KR0145802B1 - Modified erythropoietin gene and expression vectors thereof - Google Patents

Modified erythropoietin gene and expression vectors thereof

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KR0145802B1
KR0145802B1 KR1019940012082A KR19940012082A KR0145802B1 KR 0145802 B1 KR0145802 B1 KR 0145802B1 KR 1019940012082 A KR1019940012082 A KR 1019940012082A KR 19940012082 A KR19940012082 A KR 19940012082A KR 0145802 B1 KR0145802 B1 KR 0145802B1
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성재갑
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Abstract

본 발명은 인간 선호 코돈을 사용한 합성 인간 적혈구 성장 촉진인자(EPO)유전자 및 이를 포함하는 발현벡터를 제공하며, 상기 발현벡터를 이용하여 동물세포내에서 EPO를 대량 생산하는 방법을 제공한다.The present invention provides a synthetic human erythrocyte growth promoter (EPO) gene using a human preferred codon and an expression vector comprising the same, and provides a method of mass-producing EPO in animal cells using the expression vector.

Description

변형된 인간 적혈구 성장 촉진 인자 유전자 및 그의 발현벡터Modified human erythrocyte growth promoter gene and expression vector thereof

제 1 도는 인간에서 빈번하게 나타나는 코돈으로 설계된 EPO 59 유전자와 그 5' 말단에 연결된 CD5 리더 서열의 염기서열을 나타낸 것이고,Figure 1 shows the nucleotide sequence of the EPO 59 gene designed with codons that are frequently found in humans and the CD5 leader sequence linked to its 5 'end,

제 2 도는 EPO 60 유전자와 그 5' 말단에 연결된 EPO 리더 서열의 염기 서열을 나타낸 것이고,Figure 2 shows the nucleotide sequence of the EPO 60 gene and the EPO leader sequence linked to its 5 'end,

제 3 도는 EPO 59 유전자와 EPO 60 유전자를 만드는데 이용된 프라이머 DNA의 염기서열을 나타낸 것이고,Figure 3 shows the nucleotide sequences of the primer DNA used to make the EPO 59 gene and EPO 60 gene,

제 4 도는 발현 벡터인 pM1-EPO 59의 제조과정과 구조를 나타낸 것이고,Figure 4 shows the manufacturing process and structure of the expression vector pM1-EPO 59,

제 5 도는 발현 벡터인 pM1-EPO 60의 제조과정 및 구조를 나타내는 것이고,Figure 5 shows the manufacturing process and structure of the expression vector pM1-EPO 60,

제 6 도는 pM1-EPO 59와 pM1-EPO 60발현벡터를 COS-7 세포에 도입하여 EPO를 발현시킨 후 EPO에 대한 단일 항체를 이용해 웨스턴 블럿팅한 결과를 보여주는 것이고,6 shows the results of Western blotting using a single antibody against EPO after introducing pM1-EPO 59 and pM1-EPO 60 expression vectors into COS-7 cells to express EPO.

제 7 도는 선행 특허출원 제 93-16865호에 기재된, 효모 선호코돈으로 설계한 EPO 유전자의 염기서열을 나타내고7 shows the nucleotide sequence of the EPO gene designed with the yeast preference codon described in the prior patent application 93-16865

제 8 도는 본 발명의 인간선로 코돈으로 설계한 EPO 60 유전자와 선행 특허 출원 제 93-165865호의 효모 선호 코돈으로 설계한 EPO 유전자의 발현율을 비교하는 웨스턴 블럿팅의 결과이다.8 is a result of Western blotting comparing the expression rate of the EPO 60 gene designed with the human line codon of the present invention and the EPO gene designed with the yeast preference codon of the prior patent application 93-165865.

본 발명은 생물학적 활성이 우수한 인간 적혈구 성장 촉진 인자(eryhtropoietin; 이하 EPO로 약칭함)를 대량으로 제조하는것에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인간 선호 코돈을 사용한 EPO 유전자, 그를 포함하는 발현벡터, 상기 발현 벡터에 의해 형질 전환된 숙주세포 및 상기 숙주세포를 이용하여 EPO를 대량 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a large amount of human erythrocyte growth promoting factor (eryhtropoietin; hereinafter abbreviated as EPO) having excellent biological activity, and more particularly, an EPO gene using a human preferred codon, an expression vector including the same, and the expression thereof. A host cell transformed with a vector and a method for mass production of EPO using the host cell.

EPO는 고등생물체에서 적혈구 성장을 촉진하는 당단백질 호르몬이다(Carnot et al., Compt.Rend.143, 384(1906) 참조) EPO는 영아의 간과 성인의 신장과 간에서 생성되며 성인의 골수 및 지라, 영야의 간세포와 반응한다(Naughton, B.A. et al, Science 196, 301-302(1979); Krantz, S.B., J.Biol.Chem.238.4058-4090(1963):Krstal, G., Expl. Hemat.11, 649-660(1983)). EPO는 정상인의 혈액 1㎖당 약 15 내지 30밀리 유니트(mU) 혹은 0.01mM로 유지되며(Garcia, J.F., Lab.Clin. Med.99, 624-635(1982)). 재생불량성 빈혈등의 질병을 앓고 있는 환자에서는 정상인보다 높은 농도의 EPO가 생성되어, 이들의 혈액이나 뇨는 EPO 생산에 이용될 수 있다(White et al., Rec.Progr.Horm.Res.16.219(1960): Espada et al., Biochem.Med. 3. 475(1970):Fisher Pharmacol.Rev.24.459(1972)).EPO is a glycoprotein hormone that promotes red blood cell growth in higher organisms (see Carnot et al., Compt. Ren. 143, 384 (1906)). EPO is produced in the liver of infants and in the kidneys and livers of adults, and in bone marrow and spleen of adults. , Naughton, BA et al, Science 196, 301-302 (1979); Krantz, SB, J. Biol. Chem. 238.4058-4090 (1963): Krstal, G., Expl. Hemat. 11, 649-660 (1983). EPO is maintained at about 15-30 milliunits (mU) or 0.01 mM per milliliter of blood (Garcia, J. F., Lab. Clin. Med. 99, 624-635 (1982)). Patients suffering from diseases such as aplastic anemia produce higher concentrations of EPO than normal individuals, and their blood or urine can be used for EPO production (White et al., Rec. Progr. Horm. Res. 16.219 ( 1960): Espada et al., Biochem. Med. 3. 475 (1970): Fisher Pharmacol. Rev. 24.459 (1972)).

EPO제품은 일반적으로 재생불량성 빈형을 앓고 있는 환자의 뇨에서 분리되어 사용될 수 있지만 그 원료수급의 한계로 인하여 EPO의 대량생산은 매우 어렵다. 정상인의 뇨에서는 EPO의 농도가 낮고 EPO 활성 저해제가 있어 이를 제거하기 위해 고 순도의 정제가 요구되는 단점이 있다. (미합중국 특허 제 4,397,840 ; 4,303,650 ; 3,865,810 참조). EPO는 양의 혈장에서 추출할 수 있으나 양의 EPO는 사람에게 항원으로 작용할 수 있는 단점이 있다(Goldwasser, Control Cellular Dif. Divelop.,Part A; pp 487-494, Alan R.Liss. INC., N.Y.(1981)). EPO는 나말바(Namalva), BALL-1, NALL-1, TALL-1 및 JBL을 포함한 인체 림파구 세포의 동물 생체내 증식으로 생산될 수 있다(Sugimoto et al., 미합중국 특허 제 4,377,513호). 이방법은 인간 종양 세포를 재료로 사용하기 때문에 안정성을 학보하기 위하여 더 집중적인 조사를필요로 한다. 최근 사람의 EPO 유전자를 클로닝하여 동물세포 또는 곤충세포에서 발현시키는 방법이 개발되었다(국내 특허 공고 제 93-5917호, 국내 특허출원 제 93-16865호). 그러나 이 방법들 또한 그 발현량이 저조한 단점이 있다.,EPO products can generally be used separately from the urine of patients with aplastic anemia, but mass production of EPO is very difficult due to limitations in the supply and demand of raw materials. In the urine of normal people, the concentration of EPO is low and there is an EPO activity inhibitor, there is a disadvantage that high purity purification is required to remove it. (See US Pat. Nos. 4,397,840; 4,303,650; 3,865,810). EPO can be extracted from sheep plasma, but sheep EPO has the disadvantage of acting as an antigen to humans (Goldwasser, Control Cellular Dif. Divelop., Part A; pp 487-494, Alan R. Liss. INC., NY (1981). EPO can be produced by animal in vivo proliferation of human lymphocytes, including Namalva, BALL-1, NALL-1, TALL-1 and JBL (Sugimoto et al., US Pat. No. 4,377,513). Since this method uses human tumor cells as a material, more intensive investigation is required to study stability. Recently, a method of cloning human EPO genes and expressing them in animal cells or insect cells has been developed (Domestic Patent Publication No. 93-5917, Domestic Patent Application No. 93-16865). However, these methods also have a disadvantage of low expression.,

본 발명자들은 EPO 대량생산을 위해 연구를 한 끝에 인간선호 코돈을 사용하여 높은 EPO발현을 유도시키는 유전자를 설계하고, 상기 EPO 유전자 앞에 EPO 리더 서열, EPO 이외의 세포외 분비 단백질 리더 서열을 사용함으로써 EPO를 대량 발현시킬 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다. 따라서 본 발명의 목적은 인간 선호 코돈을 사용한 합성 EPO유전자를 제공하는데 있다. 본 발명의 또다른 목적은 상기 유전자를 포함하는 발현 벡터 및 이를 사용한 EPO의 대량 제조방법을 제공하는데 있다.After studying for mass production of EPO, the present inventors designed a gene that induces high EPO expression by using a human preferred codon, and by using an EPO leader sequence and an extracellular secretory protein leader sequence other than EPO before the EPO gene, It was found that the mass expression can be completed the present invention. It is therefore an object of the present invention to provide synthetic EPO genes using human preferred codons. Another object of the present invention is to provide an expression vector comprising the gene and a method for mass production of EPO using the same.

본 발명에서는 공지된 EPO 아미노산 서열(Kennech Jacobs et al., Nature 313, 806(1985))을 기초로하여 인간에서 가장 빈번히 나타나는 코돈(codon)(인간선호 코돈)들을 채용하여 제조한 동물세포에서 높은 발현율을 보이는 EPO 유전자를 제공한다. 인간 선호 코돈이라 함은 아래에 있는 바와 같이 특정 아미노선 코돈에 있어서 인간 유전자에서 가장 빈번히 나타나는 코돈을 말한다;In the present invention, based on the known EPO amino acid sequence (Kennech Jacobs et al., Nature 313, 806 (1985)) high in animal cells prepared by employing codons (human preference codons) most frequently appear in humans An EPO gene showing the expression rate is provided. Human preferred codon refers to the codon that occurs most frequently in the human gene for a particular aminoline codon, as shown below;

본 발명의 합성 EPO 유전자의 설계원칙은 천연 EPO의 아미노산 서열과 동일한 아미노산 서열을 코드하며 전체 코돈의 70%이상이 상기 인간 선호 코돈이며, 더욱 바람직하게는 90%이상, 가장 바람직하게는 95%이상인 염기서열이다. 또한, 선택적으로, 기능이 없는 것으로 알려진 N-말단과 C-말단의 아미노산 코돈이 각각 1개 내지 2개 결여될 수 있으며, N-말단 아미노산 코돈 등 일부의 코돈을 G/C 염기 함량이 낮은 서열을 갖는 코돈으로 치환할 수 있다.The design principle of the synthetic EPO gene of the present invention codes for the same amino acid sequence as the amino acid sequence of natural EPO, wherein at least 70% of the total codons are the human preferred codons, more preferably at least 90%, most preferably at least 95% The base sequence. Also, optionally, one or two amino acid codons of N-terminal and C-terminal which are known to be ineffective may be lacking, and some codons such as N-terminal amino acid codons may have low G / C base content sequences. It may be substituted with a codon having a.

본 발명의 유전자중 대표적인 것으로 EPO59 유전자 및 EPO 60유전자를 예로 들 수 있다. EPO 59 유전자는 인간 선호 코돈이 전체 코돈의 97.6%가 되도록 만들어진 것으로 기능이 없는 N-말단과 C- 말단의 아미노산이 한 개씩 제거된 단백질을 코드화한다. 고안된 염기서열을 바탕으로 올리고 뉴클레오티드들을 화학 합성하여 중합효소 연쇄반응(PCR, Saiki et al., Science 230,1350(1985))을 이용하여 EPO 유전자를 합성한 뒤 M13 파아지 벡터에 클로닝하고 염기서열을 확인한다. 이 유전자를 CD5 리더 서열(leader sequence)을 포함하고 있는 발현 벡터인 CD5-IgGl(Aruffo et al., Cell,61,1303(1990))에 클로닝한다. 이렇게 만들어진 발현벡터를 pM1-EPO59라고 명명한다. pM1-EPO59는 사이토 메갈로 바이러스(CMV)프로모터, CD5 리더 서열, EPO59 유전자, SV40 폴리아데닐화서열 등을 포함한다. pM1-EPO59벡터의 특징은 사람에서 가장 빈번히 나타나는 코돈들 만으로 EPO 유전자를 만들었고 EPO를 세포안에서 밖(배양액)으로 유출시키는 리더 서열로 CD리더 서열을 사용했기 때문에 동물 세포에서 높은 EPO 발현율을 도모할 수 있다는 장점이 있다. EPO 유전자 발현벡터에서 EPO59 등 본 발명의 유전자 앞에 위치하는 리더 서열로는 CD5 리더 서열외에도 원래의 EPO 리더 서열 또는 세포의 분리 단백질 또는 타입-I 세포막 표지 단백질(예를 들어 TNF 수용체(Smith et al., Science, 248, 1019(1990); IL-13(Minty et al., Nature,362, 248(1993); FAS(Itoh et al., Cell, 66,233(1991); 및 CD 40(Stamenkovic et al., EMBO J., 8, 1403(1989) 등)의 리더 서열을 사용할 수 있다.Representative genes of the present invention include the EPO59 gene and EPO 60 gene. The EPO 59 gene is designed to make human preferred codons 97.6% of the total codons, encoding proteins with one non-functional N- and C-terminal amino acids removed one by one. Based on the designed nucleotide sequence, the oligonucleotides were chemically synthesized to synthesize the EPO gene using a polymerase chain reaction (PCR, Saiki et al., Science 230,1350 (1985)), and then cloned into the M13 phage vector. Check it. This gene is cloned into CD5-IgGl (Aruffo et al., Cell, 61,1303 (1990)), which is an expression vector containing a CD5 leader sequence. The expression vector thus created is named pM1-EPO59. pM1-EPO59 includes cytomegalovirus (CMV) promoter, CD5 leader sequence, EPO59 gene, SV40 polyadenylation sequence, and the like. The characteristic of pM1-EPO59 vector is that the EPO gene is made from only the codons most frequently found in humans, and the CD leader sequence is used as a leader sequence to let EPO out into the cell (culture solution). There is an advantage. The leader sequence located before the gene of the present invention, such as EPO59, in the EPO gene expression vector may include, in addition to the CD5 leader sequence, an original EPO leader sequence or a cell isolation protein or a type-I cell membrane labeling protein (eg, TNF receptor (Smith et al. , Science, 248, 1019 (1990); IL-13 (Minty et al., Nature, 362, 248 (1993); Ita et al., Cell, 66,233 (1991); and CD 40 (Stamenkovic et al. , EMBO J., 8, 1403 (1989), etc.) can be used.

EPO 60 유전자는 EPO 59유전자를 더 개량한 것으로 EPO59 유전자의 5' 말단 5개 아미노산을 코드화하는 염기서열을 G/C염기 함량이 낮은 서열로 교체해서 한층 더 발현율을 높인 것이다. EPO 유전자의 5' 말단의 G/C염기 함량을 낮추면 EPO의 mRNA의 전사가 촉진되므로 발현량의 향상을 가져온다. pMI-EPO 60벡터는 사이토 메갈로 바이러스(CMV)프로모터, EPO리더 서열과 본 발명에서 새로 설계한 EPO 60 유전자, SV 40 폴리아데닐화 서열 등을 포함한다. 발현벡터인 pMI-EPO60의 특징은 인간 선호 코돈을 채택한 점, 이 유전자의 5'말단을 mRNA의 전사가 촉진될 수 있도록 고안한 점, EPO리더 서열을 채택한 점이다. 상기 발현벡터 pMI-EPO60으로 형질전환된 대장균 MC1061/P3/PMI-EPO 60은 생명공학연구소 유전자 은행에 1994년 5월 17일자로 기탁번호 제 KCTC 0110BP호로 기탁되었다.The EPO 60 gene is a further improvement of the EPO 59 gene, which is further enhanced by replacing the base sequence encoding the 5 amino acids of the 5 'terminal of the EPO 59 gene with a sequence having a low G / C base content. Lowering the G / C base content of the 5 'end of the EPO gene promotes transcription of the mRNA of the EPO, leading to an improvement in expression. The pMI-EPO 60 vector includes the cytomegalovirus (CMV) promoter, the EPO leader sequence and the newly designed EPO 60 gene, the SV 40 polyadenylation sequence, and the like. The expression vector pMI-EPO60 is characterized by adopting a human preferred codon, designing the 5 'end of the gene to promote mRNA transcription, and adopting the EPO leader sequence. E. coli MC1061 / P3 / PMI-EPO 60 transformed with the expression vector pMI-EPO60 was deposited with the accession number KCTC 0110BP dated May 17, 1994 to the Bank of Biotechnology.

상기 두 개의 발현벡터를 포함하는 본 발명의 발현벡터는 COS, CHO, BHK 등의 동물세포에서 발현시킬 수 있다.Expression vectors of the present invention comprising the two expression vectors can be expressed in animal cells, such as COS, CHO, BHK.

예를 들어, 상기 발현 벡터를 COS-7(ATCC CRL 1651, 아프리카 Green Monkey Kidney Cell에서 유래됨)에 감염시킨 후 96시간 후에 상층액을 SDS-폴리아크릴 아미드젤 전기영동(SDS-PAGE)한후 EPO에 대한 단일 클론 항체를 사용하여 웨스턴 블롯을 실행하므로써 발현정도를 확인할 수있다. COS-7 등 동물세포에서 발현된 EPO가 있는 상층액은3H 티미딘법(Gerald Krystal Exp, Hematol., 7, 649(1983))에 의해 EPO의 생활성을 측정할 수 있다. 그 결과 pMI-EPO 59 및 pMI-EPO60을 COS-7에서 발현시킬 경우 세포 배양 상층액 1밀리리터 당 pMI-EPO59 벡터의 경우 EPO가 37.0U/ml이, pMI-EPO60벡터인 경우에는 540.0U/ml이 존재함을 알 수 있으며 이 값은 지금까지 발표된 어떤 동물세포에서의 발현율(국내 특허 공고 93-5917의 발명의 COS세포에서의 발현량은 3.1+1.8U/ml이다)보다 월등히 높은 값이다. 국내특허 출원 제 93-16865호의 발명은 곤충 세포 EPO를 발현시킴을 특징으로 하고 있다. 이 발명이 보여주는 발현량은 세포 배양액 1ml을 트리클로로아세트산으로 침전시켜 웨스턴 블롯팅을 시행해서 EPO를 탐지할 수 있는 정도의 수준이었으나 본 발명은 세포 배양액 10㎕만을 웨스턴 블롯팅 분석에 이용해도 EPO가 탐지될 정도로 월등한 발현율을 보인다.For example, 96 hours after infection of the expression vector with COS-7 (ATCC CRL 1651, derived from African Green Monkey Kidney Cell), the supernatant was subjected to SDS-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), followed by EPO. The degree of expression can be confirmed by performing a Western blot using a monoclonal antibody against. The supernatant with EPO expressed in animal cells such as COS-7 can be measured by the 3 H thymidine method (Gerald Krystal Exp, Hematol., 7, 649 (1983)). As a result, when pMI-EPO 59 and pMI-EPO60 were expressed in COS-7, EPO was 37.0 U / ml for the pMI-EPO59 vector per milliliter of cell culture supernatant, and 540.0 U / ml for the pMI-EPO60 vector. It can be seen that this value is much higher than the expression rate in any animal cells published so far (expression in the COS cells of the invention of the domestic patent publication 93-5917 is 3.1 + 1.8 U / ml) . The invention of Korean Patent Application No. 93-16865 is characterized by expressing insect cell EPO. The expression level of the present invention was such that EPO was detected by Western blotting by precipitating 1 ml of cell culture with trichloroacetic acid. Outstanding expression rate is detected.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기 실시예는 본 발명은 구체적으로 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의해 제한받는 것이 아님은 명백하다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples. The following examples are only intended to illustrate the invention specifically, it is clear that the present invention is not limited by the following examples.

하기 실시예에서 모든 DNA조작은 특별한 언급이 없는 한 프레데릭(Frederlck)등의 문헌(Short Protocols in Molecular Biology 2nd ED., 1992, Greene Publishing Associates and John Wiely Sons.)에 기술된 방법을 따랐다.All DNA manipulations in the examples below were followed by methods described in Frederckck et al., Short Protocols in Molecular Biology 2nd ED., 1992, Greene Publishing Associates and John Wiely Sons.

[실시예 1] EPO59 유전자의 제조Example 1 Preparation of EPO59 Gene

EPO59의 N-말단 반쪽을 만들기 위해 제3도에 있는 프라이머 1번, 2번, 3번, 4번을 1㎕씩 한 튜브에 넣고 알맞은 조건(10mM Tris-HCl, 1.5mM MgCl2, 50mM KCl, 20℃에서 pH 8.3, 0.2mM dATP, 0.2mM dGTP, 0.2mM dCTP, 0.2mM dTTP, 10% DMSO, 1U Taq DNA 중합효소, 최종 50㎕ 부피)에서 30회 반응(94℃, 55℃, 72℃, 각 1분간)시켰다. C-말단은 5번, 6번, 7번, 8번 프라이머를 써서 같은 조건으로 연쇄반응시켜 만들었다. 520bp의 전체 EPO 59 유전자(제3도)는 앞서 만들어진 N-말단과 C-말단의 EPO59 단편들을 주형으로 해서 프라이머 9번과 10번을 사용하여 연쇄 중합(PCR)반응으로 만들었다.To make the N-terminal half of EPO59, add 1 μl of primers 1, 2, 3, and 4 in FIG. 3 into one tube in the appropriate conditions (10 mM Tris-HCl, 1.5 mM MgCl 2 , 50 mM KCl, 30 reactions (94 ° C, 55 ° C, 72 ° C) at 20 ° C in pH 8.3, 0.2mM dATP, 0.2mM dGTP, 0.2mM dCTP, 0.2mM dTTP, 10% DMSO, 1U Taq DNA Polymerase, final 50 μl volume , Each for 1 minute). The C-terminal was made by chain reaction under the same conditions using primers 5, 6, 7, and 8. A total of 520 bp of the EPO 59 gene (FIG. 3) was generated by a chain polymerization (PCR) reaction using primers 9 and 10 using the N-terminal and C-terminal EPO59 fragments prepared as templates.

[실시예 2] 발현벡터 pMI-EPO59의 제조Example 2 Preparation of Expression Vector pMI-EPO59

상기 실시예1에서 연쇄중합 반응으로 만들어진 EPO59 유전자는 제한효소 NheI과 NotI으로 절단하고 아가로스젤에서 전기 영동한 후 오려내어 역시 같은 NheI과 NotI으로 절단된 CD5-IgGl(Aruffo et al,. Cell, 61, 1303(1990))의 3.0kb절편과 접합(ligation)시키고, 대장균 MC1061/P3를 형질전환시켜 원하는 벡터를 포함하는 대장균 형질 전환체를 얻었다. 발현벡터를 상기 형질전환체로부터 분리하고 이를 pMI-EPO59라 명명하였다.The EPO59 gene produced by the chain polymerization in Example 1 was cut with restriction enzymes NheI and NotI, electrophoresed on agarose gel, cut out, and then cut with CD5-IgGl (Aruffo et al, Cell, 61, 1303 (1990)) and the ligation of the (kb) fragment (ligation), E. coli MC1061 / P3 was transformed to obtain an E. coli transformant containing the desired vector. Expression vectors were isolated from the transformants and named pMI-EPO59.

[실시예 3] EPO60 유전자 및 발현벡터 pMI-EPO60의 형성Example 3 Formation of EPO60 Gene and Expression Vector pMI-EPO60

실시예2에서 제조한 벡터 pMI-EPO59를 XbaI으로 절단하고 아가로스젤 전기영동으로 0.7kb DNA단편을 분리해내어 Sau3A로 절단하여 N-말단이 없어진 0.5kb EPO DNA 단편을 얻었다.(단편1) 프라이머 11번과 12번을 이용하여 실시예1의 연쇄중합반응 조건으로 반응시켜서 0.1kb의 DNA 단편을 얻었으며 이를 Sau3A와 XbaI으로 절단하여 단편 2를 준비했다. pCDM8 벡터(Invitrogen사, USA)를 NheI과 SacII로 절단하여 클레노우 효소로 처리하여 블런트말단을 만든 후 접합시켜 pDMBS(이조작은 pCDM8 벡터의 M13 오리진(587-1179염기서열부위)을 제거하기 위한 과정이다)를 만들었다. 이것을 Xbal으로 절단하여 3.8kb의 단편을 얻어 위에서 준비한 단편 1과 단편 2와 함께 접합시켜 이것으로 대장균 MC1061/P3을 형질전환시켜 원하는 벡터를 포함하는 대장균 형질 전환체를 얻어 이로부터 벡터 pMI-EPO 60을 분리하였다. 발현벡터 pMI-EPO60으로 형질전환된 대장균 MC1061/P3/PMI-EPO60은 생명공학연구소 유전자 은행에 1994년 5월 17일자 기탁번호 제 KCTC0110BP호로 기탁하였다.The vector pMI-EPO59 prepared in Example 2 was cut with XbaI, 0.7kb DNA fragments were isolated by agarose gel electrophoresis, and cut with Sau3A to obtain 0.5kb EPO DNA fragments without N-terminus. The primers 11 and 12 were used to react under the chain polymerization conditions of Example 1 to obtain a 0.1 kb DNA fragment, which was digested with Sau3A and XbaI to prepare fragment 2. pCDM8 vector (Invitrogen, USA) was cut with NheI and SacII, treated with Klenow enzyme to make blunt ends, and then conjugated to remove pDMBS (587-1179 nucleotide sequence) of pCDM8 vector. Is made). This was digested with Xbal to obtain a fragment of 3.8 kb, conjugated with fragment 1 and fragment 2 prepared above, and transformed with E. coli MC1061 / P3 to obtain an E. coli transformant containing the desired vector. From this, the vector pMI-EPO 60 Was separated. Escherichia coli MC1061 / P3 / PMI-EPO60 transformed with the expression vector pMI-EPO60 was deposited with KCTC0110BP dated May 17, 1994 to the Bank of Biotechnology.

[실시예 4] COS-7 세포의 형질 전환 및 EPO 유전자의 발현Example 4 Transformation and Expression of EPO Gene in COS-7 Cells

10% FBS(소태아혈청)를 함유한 DMEM(Gibco BRL)배지 5㎖이 들어있는 6cm세포배양 접시 2개에 COS 세포를 50-80%차도록 키우고 2㎍의 정제된 pMI-EPO59와 pMI-EPO60 벡터를 각각 2㎖의 감염용액(10% Nuserum(Collaborative Biomedical Products, USA), 0.04% DEAE Dextran(Sigma), 0.05% Chloroquine(Sigma), 90% DMEM(Gibco BRL))과 함께 COS 세포가 든 배양접시에 각각 넣어 37℃, 5% CO2조건에서 4.5시간 배양시켰다. 배양이 끝나면 감염 용액을 제거하고 2㎖의 10% DMSO가 든 PBS(Gibco BRL, Catalog No: 14040-034)로 2분간 세포를 처리한 후 5㎖의 새 DMEM(10% 소태아 혈청 함유)에 세포를 37℃, 5% CO2조건에서 12시간 배양하였다. 배양 후 세포 탈착용 트립신(Gibro BRL, Catalog No.: 25300-013)으로 세포를 떼어낸 후 DMEM(10% 소 태아혈청(Gibco BRL, Catalog No.: 16140-014) 함유)이 든 새접시에서 37℃, 5% CO2조건에서 96시간 배양하였다. 배양이 끝나면 200g에서 5분간 원심분리하여 상등액을 발현 분석용으로 사용하였다.Two 6 cm cell culture dishes containing 5 ml of DMEM (Gibco BRL) medium containing 10% FBS (fetal bovine serum) were grown to 50-80% COS cells and 2 µg of purified pMI-EPO59 and pMI-EPO60. Vectors were incubated with COS cells with 2 ml of infectious solution (10% Nuserum (Collaborative Biomedical Products, USA), 0.04% DEAE Dextran (Sigma), 0.05% Chloroquine (Sigma), 90% DMEM (Gibco BRL)) Each plate was incubated at 37 ° C. and 5% CO 2 for 4.5 hours. At the end of the incubation, the infection solution was removed, treated with PBS (Gibco BRL, Catalog No: 14040-034) containing 2 ml of 10% DMSO for 2 minutes, and then in 5 ml of fresh DMEM (containing 10% fetal bovine serum). The cells were incubated for 12 hours at 37 ° C. and 5% CO 2 . After incubation, cells were detached with trypsin for cell detachment (Gibro BRL, Catalog No .: 25300-013), and then in a new dish containing DMEM (containing 10% fetal bovine serum (Gibco BRL, Catalog No .: 16140-014)). 96 hours incubation at 37 ℃, 5% CO 2 conditions. After incubation, the supernatant was used for expression analysis by centrifugation at 200 g for 5 minutes.

상등액 10㎕를 15%젤에서 SDS-PAGE한 후 문헌(Ed Harlow and David Lane, Antibodees, A Laborative Manual 1988, Cold Spring Harbor Laboratory)의 방법에 따라 다음과 같이 웨스턴 블럿팅을 시행하였다. SDS-PAGE후 젤상에서 분리된 단백질 밴드들을 니트로 셀룰로우스 종이에 전기적으로 옮겼다. 니트로 셀룰로스 종이를 1% 카제인이 든 PBS용액에서 1시간 처리했고 EPO에 대한 단일 클론항체(Genzyme cat. No.AE7A5, USA)가 500배 희석되어 들어있는 카제인/PBS 용액에서 2시간 처리했다. 처리후 PBS로 씻어낸후 알카라인 포스파타제가 붙어있는 항체(alkaline phosphatase-conjugated goat affinity purified antibody to mouse IgG, Cappel, Cat.No 59296,USA;카제인/PBS용액에서 500배 희석)로 1시간 처리후 PBS로 씻어냈다. 니트로 셀룰로즈 종이는 알카라인 포스파타제 발색시약인 BCIP/NBT(5-brmo-4-chloro-3'-indolylphosphate-p-toluidine salt/nitro-blue tetrazolium chloride; PIERCE사)에서 발색시켰다. 발색결과 벡터인 pMI-EPO59와 pMI-EPO60모두 폴리 아크릴 아미드젤 상에서 대략 32-39kD 범위에 걸쳐 있는 EPO를 발현시켰다.(제6도 참조) 이 결과는 본 발명의 발현 벡터가 생산한 EPO가 천연형의 EPO와 비교할 때 글리코실화된 단백질의 분자량 측면에서 동일하다는 것을 시사한다.10 μl of the supernatant was subjected to SDS-PAGE on a 15% gel, followed by Western blotting according to the method of Ed Harlow and David Lane, Antibodees, A Laborative Manual 1988, Cold Spring Harbor Laboratory. Protein bands separated on gels after SDS-PAGE were transferred electrically to nitro cellulose paper. Nitro cellulose paper was treated for 1 hour in PBS solution containing 1% casein and treated for 2 hours in casein / PBS solution containing 500-fold dilution of monoclonal antibody (Genzyme cat.No.AE7A5, USA) against EPO. After treatment, the cells were washed with PBS and treated with alkaline phosphatase (alkaline phosphatase-conjugated goat affinity purified antibody to mouse IgG, Cappel, Cat.No 59296, USA; diluted 500-fold in casein / PBS solution) for 1 hour. Washed off. Nitro cellulose paper was developed with BCIP / NBT (5-brmo-4-chloro-3'-indolylphosphate-p-toluidine salt / nitro-blue tetrazolium chloride; PIERCE), an alkaline phosphatase color developing reagent. Color development revealed that the vectors pMI-EPO59 and pMI-EPO60 both expressed EPO in the range of approximately 32-39 kD on polyacrylamide gel (see FIG. 6). Compared to the EPO of the type suggests the same in terms of molecular weight of glycosylated protein.

[실시예 5] 발현된 EPO의 생활성 측정Example 5 Measurement of Bioactivity of Expressed EPO

생활성 분석은 논문(Gerald Krystal, Exp.Hematol., 7, 649-660(1983))에 기재된 방법에 따라 행하였다. 20g된 C57/BL6 마우스(한국화학연구소로부터 입수)에 페닐 하이드라진(phenyl hydrazine chloride, Sigma 접종량:60mg/kg)을 하루에 한번씩 이틀 연속 복강내 주사하고 3일을 키운후 비장을 얻었다. 이 비장을 주사기로 터뜨려서 세포를 얻은 후 한 개의 분석상 50㎕의 활성분석 혼합액(DMEM에 들어있는 2.5 X 105 세포, 20% 소태아 혈청, 0.1mM 2-머캅토에탄올, 1X Antibiotic-Antimycotic(Gibco BRL)을 준비했다. 여기에 분석할 EPO가 있는 발현 상등액을 20% 소태아 혈청이 있는 DMEM으로 적당하게 희석(200-20000 배)시켜 50㎕를 앞의 활성 분석 혼합액에 더한 후 30℃, 5% CO2조건에서 20시간 배양했다. 배양후 한 분석당 0.5μCi가 든 20㎕으3H티미딘([methyl-3H]-thymidine,Amersham)을 배양액에 더하고 2.5시간 배양한 후 글래스 파이버 필터위에 옮겨 붙였다. 필터를 말린후 바이알에 넣고 3ml 하이드로플루오르(hydrofluor: National Diagnostics, USA)를 더한후 액체 섬광 계수 분석기(liquid scintillation counter, Pharmacia)에서 cpm값을 측정했다. 정량을 위한 EPO는 베링거 만하임의 제품(Erythropoietin, human, recombinant, 250U/ml, Cat.No:1120 166)을 사용하였다. 생활성 분석 결과 COS세포의 배양액내에서 pMI-EPO59 벡터의 경우 37.0U/ml이, pMI-EPO60벡터의 경우 540.0U/ml의 발현량을 보였다. 이 결과는 COS 세포에서 일시적으로 발현해서 발표했던 종래의 결과(한국 특허공고 제93-5197호: Jacobs et al., Nature 313, 28(1985) 등)인 3.1U/ml보다 월등한 수준이다.Bioactivity analysis was performed according to the method described in Gerald Krystal, Exp. Hematol., 7, 649-660 (1983). 20 g of C57 / BL6 mice (obtained from the Korea Research Institute of Chemical Technology) were injected intraperitoneally with phenyl hydrazine chloride (Sigma inoculation: 60 mg / kg) once a day for two consecutive days to obtain spleens. The spleen was struck with a syringe to obtain the cells, followed by one assay of 50 μl of activity assay mixture (2.5 X 105 cells in DMEM, 20% fetal bovine serum, 0.1 mM 2-mercaptoethanol, 1X Antibiotic-Antimycotic (Gibco). BRL) was prepared by diluting (200-20000 times) the expression supernatant with EPO to be analyzed with DMEM with 20% fetal bovine serum, and adding 50 µl to the previous assay mixture. Incubated for 20 hours at% CO 2 condition After adding 20 μl of 3 H thymidine ([methyl- 3 H] -thymidine, Amersham) containing 0.5 μCi per assay to the culture medium, and incubated for 2.5 hours, the glass fiber filter After drying, the filter was placed in a vial, 3 ml hydrofluor (National Diagnostics, USA) was added, and the cpm value was measured on a liquid scintillation counter (Pharmacia). Products (Erythropoietin, human, recom binant, 250 U / ml, Cat.No:1120 166), and the bioactivity assay revealed that 37.0 U / ml for the pMI-EPO59 vector and 540.0 U / ml for the pMI-EPO60 vector. This result is higher than 3.1 U / ml, which is a conventional result (Temp. 93-5197: Jacobs et al., Nature 313, 28 (1985), etc.), which was temporarily expressed in COS cells. Excellent level.

[실시예 6] 국내 특허출원 제 93-16865호의 EPO유전자와의 발현 비교Example 6 Expression Comparison with EPO Gene of Korean Patent Application No. 93-16865

본 출원인의 선행출원인 국내 특허 출원 제 93-16865호에서 만든 EPO유전자(제7도 참조)와 EPO60 유전자의 동물세포에서의 발현율을 비교학 위해 재조합 바이러스 BVLUC-EPO(1993년 7월 23일자 ATCC에 기탁 :기탁번호 ATCC VR2421) DNA를 입수하여 XbaI으로 절단하여 5'과 3' 말단에 XbaI의 절단부위를 갖도록 한 후 역시 XbaI으로 절단한 pCDM8 벡터에 접합시켰다. 이렇게 만든 벡터(pCDM-L-EPO)는 본 발명의 pMI-EPO60과 마찬가지로 사이토 메갈로 바이러스 프로모터, EPO 리더서열, EPO유전자를 동일한 구조로 포함하고 있다. EPO 발현에 있어 두 벡터의 차이점은 단지 EPO유전자의 염기서열(아미노산 서열은 동일)이 다르다는 점이다. 이 두 벡터를 실시예4에서와 같이 COS-7세포에 감염시켜 그 발현량을 EPO에 대한 단일 클론 항체를 이용한 웨스턴 블럿팅 분석으로 비료하였다.(제 8도 참조) 웨스턴 블럿팅한 후 필터를 이미지 스캐너(Digital Imaging Scanner, IS1000, Innotech Scientific System)를 사용하여 두 벡터의 발현량을 비교해 보았을 때 본 발명의 pMI-EPO60 벡터가 pCDM-L-EPO보다 12.2배 높은 발현량을 나타내었다. 실시예5에서와 같은 방법으로3H 티미딘 법에 의해 생활성을 측정하여 발현량을 확인한 결과 EPO60유전자가 효모선호 코돈의 EPO유전자보다 38.6배가 높은 생활성을 나타내었다. 이 결과는 사람 선호 코돈으로 설계한 EPO60유전자가 국내 특허출원 제 93-16865호의 EPO유저자보다 월등한 발현율을 나타냄을 보여준다.The recombinant virus BVLUC-EPO (ATCC dated July 23, 1993) was used to compare the expression rate of the EPO gene (see FIG. 7) and EPO60 gene in animal cells of Korean patent application No. 93-16865. Deposition: Accession No. ATCC VR2421) DNA was obtained and cleaved with XbaI to have a cleavage site of XbaI at the 5 'and 3' ends, and then conjugated to the pCDM8 vector cleaved with XbaI. Thus made vector (pCDM-L-EPO) contains the cytomegalovirus promoter, EPO leader sequence, EPO gene in the same structure as pMI-EPO60 of the present invention. The difference between the two vectors in EPO expression is that they only differ in the nucleotide sequence of the EPO gene (the amino acid sequence is the same). These two vectors were infected with COS-7 cells as in Example 4 and their expression was fertilized by Western blotting analysis using monoclonal antibody against EPO. (See FIG. 8) After Western blotting, the filter was When comparing the expression levels of the two vectors using an image scanner (Digital Imaging Scanner, IS1000, Innotech Scientific System), pMI-EPO60 vector of the present invention showed 12.2 times higher expression level than pCDM-L-EPO. In the same manner as in Example 5, the expression level was confirmed by measuring the bioactivity by the 3 H thymidine method, and as a result, the EPO60 gene showed 38.6 times higher bioactivity than the EPO gene of the yeast preference codon. This result shows that EPO60 gene designed with human preference codon shows better expression rate than EPO user of Korean Patent Application No. 93-16865.

Claims (5)

하기의 각각의 아미노산에 대한 하기의 인간 선호 코돈이 전체 코돈의 90 내지 100%의 범위인 염기 서열로 구성된, 인간 적혈구 성장 촉진 인자(EPO)를 코드화하는 합성 EPO유전자:Synthetic EPO gene encoding human erythrocyte growth promoting factor (EPO) consisting of a base sequence in which the following human preferred codons for each of the following amino acids range from 90 to 100% of the total codons: 제1항에 있어서, 하기의 염기서열을 가지는 합성 EPO 유전자:The synthetic EPO gene according to claim 1, having the following nucleotide sequence: 제 1항에 있어서, 하기 염기서열을 가지는 합성 EPO 유전자:The synthetic EPO gene according to claim 1, having the following nucleotide sequence: 제3항의 유전자를 포함하는동물세포용 발현벡터 pMI-EPO 60.Expression vector pMI-EPO 60 for animal cells comprising the gene of claim 3. 제 4항의 동물세포용 발현벡터에 의해 형질전환된 동물세포를 배양함을 포함하는 인간 적혈구 성장 촉진인자의 제조방법.A method for producing human erythrocyte growth promoting factor comprising culturing animal cells transformed with the expression vector for animal cells of claim 4.
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