KR100269803B1 - Expression of antigen determining site-fusion protein of hepatitis c virus envelope protein - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 C형 간염 바이러스의 외피 단백질의 항원 결정부위를 코딩하는 E1G, E2A, E2E 유전자의 뉴클레오티드 서열과 아미노산 서열을 나타낸 것이고,Figure 1 shows the nucleotide sequence and amino acid sequence of the E1G, E2A, E2E gene encoding the antigenic determining region of the envelope protein of hepatitis C virus,
제2도는 E1G, E2A, E2E 유전자들의 연결 전략 및 유비퀴틴과의 연결 유전자 UBE1E2를 포함하는 발현 벡터를 도시한 것이고,2 shows an expression vector comprising the linking strategy of the E1G, E2A and E2E genes and the linker gene UBE1E2 with ubiquitin,
제3(a)도는 외피 단백질의 항원 결정부위 융합단백질과 유비퀴틴의 재조합 단백질인 EBE1E2 단백질의 발현을 SDS 폴리아크릴아미드 젤 전기영동으로 확인한 결과를 나타낸 것이며,3 (a) shows the results of confirming the expression of EBE1E2 protein, which is a recombinant protein of the ubiquitin and the antigenic determinant of the envelope protein, by SDS polyacrylamide gel electrophoresis.
제3(b)도는 UBE1E2 재조합 단백질을 C형 간염환자의 혈청으로 웨스턴 블롯팅 한 결과를 나타낸 것이다.Figure 3 (b) shows the results of Western blotting the UBE1E2 recombinant protein to the serum of hepatitis C patients.
본 발명은 C형 간염 바이러스(이하 “HCV”라 함)의 외피 단백질의 항원 결정 부위 융합단백질, 그를 생산하기 위한 발현 벡터 및 상기 벡터로 형질전환된 미생물을 사용하여 HCV 외피단백질의 항원 결정부위 융합단백질을 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention provides an antigen-determining site fusion protein of an envelope protein of hepatitis C virus (hereinafter referred to as "HCV"), an expression vector for producing the same, and an antigen-determining site of HCV envelope protein using a microorganism transformed with the vector. A method for producing a protein.
보다 상세하게는, HCV의 외피(envelope) 단백질의 항원 결정부위인 외피 1 단백질의 카르복실 말단에 해당하는 HCV 염기서열 1201번 내지 1509번의 309개 염기쌍, 외피2 단백질의 아미노말단에 해당하는 HCV 염기서열 1510번 내지 1749번의 240개 염기쌍 및 외피 2 단백질의 카르복실 말단에 해당하는 HCV 염기 서열 2281번 내지 2529번의 249개 염기쌍의 유전자들의 결합유전자를 포함하여 그의 발현시 HCV의 외피 단백질의 항원 결정부위 융합단백질을 생산하는 발현벡터, 상기 발현벡터로 형질전환된 미생물을 이용하여 HCV의 외피단백질의 항원 결정부위 융합 단백질을 대량으로 생산하는 방법 및 이에 의해 생산된 HCV의 외피단백질의 항원 결정부위 융합단백질에 관한 것이다.More specifically, HCV base sequences 1201 to 1509 309 base pairs corresponding to the carboxyl terminus of the envelope 1 protein, the antigenic determining region of the envelope protein of HCV, and HCV bases corresponding to the amino terminus of the envelope 2 protein. The antigenic determinant of the envelope protein of HCV upon expression thereof, including the binding gene of the genes of the HCV base sequences 2281-2529 and the 249 base pair genes corresponding to the carboxyl termini of the envelope 2 protein of SEQ ID NOs: 1510-1749 Method for producing large amount of fusion protein antigen-determining site of HCV envelope protein using expression vector to produce fusion protein, microorganism transformed with the expression vector and antigen-determining site of HCV envelope protein fusion protein It is about.
최근까지 바이러스성 간염은 A형 간염바이러스(HAV), B형 간염 바이러스(HBV), 델타 간염 바이러스(HDV), 사이토 메갈로 바이러스(CMV) 및 엡스틴바 바이러스(EBV)에 의해 발병되는 것으로 알려져 왔으나 상기의 간염과는 달리 수혈 후 발병되는 간염의 90%를 차지하는 비A비B형 간염(NANBH) 바이러스가 확인되었다(Alter, H.J., et al., Lancet 2, 838-841(1975)). 이 비A비B형 간염 바이러스에 감염된 감염환자가 전 세계적으로 매년 약 백만명씩 생기는 것으로 추정되며(Alter, H. J., in A.J. Zuckerman(ed.), Viral Hepatitis and Liver Disease, 537-542, Alan R. Liss, New York(1988)), 이중 약 40-50%가 만성간염으로 진전되고, 또 이중 약 20% 정도가 간 경변 및 간암으로 진전된다는 사실이 밝혀졌다(Dienstag, J. L., et al., Seminar Liver Dis. 6, 67-81(1986)).Until recently, viral hepatitis has been known to be caused by hepatitis A virus (HAV), hepatitis B virus (HBV), delta hepatitis virus (HDV), cytomegalovirus (CMV), and epsinbar virus (EBV). Unlike the above hepatitis, non-AB hepatitis B (NANBH) virus, which accounts for 90% of hepatitis developed after blood transfusion, has been identified (Alter, HJ, et al., Lancet 2, 838-841 (1975)). It is estimated that approximately 1 million people worldwide are infected with this non-A hepatitis B virus (Alter, HJ, in AJ Zuckerman (ed.), Viral Hepatitis and Liver Disease, 537-542, Alan R. Liss, New York (1988)), of which about 40-50% develop chronic hepatitis and about 20% develop liver cirrhosis and liver cancer (Dienstag, JL, et al., Seminar Liver Dis. 6, 67-81 (1986).
브래들리(Bradley) 등은 NANBH 환자의 현장을 침팬지에 감염시켜 비A비B형 바이러스(이하 HCV라 함)의 분리 및 회수가 가능함을 보고하였고(Bradley, D. W. et al., Gastroenterology, 88, 773-779(1985)), 츄(Choo)등은 이 바이러스가 양성가닥 리보핵산(positive-stranded RNA) 바이러스로서 약 10,000개의 염기로 이루어져 있으며 약 3010-3011개의 아미노산으로 이루어진 다단백질 전구체를 코딩하는 하나의 오픈 리딩 프레임(open reading frame, ORF)을 가지는 것으로 보고하였다(Choo, Q. L., et al., Science 244, 359-362(1989); Choo, Q. L., et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88, 2451-2455(1991)).Bradley et al. Reported that non-A non-B-type virus (hereinafter referred to as HCV) can be isolated and recovered by infecting chimpanzees with NANBH patients (Bradley, DW et al., Gastroenterology, 88, 773-). 779 (1985)), Cho et al., Is a positive-stranded RNA virus that consists of about 10,000 bases and encodes a polyprotein precursor of about 3010-3011 amino acids. It has been reported to have an open reading frame (ORF) (Choo, QL, et al., Science 244, 359-362 (1989); Choo, QL, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88, 2451-2455 (1991).
C형 간염 바이러스의 유전자 구조는 플라비바이러스(flavivirus) 및 페스티바이러스 (pestivirus)의 유전자 구조와 유사성을 가지며, 이들의 유연관계로 미루어 C형 간염 바이러스의 다단백질(polyprotein)은 아미노 말단으로부터 핵(core)-외피1(envelope 1)-외피2/비구조1(E2/NS1)-비구조2(NS2)-비구조3(NS3)-비구조4(NS4)-비구조5(NS5) 순서로 구성되어 있는 것으로 추정하고 있다(Choo, Q. L., et al., Proc. Natl. Aca. Sci. USA 88, 2451-2455(1991); Takamizawa, A., et at, J. Virol 65, 1105-1113(1991); Kato N., et al., Proc. Natl. Acad. Sci USA 87, 6524-6528 (1990)).The genetic structure of hepatitis C virus has similarities to those of flaviviruses and pestiviruses, and due to their flexibility, the polyprotein of hepatitis C virus is expressed from the amino terminus to the nucleus. core-envelope 1-envelope 2 / unstructure 1 (E2 / NS1) -unstructure 2 (NS2) -unstructure 3 (NS3) -unstructure 4 (NS4) -unstructure 5 (NS5) (Choo, QL, et al., Proc. Natl. Aca. Sci. USA 88, 2451-2455 (1991); Takamizawa, A., et at, J. Virol 65, 1105-). 1113 (1991); Kato N., et al., Proc. Natl. Acad. Sci USA 87, 6524-6528 (1990)).
외피1 및 외피2/비구조1 단백질(이하 외피2 단백질이라 함)은 생체의(in vitro) 실험을 통해 분자량이 각각 33,000, 72,000달톤의 크기를 갖는 당단백질임이 밝혀졌고 (Houghton, M., et al., Hepatology 14, 381-388(1791) ; Hijkata, M., et al., Proc. Natl. Acad. Sci USA 88, 5547-5551(1991)), 플라비바이러스의 백신으로 추정되는 비구조1 단백질 및 페스티바이러스의 백신으로 추정되는 gp53/55 단백질과 상당한 구조적 유사성을 가지고 있어 C형 간염 바이러스의 백신개발 및 치료제 개발에 1차적 목표가 되어왔다(Spete, R.R. et al., Virology 188, 819-830(1992)).Envelope 1 and envelope 2 / unstructured 1 proteins (hereinafter referred to as envelope 2 proteins) have been shown to be glycoproteins with molecular weights of 33,000 and 72,000 daltons, respectively (Houghton, M., et al., Hepatology 14, 381-388 (1791); Hijkata, M., et al., Proc. Natl. Acad. Sci USA 88, 5547-5551 (1991)), presumed to be vaccines of flaviviruses Significant structural similarity to the gp53 / 55 protein, which is believed to be a vaccine of structure 1 protein and pestivirus, has been the primary goal for vaccine development and treatment of hepatitis C virus (Spete, RR et al., Virology 188, 819). -830 (1992).
비구조3 단백질은 바이러스 단백질 분해효소로서 비구조 유전자가 코딩하는 비구조 단백질들을 절단하여 각각의 비구조 단백질들을 생성하는 것으로 추정되고 있으며(Bajan, J.F., Virology 171, 637-639(1989)), 비구조5 단백질은 지금까지 알려진 바이러스 리보핵산 중합효소의 아미노산 서열과 상당히 유사하여 C형 간염 바이러스의 리보핵산 중합효소(RNA polymerase)로 추정되고 있다(Mita, E., et at., Biochem. Biophy. Res Comm. 183, 925-930(1992)).Nonstructural 3 protein is a viral protease that is supposed to generate nonstructural proteins by cutting nonstructural proteins encoded by nonstructural genes (Bajan, JF, Virology 171, 637-639 (1989)). The nonstructural 5 protein is very similar to the amino acid sequence of the viral ribonucleic acid polymerase so far known, and is estimated to be the RNA polymerase of the hepatitis C virus (Mita, E., et at., Biochem. Res Comm. 183, 925-930 (1992).
C형 간염 바이러스의 감염에 대한 진단방법은 초기에 미국 카이론사의 츄등이 부분적인 2개의 비구조 유전자 절편(NS3/NS4)을 슈퍼옥사이드 디스뮤타제(SOD) 유전자와 융합시켜 효모에서 융합단백질 SOD-C100-3를 발현시키고 이를 사용하여 효소면역 측정법에 의해 수혈성 간염환자의 70% 이상이 이 항원에 대한 항체를 가지고 있음을 증명하였다(Kuo, G., et al., Soience 244, 362-384(1989)). 그러나 많은 환자의 경우 C100-3에 대한 항체가 C형 간염 바이러스 감염 후 4 내지 6개월이 지난 후에 생성되어 초기의 급성 간염환자에게서는 정확한 진단이 불가능하다는 단점(Alber, H. J. et al., N. Engl. J. Med 321, 1494-1500(1989); Miyamura T. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87, 983-987(1990)) 및 C형 간염 이외의 자가면역성 질환(autoimmune disease) 등에 기인한 간염환자의 경우에서도 상당한 비율로 양성반응이 나타나는 단점이 있음이 보고되었다(McFarlane, I. G., et. al., Lancet 335, 754-757(1990)).The diagnostic method for the infection of hepatitis C virus was initially fused by two nonstructural gene fragments (NS3 / NS4) with the superoxide dismutase (SOD) gene of Chiron, USA. By expressing C100-3 and using it, enzyme immunoassay demonstrated that at least 70% of transfusion hepatitis patients have antibodies to this antigen (Kuo, G., et al., Soience 244, 362-384 ( 1989). However, in many patients, antibodies against C100-3 are produced four to six months after hepatitis C virus infection, making it impossible to accurately diagnose early acute hepatitis patients (Alber, HJ et al., N. Engl). J. Med 321, 1494-1500 (1989); Miyamura T. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87, 983-987 (1990)) and autoimmune diseases other than hepatitis C. Hepatitis patients have been reported to have a positive rate of positive reactions (Mc Fararlane, IG, et. Al., Lancet 335, 754-757 (1990)).
최근에 C형 간염 바이러스의 5′ 말단에 위치한 핵(core) 구조 유전자로부터 발현시킨 핵 단백질을 사용한 진단방법의 경우 C100-3를 사용한 진단방법에 비해 약 6내지 8주 일찍 항체를 진단할 수 있음이 확인되어 기존의 C100-3 항원만을 사용한 제1세대 진단방법보다 조기진단이 가능하고 민감한 진단방법임이 보고되었다(Harada, S: et al., J. Virol 65, 3015(1991)). 미국의 UBI사는 핵 구조 유전자로부터 15 내지 65개 아미노산으로 구성된 합성폴리펩타이드를 이용하여 특이도가 더 높은 개선된 진단방법을 보고하였고 (Wang C. Y., EP 442394(1991)), 기존의 C100-3 항원에 핵구조유전자 유래 C22 및 비구조 3 유전자 유래의 C33C를 첨가한 제2세대 진단방법을 개발하여 HCV 항체에 대한 민감도와 특이도를 더욱 증가시킬 수 있음을 보고하였다(Van der poel, C. L., et al., Lancet 337, 377-319(1991)).Recently, the diagnostic method using a nuclear protein expressed from the core structural gene located at the 5 ′ end of the hepatitis C virus can diagnose the antibody about 6 to 8 weeks earlier than the diagnostic method using C100-3. As a result, it was reported that early diagnosis is possible and sensitive diagnosis method compared to the first generation diagnosis method using only C100-3 antigen (Harada, S: et al., J. Virol 65, 3015 (1991)). UBI of the United States reported an improved diagnostic method with higher specificity using synthetic polypeptides consisting of 15 to 65 amino acids from nuclear structural genes (Wang CY, EP 442394 (1991)), and the existing C100-3 antigen. The second-generation diagnostic method, in which C22 derived from nuclear structural genes and C33C derived from non-structural 3 genes is added, has been reported to further increase the sensitivity and specificity for HCV antibodies (Van der poel, CL, et. al., Lancet 337, 377-319 (1991).
본 발명자들은 한국형 C형 간염 환자의 혈청으로부터 HCV 입자를 분리하고 그 유전자 구조를 규명하여 기존의 미국형 및 일본형 HCV와는 상이한 고유한 한국형 HCV가 존재함을 규명한 바 있으며 또한 핵 유전자로 부터 KHCV UB Core14, 비구조3 유전자로부터 KHCV UB897 단백질, 비구조5 유전자로부터 KHCV 403 단백질을 재조합 효모 및 대장균으로부터 밭현시켜(선행 한국 특허출원 제91-10942호, 제91-10943호, 제91-25505호 및 제92-10039호 참조), 이들 단백질들의 면역특이성을 확인한 다음 고순도로 대량 분리 및 정제할 수 있는 방법을 개발하였다(선행 한국 특허출원 제91-13594호, 제91-13595호, 제91-13597호, 제91-25506호 및 제92-10039호 참조). 또한 이들 HCV 특이항원들을 사용하여 기존의 공지된 효소면역측정법(ELISA immunoassay, EIA) 원리에 따라 환자의 혈청으로부터 C형 간염 바이러스에 대한 항체를 검정하는 개선된 진단방법을 개발하여 보고한 바 있다(선행 한국 특허출원 제91-13601호 참조).The present inventors have isolated HCV particles from the sera of Korean hepatitis C patients and identified their genetic structure to identify unique Korean HCVs that differ from those of US and Japanese HCVs, and KHCV from nuclear genes. KHCV UB897 protein from UB Core14, non-structural 3 gene and KHCV 403 protein from non-structural 5 gene were derived from recombinant yeast and Escherichia coli (prior Korean patent applications 91-10942, 91-10943, 91-25505) And 92-10039), a method of identifying and immunomodifying these proteins and then mass separation and purification with high purity has been developed (prior Korean Patent Applications 91-13594, 91-13595, 91- 13597, 91-25506 and 92-10039). Using these HCV specific antigens, we have also developed and reported an improved diagnostic method for assaying antibodies against hepatitis C virus from the serum of patients according to known ELISA immunoassay (EIA) principles. See Korean Patent Application No. 91-13601.
또한, 상기의 KHCV 403 단백질을 포함하는 비구조 5 유전자의 아미노 말단 1,200 염기쌍의 단백질 산물(비구조 5-1.2 단백질)이 HCV의 항체와 높은 특이도의 면역 반응을 보인다는 사실을 발견하고 이를 유비퀴틴(UB)과의 융합단백질(UB NS5-1.2)로서 재조합 대장균에서 발현시켰고(선행 한국 특허 출원 제93-4165호 참조), 한국형 HCV의 전체 유전자중 비구조 4 유전자의 일부서열이 한국형 C형 간염환자의 혈청과 면역학적 특이성을 가지고 반응하는 것을 확인하고 이를 유전공학적인 방법으로 재조합 대장균에서 유비퀴틴과의 융합 단백질(UB NS4E)로서 발현시킨 바 있다(선행 한국 특허출원 제93-4164호 참조).In addition, it was found that the protein product of the amino terminal 1,200 base pairs (non-structural 5-1.2 protein) of the non-structural 5 gene including the KHCV 403 protein exhibited a high specific immune response with the antibody of HCV and ubiquitin It was expressed in recombinant E. coli as a fusion protein (UB NS5-1.2) with (UB) (see preceding Korean Patent Application No. 93-4165), and a partial sequence of the non-structural 4 gene in the entire gene of Korean HCV was Korean hepatitis C. It was confirmed that the reaction with the patient's serum and immunological specificity, and expressed it as a fusion protein (UB NS4E) with ubiquitin in recombinant E. coli by genetic engineering method (see the preceding Korean Patent Application No. 93-4164).
이러한 항원 단백질들에 있어서, C형 간염환자의 혈청내에 존재하는 항체들이 특이적으로 결합하는 HCV의 항원 결정부위(epitope)는 C형 간염진단시약의 개발과 C형 간염환자의 면역 반응 연구에 있어 중요한 표지가 되며 아울러 짧은 길이를 가지면서도 면역학적 특이성을 보유하는 항원 단백질을 제조함으로써 간염의 진단 및 백신의 개발을 효율적 이고 경제적으로 수행할 수 있으므로 HCV 항원들의 항원 결정 부위에 대한 연구가 계속 되어 왔다.In these antigenic proteins, the antigenic epitope of HCV, which specifically binds antibodies in the serum of hepatitis C patients, is used in the development of hepatitis C diagnostic reagents and in the immune response studies of hepatitis C patients. The preparation of antigenic proteins, which are important markers and have immunological specificity with short lengths, allows for the efficient and economical diagnosis of hepatitis and the development of vaccines. .
C100-3 항원의 경우에는 다수의 짧은 인공합성 펩타이드들을 이용하여 C형 간염 환자의 혈청과의 반응을 측정함으로써 항체와 특이적으로 결합하는 항원 결정부위가 HCV 염기서열 1690번 내지 1731번내에 존재하고 있음이 밝혀졌고(Bahl, C., et al., p65-66, 제3회 국제 HCV 심포지움, Strasbourg, France, 1991), 핵 단백질의 경우에는 전체 유전자중 3개의 서로 다른 부위의 절편들을 대장균에서 발현시킨 다음 C형 간염환자의 혈청과의 반응을 측정함으로써 항원 결정부위가 아미노말단을 코드하는 222개 염기쌍내에 위치하고 있음이 밝혀지게 되었다(Nasoft, M. S. et al., Proc. Natl. Acad Sci. USA 88, 5462-5466(1991)).In the case of the C100-3 antigen, antigen-determining sites that specifically bind to the antibody are present within HCV sequences 1690 to 1731 by measuring the reaction with the serum of the hepatitis C patient using a plurality of short synthetic peptides. (Bahl, C., et al., P65-66, 3rd International HCV Symposium, Strasbourg, France, 1991), and in the case of nuclear proteins, fragments of three different regions of the total gene were expressed in E. coli. By expressing and measuring the response of the hepatitis C patient to the serum, it was found that the antigenic determinant is located within the 222 base pairs encoding the amino terminus (Nasoft, MS et al., Proc. Natl. Acad Sci. USA). 88, 5462-5466 (1991).
본 발명자들은 HCV의 비구조3 유전자로부터 유래된 KHCV897 단백질의 8개의 서로 다른 유전자 절편들을 대장균에서 발현시킨 C형 간염환자의 혈청과의 반응을 측정한 결과 항원 결정부위가 카르복실 말단 약 366개 염기쌍내에 존재하고 있음을 밝혔고(본 출원인이 1993. 4. 15자로 출원한 한국 특허 출원 제 호 참조), 외피 단백질의 경우는 항원 결정부위가 HCV 염기서열 1201번 내지 1509번에 해당하는 309개의 염기쌍으로부터 발현된 외피 1단백질의 카르복실 말단; HCV 염기서열 1510번 내지 1749번에 해당하는 240개의 염기쌍으로부터 발현된 외피 2 단백질의 아미노 말단; 및 HCV 염기서열 2281번 내지 2529번에 해당하는 249개의 염기쌍으로부터 발현된 외피 2 단백질의 카르복실 말단에 존재하고 있음을 밝혔다(본 출원인이 선출원한 한국 특허출원 제93-5663호 참조).The present inventors measured the reaction of hepatitis C patients with E. coli expressing 8 different gene fragments of KHCV897 protein derived from the nonstructural 3 gene of HCV. (See Korean Patent Application No. Applicant filed 15 April 1993 by Applicant), and in the case of coat protein, the antigenic determinant is from 309 base pairs corresponding to HCV sequences 1201 to 1509. Carboxyl terminus of the expressed envelope 1 protein; The amino terminus of the envelope 2 protein expressed from 240 base pairs corresponding to HCV sequences 1510 to 1749; And the carboxyl terminus of the envelope 2 protein expressed from the 249 base pairs corresponding to HCV base sequences 2281 to 2529 (see Korean Patent Application No. 93-5663 filed by the applicant).
다른 한편으로, 순수분리된 HCV의 특이항원들을 이용하여 이들 항원들에 대한 단일 클론성항체 또는 다중 클론성 항체를 제조할 수 있으며 이 항체들을 C형 간염환자의 혈청에서 HCV 항원을 검출하는데 사용함으로써 좀더 민감한 조기 진단에 크게 공헌할 수 있고, 특히 이 항체들중 중화 항원 결정기(neutralizing epitope)에 대한 특이성을 가지고 있는 항체들은 수동면역 치료법에 대해서도 크게 유용하다. 또한 단일클론성 항체는 항 이디오타입 항체를 증가시키는데 사용될 수 있는데 이는 HCV 항원의 면역원성 영역을 밝히는 것 뿐만 아니라 C형 간염의 치료 및 진단에도 유용하게 사용할 수 있다는 것이 공지되어 있다.On the other hand, specific antigens of purely isolated HCV can be used to prepare monoclonal or polyclonal antibodies against these antigens and by using these antibodies to detect HCV antigen in the serum of hepatitis C patients. Antibodies that can significantly contribute to more sensitive early diagnosis, especially those that have specificity for neutralizing epitopes, are also useful for passive immunotherapy. Monoclonal antibodies can also be used to increase anti-idiotype antibodies, which are known to be useful in the treatment and diagnosis of hepatitis C, as well as in identifying immunogenic regions of HCV antigens.
한편 유비퀴틴은 1975년에 발견된 분자량 5,500달톤의 단백질로서 진핵세포에서 전반적으로 발견되며 원핵세포에서는 그 유전자가 없는것으로 보고되었다(Goldstein, et al., Proc. Natl. Acad. Sci 72, 11(1975)). 지금까지 동물세포로부터 밝혀진 유비퀴틴은 모두 동일한 것으로 밝혀졌으며, 유비퀴틴의 중요한 역할은 여러 가지가 있으나 그중에서도 단백질 분해공정이 중요한 것으로 알려져 있다(Finley, et al., Trends Biochem. Sci 10, 343(1985)). 대장균내에서는 유비퀴틴 시스템의 결여로 세포내에서 유비퀴틴 융합단백질로 발현된 유전자 산물이 분해됨이 없이 융합단백질 그대로 세포내에 축적된다. 이러한 융합 단백질 시스템은 특히 발현시키고자 하는 단백질이 세포내에서 단백질 분해효소에 의해 분해 가 용이하게 되는 경우에 융합된 유비퀴틴이 이를 보호하기 때문에 매우 유용하며, 항유비퀴틴 항체를 이용하여 발현을 확인할 수 있고, 정제에도 유용하게 사용될 수 있다.Ubiquitin, meanwhile, was a protein with a molecular weight of 5,500 Daltons, which was discovered in 1975, and is found in eukaryotic cells as a whole and without its genes (Goldstein, et al., Proc. Natl. Acad. Sci 72, 11 (1975). )). So far, the ubiquitin found in animal cells has been found to be the same, and there are many important roles of ubiquitin, but among them, proteolysis is known to be important (Finley, et al., Trends Biochem. Sci 10, 343 (1985)). . In Escherichia coli, the lack of the ubiquitin system results in the accumulation of gene products expressed as ubiquitin fusion proteins in cells, without being degraded. Such a fusion protein system is particularly useful because the ubiquitin fused to protect the protein to be easily degraded by protease in the cell, and the expression can be confirmed using an anti-ubiquitin antibody. It can also be usefully used for purification.
또한 최근에는 효모에서 UBP 1이라 명명된 유비퀴틴 절단효소가 분리 동정되어 대장균 유래 유비퀴틴 융합 단백질로부터 유비퀴틴이 제거된 목적 단백질만을 얻을 수 있게 되었다(Tobias, J. W. et at., J. Biological Chemistry 266, 12021-12028(1991)).Recently, ubiquitin cleavage enzyme named UBP 1 has been isolated and identified in yeast to obtain only the target protein from which ubiquitin has been removed from E. coli-derived ubiquitin fusion protein (Tobias, JW et at., J. Biological Chemistry 266, 12021-). 12028 (1991).
이러한 사실에 의거하여, 본 발명자들은 한국형 C형 간염환자의 진단에 있어서, 기존의 미국형 및 일본형 HCV에 의해 코딩되는 단백질을 사용하는 것보다 감지도 및 특이도가 더 높은 한국형 HCV에 대한 진단시약 및 백신을 개발하고자 노력하던 중, 한국형 HCV의 외피 단백질의 항원 결정부위를 코딩하는 E1G, E2A, 및 E2E 유전자를 결합시켜 이를 유전공학적인 방법으로 대장균에서 융합단백질로서 발현시키는데 성공하였고, 본 발명은 완성하게 되었다.Based on this fact, the present inventors have diagnosed Korean HCV with higher sensitivity and specificity than those using proteins encoded by US-type and Japanese-type HCV. In an effort to develop reagents and vaccines, E1G, E2A, and E2E genes encoding antigenic determinants of the envelope protein of Korean HCV were combined and successfully expressed as a fusion protein in Escherichia coli by genetic engineering method. Was completed.
본 발명의 목적은 한국형 HCV에 대해 더 높은 특이도를 진단시약 및 백신의 개발에 기여할 수 있는 HCV의 외피단백질의 항원 결정부위 융합단백질을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an antigenic determinant fusion protein of the envelope protein of HCV which may contribute to the development of diagnostic reagents and vaccines with higher specificity for Korean HCV.
본 발명의 다른 목적은 HCV의 외피단백질의 항원 결정부위를 코딩하는 유전자의 결합유전자를 포함하여 그의 발현시 HCV의 외피 단백질의 항원 결정부위 융합단백질을 생산하는 발현 벡터를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide an expression vector which comprises an antigen-binding gene of a gene encoding an antigenic determinant of an envelope protein of HCV and, upon its expression, produces an antigenic determinant fusion protein of an envelope protein of HCV.
본 발명의 또다른 목적은 상기 발현벡터로 형질전환된 미생물 및 이 미생물을 이용하여 HCV의 외피단백질의 항원결정부위 융합 단백질을 대량으로 생산하는 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a microorganism transformed with the expression vector and a method for producing a large amount of the epitope fusion protein of the envelope protein of HCV using the microorganism.
이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
C형 간염 진단시약의 개발에 있어서는 C형 간염 항체에 대한 특이성이 높은 항원 단백질을 이용하는 것이 바람직하며, 그의 항원 결정부위는 효율적이고 경제적인 진단시약 및 백신의 개발을 가능하게 하므로 더욱 바람직하다. 특히 여러개의 항원결정부위를 융합시킨 항원결정부위 융합단백질이 경제성, 효율성 및 정확성의 측면에서 가장 바람직하다. 이러한 항원결정부위 융합단백질로서는 C형 간염 바이러스의 외피 단백질의 3개의 항원결정부위를 포함하는 본 발명의 항원결정부위 융합단백질인 E1E2가 바람직하다. 또한, 이 융합단백질은 단백질의 안정화, 발현의 확인 및 간편한 정제등을 위해 특정 단백질을 추가로 융합시켜 재조합 융합단백질로서 생산될 수 있으며 그러한 특정 단백질로서는 유비퀴틴이 바람직하다.In the development of a hepatitis C diagnostic reagent, it is preferable to use an antigen protein having high specificity for the hepatitis C antibody, and its antigen determination site is more preferable since it enables the development of an efficient and economical diagnostic reagent and vaccine. In particular, an antigen-binding site fusion protein in which several epitopes are fused is most preferable in terms of economic efficiency, efficiency and accuracy. As such epitope fusion protein, E1E2, which is an epitope fusion protein of the present invention containing three epitopes of the envelope protein of hepatitis C virus, is preferable. In addition, the fusion protein can be produced as a recombinant fusion protein by further fusion of a specific protein for stabilization, confirmation of expression and simple purification of the protein, and ubiquitin is preferred as such a specific protein.
먼저 한국형 C형 간염 바이러스의 cDNA 단편들에 대한 염기서열정보(본 출원인이 선 출원한 한국 특허 출원 제92-10039호 참조)로부터 외피 유전자의 항원 결정 부위 단백질을 코딩하는 E1G, E2A, E2E 유전자의 5′ 말단과 3′ 말단에 대응하는 중합효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction, PCR)용 시발체를 합성하였다. 이들 시발체는 E1G, E2A, E2E 유전자들이 서로 연결되도록 고안되었으며 특정 단백질 유전자의 3′ 말단과 접합이 가능하도록 5′ 말단에 제한효소 인식부위가 존재하며, 이에 대응되는 시발체에는 종료 코오돈과 제한효소의 인식부위를 삽입하여 특정 단백질의 시작 코오돈으로부터 단백질이 합성되어 인위적으로 삽입한 종료코오돈에서 단백질 합성이 완료되도록 함과 아울러 발현벡터로의 클로닝을 용이하게 한다. 이들 시발체들을 이용하여 C형 간염 바이러스의 cDNA인 KHCV-LBCl(1991년 5월 14일자로 기탁번호 ATCC 75008로 기탁)(본 출원인이 선출원한 한국 특허출원 제92-10039호 참조) 또는 외피 1 및 외피 2 유전자(한국 특허출원 제92-10039호 참조)를 주형으로 하여 중합효소 연쇄반응으로 E1G, E2A, E2E 결합 유전자(E1E2)를 증폭하며, 이 증폭된 유전자를 제한효소로 절단하여 얻은 유전자 단편을 특정 단백질의 유전자를 함유하는 플라스미드의 특정 단백질 다음의 유전자와 치환하여 발현 벡터를 제조하였다. 상기의 발현벡터로부터 발현된 외피 항원 결정부위 융합단백질을 15% 폴리아크릴 아미드 젤에서 전기 영동한 후, 한국형 C형 간염 환자의 혈청으로부터 분리한 면역 글로불린으로 웨스턴-블롯팅하여 UBE1E2 단백질이 한국형 C형 간염 바이러스의 항체에 특이적으로 반응하는 것을 확인하였다.First, the sequence of the E1G, E2A, and E2E genes encoding the antigenic determinant protein of the envelope gene was obtained from sequencing information on cDNA fragments of the Korean hepatitis C virus (see Korean Patent Application No. 92-10039, previously filed by the applicant). The primers for the polymerase chain reaction (PCR) corresponding to the 5 'end and the 3' end were synthesized. These primers are designed to connect the E1G, E2A, and E2E genes to each other, and the restriction enzyme recognition sites are present at the 5 'end to allow conjugation with the 3' end of a specific protein gene. The corresponding primers have termination codons and restriction enzymes. By inserting the recognition site of the protein is synthesized from the start codon of the specific protein to complete the protein synthesis in the artificial coinsertion termination codon and facilitates cloning into the expression vector. Using these primers KHCV-LBCl (deposited accession number ATCC 75008 dated May 14, 1991) of cDNA of the hepatitis C virus (see Korean Patent Application No. 92-10039, filed by the applicant) or shell 1 and Gene fragment obtained by amplifying E1G, E2A, and E2E binding genes (E1E2) by polymerase chain reaction using envelope 2 gene (see Korean Patent Application No. 92-10039) as a template, and digesting this amplified gene with restriction enzyme Was substituted with the gene following the specific protein of the plasmid containing the gene of the specific protein to prepare an expression vector. The envelope antigen-determining site fusion protein expressed from the above expression vector was electrophoresed on 15% polyacrylamide gel, and then Western-blotted with immunoglobulins isolated from the serum of Korean hepatitis C patients, and the UBE1E2 protein was Korean-type C. It was confirmed that the antibody specifically reacts with an antibody of hepatitis virus.
본 발명의 항원 결정부위 융합단백질을 HCV 진단키트 및 백신의 제조에 이용할 경우, 여러 항원 결정부위를 포함하되 단일한 하나의 단백질만을 사용하므로 기존의 여러 종류의 HCV 항원들을 복합 사용하는 것에 비해 더욱 경제적인 진단키트 또는 백신의 제조가 가능하고, HCV 항원들의 항원 결정부위만을 융합시킨 것이므로 기존의 서로 다른 HCV 항원들을 단순하게 융합시킨 경우에 비해 보다 민감하고 정확한 진단 및 효율적인 백신의 제조가 가능하다.When the antigen-determining site fusion protein of the present invention is used for the production of HCV diagnostic kits and vaccines, it is more economical than using multiple types of HCV antigens, including several antigen-determining sites but using only a single protein. Phosphorus diagnostic kit or vaccine can be prepared, and since only the fusion regions of HCV antigens are fused, it is possible to prepare a more sensitive and accurate diagnosis and efficient vaccine compared to the case of simply fusion of existing HCV antigens.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 하기 실시예들은 본 발명을 예시하는 것일 뿐이고, 발명의 범위를 제한하지 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. The following examples merely illustrate the invention and do not limit the scope of the invention.
하기 실시예에서 사용된 실험 방법 및 과정은 특별한 언급이 없는 한 다음의 참조예 1)-6)에 따라 실시하였다.Experimental methods and procedures used in the following examples were carried out according to the following Reference Examples 1) -6) unless otherwise specified.
[참조예 1]Reference Example 1
[제한효소를 사용한 DNA의 절단]DNA cleavage using restriction enzymes
멸균된 1.5㎖ 에펜돌프 튜브에 제한 효소와 반응 완충용액을 50㎕ 내지 100㎕의 반응 부피가 되도록 넣고 37℃에서 1 내지 2시간 동안 반응시켰다. 반응이 완료된 후, 제한 효소를 불활성화하기 위해 65℃에서 15분간 열처리하고, 내열성인 제한 효소에 대해서는 페놀 추출 및 에탄올 침전법을 사용하였다. 사용된 제한 효소와 반응 완충용액은 뉴 잉글랜드 바이오랩사(New England Biolabs, MA, USA)로부터 구입하였다. 10배 반응 완충용액의 조성은 다음과 같다.Restriction enzyme and reaction buffer were added in a sterile 1.5 ml Eppendorf tube to a reaction volume of 50 μl to 100 μl and reacted at 37 ° C. for 1 to 2 hours. After the reaction was completed, heat treatment was performed at 65 ° C. for 15 minutes to inactivate the restriction enzyme, and phenol extraction and ethanol precipitation were used for the restriction enzyme which was heat resistant. Restriction enzymes and reaction buffers used were purchased from New England Biolabs, MA, USA. The composition of the 10-fold reaction buffer is as follows.
10배 NEB 완충용액 1 : 100mM 비스 트리스 프로판-HCl, 100mM MgCl2, 10mM 디티오트레이톨(Dithiothreitol. DTT), pH 7.010-fold NEB buffer 1: 100 mM bis tris propane-HCl, 100 mM MgCl 2 , 10 mM Dithiothreitol.DTT, pH 7.0
10배 NEB 완충용액 2 : 100mM 트리스-HCl, 100mM MgCl2, 500mM NaCl, 10mM DTT, pH 7.010-fold NEB buffer 2: 100 mM Tris-HCl, 100 mM MgCl 2 , 500 mM NaCl, 10 mM DTT, pH 7.0
10배 NEB 완충용액 3 : 100mM 트리스-HCl, 100mM MgCl2, 1000mM NaCl, 10mM DTT, pH 7.010-fold NEB buffer 3: 100 mM Tris-HCl, 100 mM MgCl 2 , 1000 mM NaCl, 10 mM DTT, pH 7.0
10배 NEB 완충용액 4 : 200mM 트리스-아세테이트, 100mM 마그네슘 아세테이 트, 500mM 포타슘 아세테이트, 10mM DTT, pH 7.010-fold NEB buffer 4: 200 mM tris-acetate, 100 mM magnesium acetate, 500 mM potassium acetate, 10 mM DTT, pH 7.0
[참조예 2]Reference Example 2
[페놀 추출과 에탄올 침전][Phenol Extraction and Ethanol Precipitation]
페놀 추출은 제한효소 반응이 완료된 후 제한 효소를 불활성화시키거나 핵산을 추출할때 사용하였다. 페놀은 10mM 트리스-HCl(pH 8.0), 1mM EDTA 용액으로 포화시킨 후 사용하였다.Phenol extraction was used to deactivate the restriction enzyme or extract the nucleic acid after the restriction enzyme reaction was completed. Phenol was used after saturation with 10 mM Tris-HCl (pH 8.0), 1 mM EDTA solution.
시료와 페놀을 1:1(v/v)의 비율로 섞은 후 강하게 흔들어 혼합한 다음 원심 분리 (15,000×G, 5분)시켜 상층액을 새튜브로 옮긴다. 동일 과정을 3회 반복한 후, 동일 부피의 클로로포름 용액(클로로포름과 이소부탄올 비율 24:1(v/v))으로 상층액을 추출하여 0.1 부피의 3H 소듐 아세테이트와 2.5 부피의 100% 에탄올을 가한다. 이를 -70℃에서 30분간 또는 -20℃에서 약 2시간이상 정치한 후 원심 분리 (15,000×G, 20분, 4℃)하여 핵산을 침전시켰다.The sample and phenol are mixed at a ratio of 1: 1 (v / v), shaken vigorously, mixed, and centrifuged (15,000 × G, 5 minutes) to transfer the supernatant to a new tube. The same procedure was repeated three times, followed by extracting the supernatant with an equal volume of chloroform solution (chloroform to isobutanol ratio 24: 1 (v / v)), adding 0.1 volume of 3H sodium acetate and 2.5 volume of 100% ethanol. do. This was allowed to stand at -70 ° C for 30 minutes or at -20 ° C for at least about 2 hours, followed by centrifugation (15,000 x G, 20 minutes, 4 ° C) to precipitate the nucleic acid.
[참조예 3]Reference Example 3
[연결 반응(ligation)][Ligation]
연결 효소로서 T4 DNA 리가제(T4 DNA ligase, New England Biolabs, Inc.) 및 10배 연결 완충용액(0.5M 트리스-HCl, pH 7.8, 0.1M MgCl2, 0.2M 디티오트레이톨, 10mM ATP, 0.5mg/㎖ BSA)을 사용하여 연결 반응을 수행하였다. 보통 20㎕ 부피에서 10 단위체의 연결 효소를 사용하고, 평활 말단(blunt ends)을 갖는 DNA의 연결에는 100 단위체의 연결효소를 사용하여, 16℃에서 적어도 5시간이상 또는 4℃에서 14시간이상 반응시켰고, 반응이 완료된 후 65℃에서 15분간 가열하여 연결효소를 불활성화시켰다.T4 DNA ligase (T4 DNA ligase, New England Biolabs, Inc.) and 10-fold ligation buffer (0.5 M Tris-HCl, pH 7.8, 0.1 M MgCl 2 , 0.2 M dithiothreitol, 10 mM ATP, Ligation reaction was carried out using 0.5 mg / ml BSA). Usually, 10 units of ligase is used in a volume of 20 μl, and 100 units of ligase are used for ligation of DNA having blunt ends. At least 5 hours at 16 ° C. or 14 hours at 4 ° C. After completion of the reaction, the ligase was inactivated by heating at 65 ° C. for 15 minutes.
[참조예 4]Reference Example 4
[대장균 형질전환][E. coli transformation]
대장균 숙주 세포(대장균 HB101, W3110 또는 JM105)를 100㎖의 액체 LB 배지 (1% 박토트립톤, 0.5% 박토 효모 추출물, 0.5% 염화나트륨)에 접종한 후 650nm에서의 광학밀도(O.D.) 값이 0.25내지 0.5에 달할 때까지 37℃에서 배양한다. 그후 원심 분리 (2,500×G, 10분)에 의해 세포를 분리한 후 50㎖의 0.1M MgCl2를 가하여 세척한다. 이를 다시 원심분리(2,500×G, 10분)하고 여기에 50㎖ 0.1M CaCl2, 0.05M MgCl2, 용액을 가하여 얼음위에서 30분간 정치시켰다. 이를 다시 원심분리(2,500×G, 10분)하여 동일용액(0.1M CaCl2, 0.05M MgCl2) 5㎖에 균일하게 분산시켰다. 위에서 사용한 모든 용액 및 용기는 0℃에서 냉각시켜 사용하였다. 상기에서 얻은 용액 0.2㎖에 연결 반응 용액 10㎕를 가하여 0℃에서 40분간 정치시킨 후 42℃에서 1분동안 열처리하였다. 이를 2.0㎖의 액체 LB 배지에 가하여 37℃에서 1시간 동안 배양한 후 상기 배양액을 50㎍/㎖ 암피실린을 함유하는 고체 LB 배지상에 도말한 후 37℃에서 하룻밤동안 배양하였다. M13 벡터 DNA는 열처리한 후 100㎕의 JM105 세포, 15㎕의 100mM IPTG(isopropyl-β-D-thiogalactoside), 25㎕의 4% X-Gal(5-bromo-4-chloro-indolyl-β-D-galactoside) 및 48℃로 미리 데워 놓은 3㎖의 2배 연성 고체 YT 배지(1% NaCl, 1% 효모 추출물, 1 6% 박토 트립톤, 8.7% 박토 아가)를 가하여 잘 섞어준 후 2배 고체 YT 배지(1% NaCl, 1% 효모 추출물, 1.6% 박토 트립톤, 1.5% 박토 아가) 위에 도말하였다.E. coli host cells (E. coli HB101, W3110 or JM105) were inoculated into 100 ml of liquid LB medium (1% bactotrypton, 0.5% bacterium yeast extract, 0.5% sodium chloride) and the optical density (OD) value at 650 nm was 0.25 Incubate at 37 ° C. until reaching 0.5. Cells are then separated by centrifugation (2,500 x G, 10 minutes) and then washed by adding 50 ml of 0.1 M MgCl 2 . This was again centrifuged (2,500 × G, 10 minutes) and 50 ml 0.1M CaCl 2 , 0.05M MgCl 2 , a solution was added thereto, and allowed to stand on ice for 30 minutes. This was again centrifuged (2,500 × G, 10 minutes) and uniformly dispersed in 5 ml of the same solution (0.1M CaCl 2 , 0.05M MgCl 2 ). All solutions and vessels used above were used after cooling at 0 ° C. 10 μl of the coupling reaction solution was added to 0.2 ml of the solution obtained above, and the mixture was left at 0 ° C. for 40 minutes and then heat-treated at 42 ° C. for 1 minute. This was added to 2.0 ml of liquid LB medium and incubated at 37 ° C. for 1 hour, and the culture solution was plated on solid LB medium containing 50 μg / ml ampicillin and then incubated at 37 ° C. overnight. M13 vector DNA was heat treated and then 100 μl of JM105 cells, 15 μl of 100 mM IPTG (isopropyl-β-D-thiogalactoside), 25 μl of 4% X-Gal (5-bromo-4-chloro-indolyl-β-D -galactoside) and 3 ml double soft solid YT medium (1% NaCl, 1% yeast extract, 1 6% bacto tryptone, 8.7% bacto agar) preheated to 48 ° C. Plated on YT medium (1% NaCl, 1% yeast extract, 1.6% bacto tryptone, 1.5% bacto agar).
[참조예 5]Reference Example 5
[올리고머의 합성][Synthesis of oligomers]
올리고머는 자동화된 고체상 포스포아미다이트 케미스트리(solid phase phosphoamidite chemistry)를 이용하는 DNA 합성기(Applied Biosystems, Inc., model 380 B, U.S.A.)로 합성한 후 변성 폴리아크릴아미드 젤 (2M 우레아, 12% 아크릴아미드, 50mM 트리스중의 비스(29:1 w/w), 50mM 붕산, 1mM EDTA-Na2)을 이용한 전기 영동으로 분리하였다. 다음으로 이를 Cl8 컬럼인 SEP-PAK(Waters Inc., U.S.A.)에 부착시킨 후 아세토니트릴:물(50:50)을 용출제로 사용하여 순수 정제하고, 260mm에서 흡광도를 측정하여 농도를 결정하였다.The oligomers were synthesized by a DNA synthesizer (Applied Biosystems, Inc., model 380 B, USA) using automated solid phase phosphoamidite chemistry and then modified polyacrylamide gel (2M urea, 12% acrylic). Amide, bis (29: 1 w / w) in 50 mM Tris, 50 mM boric acid, 1 mM EDTA-Na 2 ) was separated by electrophoresis. Next, it was attached to a Cl8 column, SEP-PAK (Waters Inc., USA), and purified using pure acetonitrile: water (50:50) as an eluent. The concentration was determined by measuring absorbance at 260 mm.
[참조예 6]Reference Example 6
[중합효소 연쇄 반응(Po1ymerase Chain Reaction, PCR)][Po1ymerase Chain Reaction (PCR)]
주형 DNA(10ng 내지 100ng), 10㎍의 10배 Taq 중합효소 완충응액 (10mM 트리스-Cl pH 8.3, 500mM KCl, 15mM MgCl20.1%(w/v) 젤라틴), 10㎕의 dNTP 혼합용액 (dGTP, dATP, dTTP, dCTP 각 10mM), 시발체 2㎍, 0.5㎕의 AmpliTaq DNA 중합효소 (Perkin Elmer Cetus, U.S.A.)에 증류수를 가하여 총부피를 100㎕로 하였다. 여기에 용액 의 증발을 막기 위하여 50㎕의 미네랄 오일을 첨가하였다. 온도 순환기(Perkin Elmer Cetus, U.S.A.)를 이용하였으며, 순환 프로그램은 95℃에서 1분, 55℃에서 1분 72℃에서 2분간의 순환을 반복하고 마지막으로 72℃에서 10분간 추가반응시켰다.Template DNA (10 ng to 100 ng), 10 μg of 10-fold Taq polymerase buffer (10 mM Tris-Cl pH 8.3, 500 mM KCl, 15 mM MgCl 2 0.1% (w / v) gelatin), 10 μl of dNTP mixed solution (dGTP , dATP, dTTP, dCTP each 10 mM), distilled water was added to 2 μg, 0.5 μl AmpliTaq DNA polymerase (Perkin Elmer Cetus, USA) to make a total volume of 100 μl. 50 μl of mineral oil was added to prevent evaporation of the solution. The temperature cycler (Perkin Elmer Cetus, USA) was used, the cycle program was repeated 1 minute at 95 ℃, 1 minute at 55 ℃ 2 minutes at 72 ℃ and finally the reaction was further reacted at 72 ℃ 10 minutes.
[실시예 1]Example 1
[한국형 C형 간염 바이러스의 외피의 항원 결정 부위 결합 유전자의 증폭][Amplification of the Antigen Determination Site Binding Gene in the Envelope of Korean Hepatitis C Virus]
[단계 1][Step 1]
기존에 클로닝된 한국형 C형 간염 바이러스의 cDNA(KHCV-LBCl, 본 출원인이 선출원한 한국 특허출원 제92-10039호, ATCC 75008, 1991년 5월 14일 기탁)의 일부인 외피의 항원 결정부위 결합 유전자를 유비퀴틴이 결합된 trp 프로모터를 갖고 있는 대장균 발현벡터에 클로닝하기 위하여 다음과 같은 시발체를 합성하였다.The antigen-binding site-binding gene of the envelope, which is part of the cDNA (KHCV-LBCl, Korean Patent Application No. 92-10039, ATCC 75008, deposited May 14, 1991) of Korean hepatitis C virus cloned previously To clone into the E. coli expression vector having a trp promoter coupled to ubiquitin, the following primers were synthesized.
PE2ET2 5′-TGAGACTCCGCGGTGGTACTCGGGGAGAGCGTTGTGAC-3′PE2ET2 5′-TGAGACTCCGCGGTGGTACTCGGGGAGAGCGTTGTGAC-3 ′
이 시발체는 제한효소 Sac Ⅱ 인지 부위를 가지고 있으며 한국형 C형 간염 바이러스의 cDNA인 KHCV-LBCl의 2281번째 염기부터 2298번째 염기를 포함하고 있다. 이 시발체는This primer has a restriction enzyme Sac II recognition site and contains the bases 2281 to 2298 of KHCV-LBCl, the cDNA of Korean hepatitis C virus. This primer is
PE2EGE1G 5′TTCCTTCTTCTGGCGGACGCGGTTTCCCAGCTGTTCACCTTC-3′PE2EGE1G 5′TTCCTTCTTCTGGCGGACGCGGTTTCCCAGCTGTTCACCTTC-3 ′
이 시발체는 E2E의 3′ 말단인 KHCV-LBCl의 2509번째 염기로부터 2529번째 염기를 포함하고 있으며 E1G 유전자의 5′ 말단인 KHCV-LBCl의 1201번째 염기부터 1221번째 염기를 포함하고 있다.This primer contains the 2529th base from the 2509th base of KHCV-LBCl which is the 3 'end of E2E, and the 1201st-1221th base of the KHCV-LBCl which is the 5' end of E1G gene.
PE2AXHO 5′-AAAAAACTCGAGTTACCACCCCTGCGCGAATGTATC-3′PE2AXHO 5′-AAAAAACTCGAGTTACCACCCCTGCGCGAATGTATC-3 ′
이 시발체는 KHCV-LBCl의 1749번째 염기뒤에 해독을 종료시키는 종료코오돈을 가지고 있으며 동시에 제한효소 Xhol 인지부위를 가지고 있다.This primer has a terminating codon that terminates translation after the 1749th base of KHCV-LBCl and at the same time has a restriction enzyme Xhol recognition site.
[단계 2][Step 2]
반응튜브에 시발체 PE2EGE1G 2㎍, 시발체 PE2AXHO 2㎍을 넣고 주형으로 KHCV-LBCl cDAN를 50ng 넣은다음 10㎕의 10배 농도 중합효소완충용액, 10㎕의 2mM dNTP(2mM dGTP, 2mM dATP, 2mM dTTP, 2mM dCTP), 2.5단위의 Taq 중합효소 및 증류수를 가하여 총 부피를 100㎕로 한 후 참조예 6에서와 같이 95℃에서 30초, 55℃에서 30초, 72℃에서 1분 처리하는 중합효소 연쇄반응을 25회 실시하였다(Saiki, R. K. et. al., Science 239, 487(1988)).2μg of primer PE2EGE1G and 2μg of primer PE2AXHO were added to the reaction tube, and 50ng of KHCV-LBCl cDAN was added as a template.10μl of 10-fold polymerase buffer solution, 10μl of 2mM dNTP (2mM dGTP, 2mM dATP, 2mM dCTP), 2.5 units of Taq polymerase and distilled water were added to make the total volume 100 μl, and the polymerase chain was treated at 95 ° C. for 30 seconds, at 55 ° C. for 30 seconds, and at 72 ° C. for 1 minute as in Reference Example 6. The reaction was performed 25 times (Saiki, RK et. Al., Science 239, 487 (1988)).
[단계 3][Step 3]
상기 단계 2에서 얻은 PCR 산물을 5% 폴리아크릴 아미드 젤에서 분리한 결과 약 550 염기쌍의 DHA가 증폭된 것을 확인하였으며 이를 동일 조건의 폴리아크릴아미드 젤로 분리 정제하였다. 이 DNA 단편을 단편 GE1GE2A로 명명하였다.The PCR product obtained in step 2 was isolated from 5% polyacrylamide gel, and it was confirmed that about 550 base pairs of DHA were amplified, and this was separated and purified by polyacrylamide gel under the same conditions. This DNA fragment was named fragment GE1GE2A.
[단계 4][Step 4]
반응튜브에 시발체 PE2ET2 2㎍, 시발체 PE2AXHO 2㎍을 넣고 주형으로 플라스미드 pYLBC-A/G-UBE2C(한국 특허출원 제92-10039호, ATCC 74117) 50ng 및 단계 2에서 얻은 단편 GE1GE2A) 50ng을 넣은 다음 10㎕로 10배 농도 중합효소완충용액, 10㎕의 2mM dNTP(2mM dGTP, 2mM dATP, 2mM dTTP, 2mM dCTP), 2.5 단위의 Taq 중합효소 및 증류수를 가하여 총 부피를 100㎕로 한 후 참조예 6에서와 같이 95℃에서 30초, 55℃에서 30초, 72℃에서 1분 처리하는 중합효소 연쇄반응을 25회 실시하였다.2 μg of the primer PE2ET2 and 2 μg of the primer PE2AXHO were added to the reaction tube, and 50ng of the plasmid pYLBC-A / G-UBE2C (Korean Patent Application No. 92-10039, ATCC 74117) and 50ng of the fragment GE1GE2A obtained in step 2 were added as a template. 10 μl of 10-fold polymerase buffer solution, 10 μl of 2 mM dNTP (2 mM dGTP, 2 mM dATP, 2 mM dTTP, 2 mM dCTP), 2.5 units of Taq polymerase and distilled water were added to make the total volume 100 μl. As in 6, 25 polymerase chain reactions were performed for 30 seconds at 95 ° C, 30 seconds at 55 ° C, and 1 minute at 72 ° C.
[단계 5][Step 5]
상기 단계 4에서 얻은 PCR 산물을 5% 폴리아크릴아미드 젤에서 분리한 결과 약 800 염기쌍의 DNA가 증폭된 것을 확인하였으며 이들 동일조건의 폴리아크릴아미드젤로 분리 정제하였다. 이 DNA 단편을 단편 E1E2로 명명하였다.The PCR product obtained in step 4 was isolated from 5% polyacrylamide gel, and it was confirmed that about 800 base pairs of DNA was amplified and separated and purified by polyacrylamide gel under the same conditions. This DNA fragment was named Fragment E1E2.
[실시예 2]Example 2
[대장균 발현 벡터의 제조][Production of Escherichia Coli Expression Vector]
본 출원인이 선 출원한 플라스미드 ptrpH-UB-CORE14(대한민국 특허출원 제91-13603호, ATCC 68642, 1991년 7월 1일자로 기탁) 2㎍을 제한효소 Sac Ⅱ와 제한효소 Sal Ⅰ으로 NEB 완충용액 3의 조건하에서 참조예 1에서와 같이 완전절단한 후 0.7% 아가로스젤에서 분리하여 약 2.7kb 단편을 분리 정제하였다. 이 단편을 ptrpH-UB-T2/L로 명명하였다.2 μg of plasmid ptrpH-UB-CORE14 (Korean Patent Application No. 91-13603, ATCC 68642, dated Jul. 1, 1991) filed by the Applicant with NEB buffer solution with restriction enzyme Sac II and restriction enzyme Sal I Under the conditions of 3, after complete cleavage as in Reference Example 1, the resultant was separated and purified from 0.7% agarose gel to separate and purify about 2.7 kb fragment. This fragment was named ptrpH-UB-T2 / L.
한편 실시예 1의 단계 3에서 얻은 DNA 단편 2㎍을 제한효소 Sac Ⅱ와 제한효소 XhoⅠ으로 NEB 완충용액 3의 조건하에서 참조예 1에서와 같이 완전절단한 후 튜브에 절단된 DNA 단편 100ng, 50ng의 단편 ptrpH-UB-T2/L, 2㎕의 10배 농도 연결반응응액, 10 단위의 T4 DNA 리가제를 넣고 총 부피가 20㎕가 되도록 증류수를 가한 다음 16℃에서 12시간동안 반응시켰다. 반응이 끝난뒤 이를 사용하여 E. coil W3110(ATCC 37339)를 형질전환시켜 단편 E1E2을 함유한 ptrpH-UB-E1E2를 포함하는 재조합 대장균을 얻었다(제2도 참조).Meanwhile, 2 μg of the DNA fragment obtained in step 3 of Example 1 was completely cleaved with restriction enzyme Sac II and restriction enzyme Xho I under the conditions of NEB buffer 3 as in Reference Example 1, and then 100 ng, 50 ng of the DNA fragment was cut into the tube. Fragment ptrpH-UB-T2 / L, 2 μl of 10-fold conjugation reaction solution, 10 units of T4 DNA ligase were added, distilled water was added to a total volume of 20 μl and reacted at 16 ° C. for 12 hours. After the reaction, E. coil W3110 (ATCC 37339) was used to transform the recombinant E. coli containing ptrpH-UB-E1E2 containing fragment E1E2 (see FIG. 2).
[실시예 3]Example 3
[외피의 항원 결정부위 결합유전자인 E1E2 유전자의 발현][Expression of E1E2 gene, which is the binding region of the antigenic determining region of the envelope]
상기 실시예 2에서 얻은 C형 간염 바이러스의 외피의 항원 결정부위 결합유전자인 E1E2 유전자를 함유하고 있는 재조합 대장균 세포를 50㎍/㎖의 암피실린이 함유된 액체 루리아(Luria)배지(6% 박토트립톤, 0.5% 효모추출물, 1% 염화나트륨)에서 12시간동안 진탕 배양한 다음, 이중 3㎖씩을 각기 300㎖의 M9 배지(40mM K2HPO4, 22mM KH2PO4, 8.5mM NaCl, 18.7mM NH4Cl, 1% 포도당, 0.1mM MgSO4, 0.1mM CaCl2, 0.4% 카사미노산, 10㎍/㎖ Vit. B1, 40㎍/㎖ 암피실린)로 옮겨서 37℃에서 약 4시간동안 진탕배양하여 배양액의 흡광도가 650nm의 파장에서 약 0.3 정도가 될때 인돌아크릴산(indole acrylic acid, IAA)을 최종농도 50㎍/㎖가 되게 첨가하였다. IAA를 첨가한지 약 4시간후에 세포배양액의 흡광도를 측정한 다음 원심분리기(Beckman J2-21, JA14 rotor)를 이용하여 11,000rpm에서 25분간 원심분리하여 대장균 세포침전물을 수거하였다.Recombinant Escherichia coli cells containing the E1E2 gene, which is an antigen-determining site-binding gene of the envelope of hepatitis C virus, obtained in Example 2, were cultured in a liquid Luria medium containing 50 μg / ml of ampicillin (6% bactotrypton). After shaking for 12 hours with 0.5% yeast extract and 1% sodium chloride, 3 ml each of 300 ml of M9 medium (40 mM K 2 HPO 4 , 22 mM KH 2 PO 4 , 8.5 mM NaCl, 18.7 mM NH 4) was added. Cl, 1% glucose, 0.1 mM MgSO 4 , 0.1 mM CaCl 2 , 0.4% casamino acid, 10 μg / ml Vit. B 1 , 40 μg / ml ampicillin) and incubated for about 4 hours at 37 ° C. When the absorbance was about 0.3 at a wavelength of 650 nm, indole acrylic acid (IAA) was added to a final concentration of 50 µg / ml. About 4 hours after the addition of IAA, the absorbance of the cell culture was measured and centrifuged (Beckman J2-21, JA14 rotor) for 25 minutes at 11,000rpm to collect E. coli cell precipitate.
[실시예 4]Example 4
[UBE1E2 융합 단백질 발현의 확인 및 C형 간염 환자 혈청과의 반응][Confirmation of UBE1E2 Fusion Protein Expression and Response with Hepatitis C Patient Serum]
실시예 3의 세포침전물을 램리의 방법(Laemmli, Nature 227, 680(1970))에 따라 SDS의 존재하에서 15% 폴리아크릴 아미드 젤에서 전기영동하였고(제3(a)도), 젤상에서 분리된 단백질을 토우빈의 방법(Towbin, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 76, 4750(1979))에 따라 니트로셀룰로스 필터(Bio-Rad Lab., pore size 0.22㎛, CA, USA)로 전달시켰다. 이 필터를 0.5% 트윈(tween) 20이 함유된 PBS(10mM 인산, pH 7.0, 0.15M 염화나트륨)에 넣고 상온에서 2시간동안 약하게 흔들면서 폐쇄시켰다. 이후 0.5% 젤라틴과 0.05% 트윈 20을 함유한 PBS에 한국형 C형 간염 환자들의 혈청으로부터 분리한 면역 글로불린(IgG)을 최종 농도 16㎍/㎖이 되게 희석시켜 첨가하고 상온에서 1시간동안 약하게 흔들면서 반응시킨 다음, 필터를 0.2% 트윈 20을 함유한 PBS로 5분씩 4회 세척하였다. 이 필터 에 0.5% 젤라틴과 0.05% 트윈 20을 함유한 PBS에 양고추냉이 과산화효소(horseradish peroxidase)로 표지된 항 사람 면역 글로불린 G(Bio-Rad Lab, anti-human IgG-HRP, 0.01mg/m1, CA, USA)를 1:500으로 희석시켜서 첨가하고 상온에서 1시간동안 흔들면서 반응시키고, 0.2% 트윈 20을 함유한 PBS로 5분씩 4회 세척한 다음 50mM 트리스 완충액 (pH 7.0)으로 2회 세척하였다. 400㎍/㎖의 4-클로로-1-나프톨과 0.03% 과산화수소수가 함유된 50mM 트리스 완충액을 가하여 필터를 발색시켰다. 그 결과는 제3(b)도에 나타내었다.The cell precipitate of Example 3 was electrophoresed on a 15% polyacrylamide gel in the presence of SDS according to the method of Laemmli (Laemmli, Nature 227, 680 (1970)) (Fig. 3 (a)) and isolated on the gel. Proteins were nitrocellulose filters (Bio-Rad Lab., Pore size 0.22 μm, CA, USA) according to Tobin's method (Towbin, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 76, 4750 (1979)). Delivered to. The filter was placed in PBS (10 mM phosphoric acid, pH 7.0, 0.15 M sodium chloride) containing 0.5% tween 20 and closed with gentle shaking for 2 hours at room temperature. Afterwards, immunoglobulin (IgG) isolated from serum of Korean hepatitis C patients was added to PBS containing 0.5% gelatin and 0.05% Tween 20 to a final concentration of 16 µg / ml and gently shaken at room temperature for 1 hour. After the reaction, the filter was washed four times for 5 minutes with PBS containing 0.2% Tween 20. Anti-human immunoglobulin G (Bio-Rad Lab, anti-human IgG-HRP, 0.01 mg / m1 labeled with horseradish peroxidase in PBS containing 0.5% gelatin and 0.05% Tween 20 in this filter) , CA, USA) was added at a dilution of 1: 500 and reacted at room temperature for 1 hour by shaking, washed 4 times with PBS containing 0.2% Tween 20 for 5 minutes, and then twice with 50 mM Tris buffer (pH 7.0). Washed. The filter was developed by adding 50 mM Tris buffer containing 400 µg / ml 4-chloro-1-naphthol and 0.03% hydrogen peroxide water. The result is shown in FIG. 3 (b).
제3(a)도 및 제3(b)도에서 제1열 및 4열은 플라스미드를 함유하지 않은 대장균을 나타내고, 제2열 및 5열은 플라스미드를 함유한 대장균을 나타내며 제3열은 표준 단백질 분자량으로서 위로부터 43, 29, 18 및 14킬로달톤을 나타낸다.In Figures 3 (a) and 3 (b), columns 1 and 4 represent Escherichia coli without plasmids, columns 2 and 5 represent E. coli with plasmids, and column 3 shows standard proteins. 43, 29, 18 and 14 kilodaltons are shown from above as molecular weight.
본 발명을 통해 한국형 C형 간염 바이러스의 외피 유전자의 항원 결정부위 융합단백질인 E1E2 단백질을 대장균에서 유전공학적인 방법으로 대량 생산할 수 있게 되었고, 특히 항체 결합부위가 집중되어 있는 외피 단백질 절편의 융합단백질을 사용함으로써 외피1, 외피2 유전자 전체로부터 얻어지는 단백질을 사용하는 항체 진단방법보다 정확하고 민감한 C형 간염의 진단이 가능하게 되었으며 HCV에 대한 백신의 개발에도 크게 기여할 수 있게 되었다.Through the present invention, E1E2 protein, which is an antigen-determining site fusion protein of the envelope gene of Korean hepatitis C virus, can be mass-produced in E. coli by genetic engineering method, and in particular, a fusion protein of the envelope protein fragments in which antibody binding sites are concentrated By using this method, it is possible to diagnose hepatitis C more precisely and more sensitively than the antibody diagnosis method using the protein obtained from the entire coat 1 and coat 2 genes, and contribute greatly to the development of a vaccine against HCV.
Claims (7)
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