KR0161148B1 - Preparation method for heterologous protein by recombinant methylotrophic yeast - Google Patents
Preparation method for heterologous protein by recombinant methylotrophic yeastInfo
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Abstract
본 발명은 메탄올 자화 효모(methylotrophic yeast)로부터 이종 단백질을 생산하는 방법에 관한 것으로, 이종 단백질 유전자를 함유하는 재조합 메탄올 자화 효모 배양배지에 오일을 첨가하여 배양하는 방법에 의하면 이종 단백질의 생산성을 향상시킬 수 있으며, 특히 메탄올 옥시다제(Methanol Oxidase:MOX) 프로모터와 MOX 터미네이터 서열 및 히루딘 유전자를 포함하는 발현벡터로 형질전환된 메탄올 자화 효모를 이용하면 히루딘을 효율적으로 생산할 수 있다.The present invention relates to a method for producing a heterologous protein from methanol magnetized yeast (methylotrophic yeast), according to the method of culturing by adding oil to a recombinant methanolized magnetized yeast culture medium containing a heterologous protein gene to improve the productivity of the heterologous protein In particular, using a methanol oxidase (MOX) promoter and an expression vector comprising an MOX terminator sequence and a hirudin gene, methanol magnetization yeast can be efficiently produced.
Description
제1도는 본 발명의 히루딘 유전자 및 한세눌라 자동복제 서열 HARS3을 포함하는 발현벡터 pC782의 제조 과정을 나타낸 것이고,Figure 1 shows the manufacturing process of the expression vector pC782 comprising the hirudin gene and Hansenula auto-replicating sequence HARS3 of the present invention,
제2도는 히루딘 유전자 및 한세눌라 자동복제 서열 HARS2를 포함하는 발현벡터 pA2-HG의 제조과정을 나타낸 것이다.Figure 2 shows the manufacturing process of the expression vector pA2-HG comprising the hirudin gene and Hansenula auto-replicating sequence HARS2.
본 발명은 메탄올 자화 효모(methylotrophic yeast)로부터 이종 단백질을 생산하기 위한 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 재조합 메탄올 자화 효모 배양배지에 오일을 첨가하여 이종 단백질의 생산성을 향상시키는 방법, 특히 메탄올 옥시다제(Methanol Oxidase:MOX) 프로모터와 MOX 터미네이터 서열 및 히루딘 유전자를 포함하는 발현벡터, 상기 발현벡터로 형질전환된 메탄올 자화 효모 및 상기 형질전환주를 배양하여 히루딘을 효율적으로 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a heterologous protein from methanol magnetotrophic yeast, and more particularly, to a method for improving the productivity of the heterologous protein by adding oil to a recombinant methanol magnetizing yeast culture medium, in particular methanol oxidase. (Methanol Oxidase: MOX) The present invention relates to an expression vector comprising a promoter, a MOX terminator sequence and a hirudin gene, a methanol magnetized yeast transformed with the expression vector, and a method for efficiently producing hirudin by culturing the transformant. .
메탄올 자화 효모(methylotrophic yeast)로서 대표적인 한세눌라 폴리모르파(Hansenula polymorpha)와 피키아 파스토리스(Pichia pastoris)는 각각 알코올 옥시다제(Alcohol Oxidase:AOX)와 메탄올 옥시다제(Methanol Oxidase:MOX) 유전자 프로모터라 불리는 메탄올 유도 프로모터를 가지고 있어, 이를 이용한 이종 단백질 발현시스템의 개발 연구가 활발히 진행되고 있다(Buckholz, R.G.and M.A.G.Gleeson, Yeast systems for the commercial production of heterologous proteins. Bio/Technology, 9, 1067-1072(1991)). 메탄올 자화 효모를 이용한 외래 단백질 발현시스템은 메탄올을 탄소원 및 에너지원으로 이용하므로 당을 이용하여 외래 단백질을 발현하는 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae)보다 경제성이 높다는 장점이 있다.Hansenula polymorpha and Pichia pastoris, the most representative examples of methanol magnetizing yeast, are alcohol oxidase (AOX) and methanol oxidase (MOX) gene promoters, respectively. The development of heterologous protein expression systems using a methanol-induced promoter called `` Buckholz, RGand MAGGleeson, Yeast systems for the commercial production of heterologous proteins. Bio / Technology, 9, 1067-1072 (1991)). The foreign protein expression system using methanol magnetization yeast has the advantage that it is more economical than Saccharomyces cerevisiae, which uses methanol as a carbon and energy source to express foreign proteins using sugar.
이와 같은 메탄올 자화 효모에 대한 연구는 주로 메탄올 대사에 관한 연구(Dijken J. P. van, W. Harder, A. J. Beardsmore and J. R. Quayle, Dihydroxyacetone:an intermediate in the assimilation of methanol by yeast? FEMS Microbiol. Lett., 4, 97-102(1978)), 이와 관련된 효소에 관한 연구(Egli, T., J. P. van Dijken, M. Veenhuis, W. Harder and A. Fichter, Methanol metabolism in yeast:regulation of the synthesis of catabolic enzymes, Arch. Microbiol., 124, 115-121(1980)) 및 성장특성에 관한 연구(Dijken, J. P. van, R. Otto and W. Harder, Growth of Hansenula polymorpha in a methanol-limited chemostat. Physiological responses due to the involvement of methanol oxidase as a key enzyme in methanol metabolism, Arch. Microbiol., 111, 137-144(1976))와 같은 기본적인 연구가 많이 수행되었고, 1980년대 이후부터는 균체배양의 최적화 연구(Egli, T. H. and J. R. Quayle, Influence of the carbon:nitrogen ratio of the growth medium on the cellular composition and the ability of the methylotrophic yeast Hansenula polymorpha to utilize mixed carbon sources, J. Gen. Microbiol., 132, 1779-1788(1986)), 대사산물 생산 연구(Kato, N., H. Kobayashi, M. Shimao and C. Sakazawa, Dihydroxyacetone production from methanol by a dihydroxyacetone Kinase deficient mutant of Hansenula polymorpha, Apppl. Microbiol. Biotechnol., 23, 180-186(1986)) 및 단세포 단백질(single cell protein:SCP) 생산을 위한 고농도 배양 연구(Wegner, E. H., Biochemical conversions by yeast fermentation at high cell densities, 미합중국 특허 4,414,329(1983)) 등과 같이 균주 자체의 기능을 이용하는 응용연구가 시작되었다.This study on methanol magnetizing yeast is mainly conducted on the study of methanol metabolism (Dijken JP van, W. Harder, AJ Beardsmore and JR Quayle, Dihydroxyacetone: an intermediate in the assimilation of methanol by yeast? FEMS Microbiol. Lett., 4, 97-102 (1978)), and studies of related enzymes (Egli, T., JP van Dijken, M. Veenhuis, W. Harder and A. Fichter, Methanol metabolism in yeast: regulation of the synthesis of catabolic enzymes, Arch Microbiol., 124, 115-121 (1980)) and studies on growth characteristics (Dijken, JP van, R. Otto and W. Harder, Growth of Hansenula polymorpha in a methanol-limited chemostat.Physiological responses due to the involvement Many studies have been conducted, such as of methanol oxidase as a key enzyme in methanol metabolism, Arch. Microbiol., 111, 137-144 (1976), and since 1980, optimization of cell culture (Egli, TH and JR Quayle) , Influence of the carbon: nitrogen ratio of the growth medium on t he cellular composition and the ability of the methylotrophic yeast Hansenula polymorpha to utilize mixed carbon sources, J. Gen. Microbiol., 132, 1779-1788 (1986)), metabolite production studies (Kato, N., H. Kobayashi, M) Shimao and C. Sakazawa, Dihydroxyacetone production from methanol by a dihydroxyacetone Kinase deficient mutant of Hansenula polymorpha, Apppl. Microbiol. Biotechnol., 23, 180-186 (1986)) and high concentration culture studies for single cell protein (SCP) production (Wegner, EH, Biochemical conversions by yeast fermentation at high cell densities, US Pat. No. 4,414,329 (1983)). Application research using the function of the strain itself has begun.
메탄올 자화 효모를 재조합 단백질 생산을 위한 숙주세포로서 사용하기 위한 연구는 B형 간염 표면항원(hepatitis B surface antigen) 백신 생산연구(Cregg, J. M., J. F. Tschopp, C. Stillman, R. Seigel, M. Akong, W. S. Craig, R. G. Buckholz, K. R. Madden, P. A. Kellaris, G. R. Davis, B. L. Smiley, J. Cruze, R. Torregrossa, G. Velicelebi and G. P. Thill, High-level expression and efficient assembly of hepatitis B surface antigen in the methylotrophic yeast, Pichia pastoris, Bio/Technology, 5, 479-485(1987))를 시작으로 1980년대 후반에는 표피 성장인자(epidermal growth factor:FGF)의 생산(Siegel, R. S., R. Buckholz and G. P. Thill, Production of epidermal growth factor in Pichia pastoris yeast cells, 유럽 특허출원 WO 90/10697), 글루코아밀라제(glucoamylase)의 생산(Gellissen, G., Z. A. Janowicz, a. Merckelbach, M. Piontek, P. Keup, U. Weydemann, C. P. Hollenberg and A. W. M. Strasser, Heterologous gene expression in Hansenula polymorpha:Efficient secretion of glucoamylase, Bio/Technology, 9, 291-295(1991)), 스트렙토키나제(streptokinase)의 생산(Hagenson, M. J., K. A. Holden, K. A. Parker, P. J. Wood, J. A. Cruze, M. Fuke, T. R. Hopkins and D. W. Stroman, Expression of streptokinase in Pichia pastoris yeast, Enzyme Microb. Technol., 11, 650-656(1989)) 및 알파-갈락토시다제(α-galactosidase)의 생산(Fellinger, A. J., J. M. A. Verbakel, R. A. Veale, P. E. Sudbery, I. J. Bom, N. Overbeeke and C. T. Verrips, Expression of the α-galactosidase from Cyamopsis tetragnoloba(guar) by Hansenula polymorpha, Yeast, 7, 463-471(1991)) 등 많은 재조합 단백질의 생산에 관한 연구들이 이루어졌다.A study to use methanol magnetized yeast as a host cell for recombinant protein production has been studied for hepatitis B surface antigen vaccine production (Cregg, JM, JF Tschopp, C. Stillman, R. Seigel, M. Akong). , WS Craig, RG Buckholz, KR Madden, PA Kellaris, GR Davis, BL Smiley, J. Cruze, R. Torregrossa, G. Velicelebi and GP Thill, High-level expression and efficient assembly of hepatitis B surface antigen in the methylotrophic yeast , Pichia pastoris, Bio / Technology, 5, 479-485 (1987)), and in the late 1980s the production of epidermal growth factor (FGF) (Siegel, RS, R. Buckholz and GP Thill, Production of epidermal growth factor in Pichia pastoris yeast cells, European patent application WO 90/10697), production of glucoamylase (Gellissen, G., ZA Janowicz, a. Merckelbach, M. Piontek, P. Keup, U. Weydemann, CP Hollenberg and AWM Strasser, Heterologous gene expression in Hans enula polymorpha: Efficient secretion of glucoamylase, Bio / Technology, 9, 291-295 (1991), production of streptokinase (Hagenson, MJ, KA Holden, KA Parker, PJ Wood, JA Cruze, M. Fuke, TR Hopkins and DW Stroman, Expression of streptokinase in Pichia pastoris yeast, Enzyme Microb. Technol., 11, 650-656 (1989)) and production of alpha-galactosidase (Fellinger, AJ, JMA Verbakel, RA Veale, PE Sudbery, IJ Bom, N. Overbeeke and CT Verrips, Expression of the α-galactosidase from Cyamopsis tetragnoloba (guar) by Hansenula polymorpha, Yeast, 7, 463-471 (1991)) has produced a number of recombinant proteins.
이와 같이 메탄올 자화 효모를 이용한 외래 유전자의 발현 시스템에 관한 연구는 많이 이루어지고 있는 반면, 이를 이용하여 이종 단백질을 효율적으로 생산하기 위한 새로운 발효기술의 개발에 관한 연구는 보고되는 바가 드물어서, 대개 종래의 일반적인 방법, 즉 일차적으로 포도당이나 글리세롤(glycerol)을 탄소원으로 이용하여 가능한 한 고농도로 균체를 배양한 후 메탄올을 공급하여 유전자의 발현을 유도하는 방법(Digan M. E. S. V. Lair, R. A. Brierley, R. S. Siegel, M. E. Williams, S. B. Ellis, P. A. Kellaris, S. A. Provow, W. S. Craig, G. Velicelebi, M. M. Harpold, Continuous production of a novel lysozymevia secretion from the yeast, Pichia pastoris, Bio/Technology, 7, 160-164(1989))이 사용되고 있다. 여기에서 좀더 변형 개발된 생산방법은 혼합 탄소원을 사용하는 3단계 발효방법(Brierley, R. A., R. S. Siegel, C. M. Bussineau, W. S. Craig, G. C. Holtz, G. R. Davis and R. G. Buckholz, Mixed feed recombinant yeast fermentation, PCT WO 90/03431(1990))으로, 제1단계에서는 유일한 탄소원으로 글리세롤을 사용하여 일정 균체농도를 얻을 때까지 배양하고, 제2단계에서는 글리세롤 농도가 아주 낮게 유지되도록 제한 공급하여 균주의 억제되었던 메탄올 대사가 충분히 해제되도록 유도한 후, 제3단계에서는 메탄올의 비를 점진적으로 증가시킨 글리세롤-메탄올 혼합기질을 연속공급하여 외래 유전자의 고발현을 유도하는 방법이다.As mentioned above, many studies on the expression system of foreign genes using methanol magnetizing yeast have been conducted. On the other hand, studies on the development of new fermentation techniques for efficient production of heterologous proteins have been rarely reported. In general, the method of culturing the cells as high concentration as possible using glucose or glycerol (carbonol) as a carbon source and then supplying methanol to induce gene expression (Digan MESV Lair, RA Brierley, RS Siegel, ME) Williams, SB Ellis, PA Kellaris, SA Provow, WS Craig, G. Velicelebi, MM Harpold, Continuous production of a novel lysozymevia secretion from the yeast, Pichia pastoris, Bio / Technology, 7, 160-164 (1989)) have. The more modified production methods here include three stage fermentation methods using mixed carbon sources (Brierley, RA, RS Siegel, CM Bussineau, WS Craig, GC Holtz, GR Davis and RG Buckholz, Mixed feed recombinant yeast fermentation, PCT WO 90 / 03431 (1990)), in the first step, using glycerol as the only carbon source, incubated until a certain cell concentration was obtained, and in the second step, limited supply of glycerol to maintain a very low concentration of methanol metabolism After inducing sufficient release, the third step is a method of inducing high expression of a foreign gene by continuously supplying a glycerol-methanol mixed substrate which gradually increases the ratio of methanol.
메탄올 자화 효모인 한세눌라 폴리모르파는 숙주세포에 도입된 외래 단백질 유전자를 안정하게 유지 및 발현시키는데 필수적인 유전자인 HARS(Autonomously Replicating Sequences of Hansenula:자동복제 서열)를 이용함으로써 유전자의 다중복제 인테그레이션(multicopy integration)이 가능하다는 장점이 있다. HARS는 숙주세포의 염색체에 약 30kb 간격으로 존재하고 있으며 이들은 서로 각기 다른 정도의 ARS 활성을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 한세눌라 폴리모르파를 이용한 재조합 단백질 생산 시스템의 개발을 위해서는 우선적으로 염색체 내에 존재하는 많은 종류의 HARS중에서 강력한 ARS 활성을 갖는 동시에 이종 유전자의 다중복제 인테그레이션 기능도 우수한 ARS를 선별하고, 선별된 ARS를 이용하여 이종 유전자를 숙주내로 도입하여 이를 다중복제로 유지할 수 있는 벡터를 개발해야 한다. 또한 이 벡터를 이용하여 외래 단백질 생산에 적합한 재조합 한세눌라 폴리모르파 시스템을 개발하고 마지막으로 이 균주를 사용한 재조합 단백질의 발효생산 공정을 개발하여야 한다.Hansenula polymorpha, a methanol magnetizing yeast, uses HARS (Autonomously Replicating Sequences of Hansenula), a gene essential for the stable maintenance and expression of foreign protein genes introduced into host cells. ) Is possible. HARS is present in the host cell chromosome at about 30kb intervals, and they are known to have different levels of ARS activity. Therefore, in order to develop a recombinant protein production system using Hanshenula polymorpha, ARS is selected from among a large number of HARSs present in the chromosome, and at the same time, ARS having excellent function of multiple replication integration of heterologous genes is selected. We need to develop a vector that can introduce heterologous genes into the host and maintain them in multiplex. In addition, this vector should be used to develop a recombinant Hansenula polymorpha system suitable for foreign protein production, and finally to develop a fermentation process for recombinant protein using the strain.
한세눌라 폴리모르파를 이용한 재조합 단백질 생산 시스템은 MOX 프로모터를 이용하여 이종 유전자를 발현시키는 시스템이므로 발효시 장시간에 걸쳐 많은 양의 메탄올을 발효배지에 공급해야 한다. 그러나 메탄올은 발현 유도물질로서 반드시 필요한 성분인 반면, 과량존재시 균체의 활성에 부정적으로 작용하는 양면성을 가지고 있고 메탄올 대사중에 생성되는 개미산이나 포름알데히드 등과 같은 부산물들도 균체의 활성에 부정적인 영향을 주어 장시간 발효시 균체의 활성저하를 유발한다. 또한 메탄올 발효시 생성된 단백질의 변성으로 인하여 생산성이 저하된다는 문제점도 있다.Since the recombinant protein production system using Hansenula polymorpha is a system for expressing heterologous genes using MOX promoter, it is necessary to supply a large amount of methanol to fermentation medium for a long time during fermentation. However, while methanol is an essential ingredient as an expression inducer, it has a double side effect that negatively affects cell activity in the presence of excess, and by-products such as formic acid and formaldehyde generated during methanol metabolism also negatively affect cell activity. Prolonged fermentation leads to cell deactivation. In addition, there is a problem that productivity is lowered due to degeneration of the protein produced during methanol fermentation.
재조합 메탄올 자화 효모를 숙주세포로 이용할 경우의 또 다른 문제점은 강력한 MOX 활성으로 인한 메탄올의 과량 사용이다. 일반적으로 메탄올 자화 효모의 최적 생육온도는 38℃인데 이 온도에서는 MOX의 활성이 강하여 메탄올을 탄소원과 에너지원으로 이용하는 것 외에 MOX에 대한 효소반응 기질로도 이용하게 된다. 따라서 메탄올 농도를 일정한 수준 이상으로 유지하여 MOX 프로모터를 유도시키는 재조합 메탄올 자화 효모를 이용한 이종 단백질 발현시스템에서는 더 많은 양의 메탄올을 요구하게 되고 이에 비례하여 과량의 포름알데히드와 과산화수소가 생성된다. 독성이 큰 과산화수소는 카타라제(catalase)에 의하여 계속해서 물과 산소로 분해되는데, 공급된 메탄올 부피의 약 70% 이상에 이르는 많은 양의 물이 생성되므로 발효액 부피가 증가되고, 이에 따라 생성된 단백질이 희석되어 궁극적으로는 생산성의 저하를 가져오게 된다. 따라서 가능한 메탄올 사용량은 줄이고 발현율은 높일 수 있는 발효공정의 개발이 요구되고 있다.Another problem with using recombinant methanolized yeasts as host cells is the overuse of methanol due to potent MOX activity. In general, the optimum growth temperature of methanol magnetizing yeast is 38 ℃. At this temperature, the activity of MOX is strong. In addition to using methanol as a carbon and energy source, it is also used as an enzyme reaction substrate for MOX. Therefore, the heterologous protein expression system using recombinant methanol magnetizing yeast, which maintains methanol concentration above a certain level, induces MOX promoter, requires more methanol and generates excess formaldehyde and hydrogen peroxide in proportion. Toxic hydrogen peroxide continues to be broken down into water and oxygen by catalase, which increases the volume of fermentation broth due to the production of large amounts of water, up to about 70% of the volume of methanol supplied. This dilution ultimately leads to a decrease in productivity. Therefore, the development of a fermentation process that can reduce the amount of methanol possible and increase the expression rate is required.
이에, 본 발명자들은 메탄올 자화 효모로부터 이종 단백질을 안정적이고 효율적으로 생산하는 발효기술을 개발하기 위해 연구를 계속한 결과, 발효배지에 오일을 첨가함으로써 발효의 안정성과 생산성을 증가시킬 수 있음을 발견하였으며, 특히 MOX 프로모터와 MOX 터미네이터 서열 및 히루딘 유전자를 포함하는 발현벡터로 형질전환된 한세눌라 폴리모르파 균주를 배양하여 높은 효율로 히루딘을 생산할 수 있음을 발견하여 본 발명의 완성에 이르게 되었다.Accordingly, the present inventors have continued to develop a fermentation technology that stably and efficiently produces heterologous proteins from methanol magnetized yeast. As a result, the inventors have found that the addition of oil to fermentation medium can increase the stability and productivity of fermentation. In particular, by culturing the Hansenula polymorpha strain transformed with an expression vector including the MOX promoter and the MOX terminator sequence and the hirudin gene, it was found that hirudin can be produced with high efficiency.
따라서, 본 발명의 목적은 메탄올 자화 효모를 숙주세포로 사용하여 이종 유전자를 발현시킬 때 발효의 안정성과 생산성을 증가시켜 이종 단백질을 효율적으로 생산하는 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for efficiently producing heterologous proteins by increasing the stability and productivity of fermentation when expressing heterologous genes using methanol magnetized yeast as host cells.
본 발명의 다른 목적은 메탄올 자화 효모로부터 높은 효율로 히루딘을 생산시킬 수 있는 발현벡터 및 상기 발현벡터로 형질전환된 메탄올 자화 효모를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an expression vector capable of producing hirudin with high efficiency from methanol magnetizing yeast and a methanol magnetizing yeast transformed with the expression vector.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 이종 단백질 유전자를 함유하는 재조합 메탄올 자화 효모를 배향하여 이종 단백질을 생산하는 방법에 있어서, 배지에 오일을 첨가하여 배양하는 것을 특징으로 하는 이종 단백질의 생산방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a heterologous protein by orienting a recombinant methanol magnetizing yeast containing a heterologous protein gene, the method for producing a heterologous protein, characterized in that the culture by adding oil to the medium to provide.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 메탄올 옥시다제 프로모터, 프리프로리더, 히루딘 유전자, 메탄올 옥시다제 터미네이터 서열 및 한세눌라 자동복제서열 HARS3을 포함하는 발현벡터, 및 상기 발현벡터로 형질전환된 메탄올 자화 효모를 제공한다.In order to achieve the above another object, in the present invention, an expression vector comprising a methanol oxidase promoter, a preproderer, a hirudin gene, a methanol oxidase terminator sequence and a Hanshenula autoreplication sequence HARS3, and a transformed vector with the expression vector Provides methanol magnetization yeast.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명에 사용되는 메탄올 자화 효모의 일종인 한세눌라 폴리모르파로부터 이종 단백질, 예를 들어 히루딘을 효율적으로 생산하기 위한 본 발명의 발현벡터는 MOX 프로모터, 프리프로리더, 히루딘 유전자, MOX 터미네이터 및 HARS3을 포함하는데 예를 들어 pC782는 다음과 같이 제조될 수 있다. 먼저 MOX 프로모터 및 사카로마이세스 세레비지애의 교배인자 α-분비신호 및 히루딘 유전자가 포함된 히루딘 발현 카세트인 플라스미드 pBKS-Cmox3을 제한효소 처리하여 플라스미드 pCmox-△XhoI를 얻고, 사카로마이세스 세레비지애 유래의 구리내성(copper resistance) 유전자인 CUP1을 함유하는 플라스미드 pYELC5와 함께 제한효소 처리한 후 연결시켜 플라스미드 pMHC7을 얻는다. 이어서 한세눌라 폴리모르파 균주의 자기복제서열 HARS3을 함유하는 플라스미드 p82A3과 상기 pMHC7을 제한효소로 처리한 후 연결하여 플라스미드 pC782를 얻는다.Expression vectors of the present invention for efficiently producing heterologous proteins, such as hirudin, from Hanshenula polymorpha, a type of methanol magnetizing yeast used in the present invention, include MOX promoter, preproder, hirudin gene, and MOX terminator. And HARS3, for example pC782 can be manufactured as follows. First, a plasmid pCKS-Cmox3, a hirudin expression cassette containing a cross-linking factor α-secretion signal and a hirudin gene of the MOX promoter and Saccharomyces cerevisiae, was treated with restriction enzymes to obtain plasmid pCmox-ΔXhoI. The plasmid pMHC7 is obtained by linkage after restriction enzyme treatment with plasmid pYELC5 containing CUP1, a copper resistance gene derived from Seth cerevisiae. Subsequently, the plasmid p82A3 containing the self-replicating sequence HARS3 of the Hanshenula polymorpha strain and the pMHC7 were treated with a restriction enzyme and linked to obtain plasmid pC782.
플라스미드 pC782는 MOX 프로모터-프리프로리더-히루딘 유전자-MOX 터미네이터를 상기 순서로 포함하고 있으며, 한세눌라 폴리모르파 균주의 HARS3 및 사카로마이세스 세레비지애의 구리내성 유전자(CUP1)를 포함하여 구리에 대한 저항성의 정도로 다중복제 선별이 용이하다.Plasmid pC782 contains the MOX promoter-preproderer-hirudin gene-MOX terminator in this order, including the HARS3 of Hansenula polymorpha strain and the copper resistance gene (CUP1) of Saccharomyces cerevisiae. Multiple replication selection is easy with a degree of resistance to copper.
상기와 같이 제조된 재조합 발현벡터 pC782로 메탄올 자화 효모, 예를 들어 한세눌라 폴리모르파 DL-1(leu2)를 형질전환시켜, 적당한 배지상에서 적당한 조건하에 배양함으로써 히루딘을 효율적으로 생산할 수 있다.Hirudine can be efficiently produced by transforming a methanol magnetized yeast, such as Hanshenula polymorpha DL-1 (leu2), with the recombinant expression vector pC782 prepared as described above and culturing under suitable conditions on a suitable medium.
본 발명의 이종 단백질 생산방법은 이종 단백질 유전자를 함유하는 재조합 메탄올 자화 효모를 배양할 때, 배지에 오일(oil)을 첨가하여 배양하는 것을 특징으로 한다. 오일은 이종 단백질의 발현량을 증가시킬 뿐 아니라, 단백질의 변성을 방지하기도 하는 것으로 보인다. 사용가능한 오일로는 식물성 식용유로 대두유, 옥수수 배아유, 채종유 및 면실유 등이 있으며 배지중에 0.5 내지 2%의 농도로 첨가하는 것이 바람직하다.The heterologous protein production method of the present invention is characterized by culturing by adding oil (oil) to the culture medium when culturing the recombinant methanol magnetizing yeast containing the heterologous protein gene. Oil not only increases the expression level of heterologous proteins, but also appears to prevent protein denaturation. Oils that can be used include vegetable cooking oils such as soybean oil, corn germ oil, rapeseed oil and cottonseed oil, which are preferably added at a concentration of 0.5 to 2% in the medium.
또한, 본 발명의 이종 단백질 생산방법에서는 상기 오일의 산패를 방지하기 위하여 항산화제를 배지에 첨가할 수 있다. 이 때 황산화제로서는 토코페롤, 아스타잔틴(Astaxanthin) 등을 사용할 수 있으며 배지중에 0.01 내지 0.1%의 농도로 첨가하는 것이 바람직하다.In addition, in the heterologous protein production method of the present invention, an antioxidant may be added to the medium to prevent rancidity of the oil. At this time, tocopherol, astaxanthin, and the like can be used as the sulfating agent, and it is preferable to add it in a concentration of 0.01 to 0.1% in the medium.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by the following examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
[실시예 1]Example 1
HARS3을 포함하는 히루딘 발현벡터 pC782 및 HARS2를 포함하는 히루딘 발현벡터 pA2-HG의 제조Preparation of hirudin expression vector pC782 containing HARS3 and hirudin expression vector pA2-HG comprising HARS2
MOX 프로모터 및 사카로마이세스 세레비지애의 교배인자 α-분비신호 및 히루딘 유전자가 포함된 히루딘 발현 카세트인 플라스미드 pBKS-Cmox3(Sohn, J. H., M. Y. Beburov, E. S. Choi and S. K. Rhee, Heterologouse gene expression and secretion of the anticoagulant hirudin in a methylotrophic yeast Hansenula polymorpha, J. Microbiol. Biotechnol., 3, 65-72(1993))을 제한효소 XhoI로 절단하여 플라스미드 pCmox-△XhoI를 얻었다. 사카로마이세스 세레비지애 유래의 구리내성(copper resistance) 유전자인 CUP1을 함유하는 플라스미드 pYELC5(Macreadie, I. G., Nucl. Acids Res., 18, 1078(1989))를 제한효소 HindⅢ로 절단하고 클레노우 처리한 후 SacI로 절단하고, 상기에서 얻은 플라스미드 pCmox-△XhoI를 EcoRV 및 SacI로 절단하여 이들을 연결시켜 플라스미드 pMHC7을 얻었다. 이 플라스미드 pMHC7을 제한효소 ScaI 및 SacI로 처리하고, 한세눌라 폴리모르파 균주의 자기복제서열 HARS3을 함유하는 플라스미드 p82A3(Bogdanova, A. I., M. O. Agaphonov 및 M. D. Ter-Avanesyan, Plasmid reorganization during integrative transformation in Hansenula polymorpha, Yeast, 11, 343-353(1995))를 제한효소 ScaI 및 SacI로 처리한 후 연결하여 플라스미드 pC782를 얻었다(제1도 참조).Plasmid pBKS-Cmox3 (Sohn, JH, MY Beburov, ES Choi and SK Rhee, Heterologouse gene expression, a hirudin expression cassette containing a cross-linking factor α-secretion signal and hirudin gene of MOX promoter and Saccharomyces cerevisiae and secretion of the anticoagulant hirudin in a methylotrophic yeast Hansenula polymorpha, J. Microbiol. Biotechnol., 3, 65-72 (1993)) were digested with restriction enzyme XhoI to obtain plasmid pCmox-ΔXhoI. Plasmid pYELC5 (Macreadie, IG, Nucl. Acids Res., 18, 1078 (1989)) containing CUP1, a copper resistance gene derived from Saccharomyces cerevisiae, was cleaved with the restriction enzyme HindIII and cleno After treatment, the residue was cleaved with SacI, and the plasmid pCmox-ΔXhoI obtained above was cleaved with EcoRV and SacI and ligated to obtain plasmid pMHC7. This plasmid pMHC7 was treated with restriction enzymes ScaI and SacI, and plasmid p82A3 (Bogdanova, AI, MO Agaphonov and MD Ter-Avanesyan, Plasmid reorganization during integrative transformation in Hansenula polymorpha) containing the self-replicating sequence HARS3 of Hanshenula polymorpha strain. , Yeast, 11, 343-353 (1995)) were treated with restriction enzymes ScaI and SacI and linked to obtain plasmid pC782 (see FIG. 1).
상기 과정은 매니아티스 등의 방법(Maniatis T., E. F. Fritsch and J. Sambrook, Molecular cloning. A laboratory manual, 2nd ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New york, USA)에 준하여 실시하였다. 제한효소, 리가제 등은 엔이비(NEB:New England Biolab.)에서 구입하여 사용하였다.The procedure was carried out according to the method of Maniatis et al. (Maniatis T., EF Fritsch and J. Sambrook, Molecular cloning. A laboratory manual, 2nd ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New york, USA). . Restriction enzymes, ligase and the like were purchased from New England Biolab.
한편, 한세눌라 폴리모르파 균주의 HARS3 대신 HARS2를 포함하는 플라스미드 pA2-HG를 다음과 같은 방법으로 제조하였다.On the other hand, plasmid pA2-HG containing HARS2 instead of HARS3 of Hanshenula polymorpha strain was prepared by the following method.
플라스미드 pMHC7(제1도 참조)를 제한효소 XhoI 및 ScaI으로 절단한 후 클레노우 처리한 다음 히루딘 유전자를 포함하는 DNA 절편을 분리하였고 HARS2를 함유하는 플라스미드 pA2(Bogdanova, A. I., M. O. Agaphonov 및 M. D. Ter-Avanesyan, Plasmid reorganization during integrative transformation in Hansenula polymorpha, Yeast, 11, 343-353(1995))를 제한효소 HindⅢ 및 ScaI으로 처리하고 클레노우 처리하여 히루딘 유전자를 포함하는 DNA 절편과 연결하여 플라스미드 pA2-HG를 얻었다(제2도 참조).Plasmid pMHC7 (see Figure 1) was digested with restriction enzymes XhoI and ScaI, clenotreated, and then DNA fragments containing hirudin genes were isolated and plasmid pA2 containing HARS2 (Bogdanova, AI, MO Agaphonov and MD Ter). -Avanesyan, Plasmid reorganization during integrative transformation in Hansenula polymorpha, Yeast, 11, 343-353 (1995)) was treated with restriction enzymes HindIII and ScaI and treated with Klenow to connect with DNA fragments containing the hirudin gene to plasmid pA2- HG was obtained (see Figure 2).
[실시예 2]Example 2
한세눌라 폴리모르파 DL-1(leu2)의 형질전환Transformation of Hanshenula polymorpha DL-1 (leu2)
손 등의 방법(Sohn, J. H., M. Y. Beburov, E, S. Choi and S. K. Rhee, Heterologouse gene expression and secretion of the anticoagulant hirudin in a methylotrophic yeast Hansenula polymorpha, J. Microbiol. Biotechnol., 3, 65-72(1993))에 따라, 실시예 1에서 제조된 플라스미드 pC782 및 pA2-HG를 사용하여 한세눌라 폴리모르파 DL-1(leu2)(입수처:M. Y. Beburov, NPO biotechnologia, Russia)를 각각 형질전환시켰다.Sohn, JH, MY Beburov, E, S. Choi and SK Rhee, Heterologouse gene expression and secretion of the anticoagulant hirudin in a methylotrophic yeast Hansenula polymorpha, J. Microbiol. Biotechnol., 3, 65-72 ( 1993)), plasmids pC782 and pA2-HG prepared in Example 1 were used to transform Hansenula polymorpha DL-1 (leu2) from MY Beburov, NPO biotechnologia, Russia, respectively.
상기 형질전환체들을 0.6mM의 구리를 함유하는 YND 배지(yeast nitrogen base without amino acid 0.67%, dextrose 2%)에서 37℃로 48시간 동안 배양하여, 성장속도가 빠르고 히루딘 발현량이 많은 한세눌라 폴리모르파 DL1-008을 선별하여 1995년 7월 15일자로 한국과학기술연구원 생명공학연구소 부설 유전자은행(KCTC)에 기탁번호 제 KCTC 8677P호로서 기탁하였다.The transformants were incubated for 48 hours at 37 ° C. in YND medium (yeast nitrogen base without amino acid 0.67%, dextrose 2%) containing 0.6 mM of copper, and the growth rate was high and high hirudin expression Hansenula poly Morfa DL1-008 was selected and deposited on July 15, 1995, as a deposit number KCTC 8677P to the Genetic Bank (KCTC), an affiliated biotechnology research institute of Korea Institute of Science and Technology.
실시예에서 히루딘 분석에 사용한 방법은 다음과 같다:The method used for hirudin analysis in the examples is as follows:
0.1M 트리스-HCl(pH 8.0), 0.12M NaCl, 0.01% 아지드화나트륨 및 0.1% 소혈청 알부민으로 구성된 트롬빈 반응 완충액에 인체 트롬빈(Sigma사)을 0.6NIH U/ml 농도가 되도록 희석하고, 트롬빈의 인조기질인 크로모자임 TH(Chromozym TH:Boehringer Mannheim사)도 역시 트롬빈 반응 완충액에 200μM이 되도록 용해시켰다. 표준 히루딘(Accurate Chemical and Scientific Corporation사)은 트롬빈 반응 완충액에 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6 ATU(Anti-thrombin unit)/ml의 농도로 희석하여 사용하였다. 여기서 1 ATU는 인체 트롬빈 1 NIH 단위를 완전히 저해하는 히루딘의 양을 나타낸다. 트롬빈 용액 50μl에 표준 히루딘과 적절히 희석된 미지 시료를 각각 50μl씩 96-웰 마이크로타이터 플레이트(96-well microtiter plate)의 각 웰에 넣고 크로모자임 TH 용액을 100μl씩 넣은 다음 엘라이저 리더(ELISA reader:THERMO max, Molecular Devices)를 이용, 405nm에서 흡광도의 증가율을 5분간 측정하여 표준 히루딘과 비교함으로써 히루딘의 양을 결정하였다.Dilute human thrombin (Sigma) to 0.6NIH U / ml in thrombin reaction buffer consisting of 0.1M Tris-HCl (pH 8.0), 0.12M NaCl, 0.01% sodium azide and 0.1% bovine serum albumin, Chromozym TH (Boehringer Mannheim), an artificial substrate of thrombin, was also dissolved in thrombin reaction buffer to 200 μM. Standard hirudin (Accurate Chemical and Scientific Corporation) was used diluted in concentrations of 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6 ATU (Anti-thrombin unit) / ml in thrombin reaction buffer. Where 1 ATU represents the amount of hirudin that completely inhibits human thrombin 1 NIH units. 50 μl of thrombin solution is added to each well of a 96-well microtiter plate of 50 μl each of standard hirudin and appropriately diluted unknown sample, and 100 μl of chromozyme TH solution is added to The amount of hirudin was determined by measuring the increase in absorbance at 405 nm for 5 minutes using ELISA reader: THERMO max, Molecular Devices).
[실시예 3]Example 3
히루딘 발현량 및 HARS 활성도Hirudin expression level and HARS activity
상기 실시예 2에서 얻은 HARS3을 포함하는 플라스미드 pC782 및 HARS2를 포함하는 pA2-HG로 형질전환된 한세눌라 폴리모르파 균주들과 사카로마이세스 세레비지애 유래의 LEU2 유전자를 갖는 플라스미드 YEp13로 형질전환된 균주의 히루딘 발현율을 비교하여 표 1에 나타내었다. 이어서, 성장이 빠른 형질전환체를 선별하여 서던 하이브리다이제이션(southern hybridization)을 통하여 인테그레이션 형태와 복제수 및 히루딘 활성을 조사하여 이들의 상호 연관성을 비교하여 표 2에 나타내었다. DNA 하이브리다이제이션을 위해서 사용한 프로브는 베링거 만하임사의 DNA 표지 및 검출키트를 사용하였으며, 하이브리다이제이션은 50%의 포름아미드를 함유하는 하이브리다이제이션 용액에서 42℃의 하이브리다이제이션 오븐을 사용하였다. 모든 균주 배양은 500ml 삼각 플라스미드를 사용하여 38℃ 진탕 배양기에서 수행하였다. 종균배양에는 YNG 배지(yeast nitrogen base without amino acid 0.67%, glycerol 2%, pH 5.5), 본배양에는 YPM 배지(효모 추출물 1%, 펩톤 2%, 메탄올 1%, pH 5.5)를, 각각 121℃에서 15분간 멸균한 후 사용하였다. 발효는 YPM 배지 50ml에 종균배양액 1ml를 가하여 38℃에서 24시간 동안 진탕 배양한 후, 메탄올 1%를 보충해 주고 24시간 동안 더 배양한 다음 히루딘 발현량을 측정하는 방식으로 수행하였다.Plasmid pC782 comprising HARS3 obtained in Example 2 and plasmid YEp13 having LEU2 gene derived from Saccharomyces cerevisiae and Hansenula polymorpha strains transformed with pA2-HG comprising HARS2 Table 1 shows the comparison of hirudin expression rates of the isolated strains. Next, the fast-growing transformants were selected, and the integration form, the copy number, and the hirudin activity were examined by Southern hybridization, and their correlations are shown in Table 2 below. The probe used for DNA hybridization was a DNA labeling and detection kit from Boehringer Mannheim, and the hybridization was performed using a hybridization oven at 42 ° C. in a hybridization solution containing 50% formamide. All strain cultures were performed in a 38 ° C. shake incubator using a 500 ml Erlenmeyer plasmid. In the spawn culture, YNG medium (yeast nitrogen base without amino acid 0.67%, glycerol 2%, pH 5.5), YPM medium (1% yeast extract, 2% peptone, 1% methanol, pH 5.5) were 121 ° C, respectively. It was used after sterilization for 15 minutes. Fermentation was performed by adding 1 ml of the spawn culture medium to 50 ml of YPM medium and shaking culture at 38 ° C. for 24 hours, supplementing with 1% methanol, incubating for 24 hours, and then measuring the amount of hirudin expression.
표 1에서 형질전환체 1 내지 35번은 제한효소 HindⅢ 및 XhoI으로 잘린 플라스미드 pC782를 사용하여 얻은 것이고, 36번과 37번은 환형 플라스미드 pC782를 사용하여 얻은 것이며, 38번은 대조군으로서 히루딘과 CUP1을 모두 가지고 있지 않은 환형 플라스미드 pA2를 사용하여 얻은 것이다. 표 1에서 보는 바와 같이 구리에 대한 저항성이 강할수록 히루딘 활성이 강하게 나타남을 알 수 있었다.In Table 1 transformants 1 to 35 were obtained using plasmid pC782 cut with restriction enzymes HindIII and XhoI, 36 and 37 were obtained using cyclic plasmid pC782, and 38 had both hirudin and CUP1 as controls. It was obtained using the cyclic plasmid pA2 not present. As shown in Table 1, the stronger the resistance to copper, the stronger the hirudin activity was.
한편, 플라스미드 pC782를 이용한 형질전환체들은 여러 복제수(4 내지 5복제수)의 히루딘 발현 카세트가 랜덤(random)하게 인테그레이션되었으며, pA2-HG를 이용한 형질전환체들은 복제수는 적지만 탠덤(tandem)하게 인테그레이션되었음을 나타내고 있다. 표 2에서 보듯이, HARS3을 포함하는 형질전환체에서의 히루딘 발현량이 가장 우수하였다.On the other hand, transformants using plasmid pC782 were randomly integrated with hirudin expression cassettes of several copies (4 to 5 copies), and transformants using pA2-HG had a small number of copies but tandems. tandem). As shown in Table 2, the amount of hirudin expression in the transformants containing HARS3 was the best.
[실시예 4]Example 4
히루딘 발현시 오일 첨가의 효과Effect of oil addition on hirudin expression
실시예 3에서 시험한 형질전환체들 중에서 히루딘 발현율이 가장 높은 형질전환체를 선택하여 이를 한세눌라 폴리모르파 DL1-008이라 명명하고 이 균주를 사용하여 히루딘 발현을 수행하였다.Among the transformants tested in Example 3, a transformant having the highest hirudin expression rate was selected and named Hansenula polymorpha DL1-008 and hirudin expression was performed using this strain.
히루딘 발현에 있어서 오일의 첨가 효과를 조사하기 위해 각각 YGM 배지(효모 추출액 2%, 글리세롤 5%, 메탄올 1%)와 YGMF 배지(YGM 배지+오일 1%)에서, 오일로는 식용유(대두유)를 사용하여 실시예 3과 동일한 조건에서 배양하였다. 단, 유가식 배양방식을 택하여 배양시작 48시간 이후부터 12시간마다 메탄올 1%(0.5ml)씩을 첨가해 주면서 지속적인 히루딘의 발현을 유도하였다. 표 3에서 보듯이, 오일을 첨가한 경우에는 지속적인 발현으로 히루딘의 농도가 최대 135.8mg/L에 도달한 반면 첨가하지 않는 경우에는 최대 55.4mg/L에 불과하여, 오일이 히루딘의 생산에 현저한 영향을 주는 것으로 판명되었다.To investigate the effect of oil addition on hirudin expression, in YGM medium (2% yeast extract, 5% glycerol, 1% methanol) and YGMF medium (YGM medium + oil 1%), respectively, cooking oil (soybean oil) Incubated under the same conditions as in Example 3. However, by adopting a fed-batch culture method, 1% (0.5ml) of methanol was added every 12 hours from 48 hours after the start of the culture to induce continuous expression of hirudin. As shown in Table 3, the concentration of hirudin reached up to 135.8 mg / L with continuous expression when oil was added, but only up to 55.4 mg / L when no oil was added. It turns out to have a significant effect.
[실시예 5]Example 5
히루딘 발현시 메탄올의 첨가시기When methanol is added during hirudin expression
실시예 4에서 사용한 YGMF 배지와 YMG 배지에서 각각 메탄올을 제외한 YGF 배지와 YG 배지에서, 실시예 4와 동일한 조건으로 메탄올 첨가 시기만 달리 배양하여 히루딘 발현을 수행하였다. 균주로는 실시예 4와 동일한 한세눌라 폴리모르파 Dl1-008을 사용하였다. 메탄올은 발현시작 후 36시간이 지난 다음에 최초로 1%(0.5ml)씩 첨가하였고 이후 12시간마다 1%(0.5ml)씩 계속 첨가하였다.In the YGMF medium and YMG medium used in Example 4, respectively, except for methanol, YGF medium and YG medium, hirudin expression was carried out by culturing differently in the same conditions as in Example 4 only methanol addition time. As the strain, the same Hansenula polymorpha DL1-008 as in Example 4 was used. Methanol was first added 1% (0.5ml) 36 hours after the start of expression, and then 1% (0.5ml) was added every 12 hours.
표 4에서 보듯이, 메탄올의 최초 첨가시기는 히루딘의 생산에 영향을 미치지 않았다. 그러나 실시예 4에서와 마찬가지로 오일을 첨가한 YGF 배지의 경우에는 최대 138.4mg/L의 히루딘이 생산된 반면 오일을 첨가하지 않은 YG 배지의 경우에는 최대 32.3mg/L의 히루딘이 생산되었다.As shown in Table 4, the initial addition time of methanol did not affect the production of hirudin. However, as in Example 4, up to 138.4 mg / L of hirudin was produced in the oil-added YGF medium, while up to 32.3 mg / L of hirudin was produced in the oil-free YG medium.
[실시예 6]Example 6
오일 또는 소포제를 첨가한 히루딘 발현Hirudin expression with oil or antifoam
히루진 발현에서 오일의 첨가효과가 단순히 오일의 소포제로서의 역할에 의한 것인지 여부를 시험하기 위하여, 일반적으로 많이 사용되는 소포제 중의 하나인 네오린(neorin)을 첨가한 배지를 사용하여 히루딘 발현을 수행하고 그 결과를 비교하였다.In order to test whether the oil addition effect in hirazine expression is simply due to the role of the antifoaming agent of oil, hirudin expression is performed using a medium containing neoin, one of the commonly used antifoaming agents. The results were compared.
YGM 배지(효모 추출물 1%, 글리세롤 2%, 메탄올 1%)에 각각 오일 1% 또는 네오린 0.1%를 첨가하여 배양하였으며, 균주는 한세눌라 폴리모르파 DL1-008을 사용하였다. 메탄올은 발현시작 40시간부터 12시간 간격으로 1%씩 첨가하였다. 90시간 발현 후에 생산된 히루딘의 농도를 측정한 결과 오일이나 네오린을 첨가하지 않은 YGM 배지를 사용한 경우에는 13.0mg/L였고 오일을 첨가한 경우에는 27.2mg/L였으나, 네오린을 첨가한 경우에는 7.0mg/L, 소포제는 히루딘의 발현에 부정적인 영향을 줌을 알 수 있었다.Cultures were added to YGM medium (1% yeast extract, 2% glycerol, 1% methanol) by adding 1% oil or 0.1% neoline, respectively, and strains were used as Hansenula polymorpha DL1-008. Methanol was added in 1% increments every 12 hours from the beginning of 40 hours. The concentration of hirudin produced after 90 hours of expression was 13.0 mg / L with YGM medium without oil or neoin and 27.2 mg / L with oil. In the case of 7.0mg / L, the antifoaming agent was found to have a negative effect on the expression of hirudin.
[실시예 7]Example 7
히루딘 발현시 오일의 역할Role of oil in hirudin expression
히루딘 발현시 오일의 역할을 조사하기 위해, 실시예 5에서 발현 시간대 별로 얻은 히루딘 시료를 셉-팩(Sep-Pak, Millipore)으로 부분 정제하여 C-8컬럼(4.6×250mm)이 정착된 고압 액체 크로마토그래피(HPLC)를 이용하여 분석하였다.In order to investigate the role of oil in the expression of hirudin, the hirudin sample obtained by the expression time zone in Example 5 was partially purified by Sep-Pak (Mip-Pak, Millipore) to fix the C-8 column (4.6 × 250 mm). Analysis using high pressure liquid chromatography (HPLC).
표 5에서 보면, 표준 히루딘 피크(peak)는 체류시간 24.5분에서 나타났으며 YGF 배지를 사용한 시료의 경우에도 표준시료와 동일한 위치에서 주 피크가 나타났다. 반면 오일을 첨가하지 않은 YG 배지를 사용한 시료의 경우에는 주 피크는 미세한 반면 히루딘 주 피크 주변에 변성 히루딘으로 추정되는 피크가 상대적으로 많은 부분을 차지하고 있었다.In Table 5, the standard hirudin peak was found at the residence time of 24.5 minutes, and even in the case of the sample using the YGF medium, the main peak appeared at the same position as the standard sample. On the other hand, in the case of the sample using the oil-free YG medium, the main peak was minute, while the peak estimated to be denatured hirudin was relatively large around the hirudin main peak.
또한, 항혈전(antithrombin) 활성도에 있어서 주 히루딘의 활성도는 변성 히루딘의 활성도 보다 약 300배 정도 높은 것을 볼 수 있었다. 한편 YGF의 경우에 있어서도 발현후기 히루딘의 농도가 감소하기 시작한 144시간 이후의 시료에서는 YG 배지의 경우와 마찬가지로 변성 히루딘 피크가 나타나기 시작하였다. 이러한 결과로부터, 오일의 첨가에 의해 히루딘의 발현율이 증가되는 것 이외에도 히루딘의 변성 또한 상당기간 동안 방지되는 것이 확인되었다.In addition, the activity of the main hirudin in the antithrombin (antithrombin) activity was about 300 times higher than the activity of the denatured hirudin. On the other hand, in the case of YGF, the modified hirudin peak began to appear in the sample after 144 hours after the late expression hirudin concentration began to decrease. From these results, it was confirmed that in addition to increasing the expression rate of hirudin by the addition of oil, degeneration of hirudin was also prevented for a considerable period of time.
[실시예 8]Example 8
항산화제를 첨가한 히루딘 발현Expression of hirudin with antioxidant
오일을 첨가한 히루딘 발현시 장기간의 통기배양으로 인하여 오일의 산패가 일어나 그 효과가 반감되는 경우가 있는데, 이를 방지하고 소포제 역할도 강화시키기 위하여 강력한 항산화 효과가 있는 토코페롤(tocopherol, 비타민 E)을 배지중에 0.1%로 첨가하여 배양하였다. 이 때 토코페롤은 멸균효과와 첨가를 용이하게 하기 위하여 메탄올에 1% 농도로 녹여 24시간 동안 방치한 후 사용하였다. 한세눌라 폴리모르파 DL1-008과 YGMFT 배지(YGMF 배지+토코페롤 0.1%)에서 실시예 4와 동일한 조건으로 히루딘 발현을 수행한 결과를 표 6에 나타내었다.In the case of oil-induced hirudin expression, there is a case in which the rancidity of the oil is halved due to the long-term aeration culture. Culture was added by adding 0.1% in the medium. Tocopherol was used after dissolving in methanol at 1% concentration for 24 hours to facilitate sterilization and addition. Table 6 shows the results of hirudin expression in Hanshenula polymorpha DL1-008 and YGMFT medium (YGMF medium + tocopherol 0.1%) under the same conditions as in Example 4.
표 6에서 보듯이, 생성된 초대 히루딘 농도는 104.5mg/L로 오일만 첨가한 YGMF 배지를 사용한 경우보다 낮았으나, YGMF 배지를 사용할 때 나타났던 오일의 산패가 일어나지 않았으며 발현 후반기 급격한 히루딘 농도의 감소도 방지되었다.As shown in Table 6, the resulting primary hirudin concentration was 104.5 mg / L, which was lower than that of the oil-only YGMF medium, but no oil rancid occurred when the YGMF medium was used. A decrease in concentration was also prevented.
[실시예 9]Example 9
오일 농도가 증가된 배지를 사용한 히루딘 발현Hirudin expression using media with increased oil concentration
실시예 4에서 오일 농도를 2%로 증가시킨 YGMFT 배지를 사용하여 배양한 히루딘 발현결과를 표 7에 나타내었다. 오일 농도를 2%로 증가시켜도 균체의 성장이나 히루딘 생성이 저해되지 않았으며 최대 히루딘 생성 농도는 107.6mg/L로, 오일 1%를 사용한 경우보다 다소 높았다.Table 7 shows the results of hirudin expression incubated using YGMFT medium having an oil concentration increased to 2% in Example 4. Increasing the oil concentration to 2% did not inhibit cell growth or hirudin production, and the maximum hirudin production concentration was 107.6 mg / L, which was slightly higher than that of 1% oil.
[실시예 10]Example 10
항산화제가 증가된 배지를 사용한 히루딘 발현Hirudin expression using medium with increased antioxidants
실시예 8에서 토코페롤 농도를 0.2%로 증가시킨 배지를 사용하여 배양한 히루딘 발현결과를 표 8에 나타내었다. 이 경우에는 최대 히루딘 농도가 80.3mg/L로 과량의 토코페롤의 사용에 의하여 균체의 성장과 히루딘 생성이 저해됨을 보여주고 있었다.In Example 8, the results of hirudin expression cultured using a medium in which the tocopherol concentration was increased to 0.2% are shown in Table 8. In this case, the maximum hirudin concentration was 80.3 mg / L, and the use of excess tocopherol inhibited cell growth and hirudin production.
[실시예 11]Example 11
오일 및 항산화제의 농도가 증가된 배지를 사용한 히루딘 발현Hirudin expression using media with increased concentrations of oils and antioxidants
실시예 8에서 토코페롤 농도를 0.2%, 오일 농도를 2%로 모두 증가시킨 배지를 사용하여 배양한 히루딘 발현결과를 표 9에 나타내었다. 이 경우 최대 히루딘 농도는 100.4mg/L로 오일 1%, 토코페롤 0.1%를 사용한 경우 보다는 낮았으나, 토코페롤의 농도만 증가시킨 경우에서와 같은 저해현상은 나타나지 않았다.In Example 8, the results of hirudin expression cultured using a medium in which the tocopherol concentration was increased to 0.2% and the oil concentration to 2% are shown in Table 9. In this case, the maximum hirudin concentration was 100.4 mg / L, which was lower than that of using 1% oil and 0.1% tocopherol, but did not show the same inhibition as when only the concentration of tocopherol was increased.
[실시예 12]Example 12
30℃에서의 히루딘의 발현Expression of hirudin at 30 ° C.
30℃에서 YGMFT 배지를 사용하여 배양한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 조건에서 히루딘 발현을 수행한 결과를 표 10에 나타내었다.Table 10 shows the results of performing hirudin expression under the same conditions as in Example 4 except that the cultivation was carried out using YGMFT medium at 30 ° C.
최대 히루딘 농도는 93.1mg/L로, 38℃에서의 배양에 비하여 다소 낮았으나 히루딘의 변성이 많이 일어나지 않았으므로, 발효조를 사용한 히루딘 발효시 MOX 활성을 낮추어 메탄올의 과도한 소모를 줄이기 위해서는 30℃에서의 발현이 효과적일 것으로 판단되었다.The maximum hirudin concentration was 93.1 mg / L, which was slightly lower than that at 38 ° C., but the denaturation of hirudin did not occur much. Therefore, in order to reduce excessive consumption of methanol by reducing MOX activity during fermentation with hirudin, Expression at ° C was judged to be effective.
[실시예 13]Example 13
발효조를 사용한 히루딘 발현Hirudin expression using fermenter
YNG 배지를 사용하여 30℃에서 24시간 동안 진탕배양한 한세눌라 폴리모르파 DL1-008 150ml을, 글리세롤 농도가 10%로 보강된 YPGMFT 배지(YGMFT 배지+펩톤 2%) 2,850ml을 함유하고 있는 5ℓ 바이오 플로우 Ⅲ(NBS사) 발효조에 접종하였다. 발효조의 온도는 30℃로 조절하였고 pH는 50% 암모니아수와 4N-HC1을 사용하여 5.5로 조절하였다. 호기적 통기배양을 위하여 배지를 500 내지 1000rpm으로 교반하면서 분당 3ℓ씩의 멸균된 공기를 공급하여 배지중의 용존산소 농도가 2% 이하로 내려가지 않도록 하였다. 배지중의 글리세롤이 완전히 소모된 후 메탄올을 시간 당 10 내지 20%씩 연속적으로 공급하였다. 상기와 같은 모든 발효조건의 조절은 컴퓨터를 사용한 전산제어방식으로 수행하였으며, 각 시간대 별 히루딘 생산량을 측정하여 표 11에 나타내었다.5 ml containing 150 ml of Hansenula polymorpha DL1-008 shaken at 30 ° C. for 24 hours using YNG media, and 2850 ml of YPGMFT medium (YGMFT medium + 2% peptone) fortified with 10% glycerol concentration. It was inoculated into a Bio Flow III (NBS) fermenter. The temperature of the fermenter was adjusted to 30 ℃ and pH was adjusted to 5.5 using 50% ammonia water and 4N-HC1. For aerobic aeration culture, while stirring the medium at 500 to 1000rpm, 3L of sterilized air was supplied per minute so that the dissolved oxygen concentration in the medium did not fall below 2%. After glycerol in the medium was consumed completely, methanol was fed continuously at 10-20% per hour. All fermentation conditions as described above were carried out by a computerized control method using a computer, it is shown in Table 11 by measuring the hirudin production in each time zone.
표 11에서 보듯이, 배지중 메탄올 농도를 1 내지 4%로 유지하면서 160시간 발현을 수행한 결과 배지 리터당 318mg의 히루딘을 얻을 수 있었다. 이는 종래의 방법으로 얻을 수 있는 30 내지 40mg/ℓ와 비교하면 거의 10배에 가까운 증가라할 수 있다.As shown in Table 11, 160 hours of expression was performed while maintaining the methanol concentration in the medium at 1 to 4%. As a result, 318 mg of hirudin per liter medium was obtained. This is an increase of almost 10 times compared to 30 to 40 mg / l obtained by the conventional method.
이상과 같이, 본 발명의 메탄올 자화 효모를 숙주세포로 사용할 경우 히루딘 뿐 아니라 인체 표피성장인자 및 유로키나제 등과 같은 이종 단백질도 높은 효율로 생산할 수 있다.As described above, when methanol magnetizing yeast of the present invention is used as a host cell, heterologous proteins such as human epidermal growth factor and urokinase can be produced with high efficiency as well as hirudin.
Claims (8)
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KR1019950034819A KR0161148B1 (en) | 1995-10-11 | 1995-10-11 | Preparation method for heterologous protein by recombinant methylotrophic yeast |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1019950034819A KR0161148B1 (en) | 1995-10-11 | 1995-10-11 | Preparation method for heterologous protein by recombinant methylotrophic yeast |
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KR970021313A KR970021313A (en) | 1997-05-28 |
KR0161148B1 true KR0161148B1 (en) | 1998-11-16 |
Family
ID=19429803
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KR1019950034819A KR0161148B1 (en) | 1995-10-11 | 1995-10-11 | Preparation method for heterologous protein by recombinant methylotrophic yeast |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100572426B1 (en) * | 1997-10-01 | 2006-06-21 | 디에스엠 아이피 어셋츠 비.브이. | Protein production process |
-
1995
- 1995-10-11 KR KR1019950034819A patent/KR0161148B1/en not_active IP Right Cessation
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KR100572426B1 (en) * | 1997-10-01 | 2006-06-21 | 디에스엠 아이피 어셋츠 비.브이. | Protein production process |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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KR970021313A (en) | 1997-05-28 |
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