본 발명의 제1면은 서열번호(SEQ ID Nos.) 1, 2 및 3으로 구성된 그룹으로부터 선택된 아미노산 서열을 갖는, 래트 HRF 수용체에 관한 것이다.
본 발명의 제2면은 서열번호 4, 5 및 6으로 구성된 그룹으로부터 선택된 아미노산 서열을 갖는, 인간 HRF 수용체에 관한 것이다.
본 발명의 제3면은 상기 아미노산 서열과 85% 이상의 서열 상동성을 갖는 HRF 수용체에 관한 것이다.
본 발명의 HRF 수용체는 (Na,K)ATPase α1, α2 또는 α3 서브유닛의 대형 세포질 루프(large cytoplasmic loop; CD(cytoplasmic domain) 3)일 수 있다.
본 발명의 제4면은 HRF 수용체를 코딩하는 핵산에 관한 것이다. 본 발명의 핵산은 서열번호 7, 8 및 9로 구성된 그룹으로부터 선택된 염기 서열(래트 HRF), 또는 서열번호 10, 11 및 12로 구성된 그룹으로부터 선택된 염기 서열(인간 HRF)을 가질 수 있다.
본 발명의 제5면은 상기 핵산을 포함하는 재조합 벡터에 관한 것이다.
본 발명의 제6면은 상기 벡터로 형질전환된 형질전환체에 관한 것이다.
본 발명의 제7면은 상기 형질전환체를 시험 화합물 및 상기 수용체와 상호작용하는 것으로 알려져 있는 화합물과 접촉시키고, 상기 시험 화합물중에서 상기 수용체와 상호작용하는 것으로 알려져 있는 화합물의 상호작용을 감소시키는 화합물을 선별하는 것을 포함하는, HRF 수용체와 상호작용하는 화합물을 동정하는 방법에 관한 것이다[경쟁 결합 분석(competition binding assay)].
본 발명의 제8면은 하기 아미노산 서열을 갖는 HRF 결합 펩타이드에 관한 것이다:
(A, L 또는 W)-X-X-X-X-(A, L, S 또는 W)-(A, P 또는 M)
여기서, X는 임의의 아미노산을 나타낸다.
본 발명에 따른 HRF 결합 펩타이드는 바람직하게는 아미노산 서열 (A, L 또는 W)-X-X-(Y, P 또는 A)-(P, G 또는 K)-(A, L, S 또는 W)-(A, P 또는 M)을 갖는 것이다
보다 바람직하게는, 아미노산 서열 (A, L 또는 W)-(V, Y, E 또는 A)-(T, V, F 또는 A)-(Y, P 또는 A)-(P, G 또는 K)-(A, L, S 또는 W)-(A, P 또는 M), 예를 들어, 서열번호 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 및 22로 구성된 그룹으로부터 선택된 아미노산 서열을 갖는 것이다.
보다 더 바람직하게는, 아미노산 서열 (A 또는 W)-(Y 또는 A)-(V 또는 A)-(Y 또는 A)-(P 또는 K)-(S 또는 A)-(M 또는 A), 예를 들어, 서열번호 14, 16, 17, 18, 19, 20, 21 및 22로 구성된 그룹으로부터 선택된 아미노산 서열을 갖는 것이다.
가장 바람직하게는, 아미노산 서열 W-(Y 또는 A)-(V 또는 A)-(Y 또는 A)-(P 또는 K)-(S 또는 A)-M, 예를 들어, 서열번호 14, 17, 18, 19, 20 및 21로 구성된 그룹으로부터 선택된 아미노산 서열을 갖는 것이다.
본 발명에 따른 HRF 결합 펩타이드는 L-, D-, 또는 L- 및 D-아미노산으로 구성될 수 있으며, 하나 이상의 변형(modified) 아미노산, 예를 들어, 아미노산 유도체 또는 알킬화, 특히 메틸화된 아미노산을 가질 수 있다.
본 발명의 제9면은 상기 HRF 결합 펩타이드를 코딩하는 핵산에 관한 것이다.
본 발명의 제10면은 상기 핵산을 포함하는 재조합 벡터에 관한 것이다.
본 발명의 제11면은 상기 재조합 벡터로 형질전환된 형질전환체에 관한 것이다.
본 발명의 제12면은 유효성분으로서 상기 HRF 결합 펩타이드 또는 그를 코딩하는 핵산을 함유하는 알러지, 특히, 천식; 비염; 담마진; 아나필락시스; 알러지성 기관지확장증; 음식, 약물, 화분 또는 벌레로 인한 알러지; 헤이 피버; 한냉두드러기; 또는 아토피성 피부염의 진단, 예방 또는 치료용 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 제13면은 유효성분으로서 상기 HRF 결합 펩타이드 또는 그를 코딩하는 핵산을 함유하는 말라리아 진단, 예방 또는 치료용 조성물에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명자는 먼저 효모 2-하이브리드 방법을 이용하여, HRF가 (Na,K)ATPase α 서브유닛중 대형 세포질 루프(CD3)에 결합하는 것을 최초로 확인하였다. 또한, 공면역침전법(coimmunoprecipitation)으로 효모 세포 및 포유 세포에서 HRF와 (Na,K)ATPase α 서브유닛의 CD3가 상호작용한다는 사실을 확인하고, 그 결합 친화도를 측정하였다. 나아가, HRF의 수용체가 (Na,K)ATPase α 서브유닛의 CD3임을 공촛점 현미경(confocal microscope)으로 확인하였다.
또한, HRF가 수용성 단백질임에도 불구하고, 세포내로 들어갈 수 있음을 공촛점 현미경과 웨스턴 블랏팅으로 입증하고, 세포내 Na+및 Ca2+농도를 증가시키며, 이 때 Na/Ca 교환체(exchanger)에 의해 세포외 Ca2+원이 소모됨을 밝혔다. 또한, HRF가 IgE 존재시 ROS(reactive oxygen species)를 생성하며, 이로 인해 세포내로 더욱 많은 Ca2+이 유입됨을 밝혔다.
이상 언급한 결과들로부터, HRF가 호염기구에서 히스타민 분비를 촉진하는 정확한 작용기전이 규명되었다. 즉, 세포외로 분비된 HRF가 호염기구내로 들어와 (Na,K)ATPase α 서브유닛중 제3세포질 도메인(CD3)과 결합하고, 우아바인(ouabain)과 같이 (Na,K)ATPase 작용을 저해하며, 이로써 세포내 Na+의 농도는 증가하고 Na/Ca 교환체가 활성화됨에 따라 세포내 Ca2+의 농도도 증가한다. 또한, IgE 존재시 ROS 생성으로 인해 세포내 Ca2+이 더욱 증가하므로, 결국 히스타민 분비가 촉진되는 것이다. 이것은 HRF의 수용체가 바로 (Na,K)ATPase의 CD3이며, HRF가 (Na,K)ATPase의 세포질 리프레서(repressor)임을 의미하는 것이다.
따라서, 본 발명자에 의해 HRF 수용체의 실체가 최초로 규명된 바, 본 발명에서는 서열번호 1, 2 및 3으로 구성된 그룹으로부터 선택된 아미노산 서열을 갖는 HRF 수용체가 제공된다. 이 수용체는 각각 래트로부터 분리된 (Na,K)ATPase α1, α2, α3 서브유닛의 CD3에 해당하는 것이다. 그러나, 본 발명에 의해 HRF의 수용체가 (Na,K)ATPase α 서브유닛의 CD3에 해당한다는 사실이 밝혀진 이상, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 인간 HRF 수용체를 용이하게 동정할 수 있다. 따라서, 인간 HRF 수용체 또한 본 발명의 범위내에 속하는 것이며, 이는 서열번호 4(α1), 5(α2) 또는 6(α3)에 기재된 아미노산 서열을 갖는다.
래트의 (Na,K)ATPase α1과 α2 CD3의 서열간 상동성은 87.6%, α2와 α3 CD 3의 서열간 상동성은 89.4%로 각각 나타났으며, 래트와 인간 (Na,K)ATPase α CD3 서열간의 상동성은 α1의 경우 97.5%, α2의 경우 99.3%, α3의 경우 98.8%로 각각나타났다(도 18 내지 21 참조). 따라서, 본 발명은 상기 서열번호에 기재된 아미노산 서열들과 85% 이상의 서열 상동성을 갖는 HRF 수용체를 제공한다.
본 발명은 또한 HRF 수용체를 코딩하는 핵산, 예를들어, 서열번호 7(래트 α1), 8(래트 α2) 및 9(래트 α3)중의 어느 하나, 또는 서열번호 10(인간 α1), 11(인간 α2) 및 12(인간 α3)중의 어느 하나에 기재된 염기 서열을 갖는 핵산을 제공한다. 아울러, 본 발명은 상기 핵산을 포함하는 재조합 벡터 및 그러한 벡터로 형질전환된 형질전환체도 제공한다.
본 발명은 또한 상기 세포를 경쟁 결합 분석에 사용하는 것을 포함하는, HRF 수용체와 상호작용하는 화합물을 동정하는 방법을 제공한다. 본 발명의 경쟁 결합 분석에서는, HRF 수용체 코딩 핵산을 함유하는 재조합 벡터로 형질전환된 세포를 시험 화합물 및 상기 수용체와 상호작용하는 것으로 알려져 있는 화합물과 접촉시키고, 상기 시험 화합물중에서 상기 수용체와 상호작용하는 것으로 알려져 있는 화합물의 상호작용을 감소시키는 화합물을 선별하게 된다. 이로써, 최종적으로 세포내에서 히스타민 분비를 효과적으로 조절할 수 있는 새로운 화합물을 스크리닝(screening)해낼 수 있다.
또한, 본 발명은 HRF에 특이적으로 높은 친화도로 결합하여 히스타민 분비를 저해하는 펩타이드를 제공한다. 일례로, 본 발명의 HRF 결합 펩타이드는 아미노산 서열
(A, L 또는 W)-X-X-X-X-(A, L, S 또는 W)-(A, P 또는 M)
[여기서, X는 임의의 아미노산을 나타낸다]
을 갖는 것이다.
HRF 결합 펩타이드의 아미노산 서열의 예는 하기의 것을 포함한다:
(A, L 또는 W)-X-X-(Y, P 또는 A)-(P, G 또는 K)-(A, L, S 또는 W)-(A, P 또는 M);
특히, (A, L 또는 W)-(V, Y, E 또는 A)-(T, V, F 또는 A)-(Y, P 또는 A)-(P, G 또는 K)-(A, L, S 또는 W)-(A, P 또는 M), 예를 들어, 서열번호 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 또는 22;
보다 특히, (A 또는 W)-(Y 또는 A)-(V 또는 A)-(Y 또는 A)-(P 또는 K)-(S 또는 A)-(M 또는 A), 예를 들어, 서열번호 14, 16, 17, 18, 19, 20, 21 또는 22;
가장 특히, W-(Y 또는 A)-(V 또는 A)-(Y 또는 A)-(P 또는 K)-(S 또는 A)-M, 예를 들어, 서열번호 14, 17, 18, 19, 20 또는 21.
본 발명자는 상기 펩타이드를 파아지 디스플레이 라이브러리 스크리닝을 통해 얻고 합성 펩타이드로 다시 확인하였다. 본 발명의 펩타이드는 화학적으로 합성되거나 유전자 재조합 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 펩타이드를 구성하는 도메인을 생체내에 존재하는 단백질이나 그 일부로부터 제조할 수 있다. 또 다른 방법으로, 본 발명의 펩타이드는 그를 코딩하는 염기 서열을 갖는 DNA가 삽입된 발현 벡터를 이용하는 재조합 DNA 기술로 제조될 수 있다. 상기 벡터는 생체내에 존재하도록 제조되며, 샘브룩(Sambrook) 등(Molecular Cloning, 1989, Cold Spring Harbor, Cold Spring Harbor Laboratory Press)의 방법에 따라 적당한 숙주세포로 형질전환되고 적당한 조건하에서 발현되도록 제조된다. 또한, 본 발명에 따른 아미노산 서열을 포함하는 융합 단백질을 이용하여 본 발명의 펩타이드를 제조할 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 펩타이드의 아미노산 서열은 당업계에 공지된 통상의 기술에 따라 변형될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 펩타이드는 아미노산 수를 증가시키거나 감소시킴으로써 변형될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 펩타이드의 활성을 감소시키지 않는 범위내에서, 결합에 직접적으로 관여하거나 보존되어야 하는 잔기를 제외한 특정 잔기 성분이나 그 순서를 바꿈으로써 변형될 수도 있다. 변형가능한 아미노산은 자연적으로 존재하는 L-α-아미노산 뿐만 아니라, β, γ, δ 아미노산은 물론 D-α-아미노산의 유도체로도 변형가능하다.
전형적으로, 하나의 아미노산이 치환된 펩타이드를 이용하여 정전기력이나 친수성이 결합에 미치는 영향을 조사한 결과, 양전하를 띄는 아미노산(예: Lys, Arg, His)이나 음전하를 띄는 아미노산(예: Glu, Asp, Asn, Gln)이 치환되면 민감도가 변화함을 알 수 있다. 이와 같이, 치환되거나 부가되는 잔기의 수나 형태는 필수적인 결합점 사이에 필요한 공간과 친수성 또는 소수성과 같이 요구되는 기능에 의해 결정된다. 이러한 치환에 의해 본 발명에 따른 펩타이드의 목적 단백질에 대한 친화도를 더 증가시킬 수 있다.
치환으로 인해 기능에 있어서 중요한 변화가 나타나기도 한다. 변화되는 잔기의 선택은 목적 위치에 존재하는 분자의 전기도, 소수성, 측쇄의 변화 또는 나선구조의 변화 등과 같이 펩타이드의 기본 골격을 유지하는데 큰 영향을 미치기도 한다. 일반적으로, 펩타이드의 성질에 중대한 변화를 일으키는 것은 세린과 같은 친수성 잔기가 루이신, 이소루이신, 페닐알라닌, 발린 또는 알라닌과 같은 소수성 잔기로 치환되거나, 라이신, 아르기닌 또는 히스티딘과 같이 전기적으로 양성인 잔기가 글루탐산이나 아스파르트산과 같은 전기적으로 음성인 잔기로 치환되거나, 글리신과 같이 측쇄를 갖지 않는 아미노산이 부피가 큰 측쇄를 갖는 잔기로 치환되는 경우이다.
이상 언급한 바와 같은 사실을 고려하여, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 특정 펩타이드를 그의 HRF에 대한 결합력 및 그에 따른 히스타민 분비 저해 활성을 유지 내지 증가시키거나 손상시키지 않는 범위내에서 통상의 기술을 이용하여 변형시킬 수 있으며, 이는 본 발명의 범위내에 속하는 것이다.
본 발명의 펩타이드는 HRF가 관여하는 모든 알러지 질환, 예를 들어, 천식; 비염; 담마진; 아나필락시스; 알러지성 기관지확장증; 음식, 약물, 화분 또는 벌레로 인한 알러지; 헤이 피버; 한냉두드러기; 또는 아토피성 피부염의 진단, 예방 또는 치료에 유용하다. 상기와 같은 알러지 질환을 앓고 있는 환자의 혈액에서는 모두 HRF가 검출되는 바(도 22 참조), 상기 알러지 질환의 진단, 예방 또는 치료에 본 발명에 따른 펩타이드가 유효하다는 것은 당업자에게 자명한 것이다.
따라서, 본 발명은 유효성분으로서 상기 펩타이드를 함유하는 알러지 예방 또는 치료용 조성물을 제공한다. 상기 펩타이드의 유효량은 체중 1 kg당 약 0.1∼5 ㎎일 수 있다. 본 발명의 조성물은 용액 또는 미셀 형태로 직접 주입되거나 제제화하여 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 조성물은 비경구 또는 국소투여에 의해 인체에 적용될 수 있는데, 정맥주사, 피하주사, 내피주사, 근육주사 등 주사에 의해 투여하는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 위해, 본 발명의 펩타이드를 약제학적으로 허용가능한 담체에 현탁시키거나 용해시키는데, 이 때 특히 수용성 담체를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 펩타이드는 알러지 진단 키트에도 효과적으로 사용될 수 있는 바, 본 발명에 따른 HRF 결합 펩타이드와 항-HRF 모노클로날 항체를 포함하는 진단 키트를 이용하는 시험에서, 혈액 반응시 양성으로 판정되면 알러젠이 없어도 알러지를 일으킬 수 있는 질환을 갖고 있는 것으로 판단할 수 있다. 즉, LPR 알러지 환자의 혈액에는 HRF가 부유하고 있으므로, 혈액 검사시 본 키트를 사용하면 HRF가 혈액에 존재하는지 여부를 알 수 있고 이로써 LPR 환자인지 여부를 확인할 수 있다. 본 발명에서는, 바닥에 HRF-결합 펩타이드를 부착시킨 후 혈액과 반응시키고, 여기에 컨쥬게이트된(conjugated) 항-HRF 모노클로날 항체를 가하는 방법을 사용할 수 있다.
한편, HRF는 번역에 의해 조절되는 종양 단백질(translationally controlled tumor protein)이라고도 불리우는데, 1998 년 비수티반(Bhisutthibhan) 등에 의해 항말라리아제인 아르테미시닌(Artemisinin)이 말라리아 단백질인 HRF에 결합하여 작용하는 것이 밝혀진 바 있다. 따라서, 본 발명에 따른 펩타이드도 HRF에 결합하는 활성을 가지므로, 아르테미시닌과 마찬가지로 말라리아의 예방 및 치료에 사용될 수 있다. 이 경우, 상기한 바 있는 투여경로와 투여량이 적용될 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적인 실시예에 의해 보다 상세히 설명하지만, 이것은본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 어떤 식으로든 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1: 효모 2-하이브리드 방법을 이용한 HRF의 (Na,K)ATPase 대형 세포질 루프에 대한 결합 실험
래트 골격근으로부터 총 세포질 RNA를 추출한 후 pJG4-5 벡터를 이용하여 효모 2-하이브리드 분석을 위한 cDNA 라이브러리를 제작하였다. (Na,K)ATPase의 α2 서브유닛을 이용하여 CD3 부위를 LexA DNA 결합 도메인(pEG202 벡터)에 삽입한 후 이것을 스크리닝을 위한 바이트(bait)로 사용하였다. 리포터 유전자를 활성화시킨 양성 클론을 선택하여 염기 서열분석(sequencing), 제한효소 맵핑과 BLAST 서치를 통한 서열분석을 행하였다. 이들 중 하나의 클론이 IgE-의존적 HRF의 서열과 완전 일치하였다.
(Na,K)ATPase의 α1 및 α2 서브유닛중 CD3 부위를 pEG202 벡터에 삽입한 후 이소폼(isoform)을 통한 상호작용을 조사하였다. 위에서 제조한 모든 작제물(constructs)을 LexAop-LEU2 및 LexAop-LacZ 리포터 유전자를 가진 효모 세포(EGY48/pSH18-34)에 형질전환시킨 후 선별 배지 플레이트에서 증식시켰다.
그 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1로부터, HRF의 수용체가 (Na,K)ATPase의 대형 세포질 루프(CD3)임을 확인할 수 있다.
실시예 2: 공면역침전법을 이용한 효모 및 COS-7 세포에서 HRF와(Na,K)ATPase의 상호작용 실험
글루코실 Ura-His-Trp- 및 갈락토실 Ura-His-Trp- 배지에서 실시예 1의 작제물로 형질전환된 효모 세포를 증식시킨 후, 3,000×g에서 5 분동안 원심분리하여 세포를 모았다. 모은 세포들을 다시 효모 용균 완충액(yeast lysis buffer; YLB)(50 mM Tris pH 8.0, 5 mM MgCl2, 150 mM NaCl, 50 mM NaF, 2 mM ZnCl2, 프로테아제 저해제 칵테일)에 재현탁시킨 후, 글래스 비드에 가하고 볼텍싱하였다. 여기에 RIPA 완충액(10 mM Tris pH 8.0, 100 mM NaCl, 1 mM EDTA, 1% NP4O, 0.5% 소듐 데옥시콜레이트, 0.1% SDS)을 가한 후, 10,000×g, 4 ℃에서 30 분동안 원심분리하였다.
위에서 제조된 세포 추출물에 IgG sorb(The Enzyme Center, Inc)을 가한 후, 4 ℃에서 30 분동안 인큐베이션한 후, 10,000×g에서 5 분동안 원심분리하였다. 여기에 다시 친화성-정제된 항-HA 12CA5 모노클로날 항체를 가한 후, 4 ℃에서 3 시간동안 또는 밤새 인큐베이션하였다. 위 면역 복합체에 50%의 단백질 A 아가로스 용액(Roche, USA)을 가하고 4 ℃에서 4 시간동안 인큐베이션하였다. 5 초동안 원심분리한 후, 펠렛을 RIPA 완충액과 세척 완충액(1 M NaCl, 10 mM Tris pH 8.0, 0.1% NP4O)으로 각각 세척하였다. 펠렛을 2×SDS 샘플 완충액에 재현탁한 후, SDS-PAGE 겔상에 로딩하였다. 상호작용하는 단백질을 조사하기 위하여 래빗 폴리클로날 LexA 항체를 사용하였다. 그 결과를 도 2에 나타내었으며, 이로부터 HRF와 (Na,K)ATPase의 대형 세포질 루프가 상호작용함을 확인하였다.
이어서, 포유세포에서의 상호작용을 조사하기 위하여, COS-7 세포를 DMEM+ 배지[10% 우태아 혈청, 100 유닛/㎖ 페니실린 및 100 유닛/㎖ 스트렙토마이신을 함유하는 둘베코스 변형 이글즈 배지(Dulbeccos modified Eagles medium)]에서 증식시켰다. pCDNAneo 벡터(Invitrogen)에 삽입한 N-말단 HA-태그된 HRF 작제물을 형질감염시켰다. COS-7 세포 추출물의 면역침전을 플로르키에비쯔(Florkiewicz) 등 (1998)의 방법에 따라 실행하였으며, 상호작용하는 단백질을 알아보기 위하여 래빗 폴리클로날 (Na,K)ATPase 항체를 사용하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었으며, 이로부터 포유세포인 COS-7 세포에서도 HRF와 (Na,K)ATPase의 대형 세포질 루프가 상호작용함을 확인할 수 있었다.
실시예 3: 바이아코어(Biacore) 분석을 이용한 (Na,K)ATPase와 HRF의 결합 친화도 측정 실험
CM5 센서 칩에 재조합 래트 HRF를 pH 4.0 10 mM 아세테이트에 10 mg/㎖의 농도로 고정시킨 후, HBS 완충액(0.01 M Hepes, pH 7.4, 0.15 M NaCl, 3 mM EDTA, 0.005% 계면활성제 P20)을 흘려 보정하였다. 여기에 50 mM NHS(N-하이드록시석신이미드)와 200 mM EDC(N-에틸-N-(3-디에틸아미노프로필)카보디이미드)를 흘려 활성화시킨 후 (Na,K)ATPase를 흘려 결합 친화도를 측정하였다. 그 결과를 도 4에 나타내었으며, Kd값은 8.5×10-7M이다.
실시예 4: 공촛점 현미경을 이용한 (Na,K)ATPase와 HRF의 상호작용 실험
COS-7 세포를 Ca2+과 Mg2+을 함유하는 3.7% 포름알데하이드로 10 분동안 고정시킨 후, 0.1% 사포닌을 함유하는 항-HRF 마우스 모노클로날 항체(1:100)(이화여자대학교 항체 센터로부터 제공받음) 및/또는 래빗 폴리클로날 (Na,K)ATPase 항체(1:100)를 1 시간동안 실온에서 가하여 염색하였다. 계속해서 항-마우스-FITC (1:100)와 항-래빗-로다민(1:100) 2 차 항체로 30 분동안 인큐베이션하였다. 항-표백제 용액을 가하고 레이저 공촛점 현미경(Leica TCSNT 시스템)으로 관찰하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다.
실시예 5: HRF의 세포막을 건너갈 수 있는 능력 측정 실험
pRSET-A 벡터에 PCR(polymerase chain reaction)로 클로닝한 래트 HRF 전장 서열[치트파티마(Chitpatima) 등, 1988]을 클로닝한 후,E. coli에서 과발현(overexpression)시켰다. 발현된 재조합 단백질을 His-결합 Ni 칼럼(Novagen)을 이용하여 정제하고 COS-7 세포 배양액에 가한 후, COS-7 세포를 Ca2+과 Mg2+을 함유하는 3.7% 포름알데하이드로 10 분동안 고정시켰다. 그 후, 0.1% 사포닌을 함유하는 항-His 모노클로날 항체(1:100)를 1 시간동안 실온에서 가하여 염색하였다. 계속해서 항-마우스-FITC(1:100) 2 차 항체로 30 분동안 인큐베이션하였다. 항-표백제 용액을 가하고 레이저 공촛점 현미경(Leica TCSNT 시스템)으로관찰하였다.
또한, 100 mm 배양 플레이트에서 배양된 COS-7 세포를 상기 방법으로 처리한 후, 각각 세포질과 세포막 부분으로 분리하고 10 % SDS-PAGE 겔에 로딩하여 항-His 모노클로날 항체를 이용하여 웨스턴 블랏팅을 수행하였다.
그 결과를 도 6a 및 6b에 나타내었으며, 이로부터 HRF를 가한지 1 분 후에 HRF가 세포내에서 검출됨을 확인할 수 있다.
실시예 6: HRF가 세포내 Na
+
농도에 미치는 영향 측정 실험
RBL-2H3 세포를 3.0×105∼1×106세포/㎖로 24 웰에 로딩한 후 37 ℃에서 18 시간동안 배양하였다. 여기에 최종농도가 8 M이 되도록 Hams F-12 배지(페놀레드 또는 혈청 결핍 2 mM 중탄산나트륨 및 10 mM HEPES pH 7.3)와 소듐 그린 테트라아세테이트(Molecular Probes, Eugene, OR) 염료를 혼합하고 세포에 로딩하였다(Amorino and Fox, 1995). 래트 IgE(Serotec)를 0.2 g/㎖로 45∼60 분동안 감작시킨 후, 약 20∼60 분동안 실온에서 배양하고 F-12 배지로 3 회 세척하였다. 계속해서 히스타민 방출 완충액에 포함된 HRF(10∼20 g/㎖)를 가한 후, 485/530 nm에서 15 분동안 마이크로타이터 리더(FL600, Bio-tek Instruments, Inc., Winooski, VT)로 형광 강도를 측정하였다. 이때, 캘리브레이션(Calibration)으로 그라미시딘(gramicidin) D(Sigma)를 이용하여 Na+와K+을 적정 농도로 혼합한 용액을 측정하였다(Amorino and Fox, 1995). 그 결과를 도 7에 나타내었으며, 이로부터 HRF가 세포내 Na+의 농도를 증가시킴을 알 수 있다.
실시예 7: HRF의 (Na,K)ATPase 활성 저해 실험
RBL-2H3 세포를 실시예 6에 기재된 방법으로 배양 및 감작시킨 후, 크렙스-링거 완충액(Krebs-Ringer buffer)(KRP, 140 mM NaCl, 5 mM KCl, 10 mM Na2HPO4, 1 mM MgSO4, 1.4 mM CaCl2, 2.5 mM 글루코스, pH 7.4)으로 3 회 세척하였다. 계속해서 세포를 37 ℃에서 15 분동안 인큐베이션한 후, 1 mM 우아바인(ouabain)을 포함한 0.1% 소 혈청 알부민(BSA) 함유 KRP 완충액을 가하였다.86Rb+(0.5 Ci/㎖, NEN)을 트래이서로 사용하여 5∼10 분동안 배양하고 10∼20 g/㎖ HRF을 가한 후 각각 5, 10, 15 분동안 K+-소비를 측정하였다. 그 결과를 도 8에 나타내었다. 도 8로부터 HRF가 (Na,K)ATPase의 활성도를 10.8%, 40.4% 및 50.7%로 감소시킴을 알 수 있다.
실시예 8: HRF가 세포내 Ca
2+
농도에 미치는 영향 측정 실험
RBL-2H3 세포를 실시예 6에 기재된 방법으로 배양한 후, 크렙스-링거 완충액(KRH, 125 mM NaCl, 1.2 mM KH2PO4, 1.2 mM MgSO4, 6 mM 글루코스, 2 mMCaCl2, 25 mM Hepes, pH 7.4)으로 세척하였다. 이어서 2 μM Fluo-3-AM(Molecular Probes, Eugene, OR)과 0.2% BSA를 포함한 KRH 완충액으로 30 분동안 인큐베이션시킨 후, DMEM 완전 배지로 10∼30 분동안 보정하였다. 계속해서 KRH 완충액으로 세척하고 실시예 6에 기재된 방법으로 감작시켰다. 감작 후 HRF, 항-IgE(Serotec), 각각의 저해제를 히스타민 방출 완충액(100 mM NaCl, 0.4 mM MgCl2, 5 mM KCl, 5.6 mM 글루코스, 0.1% BSA, 25 mM Hepes, pH 7.4)과 함께 칼슘의 유/무에 따라 처리하였다. 488/515 nm에서 fluo-3AM의 형광 강도를 레이저 스캐닝 공촛점 현미경으로 측정하였다. 그 결과를 도 9a에 나타내었다.
또한, 세포내 ROS를 2',7'-디클로로플루오레세인 디아세테이트(2',7'-dichlorofluorescein diacetate; DCFH-DA)를 사용하여 레이저 스캐닝 공촛점 현미경으로 측정하였다. 즉, RBL-2H3 세포를 IgE의 존재 또는 부재하에 완전 DMEM 배지에서 1 시간 배양하였다. 이어서, 크렙스-링거 용액으로 세척한 후, 5 μM DCFH-DA를 함유한 크렙스-링거 용액중에서 5 분간 배양하였다. 그 후, 488/515 nm에서 형광을 스캐닝하며 관찰하였다. 그 결과를 도 9b 및 9c에 나타내었다.
이상으로부터, HRF에 의해 세포내 Ca2+가 증가하고, 이때 Na/Ca 교환체에 의해 세포외 Ca2+이 소비되며(도 9a), IgE 존재시에는 ROS가 생성되고, 이로 인해 세포내 Ca2+이 더욱 증가함(도 9b 및 9c)을 확인할 수 있다.
실시예 9: HRF에 의한 Ca
2+
증가와 히스타민 분비의 관계 확인 실험
pRSET-A 벡터에 PCR로 클로닝한 래트 HRF 전장 서열[치트파티마 등, 1988]을 클로닝한 후,E. coli에서 과발현시켰다. 발현된 재조합 단백질을 His-결합 Ni 칼럼(Novagen)을 이용하여 정제하고 RBL-2H3 세포를 자극하기 위해 사용하였다. RBL-2H3을 1×106세포로 24-웰에서 증식시킨 후, 래트 IgE 항체(0.2 ㎍/㎖, Serotec)로 45∼60 분간 감작시키고 재조합 HRF 단백질을 20 ㎍/㎖과 상기에서 사용한 저해제로 각각 처리하였다. 상기에서 얻은 샘플을 RIA-분석 키트(Immunotech, 프랑스)를 이용하여 아실화된 히스타민으로 제조한 후125I-아실화된 히스타민과 모노클로날 항체에 경쟁 결합시켰다. 이 샘플을 다시 γ-계수기에서 측정하였다. 그 결과를 도 10에 나타내었다. 이로부터 IgE 존재하에 세포내 Ca2+농도가 높아지면 HRF에 의해 히스타민이 분비됨을 알 수 있다.
실시예 10: HRF에 결합하는 파아지 디스플레이 펩타이드 클론의 분리
HRF를 플라스틱 웰에 고정화(immobilization)시킨 후 헵타머 랜덤 리피트 펩타이드 라이브러리(7-mer random peptide library; New England Biolabs, USA)의 친화성 선별을 통해 HRF에 결합할 수 있는 펩타이드를 분리하였다.
약술하면, 코팅 완충액(0.1 M NaHCO3, pH8.6)에 20 ㎍/㎖ 농도로 용해시킨 HRF를 50 ㎕씩 폴리스티렌 마이크로타이터 플레이트에 가하고, 4 ℃에서 밤새 코팅한 후 BSA로 비특이적 결합을 차단하였다. 0.1 % Tween/TBS(TBST)로 6 회 세척한 후 파아지-디스플레이 펩타이드 라이브러리(phage-displayed peptide library) 원액 10 ㎕를 3 % BSA/TBS 40 ㎕에 희석한 용액을 가하고 실온에서 1 시간동안 정치하였다. TBST를 사용하여 5 분간 방치한 후 세척하되, 1 회 패닝(panning)시에는 한 번, 2 회와 3 회 패닝시에는 다섯 번, 4 회 패닝시에는 열 번 실시하였다. 글리신/HCl 완충액(pH 2.2) 50 ㎕를 가하고 5 분간 방치한 후 파아지를 용출하고 1 M Tris-HCl(pH 9.1) 8 ㎕로 중화하였다.
용출한 파아지 용액을 20 ㎖의 ER2537 배양액(OD600=0.5∼1)에 첨가하고 37 ℃ 쉐이킹 인큐베이터(shaking incubator; rpm=200)에서 2 시간 배양한 후 100 ㎖ SB 배지를 가하고 250 rpm에서 밤새 배양하였다. 배양액을 10,000 rpm(4 ℃)에서 15 분간 원심분리하여 얻은 상청액 100 ㎖에 30 ㎖의 5×PEG/NaCl(20% PEG(w/v), 15% NaCl(w/v))를 가하여 5 분동안 용해시키고 얼음에 30 분간 정치하였다. 10,000 rpm(4 ℃)에서 20 분간 원심분리한 후 상청액을 모두 제거하고 펠렛을 1 ㎖의 3% BSA/TBS에 부유시켰다. 그 후, 14,000 rpm에서 5 분간 원심분리한 상청액을 다음 패닝에 사용하였다. 친화성 정제와 파아지 복제를 4 회 반복한 후 얻은 용출 파아지의 적정 플레이트로부터 각각의 파아지 클론을 얻고 ELISA 분석을 통해 특이적인 친화도를 나타내는 파아지 클론만을 서열분석하여 펩타이드 서열을 확인하였다. 도 11에 상기 HRF 결합 펩타이드를 코딩하는 유전자의 분리과정을 개략적으로 도시하였다. 또한, HRF에 대해 우세한 결합을 나타내는 파아지 디스플레이 펩타이드를 하기 표 1에 나타내었다.
파아지 |
펩타이드 |
아미노산 서열 |
빈도 |
ph1 |
p1 |
LVTYPLP |
1 |
ph2 |
p2 |
WYVYPSM |
18 |
ph3 |
p3 |
SYLPYPY |
1 |
ph4 |
p4 |
WEFPGWM |
5 |
실시예 11: 파아지 ELISA 분석
하기와 같이, 실시예 10에서 얻은 파아지의 결합 친화도를 ELISA로 비교하였다.
즉, SB 배지에서 배양한 ER2537 배양액(OD600=0.5∼1) 1 ㎖씩에 각각의 파아지 플라크를 옮기고 37 ℃ 인큐베이터(rpm=250)에서 5 시간 배양하였다. 각각의 배양액 100 ㎕씩을 900 ㎕의 SB 배지에 가하고 밤새 배양한 후, 14,000 rpm에서 5 분씩 2 회 원심분리한 상청액을 ELISA 분석에 사용하였다.
HRF 또는 BSA(대조)를 코팅한 플라스틱 웰에, 분리해낸 각각의 파아지 용액을 동량의 6% BSA/PBS에 희석한 용액 50 ㎕씩을 가하고 2 시간동안 정치하였다. PBST로 5 회 세척한 후 3 % BSA/PBS에 1:5000으로 희석한 HRP-컨쥬게이트된 항-M13 항체(Pharmacia) 100 ㎕씩을 가하고 1 시간동안 정치하였다. PBST로 6 회, PBS로 1 회 세척한 후 퍼옥시다아제(peroxydase) 기질 용액 100 ㎕씩을 가하여 발색 정도를 ELISA 리더를 사용하여 405 nm에서 측정하였다. 그 결과를 도 12에 나타내었다. 이로부터, 본 발명의 파아지 ph1, ph2 및 ph4, 특히 ph2 및 ph4가 HRF에 특이적으로 결합함을 알 수 있다.
실시예 12: 농도에 따른 HRF와 파아지 클론의 결합력 측정
HRF를 20㎍/㎖ 농도에서부터 1/5로 연속적으로 희석한 후(각각 20, 4, 0.8, 0.16, 0.032 ㎍/㎖) 50㎕ 씩 플라스틱 웰에 고정화하였다. 여기에 역시 1/5 씩 연속적으로 희석한(원액의 1/2, 1/10, 1/50, 1/250, 1/1250) 파아지 ph2 용액을 가하여 ELISA 분석를 실시하고 405 nm에서 발색정도를 측정하였다. 그 결과를 도 13에 나타내었다. 도 13으로부터, 본 발명에 따른 파아지 ph2 클론이 HRF를 0.4, 0.08, 0.016 및 0.032 ㎍/㎖까지 희석한 경우에도 HRF와의 특이적 결합력을 유지하고 있음을 확인하였다.
실시예 13: 경쟁 결합 분석
a) ELISA 분석을 통해 특이적인 친화도를 나타내는 파아지 클론(ph2 및 ph4)만을 서열분석하여 디스플레이된 펩타이드 서열을 확인한 후, 헵타머 펩타이드(p2 및 p4)를 제작하였다. 또한, 음성 대조군으로서 랜덤 펩타이드(ran, 아미노산 서열: LMEGCRA)를 합성하였다. HRF를 코팅한 웰에 1000 nM에서부터 연속적으로 6% BSA/PBS에 희석한(1000, 100, 10, 1, 0.1, 0.01, 0.001 nM) 펩타이드 용액 30 ㎕씩을 가하고 실온에서 30 분간 정치한 후, 여기에 파아지 원액을 1/25로 희석한 것을 가하여 2 시간 더 정치하였다. PBST로 5 회 세척한 후 HRP-컨쥬게이트된 항-M13 항체를 100 ㎕씩 가하고 1 시간 정치하였다. PBST로 6 회, PBS로 1 회 세척한 후, 퍼옥시다아제 기질 용액 100 ㎕씩을 가하여 발색 정도를 통해 경쟁 여부를 확인하였다. 그 결과를 도 14a 및 14b에 나타내었다. 이로부터, 합성 펩타이드 p2 및 p4가 모두 파아지 클론 ph2 및 ph4와 경쟁적으로 HRF에 결합함을 알 수 있다.
b) p1, p2 및 p4가 HRF의 동일한 부위에 결합하는지 여부를 시험하기 위하여, 상기 a)와 실질적으로 동일한 방법에 따라 HRF를 코팅하고 ph2에 대한 p1, p2 및 p4의 경쟁결합 분석을 수행하였다. 그 결과를 도 14c에 나타내었다. 이로부터, p1, p2 및 p4가 모두 HRF의 동일 부위에 결합함을 알 수 있다.
실시예 14: HRF 결합 펩타이드의 아미노산 서열 변이
본 발명에 따른 헵타머 펩타이드의 HRF 결합 친화도에 관여하는 잔기를 확인하기 위하여, p2의 아미노산 서열을 하나씩 알라닌(A)으로 치환하고, 단 m5의 경우에만 라이신(K)으로 치환하였다(표 2 참조).
헵타펩타이드 |
아미노산 서열 |
p2 |
WYVYPSM |
m1 |
AYVYPSM |
m2 |
WAVYPSM |
m3 |
WYAYPSM |
m4 |
WYVAPSM |
m5 |
WYVYKSM |
m6 |
WYVYPAM |
m7 |
WYVYPSA |
상기 펩타이드의 HRF 결합능을 실시예 11과 실질적으로 동일한 방법으로 측정하였다. 그 결과를 도 15에 나타내었다. 이로부터, HRF 결합능이 p2, m6>m7>m3>m2>m5>m1>m4임을 알 수 있다.
실시예 15: 히스타민 분비 측정
pRSET-A 벡터에 PCR로 클로닝된 래트 HRF 전장 서열(Chitpatima 등, 1988)을 클로닝한 후,E. coli에서 과발현시켰다. 발현된 재조합 단백질을 His-결합 Ni 칼럼(Novagen)을 이용하여 정제하고 RBL-2H3 세포를 자극하기 위해 사용하였다. RBL-2H3을 1×106세포로 24-웰에서 증식시킨 후, 래트 IgE 항체(0.2 ㎍/㎖, Serotec)로 45∼60 분간 감작시키고 재조합 HRF 단백질을 20 ㎍/㎖로 처리하였다(양성 대조군). 상기에서 준비한 세포에 헵타머 펩타이드 p1 및 p2를 용량-의존적 방법으로 처리하였다. 또한, 재조합 HRF 단백질과 펩타이드 p1, p2, p4 및 m1 내지 m7을 20 ㎍/㎖로 HRF와 동일한 농도로 처리하였다.
상기에서 얻은 샘플을 RIA-분석 키트(Immunotech, 프랑스)를 이용하여 아실화된 히스타민으로 제조한 후125I-아실화된 히스타민과 모노클로날 항체에 경쟁 결합시켰다. 이 샘플을 다시 γ-계수기에서 측정하였다. 그 결과를 도 16 및 17에 나타내었다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 서열번호 14의 펩타이드(p2)를 RBL-2H3 세포에 가한 경우, 0.01 ㎍/㎖에서부터 HRF에 의한 히스타민 분비를 저해하였다. 또한, 도 17에 나타낸 바와 같이, p1, p2, p4 및 m1 내지 m7을 20 ㎍/㎖를 가하였을 때, m2>m5>m4>p2>m3>p1=p4>m1>m7>의 순서로 HRF에 의한 히스타민 분비를 저해하며, m6의 경우 히스타민 분비를 오히려 증가시킴을 관찰하였다.