後のENC-E7 LPタンパク質がVLPを形成するか否かを確認するための生化学的分析を行い、後続精製のためにAKTA FPLCシステム(GE healthcare)を用いてイオン交換樹脂クロマトグラフィー(Ion Exchange Chromatography)を行った。前記の透析により収得したエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質は、FPLCシステム(AKTA、GE healthcare)を用いてイオン交換樹脂クロマトグラフィーで精製した。カラム(HiTrap Q FF、1mL size(GE Healthcare Life Sciences、Little Chalfont、Buckinghamshire、UK)は、緩衝溶液A(50mM Tris-HCl(pH7.5)、10mM NaCl、5% glycerol、0.2% Tween-20)で平衡化し、1ml/分の流速でローディングした。Encapsulin-E7 LPタンパク質は、10mM~1Mの線形濃度勾配を有するNaClを注入して溶出し、緩衝溶液Aと緩衝溶液B(50mM Tris-HCl(pH7.5)、1M NaCl、5% glycerol、0.2% Tween-20)を通じて線形濃度勾配を通じた精製を進行し、それぞれ1mlずつの分画を収得した。これを通じて、大腸菌由来の他のタンパク質などが精製された融合タンパク質を獲得した(図8の(d))。精製されたENCE7 LPタンパク質は、20%グリセロール(glycerol)割合を含む状態で4℃で保管し、最終的に精製されたタンパク質の濃度は、BSA(Amresco、Solon、OH、USA)を用いて定量した。図9の(a)に示したように、本発明のRID及び水溶性のための追加標識因子がタンパク質発現からTEV酵素処理及びイオン交換樹脂クロマトグラフィーに至るまでの精製過程での融合タンパク質の精製様相及び純度を確認し、ヒトパピローマウイルスの抗原の場合にもタンパク質を安定的に獲得するのに必須的であることを確認した。
<実施例3-4>
実施例3-3のENC-E7 LP複合体の精製されたウイルス様粒子(VLP)の全体的な直径を確認するために動的光散乱(Dynamic Light Scattering、DLS)を通じて分析した。前記複合体の分析は、DLS(Particular Systems、Zetasizer Nano Family)を用いて16℃の温度条件でサンプル1mLをCuvetteに入れて測定した。細胞の動的光散乱分析は、イメージで各領域別total intensity及びMassなどを用いて確認した。図9の(b)のように、DLSのHydrodynamic Radiusでの直径が野生型エンカプスリン(Encapsulin)が示す30~40nmと類似したサイズの分布を有することを確認した。
<実施例3-5>
精製されたエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質からなるウイルス様粒子(VLP)の外形を電子顕微鏡で観察した。精製されたEncapsulin VLPをまず銅グリッドに1分間載せた後、2%酢酸ウラニル(uranyl acetate)を用いて1分間染色し、10分間常温で乾燥した後に透過電子顕微鏡(TEM、Transmission electron microscope(120kV);Talos L120C、FEI、Czech)を用いて撮影した。図9の(c)に示したように、精製されたエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質がVLPを形成することが確認できた。
前記得られた結果、図9の(c)に示したように、精製されたエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質がVLPを形成することが確認できた。確認されたVLPの直径は、既存のエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質の直径である30~40nmの間で確認され、C-末端に抗原タンパク質が融合された融合タンパク質の形態でも球形のVLPを形成することを確認した。実施例3の結果でも実施例2の結果と同様に、本発明を用いてエンカプスリン(Encapsulin)の大腸菌での高効率タンパク質の生産及びVLP形成を全て確認し、これは、本実験の高効率及び水溶性の増進融合パートナーであるRIDがエンカプスリン(Encapsulin)のC-末端に抗原などのタンパク質を挿入した融合タンパク質基盤のプラットフォームを形成するのに必須的であることを示す。
<実施例4>
高効率及び水溶性の増進のためのN-末端の発現量及び水溶性増進パートナーを追加したエンカプスリン(Encapsulin)コロナウイルス抗原複合体の製造
<実施例4-1>
C-末端にコロナウイルスRBD抗原(223a.a、25.0kDa)の目的タンパク質を付着したエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質融合タンパク質で構成されたエンカプスリン(Encapsulin)基盤のウイルス様粒子を作るためにコロナウイルス抗原であるRBD(RNA Binding Domain)を挿入した。挿入されたコロナウイルスには、2019-nCoV spike Sタンパク質由来のRBD(BetaCoV/Korea/KCDC03/2020、(NCBI access number:MN908947)遺伝子が利用された(配列番号10)。コロナウイルスの抗原であるRBDは、223個のアミノ酸で構成されており、タンパク質の分子量は、約25kDaに該当する。前記タンパク質配列に基づいて大腸菌でコドン最適化後に合成された遺伝子配列を製造した(配列番号10)。((株)バイオニクスに遺伝子の合成依頼)
図11では、エンカプスリン(Encapsulin)タンパク質のN-末端に発現量増加及び水溶性増加の効能があるMSAVKAA(配列番号12)とRIDペプチド(配列番号13)及び50%以上類似した突然変異RIDペプチド(配列番号14)を融合した組換えタンパク質を製造して水溶性発現様相を検証した。
また、TEV切断部位の配列であるENLYFQG/Sを応用して最適化された配列の連結部位(Linker)として、アミノ酸配列が(GaSb)n(a≧1、b≧1、n≧1)であるペプチドを用い、これをTEV cleavage配列と前記融合タンパク質配列の間に入れた。本実施例で製作された融合タンパク質発現ベクターの模式図は、図10の(b)の通りである。
前記配列の遺伝子は、pET-9a(Novagene、69431-3CN)(配列番号11)発現ベクターを用いて前記例1で製作した組換え複合体タンパク質発現ベクターであるpET-9a-Encapsulin vectorを基盤として製作された。T7 RNA polymeraseがIPTGにより発現され、これを通じて、DE3ゲノム上に存在するLacオペロンとT7プローモーターが作動するpET vectorのMCS(Multiple Cloning Site;多重クローニング部位)に挿入された既存のエンカプスリン(Encapsulin)複合体タンパク質のベクター配列のN-末端に水溶性及び発現率の増加のためのRID配列を追加し、TEV切断効率を増進させるために連結部位配列を追加した。pET9a vectorにNdeI及びKpnIとBamHI切断酵素を用いて切ってサブクローニングして再挿入した。MCS内部に存在する切断酵素部位のうちNdeIとKpnI配列の間に本研究のRIDと連結部品(Linker1)、切断酵素部位及びTEV酵素の切断効率を高めるための連結部位(Linker2)を挿入し、KpnIとBamHI切断酵素の間にエンカプスリン(Encapsulin)とコロナウイルス抗原タンパク質が融合された形態のタンパク質を有するように構成されたDNA配列をそれぞれ挿入し、それぞれの遺伝子は、T4 DNAリガーゼ(ligase)を通じてpETベクターと挿入遺伝子配列を連結させ、これらのDNAの連結反応により発生したバクテリアクローンは、DNA配列分析を通じてコドン最適化されたヌクレオチドの配列が挿入されることを確認した。
実施例4-1で製造された組換え複合体発現ベクターの配列は、次の通りである。
MSAVKAA-RID-Linker1-TEV-Linker2-ENC-Linker3(3-2)-CoV RBD[(配列番号12)-(配列番号14)-(配列番号15)-TEV-(配列番号16)-(配列番号1)-(配列番号18)-(配列番号10)]
:MSAVKAA-AAVQAAEVKVDGSEPKLSANELAARLAAEAAVAEAEAAQAELSEKQLSQATAAATNHTTDNGVGPEEESVGT-HHHHHH-ENLYFQ-GSGSGS-EFLKRSFAPLTEKQWQEIDNRAREIFKTQLYGRKFVDVEGPYGWEYAAHPLGEVEVLSDENEVVKWGLRKSLPLIELRATFTLDLWELDNLERGKPNVDLSSLEETVRKVAEFEDEVIFRGCEKSGVKGLLSFEERKIECGSTPKDLLEAIVRALSIFSKDGIEGPYTLVINTDRWINFLKEEAGHYPLEKRVEECLRGGKIITTPRIEDALVVSERGGDFKLILGQDLSIGYEDREKDAVRLFITETFTFQVVNPEALILLKF-GGGSGGGSEAAAKGGGS-RVQPTESIVRFPNITNLCPFGEVFNATRFASVYAWNRKRISNCVADYSVLYNSASFSTFKCYGVSPTKLNDLCFTNVYADSFVIRGDEVRQIAPGQTGKIADYNYKLPDDFTGCVIAWNSNNLDSKVGGNYNYLYRLFRKSNLKPFERDISTEIYQAGSTPCNGVEGFNCYFPLQSYGFQPTNGVGYQPYRVVVLSFELLHAPATVCGPKKSTNLVKNKCVNF
前記製造された複合体は、「RID-ENC-CoV RBD」と名付けた。
<実施例4-2>
前記実施例4-1で製作された発現ベクターをHMS174 competent cell(Novagen(RecA mutation in a K-12 strain、Cat:69453-3)に形質転換した。全ての形質転換された大腸菌は、50μg/mlカナマイシン(Kanamycin)が含まれた3mlのLB培地で37℃で250rpmで5-7時間培養した後、1mlを10mlに移して10倍希釈した後に追加培養した。約2-4時間後にO.D600 0.5~0.7に到逹したとき、0.4mM IPTG(Biosesang、Cat#I1006、Lot#LB0C0340、cas#367-93-1)を添加した後、16℃で17-19時間(最大21時間)の間培養した。培養液は、遠心分離を通じて沈澱された大腸菌のみを収得して-80℃の超低温で冷凍保管した。3mlの培養培地に該当する大腸菌収穫物に0.3mlの溶解緩衝溶液(50mM Tris-HCl(pH7.5)、150mM NaCl、5% glycerol、0.1% Triton X-100及び10mM imidazole)を入れて超音波粉砕した後、全体溶解物(T、Total lysate)を遠心分離を通じて沈殿物(P、Precipitant)と上澄液(S、Soluble lysate)に分離した後にSDS-PAGEで分析した結果、図11に示したように、RIDをN-末端に追加したエンカプスリン(Encapsulin)-コロナウイルス抗原融合タンパク質が高効率の水溶性発現を示していることを確認した。
<実施例4-3>
高効率の水溶性発現が確認された前記実施例4-2と同一の方式の培養方法を用いて500mlの大腸菌を培養及び発現を誘導して収得した細胞を、75mlの溶解緩衝溶液[Aバッファー[50mM Tris-HCl(pH7.9)、150mM NaCl、5% glycerol、10mM imidazole]で再懸濁した。前記細胞再懸濁を超音波細胞破砕機+(sonication:pulse 15s/50s、70% amplitude、2min 30s、2times total)を用いて細胞を粉砕させた。前記溶解された細胞を4℃で13500rpmで10分間遠心分離し、上層液を取ってAKTA(GE healthcare)を用いてNi+親和クロマトグラフィーを行った。まず、HisTrap HP(GE Healthcare Life Sciences、Little Chalfont、Buckinghamshire、UK、5mL size)カラムを緩衝液A(50mM Tris-HCl(pH7.9)、150mM NaCl、5% glycerol及び10mM imidazole)で平衡化させた後、細胞溶解の上層液を1ml/分の流速で前記平衡化されたカラムに積載した。RID-ENC-CoV RBDタンパク質は、緩衝液A及び1Mのイミダゾールを含む緩衝液B(50mM Tris-HCl(pH7.9)、150mM NaCl、5% glycerol及び1M imidazole)を用いてイミダゾールが10mM~1M濃度範囲で線形濃度勾配で増加注入を通じて溶出し、2mlずつの分画を収得した。
前記溶出物をSDS-PAGEを通じて目的(ターゲット)タンパク質の分離様相を確認した後、該当分画の溶出物をDialysisバッファー(20mM Tris-HCl(pH7.9)、5% glycerol、10mM NaCl、0.02% Tween-20)で9℃で12-16時間の間透析した。このとき、4時間の間先に透析した後、残り8-12時間の間TEV切断酵素を用いてN-末端のRIDとエンカプスリン(Encapsulin)-コロナウイルス抗原融合タンパク質の間を切断した。
N-末端の融合パートナーであるRIDなどが除去された目的融合タンパク質を分離及び精製するために、HisTrap HP(GE Healthcare Life Sciences、Little Chalfont、Buckinghamshire、UK、5mL size)カラムを用いてDialysisバッファーと同一の溶液A(20mM Tris-HCl(pH7.9)、5% glycerol、10mM NaCl、0.02% Tween-20)で平衡化させた後、1ml/分の流速で前記平衡化されたカラムに積載した。N-末端の融合パートナーであるRIDなどが除去されたENC-CoV RBD目的タンパク質は、前記カラムに吸着されず溶出される形態で回収した。
目的タンパク質の最終純度の増加のためにAKTA(GEhealthcare)を用いてイオン交換樹脂クロマトグラフィー(Ion Exchange Chromatography)を行った。カラム(HiTrap Q FF、1mL size(GE Healthcare Life Sciences、Little Chalfont、Buckinghamshire、UK)を緩衝溶液A(20mM Tris-HCl(pH7.9)、10mM NaCl、5% glycerol、0.02% Tween-20)で平衡化した後、1ml/分の流速で積載し、緩衝溶液Aと緩衝溶液B(20mM Tris-HCl(pH7.9)、1M NaCl、5% glycerol、0.02% Tween-20)を通じて10mM~1Mの線形濃度勾配を有するNaCl注入を通じて目的タンパク質を溶出し、各1mlずつの分画で収得し、その結果、その精製様相と純度は、図12の(f)にし得した通りである(図12の(f)参照)。精製されたENC-CoV RBDタンパク質は、20%グリセロール(glycerol)割合を含む状態で4℃で保管し、最終的に精製されたタンパク質の濃度は、BSA(Amresco、Solon、OH、USA)を用いて定量した。
<実施例4-4>
実施例4-3のENC-CoV RBD融合タンパク質で構成された融合タンパク質(VLP)の全体的な直径分布を確認するために動的光散乱(Dynamic LightScattering、DLS)を通じて分析した。前記複合体の分析は、DLS(Particular Systems、Zetasizer Nano Family)を用いて16℃の温度条件でサンプル1mLをCuvetteに入れて測定した。細胞の動的光散乱分析は、イメージで各領域別total intensity及びMassなどを用いて確認した。図13の(a)のように、DLSのHydrodynamic Radiusでの直径30~40nmのParticleサイズの分布を有することを確認した。
<実施例4-5>
精製されたエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質からなるウイルス様粒子(VLP)の外形を電子顕微鏡で観察した。精製されたEncapsulin VLPを先に銅グリッドに1分間載せた後、2%酢酸ウラニル(uranyl acetate)を用いて1分間染色し、10分間常温で乾燥した後に透過電子顕微鏡(TEM、Transmission electron microscope(120kV);Talos L120C、FEI、Czech)を用いて撮影した。図13の(b)に示したように、精製されたENC-CoV RBDタンパク質がVLPを形成することが確認できた。確認されたVLPの直径は、既存のエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質の直径である30~40nm間で観察され、C-末端に抗原タンパク質が融合された融合タンパク質の形態でも球形のVLPを形成することを確認した。
前記実施例4の結果を通じて、本発明によるEncapsulinと目的タンパク質が融合されたVLPを投与したとき、高いレベルの目的タンパク質特異抗体が誘導され、この抗体は、目的タンパク質とその受容体の間の結合を阻害する性能に優れていることを確認した。
<実施例5>
高効率及び水溶性の増進のためのN-末端の発現量及び水溶性の増進パートナーペプチドを追加したエンカプスリン(Encapsulin)デングウイルス抗原複合体の製造
<実施例5-1>
C-末端に目的タンパク質を付着したエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質の融合タンパク質で構成されたエンカプスリン(Encapsulin)基盤のウイルス様粒子を作るためにデングウイルス抗原を利用した。RBD(RNA Binding Domain)を挿入した。エンカプスリン(Encapsulin)タンパク質でデングウイルス抗原であるEDIIIを挿入し、デングウイルス由来のEDIII(Dengue virus 2 isolate DENV-2/KBPV-VR-29、complete genome、Sequence ID:KP406804.1)遺伝子が利用された(配列番号6)。デングウイルスの抗原であるEDIIIは、101個のアミノ酸からなっており、約11.4kDaのサイズを有する。前記タンパク質配列に基づいて大腸菌でコドン最適化した後に合成された遺伝子配列を製造した(配列番号6)。((株)バイオニクスに遺伝子の合成依頼)
図9では、エンカプスリン(Encapsulin)タンパク質のN-末端に発現量増加及び水溶性増加の効能があるMSAVKAA(配列番号12)とRIDペプチド(配列番号13)及び50%以上類似した突然変異RIDペプチド(配列番号14)を融合した組換えタンパク質を製造して水溶性発現様相を検証した。前記突然変異RIDの場合、水溶性の増加のためにRIDのアミノ酸をLysine(Lys、K)をAlanine(Ala、A)で1個以上9個以下で置換して使用した。
また、TEV切断部位の配列であるENLYFQG/Sを応用して最適化された配列の連結部位(Linker)としてアミノ酸配列が(GaSb)n(a≧1、b≧1、n≧1)であるペプチドを用い、これをTEV cleavage配列と前記融合タンパク質配列の間に入れた。本実施例で製作された融合タンパク質発現ベクターの模式図は、図14の(b)の通りである。
前記配列の遺伝子は、pET-9a(Novagene、69431-3CN)(配列番号11)発現ベクターを用いて前記例2で製作した組換え複合体タンパク質の発現ベクターであるpET9a-ENC-Linker3(3-2)-CoV RBD vector及びpET9a-MSAVKAA-RID-Linker1-6xHIS-TEV-Linker2-ENC-Linker3(3-2)-CoV RBD Vectorを基盤として製作され、NotIとBamHI切断酵素を用いてEncのC-末端のコロナウイルス抗原タンパク質をデングウイルスの抗原に代替して挿入した。
実施例5-1で製造された組換え複合体発現ベクターの配列は、次の通りである。
MSAVKAA-RID-Linker1-TEV-Linker2-ENC-Linker3(3-2)-DENV EDIII[(配列番号12)-(配列番号13)-(配列番号15)-TEV-(配列番号16)-(配列番号1)-(配列番号18)-(配列番号6)]
:MSAVKAA-AAVQAAEVKVDGSEPKLSKNELKRRLKAEKKVAEKEAKQKELSEKQLSQATAAATNHTTDNGVGPEEESV-GTHHHHHHENLYFQ-GSGSGS-EFLKRSFAPLTEKQWQEIDNRAREIFKTQLYGRKFVDVEGPYGWEYAAHPLGEVEVLSDENEVVKWGLRKSLPLIELRATFTLDLWELDNLERGKPNVDLSSLEETVRKVAEFEDEVIFRGCEKSGVKGLLSFEERKIECGSTPKDLLEAIVRALSIFSKDGIEGPYTLVINTDRWINFLKEEAGHYPLEKRVEECLRGGKIITTPRIEDALVVSERGGDFKLILGQDLSIGYEDREKDAVRLFITETFTFQVVNPEALILLKF-GGGSGGGSEAAAKGGGS-KGMSYSMCTGKFKVVKEIAETQHGTIVIRVQYEGDGSPCKIPFEIMDLEKRHVLGRLITVNPIVTEKDRPVNIEAEPPFGDSYIIIGVEPGQLKLNWFKKG
前記製造された複合体は、「RID-ENC-DENV EDIII」と名付けた。
<実施例5-2>
前記実施例5-1で製作された発現ベクターをHMS174 competent cell(Novagen(RecA mutation in a K-12 strain、Cat:69453―3))に形質転換した。全ての形質転換された大腸菌は、50μg/mlカナマイシン(Kanamycin)が含まれた3mlのLB培地で37℃で250rpmで5-7時間培養した後、1mlを10mlに移して10倍希釈した後に追加培養した。約2-4時間後にO.D600 0.5~0.7に到逹したとき、0.4mM IPTG(Biosesang、Cat#I1006、Lot#LB0C0340、cas#367-93-1)を添加した後、16℃で17-19時間(最大21時間)の間培養した。培養液は、遠心分離を通じて沈澱された大腸菌のみを収得し、-80℃の超低温で冷凍保管した。3mlの培養培地に該当する大腸菌収穫物に0.3mlの溶解緩衝溶液(50mM Tris-HCl(pH7.5)、150mM NaCl、5% glycerol、0.1% Triton X-100及び10mM imidazole)を入れて超音波粉砕した後、全体溶解物(T、Total lysate)を遠心分離を通じて沈殿物(P、Precipitant)と上澄液(S、Soluble lysate)に分離した後にSDS-PAGEで分析した結果、図9に示したように、RIDをN-末端に追加したエンカプスリン(Encapsulin)-デングウイルス抗原融合タンパク質が高効率の水溶性発現を示していることを確認した。
<実施例5-3>
高効率の水溶性発現が確認された前記実施例5-2と同一の方式の培養方法を用いて500mlの大腸菌を培養及び発現を誘導して収得した細胞を75mlの溶解緩衝溶液[Aバッファー[50mM Tris-HCl(pH7.9)、150mM NaCl、5% glycerol、10mM imidazole]で再懸濁した。前記細胞再懸濁を超音波細胞粉砕機+(sonication:pulse 15s/50s、70% amplitude、2min 30s、2times total)を用いて細胞を粉砕させた。前記溶解された細胞を4℃で13500rpmで10分間遠心分離し、上層液を取ってAKTA(GE healthcare)を用いてNi+親和クロマトグラフィーを行った。まず、HisTrap HP(GE Healthcare Life Sciences、Little Chalfont、Buckinghamshire、UK、5mL size)カラムを緩衝液A(50mM Tris-HCl(pH7.9)、150mM NaCl、5% glycerol及び10mM imidazole)で平衡化させた後、細胞溶解の上層液を1ml/分の流速で前記平衡化されたカラムに積載した。RID-ENC-DENV EDIIIタンパク質は、緩衝液A及び1Mのイミダゾールを含む緩衝液B(50mM Tris-HCl(pH7.9)、150mM NaCl、5% glycerol及び1M imidazole)を用いてイミダゾールが10mM~1M濃度範囲で線形濃度勾配で増加注入を通じて溶出し、2mlずつの分画を収得した。
前記溶出物をSDS-PAGEを通じて目的(ターゲット)タンパク質の分離様相を確認した後、該当分画の溶出物をDialysisバッファー(20mM Tris-HCl(pH7.9)、5% glycerol、10mM NaCl、0.02% Tween-20)で9℃で12-16時間の間透析した。このとき、4時間の間先に透析した後、残り8-12時間の間TEV切断酵素を用いてN-末端のRIDとエンカプスリン(Encapsulin)-デングウイルス抗原融合タンパク質の間を切断した。
N-末端の融合パートナーであるRIDなどが除去された目的融合タンパク質を分離及び精製するために、HisTrap HP(GE Healthcare Life Sciences、Little Chalfont、Buckinghamshire、UK、5mL size)カラムを用いてDialysisバッファーと同一の溶液A(20mM Tris-HCl(pH7.9)、5% glycerol、10mM NaCl、0.02% Tween-20)で平衡化させた後、1ml/分の流速で前記平衡化されたカラムに積載した。N-末端の融合パートナーであるRIDなどが除去されたENC-DENV EDIII目的タンパク質は、前記カラムに吸着されず溶出される形態で回収した。
目的タンパク質の最終純度の増加のためにAKTA(GE healthcare)を用いてイオン交換樹脂クロマトグラフィー(Ion Exchange Chromatography)を行った。カラム(Fractogel TMAE、5mL size(#125069、Merck)を緩衝溶液A(20mM Tris-HCl(pH7.9)、10mM NaCl、5% glycerol、0.02% Tween-20)で平衡化した後、1ml/分の流速で積載し、緩衝溶液Aと緩衝溶液B(20mM Tris-HCl(pH7.9)、1M NaCl、5% glycerol、0.02% Tween-20)を通じて10mM~1Mの線形濃度勾配を有するNaCl注入を通じて目的タンパク質を溶出し、各1mlずつの分画で収得し、その結果、その精製様相と純度は、図16の(f)に示した通りである(図16の(f)参照)。精製されたENC-DENVタンパク質は、20%グリセロール(glycerol)割合を含む状態で4℃で保管し、最終的に精製されたタンパク質の濃度は、BSA(Amresco、Solon、OH、USA)を用いて定量した。
<実施例5-4>
実施例5-3のENC-DENV EDIII融合タンパク質で構成された融合タンパク質(VLP)の全体的な直径分布を確認するために、動的光散乱(Dynamic Light Scattering、DLS)を通じて分析した。前記複合体の分析は、DLS(Particular Systems、Zetasizer Nano Family)を用いて16℃の温度条件でサンプル1mLをCuvetteに入れて測定した。細胞の動的光散乱分析は、イメージで各領域別total intensity及びMassなどを用いて確認した。図17の(a)のように、DLSのHydrodynamic Radiusでの直径30~40nmのParticleサイズの分布を有することを確認した。
<実施例5-5>
精製されたエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質からなるウイルス様粒子(VLP)の外形を電子顕微鏡で観察した。精製されたEncapsulin VLPを先に銅グリッドに1分間載せた後、2%酢酸ウラニル(uranyl acetate)を用いて1分間染色し、10分間常温で乾燥した後に透過電子顕微鏡(TEM、Transmission electron microscope(120kV);Talos L120C、FEI、Czech)を用いて撮影した。図11の(b)に示したように、精製されたENC-DENVタンパク質がVLPを形成することが確認できた。確認されたVLPの直径は、既存のエンカプスリン(Encapsulin)タンパク質の直径である30~40nmの間で観察され、C-末端に抗原タンパク質が融合された融合タンパク質の形態でも球形のVLPを形成することを確認した。
実施例5の結果からも実施例2の結果と同様に、本発明を用いたエンカプスリン(Encapsulin)の大腸菌での高効率タンパク質の生産及びVLP形成を全て確認した。これは、本実験の高効率及び水溶性の増進融合パートナーであるRIDがエンカプスリン(Encapsulin)のC-末端に抗原などのタンパク質を挿入した融合タンパク質基盤のプラットフォームを形成するのに必須的であることを示す。
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有した者は、本発明がその技術的思想や必須的な特徴を変更せずに他の具体的な形態で実施できることを理解すべきである。したがって、以上で記述した実施例は、全ての面で例示的なものであり、限定的なものではないと理解しなければならない。

Claims (21)

  1. 目的タンパク質;
    エンカプスリンタンパク質;及び
    RID(RNA interacting domain)タンパク質;をコーディングするポリヌクレオチドを含むことを特徴とする、ワクチン生産用組換え発現ベクター。
  2. 前記エンカプスリンタンパク質は、配列番号1のアミノ酸配列又はその一部配列を含むことを特徴とする、請求項1に記載のワクチン生産用組換え発現ベクター。
  3. 前記RIDタンパク質は、前記ワクチンの発現量又は水溶性を増加させるための融合パートナーであることを特徴とする、請求項1に記載のワクチン生産用組換え発現ベクター。
  4. 前記RIDタンパク質は、配列番号12、配列番号13又は配列番号14のアミノ酸配列又はその一部配列を含むことを特徴とする、請求項1に記載のワクチン生産用組換え発現ベクター。
  5. 前記目的タンパク質、エンカプスリンタンパク質及びRID(RNA interacting domain)タンパク質の間には、少なくとも一つのリンカータンパク質が位置し、
    前記リンカータンパク質は、配列番号15、配列番号16、配列番号17、配列番号18、配列番号19又は配列番号20の遺伝子配列を含むことを特徴とする、請求項1に記載のワクチン生産用組換え発現ベクター。
  6. 前記ポリヌクレオチドは、RIDタンパク質の切断のためにTEVタンパク質を追加でコーディングすることを特徴とする、請求項1に記載のワクチン生産用組換え発現ベクター。
  7. 前記目的タンパク質は、ウイルス抗原タンパク質、抗体、細胞受容体、酵素、構造タンパク質、血清及び細胞タンパク質からなる群より選択されるいずれか一つのタンパク質であることを特徴とする、請求項1に記載のワクチン生産用組換え発現ベクター。
  8. 前記ウイルス抗原タンパク質は、ロタウイルス(Rotavirus)抗原タンパク質、子宮頸部癌ウイルス抗原タンパク質、デングウイルス(Dengue virus)抗原タンパク質及びコロナウイルス抗原タンパク質からなる群より選択されたいずれか一つのタンパク質であることを特徴とする、請求項7に記載のワクチン生産用組換え発現ベクター。
  9. 請求項1~8のうちいずれか一項に記載の発現ベクターに形質転換された宿主細胞。
  10. 前記宿主細胞は、大腸菌(E. coli)であることを特徴とする、請求項9に記載の形質転換された宿主細胞。
  11. 目的タンパク質;エンカプスリンタンパク質;及びRID(RNA interacting domain)タンパク質;を含むことを特徴とする、融合タンパク質。
  12. 前記目的タンパク質は、エンカプスリンタンパク質のC-末端に連結されることを特徴とする、請求項11に記載の融合タンパク質。
  13. 前記目的タンパク質、エンカプスリンタンパク質及びRID(RNA interacting domain)タンパク質の間には、少なくとも一つのリンカータンパク質が位置し、
    前記リンカータンパク質は、配列番号15、配列番号16、配列番号17、配列番号18、配列番号19又は配列番号20の遺伝子配列を含むことを特徴とする、請求項11に記載の融合タンパク質。
  14. a)目的タンパク質;エンカプスリンタンパク質;及びRIDタンパク質;をコーディングするポリヌクレオチドを含むワクチン生産用組換え発現ベクターを生産する段階;
    b)前記発現ベクターを宿主細胞に導入して形質転換体を生産する段階;及び
    c)前記形質転換体を培養して組換え融合タンパク質の発現を誘導し、これを収得する段階;を含むことを特徴とする、ワクチン生産方法。
  15. 前記RIDタンパク質は、前記ワクチンの発現量又は水溶性を増加させるための融合パートナーであることを特徴とする、請求項14に記載のワクチン生産方法。
  16. 前記RIDタンパク質は、配列番号12、配列番号13又は配列番号14のアミノ酸配列又はその一部配列を含むことを特徴とする、請求項14に記載のワクチン生産方法。
  17. 前記宿主細胞は、大腸菌(E. coli)であることを特徴とする、請求項14に記載のワクチン生産方法。
  18. 前記エンカプスリンタンパク質は、配列番号1のアミノ酸配列又はその一部配列を含むことを特徴とする、請求項14に記載のワクチン生産方法。
  19. 前記目的タンパク質は、ウイルス抗原タンパク質、抗体、細胞受容体、酵素、構造タンパク質、血清及び細胞タンパク質からなる群より選択されたいずれか一つのタンパク質であることを特徴とする、請求項14に記載のワクチン生産方法。
  20. 前記ウイルス抗原タンパク質は、ロタウイルス(Rotavirus)抗原タンパク質、子宮頸部癌ウイルス抗原タンパク質、デングウイルス(Dengue virus)抗原タンパク質及びコロナウイルス抗原タンパク質からなる群より選択されたいずれか一つのタンパク質であることを特徴とする、請求項19に記載のワクチン生産方法。
  21. 前記目的タンパク質、エンカプスリンタンパク質及びRID(RNA interacting domain)タンパク質の間には、少なくとも一つのリンカータンパク質が位置し、
    前記リンカータンパク質は、配列番号15、配列番号16、配列番号17、配列番号18、配列番号19又は配列番号20の遺伝子配列を含むことを特徴とする、請求項14に記載のワクチン生産方法。
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