KR100379577B1 - Cell-transducing HIV-1 Tat-glutamate dehydrogenase fusion protein, polynucleotide coding the fusion protein, expression vector of the fusion protein and the transducing method of the fusion protein - Google Patents

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Abstract

인간 글루탐산 탈수소효소(GDH) 유전자를 9개의 아미노산으로 이루어진 인간 면역결핍 바이러스 타잎-1 TAT 단백질 형질도입 부위 (RKKRRQRRR)를 발현시키는 유전자와 박테리아 벡터를 이용하여 융합시켜서 유전적으로 하나가 된 TAT-GDH 융합단백질을 얻었다. 이렇게 만들어진 TAT-GDH 융합단백질은 배양액에 넣은 후 웨스턴 블랏 방법과 효소 활성도로 측정해 본 결과 PC12 세포 내로 효율적으로 침투한다는 것을 알 수 있었다. 변성된 TAT-GDH 융합단백질이 변성되지 않은 경우보다 더 효율적으로 세포 내로 침투하였다. 이렇게 침투한 TAT-GDH 융합단백질은 세포 내에서 GDH의 완전한 활성도를 나타내었으며, GDH의 N-말단에 붙어있는 9개의 TAT 단백질 형질도입 부위는 GDH의 활성도나 열 안정성에 아무런 영향을 미치지 않았다.Genetically unified TAT-GDH fusion by fusing human glutamic acid dehydrogenase (GDH) gene with 9 amino acid human immunodeficiency virus type-1 TAT protein transduction site (RKKRRQRRR) using bacterial vector Obtained protein. The TAT-GDH fusion protein thus prepared was efficiently infiltrated into PC12 cells by Western blot analysis and enzyme activity after incubation. Denatured TAT-GDH fusion proteins penetrated into cells more efficiently than undenatured. The infiltrated TAT-GDH fusion protein showed the complete activity of GDH in the cell, and the nine TAT protein transduction sites attached to the N-terminus of GDH had no effect on GDH activity or thermal stability.

Description

세포침투성 티에이티 - 인간 글루탐산 탈수소효소 융합 단백질, 이 융합단백질을 코딩하는 재조합 폴리뉴클레오타이드, 이 융합단백질의 발현벡터 및 이 융합단백질을 세포 내로 도입하는 방법{Cell-transducing HIV-1 Tat-glutamate dehydrogenase fusion protein, polynucleotide coding the fusion protein, expression vector of the fusion protein and the transducing method of the fusion protein}Cell penetrating teeage-human glutamic acid dehydrogenase fusion protein, recombinant polynucleotide encoding the fusion protein, expression vector of this fusion protein, and method for introducing the fusion protein into cells {Cell-transducing HIV-1 Tat-glutamate dehydrogenase fusion protein, polynucleotide coding the fusion protein, expression vector of the fusion protein and the transducing method of the fusion protein}

본 발명은 세포침투성 인간 글루탐산 탈수소효소(Glutamate dehydrogenase; 이하 본 명세서에서 "GDH"라 약칭함)의 TAT과의 융합단백질, 이 융합단백질을 코딩하는 재조합 폴리뉴클레오타이드, 이 융합단백질의 발현벡터 및 TAT-GDH 융합단백질을 세포 내로 도입하는 방법에 관한 것으로서, 좀더 자세히는 재조합 벡터를 이용하여 인간 GDH의 N말단측에 9개의 HIV-1 Tat 단백질이 결합된 융합단백질을 제조, 정제함으로써 높은 효율로 세포 내로 투과되어 세포 내에서 활성을 가지는 인간 GDH에 관한 것이다.The present invention relates to a fusion protein of a cell penetrating human glutamate dehydrogenase (hereinafter abbreviated herein as "GDH") with TAT, a recombinant polynucleotide encoding the fusion protein, an expression vector of the fusion protein, and TAT- The present invention relates to a method of introducing a GDH fusion protein into a cell. More specifically, a recombinant protein is used to prepare and purify a fusion protein in which nine HIV-1 Tat proteins are bound to the N-terminal side of human GDH and into the cell with high efficiency. It relates to human GDH that is permeated and has activity in cells.

GDH는 NAD+나 NADP+를 조효소로 이용하여 L-글루타메이트(L-glutamate)와 2-옥소글루타레이트(2-oxoglutarate)의 상호전환을 촉진하는 효소이다(Smith, E., Austin, B., Blumenthal, K. and Nyc, J.(1975) in: The Enzymes (Boyer, P., ed.) vol. 11, pp. 293-367, Academic Press, New York. McPherson M. J. and Wootton J. C.(1983) Nucleic Acids Res. 11, 5257-5266. Cho S.-W., Lee J. and Choi S.Y.(1995) Eur. J. Biochem. 233, 340-346. Rice, D. W., Hornby, D. P. and Engel, P. C.(1985) J. Mol. Biol. 181, 147-149. Veronese, F. M., Nyc, J. F., Degani, Y., Brown, D. M. and Smith, E. L.(1974) J. Biol. Chem. 249, 7922-7928). GDH의 중요성은 바로 GDH 활성도 결핍에 기인한 퇴행성 신경질환에서 잘 나타나고 있다. 또한, GDH는 저혈당증(Hypoglycemia), 고인슐린증(Hyperinsulinism)과도 깊은 연관을 가지고 있다.GDH is an enzyme that promotes the interconversion of L-glutamate and 2-oxoglutarate using NAD + or NADP + as coenzymes (Smith, E., Austin, B.). , Blumenthal, K. and Nyc, J. (1975) in: The Enzymes (Boyer, P., ed.) Vol. 11, pp. 293-367, Academic Press, New York.McPherson MJ and Wootton JC (1983) Nucleic Acids Res. 11, 5257-5266.Cho S.-W., Lee J. and Choi SY (1995) Eur.J. Biochem. 233, 340-346.Rice, DW, Hornby, DP and Engel, PC ( 1985) J. Mol. Biol. 181, 147-149. Veronese, FM, Nyc, JF, Degani, Y., Brown, DM and Smith, EL (1974) J. Biol. Chem. 249, 7922-7928). The importance of GDH is well demonstrated in neurodegenerative diseases caused by a lack of GDH activity. GDH is also closely related to hypoglycemia and hyperinsulinism.

인간 대뇌에는 적어도 네가지의 GDH 이성체가 존재하는 것으로 알려지고 있는데(Duvoisin RC, Chokroverty S, Lepore F and Nicklas WJ (1983) Neurology 33, 1322-1326. Plaitakis, A., Berl, S. and Yahr, M. D. (1984) Ann. Neurol. 15,144-153. Hussain, M. H., Zannis, V. I. and Plaitakis, A. (1989) J. Biol. Chem. 264, 20730-20735), 이러한 GDH 이성체들은 서로 다르게 분포되어 있다(Plaitakis, A., Flessas, P., Natsiou, A. B., and Shashidharan, P. (1993) Can. J. Neurol. Sci. Suppl. 3, S209-S116). 한편 복합성 위축(multisystem atrophy)을 나타내는 일부 환자에게서 분리된 GDH 이성체의 경우, 한 종류가 결핍되어 있다는 흥미로운 보고가 있었다(Hussain, M. H., Zannis, V. I. and Plaitakis, A. (1989)). 이러한 GDH 다형성(poloymorphysm)의 근원에 대해서는 아직 밝혀진 것이 없으나 인간 뇌조직 내에 존재하는 서로 다른 크기의 네가지 mRNA 들이 보고된 바 있다(Plaitakis, A., Flessas, P., Natsiou, A. B., and Shashidharan, P. (1993)). 최근에는 X 염색체에 연계된 인트론(intron)이 없는 유전자를 발현시키는 GDH의 cDNA가 밝혀지기도 하였다(Shashidharan P., Michaelidis T.M., Robakis N.K., Kresovali A., Papamatheakis J., and Pliatakis A. (1994) J. Biol. Chem. 269, 16971-16976).At least four GDH isomers are known to exist in the human cerebrum (Duvoisin RC, Chokroverty S, Lepore F and Nicklas WJ (1983) Neurology 33, 1322-1326. Plaitakis, A., Berl, S. and Yahr, MD (1984) Ann. Neurol. 15,144-153. Hussain, MH, Zannis, VI and Plaitakis, A. (1989) J. Biol. Chem. 264, 20730-20735), these GDH isomers are distributed differently (Plaitakis). , A., Flessas, P., Natsiou, AB, and Shashidharan, P. (1993) Can. J. Neurol. Sci. Suppl. 3, S209-S116). On the other hand, there has been an interesting report that GDH isomers isolated from some patients with multisystem atrophy are deficient (Hussain, M. H., Zannis, V. I. and Plaitakis, A. (1989)). The source of this GDH polymorphism (poloymorphysm) has not been identified yet, but four different sizes of mRNAs present in human brain tissue have been reported (Plaitakis, A., Flessas, P., Natsiou, AB, and Shashidharan, P). (1993)). Recently, cDNAs of GDH expressing genes without introns linked to the X chromosome have been identified (Shashidharan P., Michaelidis ™, Robakis NK, Kresovali A., Papamatheakis J., and Pliatakis A. (1994)). J. Biol. Chem. 269, 16971-16976).

이러한 GDH 결핍에 기인한 퇴행성 신경질환 환자를 치료하는 방법으로는 세포조작에 의해서 GDH를 발현시킬 수 있는 바이러스 벡터를 형질도입시키거나 단백질을 세포 내로 도입하는 방법을 들 수 있다. 이러한 목적을 이루고자 여러 가지 방법들이 시도되어 왔다(Renneisen, K., Leserman, L., Mattes, E., Schroder, H. C., and Muller, W. E.(1990) J. Biol. Chem. 265, 16337-16342. Prior, T. I., Fitzgerald, D. J., and Pastan, I.(1991) Cell, 64, 1017-1023. Leamon, C. P. and Low, P. S.(1992) Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 88, 5572-5576). 그러나 이러한 방법들은 단백질의 대량 생성, 표적 세포에 대한 낮은 침투비율, 특이한 유전자나 세포 형태에 대한 제약과 같은 여러 가지 문제점들을 지니고 있다(Leamon, C. P. and Low, P. S.(1992) Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 88, 5572-5576. Matsumoto, K. and Nakamura, T.(1992) Crit. Rev. Oncol. 3, 27-54). 그러므로 완전한 형태의 단백질을 세포 내로 직접 침투시키는 기술의 개발은 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 좋은 방안이 될 수 있다.Methods for treating neurodegenerative diseases caused by GDH deficiency include transduction of viral vectors capable of expressing GDH by cell manipulation or introduction of proteins into cells. Several methods have been tried to achieve this goal (Renneisen, K., Leserman, L., Mattes, E., Schroder, HC, and Muller, WE (1990) J. Biol. Chem. 265, 16337-16342. Prior, TI, Fitzgerald, DJ, and Pastan, I. (1991) Cell, 64, 1017-1023.Leamon, CP and Low, PS (1992) Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 88, 5572-5576) . However, these methods have several problems such as mass production of proteins, low penetration rate into target cells, and limitations on specific genes or cell types (Leamon, CP and Low, PS (1992) Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 88, 5572-5576. Matsumoto, K. and Nakamura, T. (1992) Crit. Rev. Oncol. 3, 27-54). Therefore, the development of technology that directly penetrates the complete form of protein into cells can be a good way to solve these problems.

최근 인간 면역결핍 바이러스(Hunan Immunodeficiency Virus type-1; 이하 본 명세서에서 "HIV"라 약칭함) 단백질의 일종인 TAT(transactivator of transcription) 단백질(이하 본 명세서에서 "TAT 단백질", "TAT", "TAT 도메인"을 동일한 의미로 혼용함)은 효율적으로 세포막을 통과하여 세포질 내로 쉽게 이동한다는 것이 밝혀졌다. 이러한 기능은 TAT 단백질의 중간부위인 단백질 형질도입 부위(Protein Transduction Domain)의 특성때문에 나타나며 아직 그 정확한 메카니즘은 알려지지 않은 상태이다[Frankel, A.D. and Pabo, C.O.(1988) Cell 55, 1189-1193. Green, M. and Loewenstein, P.M.(1988) Cell 55, 1179-1188. Ma, M. and Nath, A.(1997) J. Virol. 71, 2495-2499. Vives, E., Brodin, P. and Lebleu, B.(1997) J. Biol. Chem. 272, 16010-16017.]. 그러나, TAT 단백질의 세포막 통과에는 특정 수용체나 운반체가 관여하지 않는 것으로 보이며 TAT 단백질의 단백질 형질도입 부위가 직접 막의 지질 이중층과 작용함으로써 일어나는 것으로 이해하고 있다[ Vives, E., Brodin, P. and Lebleu, B.(1997) J. Biol. Chem. 272, 16010-16017. Derossi, D., Calvet, S., Trembleau, A., Brunissen, A., Chassaing, G.and Prochiantz, A.(1996) J. Biol. Chem. 271, 18188-18193.].Recently, the human immunodeficiency virus (Hunan Immunodeficiency Virus type-1; hereinafter abbreviated as "HIV") protein is a transactivator of transcription (TAT) protein (hereinafter referred to as "TAT protein", "TAT", " TAT domain "in the same sense) has been found to efficiently move through the cell membrane and into the cytoplasm easily. This function appears due to the nature of the protein transduction domain, which is the intermediate region of the TAT protein, and its exact mechanism is still unknown [Frankel, A.D. and Pabo, C. O. (1988) Cell 55, 1189-1193. Green, M. and Loewenstein, P. M. (1988) Cell 55, 1179-1188. Ma, M. and Nath, A. (1997) J. Virol. 71, 2495-2499. Vives, E., Brodin, P. and Lebleu, B. (1997) J. Biol. Chem. 272, 16010-16017.]. However, specific receptors or carriers do not appear to be involved in the transmembrane TAT protein, and it is understood that the protein transduction site of the TAT protein occurs by directly interacting with the lipid bilayer of the membrane [Vives, E., Brodin, P. and Lebleu. , B. (1997) J. Biol. Chem. 272, 16010-16017. Derossi, D., Calvet, S., Trembleau, A., Brunissen, A., Chassaing, G. and Prochiantz, A. (1996) J. Biol. Chem. 271, 18188-18193.].

최근의 연구에서, 오브알부민(ovalbumin), β-갈락토시다아제(galactosidase), 양고추냉이 퍼옥시다아제(horseradish peroxidase) 같은 이형단백질을 HIV-1 TAT 단백질과 융합시켜 투여하였을 때 생체 각 조직 및 배양된 세포 내로 직접 운반된다는 것을 보여 주었다[Fawell, S., Seery, J., Daikh, Y., Moore, C., Chen, L.L., Pepinsky, B. and Barsoum, J. (1994) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91, 664-668. Schwartze, S.R., Ho, A., Vocero-Akbani, A. and Dowdy, S.F.(1999) Science. 285, 1569-1572. Watson, K. and Edward, R.J. (1999) Biochem. Pharmacol. 58, 1521-1528.]. 이러한 실험결과는 TAT 단백질이 자신뿐만 아니라 다른 종류의 거대한 단백질도 세포 내로 함께 운반할 수 있는 능력을 갖고 있다는 것을 의미한다.In recent studies, heterologous proteins such as ovalbumin, β-galactosidase, and horseradish peroxidase were fused with HIV-1 TAT protein to in vivo tissue and culture. It is shown to be directly transported into the cells of the cells. Fawell, S., Seery, J., Daikh, Y., Moore, C., Chen, LL, Pepinsky, B. and Barsoum, J. (1994) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91, 664-668. Schwartze, S.R., Ho, A., Vocero-Akbani, A. and Dowdy, S. F. (1999) Science. 285, 1569-1572. Watson, K. and Edward, R.J. (1999) Biochem. Pharmacol. 58, 1521-1528.]. These results indicate that the TAT protein has the ability to carry not only itself but also other giant proteins of its kind into the cell.

그러나, 실제 모든 단백질이 TAT 단백질에 의해 운반되는 것은 아니다. 또한, TAT에 의해 세포 내로 운반된 모든 단백질이 생물학적 활성을 나타내는지도 아직 확실히 밝혀지지 않은 상태이다.However, not all proteins are carried by the TAT protein. In addition, it is not yet clear whether all proteins carried into cells by TAT show biological activity.

최근에 본 발명자들은 인간 GDH를 발현시킬 수 있는 GDH 유전자를 화학적으로 합성하여 대장균 내에서 성공적으로 발현시켰다. 이러한 재조합 GDH는 활성도를 지니고 있었으며 조직에서 분리 정제한 GDH와 동일한 특성을 지니고 있었다.Recently, the present inventors have chemically synthesized the GDH gene capable of expressing human GDH and successfully expressed it in E. coli. The recombinant GDH had activity and had the same characteristics as the GDH purified from tissues.

본 발명은 GDH를 세포 내로 도입하거나 발현시킴에 있어서 종래 기술의 문제점을 해결하고 고효율로 세포, 특히 뇌세포 또는 신경세포 내로 도입시키고 세포 내에서 활성을 가지도록 하려는 것이다.The present invention seeks to solve the problems of the prior art in introducing or expressing GDH into cells and to introduce them into cells, particularly brain cells or neurons, and to have activity in cells with high efficiency.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명자들은 화학적으로 합성한 인간 GDH에 TAT 단백질을 유전자 조작 방법으로 융합시킨 뒤 신경계 세포인 PC12 세포 내로 침투시키는 새로운 방법을 발명하였다. 이렇게 GDH를 단백질 형태로 세포 내로 침투시키는 기술은 기존에 전혀 사용된 적이 없는 방법으로써, GDH 활성도 결핍에 기인하는 퇴행성 신경질환 등의 새로운 치료방법의 하나가 될 수 있다는 점에서 본 기술의 중요성은 매우 높다고 사료된다.In order to achieve the above object, the present inventors invented a new method of integrating TAT protein into chemically synthesized human GDH by genetic engineering and then infiltrating into PC12 cells, which are neuronal cells. This technique of infiltrating GDH into cells in the form of protein is a method that has never been used before, and thus the importance of this technology is very important in that it can be one of new treatment methods such as neurodegenerative diseases caused by the lack of GDH activity. It is considered to be high.

도 1A,B는 TAT-GDH 유전자의 DNA 염기서열이다. 본 발명자들이 제조한 인간 GDH 유전자의 EcoRI/NruI 사이에 9 개 아미노산으로 된 TAT 단백질이 첨부되어 변형된 부분을 나타내고 있다. 왼쪽의 숫자는 아미노산 (위)과 DNA (아래)의 서열이다. 이태릭체로 표기된 TAT 형질도입 단백질의 9 개 아미노산들은 아미노산 서열상의 -1에서 - 9에 위치하고 있다. 인자(Factor) Xa 작용 위치는 화살표로 나타내었다. 아미노산 서열 1은 인간 GDH 고유의 서열에서 나타나는 첫번째 아미노산(Ser)이다.1A and B are DNA sequences of the TAT-GDH gene. The amino acid TAT protein of 9 amino acids was attached between the EcoRI / NruI of the human GDH gene prepared by the present inventors to show a modified part. The numbers on the left are the sequences of amino acids (top) and DNA (bottom). The nine amino acids of the TAT transducing protein, shown in italics, are located -1 to -9 on the amino acid sequence. Factor Xa action sites are indicated by arrows. Amino acid sequence 1 is the first amino acid (Ser) that appears in the sequence unique to human GDH.

도 2는 TAT-GDH 융합 단백질 발현벡터의 개열지도이다.2 is a cleavage map of the TAT-GDH fusion protein expression vector.

도 3은 대장균 BL21 DE3 세포 추출물로부터 정제한 TAT-GDH의 SDS/PAGE 분석 결과이다. 3 shows the results of SDS / PAGE analysis of TAT-GDH purified from E. coli BL21 DE3 cell extract.

레인 1: 정제된 TAT-GDHLane 1: purified TAT-GDH

레인 2: 분자량 마아커 단백질들.Lane 2: molecular weight marker proteins.

도 4는 TAT-GDH가 형질도입된 PC12 세포 추출물의 SDS/PAGE 분석결과이다.4 shows the results of SDS / PAGE analysis of PC12 cell extracts transduced with TAT-GDH.

레인 1: TAT와 융합하지 않은 GDH 만을 배양액에 넣고 키운 PC12 세포들의 추출물.Lane 1: Extract of PC12 cells grown in culture medium with only GDH not fused with TAT.

레인 2: TAT와 융합한 TAT-GDH를 배양액에 넣고 키운 PC12 세포들의 추출물.Lane 2: Extract of PC12 cells grown in culture with TAT-GDH fused to TAT.

도 5는 시간 경과에 따른 유전자 재조합 TAT-GDH 단백질의 PC12 세포 내로의 형질도입을 웨스턴 블랏으로 분석한 결과이다. TAT-GDH를 1 mM 클로로퀸 존재하에서 배양액에 투여하여 직접 PC12 세포 내로 침투시켰다. 4, 8, 12, 및 24 시간 별로 세포를 모아 파괴한 후 추출물들을 웨스턴 블랏에 의해 분석하였다. 웨스턴 블랏 분석에 사용된 모노클론항체는 본 발명자들이 소 뇌조직 GDH를 가지고 생성한 것이다. 이때 대조군으로는 TAT와 융합한 TAT-GDH를 배양액에 넣고 키운 PC12 세포들의 추출물을 웨스턴 블랏 분석에 사용하였다.M, 사이즈 표시 단백질들; C , 대조군; S , TAT-GDH.5 is The transduction of the recombinant TAT-GDH protein into PC12 cells over time was analyzed by Western blot. TAT-GDH was administered to the culture in the presence of 1 mM chloroquine to infiltrate directly into PC12 cells. After 4, 8, 12, and 24 hours of cell collection and destruction, the extracts were analyzed by Western blot. Monoclonal antibodies used in Western blot analysis were produced by the inventors with the cerebellar tissue GDH. At this time, as a control, extracts of PC12 cells grown in TAT-GDH fused to TAT culture were used for Western blot analysis.M, Size indicating proteins; C , Control; S , TAT-GDH.

본 발명은 신경계에서 중요한 역할을 수행하는 것으로 알려진 GDH를 세포 내로 운반하고 세포 내에서 활성을 가지도록 하기 위하여 HIV TAT 단백질과 융합시킨 융합단백질 TAT-GDH, 이 융합단백질 TAT-GDH를 제조하는 벡터, 이 벡터를 이용하여 제조된 융합단백질을 인간세포를 제외한 세포 내로 도입하는 방법을 제공한다.The present invention relates to a fusion protein TAT-GDH fused with HIV TAT protein to transport into a cell GDH known to play an important role in the nervous system and to have activity in the cell, a vector for preparing the fusion protein TAT-GDH, Provided is a method for introducing a fusion protein prepared using the vector into cells excluding human cells.

본 발명에서는 GDH 결핍에 기인한 신경질환을 치료할 수 있는 방안의 하나로써, 화학적으로 합성된 인간 GDH 유전자에 세포 침투가 용이한 것으로 알려지고 있는 HIV의 TAT 단백질을 융합 시켜 신경세포에 침투시키는 방법을 고안하였다.In the present invention, as a way to treat neurological diseases caused by GDH deficiency, a method of infiltrating neurons by fusion of TAT protein of HIV, which is known to be easy to invade cells into chemically synthesized human GDH gene Devised.

이러한 TAT-GDH 융합단백질을 만들기 위하여 다음과 같은 방법을 시도하였다. 첫째로, TAT 단백질에 존재하는 9 개의 아미노산(RKKRRQRRR)을 인간 GDH의 1 번 아미노산(Ser) 바로 앞쪽에 위치하게 하였다. 둘째로, DNA 염기서열을 대장균이선호하는 형태로 바꾸어 줌으로써 발현비율을 높이면서도 침전 형태(inclusion bodies)로 생성되는 것을 방지할 수 있었다. 마지막으로, 높은 특이성을 지닌 단백질 분해 효소인 인자(factor) Xa 인식 부위(Ile-Glu-Gly-Arg)(Nagia, K. and Thogersen, H. C. (1987) Methods Enzymol. 153, 461-481)를 첨가하여 유전자 조작과정에서 부득이 첨부되었던 불필요한 아미노산들을 제거하여 가능한 한 원형에 가까운 단백질을 얻을 수 있도록 하였다.In order to make such a TAT-GDH fusion protein, the following method was tried. First, nine amino acids (RKKRRQRRR) present in the TAT protein were placed just before amino acid 1 (Ser) of human GDH. Second, by changing the DNA sequence to the preferred form of E. coli, it was possible to prevent the formation of inclusion bodies while increasing the expression rate. Finally, factor Xa recognition site (Ile-Glu-Gly-Arg) (Nagia, K. and Thogersen, HC (1987) Methods Enzymol. 153, 461-481), a proteolytic enzyme with high specificity, was added. By removing unnecessary amino acids that were inevitably attached in the process of genetic manipulation, the protein as close as possible was obtained.

이를 위하여 TAT-GDH 융합단백질을 과다 발현시키고 쉽게 정제할 수 있는 TAT-GDH 발현 벡터를 개발하였다. 이 발현 벡터(pET-Tat-GDH)는 인간 GDH, TAT 형질도입부위의 9개 아미노산 (TAT 49-57) 그리고 아미노산 말단부분에 6개의 히스티딘(histidine) 잔기를 발현시킬 수 있는 cDNA를 포함하고 있다.To this end, a TAT-GDH expression vector was developed that can overexpress and easily purify the TAT-GDH fusion protein. This expression vector (pET-Tat-GDH) contains human GDH, 9 amino acids (TAT 49-57) at the TAT transduction site, and cDNA capable of expressing 6 histidine residues at the amino acid terminal. .

이 발현벡터를 이용하여 TAT-GDH 융합단백질을 대장균에서 과다 발현시켰으며 변성상태 및 자연상태에서 금속 킬레이팅 친화 크로마토그래피(metal-chelating affinity chromatography)법으로 쉽고 편리하게 정제하였다.Using this expression vector, the TAT-GDH fusion protein was overexpressed in E. coli and purified by metal-chelating affinity chromatography in both denatured and natural conditions.

변성된 TAT-GDH 융합단백질은 배양된 HeLa 세포에 시간 및 농도 의존적으로 세포에 운반되는 것을 웨스턴 블랏(Western blot)으로 확인하였다. 반면, 자연상태에서 정제한 TAT-GDH와 대조단백질로 사용한 GDH는 세포 내로 운반되지 않았다.The denatured TAT-GDH fusion protein was confirmed by Western blot to be delivered to the cells in time and concentration-dependent manner in cultured HeLa cells. On the other hand, TAT-GDH purified in nature and GDH used as a control protein were not transported into cells.

TAT-GDH 융합단백질을 처리한 세포에서 GDH 효소의 활성은 세포 내로 운반된 단백질의 양에 비례하여 증가하였다. 이러한 결과는 TAT이 GDH를 세포 내로 이동시켜 세포 내 GDH의 활성도를 인위적으로 증가시킬 수 있다는 것을 의미한다.In cells treated with TAT-GDH fusion protein, the activity of GDH enzyme increased in proportion to the amount of protein carried into the cell. These results indicate that TAT can move GDH into cells and artificially increase the activity of GDH in cells.

본 발명은 인간 GDH 또는 그의 유도체의 아미노 말단에 HIV Tat 형질도입부위 49~57 잔기(Tat 49-57)가 공유결합된 세포침투성 TAT-GDH 융합 단백질에 관한 것이다.The present invention relates to a cell penetrating TAT-GDH fusion protein covalently bonded to the HIV Tat transduction site 49-57 residues (Tat 49-57) to the amino terminus of human GDH or a derivative thereof.

또한, 본 발명은 인간 GDH 또는 그의 유도체 cDNA의 5' 측에 HIV Tat 형질도입부위 49~57 잔기(TAT 49-57) 코딩 DNA 서열이 결합되어 상기 TAT-GDH 융합 단백질을 코딩하는 재조합 폴리뉴클레오타이드에 관한 것이다.In addition, the present invention is a recombinant polynucleotide encoding the TAT-GDH fusion protein is coupled to the HIV Tat transduction region 49-57 residue (TAT 49-57) coding DNA sequence on the 5 'side of human GDH or derivative cDNA thereof It is about.

또한, 본 발명은 상기 융합 단백질을 발현시키기 위하여 상기 재조합 폴리뉴클레오타이드를 포함하는 도 5의 제한지도와 같이 구성되는 세포침투성 TAT-GDH 융합 단백질을 발현시키는 벡터에 관한 것이다.The present invention also relates to a vector for expressing a cell penetrating TAT-GDH fusion protein constructed as shown in the restriction map of FIG. 5 including the recombinant polynucleotide to express the fusion protein.

또한, 본 발명은 상기 벡터를 미생물에서 발현시키는 단계;In addition, the present invention comprises the steps of expressing the vector in a microorganism;

발현된 TAT-GDH 융합 단백질을 8M 우레아 등을 이용하여 변성상태로 되게 하여 정제하는 단계;Purifying the expressed TAT-GDH fusion protein into denatured state using 8M urea or the like;

변성상태의 TAT-GDH 융합 단백질을 세포에 가하는 단계;로 구성되는 TAT-GDH 융합 단백질을 인간세포를 제외한 세포 내로 도입시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of introducing a TAT-GDH fusion protein composed of denatured TAT-GDH fusion proteins into cells, except for human cells.

많은 양의 TAT-GDH는pTAT-GDH를 이 콜리(E. coli)DE3 내에서 발현시켜 얻었다. 1 mM IPTG 존재하 37℃에서 이 콜리(E. coli)DE3를 3시간 배양한 후, 수용성 추출물 내에 존재한 GDH의 특이활성도는 1.15 units/mg이었다. 즉, TAT-GDH 단백질은 기존에 알려진 인간 GDH의 특성과 유사함을 알 수 있었고, 따라서 N-말단에 첨부된 TAT 단백질의 9개 아미노산들은 GDH의 활성도에 별 영향을 미치지 못한다는 것을 알 수 있었다.Large amounts of TAT-GDH were obtained by expressing pTAT-GDH in E. coli DE3. After incubating the E. coli DE3 for 3 hours at 37 ° C in the presence of 1 mM IPTG, the specific activity of GDH in the aqueous extract was 1.15 units / mg. In other words, the TAT-GDH protein is similar to the characteristics of the known human GDH, and thus the nine amino acids of the TAT protein attached to the N-terminus have little effect on the GDH activity. .

이렇게 발현된 TAT-GDH는 본 연구자들이 기존에 확립한 정제 방법에 의하여 분리 정제하였다(Cho S.-W., Lee J. and Choi S.Y. (1995) Eur. J. Biochem. 233, 340-346). 정제한 TAT-GDH의 불필요한 N-말단 아미노산들을 제거하기 위하여 정제된 TAT-GDH를 인자(factor) Xa로 처리한 후, HPLC 프로테인-팩(Protein-Pak) 300SW 젤 여과 컬럼(gel filtration column)을 이용하여 다시 정제하였다.The TAT-GDH thus expressed was isolated and purified by a purification method established by the present researchers (Cho S.-W., Lee J. and Choi SY (1995) Eur. J. Biochem. 233, 340-346). . Purified TAT-GDH was treated with factor Xa to remove unwanted N-terminal amino acids of purified TAT-GDH, followed by HPLC Protein-Pak 300SW gel filtration column. Purification again using.

정제된 TAT-GDH 단백질의 SDS/PAGE로 확인한 결과 98% 이상의 순도를 나타내었다(도 2). 또한 SDS/PAGE 상의 단백질 크기도 문헌상에 알려진 GDH 크기 및 DNA 서열에서 예측한 크기와 잘 일치하였다(Cho S.-W., Lee J. and Choi S.Y. (1995) Eur. J. Biochem. 233, 340-346).SDS / PAGE of the purified TAT-GDH protein showed a purity of 98% or higher (FIG. 2). The protein size on SDS / PAGE also agrees well with the GDH size and the size predicted in the DNA sequence known in the literature (Cho S.-W., Lee J. and Choi SY (1995) Eur. J. Biochem. 233, 340). -346).

이렇게 얻은 단백질을 에드만(Edman) 분쇄법을 이용하여 N-말단의 아미노산 서열을 분석하였다. 그 결과, 처음 12 개 아미노산(RKKRRQRRRSEA)에 대한 아미노산 서열 분석 결과는 원래 고안된 TAT-GDH 단백질의 아미노산 서열과 잘 일치하였다.The protein thus obtained was analyzed for the amino acid sequence of the N-terminus using Edman grinding. As a result, the amino acid sequence analysis of the first 12 amino acids (RKKRRQRRRSEA) was in good agreement with the amino acid sequence of the originally designed TAT-GDH protein.

이렇게 정제된 TAT-GDH는 위의 실시예에서 기술한 대로 변성단계를 거쳐 세포 배양액에 넣어 직접 PC12 세포 내로 침투시켰다. SDS/PAGE 분석 결과에 의하면 발현된 TAT-GDH 단백질은 수용성 추출물 전체 단백질의 약 11% 정도에 해당하였다 (도 3). 이러한 TAT-GDH에 해당하는 단백질은 TAT와 융합되지 않은 순수한 GDH 만을 투여하여 키운 PC12 체포의 추출물에서는 매우 약하게 나타났는데 이는 PC12 세포 자체에 원래부터 존재하던 GDH라고 분석된다. 시간대 별로 PC12 세포 내로 침투한 TAT-GDH를 웨스턴 블랏으로 분석한 결과 TAT-GDH를 투여한 PC12 세포들의 추출물에 존재하는 GDH의 양이 TAT와의 융합 없이 순순한 GDH 만을 투여한 경우 보다최고 9 배 가량 많은 것을 알 수 있었다(도 5).The purified TAT-GDH was infiltrated directly into PC12 cells through the denaturation step as described above in the cell culture medium. According to the SDS / PAGE analysis, the expressed TAT-GDH protein corresponds to about 11% of the total protein of the aqueous extract (FIG. 3). The protein corresponding to TAT-GDH was very weak in the extract of PC12 arrested by the administration of pure GDH that was not fused with TAT, which is analyzed as GDH originally present in PC12 cells themselves. Western blot analysis of TAT-GDH infiltrated into PC12 cells by time period showed that the amount of GDH present in the extracts of PC12 cells treated with TAT-GDH was up to 9 times higher than pure GDH without fusion with TAT. It was found that (Fig. 5).

PC12 세포 추출물의 특이 활성도를 비교해 본 결과도 TAT-GDH를 투여한 경우가(1.19 units/mg) GDH만을 투여한 경우(0.13 units/mg) 보다 9 배 가량 많은 것을 알 수 있었다(표 1).Comparing the specific activity of PC12 cell extracts, TAT-GDH administration (1.19 units / mg) was 9 times higher than GDH-only administration (0.13 units / mg) (Table 1).

시료sample 특이 활성도(unit/mg)Specific activity (unit / mg) C4hC4h 0.130.13 C8hC8h 0.100.10 C12hC12h 0.130.13 C24hC24h 0.130.13 S4hS4h 0.910.91 S8hS8h 1.251.25 S12hS12h 1.521.52 S24hS24h 1.201.20

이러한 결과들은 TAT-GDH 단백질이 성공적으로 PC12 세포 내로 침투하였으며, 침투한 단백질들이 완전한 활성도를 지니고 있다는 것을 보여주고 있다. 이러한 단백질 접힘 현상에 대한 이유를 정확히 알지는 못하지만, 아마도 HSP90 같은 샤페론(chaperones; Schneider, C., Sepp-Lorenzino, L., Nimmesgern, E., Ouerfelli, O., Danishefsky, S., Rosen, N., and Hartl, F. U.(1996) Pharmacologic shifting of a balance between protein refolding and degradation mediated by Hsp90. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 93, 14536-14541. Gottesman, S., Wickmer, S., and Maurizi, M. R.(1997) Protein quality control: Triage by chaperones and proteases. Genes Dev. 11, 815-823)이 관여하리라 추정된다.These results show that the TAT-GDH protein has successfully penetrated into PC12 cells and that the infiltrating proteins have full activity. The exact reason for this protein folding is unknown, but perhaps chaperones such as HSP90 (Schneider, C., Sepp-Lorenzino, L., Nimmesgern, E., Ouerfelli, O., Danishefsky, S., Rosen, N) , and Hartl, FU (1996) Pharmacologic shifting of a balance between protein refolding and degradation mediated by Hsp 90. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 93, 14536-14541. Gottesman, S., Wickmer, S., and Maurizi, MR (1997) Protein quality control: Triage by chaperones and proteases.Genes Dev. 11, 815-823).

한가지 특이한 사실은 단백질 침투시 변성된 TAT-GDH가 변성되지 않은 TAT-GDH보다 침투효율이 더 높다는 사실이다. 즉, 변성되지 않은 TAT-GDH를 PC12 세포에 투여한 경우는 GDH만 투여한 경우에 비해 단지 1.7배의 증가만이 측정되었는데 이는 변성된 TAT-GDH의 경우에 측정된 9배보다 훨씬 적은 비율이다. 이러한 변성된 TAT-GDH가 더 높은 단백질 침투 효율을 지니는 것은 에너지론적으로 볼 때, 변성되어 풀어진 구조의 단백질 형태가 3차 또는 4차 구조를 지닌 단백질보다 세포막을 통과하기가 용이하기 때문이라 생각된다.One peculiar fact is that denatured TAT-GDH has higher penetration efficiency than undenatured TAT-GDH upon protein infiltration. In other words, the administration of unmodified TAT-GDH to PC12 cells showed only a 1.7-fold increase compared to that of GDH alone, which is much less than the 9-fold rate measured for denatured TAT-GDH. . This denatured TAT-GDH has a higher protein penetration efficiency because it is thought energetically that the denatured and unstructured protein forms are easier to pass through the cell membrane than proteins with tertiary or quaternary structures. .

TAT-GDH 융합 단백질을 유효성분으로 함유하는 약제학적 조성물은 약제학적 분야에서 통상적으로 허용되는 담체와 함께 배합하여 통상적인 방법에 의해 경구 또는 주사형태로 제형할 수 있다. 경구용 조성물로는, 예를 들면 정제 및 젤라틴 캡슐이 있으며, 이들은 활성 성분 이외에도 희석제(예: 락토스, 텍스트로스, 수크로스, 만니톨, 솔비톨, 셀룰로즈 및/또는 글리신), 활탁제(예: 실리카, 탤크, 스테아르산 및 그의 마그네슘 또는 칼슘염 및/또는 폴리에틸렌 글리콜)를 함유하고, 정제는 또한 결합제(예: 마그네슘 알루미늄 실리케이트, 전분 페이스트, 젤라틴, 메틸셀루로스, 나트륨 카복시메틸셀룰로스 및/또는 폴리비닐피롤리돈)를 함유하며, 경우에 따라서 붕해제(예: 전분, 한천, 알긴산 또는 그의 나트륨 염) 또는 비등 혼합물 및/또는 흡수제, 착색제, 항미제 및 감미제를 함유하는 것이 바람직하다. 주사용 조성물은 등장성 수용액 또는 현탁액이 바람직하고, 언급한 조성물은 멸균되고/되거나 보조제(예: 방부제, 안정화제, 습윤제 또는 유화제 용액 촉진제, 삼투압 조절을 위한 염/또는 완충제)를 함유한다. 또한, 이들은 기타 치료적으로 유용한 물질을 함유할 수 있다.Pharmaceutical compositions containing the TAT-GDH fusion protein as an active ingredient can be formulated orally or by injection by conventional methods in combination with a carrier that is conventionally acceptable in the pharmaceutical art. Oral compositions include, for example, tablets and gelatin capsules, which, in addition to the active ingredient, may contain diluents (e.g. lactose, textose, sucrose, mannitol, sorbitol, cellulose and / or glycine), suspending agents (e.g. silica, Talc, stearic acid and its magnesium or calcium salts and / or polyethylene glycols, and the tablets also contain binders such as magnesium aluminum silicate, starch paste, gelatin, methylcellulose, sodium carboxymethylcellulose and / or polyvinylpi It is preferred to contain a disintegrant (eg starch, agar, alginic acid or its sodium salt) or a boiling mixture and / or absorbents, colorants, antiseptics and sweeteners. Injectable compositions are preferably aqueous isotonic solutions or suspensions, and the compositions mentioned are sterile and / or contain auxiliaries (eg, preservatives, stabilizers, wetting or emulsifier solution promoters, salts or buffers for controlling osmotic pressure). In addition, they may contain other therapeutically valuable substances.

이와 같이 제조된 약제학적 제제는 목적하는 바에 따라 경구로 투여하거나, 비경구 방식 즉, 정맥내, 피하, 복강내 투여 또는 국소적용할 수 있으며, 용량은 일일 투여량이 0.1~100 ㎎/㎏의 양을 1 내지 수회에 나누어 투여할 수 있다. 특정 환자에 대한 투여용량 수준은 환자의 체중, 연령, 성별, 건강상태, 투여시간, 투여방법, 배설율, 질환의 중증도 등에 따라 변화될 수 있다.The pharmaceutical preparations thus prepared may be administered orally as desired, or parenterally, ie, intravenously, subcutaneously, intraperitoneally, or topically. The dosage may be 0.1-100 mg / kg of the daily dose. It can be administered in 1 to several times. Dosage levels for a particular patient may vary depending on the patient's weight, age, sex, health condition, time of administration, method of administration, rate of excretion, severity of the disease, and the like.

이하에서는 본 발명의 구성을 실시예를 통하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 아래의 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail by examples. However, the scope of the present invention is not limited to the following examples.

<실시예 1> TAT-GDH 융합 유전자의 제조.Example 1 Preparation of TAT-GDH Fusion Gene.

올리고뉴클레오티드는 University of California, San Francisco, Biomolecular Resource Center에서 구입하였다. 올리고뉴클레오티드는 8~12% 아크릴아미드(acrylamide)/8M 우레아(urea) 젤을 이용한 변성된 복합아크릴아미드 전기이동(SDS/PAGE)에 의해 정제하였으며 Waters Sep-Pack 카트리지나 Pharmacia NAP-25 컬럼을 이용하여 염분을 제거하였다(Sambrook, J., Fritsch, E. F. and Manuatis, T. (1989) in: Molecular cloning. Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York.). 올리고뉴클레오티드는 50pmol DNA, 50mM Tris-HCl(pH 8.O), 20mM MgCl2, 5mM 다이티오쓰레이톨(dithiothreitol), 5mM ATP, 및 10units의 폴리뉴클레오타이드 키나아제(polynucleotide kinase)로 인산화시켰다. 이러한 화합물을 37℃에서 30분간 반응시킨 후 65℃에서 15분간 처리하여 반응을 멈추었다. 인산화된 각각의 뉴클레오티드 2.5pmol을 결찰 완충용액(ligation buffer; 66 mM Tris-HCl, pH 7.6/6.6 mM Cl2/15 mM 다이티오쓰레이톨/ 0.44 mM ATP)에 섞은 뒤 95℃에서 5분간 가열하였고 다시 서서히 상온에 이르도록 식혔다.Oligonucleotides were purchased from the University of California, San Francisco, Biomolecular Resource Center. Oligonucleotides were purified by denatured complex acrylamide electrophoresis (SDS / PAGE) using 8-12% acrylamide / 8M urea gel, using Waters Sep-Pack cartridges or Pharmacia NAP-25 columns. The salts were removed (Sambrook, J., Fritsch, EF and Manuatis, T. (1989) in: Molecular cloning. Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York.). Oligonucleotides were phosphorylated with 50 pmol DNA, 50 mM Tris-HCl (pH 8.O), 20 mM MgCl 2 , 5 mM dithiothreitol, 5 mM ATP, and 10 units of polynucleotide kinase. The compound was reacted at 37 ° C. for 30 minutes and then treated at 65 ° C. for 15 minutes to stop the reaction. Ligated to the phosphorylated nucleotide 2.5pmol each buffer (ligation buffer; 66 mM Tris- HCl, pH 7.6 / 6.6 mM Cl 2/15 mM The ET Otsu ray Toll / 0.44 mM ATP) mix after 5 minutes heating at 95 ℃ in And slowly cooled to room temperature.

TAT-GDH 유전자를 발현시키는 플라스미드(pTAT-GDH)는 본 연구자들이 화학적으로 합성하여 만든 인간 GDH 유전자 플라스미드를 변형시켜 만들었다. 우선 GDH 유전자를EcoRI 및NruI로 자른 후 벡터 DNA를 1% 저융해점 아가로즈를 이용하여 분리하였다. 이렇게 얻은 플라스미드의EcoRI/NruI 부분을 TAT 전위부위의 9개 아미노산(RKKRRQRRR)을 발현시킬 수 있는 69bp의 올리고뉴클레오티드로 대체하였다(도 1).The plasmid, which expresses the TAT-GDH gene (pTAT-GDH), was created by modifying the human GDH gene plasmid that our researchers synthesized chemically. First, the GDH gene was cut with Eco RI and Nru I, and vector DNA was isolated using 1% low melting point agarose. The Eco RI / Nru I portion of the plasmid thus obtained was replaced with an oligonucleotide of 69 bp capable of expressing 9 amino acids (RKKRRQRRR) at the TAT translocation site (FIG. 1).

이렇게 만든 재조합 올리고뉴클레오티드는 끓이고 식히는 과정 및 결찰과정(ligation)을 거쳐 대장균 BL21(DE3)로 전환시켰다. 대장균 BL21 DE3 세포들은 100mg 앰피실린/ml을 포함하는 LB 한천배지에 분획되었으며 선별된 pTAT-GDH는 DNA 서열결정(sequencing)으로 확인되었다. 기타 일반적인 DNA 조작 기법은 문헌 상의 방법을 따라 수행하였다(Sambrook, J., Fritsch, E. F. and Manuatis, T. (1989) in: Molecular cloning. Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York.).The recombinant oligonucleotide thus prepared was converted to Escherichia coli BL21 (DE3) by boiling, cooling, and ligation. E. coli BL21 DE3 cells were fractionated in LB agar medium containing 100 mg ampicillin / ml and the selected pTAT-GDH was confirmed by DNA sequencing. Other common DNA manipulation techniques were performed according to the methods in the literature (Sambrook, J., Fritsch, E. F. and Manuatis, T. (1989) in: Molecular cloning. Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York.).

<실시예 2> TAT-GDH 정제 및 특성 규명Example 2 TAT-GDH Purification and Characterization

DE3/pTAT-GDH를 37℃에서 A600이 0.5가 될 때까지 배양한 뒤 1mM IPTG를 첨가하여 다시 37℃에서 3시간 배양하였다. 원심분리에서 얻은 세포 침전물을 50mM Tris/HCl, pH 7.4, 100 mM NaCl 및 2 mM 다이티오쓰레이톨(dithiothreitol)에 녹인 뒤 초음파 분쇄기를 이용하여 세포를 파쇄하였다. 원심분리를 통하여 얻은 세포 추출물을 본 발명자들이 기존에 개발한 GDH 분리, 정제방법(Cho S.-W., Lee J. and Choi S.Y. (1995) Eur. J. Biochem. 233, 340-346)과 동일한 방법을 이용하여 순수하게 분리 정제하였다.DE3 / pTAT-GDH was incubated at 37 ° C. until A 600 became 0.5, followed by addition of 1 mM IPTG for 3 hours at 37 ° C. The cell precipitate obtained by centrifugation was dissolved in 50 mM Tris / HCl, pH 7.4, 100 mM NaCl, and 2 mM dithiothreitol, and the cells were disrupted using an ultrasonic mill. Cell extracts obtained through centrifugation were separated and purified by GDH (Cho S.-W., Lee J. and Choi SY (1995) Eur. J. Biochem. 233, 340-346). Purification was carried out purely using the same method.

이렇게 얻은 TAT-GDH는 SDS-PAGE와 웨스턴 블랏(western blot)에 의해 확인되었다. 이때 웨스턴 블랏에 사용된 단항체는 기존에 본 발명자의 실험실에서 소 뇌조직 GDH를 이용해서 만든 것을 사용하였다(Choi, S. Y., Hong, J. W., Song, M.-S., Jeon, S. G., Bahn, J. H., Lee, B. Y., Ahn, J.-Y. and Cho, S.-W. (1999) J. Neurochem. 72, 2162-2169). 단백질 농도 측정은 브래드포드 방법을 이용하였다(Bradford, M. (1976) Anal. Biochem. 72, 248-254).The TAT-GDH thus obtained was confirmed by SDS-PAGE and western blot. At this time, the monoclonal antibody used in the western blot was used in the laboratory of the present inventors using the cerebellum tissue GDH (Choi, SY, Hong, JW, Song, M.-S., Jeon, SG, Bahn, JH, Lee, BY, Ahn, J.-Y. and Cho, S.-W. (1999) J. Neurochem. 72, 2162-2169). Protein concentration measurements were made using the Bradford method (Bradford, M. (1976) Anal. Biochem. 72, 248-254).

PC12 세포 내로의 형질도입을 알아 볼 때 사용한 변성된 TAT-GDH는 Tris/HCl, pH 6.8, 1% SDS, 5 mM 다이티오쓰레이톨(dithiothreitol), 10% 글리세롤 존재 하에서 시료들을 90℃에서 5 분간 가열한 뒤 서서히 식힌 시료들을 아미콘(Amicon) 농축기를 이용하여 SDS 제거 후 사용하였다.The denatured TAT-GDH used for the transduction into PC12 cells was tested at 90 ° C. in the presence of Tris / HCl, pH 6.8, 1% SDS, 5 mM dithiothreitol, 10% glycerol. After heating for a minute and slowly cooled samples were used after removing the SDS using an Amicon concentrator.

<실시예 3><Example 3> PC12 세포 배양PC12 Cell Culture

PC12 세포들은 10% FBS, 5% 말 혈청(horse serum), 100 IU/ml 페니실린(penicillin) 및 100 mg/ml 스트렙토마이신을 포함하는 RPMI 1640 용액에서 배양하였다. 이때 5% CO2와 37℃를 유지하였다. 4일에 한 번씩 10% 말 혈청, 100IU/ml 페니실린, 및 100mg/ml 스트렙토마이신을 포함한 RPMI 1640으로 바꾸어 주었다. TAT-GDH(25mg/ml)를 PC12 세포를 키우는 배양액에 클로로퀸(chloroquine) 최종농도 1mM과 함께 직접 투여하여 일정 시간(4, 8, 12, 및 24 시간) 배양하였다. 대조군으로는 TAT 시그널과 융합 되지 않은 인간 GDH를 동일한 조건 하에서 투여하였다. 일정 시간마다 TAT-GDH를 처리한 세포들을 모아 PBS로 두 번 씻어준 후 RIPA 완충용액 (PBS, 1% Nonidet P-40, 0.5% 데옥시콜린산 나트륨(sodium deoxycholate), 0.1% SDS, 10 mg/ml 페닐메탄술폰산(phenylmethanesulfonic acid), 0.3 트립신 억제제(trypsin inhibitor)unit/ml 아프로티닌(aprotinin), 및 1 mM 소듐 오르쏘바나데이트(sodium orthovanadate), pH 7.4)에 녹여 세포를 분쇄하였다. 15,000×g에서 30분간 원심분리하여 얻은 상층액을 이용하여 GDH 활성도와 총단백질양을 측정하였고, 단백질 발현 정도를 웨스턴 블랏으로 확인하였다. GDH의 기본단위는 25℃에서 1분당 NADH 1mmole을 산화시킬 수 있는 단백질 양으로 정의하였다.PC12 cells were cultured in RPMI 1640 solution containing 10% FBS, 5% horse serum, 100 IU / ml penicillin and 100 mg / ml streptomycin. At this time 5% CO 2 and 37 ℃ was maintained. Once every 4 days it was changed to RPMI 1640 containing 10% horse serum, 100 IU / ml penicillin, and 100 mg / ml streptomycin. TAT-GDH (25 mg / ml) was incubated for a predetermined time (4, 8, 12, and 24 hours) by directly administering PC12 cells with 1 mM of chloroquine concentration. As a control, human GDH that did not fuse with the TAT signal was administered under the same conditions. Each time, TAT-GDH treated cells were collected and washed twice with PBS, followed by RIPA buffer solution (PBS, 1% Nonidet P-40, 0.5% sodium deoxycholate, 0.1% SDS, 10 mg). Cells were ground by dissolving in / ml phenylmethanesulfonic acid, 0.3 trypsin inhibitor unit / ml aprotinin, and 1 mM sodium orthovanadate, pH 7.4. GDH activity and total protein amount were measured using the supernatant obtained by centrifugation at 15,000 × g for 30 minutes, and the degree of protein expression was confirmed by Western blot. The base unit of GDH was defined as the amount of protein capable of oxidizing NADH 1mmole per minute at 25 ° C.

결과는 도 5에 나타내었다.The results are shown in FIG.

본 발명은 인간 글루탐산 탈수소효소(GDH)를 단백질 수준에서 세포 내로 직접 투과시키는 최초의 실험적 보고이다.The present invention is the first experimental report to permeate human glutamic acid dehydrogenase (GDH) directly into cells at the protein level.

특히, 세포 내로 투여된 TAT-GDH는 활성도를 회복하여 단백질 치료에 TAT-GDH가 효율적으로 활용될 수 있음을 제시한다.In particular, TAT-GDH administered intracellularly restores activity, suggesting that TAT-GDH can be efficiently used for protein treatment.

본 발명을 바탕으로 GDH를 세포 내로 직접 전달할 수 있어 GDH 활성도 결핍에 기인한 퇴행성 신경질환 등의 치료에 유용하게 쓰일 수 있다는 가능성을 제시해 주고 있다.Based on the present invention, it is possible to deliver GDH directly into cells, suggesting the possibility that it may be usefully used for the treatment of degenerative neurological diseases due to the lack of GDH activity.

Claims (9)

글루탐산 탈수소효소 또는 그의 유도체의 아미노 말단에 HIV-1 TAT 형질도입부위 49~57 잔기(TAT 49-57)가 공유결합된 세포침투성 TAT-GDH 융합 단백질.A cell-penetrating TAT-GDH fusion protein in which the HIV-1 TAT transduction site 49-57 residue (TAT 49-57) is covalently bonded to the amino terminus of glutamic acid dehydrogenase or a derivative thereof. 제1항에 있어서, 서열번호 3의 세포침투성 TAT-GDH 융합 단백질.The cell penetrating TAT-GDH fusion protein of claim 1. 글루탐산 탈수소효소 또는 그의 유도체 cDNA의 5'측에 HIV-1 TAT 형질도입부위 49~57 잔기(TAT 49-57) 코딩 DNA 서열이 결합되어 상기 제1항 또는 제2항의 TAT-GDH 융합 단백질을 코딩하는 서열번호 1 또는 그 등가물 재조합 폴리뉴클레오타이드.An HIV-1 TAT transduction site 49-57 residue (TAT 49-57) coding DNA sequence is bound to the 5 'side of glutamic acid dehydrogenase or a derivative cDNA thereof, thereby encoding the TAT-GDH fusion protein of claim 1 or 2. SEQ ID NO: 1 or its equivalent recombinant polynucleotide. 상기 제1항 또는 제2항의 융합 단백질을 발현시키기 위하여 상기 제3항의 재조합 폴리뉴클레오타이드를 포함하는 세포침투성 TAT-GDH 융합 단백질을 발현시키는 벡터.A vector expressing a cell penetrating TAT-GDH fusion protein comprising the recombinant polynucleotide of claim 3 to express the fusion protein of claim 1. 제4항에 있어서, 발현벡터는 도 2의 제한지도와 같이 구성되는 것을 특징으로 하는 세포침투성 TAT-GDH 융합 단백질을 발현시키는 벡터.The vector for expressing the cell-penetrating TAT-GDH fusion protein according to claim 4, wherein the expression vector is configured as shown in the restriction map of FIG. 상기 제4항 또는 제5항의 벡터를 미생물에서 발현시키는 단계;Expressing the vector of claim 4 or 5 in a microorganism; 발현된 TAT-GDH 융합 단백질을 변성상태로 정제하는 단계;Purifying the expressed TAT-GDH fusion protein in a denatured state; 변성상태의 TAT-GDH 융합 단백질을 인간세포를 제외한 세포에 가하는 단계;로 구성되는 TAT-GDH 융합 단백질을 인간세포를 제외한 세포 내로 도입시키는 방법.Adding a denatured TAT-GDH fusion protein to cells other than human cells; introducing a TAT-GDH fusion protein into cells other than human cells. 제6항에 있어서, TAT-GDH 융합 단백질을 8M 우레아를 이용하여 변성상태로 되게 하는 것을 특징으로 하는 TAT-GDH 융합 단백질을 인간세포를 제외한 세포 내로 도입시키는 방법.7. The method of claim 6, wherein the TAT-GDH fusion protein is denatured using 8M urea. 제1항 또는 제2항의 TAT-GDH 융합단백질을 유효성분으로 하고 약학적으로 허용되는 담체를 포함하는 것을 특징으로 하는, GDH 의존성질환의 치료제로서 사용되는 약제학적 조성물.The TAT-GDH fusion protein of claim 1 or 2 as an active ingredient, characterized in that it comprises a pharmaceutically acceptable carrier, pharmaceutical composition used as a therapeutic agent for GDH dependent diseases. 제8항에 있어서, 상기 GDH 의존성질환은 저혈당증, 고인슐린증, 퇴행성 신경질환 또는 복합성 위축인 것을 특징으로 하는, TAT-GDH 융합단백질을 유효성분으로 하고 약학적으로 허용되는 담체를 포함하는 것을 특징으로 하는 GDH 의존성질환의 치료제로서 사용되는 약제학적 조성물.According to claim 8, wherein the GDH-dependent disease is characterized in that hypoglycemia, hyperinsulinemia, neurodegenerative diseases or complex atrophy, TAT-GDH fusion protein as an active ingredient, characterized in that it comprises a pharmaceutically acceptable carrier A pharmaceutical composition used as a therapeutic agent for GDH dependent diseases.
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