KR100401339B1 - Metal chelate ligand - Google Patents

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KR100401339B1
KR100401339B1 KR1020030047300A KR20030047300A KR100401339B1 KR 100401339 B1 KR100401339 B1 KR 100401339B1 KR 1020030047300 A KR1020030047300 A KR 1020030047300A KR 20030047300 A KR20030047300 A KR 20030047300A KR 100401339 B1 KR100401339 B1 KR 100401339B1
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김성규
최호일
정영환
임채진
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주식회사 펩트론
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    • C08L5/12Agar or agar-agar, i.e. mixture of agarose and agaropectin; Derivatives thereof

Abstract

PURPOSE: Provided is a metal chelate resin, which can be obtained by a simple process at a low cost and is capable of forming a strong bond between a metal and a ligand so as to purify proteins efficiently. CONSTITUTION: The metal chelate ligand is based on the bonding of nitrilotriaceticacid(NTA) ligand with a polymer matrix. The metal chelate ligand uses the difference between chemical reactivity of a -SH group and that of an amine group in a peptide having a glutathione sulfurhydril(SH) group. The metal chelate ligand is represented by the following formula: (CH2COOH)2-N-CH(COOH)-CH2CH2-CO-NH-CH(CH2SH)-CO-NH-CH2(COOH).

Description

금속 킬레이트 리간드{Metal chelate ligand}Metal chelate ligand

본 발명은 신규의 금속 킬레이트 레진, 그것의 제조방법 및 단백질 등의 물질 정제에서 신규의 금속킬레이트 레진을 이용하는 방법에 관한 것으로 글루타사이온(Glutathione,γ-glutamyl-cysteinyl-glycine)을 기본물질로 사용하여 구조식 (CH2COOH)2-N-CH(COOH)-CH2CH2-CO-NH-CH(CH2SH)-CO-NH-CH2(COOH)로 표현되는 금속 킬레이트 리간드를 이용하여 제조한 신규의 금속 킬레이트 레진에 관한 것이다.The present invention relates to a novel metal chelate resin, a method for preparing the same, and a method for using the novel metal chelate resin in the purification of substances such as proteins, using glutathione (γ-glutamyl-cysteinyl-glycine) as a base material. By using a metal chelate ligand represented by the formula (CH 2 COOH) 2 -N-CH (COOH) -CH 2 CH 2 -CO-NH-CH (CH 2 SH) -CO-NH-CH 2 (COOH) It relates to a novel metal chelate resin produced.

금속친화 크로마토그래피 기술은 친화성 크로마토그래피의 일종으로서 (Porath, J. 1975, Nature 258:598-599), 킬레이트 리간드가 부착된 레진을 이용하여 금속에 친화성이 있는 물질을 정제하는 기술이다. 아미노산 중 히스티딘의 이미다졸 그룹이 금속 이온과 배위결합하므로, 이 성질을 이용하여 히스티딘을 갖는 단백질을 정제하는 기술이 확립되었다.Metal affinity chromatography technology is a kind of affinity chromatography (Porath, J. 1975, Nature 258: 598-599), which uses a resin attached to a chelate ligand to purify metal-affinity materials. Since the imidazole group of histidine in amino acids coordinates with metal ions, a technique for purifying proteins having histidine using this property has been established.

여러 종류의 금속 킬레이트 리간드가 단백질 정제 크로마토그래피용으로 쓰이고 있다. 이미노다이아세틱 애시드(imminodiacetic acid), 나이트릴로트리아세틱 애시드(nitrilotriacetic acid, NTA), 카복시메틸 아스파틱 애시드 (carboxymethyl aspartic acid) 등의 리간드를 이용한 레진이 상업적으로 생산되고 있다.Several metal chelate ligands are used for protein purification chromatography. Resin using a ligand such as iminodiacetic acid (niminodiacetic acid), nitrilotriacetic acid (NTA), carboxymethyl aspartic acid is commercially produced.

하지만, 현재 사용 중인 금속 친화 크로마토그래피 레진("금속 킬레이트 레진"과 동일한 의미로 본 명세서에서 혼용함)들에는 각각 장단점이 있다. 이미노다이아세틱 애시드 레진은 금속과 리간드가 세 개의 배위 결합으로 연결되어 있어서 수화 등에 의해 쉽게 해리되므로 사용에 주의가 필요하다(Porah, J. 1983, Biochemistry 22:1621-1630).However, there are advantages and disadvantages to the metal affinity chromatography resins currently used (combined herein with the same meaning as "metal chelate resins"). Iminodiacetic acid resins should be used with caution because they are easily dissociated by hydration and the like because metal and ligand are linked by three coordination bonds (Porah, J. 1983, Biochemistry 22: 1621-1630).

그리고, 카복시메틸 아스파틱 애시드 레진은 리간드에 부착된 금속과 단백질과의 결합력이 약하여 시료에서 레진으로의 흡착이 쉽지 않은 단점이 있다(Chaga, G. 1999, Biothechnol. Appl. Biochem. 29:19-24).In addition, carboxymethyl aspartic acid resin has a weak binding strength between the metal and the protein attached to the ligand, so it is not easy to adsorb the sample to the resin (Chaga, G. 1999, Biothechnol.Appl. Biochem. 29: 19- 24).

나이트릴로트리아세틱 애시드 리간드는 강한 금속-리간드, 금속-단백질 결합을 지니고 있다. 그러나 이 리간드를 레진에 붙이기 위해 만들어야 하는 변형 리간드의 제조원료가 비싸고 시간과 장비가 추가되어야 하는 단점이 있다 (USP4,877,830).Nitrilotriacetic acid ligands have strong metal-ligand, metal-protein bonds. However, there are disadvantages in that the raw material of the modified ligand, which is required to attach the ligand to the resin, is expensive and additional time and equipment are required (USP4,877,830).

나이트릴로트리아세틱 애시드(NTA)을 갖고 있으면서 아미노산인 시스테인을 사용하여 제조공정을 단순화한 시그마-알드리치사(Sigma-Aldrich)의 WO01/81365는 금속 킬레이트 그룹을 갖는 화합물의 길이가 짧아 단백질과 결합시 입체장애 (steric hinderance)가 발생될 가능성이 높으므로 정제 효율이 낮을 것으로 예측된다.Sigma-Aldrich's WO01 / 81365, which has a nitrilotriacetic acid (NTA) and simplifies the manufacturing process using the amino acid cysteine, is a compound having a metal chelate group that is short when combined with a protein. It is predicted that purification efficiency is low because of the high possibility of steric hinderance.

나이트릴로트리아세틱 애시드(NTA)는 현재 쓰이고 있는 금속 킬레이트 레진 중 가장 강한 리간드 친화력(ligand affinity)과 전이금속 결합을 갖는 리간드이다. 호프만 라 로슈(Hoffman la Loche)의 미국특허 제4,877,830호는 다음의 내용을 개시하고 있다. NTA의 구조는 질소 원자에 세개의 카복시메틸기가 공유결합한 것으로, 이러한 구조의 NTA를 매트릭스에 결합시키기 위해 아래의 구조를 택하였다.Nitrilotriacetic acid (NTA) is a ligand having the strongest ligand affinity and transition metal bond among the metal chelate resins currently in use. US Patent No. 4,877,830 to Hoffman la Loche discloses the following. The structure of NTA is a covalent bond of three carboxymethyl groups to a nitrogen atom, and the following structure was chosen to bind NTA of this structure to a matrix.

매트릭스-링커-NH-(CH2)4-CH(COOH)-N(CH2COOH)2 Matrix-Linker-NH- (CH 2 ) 4 -CH (COOH) -N (CH 2 COOH) 2

위의 구조를 갖는 레진을 만들기 위해서 먼저 리간드(ligand)를 만든 후 활성화된 링커가 부착된 레진에 리간드를 부착시키는 방법을 택하였다. 그러기 위해서는 다음의 11단계가 필요하다고 한다.In order to make the resin having the above structure, a ligand was first made, and then a ligand was attached to the resin to which the activated linker was attached. To do this, the following 11 steps are required.

1. Cbz-라이신(Cbz-Lysine) 42g을 225ml의 2N NaOH에 녹인 후 냉각한다.1. Dissolve 42 g of Cbz-Lysine in 225 ml 2N NaOH and cool.

2. 41.7g 브로모 아세트산(bromo acetic acid)을 150ml의 2N NaOH에 녹인 후 1번 용액에 천천히 넣는다.2. Dissolve 41.7 g bromo acetic acid in 150 ml of 2N NaOH and slowly add to solution # 1.

3. 2시간 후 상온으로 용액을 옮긴 후 오버나잇한다.3. After 2 hours, transfer the solution to room temperature and overnight.

4. 50℃에서 2시간 가열 후 540ml의 1N NaOH를 가한다.4. After heating at 50 ° C. for 2 hours, add 540 ml of 1N NaOH.

5. 냉각 후 침전물을 회수한다.5. Recover the precipitate after cooling.

6. 침전물을 1N NaOH에 녹인 후 1N HCl을 가하여 다시 침전시킨다.6. The precipitate is dissolved in 1N NaOH and precipitated again by adding 1N HCl.

7. 침전물을 회수 후 건조시킨다.7. Recover the precipitate and dry it.

8. 7.9g의 침전물을 49ml의 1N NaOH용액에 녹이고 5% Pd/C를 소량 가한 후 상온 상압의 수소를 가하여 하이드로제네이션(hydrogenation)한다. 반응물에서 침전을 제거한 후 건조시킨다.8. Dissolve 7.9 g of the precipitate in 49 ml of 1N NaOH solution, add a small amount of 5% Pd / C, and then hydrogenate at room temperature and normal pressure. The precipitate is removed from the reaction and then dried.

9. 에피브로모하이드린(Epibromohydrin)으로 활성화한 100ml의 세파로즈 CL-6B 레진과 6.5g N-[5amino-1-carboxypentyl]-iminodiacetic acid(hydrogenation product), 50ml DW. 10.6g 소듐 카보네이트(sodium carbonate)를 가한 후 60℃에서 서서히 오버나잇 교반한다.9. 100 ml Sepharose CL-6B resin activated with Epibromohydrin, 6.5 g N- [5 amino-1-carboxypentyl] -iminodiacetic acid (hydrogenation product), 50 ml DW. After adding 10.6 g sodium carbonate, the mixture is slowly stirred overnight at 60 ° C.

10. 레진을 500ml의 증류수, 100ml의 2% NiSO4, 200ml의 증류수, 200ml의0.2M 아세트산(0.2M NaCl과 0.1% Tween 20을 포함함), 200ml의 증류수의 순으로 세척한다.10. Wash resin in order of 500 ml of distilled water, 100 ml of 2% NiSO 4 , 200 ml of distilled water, 200 ml of 0.2 M acetic acid (containing 0.2 M NaCl and 0.1% Tween 20) and 200 ml of distilled water.

11. 7.1uM/ml로 Ni 이온이 충전(charging)된 레진을 얻는다.11. Obtain a resin filled with Ni ions at 7.1 µM / ml.

그러나, 하이드로제네이션 과정은 위험하며 복잡하다. 그리고 건조 후 에탄올을 사용하여 재결정의 과정이 필요하다.However, the hydrogenation process is dangerous and complex. And after drying, the process of recrystallization using ethanol is required.

상기 로슈사의 미국특허는 N-링크된 NTA를 금속 친화 레진으로 채택한 반면, 미국특허 제5,932,102호는 TALON 상표로 시판되는 레진으로서 활성화 매트릭스에 아스파틱 애시드의 아미노기를 결합시킨 후 카복시메틸레이션한 것이다.Roche's U.S. patent adopts N-linked NTA as a metal affinity resin, while U.S. Pat.No. 5,932,102 is a resin marketed under the TALON trademark, which binds an amino group of aspartic acid to an activation matrix and then carboxymethylates.

COOHCOOH

II

매트릭스-링커-N-CH-CH2COOHMatrix-Linker-N-CH-CH 2 COOH

II

CH2COOHCH 2 COOH

이 레진은 구조적으로 로슈의 NTA와 유사하나 금속과 흡착되는 분자 (absorbant) 사이의 결합력이 매우 약하다는 문제점이 있다.This resin is structurally similar to Roche's NTA, but has a problem in that the binding force between the metal and the adsorbent is very weak.

따라서, 본 발명은 나이트릴로트리아세틱 애시드(NTA) 리간드를 고분자 매트릭스와 결합시키는 새로운 변형 리간드를 고안하여 종래 금속 킬레이트 레진들의 단점을 극복하려는 것을 그 목적으로 한다. 즉, 본 발명은 간단한 공정으로 저렴한 비용을 들여 제조 가능한 금속 킬레이트 레진을 제공하려는 것이다.Accordingly, the present invention aims to overcome the drawbacks of conventional metal chelate resins by designing new modified ligands that bind the nitrilotriacetic acid (NTA) ligand with the polymer matrix. That is, the present invention is to provide a metal chelate resin that can be manufactured at a low cost in a simple process.

또한, 본 발명은 금속과 리간드가 좀더 견고한 결합을 하여 효과적으로 단백질을 정제할 수 있는 금속 킬레이트 레진을 제공하려는 것이다.In addition, the present invention is to provide a metal chelate resin that can be purified more effectively by binding the metal and ligand more tightly.

뿐만 아니라, 본 발명의 목적은 흡착시키려는 분자와 레진과의 흡착력이 강한 금속 킬레이트 레진을 제공하려는 것이다.In addition, it is an object of the present invention to provide a metal chelate resin having a strong adsorptive force between a molecule to be adsorbed and a resin.

또한, 본 발명은 연구자가 원하는 다양한 종류의 매트릭스와 링커에 부착시켜 사용 가능한 흡착 리간드를 제공하려는 것이다.In addition, the present invention seeks to provide an adsorbent ligand that can be used by attaching to various types of matrices and linkers desired by the researcher.

도 1은 6히스티딘을 말단에 붙인 MutS 단백질을 본 발명의 금속킬레이트 레진과 퀴아젠사의 NTA 아가로즈 레진을 이용하여 정제하는 과정의 전기이동 사진이다.FIG. 1 is an electrophoretic photograph of a process of purifying MutS protein having 6 histidines attached to its terminal using NTA agarose resin of metal chelate resin and Qiagen of the present invention.

M: 노벡스(NOVEX)사 사이즈 마아커,M: Novex (NOVEX) size markers,

1 : 레진 투입 분획,1: resin input fraction,

2-5 : 본 발명의 NTA-아가로즈 레진, 6-9 : 기존 NTA-아가로즈 레진,2-5: NTA-agarose resin of the present invention, 6-9: existing NTA-agarose resin,

2, 6: 비흡착 분획,2, 6: nonadsorbed fraction,

3, 7: 세척 분획,3, 7: washing fraction,

4, 8: 50mM 이미다졸 분획,4, 8: 50 mM imidazole fraction,

5, 9: 200mM 이미다졸 분획5, 9: 200 mM imidazole fraction

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명자는 글루타사이온(Glutathione) -SH(sulfurhydril)기를 가진 펩타이드의 -SH기와 아민기 사이의 화학적 반응성의 차이를 이용하여 새로운 NTA 금속 킬레이트 레진을 얻는 것을 착안하였다.In order to achieve the above object, the present inventors focused on obtaining a new NTA metal chelate resin by using a difference in chemical reactivity between the -SH group and the amine group of a peptide having a glutathione -SH (sulfurhydril) group.

본 발명은 신규의 금속 킬레이트 레진, 그것의 제조방법 및 단백질 등의 물질 정제에서 신규의 금속 킬레이트 레진을 이용하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to novel metal chelate resins, methods for their preparation and methods for using the novel metal chelate resins in the purification of substances such as proteins.

본 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서는 레진, 리간드 및 매트릭스라는 용어를 사용하였다. 본 명세서에서 "매트릭스"는 흡착시키고자 하는 물질(예컨대 단백질)과 직접 결합하는 친화 리간드 부분이 결합되기 전의 고분자 매트릭스를의미한다. 예컨대, 크로스링크된 아가로즈, 크로스링크된 셀룰로스 등을 매트릭스라고 칭하였다.In the description and in the claims, the terms resin, ligand and matrix are used. As used herein, the term "matrix" refers to a polymer matrix prior to the binding of an affinity ligand moiety that directly binds to a substance (such as a protein) to be adsorbed. For example, crosslinked agarose, crosslinked cellulose and the like are called matrices.

또한, 본 명세서에서 "레진"은 매트릭스에 링커 및 친화 리간드 부분이 결합된 상태를 표현하는 용어로 사용되었다.In addition, the term "resin" is used herein to express a state in which a linker and an affinity ligand moiety are bound to a matrix.

또한, 본 명세서에서 "리간드"는 나이트릴로트리아세틱 애시드와 같이 특정 물질에 대한 흡착력을 나타낼 수 있는 물질을 의미한다.In addition, in the present specification, "ligand" refers to a material that can exhibit adsorptivity to a specific material, such as nitrilotriacetic acid.

또한, 본 명세서에서 "금속 킬레이트 레진"은 전이금속을 킬레이팅할 수 있는 레진을 말하는 것으로, 전이금속이 킬레이팅된 상태 또는 전이금속을 포함하지 아니한 상태를 의미한다.In addition, the term "metal chelate resin" as used herein refers to a resin capable of chelating a transition metal, and means a state in which the transition metal is chelated or does not include a transition metal.

본 발명의 금속 킬레이트 레진을 제조하는 방법은 순차적으로는 글루타사이온 -SH기를 가진 펩타이드를 화학적으로 활성화된 고분자 매트릭스에 부착시킨 후 부착된 펩타이드의 아민기를 카복시메틸레이션하여 나이트릴로 트리아세틱 애시드 리간드화하는 것이다(실시예 1∼4).The method for preparing the metal chelate resin of the present invention sequentially attaches a peptide having a glutathione-SH group to a chemically activated polymer matrix and then carboxymethylates the amine group of the attached peptide to nitrilo triacetic acid ligand. (Examples 1-4).

본 발명의 금속 킬레이트 레진을 제조하는 또다른 방법은 N,N 다이카복시메틸-글루타사이온과 같은 킬레이트 리간드를 먼저 제조한 후 이것을 고분자 매트릭스에 부착시키는 방법이다(실시예 5∼7).Another method for preparing the metal chelate resin of the present invention is to prepare a chelating ligand such as N, N dicarboxymethyl-glutacyion and then attach it to the polymer matrix (Examples 5-7).

이런 순차적인 반응에 있어서 원하는 화합물을 만들기 위해서는 pH의 조절이 중요하다. -SH기를 가진 펩타이드가 고분자 매트릭스에 결합하는 반응에 있어서 산성도가 pH 6.0-8.5 사이를 유지하여야만 -SH기만이 결합 반응에 참여하고 아민기는반응에 참여하지 않는다. 그리고 아민기를 카복시메틸레이션시키는 반응도 pH 9-12을 유지하여야만 적절한 반응이 일어난다.In this sequential reaction, control of pH is important to make the desired compound. In the reaction in which the peptide having the -SH group binds to the polymer matrix, the acidity must be maintained at pH 6.0-8.5 so that only the -SH group participates in the binding reaction and the amine group does not participate in the reaction. In addition, an appropriate reaction occurs only when the carboxymethylation of the amine group is maintained at pH 9-12.

또한, 본 발명은 다음의 화학식으로 표시되는, 금속 킬레이트 리간드에 관한 것이다. 이 금속 킬레이트 리간드를 사용함으로써 연구자가 원하는 다양한 종류의 매트릭스와 다양한 링커에 부착시켜 필요한 용도로 사용할 수 있다.In addition, the present invention relates to a metal chelate ligand represented by the following formula. By using this metal chelate ligand, it can be attached to various kinds of matrices and linkers desired by the researcher and used for necessary purposes.

(CH2COOH)2-N-CH(COOH)-CH2CH2-CO-NH-CH(CH2SH)-CO-NH-CH2(COOH)(CH 2 COOH) 2 -N-CH (COOH) -CH 2 CH 2 -CO-NH-CH (CH 2 SH) -CO-NH-CH 2 (COOH)

또한, 본 발명은 히스티딘 표지를 갖는 재조합 단백질 등 금속과 친화성을 갖는 단백질을 상기와 같이 제조한 금속 킬레이트 레진을 이용하여 크로마토그래피법 등으로 정제하는 방법에 관한 것이다. 물론 이외에도 상기 본 발명의 금속 킬레이트 레진을 이용하여 다양한 금속 친화성 물질을 정제하거나 선택적으로 흡착하는 것은 본 발명 분야의 기초적인 지식이 있는 자에게는 자명한 것이다.The present invention also relates to a method for purifying a protein having affinity with a metal, such as a recombinant protein having a histidine label, by chromatography using a metal chelate resin prepared as described above. Of course, in addition to purifying or selectively adsorbing various metal affinity materials using the metal chelate resin of the present invention will be apparent to those skilled in the art.

본 발명은 다음 화학식으로 표시되는 금속 킬레이트 레진에 관한 것이다.The present invention relates to a metal chelate resin represented by the following formula.

(CH2COOH)2-N-CH(COOH)-CH2CH2-CO-NH-CH2(CH2S-R1-R2)-CO-NH-CH2(COOH)(CH 2 COOH) 2 -N-CH (COOH) -CH 2 CH 2 -CO-NH-CH 2 (CH 2 SR 1 -R 2 ) -CO-NH-CH 2 (COOH)

단, 상기 식에서 R1는 고분자 매트릭스를 활성화하고 -SH기와 결합하는 링커로서 바람직하게는 -CH2CH(OH)CH2-, -CH(OH)CH2-O-(CH2)4CH(OH)CH2-, -CH2CH2SO2CH2CH2-, -COCH2-, -CH2CH2CH2-, -CH2CH(Br)CH2- 또는 -OCO-이고, R2는 크로스링크된 아가로즈, 크로스링크된 셀룰로스, 크로스링크된 덱스트란, 크로스링크된 메타크릴아마이드, 실리카 또는 글래스와 같은 크로마토그래피용 매트릭스 등을 포함하는 고분자 매트릭스이다.In the above formula, R 1 is a linker that activates the polymer matrix and binds to -SH group, and preferably -CH 2 CH (OH) CH 2- , -CH (OH) CH 2 -O- (CH 2 ) 4 CH ( OH) CH 2- , -CH 2 CH 2 SO 2 CH 2 CH 2- , -COCH 2- , -CH 2 CH 2 CH 2- , -CH 2 CH (Br) CH 2 -or -OCO-, and R 2 is a polymer matrix including crosslinked agarose, crosslinked cellulose, crosslinked dextran, crosslinked methacrylamide, a matrix for chromatography such as silica or glass, and the like.

또한, 본 발명은 상기 금속 킬레이트 레진에 Co, Ni, Zn, Fe, Cu 등의 전이금속 이온을 결합시킨 금속 킬레이트 레진에 관한 것이다.The present invention also relates to a metal chelate resin in which transition metal ions such as Co, Ni, Zn, Fe, Cu, etc. are bonded to the metal chelate resin.

단, 상기 식에서 M은 전이금속을 나타낸다.Provided that M represents a transition metal.

또한, 본 발명은 상기 금속 킬레이트 레진을 다음의 순차적인 단계에 따라 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a method for preparing the metal chelate resin according to the following sequential steps.

1) 고분자 매트릭스를 에피클로로히드린(epichlorohydrin) 등을 이용하여 활성화시킨다.1) The polymer matrix is activated using epichlorohydrin.

2) 그 후 증류수, 완충 용액 등으로 매트릭스를 세척한다.2) After that, wash the matrix with distilled water, buffer solution and the like.

3) 상기 매트릭스와 -SH기를 가지는 글루타사이온을 반응시킨다. 반응은 바람직하게는 밀봉 용기에 넣고 질소를 가한 후 상온에서 24시간 진행시킨다.3) Glutathione having the -SH group is reacted with the matrix. The reaction is preferably carried out at room temperature for 24 hours after adding nitrogen to a sealed container.

4) 상기 -SH기를 가지는 글루타사이온이 결합된 매트릭스를 세척한다. 바람직하게는 증류수, 아세트산 10%, 증류수, NaHCO3용액의 순으로 세척한다.4) Wash the matrix bound to the glutathione having the -SH group. Preferably, distilled water, acetic acid 10%, distilled water, NaHCO 3 solution in the order of washing.

5) 브로모 아세트산 등으로 카복시메틸레이션시킨다. 바람직하게는 브로모 아세트산 외에 NaOH(pH 10-11), 1M NaHCO3(pH 10.0)과 혼합한 후 상온에서 오버나잇시킨다.5) Carboxymethylation with bromo acetic acid or the like. Preferably mixed with NaOH (pH 10-11), 1M NaHCO 3 (pH 10.0) in addition to bromo acetic acid and then overnight at room temperature.

6) 세척한다.6) Wash.

상기 본 발명의 금속 킬레이트 레진 제조 방법은 종래 미국특허에 개시된 레진 제조방법에 비하여 공정이 현저히 간단하고, 시간 및 비용이 절감되면서도 종래 NTA 레진과 유사한 정도의 흡착 효과를 나타내는 금속 킬레이트 레진을 제공할 수 있다.The metal chelate resin manufacturing method of the present invention can provide a metal chelate resin exhibiting a similar adsorption effect similar to that of the conventional NTA resin, while the process is significantly simpler and time and cost is reduced compared to the resin preparation method disclosed in the prior US patent. have.

또한 본 발명에서는 리간드를 먼저 합성한 후 활성화된 매트릭스에 결합하는 제조방법을 기술하며 두 가지의 새로운 방법이 모두 동일하게 쓰일 수 있음을 예시한다.In addition, the present invention describes a method for preparing a ligand to be synthesized first and then bound to an activated matrix, illustrating that both new methods can be used in the same way.

이하, 본 발명의 구성을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 본발명의 범위가 아래의 실시예의 기재에만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration of the present invention in detail through the embodiment. However, the scope of the present invention is not limited only to the description of the following examples.

<실시예 1><Example 1>

본 실시예는 고분자 매트릭스로서 크로스링크된 아가로즈인 세파로즈 CL-6B를 활성화하여 R1을 결합시키는 반응예이다.This example is a reaction example in which R 1 is bound by activating Sepharose CL-6B, which is crosslinked agarose as a polymer matrix.

세파로즈 CL-6B 매트릭스 100ml을 유리깔대기를 이용하여 증류수 1000ml로 세척하였다. 물을 제거한 매트릭스를 500ml 삼각 플라스크로 옮기고 4N NaOH 40ml와 에피클로로히드린(epichlorohydrin) 15ml을 넣었다. 입구를 실리콘 마개로 막은 후 28℃에서 6시간 교반하였다. 반응액을 유리 필터 깔대기로 옮긴 후 증류수 1000ml로 세척하였다.100 ml of Sepharose CL-6B matrix was washed with 1000 ml of distilled water using a glass funnel. The water-free matrix was transferred to a 500 ml Erlenmeyer flask, and 40 ml of 4N NaOH and 15 ml of epichlorohydrin were added thereto. The inlet was closed with a silicone stopper and stirred at 28 ° C. for 6 hours. The reaction solution was transferred to a glass filter funnel and washed with 1000 ml of distilled water.

<실시예 2><Example 2>

또다른 실시예로 다른 링커 R1을 결합시키는 반응예이다.In another embodiment it is a reaction example to link another linker R 1 .

세파로즈 CL-6B 매트릭스 100ml을 유리깔대기를 이용하여 증류수 1000ml로 세척하였다. 물을 제거한 매트릭스를 500ml 삼각 플라스크로 옮기고 0.6M NaOH에 들어 있는 NaBH42㎎/㎖와 0.4㎖의 BDE(butanedioldiglycidyl ether, 60% 순도)를 가하였다. 28℃에서 8시간 교반 후 반응액을 유리 필터 깔대기로 옮긴 후 증류수 1000㎖로 세척하였다.100 ml of Sepharose CL-6B matrix was washed with 1000 ml of distilled water using a glass funnel. The water-free matrix was transferred to a 500 ml Erlenmeyer flask, and 2 mg / ml of NaBH 4 and 0.4 ml of BDE (butanedioldiglycidyl ether, 60% purity) in 0.6 M NaOH were added. After stirring at 28 ° C. for 8 hours, the reaction solution was transferred to a glass filter funnel and washed with 1000 ml of distilled water.

<실시예 3><Example 3>

또 다른 실시예로 다른 링커 R1을 결합시키는 반응예이다.In another embodiment it is a reaction example to bond another linker R 1 .

브로모 아세트산 1.4g을 N-하이드록시석신이미드 1.4g, 다이옥산(dioxane) 80㎖와 함께 삼각 플라스크에 넣은 후 교반하였다. 다이사이클로헥실카보다이이미드(dicyclohexylcarbodiimide) 2.2g을 가한 후 70분간 교반하였다. 유리 깔대기로 침전물을 제거하였다. 로터리 이베포레이터로 다이옥산을 제거하여 브로모아세틱하이드록시석신이미드를 합성하였다. AH-세파로즈 3g을 유리 깔대기에서 증류수 100㎖로 세척한 후 0.1M 인산나트륨 용액(pH 7.5)이 든 삼각 플라스크로 옮기고, 위에서 만든 브로모아세틱 하이드록시석신이미드 2g을 가한 후 2시간동안 교반하였다. 용액을 유리 깔대기로 옮긴 후 증류수 100㎖로 세척하였다.1.4 g of bromo acetic acid was put into a Erlenmeyer flask with 1.4 g of N-hydroxysuccinimide and 80 ml of dioxane, followed by stirring. 2.2 g of dicyclohexylcarbodiimide was added, followed by stirring for 70 minutes. The precipitate was removed with a glass funnel. The dioxane was removed with a rotary evaporator to synthesize bromoacetic hydroxysuccinimide. 3 g of AH-Sepharose was washed with 100 ml of distilled water in a glass funnel, and then transferred to an Erlenmeyer flask containing 0.1 M sodium phosphate solution (pH 7.5), and 2 g of bromoacetic hydroxysuccinimide prepared above was added thereto, followed by stirring for 2 hours. It was. The solution was transferred to a glass funnel and washed with 100 ml of distilled water.

<실시예 4><Example 4>

실시예 4는 실시예 1, 2, 3에서 제조한 활성화된 고분자 매트릭스에 킬레이트 리간드를 결합시키는 반응예이다.Example 4 is a reaction example in which a chelate ligand is bound to the activated polymer matrix prepared in Examples 1, 2, and 3.

실시예 1, 2 또는 3과 같은 과정으로 활성화된 매트릭스 100㎖을 삼각 플라스크에 넣었다. 25mM 인산나트륨 pH 7.5용액 100㎖를 넣었다. 글루타사이온 10g을 25mM 인산나트륨 용액 100㎖에 녹인 후 pH를 7.5로 조정하였다. 질소 가스를 반응기에 채워 넣고 24시간 교반하였다. 용액을 유리 필터 깔대기로 옮긴 후 증류수 100㎖, 10% 아세트산 1000㎖, 증류수의 순으로 세척하였다. 세척한 레진을 삼각 플라스크로 옮기고 100㎖ 1M NaHCO3, pH 10.0을 가하고 15g의 브로모 아세트산을 100㎖의 4N NaOH 용액에 녹인 후 pH를 10.5로 조정한 용액을 넣었다. 상온에서 24시간 교반하였다. 용액을 유리 깔대기로 옮긴 후 증류수 1000㎖, 10% 아세트산 1000㎖, 증류수의 순으로 세척하였다.100 ml of the activated matrix was added to the Erlenmeyer flask in the same manner as in Example 1, 2 or 3. 100 ml of 25 mM sodium phosphate pH 7.5 solution was added. 10 g of glutathione was dissolved in 100 ml of 25 mM sodium phosphate solution, and the pH was adjusted to 7.5. Nitrogen gas was charged into the reactor and stirred for 24 hours. The solution was transferred to a glass filter funnel and washed with distilled water 100 mL, 10% acetic acid 1000 mL and distilled water in that order. The washed resin was transferred to an Erlenmeyer flask, 100ml 1M NaHCO 3 , pH 10.0 was added, 15g of bromo acetic acid was dissolved in 100ml of 4N NaOH solution, and the solution was adjusted to pH 10.5. Stir at room temperature for 24 hours. The solution was transferred to a glass funnel and washed in the order of 1000 ml of distilled water, 1000 ml of 10% acetic acid and distilled water.

<실시예 5>Example 5

본 실시예는 킬레이트 리간드를 매트릭스와 결합시키지 않은 상태에서 제조하는 반응예이다.This example is a reaction example in which the chelating ligand is not bound to the matrix.

S-트리틸-글루타사이온(S-trityl-glutathione) 10g을 1N NaOH에 녹였다. 냉각시킨 용액에 브로모 아세트산 16g을 1N NaOH에 녹인 것을 천천히 가하였다. 2시간동안 교반 후 상온에서 12시간 교반하였다. 1N HCl용액을 천천히 가하여 침전을 만들었다. 침전물을 유리 필터 깔대기로 모은 후 다시 1N NaOH 20㎖에 녹이고 1N HCl을 가해 침전을 만들었다(N,N-다이카복시메틸-S-트리틸-글루타사이온). 침전을 삼각 플라스크에 넣고 증류수 100㎖을 가하고 트리플루오르아세트산 1ml를 가하고 질소 충진 후 1시간 반응시켰다. 아세톤을 3배 부피 가하고 침전을 회수하였다. 침전을 아세톤으로 세척 후 동결 건조하였다. 이렇게 하여 N,N 다이카복시메틸-글루타사이온이 얻어졌다.10 g of S-trityl-glutathione was dissolved in 1N NaOH. A solution of 16 g bromo acetic acid dissolved in 1N NaOH was slowly added to the cooled solution. After stirring for 2 hours, the mixture was stirred at room temperature for 12 hours. 1N HCl solution was added slowly to precipitate. The precipitate was collected with a glass filter funnel and dissolved again in 20 mL of 1N NaOH and added with 1N HCl to form a precipitate (N, N-dicarboxymethyl-S-trityl-glutacyion). The precipitate was placed in an Erlenmeyer flask, and 100 ml of distilled water was added, 1 ml of trifluoroacetic acid was added, and the mixture was reacted for 1 hour after filling with nitrogen. Three times the volume of acetone was added and the precipitate was recovered. The precipitate was washed with acetone and then lyophilized. Thus, N, N dicarboxymethyl-glutacyion was obtained.

<실시예 7><Example 7>

다른 실시예로서 상기 실시예 5에서 얻어진 N, N 다이카복시메틸 -글루타사이온(dicarboxymethyl-glutathione)을 고분자 매트릭스와 결합시키는 반응예이다.As another example, N, N dicarboxymethyl-glutathione obtained in Example 5 is a reaction example in which the polymer matrix is bonded.

실시예 1, 2 또는 3에서 만든 활성화된 고분자 매트릭스 10g을 25mM NaPi, 100ml(pH 7.5)에 녹였다. N, N 다이카복시메틸-글루타사이온 100mg을 25mM NaPi 100ml(pH 7.5)에 녹인 후 상기 활성화된 고분자 매트릭스 용액과 혼합하였다. 상온에서 24시간 교반시킨 후 유리 깔대기로 레진을 분리하고 증류수 1000ml, 1% 아세트산 1000ml, 증류수 1000ml의 순으로 세척하였다.10 g of the activated polymer matrix prepared in Examples 1, 2 or 3 was dissolved in 25 mM NaPi, 100 ml (pH 7.5). 100 mg of N, N dicarboxymethyl-glutacyion was dissolved in 100 ml of 25 mM NaPi (pH 7.5) and mixed with the activated polymer matrix solution. After stirring at room temperature for 24 hours, the resin was separated with a glass funnel and washed in the order of 1000 ml of distilled water, 1000 ml of 1% acetic acid and 1000 ml of distilled water.

<실시예 8><Example 8>

본 실시예는 리간드가 부착된 레진에 전이금속을 붙이는 방법 및 금속이온 농도를 측정하는 예이다.This embodiment is an example of attaching a transition metal to a resin to which a ligand is attached and measuring the metal ion concentration.

실시예 4 또는 7에서 얻어진 금속 킬레이트 레진 100ml을 유리 필터 깔대기에 가한 후 증류수 500ml로 세척하였다. 100mM NiSO4용액 200ml로 세척 후 증류수 500ml로 세척하였다. 100mM EDTA, pH 8.0용액 100ml을 가한 후 용출한 용액을 회수하였다.100 ml of the metal chelate resin obtained in Example 4 or 7 was added to a glass filter funnel and washed with 500 ml of distilled water. After washing with 200ml of 100mM NiSO 4 solution was washed with 500ml of distilled water. After adding 100 ml of 100 mM EDTA, pH 8.0 solution, the eluted solution was recovered.

원자흡수 분광기를 이용하여 정량한 결과 560㎍/ml 이상의 니켈 이온이 있음을 확인하였다.As a result of quantification using an atomic absorption spectrometer, it was confirmed that there were 560 µg / ml or more of nickel ions.

<실시예 9>Example 9

본 실시예는 상기 실시예 4 또는 7에서 제조한 본 발명의 금속 킬레이트 레진을 이용하여 단백질을 정제한 예이다.This example is an example of protein purification using the metal chelate resin of the present invention prepared in Example 4 or 7.

본 발명의 금속 킬레이트 레진 0.5ml을 크로마토그래피 관에 넣고 증류수 5ml로 세척하였다. 100mM NiSO4용액 5ml로 세척 후 5 mM 이미다졸, 0.5 M NaCl, 50mM NaH2PO4, pH 8.0 용액 5ml로 세척하였다.0.5 ml of the metal chelate resin of the present invention was placed in a chromatography tube and washed with 5 ml of distilled water. 5 ml of 100 mM NiSO 4 solution followed by 5 ml of 5 mM imidazole, 0.5 M NaCl, 50 mM NaH 2 PO 4 , pH 8.0 solution.

아미노 말단에 히스티딘을 6개 붙인 MutS 단백질을 대장균 1000ml에서 발현 후 세포를 원심 분리하여 회수하였다. 세포를 파쇄 완충용액(0.15M NaCl, 50mM NaH2PO4, pH 8.0) 50ml에 넣고 초음파 파쇄기로 세포를 파쇄하였다. 용액을 10,000g로 10분간 원심분리 후 상층액 10ml을 니켈 킬레이팅시킨 금속 킬레이트 레진에 주입하였다. 5mM 이미다졸, 0.5M NaCl, 50mM NaH2PO4, pH 8.0 용액 5ml로 레진에 붙지 않은 단백질을 제거한 후 50mM 이미다졸, 0.5M NaCl, 50mM NaH2PO4, pH 8.0 용액 5ml로 약하게 붙은 오염 단백질을 제거하였다. 200mM 이미다졸, 0.5M NaCl, 50mM NaH2PO4, pH 8.0 용액 5ml로 레진에 붙은 히스티딘 표지 단백질을 분리하였다.MutS protein with six histidines at the amino terminus was expressed in E. coli 1000ml, and the cells were recovered by centrifugation. The cells were placed in 50 ml of lysis buffer (0.15 M NaCl, 50 mM NaH 2 PO 4 , pH 8.0) and disrupted with an ultrasonic crusher. The solution was centrifuged at 10,000 g for 10 minutes, and then 10 ml of the supernatant was injected into nickel chelated metal chelate resin. 5 mM imidazole, 0.5M NaCl, 50 mM NaH 2 PO 4 , pH 8.0 solution to remove unattached protein and contaminated protein weakly adhered to 5 ml of 50 mM imidazole, 0.5M NaCl, 50 mM NaH 2 PO 4 , pH 8.0 solution Was removed. Histidine-labeled protein attached to the resin was isolated with 5 ml of 200 mM imidazole, 0.5 M NaCl, 50 mM NaH 2 PO 4 , pH 8.0 solution.

각 단계별 시료는 12% SDS-PAGE로 분리 후 쿠마시 블루(Coomassie blue) 염색으로 순도를 확인하였다(도 1). 레진에 붙는 단백질의 양은 브래드포드 방법을 이용하며 소 혈청 알부민을 표준으로 정량하였다. 회수한 분획을 증류수로 100배 희석한 다음 0.1ml을 취해 동량의 브래드포드 시약을 가한 후 5분 뒤 600nm에서 흡광도를 측정하여 표준 단백질과 비교하였다.Samples for each step were separated by 12% SDS-PAGE and confirmed purity by Coomassie blue staining (FIG. 1). The amount of protein attached to the resin was quantified by bovine serum albumin using the Bradford method. The recovered fraction was diluted 100-fold with distilled water, 0.1 ml was taken, and the same amount of Bradford reagent was added. After 5 minutes, the absorbance was measured at 600 nm and compared with the standard protein.

본 발명의 신규 금속 킬레이트 레진은 1㎖당 MutS 단백질을 5.2mg 흡착하였다. 퀴아젠(QIAGEN)사의 레진은 5.1mg 흡착하였다.The novel metal chelate resin of the present invention adsorbed 5.2 mg of MutS protein per ml. QIAGEN resin was adsorbed at 5.1 mg.

따라서, 본 발명은 종래 미국특허에 개시된 레진 제조방법에 비하여 공정이 현저히 간단하고, 시간 및 비용이 절감되면서도 종래 NTA 레진과 유사한 정도의 흡착 효과를 나타내는 금속 킬레이트 레진 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.Accordingly, the present invention can provide a metal chelate resin and a method for producing the same, which is significantly simpler than the resin manufacturing method disclosed in the prior US patent, and exhibits an adsorption effect similar to that of the conventional NTA resin while reducing time and cost. .

Claims (1)

다음의 화학식으로 표시되는 금속 킬레이트 리간드.Metal chelate ligand represented by the following formula. (CH2COOH)2-N-CH(COOH)-CH2CH2-CO-NH-CH(CH2SH)-CO-NH-CH2(COOH)(CH 2 COOH) 2 -N-CH (COOH) -CH 2 CH 2 -CO-NH-CH (CH 2 SH) -CO-NH-CH 2 (COOH)
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