KR100614714B1 - gp41 단편의 아세틸화 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원핵 숙주 세포에서 약 10 내지 50개의 아미노산 길이의 항푸소젠성 펩타이드를 제조하는 방법으로서, 비융합 항푸소젠성 펩타이드 또는 이의 융합 펩타이드의 봉입체가 형성되는 조건하에서, (a) 항푸소젠성 펩타이드를 비융합 펩타이드로서 암호화하거나 약 4 내지 30개의 아미노산 길이의 추가 펩타이드에 N-말단이 연결된 상기 항푸소젠성 펩타이드로 구성된 약 14 내지 70개의 아미노산 길이의 융합 펩타이드를 암호화하는 핵산을 숙주 세포에서 발현시키는 단계; (b) 숙주 세포를 배양하는 단계; (c) 봉입체를 회수하고 가용화하는 단계; (d) 융합 펩타이드의 경우 추가 펩타이드로부터 항푸소젠성 펩타이드를 절단하는 단계; 및 (e) 항푸소젠성 펩타이드를 단리하는 단계를 특징으로 하는, 항푸소젠성 펩타이드의 제조 방법을 제공한다.

Description

gp41 단편의 아세틸화{ACETYLATION OF GP41 FRAGMENTS}
본 발명은 바이러스의 표적 세포의 막과의 융합을 억제하는 펩타이드의 재조합 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 인간 면역 결핍 바이러스(HIV), 유인원 면역 결핍 바이러스(SIV), 홍역 바이러스(MEV), 호흡기 합포체 바이러스(RSV) 같은 인플루엔자 바이러스, 또는 인간 파라인플루엔자 바이러스(HPV) 같은 렌티바이러스(lentivirus)의 펩타이드 억제제의 재조합 제조 방법에 관한 것이다.
바이러스의 세포 막과의 융합은 외피보유 바이러스, 예컨대 HIV-I, HIV-II, RSV, 홍역 바이러스, 인플루엔자 바이러스, 파라인플루엔자 바이러스, 엡스타인-바르(Epstein-Barr) 바이러스 및 간염 바이러스의 세포 내로의 진입을 위한 필수 단계이다. 세포에 진입한 후, 바이러스 복제의 단계적 반응이 개시되어 바이러스 복제를 일으킨다.
HIV는 렌티바이러스 속의 일원이며, 이는 복잡한 게놈을 소유하고 원뿔 모양의 캡시드(capsid) 핵심 입자를 나타내는 레트로바이러스를 포함한다. 렌티바이러스의 다른 예로는 유인원 면역결핍 바이러스(SIV), 비스나(visna) 바이러스 및 말 감염성 빈혈증 바이러스(EIAV)가 포함된다. 모든 레트로바이러스와 마찬가지로, HIV의 게놈은 RNA에 의해 암호화되고, 이는 새로운 숙주 세포에 진입하여 곧 바이러스성 역전사 효소에 의해 바이러스성 DNA로 역전사된다. 인플루엔자 바이러스 및 이의 세포 진입 기전은 문헌[Bullough, P. A., et al., Nature 371 (1994) 37-43; Carr, C. M., and Kim, P. S., Cell 73 (1993) 823-832; 및 Wilson, I. A., et al., Nature 289 (1981) 366-373]에 기술되어 있다.
모든 렌티바이러스는 숙주 세포의 막으로부터 유도된 지질 이중층에 의해 피복된다. 노출된 표면 당단백질(SU, gp120)은 막통과 단백질(TM, gp41)과의 상호작용을 통해 바이러스에 부착된다. 또한, 지질 이중층은 숙주 세포로부터 유도된, 주요 조직적합성 항원, 액틴 및 유비퀴틴(ubiquitin)을 비롯한 몇몇 세포 막 단백질을 함유한다(문헌[Arthur, L. O., et al., Science 258 (1992) 1935-1938] 참조). 기질(matrix) 단백질(MP, p17)의 약 2000 복제본(copy)을 포함하는 매트릭스 쉘(shell)은 바이러스 막의 내부 표면에 줄지어 있고, 캡시드 단백질(CP, p24)의 약 2000 복제본을 포함하는 원뿔 캡시드 핵심 입자는 바이러스의 중심에 위치한다. 캡시드 입자는 스플라이싱되지 않은 바이러스 게놈의 2개 복제본을 싸고, 이것은 뉴클레오캡시드 단백질(NC, p7)의 약 2000 복제본과의 리보핵산단백질 복합체로서 안정화되고, 또한 3가지의 필수적인 바이러스 암호화 효소, 즉 단백질 분해 효소(PR), 역전사효소(RT) 및 인터그라제(integrase: IN)를 함유한다. 또한, 바이러스 입자는 보조 단백질, Nef, Vif 및 Vpr을 함께 포장한다. 숙주 세포에서 작용하는 3가지 추가의 보조 단백질인 Rev, Tat 및 Vpu는 함께 포장되지 않는 것으로 보인다.
HIV의 경우, 바이러스 진입은 HIV 외피 표면 당단백질과 관련되어 있다(문헌[Lawless, M. K., et al., Biochemistry 35 (1996) 13697-13708; 및 Turner, B. G., and Summers, M. F., J. Mol. Biol. 285 (1999) 1-32] 참조). HIV-1의 경우, 이 표면 단백질은 단일의 160kD 전구체 단백질로서 합성되고, 이는 세포 단백질 분해 효소에 의해 2개의 당단백질 gp41 및 gp120으로 절단된다. gp41은 막통과 단백질이고, gp120은 세포외 단백질로서 삼합체 또는 다합체 형태로 gp41과 비공유적으로 연결되어 있다(문헌[Hammarskjold, M. -L., et al., Biochim. Biophys. Acta 989 (1989) 269-280] 참조). CD4 표면 단백질이 HIV-1 바이러스에 대한 세포 수용기로서 행동하기 때문에 HIV는 CD4+ 림프구를 표적으로 한다. 세포 내로의 바이러스의 진입은 세포 CD4+ 수용기 분자에 대한 gp120 결합에 의존하고, 한편 gp41은 외피 당단백 복합체를 바이러스 막에 고정시키고 막 융합을 매개한다(문헌[McDougal, J. S., et al., Science 231 (1986) 382-385; 및 Maddon, P. J., et al., Cell 47 (1986) 333-348] 참조).
gp41은 바이러스 막과 세포 막의 융합을 매개하는 막통과 아단위(subunit)이다. gp41 엑토도메인(ectodomain) 핵심은, 각각 역방향평행(antiparallel) C 나선과 쌍을 이룬 N 나선으로 구성된 3개의 나선형 헤어핀(hairpin)으로 구성된 6개의 나선의 묶음(bundle)이다(문헌[Chan, D. C., et al., Cell 89 (1997) 263-273; Weissenhorn, W., et al., Nature 387 (1997) 426-430; 및 Tan, K., et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94 (1997) 12303-12308] 참조). N 나선은 3개의 보존된 소수성 홈(groove)을 갖는 내부의 삼합체의 꼬인(coiled) 코일을 형성하고, 이들 각각의 홈 내로 C 나선이 포장된다. 이러한 구조는 아마 gp41의 융합-활성 상태의 핵심에 상응한다. 문헌[Chan, D. C., et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95 (1998) 15613-15617]에 따르면 HIV 유형 I gp41의 꼬인 코일의 현저한 공동(cavity)이 유력한 약물 표적이라는 증거가 있다.
gp41이 막 융합을 매개하는 기전은 꼬인 코일 삼합체의 형성을 포함하는 것으로 추정되며, 이는 예컨대 인플루엔자 적혈구 응집소(hemagglutinin)에 대하여 기술된 바와 같이 휴지 상태로부터 푸소젠(fusogen: 융합유도원) 상태로의 전이를 구동시키는 것으로 여겨진다(문헌[Wilson, I. A., et al., Nature 289 (1981) 366-373; Carr, C. M., and Kim, P. S., Cell 73 (1993) 823-832; 및 Bullough, P. A., et al., Nature 371 (1994) 37-43] 참조).
외피보유 바이러스의 C 펩타이드(C 나선에 상응하는 펩타이드), 예컨대 DP178 및 C34는 HIV-1의 실험용으로 변형된 균주 및 1차 단리물 둘 모두에 의한 막 융합을 둘 다 강력하게 억제한다(문헌[Malashkevich, V. N., et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95 (1998) 9134-9139; 및 Wild, C. T., et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91 (1994) 9770-9774] 참조). C 펩타이드 DP178을 이용한 임상 I상 시험 결과는 이것이 생체내 항바이러스 활성을 가지므로 바이러스성 부하(load)를 감소시키는 결과를 가져올 것임을 시사하고 있다(문헌[Kilby, J. M., et al., Nature Medicine 4 (1998) 1302-1307] 참조). gp41 핵심의 구조적 특징은 C 펩타이드가 gp41의 중심 꼬인 코일에 결합하여 이의 불활성화를 일으키는 지배적-부정적(dominant-negative) 기전을 통해 이 펩타이드가 작용함을 시사하고 있다(문헌[Chan, D. C., et al., Cell 93 (1998) 681-684] 참조).
각각의 꼬인 코일 계면 내에 N 나선 꼬인 코일의 잔기의 집합에 의해 형성된 깊은 공동이 있고, 이는 항바이러스 화합물의 개발을 위한 유력한 표적으로서 제시되었다. C 나선으로부터의 3개의 잔기(Trp-628, Trp-631 및 Ile-635)가 이들 공동으로 삽입되고 광범위한 소수성 접촉(contact)을 만든다. 돌연 변이 분석에서는 이 공동을 포함하는 2개의 N 나선 잔기(Leu-568 및 Trp-571)가 막 융합 활성에 결정적인 것으로 나타난다(문헌[Cao, J., et al., J. Virol. 67 (1993) 2747-2755] 참조). 따라서, 이 공동에 높은 친화도로 결합하여 정상의 N 및 C 나선 결합(pairing)을 방지하는 화합물은 효과적인 HIV-1 억제제일 수 있다. 공동 내의 잔기는 다양한 HIV-1 단리물중에 고도로 보존된다. 더욱이, 공동-결합 구역(region)을 함유하는 C 펩타이드는 이 영역이 결핍된 DP178보다 저항성 바이러스의 진화에 대하여 감수성이 훨씬 더 적다(문헌[Rimsky, L. T., et al., J. Virol. 72 (1998) 986-993] 참조). 이러한 관찰은 고도로 보존된 꼬인 코일 표면, 특히 이의 공동을 표적으로 하는 높은 친화도 리간드는 다양한 HIV 단리물에 대하여 넓은 활성을 갖고 약물-이탈(escape) 돌연변이체에 의해 우회되기 어려울 것임을 시사한다.
외피 융합 단백질의 푸소젠 구조는 인플루엔자, 몰로니(Moloney) 쥐 백혈병 바이러스 및 유인원 면역결핍 바이러스(문헌[Chan, D. C., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95 (1998) 15613-15617]에서 인용됨), 인간 호흡기 합포체 바이러스, 에볼라, 인간 T 세포 백혈병 바이러스 및 유인원 파라인플루엔자에서 나타난다. 이는 오르토믹소비리대(orthomyxoviridae), 파리믹소비리대(paramyxoviridae), 레트로비리대(retroviridae) 및 기타 유사한 필로비리대(filoviridae) 과 사이의 밀접한 관계를 나타내며, 이들에서 표적 세포로의 바이러스 진입은 HIV-1의 gp41, 인플루엔자의 적혈구 응집소, 에볼라의 GP2 등 같은 유사 막통과 당단백에 의해 가능하게 된다(문헌[Zhao, X., et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97 (2000) 14172-14177] 참조).
종래의 기술로서 펩타이드성 억제제(C 펩타이드)의 제조 방법이 기술되어 있다(문헌[Root, M. J., et al., Science 291 (2001) 884-888] 참조). 루트(Root) 등은 HIV-1, HXB2로부터 유래되고 잔기 625 내지 661을 함유하는 펩타이드 C37-H6을 기술하고 있다. 이는 대장균(E. coli)에서 발현되고 세균성 용해질(lysate)의 가용성 분획으로부터 정제된 GGR-연결자 및 히스티딘 표지(tag)를 갖는 N40-절편으로서 재조합적으로 표현되었다. 자오(Zhao, X) 등은 문헌[Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97 (2000) 14172-14177]에서 잔기 153 내지 209, G-풍부 연결자, 잔기 476 내지 524, 인자 Xa 절단 부위 및 his-표지를 암호화하는 합성 유전자 recRSV-1(인간 호흡기 합포체 바이러스)를 기술하고 있다. 첸(Chen, C. H.) 등은 문헌[J. Virol. 67 (1995) 3771-3777]에서 MBP에 융합된, 잔기 540 내지 686로서의 합성된 gp41의 세포외 영역의 융합 단백질의 재조합적 발현을 기술하고 있다.
예컨대, 감염되지 않은 세포로의 레트로바이러스 전달을 억제함을 포함하는, 항푸소젠성(antifusogenic) 펩타이드로도 알려진 이러한 막 융합-관련 사건의 다수의 펩타이드성 억제제가 공지되어 있다. 이러한 펩타이드는 예컨대 문헌[Lambert, D. M., et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93 (1996) 2186-2191], 미국 특허 제 6,013,263 호, 제 6,017,536 호 및 제 6,020,459 호, 및 국제 출원 공개 제 WO 00/69902 호, 제 WO 99/59615 호 및 제 WO 96/40191 호에 기술되어 있다. 융합 관련 사건의 추가 펩타이드가 예컨대 미국 특허 제 6,093,794 호, 제 6,060,065 호, 제 6,020,459 호, 제 6,017,536 호, 제 6,013,263 호, 제 5,464,933 호, 제 5,656,480 호 및 국제 출원 공개 제 WO 96/19495 호에 기술되어 있다.
바이러스 융합을 억제하는 HIV-1 gp41 엑토도메인으로부터 유래된 선형 펩타이드의 예로는 DP-107 및 DP-178이 있다. DP-107은 N-말단 융합 펩타이드 부근의 gp41의 부분이고 나선형으로 보이고, 이는 꼬인 코일 형성과 일치하는 방식으로 강력하게 올리고머화된다(문헌[Gallaher, W. R., et al., Aids Res. Hum. Retrovirus 5 (1989) 431-440; 및 Weissenhorn, W., et al., Nature 387 (1997) 426-430] 참조). DP-178은 gp41 엑토도메인의 C-말단 구역으로부터 유래된다(문헌[Weissenhorn, W., et al., Nature 387 (1997) 426-430] 참조). 용액중에서 식별할 수 있는 구조를 갖지 않지만, 이 펩타이드 및 이로부터의 구속된 유사체는 나선형 구조를 취하고, gp41의 N-말단 꼬인 코일 삼합체의 홈에 결합함으로써 gp41의 푸소젠 상태로의 변형을 방지한다(문헌[Judice, J. K., et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94 (1997) 13426-13430] 참조).
보통, 이러한 단쇄 펩타이드는 화학적 합성에 의해 제조된다. 화학적 합성 방법이 예컨대 문헌[Mergler, M., et al., Tetrahedron Letters 29 (1988) 4005-4008 and 4009-4012; Andersson, L., et al., Biopolymers 55 (2000) 227-250; 및 Jones, J. H., J. Pept. Sci. 6 (2000) 201-207]에 기술되어 있다. 또 다른 방법이 국제 출원 공개 제 WO 99/48513 호에 기술되어 있다.
그러나, 화학적 펩타이드 합성법은 몇몇 단점을 갖고 있다. 가장 중요한 것은 라세미화인데, 이는 광학적 순도를 불충분하게 만든다. 펩타이드 화학에서, 라세미화는 또한 몇몇 키랄 중심중의 하나에서 에피머화를 의미한다. 단일 커플링 단계에서 단지 1%의 라세미화만이 일어나더라도, 100개의 커플링 단계를 거치면 표적 펩타이드의 단지 61%만이 수득된다(문헌[Jakubke, H. D., Peptide, Spektrum Akad. Verlag, Heidelberg (1996), p. 198] 참조). 쇄 길이의 성장과 함께 불순분의 수가 증가하고 이의 제거가 더더욱 어렵고 비용이 많이 들게 됨은 자명하다.
대규모의 화학적 합성은 고비용과 출발 물질로서 보호된 아미노산 유도체의 이용성 부족으로 제한받는다. 한편, 이들 출발 물질은 완전한 반응을 가능하게 하기 위하여 과량으로 사용되어야 하고, 다른 한편 이들 사용은 비용 사정, 안전성 및 환경 측면에 균형을 맞춰야 한다(문헌[Andersson et al., Biopolymers 55 (2000) 227-250] 참조).
또한, 펩타이드는 재조합 DNA 기술로 제조될 수 있다. 50개 초과의 아미노산 쇄 길이의 가용성 단백질의 재조합 제조는 현재 기술적 수준에서 공지되어 있고, 50개 미만의 아미노산의 펩타이드의 제조는 몇 가지 단점을 갖고 있다[Doebeli, H., et al, Protein Expression and Purification 12 (1998) 404-414] 참조). 보통, 이러한 단쇄 또는 중쇄 펩타이드는 안정적으로 발현되지 않는다. 이들은 고유의 펩티다제에 의해 공격을 받아 분해된다. 이는 이들의 작은 크기때문이거나 고도로 정렬된 3차 구조가 없기 때문일 수 있다(국제 출원 공개 제 WO 00/31279 호 참조). 다른 연구자들은 펩타이드의 재조합 제조는 안정한 발현을 위해 60 내지 80개의 아미노산의 최소 쇄 길이가 필요하다는 것을 밝혔고, 이러한 펩타이드는 봉입체(inclusion body)가 아니라 가용성 펩타이드로서 제조된다는 것이 더 통상적인 지식이다(문헌[van Heeke, G., et al., Methods in Molecular Biology 36 (1994) 245-260, eds. B. M. Dunn and M. W. Pennington, Humana Press Inc., Totowa, N.J.); 및 Goldberg et al., Maximizing Gene Expression (1986), pp. 287-314, eds. Reznikoff, W., and Gold, L., Butterworks, Stoneham, MA] 참조). 짧은 펩타이드의 재조합 제조는, 이러한 펩타이드가 원핵 생물에서 발현되는 경우, 이들이 가용성으로 존재하여 원핵성 펩티다제에 의해 즉시 분해될 수 있기 때문에 특히 성공적이지 못하다. 이 문제를 피하기 위하여, 통상의 지식에 따라 이러한 펩타이드는 큰(150 내지 200개 초과의 아미노산) 융합 단백질로서 발현되고, 이에 따라 융합 꼬리(tail)는 융합 단백질을 완전히 가용성으로 만들어 봉입체의 형성을 피하거나, 또는 융합 꼬리는 원핵 생물에서 재조합 발현중 봉입체를 형성하는 단백질로서 이러한 융합 꼬리 및 목적한 짧은 펩타이드로 구성된 융합 단백질은 또한 원핵 생물에서 과발현중 봉입체를 형성할 것이다. 이러한 방법의 중대한 단점은 융합 꼬리의 분자량이 목적한 펩타이드의 분자량보다 상당히 크다는 점이다. 따라서, 목적한 펩타이드의 수율이 매우 낮고, 과량의 절단된 융합 꼬리를 분리해내야 한다.
레파지(Lepage, P.) 등의 문헌[Analytical Biochemistry 213 (1993) 40-48]에는 HIV-1Rev 펩타이드의 제조를 위한 재조합 방법이 기술되어 있다. 이 펩타이드는 스타필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus) 단백질 A의 합성 면역글루불린 유형 G(IgG) 결합 도메인과의 융합 단백질로서 발현된다. 이 펩타이드는 약 20개의 아미노산 길이를 갖는 반면, IgG-결합 부분은 약 170개의 아미노산 길이를 가지므로, 발현된 융합 단백질이 약 190개의 아미노산의 전체 길이를 갖는다. 이 융합 단백질은 배지에서 가용성 형태로 발현되고 분비되어 친화도 크로마토그래피로 정제된다. 이 저자는 이 방법으로 배양액 1ℓ당 수백 mg의 양으로 재조합 단백질을 제조할 수 있다고 보고하였다. 그러나, 이 방법론은 신호 펩타이드 서열 내에서의 또 다른 공정 및 융합된 단백질과 절단 펩타이드의 여러 번역후 변형으로 인하여 제한된다. 아미노산의 평균 분자량을 110달톤으로 가정할 때, 목적한 펩타이드는 약 2,000 내지 5,000달톤의 분자량을 갖는 반면, 스타필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus) 단백질 A의 IgG 결합 도메인이 융합 꼬리로 사용되는 경우, 이 융합 꼬리는 적어도 170개의 아미노산(약 19,000달톤)의 길이를 갖는다. 그러므로, 재조합적으로 제조된 단백질의 10 내지 25%만이 목적한 펩타이드이다.
유럽 특허 제 EP 0 673 948 호에는 발현 벡터 pSEM3(문헌[Knapp, S., et al., BioTechniques 8 (1990) 280-281] 참조)을 이용하여 β-갈락토시다제와의 융합 단백질로서 gp41 펩타이드를 재조합적으로 제조하는 방법이 기술되어 있다. 이 융합 단백질은 N-말단 375개의 아미노산을 암호화하는 β-갈락토시다제 유전자의 큰 부분 및 추가의 23개 코돈의 다중연결자 서열을 함유한다.
대장균(E. coli)에서 큰 융합 단백질을 통해 작은 펩타이드를 재조합 제조하는 추가의 예 및 방법이 문헌[Uhlen and Moks, "Gene Fusions For Purposes of Expression, An Introduction" in Methods in Enzymology 185 (1990) 129-143, Academic Press]에 기술되어 있다. "봉입체" 방식을 통한 제조와 관련하여, 울렌(Uhlen)과 목스(Moks)는 trpE, cII 및, 또한 β-갈락토시다제 같은 융합 부분을 포함하는 큰 융합 생성물을 언급하고 있다. 문헌[Ningyi, L., et al., Gaojishu Tongxun 10 (2000) 28-31]에서는 대장균(E. coli)에서 p24 gag 유전자의 재조합 발현을 기술하고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 봉입체 경로를 통하여 항푸소젠성 펩타이드를 고수율로 재조합적으로 제조할 수 있게 하고 이러한 펩타이드의 대규모 산업적 생산에 적합한 방법을 제공하는 것이다.
발명의 요약
따라서, 본 발명은 항푸소젠성 펩타이드를 원핵 숙주 세포에서 약 약 14 내지 70개 아미노산 길이의 융합 펩타이드로서 제조하는 방법으로서, 상기 융합 펩타이드의 봉입체가 형성되는 조건하에서,
(a) 약 4 내지 30개의 아미노산 길이의 추가 펩타이드에 N-말단이 연결된 약 10 내지 50개의 아미노산 길이의 항푸소젠성 펩타이드로 구성된 융합 펩타이드를 암호화하는 핵산을 숙주 세포에서 발현시키는 단계;
(b) 숙주 세포를 배양하는 단계;
(c) 형성된 봉입체를 회수하고 가용화하는 단계; 및
(d) 융합 펩타이드를 단리하는 단계
를 특징으로 하는, 항푸소젠성 펩타이드의 제조 방법을 제공한다.
바람직하게는, 항푸소젠성 펩타이드는 봉입체의 가용화중 또는 가용화후 추가 펩타이드로부터 절단된다. 바람직하게는, 항푸소젠성 펩타이드는 렌티바이러스 속 바이러스의 외피 융합 단백질의 막통과 서브유니트의 C 나선의 단편이다.
상기 추가 펩타이드는, 비융합 펩타이드로서 상기 숙주 세포에서 재조합적으로 발현되는 경우, 매우 짧기 때문에 봉입체의 형태로서 발견되지 않는다.
본 발명의 바람직한 실시태양에서, 추가 펩타이드는 제 1 부분 및/또는 제 2 부분으로 구성되며, 이때
(a) 제 1 부분은 융합 펩타이드의 등전점(isoelectric point)에 영향을 미치는 1 내지 20개의 아미노산, 바람직하게는 친수성 아미노산의 연장부이고/이거나 제 1 부분은 용해도 및 크로마토그래피 분리 수지와의 상호작용에 있어서 항푸소젠성 펩타이드와는 상당히 다르고/다르거나 절단 단백질 분해 효소의 접근을 향상시키고(문헌[Polyak, S. W., et al., Protein Eng. 10 (1997) 615-619] 참조),
(b) 제 2 부분은 1 내지 10개의 아미노산(예컨대, 하기 표 3 참조)의 절단될 수 있는 펩타이드성 연결자 구역이고 푸소젠성 펩타이드의 N-말단 및 제 1 부분의 C-말단에 인접하여 위치한다.
추가 펩타이드가 제 1 부분 또는 제 2 부분만으로 구성되는 경우, 이 부분은 바람직하게는 mRNA 발현중 안정화를 위하여 적어도 4개의 아미노산(출발 코돈 부호화 메티오닌 포함) 길이를 갖는다. 바람직하게는, 이 4개의 아미노산은 적어도 하나의 아르기닌을 포함한다.
본 발명의 추가의 실시태양에서, 항푸소젠성 펩타이드는 이의 C-말단에 부착된 글라이신을 함유한다. 이 글라이신은 효소적 C-말단 아미드화에 유용하다.
본 발명의 바람직한 실시태양에서, 융합 펩타이드에서 항푸소젠성 펩타이드의 분자량과 추가 펩타이드의 분자량의 비율은 10:1 내지 1:2이다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시태양은 본 발명에 따른 융합 펩타이드를 암호화하는 핵산을 함유하는 원핵성 발현 벡터 및 상기 펩타이드의 재조합적 제조를 위한 이의 사용을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시태양은 본 발명에 따른 융합 펩타이드의 봉입체의 제조물 및 이러한 봉입체의 제조 방법을 포함한다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시태양은 본 발명에 따른 융합 펩타이드를 암호화하는 핵산을 포함한다.
도 1은 Xa-T 1357을 암호화하는 발현 벡터를 나타낸다.
본 발명자들은 봉입체 경로를 통하여 대장균(E. coli) 같은 원핵 생물에서 단쇄의 항푸소젠성 펩타이드(바람직하게는, 10 내지 50개의 아미노산 길이, 더욱 바람직하게는 10 내지 40개의 아미노산 길이)가 70개의 아미노산 길이 이하의 짧은 융합 펩타이드로서 성공적으로 발현될 수 있다는 놀라운 사실을 발견하였다.
본 발명에 따라, 추가 펩타이드에 N-말단이 연결된 항푸소젠성 펩타이드로 구성된 융합 펩타이드가, 불용성 단백질 봉입체가 형성되는 조건하에서 원핵 생물에서 과발현된다. 봉입체는, 원형질막 주위공간(periplasm) 또는 매질 내로 가용성 단백질의 분비를 가능케 하는 신호 서열을 함유하지 않는 발현 벡터가 사용되는 경우 세포질에서 발견된다. 이 봉입체는 예컨대 세포 용해후 원심분리에 의해 다른 세포 성분으로부터 분리된다. 이 봉입체는 구아니딘 염산염, 우레아와 같은 변성제, 아르기닌 같은 물질, 또는 KOH 또는 NaOH 같은 강염기에 의해 가용화된다. 가용화후, 보통 이러한 단백질은 희석 또는 투석에 의해 되접힌다. 본 발명의 방법에 따라 제조되는 융합 펩타이드는 디설파이드 다리를 갖지 않는 단쇄 펩타이드이므로 재생(renaturation)이 필요하지 않다. 가용화후, pH 등 같은 용액 조건은 추가 펩타이드가 절단될 수 있도록 하는 방식으로 간단히 조정되고, 필요시 절단을 수행한다. 이어서, 융합 펩타이드 또는 항푸소젠성 펩타이드를 간단한 방식으로, 예컨대 크기 배제 크로마토그래피, 이온 교환 크로마토그래피 또는 역상 크로마토그래피에 의해 용액으로부터 회수할 수 있다.
본원에 사용된 "항푸소젠성" 및 "항-막 융합"은, 펩타이드의 부재시에 구조간에 일어나는 막 융합의 수준에 비해, 2종 이상의 구조, 예컨대 세포 막 또는 바이러스 외피 또는 모(pili) 사이의 융합 사건의 수준을 억제 또는 감소시키는 펩타이드의 능력을 가리킨다. 이의 예로는 인간 면역결핍 바이러스(HIV), 호흡기 합포체 바이러스(RSV), 인간 파라인플루엔자 바이러스(HPV), 홍역 바이러스(MEV) 및 유인원 면역결핍 바이러스(SIV) 같은 렌티바이러스의 펩타이드 억제제가 있다. 이러한 항푸소젠성 펩타이드는 렌티바이러스 속의 바이러스의 외피 융합 단백질의 막통과 서브유니트의 C 나선으로부터 유래하고 각각의 바이러스의 막통과 아단위의 중심 꼬인 코일에 결합한다.
HIV-1 항푸소젠성 펩타이드가 특히 바람직하다. 하기 표 1은 gp41의 C-펩타이드로부터 유래된 HIV-1 항푸소젠성 펩타이드의 예를 나타낸다. 이들 항푸소젠성 펩타이드 및 이의 단편은 본 발명에 특히 유용하다.
본 발명에 따른 추가 펩타이드는 봉입체의 형성을 향상시키기 위함이 아니고 항푸소젠성 펩타이드의 N-말단에 첨가되는 펩타이드이다. 이의 목적은, 예컨대 발현 mRNA 안정화 및 정제(예: His-표지; 문헌[Zhang, J.-H., et al., Nanjing Daxue Xuebao, Ziran Kexue 36(4) (2000) 515-517] 참조)를 개선시키거나 아세틸화 또는 PEG화 같은 후속의 N-말단 변형을 가능케 하기 위함이다.
본 발명에 따른 추가 펩타이드는 적어도 4개의 아미노산(메티오닌 및 절단, mRNA 안정화 및/또는 발현 목적을 위한 3개의 추가의 아미노산) 내지 약 30개의 아미노산, 바람직하게는 약 20개의 아미노산(핵산 코돈 수준에 관하여)으로 구성된 짧은 펩타이드성 연장부(stretch)이다. 추가 펩타이드가, 면역글로불린, 스트렙타비딘 또는 조직형 플라스미노겐 활성화제 같은 큰 단백질이 봉입체로서 제조되는 조건하에서 원핵 생물에서 재조합 발현중 세포질에서 가용성 형태로 형성되는 펩타이드인 한, 이 추가 펩타이드의 길이는 본 발명에 결정적이지 않다. 그러나, 이 추가 펩타이드는 항푸소젠성 펩타이드의 수율을 향상시키기 위하여 매우 짧은 것이 바람직하다(동일한 양의 융합 펩타이드가 제조되었다고 가정할 때 추가 펩타이드 대 항푸소젠성 펩타이드의 길이의 비율이 3:1인 경우 회수되는 항푸소젠성 펩타이드의 양은 이 비율이 1:1인 경우에 비하여, 약 50% 더 적다). 추가 펩타이드의 길이는, 허용되는 수율의 항푸소젠성 펩타이드를 얻기 위하여, 융합 펩타이드의 총 길이가 약 70개의 아미노산, 바람직하게는 약 50개의 아미노산, 가장 바람직하게는 약 40개의 아미노산을 넘지 않도록 선택된다. 따라서, 추가 펩타이드가 적절한 절단 부위, 융합 펩타이드의 발현 및 용해도를 향상시키고 봉입체의 가용화 과정을 촉진하거나 절단 단백질 분해 효소의 접근(입체 장애의 기피)을 향상시키기 위한 일부의 아미노산 및/또는 정제 수단을 위한 His-표지(문헌[Hengen, P., Trends Biochem. Sci. 20 (1995) 285-286] 참조) 및 출발 코돈에 필수적이고 이에 의해 암호화되는 메티오닌 같은 일부 아미노산만으로 구성되는 것이 특히 바람직하다.
추가 펩타이드는, 대장균(E. coli) 같은 원핵 생물에서 단독으로 과발현되고 신호 서열이 없는 경우, 봉입체로서 형성되지 않고 세포질에 가용화되어 남거나, 세포질에서 급속하게 분해되는 단쇄 펩타이드이다. 이러한 단백질은 고정된 변성 3차 구조를 형성하지 않고, 따라서 이는 거의 가용성이지 않은 고정된 3차 구조를 형성할 수 없으므로, 가용성인 상태로 남아, 발현되는 경우 대장균(E. coli) 단백질 분해 효소에 의해 분해될 것이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 추가 펩타이드는 푸소젠성 펩타이드와 추가 펩타이드 사이의 절단 부위에 절단제가 접근하는 것을 입체적으로 방해할 수 있는 고정된 3차 입체구조를 형성하지 않는 아미노산으로 구성된다. 이러한 이유로, 바람직하게는 추가 펩타이드에는 시스테인 잔기가 없다. 시스테인은 고도로 반응성이고 디설파이드 결합을 형성할 수 있는 설프하이드릴 또는 티올 기를 함유한다. 시스테인의 존재는 추가의 펩타이드에 고정된 2차 또는 3차 입체구조가 없어야 바람직하다는 측면에서 역작용을 할 수 있으며, 따라서 이의 사용을 피한다.
본 발명의 바람직한 실시태양에서, N-말단에 부착되는 추가 펩타이드 연장부는 효소적 또는 화학적 수단에 의해 용이하게 절단될 수 있는 C-말단 서열을 함유한다.
본 발명에 따른 추가 펩타이드는 또한 바람직하게는 발현, 가용화, 정제 및 펩타이드 변성중 항푸소젠성 펩타이드의 N-말단의 보호를 위해 융합 펩타이드에 사용된다. 이러한 융합 펩타이드는 N-말단 변성된 항푸소젠성 펩타이드의 제조 방법에 특히 가치가 있다. 이러한 방법은 융합 펩타이드로서 재조합 폴리펩타이드를 형성시킴을 포함하고, 이 융합 부분이 N-말단을 보호한다. 이어서, 재조합 융합 펩타이드를 3개 이하의 화학적 보호제와 반응시켜 반응성 측쇄 기를 선택적으로 보호하고, 이에 따라 측쇄 기가 변성되는 것을 방지할 수 있다. 이어서, 펩타이드와 융합 부분 사이에서 적어도 하나의 절단 시약으로 융합 펩타이드를 절단하여 보호되지 않은 말단 아미노산 반응성 기를 형성시킨다. 보호되지 않은 말단 아미노산 반응성 기는 N-말단 아세틸화를 위한 아세트산 무수물 또는 아세트산 N-하이드록시석신이미드 에스테르 같은 적어도 하나의 화학적 변성제로 변성된다. 이어서, 측쇄를 탈보호하여 N-말단 변성된 펩타이드를 형성한다. 이러한 방법은, 예컨대 국제 출원 공개 제 WO 94/01451 호, 미국 특허 제 5,635,371 호 및 제 5,656,456 호에 기술되어 있다.
바람직하게는, 추가 펩타이드 부분은 융합 펩타이드의 정제를 촉진하는 구조를 갖는다. 바람직하게는, 추가 펩타이드는 이러한 목적으로 "친화도 표지(affinity tag)", 예컨대 폴리히스티딘(약 6 His 잔기) 등을 함유한다(문헌[Pandjaitan, B., et al., Gene 237 (1999) 333-342] 참조).
용이하게 발현되고 절단후 단편을 용이하게 분리할 수 있도록 항푸소젠성 펩타이드의 등전점(IP)과 다른 등전점을 갖는 방식으로 추가 펩타이드를 선택하는 것이 바람직하다. 하기 표 2는 다양한 융합 펩타이드의 IP 및 비융합 푸소젠성 펩타이드 T680 및 T1357(국제 출원 공개 제 WO 96/40191 호 및 제 WO 99/59615 호에 따른 명명)의 IP를 보여준다. 바람직하게는, 융합 펩타이드와 융합 펩타이드의 항푸소젠성 부분의 IP는 약 1 pH 단위, 바람직하게는 약 1 내지 2 pH 단위만큼 다르다. 바람직하게는, 이러한 IP 이동은 추가 펩타이드에 함유된 염기성 아미노산 및/또는 히스티딘에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시태양에서, 항푸소젠성 펩타이드는 C-말단에 글라이신을 함유한다. 이 글라이신은 후속의 효소적 C-말단 아미드화에 유용하다(문헌[Bradbury, A. F., and Smyth, D. G., Trends Biochem. Sci. 16 (1991) 112-115] 참조).
본 발명에 따른 특히 바람직한 융합 펩타이드로는 하기의 것들이 포함된다(표준 1문자 부호로 나타낸 아미노산):
MRGS-HHHHHH-AIDV-IEGR-T1357-G(서열 번호: 2)
MRGS-HHHHHH-AIDV-IEGR-RSV118-G(서열 번호: 11)
MRGS-HHHHHH-AIDV-IEGR-MV257-G(서열 번호: 12)
M-HHHHHH-AIDV-IEGR-T680-G(서열 번호: 13) 및
M-HHHHHH-IEGR-T1357-G(서열 번호: 14)
폴리 His-표지(His 6)를 갖지 않는 상기 융합 펩타이드, 또는 서열 번호: 2, 11 또는 12의 최초 4개 아미노산을 추가 펩타이드로 갖는 융합 펩타이드도 바람직하다.
상기 서열에서, 기울은 문자 부분은 펩타이드 명칭이고, 그러므로 이들 부분에 포함된 문자는 아미노산에 대한 1문자 부호를 구성하지 않는다.
봉입체 경로를 통하여 원핵 생물에서 재조합 단백질 제조법을 기술하고 있는 많은 수의 공개문헌이 있다. 그러한 문헌의 예로는 문헌[Misawa, S., et al., Biopolymers 51 (1999) 297-307; Lilie, H., Curr. Opin. Biotechnol. 9 (1998) 497-501; 및 Hockney, R. C., Trends Biotechnol. 12 (1994) 456-463]이 있다.
본 발명에 따른 융합 펩타이드는 원핵 생물에서 과발현된다. 신호 펩타이드를 갖지 않는 과발현은 봉입체의 형성을 일으킨다. 출발 코돈에 의해 부호화되고 앞의 예에서 언급된 메티오닌은 추가의 공정중 절단될 수 있다. 원핵 생물에서 단백질의 과발현을 위한 일반적 방법은 당해 기술분야에 오랫동안 널리 알려져 있다. 이 기술분야의 문헌의 예로는 문헌[Skelly, J. V., et al., Methods Mol. Biol. 56 (1996) 23-53; 및 Das, A., Methods Enzymol. 182 (1990) 93-112]이 있다.
원핵 생물에서의 과발현은 tac 또는 lac 촉진자 같은 촉진자를 갖는 최적화된 발현 카세트를 이용한 발현을 의미한다(유럽 특허 제 EP-B 0 067 540 호). 보통, 이는 화학 유도성 촉진자 또는 온도의 이동을 통해 유도될 수 있는 촉진자를 함유하는 벡터를 사용하여 수행될 수 있다. 대장균(E. coli)에 유용한 촉진자중 하나는 온도-감수성 λPL 촉진자(유럽 특허 제 EP-B 0 041 767 호 참조)이다. 추가의 효율적인 촉진자는 tac 촉진자(미국 특허 제 4,551,433 호 참조)이다. 대장균(E. coli) 같은 원핵 생물을 위한 이러한 강한 조절 신호는 보통 박테리아-공격(chanllenging) 박테리오파지로로부터 기원한다(문헌[Lanzer, M., et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85 (1988) 8973-8977; 및 Knaus, R., and Bujard, H., EMBO Journal 7 (1988) 2919-2923]; λT7 촉진자에 대한 경우는 문헌[Studier, F. W., et al., Methods Enzymol. 185 (1990) 60-89)]; 및 T5 촉진자의 경우는 유럽 특허 제 EP 0 186 069 호 참조).
이러한 과생산 원핵 세포 발현 체계를 이용함으로써, 본 발명에 따른 융합 펩타이드가 총 발현된 세포의 단백질의 적어도 10%, 전형적으로는 30 내지 40%, 경우에 따라서는 50%만큼 높게 제조될 수 있다.
본원에 사용되는 "봉입체(IB)"는 원핵 생물에서 암호화 핵산의 과발현후 재조합적으로 제조된 폴리펩타이드의 불용성 형태를 가리킨다. 이 현상은 당해 기술분야의 기술적 수준에서 널리 알려져 있으며, 예컨대 문헌[Misawa S., and Kumagai, I., Biopolymers 51 (1999) 297-307; Guise, A. D., et al., Mol. Biotechnol. 6 (1996) 53-64; 및 Hockney et al., Trends Biotechnol. 12 (1994) 456-463]에서 검토되고 있다.
바람직하게는, 봉입체의 가용화는 우레아, 구아니딘 염산염, 또는 KOH 또는 NaOH 같은 알칼리성 용액 같은 변성제를 첨가함으로써 수행된다(문헌[Guise, A. D., et al., Mol. Biotechnol. 6 (1996) 53-64; Fischer, B., et al., Arzneimittelforschung 42 (1992) 1512-1515] 참조).
본 발명에 따른 융합 펩타이드는 특이적 절단 단백질 분해 효소(제한 단백질 분해 효소)를 이용하여 가용화후 효소적으로 절단될 수 있다. 단백질 분해 효소는 제조되는 항푸소젠성 펩타이드의 아미노산 서열을 고려하여 선택된다. 가능하다면, 제한 단백질 분해 효소의 인식/절단 서열이 항푸소젠성 펩타이드에서 나타나지 않고, 바람직하게는 또한 추가 펩타이드에서 나타나지 않음에 주의하여야 하는 바, 즉 이는 절단 영역(연결자 구역)에서 단 한 번만 발생하여야 한다. 적합한 특이적 절단 엔도프로티나제(endoproteinase)로는, 예컨대 Xa 인자, 트롬빈, 섭틸리신, BTN 변이체/유비퀴틴 단백질 분해 효소 펩티다제, 레닌, 콜라게나제, 트립신, 키모트립신, 엔도프로티나제 Lys-C, 칼리크레인(문헌[Carter, P.: In: Ladisch, M. R.; Willson, R. C.; Painton, C. C.; Builder, S. E., eds., Protein Purification: From Molecular Mechanisms to Large-Scale Processes; 및 ACS Symposium Series No. 427, American Chemical Society, pp. 181-193 (1990)] 참조), TEV 단백질 분해 효소(문헌[Parks, T. D., et al., Anal. Biochem. 216 (1994) 413-417] 참조), IgA 단백질 분해 효소(문헌[Pohlner, J., et al., Nature 325 (1987) 458-462] 참조), Kex2p 단백질 분해 효소(유럽 특허 공개 제 EP-A 0 467 839 호 참조) 또는 스타필로코쿠스 아우레우스(S. aureus) V8 단백질 분해 효소가 있다.
시스테인의 부재 외에, 바람직하게는 추가 펩타이드의 서열은 예정된 절단 환경에서 효율적인 절단을 촉진하는 기타의 설계 전략을 이용할 수 있다. 특히 예정된 절단제가 엔도펩티다제인 경우, 추가 펩타이드가 수성 환경에서 가용성인 것이 바람직하다. 따라서, 바람직하게는 용해도를 촉진하기 위하여 하전된 측쇄 기 및 친수성 성질을 갖는 아미노산 또는 절단 단백질 분해 효소의 접근을 촉진하는 다른 임의의 아미노산이 추가 펩타이드 내에 포함되는 것이 바람직하다. 이러한 아미노산으로는, 예컨대 Glu 및 Asp(음이온성), Arg 및 Lys, 및 Ser 및 Thr(중성, 친수성)이 있다. 아르기닌이 사용되는 경우, 아르기닌은 트립신 절단 부위를 구성함을 유의하여야 한다. 따라서, 추가 펩타이드가 아르기닌을 함유하는 이러한 경우, 절단 단백질 분해 효소로서 트립신은 피해야 한다. 또한, 라이신의 사용도 제한을 받는다. 펩타이드가 N-말단이 변성되어야 하는 경우(상기 참조), 라이신 기를 보호할 필요가 있을 수 있다. 따라서, 이러한 경우, 추가 펩타이드에서 라이신을 피하는 것이 바람직하다.
전형적으로, 절단 부위는 항푸소젠성 펩타이드 내에 함유되지 않고, 바람직하게는 추가 펩타이드에 함유되도록 선택된다. 화학적 및 효소적 절단 부위 및 이 부위의 하나에 가까운 펩타이드 결합의 절단에 사용되는 상응하는 작용제는, 예컨대 국제 출원 공개 제 WO 92/01707 호 및 제 WO 95/03405 호에 기술되어 있다.
절단 효소 및 절단 서열의 예를 하기 표 3에 나타낸다:
바람직하게는, 트립신이 사용되고, 이는 아르기닌의 C-말단 종점에서 단백질 및 펩타이드를 특이적으로 절단한다. 이러한 효소는 공지되어 있으며, 예컨대 돼지 또는 소의 췌장으로부터 또는 재조합 효모로부터 얻는다. 트립신은 라이신 잔기가 보호되고 효소에 의해 공격받는 경우, 목적하는 폴리펩타이드를 제조하는 데 특히 적합하다.
엔도프로티나제에 의해 절단될 수 있는 펩타이드 서열은 본 발명의 의미 내에서 바람직하게는 1 내지 20개의 아미노산, 더욱 바람직하게는 1 내지 10개의 아미노산으로 구성되고, 목적하는 엔도프로티나제에 대한 C-말단 절단 부위를 함유하는 단쇄 펩타이드 서열로서 이해된다. 바람직하게는, 이러한 추가 펩타이드는 N-말단 종점과 목적하는 엔도프로티나제 인식 서열의 사이에 몇 개의 아미노산(제 1 부분), 바람직하게는 아미노산 Gly, Thr, Ser, Ala, Pro, Asp, Glu, Arg 및 Lys로부터 선택된 몇 개의 아미노산의 조합을 추가적으로 함유한다. 바람직하게는, 2 내지 8개의 이들 추가의 아미노산이 음으로 하전된 아미노산 Asp 및/또는 Glu인 아미노산 연장부가 제 1 부분으로서 사용된다.
또한, 항푸소젠성 펩타이드가 메티오닌을 함유하지 않는 한, BrCN을 이용한 절단 또한 가능하다(화학적 절단).
융합 펩타이드는 원핵 생물에서 펩타이드를 부호화하는 DNA(핵산 서열)의 발현에 의해 제조된다. 발현 벡터는 융합 펩타이드의 배지 또는 원형질막 주위공간 내로의 분비를 매개하는 임의의 요소(예: 신호 펩타이드)를 포함하지 않는다. 따라서, 이 펩타이드는 불용성 굴절체(refractile body)(IP)로서 형성된다.
융합 단백질을 암호화하는 DNA는 당해 기술분야의 공지된 방법에 따라 제조될 수 있다. 숙주 세포에서 발현을 최적화하기 위하여 추가의 조절 및 전사 요소를 갖도록 핵산 서열을 연장하는 것이 더 바람직하다. 바람직하게는, 발현에 적합한 DNA는 합성에 의해 제조될 수 있다. 이러한 방법은 당해 기술분야의 숙련자에게 친숙하며, 예컨대 문헌[Beattie, K. L., and Fowler, R. F., Nature 352 (1991) 548-549]; 유럽 특허 제 EP-B 0 424 990 호; 및 문헌[Itakura, K., et al., Science 198 (1977) 1056-1063]에 기술되어 있다. 또한 본 발명에 따라 펩타이드의 핵산 서열을 변성시키는 것이 편리할 수 있다.
이러한 변성으로는, 예컨대 결찰(ligation), 클로닝 및 돌연변이 유발 단계를 용이하게 하는 제한 효소의 다양한 인식 서열을 도입하기 위한 핵산 서열의 변성; 숙주 세포에 바람직한 코돈을 도입하기 위한 핵산 서열의 변성; 및 숙주 세포에서 발현을 최적화하기 위한 추가의 조절 및 전사 요소를 갖도록 하는 핵산 서열의 연장이 있다.
적합한 발현 벡터의 제조 방법 및 발현 방법에서 모든 추가의 단계는 당해 기술분야에 공지된 기술로서 당해 기술분야의 숙련자에게 친숙하다. 이러한 방법은, 예컨대 문헌[Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual (1989), Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York, USA]에 기술되어 있다.
융합 펩타이드는 분비되지 않으므로 세포, 바람직하게는 세포질에 응집된다. 여기서 펩타이드가 압축되고 불용성 형태(봉입체)로서 저장된다. 이는 단백질 가수분해 같은 세포 작용을 최소로 감소시킨다.
예컨대, 대장균(Escherichia coli), 스트렙토마이세스(Streptomyces) 또는 바실루스(Bacillus)가 원핵 숙주 생물로서 적합하다. 본 발명에 따른 융합 펩타이드의 제조의 경우, 이 펩타이드를 부호화하는 DNA를 함유하는 벡터로 통상의 방식으로 형질전환되고, 이어서 통상의 방식으로 발효된다. 세포의 용해후, 불용성 불활성 펩타이드(IB)를 통상의 방식으로, 예컨대 원심분리로 단리한다(펠렛 분획). 필요시 펠렛을, 예컨대 계면활성제를 함유하는 완충액으로 세척함으로써 목적하는 불용성 펩타이드 응집괴를 더욱 풍부하게 만들 수 있다.
바람직하게는, 불용성 융합 펩타이드는 알칼리성 용액(예: KOH, pH 10)으로 가용화시키고 적절한 수단으로, 예컨대 pH 8에서 인자 Xa로 절단될 수 있다.
놀랍게도, 본 발명에 따라 제조된 융합 펩타이드가 숙주 세포에서 분해되지 않고 봉합체로서 형성되고, 그 결과로서 항푸소젠성 펩타이드 성분 자체 내에서의 유의성있는 절단이 없이 효소적으로 완전히 절단될 수 있는 것으로 나타났다.
도 1을 참조하는 하기 실시예 및 서열 목록은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제공되며, 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구의 범위에 기재된다. 본 발명의 기술 사상으로부터 벗어남이 없이 개진된 과정에 변형을 가할 수 있음은 물론이다.
서열 목록
서열 번호:1 합성 유전자 Xa-T 1357.
서열 번호:2 펩타이드 Xa-T1357.
서열 번호:3 프라이머 1.
서열 번호:4 프라이머 2.
서열 번호:5 프라이머 3.
서열 번호:6 프라이머 4.
서열 번호:7 펩타이드 T1357.
서열 번호:8 펩타이드 T680.
서열 번호:9 펩타이드 RSV118.
서열 번호:10 펩타이드 MV257.
서열 번호:11 펩타이드 Xa-RSV118.
서열 번호:12 펩타이드 Xa-MV257.
서열 번호:13 펩타이드 M-HHHHHH-AIDV-IEGR-T1357-G.
서열 번호:14 펩타이드 M-HHHHHH-IEGR-T1357-G.
서열 번호:15 펩타이드 M-HHHHHH-IEGR-T680-G.
서열 번호:16 절단 서열.
서열 번호:17 절단 서열.
서열 번호:18 절단 서열.
서열 번호:19 절단 서열.
실시예 1
발현 벡터 구성
합성 유전자 Xa-T1357은 N-말단에서 C-말단으로 하기 구조를 가지며, 서열 번호: 1로 기술된다:
EcoRI 절단 부위,
파지 T5의 리보솜 결합 부위,
아미노산 M, R, G, S,
아미노산 6xH(His-표지),
아미노산 A, I, D, V,
인자 Xa 연결자 I, E, G, R,
T1357 서열(39개의 아미노산),
아미노산 G,
2개의 정지 코돈, 및
BamHI 절단 부위.
20, 21 및 20 염기쌍의 3개의 중첩 구역을 갖는 유전자 서열로 구성된 4개의 올리고뉴클레오타이드를 이용한 유전자 합성을 통하여 상기 합성 유전자를 구성하였다. 2단계 PCR 반응에 의해 합성을 수행하였다. 제 1 단계에서, 올리고 1 및 2, 및 올리고 3 및 4를 각각 유전자의 N-말단 부분 및 유전자의 C-말단 부분의 완전한 합성을 위한 주형(template)으로서 적용하였다. 생성물을 제 2 단계를 위한 주형으로서 사용하였고, 이들 생성물의 동일한 부분이 적용되었다. 이 단계의 합성 프라이머로서 프라이머 1 및 4를 사용하였다.
생성된 합성 유전자를 EcoRI 및 BamHI로 분해(digest)하여 벡터 pQE-30(독일 소재의 키아겐(Qiagen))을 얻었다. 두 제한 절단 분해물을 겔 추출(키아겐)로 정제한 후, 발현 벡터의 제조를 위한 결찰에 사용하였다. 삽입물 대 벡터의 비율은 3:1이었다. 이 벡터를 도 1에 나타낸다.
구성물의 서열 및 정확한 배향을 제한 조절 및 서열 결정법(독일 소재의 세퀴서브(SequiServe))으로 결정하였다.
실시예 2
발효, IB 단리 및 가용화
발효 및 IB 단리
실시예 1의 발현 벡터를 함유하는 대장균(E. coli)을 암피실린 및 카나마이신 선택성을 갖는 복합 배지에서 발효시켰다. 예비배양에 LB 배지를 사용하였다. 주 배양의 경우, 효모 추출물을 C- 및 N-공급원으로서 유일한 복합 성분으로서 사용하고, 글리세린을 추가의 C-공급원으로서 사용하였다. 공급-배치상(fed-batch phase)중 농축 형태로 두 성분을 첨가하였다. 적합한 성장 상에서 IPTG를 이용한 발현을 유도하였다. 인산/가성 소다를 이용하여 pH 값을 7±0.2로 조정하였다. 0.5바 이하의 과압으로 발효를 수행하였다. 교반기의 회전 속도, 통기 및/또는 투여 속도를 통해 산소 분압을 조절하였다. 성장 중지후 및 상응하는 발현 시간후, 생물덩이(biomass)를 즉시 또는 냉각후 원심분리법으로 수확하고 냉동 상태로 저장하였다.
발현된 외부 단백질을 봉입체(IB) 형태로 세포내에서 수득하고, IB 제조물을
처리하고 정제를 수행하였다. 이를 위하여, 균질화기를 이용하여 생물덩이를 분쇄하고, IB를 수회 세척하고 원심분리하여 정제하였다.
가용화
분쇄 완충액(100mM Tris-HCl, 10mM EDTA, pH 7.0) 100ml중의 고압 분쇄된 세포 20g으로 제조된 IB 5.21g을 pH 12의 30mM KOH 206ml에 교반하면서 실온에서 용해시켰다.
단백질 내용물 용해물: c=3.2mg/ml(브래드포드(Bradford) 단백질 분석법, 문헌[Bradford M. M., Analytical Biochemistry 72 (1976) 248-254] 참조) -> 총 단백질 659.2mg.
융합 펩타이드의 분자량: MW=7161.96(7156.05 단일동위원소)
동일한 방식으로 펩타이드,
MRGS-HHHHHH-AIDV-IEGR-RSV118-G(서열 번호:11) 및
MRGS-HHHHHH-AIDV-IEGR-MV257-G(서열 번호:12)를 제조하였고, 서열 "T 1357" 대신에 서열 RSV 118 및 MV 257(상기 표 1 참조)을 사용하였다.
실시예 3
시트라콘화(Citraconylation) 및 절단
(a) 시트라콘화
시트라콘화를 위하여, 융합 펩타이드에 시트라콘산 무수물((MW: 112.09, p=1.245g/ml) 및 디옥산의 1:1 비율의 혼합물을 적용하였고, 이때 시트라콘산 무수물은 아미노 기 1몰당 12배 과량으로 사용되었다. 시트라콘화를 위하여, 융합 펩타이드(MW: 7162, 실시예 2b의 분쇄 완충액중 C=3.2mg/ml) 0.66g, 5개의 아미노 기/분자 및 시트라콘산 무수물 570㎕가 필요하였다. 진한 염산을 사용하여 용해물의 pH를 11로 조정하였다. 이어서, 시트라콘산 무수물 570㎕ 및 디옥산 570㎕의 혼합물을 적가하고 용액을 2M KOH로 완충시켜 pH 값이 8.5 미만으로 떨어지지 않도록 하였다. pH 값을 10으로 조정한 후, 제조물을 교반하면서 실온에서 하룻밤 배양하였다. 에탄올 아민(H2O중 1M 에탄올 아민 21ml, pH 8.0)(용액중 에탄올 아민의 최종 농도: 100mM)으로 반응을 중지시키고, 2M HCl을 사용하여 pH 값을 8.5로 조정하였다. 이어서 시트라콘화된 물질을 -20℃에서 저장하였다.
반응 배치의 총 부피: 237ml.
(b) 트립신을 이용한 절단
반응 배치를 1M NaCl 11.85ml(최종 농도 50mM) 및 1M CaCl2 1.25ml(최종 농도 2mM)과 혼합하고, 각각 10ml의 이 배치를 교반하면서 실온에서 80분동안 트립신 1.3U/ml와 배양하였다. 트립신 1.3U/ml의 수준에서 융합 단백질의 완전한 절단이 이루어졌다. 16%-트리신-SDS 겔 및 HPLC 분석으로 절단을 측정하였다. 적용된 트립신은 로슈 디아그노스틱스 게엠베하(Roche Diagnostics GmbH)의 트립신(순도 등급: II, 키모트립신 활성: 0.0091%, 활성: 206U/ml)이었다.
(c) HPLC 분석에 의한 절단 측정
합성 Ac-T1357-G-OH로 구한 선형 보정 곡선을 이용하여 HPLC로 펩타이드의 부분을 결정하였다. 하기 HPLC 시스템을 사용하였다:
컬럼: 파마시아 소오스(Pharmacia Source) 15RPC ST 4.6/100
용출액: 완충액 A: 20mM Tris, pH 7.5; 완충액 B: 70% 아세토니트릴+30% 완충액 A
농도구배: 28분동안 0% B에서 100% B
유속: 1ml/분
검출: UV 226nm
실시예 4
정제
(a) 황산 암모늄 침전
실시예 3b의 반응 혼합물에 고체 황산 암모늄(AS)(최종 농도 2M)을 첨가하고, AS를 용해시킨 후, 실온에서 교반하였다. 침전된 펩타이드를 4℃에서 5분동안 원심분리(10,000rpm)하여 제거하고 수득된 펠렛(펩타이드와 트립신 함유)을 트리스 완충액(50mM, pH 8.5) 5ml에 용해시켰다.
(b) 벤즈아미딘 세파로스 6B 크로마토그래피
벤즈아미딘 컬럼을 이용하여 전술한 용액으로부터 트립신을 제거하였다.
적용: 단백질 5mg
컬럼: HR 16(파마시아, h=3.3cm, d=1.6cm, V=10ml)
물질: 벤즈아미딘 세파로스 6B(파마시아 제 17-0568-01 호), 제조자의 지시에 따라 재생되고 pH 8.5의 50mM 트리스 완충액으로 평형을 맞춤.
유속: 1ml/분
컬럼 세척: 50mM 트리스 완충액, pH. 8.5
40 내지 80%의 펩타이드가 컬럼을 통해 흐르고, 나머지는 컬럼 물질에 결합하였다. 60% 에탄올을 이용한 후속의 용출에서, 에탄올 함량이 20% 이상인 경우 트립신을 더 이상 검출할 수 없으므로 존재할 수도 있는 트립신의 공용출(co-elution)을 측정할 수 없었다. 유동(flow-through) 및 용출 둘 다에서 펩타이드는 HPLC 분석에서 단일 피이크로서 나타났고, 또한 펩타이드는 SDS 겔에서 균질하였다.
(c) 페닐 세파로스 FF를 통한 정제
페닐 세파로스 패스트플로우(FastFlow)(파마시아): AS를 이용한 펠렛 침전물(단백질 함량: c=5mg/ml) 5mg을 트리스 완충액(50mM 트리스, pH 8.5) 1ml에 용해시키고 컬럼에 적용하였다. 펩타이드는 컬럼 물질에 완전히 결합하였고, pH 8.5의 50mM 트리스 HCl중에서 20 내지 60%의 에탄올 농도구배를 이용하여 용출될 수 있었다. 긴 지연 시간에 걸쳐 용출이 일어났다. 펩타이드 분획은 균질하였다.
참고 문헌 목록
<110> F. HOFFMANN-LA ROCHE AG <120> Acetylation of gp41 fragments <130> Case 20904 <160> 20 <170> KopatentIn Ver. 1.71 <210> 1 <211> 221 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic gene Xa-T 1357 <220> <221> CDS <222> (32)..(205) <400> 1 cgaggaattc attaaagagg agaaattaac t atg aga gga tcg cat 46 Met Arg Gly Ser His 1 5 cat cat cat cat cat gct atc gat gtt att gaa ggc cgt tgg cag gaa 94 His His His His His Ala Ile Asp Val Ile Glu Gly Arg Trp Gln Glu 10 15 20 tgg gaa cag aaa att acc gcc ctg ctg gaa cag gcg caa att cag caa 142 Trp Glu Gln Lys Ile Thr Ala Leu Leu Glu Gln Ala Gln Ile Gln Gln 25 30 35 gag aaa aac gaa tat gag ctg cag aaa ctg gat aag tgg gcg agc ctg 190 Glu Lys Asn Glu Tyr Glu Leu Gln Lys Leu Asp Lys Trp Ala Ser Leu 40 45 50 tgg gaa tgg ttc ggc taatg aggatccagc t 221 Trp Glu Trp Phe Gly 55 <210> 2 <211> 58 <212> PRT <213> Artificial Sequence <400> 2 Met Arg Gly Ser His His His His His His Ala Ile Asp Val Ile Glu 1 5 10 15 Gly Arg Trp Gln Glu Trp Glu Gln Lys Ile Thr Ala Leu Leu Glu Gln 20 25 30 Ala Gln Ile Gln Gln Glu Lys Asn Glu Tyr Glu Leu Gln Lys Leu Asp 35 40 45 Lys Trp Ala Ser Leu Trp Glu Trp Phe Gly 50 55 <210> 3 <211> 70 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:primer 1 <400> 3 cgaggaattc attaaagagg agaaattaac tatgagagga tcgcatcatc atcatcatca 60 tgctatcgat 70 <210> 4 <211> 70 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:primer 2 <400> 4 agcagggcgg taattttctg ttcccattcc tgccaacggc cttcaataac atcgatagca 60 tgatgatgat 70 <210> 5 <211> 71 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:primer 3 <400> 5 acagaaaatt accgccctgc tggaacaggc gcaaattcag caagagaaaa acgaatatga 60 gctgcagaaa c 71 <210> 6 <211> 71 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:primer 4 <400> 6 agctggatcc tcattagccg aaccattccc acaggctcgc ccacttatcc agtttctgca 60 gctcatattc g 71 <210> 7 <211> 39 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:peptid T1357 <400> 7 Trp Gln Glu Trp Glu Gln Lys Ile Thr Ala Leu Leu Glu Gln Ala Gln 1 5 10 15 Ile Gln Gln Glu Lys Asn Glu Tyr Glu Leu Gln Lys Leu Asp Lys Trp 20 25 30 Ala Ser Leu Trp Glu Trp Phe 35 <210> 8 <211> 36 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:peptide T680 <400> 8 Tyr Thr Ser Leu Ile His Ser Leu Ile Glu Glu Ser Gln Asn Gln Gln 1 5 10 15 Glu Lys Asn Glu Gln Glu Leu Leu Glu Leu Asp Lys Trp Ala Ser Leu 20 25 30 Trp Asn Trp Phe 35 <210> 9 <211> 35 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:peptide RSV118 <400> 9 Phe Asp Ala Ser Ile Ser Gln Val Asn Glu Lys Ile Asn Gln Ser Leu 1 5 10 15 Ala Phe Ile Arg Lys Ser Asp Glu Leu Leu His Asn Val Asn Ala Gly 20 25 30 Lys Ser Thr 35 <210> 10 <211> 35 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:peptide MV257 <400> 10 Leu His Arg Ile Asp Leu Gly Pro Pro Ile Ser Leu Glu Arg Leu Asp 1 5 10 15 Val Gly Thr Asn Leu Gly Asn Ala Ile Ala Lys Leu Glu Asp Ala Lys 20 25 30 Glu Leu Leu 35 <210> 11 <211> 54 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:peptide Xa-RSV118 <400> 11 Met Arg Gly Ser His His His His His His Ala Ile Asp Val Ile Glu 1 5 10 15 Gly Arg Phe Asp Ala Ser Ile Ser Gln Val Asn Glu Lys Ile Asn Gln 20 25 30 Ser Leu Ala Phe Ile Arg Lys Ser Asp Glu Leu Leu His Asn Val Asn 35 40 45 Ala Gly Lys Ser Thr Gly 50 <210> 12 <211> 54 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:peptide Xa-MV257 <400> 12 Met Arg Gly Ser His His His His His His Ala Ile Asp Val Ile Glu 1 5 10 15 Gly Arg Leu His Arg Ile Asp Leu Gly Pro Pro Ile Ser Leu Glu Arg 20 25 30 Leu Asp Val Gly Thr Asn Leu Gly Asn Ala Ile Ala Lys Leu Glu Asp 35 40 45 Ala Lys Glu Leu Leu Gly 50 <210> 13 <211> 52 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:peptide M-HHHHHH-AIDV-IEGR-T1357-G <400> 13 Met His His His His His His Ala Ile Asp Val Ile Glu Gly Arg Tyr 1 5 10 15 Thr Ser Leu Ile His Ser Leu Ile Glu Glu Ser Gln Asn Gln Gln Glu 20 25 30 Lys Asn Glu Gln Glu Leu Leu Glu Leu Asp Lys Trp Ala Ser Leu Trp 35 40 45 Asn Trp Phe Gly 50 <210> 14 <211> 51 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:peptide M-HHHHHH-IEGR-T1357-G <400> 14 Met His His His His His His Ile Glu Gly Arg Trp Gln Glu Trp Glu 1 5 10 15 Gln Lys Ile Thr Ala Leu Leu Glu Gln Ala Gln Ile Gln Gln Glu Lys 20 25 30 Asn Glu Tyr Glu Leu Gln Lys Leu Asp Lys Trp Ala Ser Leu Trp Glu 35 40 45 Trp Phe Gly 50 <210> 15 <211> 48 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:peptide M-HHHHHH-IEGR-T680-G <400> 15 Met His His His His His His Ile Glu Gly Arg Tyr Thr Ser Leu Ile 1 5 10 15 His Ser Leu Ile Glu Glu Ser Gln Asn Gln Gln Glu Lys Asn Glu Gln 20 25 30 Glu Leu Leu Glu Leu Asp Lys Trp Ala Ser Leu Trp Asn Trp Phe Gly 35 40 45 <210> 16 <211> 42 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:peptide MR-T1357-G <400> 16 Met Arg Trp Gln Glu Trp Glu Gln Lys Ile Thr Ala Leu Leu Glu Gln 1 5 10 15 Ala Gln Ile Gln Gln Glu Lys Asn Glu Tyr Glu Leu Gln Lys Leu Asp 20 25 30 Lys Trp Ala Ser Leu Trp Glu Trp Phe Gly 35 40 <210> 17 <211> 5 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:cleavage sequence <400> 17 Asp Asp Asp Asp Lys 1 5 <210> 18 <211> 4 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:cleavage sequence <400> 18 Ile Glu Gly Arg 1 <210> 19 <211> 4 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:cleavage sequence <400> 19 Arg Gly Pro Arg 1 <210> 20 <211> 8 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:cleavage sequence <400> 20 His Pro Phe His Leu Leu Val Tyr 1 5

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  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. MRGS-HHHHHH-AIDV, M-HHHHHH-AIDV, M-HHHHHH, MRGS-AIDV, M-AIDV 및 M에서 선택되는 제 1 부분 및 서열 번호 16 내지 19의 아미노산 서열을 갖고 푸소젠성 펩타이드의 N-말단 및 제 1 부분의 C-말단에 인접하게 위치하는 제 2 부분으로 구성된 추가 펩타이드 또는 MRGS인 추가 펩타이드에 N-말단이 연결된, 서열 번호 7 내지 10의 아미노산 서열을 갖는 항푸소젠성 펩타이드로 구성된 약 14 내지 70개의 아미노산 길이의 융합 펩타이드를 암호화하는 핵산.
  6. 서열 번호 7 내지 10의 아미노산 서열을 갖는 항푸소젠성 펩타이드, 또는 MRGS-HHHHHH-AIDV, M-HHHHHH-AIDV, M-HHHHHH, MRGS-AIDV, M-AIDV 및 M에서 선택되는 제 1 부분 및 서열 번호 16 내지 19의 아미노산 서열을 갖고 푸소젠성 펩타이드의 N-말단 및 제 1 부분의 C-말단에 인접하게 위치하는 제 2 부분으로 구성된 추가 펩타이드 또는 MRGS인 추가 펩타이드에 N-말단이 연결된 상기 항푸소젠성 펩타이드로 구성된 약 14 내지 70개의 아미노산 길이의 융합 펩타이드를 암호화하는 핵산을 함유하는 원핵 발현 벡터.
  7. 서열 번호 1의 아미노산 서열을 갖는 융합 펩타이드의 봉입체 제조물.
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