KR100225514B1 - 조피볼낙 성장 호르몬의 대량생산 방법 - Google Patents
조피볼낙 성장 호르몬의 대량생산 방법Info
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Abstract
본 발명은 조피볼낙 성장 호르몬의 대량생산 방법에 관한 것으로, 조피볼낙 성장 호르몬 유전자에 연어 성장 호르몬 유전자의 일부와 인공 합성 링커를 접합시킨 후 이를 대장균에서 발현시키면 조피볼낙 성장 호르몬을 높은 효율로 대량 생산 할 수 있다.
Description
본 발명은 조피볼낙(Korean rockfish; Sebastes schlegeli) 성장 호르몬의 대량생산 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조피볼낙 성장 호르몬 유전자에 연어 성장 호르몬 유전자의 일부와 인공 합성 링커를 접합시킨 후 이를 대장균에서 발현시킴으로써 조피볼낙 성장 호르몬을 높은 효율로 대량 생산하는 방법에 관한 것이다.
자연 상태에서 수확하는 어류는 그 양에 한계가 있기 때문에 최근에는 인공양식이 크게 증가하고 있으며, 경제적 측면에서 어류의 먹이 전환효율(feed conversion efficiency)을 높이기 위한 방법으로 성장 호르몬을 이용하려는 연구가 지속적으로 진행되고 있는 실정이다.
어류의 성장 호르몬은 세카인 등에 의해 연어 성장 호르몬의 cDNA가 처음 해석된 후(Sekine, S., et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 82, 4306-4310(1985)), 아젤론과 첸에 의해 무지개 송어 성장 호르몬의 cDNA가 분석되었고(Agellon, L. B. and Chen, T. T., DNA, 5, 463-471(1986)), 사이토 등에 의해 장어 성장 호르몬의 cDNA가 규명되고 대장균에서 재조합 장어 성장 호르몬을 발현시킨 것이 처음 보고되었다(Saito, N., et al., Gene, 72, 545-552(1988)). 또한 사이토 등에 의해 다랑어 성장 호르몬의 cDNA 서열이 발표되었고(Saito, N., et al., Biochem. Biophys. Acta., 949, 35-42(1988)), 기무라는 대장균에서 재조합 다랑어 성장 호르몬을 발현시켰다(Kimura, A., Crit. Rev. Biotech., 11, 113-127(1991)). 특히 와타히키 등은 광어 성장 호르몬의 cDNA 서열 및 아미노산 서열을 밝혀내었으며(Masanori Watahiki, et al., J. Biol. Chem., 264, 312-316(1989)), 대장균에서 재조합 광어 성장 호르몬을 발현시킨 후 분리 정제하여 무지개 송어에 투여한 결과 성장 촉진에 큰 효과가 있음을 보고하였다(Masanori Watahiki, et al., Biosci. Biotech. Biochem., 56, 1012-1016(1992)).
조피볼낙은 현재 국내에서 많이 양식되고 있지만 그 성장 호르몬의 염기 서열이 밝혀져 있지 않아 이를 유전공학적인 방법으로 생산하지 못하고 있었다. 이에 본 출원인은 광어 성장 호르몬 유전자를 탐침으로 하여 조피볼낙 뇌하수체 cDNA 파아지(phage) 라이브러리를 탐색하여 조피볼낙 성장 호르몬 유전자를 분리하고 이를 대장균 발현 운반체로 재조합시켜 발현하는데 성공한 바 있다(대한민국 특허출원 제96-74076호). 그러나 조피볼낙 성장 호르몬은 그 천연형 염기 서열 그대로 대장균에서 발현시킬 경우 발현율이 낮아 경제적인 측면에서 바람직하지 못하다는 문제가 있다.
이에 본 발명자들은 조피볼낙 성장 호르몬을 보다 높은 수율로 얻을 수 있는 방법을 연구할 결과, trp 프로모터하에서 천연의 염기 서열을 가진 조피볼낙 성장호르몬 유전자가 그 유전자의 5'-말단 앞에 연어 성장 호르몬의 5'-말단 염기서열 일부 및 이후의 리보소옴 결합부위와 시작코돈인 ATG 사이에 mRNA 2차 구조가 생기지 않도록 고안된 합성 링커를 연결시킨 조피볼낙 성장 호르몬 유전자 발현벡터를 대장균에서 발현시킴으로써 조피볼낙 성장 호르몬을 높은 수율로 생산하는데 성공하여 본 발명의 완성에 이르게 되었다.
본 발명의 목적은 조피볼낙 성장 호르몬을 높은 수율로 대량 생산하는 방법을 제공하는 것이다.
제1도는 조피볼낙 성장 호르몬 유전자에 연어 성장 호르몬 유전자의 일부와 인공 합성 링커를 접합시킨 조피볼낙 성장 호르몬 유전자를 대장균에서 발현시키기 위한 벡터의 제작 과정을 도시한 것이다.
제2도는 조피볼낙 성장 호르몬 유전자 및 연어 성장 호르몬 유전자의 일부와 인공 합성 링커를 접합시킨 조피볼낙 성장 호르몬 유전자 발현벡터를 대장균에서 발현시킨 후 배양 세포 파쇄액을 SDS 폴리아크릴아마이드 젤 전기영동한 결과이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 조피볼낙 성장 호르몬 유전자의 5'-말단 앞에 연어 성장 호르몬 유전자의 시작 코돈(ATG)에서 37개 염기쌍 부위와 리보소옴 결합부위 및 종료 코돈(TAA)이 삽입된 것을 특징으로 하는 조피볼낙 성장 호르몬 유전자 발현벡터 및 상기 발현벡터로 형질전환된 대장균을 제공하는 것이다.
본 발명에서는 또한 상기 형질전환된 대장균을 조피볼낙 성장 호르몬의 발현에 적절한 조건에서 배양하고, 생산된 조피볼낙 성장 호르몬을 분리 및 정제하는 단계 를 포함하는 조피볼낙 성장 호르몬의 대량생산 방법을 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 출원인의 대한민국 특허출원 제96-74076호에서 밝혀낸 조피볼낙 성장 호르몬의 염기 서열 정보로부터 조피볼낙 성장 호르몬 단백질을 코딩하는 조피볼낙 성장 호르몬 유전자의 5' 말단과 3' 말단에 대응하는 중합효소 연쇄반응(polymerase chain reaction, 이하 PCR이라 함)용 시발체를 각각 고안 합성한다. 5' 시발체는 대장균 발현 백터로의 클로닝이 용이하도록 제한효소 NdeI 인식부위가 존재하고 조피볼낙 성장 호르몬의 5'-말단 염기서열 앞에 연어 성장 호르몬의 시작 코돈(ATG)으로부터 37개 염기쌍 부위와 리보소옴 결합부위, 그리고 연어 성장 호르몬 합성을 중지시키기 위한 종료 코돈(TAA)이 삽입된 바이시스트로닉용 시발체이며, 이에 대응하는 3' 시발체는 종료 코돈과 제한효소 XhoI 인식부위를 삽입하여, 시작 코돈으로부터 단백질이 합성되어 인위적으로 삽입한 종료코돈에서 단백질 합성이 완료되도록 한다. 이들 시발체들과 조피볼낙 성장 호르몬이 클로닝된 ptrp 3HI KrGH(KCTC 0283BP)를 주형으로 이용하여 PCR 반응으로 조피볼낙 성장 호르몬의 유전자를 증폭시킨다.
상기와 같이 증폭된 연어 성장 호르몬 유전자의 일부가 연결된 조피볼낙 성장 호르몬 유전자를 제한효소로 절단하여 얻은 유전자 단편을, 적절한 발현벡터, 예를 들면 대장균 발현벡터인 ptrp3H BGHRAN(KCTC 0143BP, 대한민국 특허출원 제94-40025호)의 복제 원점 부위(ori) 부근의 제한효소 NdeI 인식부위를 부위특이적 돌연변이(site-specific mutagenesis)에 의해 제거한 다음 BGHRAN 유전자와 치환시켜, 연어 성장 호르몬 유전자의 일부가 연결된 조피볼낙 성장 호르몬 유전자를 함유하는 대장균 발현벡터를 제작한다.
이와 같이 제조된 재조합 발현벡터로 적당한 숙주 미생물, 예를 들면 대장균 균주 W3110(ATCC 37339)를 형질전환시킨 다음, 본 유전자의 발현에 적당한 조건에서 상기 형질전환된 대장균을 배양한다. 단백질의 생성여부는 통상적으로 SDS-폴리아크릴아마이드 젤 전기영동으로 확인할 수 있으며, 생성된 단백질은 배양된 대장균으로부터 공지된 방법에 의해 분리 정제할 수 있다.
조피볼낙 성장 호르몬 유전자에 연어 성장 호르몬 유전자의 일부를 연결시켜 발현시키는 본 발명의 바이시스트로닉 방식에 의하면 조피볼낙 성장 호르몬 유전자만을 발현시킨 경우보다 약 3배 정도 정도 더 높은 수율로 조피볼낙 성장 호르몬을 발현시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하고자 한다. 단 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1 : 바이시스트로닉 시스템을 이용한 조피볼낙 성장 호르몬의 발현]
(단계 1) 연어 성장 호르몬의 5'-말단 일부 유전자가 연결된 조피볼낙 성장 호르몬 유전자의 증폭
본 출원인의 대한민국 특허출원 제86-11712호의 플라스미드 ptrp HS BGH 1-13의 염기서열 정보 및 본 출원인의 특허출원 제96-74076호에 나타낸 조피볼낙 성장 호르몬 염기서열 정보로부터 다음과 같은 시발체를 합성하였다.
시발체 NdeHSKrGH :
5'-GGATCCATATGATCGAAAATCAGCGTTTATTCAACATTGCAGTTTCTAGCATGGAGGAATTATAAATGCAGCCAATCACAGACGGCGAGCG-3'는 조피볼낙 성장 호르몬의 5'-말단에 대응하며 제한효소 NedI 인식부위를 갖는다. 상기 서열에서 밑줄친 부분은 연어 성장 호르몬의 5'-말단 염기서열을, 박스내 AGGA는 리보소옴 결합 부위를, 박스 내 TAA는 연어 성장 호르몬 일부 유전자 종료코돈을 나타내고, 그 이후의 26개 염기쌍은 시작코돈(ATG)과 조피볼낙 성장 호르몬의 신호 서열 이후 염기서열을 나타낸다.
시발체 XhoKrGH :
5'-TTCTCGTCGACTACAGGGTGCAGTTGGCTTCTGG-3'는 조피볼낙 성장 호르몬의 3'-말단에 대응하며 번역이 종료되도록 종료코돈과 제한효소 XhoI 인식부위를 갖도록 고안하였다.
반응튜브에 상기 시발체 NdeHSKrGH 2㎍과 상기 시발체 XhoKrGH 2㎍을 넣은 다음, 주형으로 특허출원 제96-74076호에서 제조한 플라스미드 ptrp 3HIKrGH(KCTC 0283BP) 1ng을 넣고, 10㎕의 10배 중합 완충용액(500mM KCl, 100mM 트리스-HCl, pH 9.0, 1.0% 트리톤 X-100), 10㎕의 2mM dNTP(각 2mM dGTP, 2mM dCTP, 2mM dATP, 2mM dTTP), 2.5 단위체의 Taq 중합효소를 가한 다음 증류수를 가하여 총 부피를 1000㎕로 한 후에 95℃에서 1분(변성단계 ), 55℃에서 40초(담금단계), 72℃에서 2분(중합단계)의 조건으로 PCR을 25회 실시하였다. 이로부터 얻은 PCR 산물을 7% 폴리아크릴아마이드 젤에서 분리하여 약 640 염기쌍의 DNA가 증폭되었음을 확인하였다. 이하 이 단편을 '단편 HSKrGH'라 칭한다.
(단계 2) 연어 성장 호르몬의 5'-말단 염기서열 일부가 연결된 조피볼낙 성장 호르몬 유전자를 포함하는 발현 벡터 제조
본 출원인의 대한민국 특허출원 제94-40025호의 대장균 발현벡터인 ptrp3HBGHRAN(KCTC 0143BP, 1994. 12. 26)의 복제 원점 부위(ori) 부근의 제한효소 NdeI 인식부위를 부위특이적 돌연변이에 의해 제거시킨 플라스미드 2㎍을 NEB 완충용액 3(10mM 트리스-HCl, 10mM MgCl2, 100mM NaCl, 1mM DTT, pH 7.0)의 조건하에서 제한효소 NdeI과 SalI으로 완전 절단한 다음 0.7% 아가로즈 젤에서 전기영동으로 분리하여 약 2.4kb의 단편을 분리 정제하였다. 이하 이 단편을 '단편 ptrp 3HI-N/L'이라 한다.
한편 단계 1에서 얻은 '단편 HSKrGH'를 NEB 완충용액 3의 조건하에서 제한효소 NdeI과 XhoI으로 완전 절단한 후 7% 폴리아크릴아마이드 젤에서 분리하여 약 630 염기쌍의 단편을 분리 정제하였다. 이를 '단편 HSKrGH-N/X'라 한다.
접합반응 튜브에 상기에서 얻은 100ng의 '단편 ptrp 3HI-N/L'과 100ng의 '단편 HSKrGH-N/X'를 넣고 2㎕의 10배 접합반응 용액(0.5M 트리스-HCl, 0.1M MgCl2, 0.2M DTT, 10mM ATP, 0.5㎎/㎖ 소 혈청 알부민, pH 7.8)과 10 단위체의 T4 DNA 리가제를 가한 다음 총 부피가 20㎕가 되도록 증류수를 가하고 16℃에서 12시간 동안 반응시켰다. 접합 반응이 끝나면 대장균 W3110(ATCC 37339)에 형질전환시킨 후, 형질전환된 규체로부터 '단편 HSKrGH'를 함유하는 대장균 발현백터 ptrp 3HIS KrGH를 얻었다. 도1은 조피볼낙 성장 호르몬 유전자에 연어 성장 호르몬 유전자의 일부와 인공 합성 링커를 접합시킨 조피볼낙 성장 호르몬 유전자를 대장균에서 발현시키기 위한 벡터의 제작 과정을 도시한 것이다.
상기 본 발명의 연어 성장 호르몬 유전자의 일부가 연결된 조피볼낙 성장 호르몬 유전자를 포함하는 발현 벡터로 형질전환된 대장균 균주 W3110/ptrp 3HIS KrGH를 한국 유전자은행에 1996년 11월 5일자 기탁번호 KCTC 0282BP호로 기탁하였다.
(단계 3) 연어 성장 호르몬 유전자가 연결된 조피볼낙 성장 호르몬 유전자의 염기서열 확인
상기 단계 2에서 얻은 재조합 ptrp 3HIS KrGH 플라스미드에 클로닝된 증폭된 유전자의 염기 서열은 생거 등의 방법(Sanger, F. et al., PNAS USA, 74, 5463(1977))에 따라 다이 사이클 시퀀싱 시스템(Dye Cycle Sequencing System; Applied Biosystems, 미국)을 이용하여 확인하였으며 ABI 377 DNA 염기 서열기(Applied Biosystems)로 분석하였다.
(단계 4) 대장균에서 연어 성장 호르몬의 일부가 연결된 조피볼낙 성장 호르몬의 발현 유도
상기 단계 2에서 얻은 재조합 대장균 세포를 50㎍/㎖의 엠피실린이 함유된 액체 루리아(Luria) 배지(6% 박토트립톤, 0.5% 효모 추출물, 1% 염화나트륨)에서 12시간 동안 진탕배양하였다. 배양액 3㎖를 300㎖의 M9 배지(40mM K2HPO4, 22mM KH2PO4, 8.3mM NaCl, 18.7mM NH4Cl, 1% 포도당, 0.1mM MgSO4, 0.1mM CaCl2, 0.4% 카사미노산, 10㎍/㎖ Vit. Bl, 40㎍/㎖ 엠피실린)로 옮겨서 37℃에서 약 4시간 동안 진탕 배양하여 배양액의 흡광도가 650nm에서 약 0.3 정도가 될 때 인돌아크릴산(IAA)을 최종 농도 50㎍/㎖이 elh도록 첨가하였다. IAA를 첨가한지 약 4시간 후에 세포 배양액의 흡광도를 측정하고 원심분리기(Beckman J2-21, JA14 roter)를 이용하여 11,000rpm에서 25분간 원심분리하여 대장균 세포 침전물을 수거하였다. 수거한 세포 침전물을 램리의 방법(Laemmli, Nature, 227, 680(1970))에 따라 SDS의 존재하여 15% 폴리아크릴아마이드 젤 전기영동하여 발현을 확인하였다.
도2는 조피볼낙 성장 호르몬 유전자 및 여기에 연어 성장 호르몬 유전자의 일부와 인공 합성 링커를 접합시킨 조피볼낙 성장 호르몬 유전자 발현벡터를 대장균에서 발현시킨 후 배양 세포 파쇄액을 SDS 폴리아크릴아마이드 젤 전기영동한 결과이다. 여기에서, 제1열은 발현 벡터를 함유하지 않은 대장균 배양 세포 파쇄액이고, 제2열은 본 출원인의 특허출원 제96-74076호에서 제조한 발현 벡터 ptrp 3HI KrGH(KCTC 0283BP)를 함유한 대장균 배양 세포 파쇄액이며, 제3열은 본 발명의 발현 벡터 ptrp 3HIS KrGH를 함유한 대장균 세포 파쇄액이고, M열은 표준 분자량 표지 단백질이다. 상기 결과에서 보듯이, 조피볼낙 성장 호르몬 유전자 만을 대장균에서 발현시킬 경우 매우 낮은 발현율을 보이는데 반해, 연어 성장 호르몬의 5'-말단 유전자를 이용한 바이시스트로닉 시스템을 도입한 결과 약 3배 이상의 발현율 증가를 보임을 알 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 조피볼낙 성장 호르몬 유전자에 연어 성장 호르몬 유전자의 일부와 합성 링커를 접합시킨 후 이를 대장균에서 발현시키면 조피볼낙 성장 호르몬을 높은 효율로 대량 생산할 수 있다.
Claims (5)
- 조피볼낙 성장 호르몬 유전자의 5'-말단 앞에 연어 성장 호르몬 유전자의 시작코돈(ATG)으로부터 37개 염기쌍 부위와 리보소옴 결합부위 및 종료 코돈이 삽입된 것을 특징으로 하는 조피볼낙 성장 호르몬 유전자 발현벡터.
- 제1항에 있어서, 플라스미드 ptrp 3HIS KrGH.
- 제1항의 발현벡터로 형질전환된 대장균.
- 제3항에 있어서, 대장균 W3110/ptrp 3HIS KrGH(KCTC 0282BP).
- 제3항의 대장균을 조피볼낙 성장 호르몬의 발현에 적절한 조건에서 배양하고, 생산된 조피볼낙 성장 호르몬을 분리 및 정제하는 단계를 포함하는 조피볼낙 성장 호르몬의 대량생산 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019960081256A KR100225514B1 (ko) | 1996-12-31 | 1996-12-31 | 조피볼낙 성장 호르몬의 대량생산 방법 |
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| KR1019960081256A KR100225514B1 (ko) | 1996-12-31 | 1996-12-31 | 조피볼낙 성장 호르몬의 대량생산 방법 |
Publications (2)
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| KR19980061879A KR19980061879A (ko) | 1998-10-07 |
| KR100225514B1 true KR100225514B1 (ko) | 1999-10-15 |
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ID=19493884
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Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112979781B (zh) * | 2021-03-18 | 2022-05-17 | 中国海洋大学 | 一种许氏平鲉IL-1β重组蛋白及其制备方法和应用 |
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1996
- 1996-12-31 KR KR1019960081256A patent/KR100225514B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR19980061879A (ko) | 1998-10-07 |
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