KR100697308B1 - A novel Catalase promoter and the method of producing recombinant proteins using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 카탈라아제 프로모터 핵산 분자 및 상기 프로모터를 이용하여 목적 단백질을 생산하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a catalase promoter nucleic acid molecule and a method for producing a protein of interest using said promoter.

한세눌라 폴리모르파, 카탈라아제, 프로모터, 발현벡터, 재조합 단백질 Hansenula polymorpha, catalase, promoter, expression vector, recombinant protein

Description

신규 카탈라아제 프로모터 및 이를 이용한 재조합 단백질 생산 방법{A novel Catalase promoter and the method of producing recombinant proteins using the same}A novel Catalase promoter and the method of producing recombinant proteins using the same}

도 1은 한세눌라 폴리모르파에서 카탈라아제(CAT) 프로모터로 재조합 단백질 발현 유도를 하기 위하여 구성한 발현 플라스미드 작제도이다. 도 1a는 아스퍼질러스 니거(Aspergillus niger)로부터 유래한 포도당 산화효소(GOD)를 발현하기 위하여 구성한 플라스미드, 도 1b는 인체 혈청 알부민(hSA)을 발현하기 위한 플라스미드, 도 1c는 녹색 형광 단백질(GFP)을 발현하기 위하여 구성한 플라스미드를 나타낸다.1 is an expression plasmid construct constructed to induce recombinant protein expression from Hanshenula polymorpha to catalase (CAT) promoter. Figure 1a is a plasmid configured to express glucose oxidase (GOD) derived from Aspergillus niger , Figure 1b is a plasmid for expressing human serum albumin (hSA), Figure 1c is a green fluorescent protein (GFP) The plasmid constructed for expressing) is shown.

도 2는 한세눌라 폴리모르파에서 CAT 및 MOX 프로모터를 이용하여 GOD를 발현 후, 평판 배지에서 GOD의 활성을 측정한 결과이다. A는 메탄올을 탄소원으로 하는 YPM 복합 평판 배지에서 형질 전환주를 배양하고 발현된 GOD의 활성 측정결과그림, B는 포도당을 탄소원으로 하는 YPD 복합 평판 배지에서 형질 전환주를 배양 후 발현된 GOD의 활성을 측정한 결과를 나타낸다.Figure 2 shows the results of measuring the activity of GOD in a plate medium after expression of GOD using the CAT and MOX promoter in Hansenula polymorpha. A shows the result of measuring the activity of GOD expressed by culturing the transformant in YPM complex plate medium containing methanol as carbon source, and B is the activity of GOD expressed after culturing the transformant in YPD complex plate medium using glucose as carbon source. The result of the measurement is shown.

도 3은 한세눌라 폴리모르파로부터 CAT 및 MOX 프로모터를 이용하여 GOD를 액체배양에서 발현하여 세포성장에 대한 효소 양을 탄소원별로 비교하여 나타낸 결 과이다. 검은 색은 포도당 배지를 흰색은 메탄올 배지를 나타낸다.Figure 3 shows the result of comparing the amount of enzymes for cell growth by carbon source by expressing GOD in liquid culture using CAT and MOX promoters from Hanshenula polymorpha. Black indicates glucose medium and white indicates methanol medium.

도 4는 한세눌라 폴리모르파로부터 CAT 및 MOX 프로모터를 이용하여 hSA 발현 후, 10%의 SDS-PAGE으로 전개한 다음 은(silver) 염색법으로 단백질을 염색하여 hSA 발현특성을 정성 분석한 결과이다. A는 한세눌라 폴리모르파 MOX 및 CAT 프로모터의 발현 특성을 비교한 결과를, B는 CAT 프로모터에 의한 hSA의 발현 시 5-UTR의 영향을 검토한 결과이다.4 is a result of qualitative analysis of hSA expression characteristics by staining proteins by silver staining after developing hSA expression using Hansenula polymorpha using CAT and MOX promoters. A is a result of comparing the expression characteristics of Hanshenula polymorpha MOX and CAT promoter, B is the result of examining the effect of 5-UTR on the expression of hSA by CAT promoter.

도 5는 한세눌라 폴리모르파로부터 CAT 및 MOX 프로모터를 이용하여 GFP의 발현 특성을 현광 현미경으로 검토한 결과와 GFP의 발현 특성을 형광 흡광광도기로 측정하여 정량한 결과이다.5 is a result of examining the expression characteristics of GFP by a fluorescence microscope using the CAT and MOX promoters from Hanshenula polymorpha and quantitating the expression characteristics of GFP by fluorescence absorbance.

본 발명은 카탈라아제 프로모터 핵산 분자 및 이를 이용하여 목적 단백질을 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a catalase promoter nucleic acid molecule and a method for producing a protein of interest using the same.

메탄올 자화효모 중에 하나인 한세눌라 폴리모르파는 높은 세포 성장 속도와 강력한 프로모터 및 외래 유전자의 다중 도입이 용이하므로 전통효모인 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae)를 대신하여 재조합 단백질의 대량 생산을 위한 산업용 미생물로 높이 평가되고 있다 (Gleeson et al. Yeast, 4, 1(1988); Janowicz et al. Yeast, 7, 431(1991); Romanos et al. Yeast, 8, 423(1992); Faber et al. Yeast, 11, 1331(1995)). 최근 이를 이용한 B형 간염백신의 대량생산이 아르헨티나, 브라질 및 국내 녹십자에서 상용화되면서(Hansenula polymorpha: Biology and Applications, Gellison ed. p.186, Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim(2002)) 효과적인 외래 단백질 생산 시스템으로 평가되었고 다양한 재조합 단백질 생산에 응용되고 있다. 또한, 한세눌라 폴리모르파의 효율적인 당화 프로세스를 이용하여 인체 당단백질 생산에 적합하도록 조절된 신규 및 제너릭 재조합 단백질의 생산에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다 (Kang et al. KR2002-37717; Kang et al. KR2003-43544; Kang et al. PCT/KR03/01285; Kang et al. KR2004-06352; Kang et al. PCT/KR04/001819).Hansenula polymorpha, one of the methanol magnetizing yeasts, has a high cell growth rate, strong promoters and easy introduction of foreign genes, thereby replacing the production of recombinant protein Saccharomyces cerevisiae . It is highly regarded as an industrial microorganism (Gleeson et al. Yeast, 4, 1 (1988); Janowicz et al. Yeast, 7, 431 (1991); Romanos et al. Yeast, 8, 423 (1992); Faber et al. Yeast, 11, 1331 (1995). Recently, mass production of hepatitis B vaccine using it has been commercialized in Argentina, Brazil and Korea (Hansenula polymorpha: Biology and Applications, Gellison ed. P.186, Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim (2002)). The system has been evaluated and applied to the production of various recombinant proteins. In addition, studies on the production of novel and generic recombinant proteins adapted for human glycoprotein production using an efficient glycosylation process of Hanshenula polymorpha (Kang et al. KR2002-37717; Kang et al. KR2003-43544; Kang et al. PCT / KR03 / 01285; Kang et al. KR2004-06352; Kang et al. PCT / KR04 / 001819).

한세눌라 폴리모르파로부터 외래 유전자를 발현하기 위한 프로모터로는 메탄올 대사에 관련된 메탄올 산화효소 (methanol oxidase; MOX)(Ledeboer et al. Nucleic Acids Res. 13, 3063(1985)), 디히드록시아세톤 합성효소 (Dihydroxyacetone synthase)(Janowich et al. Nucleic Acids Res. 13, 3042(1985)) 및 개미산 탈수소효소 (Formate dehydrogenase; FMDH)(Hollenberg et al. EPA0299108(1987)) 등이 개발되어 있으며, 이들 중에서 메탄올 산화효소의 프로모터가 매우 강력하고 정교하게 조절 가능하므로 재조합 단백질 생산에 많이 이용되고 있다. 이들 메탄올 대사 유래의 프로모터들은 일반적으로 메탄올 존재 시 발현이 크게 유도되는 반면, 포도당, 글리세롤 또는 에탄올과 같은 다른 탄소원의 존재 시에는 발현이 억제되므로 재조합 단백질 생산을 위한 세포배양 시 메탄올을 주된 탄소원으로 공급하게 된다. 그러나 메탄올 대사에서 생성되는 포름알데히드(formaldehyde)는 세포 생존에 치명적 영향을 미치므로 이러한 위험을 최소화하기 위하여 메탄올을 매우 정교하게 공급해야 한다. 이로 인하여 세포의 성장속도가 매우 느려지게 되어 장시간의 배양시간이 필요하므로, 낮은 농도의 포도당과 글리세롤 공급 시 프로모터 발현이 MOX 프로모터보다 용이한 FMDH 프로모터가 그 대안으로 이용되고 있다. Promoters for the expression of foreign genes from Hanshenula polymorpha include methanol oxidase (MOX) related to methanol metabolism (Ledeboer et al. Nucleic Acids Res. 13, 3063 (1985)), dihydroxyacetone synthesis Enzyme (Dihydroxyacetone synthase) (Janowich et al. Nucleic Acids Res. 13, 3042 (1985)) and formic acid dehydrogenase (FMDH) (Hollenberg et al. EPA0299108 (1987)), among others, have been developed. The promoter of oxidase is very powerful and precisely controllable, so it is widely used in recombinant protein production. These methanol metabolism-derived promoters are generally highly expressed in the presence of methanol, whereas expression is inhibited in the presence of other carbon sources such as glucose, glycerol or ethanol, thus supplying methanol as the main carbon source for cell culture for recombinant protein production. Done. However, formaldehyde, produced by methanol metabolism, has a fatal effect on cell survival, so it is necessary to supply methanol very carefully to minimize this risk. Because of this, the growth rate of the cells is very slow and requires a long incubation time, FMDH promoter has been used as an alternative to the MOX promoter when the expression of the promoter at low concentration glucose and glycerol supply is easier.

한세눌라 폴리모르파는 다른 메탄올 자화효모들, 특히 산업적 응용성이 높아 개발이 성숙단계에 있는 피키아 파스토리스(Pichia pastoris)와 달리 메탄올 대사관련 프로모터들의 발현이 억제-풀림의 형태 (피키아 파스토리스는 억제-풀림-유도의 형태를 나타내므로 메탄올 없이는 메탄올 대사 관련 프로모터의 유도가 일어나지 않는 단점이 있다)를 나타내며, 포도당 억제가 쉽게 풀리므로 메탄올 유도를 대신할 수 있는 장점이 있다. Hanshenula polymorpha is unlike other methanol magnetizing yeasts, especially Pichia pastoris , which has matured due to its high industrial applicability. Represents a form of suppression-unwinding-induction, and thus there is a disadvantage in that induction of a methanol metabolism related promoter does not occur without methanol), and since glucose inhibition is easily solved, there is an advantage of replacing methanol induction.

포도당 억제는 미생물 등에서 보이는 보편적인 현상으로서 포도당의 존재 하에서 포도당 이외의 탄소원과 관련한 대사관련 효소들의 발현을 전사적 수준에서 억제하는 것으로 보고되어 있고, 한세눌라 폴리모르파의 경우에 메탄올 대사와 퍼옥시솜 관련된 대부분의 효소가 전사적 수준에서 억제되며, 특히 메탄올 산화효소는 매우 강하게 억제되는 것으로 알려져 있다. 이에 반하여 개미산 탈수소효소는 메탄올 대사와 관련 있으나 낮은 농도의 포도당에서는 메탄올 산화효소의 경우와 달리 쉽게 억제가 완화되는 것으로 보고되어 있어서 실제 산업현장에서는 FMDH 프로모터를 이용한 재조합 단백질 생산 시스템이 선호되고 있다. Glucose inhibition is a common phenomenon seen in microorganisms and has been reported to inhibit the expression of metabolic enzymes related to carbon sources other than glucose in the presence of glucose at the transcriptional level, and methanol metabolism and peroxysome in the case of Hanshenula polymorpha. It is known that most of the enzymes involved are inhibited at the transcriptional level, in particular methanol oxidase is very strongly inhibited. On the other hand, formic acid dehydrogenase is related to methanol metabolism, but low concentrations of glucose have been reported to be easily suppressed unlike methanol oxidase. Thus, recombinant protein production systems using FMDH promoters are preferred in the industrial field.

이밖에도 일급 아민류의 대사와 관련한 아민 산화효소(amine oxidase)(Weydemann et al. Appl. Microbiol. Biotechnol. 44, 377-385(1995)) 프로모터, 니트레이트 대사와 관련한 YNT1, YNR1, YNL1 프로모터(Perez et al. Biochem. J. 321, 397-403(1997); Avila et al. FEBS Lett. 366, 137-142(1995); Brito et al. Biochem. J. 317, 89-95(1996)), 인산화와 관련한 산 포스파타제(PHO1) 프로모터(Phongdara et al. Appl. Microbiol. Biotechnol. 50, 77-84(1998)), 해당경로와 관련한 글리세리드 3-인산 탈수소효소(GAP) 프로모터(Heo et al. FEMS Yeast Res. 4, 175-184(2003); 대한민국237979)와 당 신생경로와 관련한 트레할로스 6-인산 합성효소 프로모터(trehalose 6-phosphate synthase)(Reinder et al. J. Bacteriol. 181, 4665-4668(1999))들이 개발되고 있으며, 최근에는 플라즈마 막 H+-ATPase(plasma membrane H+-ATPase; PMA1) 프로모터(Cox et al. Yeast, 16, 1191-1203(2000) 및 번역 신장 팩터 1a(translation elongation factor 1a; TEF1, TEF2) 프로모터(Terentiev et al. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 31, 223-228(2004))가 개발되었다. 이와 같이 MOX를 대신할 수 있는 여러 프로모터들이 개발되고 있으나, 이들의 발현율은 FMDH 프로모터와 몇몇 프로모터를 제외하고는 MOX 프로모터를 대신할 수 있는 만큼 강력한 발현능력을 나타내지 못하고, 대부분 특허로 보호되고 있어서 고유한 발현시스템을 확보한 산업적 이용에 제한을 받고 있다.In addition, the amine oxidase (Weydemann et al. Appl. Microbiol. Biotechnol. 44, 377-385 (1995)) promoters involved in the metabolism of primary amines, the YNT1, YNR1 and YNL1 promoters (Perez et. al. Biochem. J. 321, 397-403 (1997); Avila et al. FEBS Lett. 366, 137-142 (1995); Brito et al. Biochem. J. 317, 89-95 (1996)), phosphorylation In connection with the acid phosphatase (PHO1) promoter (Phongdara et al. Appl. Microbiol. Biotechnol. 50, 77-84 (1998)), the glyceride 3-phosphate dehydrogenase (GAP) promoter (Heo et al. FEMS Yeast) Res. 4, 175-184 (2003); 237979, Republic of Korea; and trehalose 6-phosphate synthase (Reinder et al. J. Bacteriol. 181, 4665-4668 (1999) in relation to the sugar pathway. )) are being developed, in recent years, the plasma membrane H + -ATPase (plasma membrane H + -ATPase;. PMA1) promoter (Cox et al Yeast, 16, 1191-1203 (2000) and translation elongation factor 1a (trans lation elongation factor 1a; TEF1, TEF2) promoters (Terentiev et al. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 31, 223-228 (2004)) have been developed. These expression rates, except for the FMDH promoter and some promoters, do not show strong expression capacity as a replacement for the MOX promoter, and are mostly protected by patents, and thus are limited in industrial use having a unique expression system.

그러므로 기존의 MOX와 FMDH를 대체하여 강력한 프로모터 활성을 가지면서도 메탄올뿐만 아니라 포도당 혹은 글리세롤에서도 쉽게 유도될 수 있는 신규한 프로모터의 발굴이 요구되고 있다. Therefore, there is a need for the discovery of novel promoters that can be easily derived from glucose or glycerol as well as methanol while having strong promoter activity in place of existing MOX and FMDH.

이러한 배경하에서, 본 발명자는 본 발명에 따른 카탈라아제 효소의 프로모터가 메탄올뿐만 아니라 낮은 농도의 포도당 또는 글리세롤 존재 하에서도 발현을 유도하는 효율적인 프로모터임을 밝히고, 상기 프로모터를 이용하여 재조합 단백질을 효과적으로 생산할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다. Under this background, the inventors found that the promoter of catalase enzyme according to the present invention is an efficient promoter that induces expression in the presence of low concentrations of glucose or glycerol as well as methanol, and it is possible to effectively produce recombinant protein using the promoter. It confirmed and completed this invention.

본 발명의 하나의 목적은 서열번호 1의 뉴클레오타이드 서열 또는 뉴클레오타이드 서열에 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 프로모터 핵산 분자를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a promoter nucleic acid molecule comprising a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 프로모터 핵산 분자를 포함하는 발현 벡터를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide an expression vector comprising the promoter nucleic acid molecule.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 벡터로 형질전환된 숙주세포를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a host cell transformed with the vector.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 프로모터 핵산 분자와 목적 단백질을 코딩하는 핵산 분자가 작동적으로 연결된 핵산서열을 포함하는 벡터를 숙주세포로 형질전환하는 단계, 메탄올, 포도당, 글리세롤 또는 이들의 배합물의 존재 하에 목적 단백질 발현을 유도하는 단계, 및 목적 단백질을 분리 정제하는 단계를 포함하는 목 적 단백질의 생산 방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to transform a vector comprising a nucleic acid sequence operably linked with the promoter nucleic acid molecule and the nucleic acid molecule encoding a protein of interest to a host cell, the presence of methanol, glucose, glycerol or a combination thereof. It is to provide a method for producing a target protein comprising the step of inducing the expression of the target protein, and the step of separating and purifying the target protein.

하나의 양태로서, 카탈라아제 프로모터 핵산 분자에 관한 것이다.In one embodiment, the invention relates to a catalase promoter nucleic acid molecule.

보다 바람직한 양태에서, 서열번호 1의 뉴클레오타이드 서열 또는 뉴클레오타이드 서열에 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 프로모터 핵산 분자에 관한 것이다. In a more preferred aspect, the present invention relates to a promoter nucleic acid molecule comprising a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or a nucleotide sequence complementary to a nucleotide sequence.

본 발명에서 용어, “프로모터”는 폴리머라제에 대한 결합 부위를 포함하고 프로모터 하위 유전자의 mRNA로의 전사 개시 활성을 가지는, 암호화 영역의 상위(upstream)의 비해독된 핵산 서열을 의미한다. 본 발명과 관련한 프로모터는 한세눌라 폴리모르파의 게놈으로부터 분리한 천연의 카탈라아제(CAT) 유전자의 프로모터로서, 서열번호 1의 뉴클레오타이드 서열을 가지고 GeneBank에 승인번호 AY748852로 기탁되었다. 본 발명의 CAT 프로모터는 특이한 신호를 필요로 하는 유도성 프로모터로서, 메탄올, 포도당 또는 글리세롤이 유도제로 작용한다. As used herein, the term “promoter” refers to a non-translated nucleic acid sequence upstream of a coding region that contains a binding site for polymerase and has a transcription initiation activity to mRNA of a promoter subgene. The promoter according to the present invention is a promoter of a natural catalase (CAT) gene isolated from the genome of Hanshenula polymorpha, and has been deposited with GeneBank as accession number AY748852 with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. The CAT promoter of the present invention is an inducible promoter requiring a specific signal, methanol, glucose or glycerol acts as an inducer.

카탈라아제는 메탄올 대사에서 메탄올 산화에 의하여 생성된 과산화수소를 물과 산소로 전환하는 촉매작용을 수행하는 효소로, 카탈라아제에 관한 연구는 세포의 산화적 스트레스에 관한 연구와 퍼옥시좀(peroxisome)의 대사적 연구에 관한 보고(Hansen and Roggenkamp, Eur. J. Biochem. 184, 173-179(1989); Weiser et al. J. Biol. Chem. 266, 12406-12411(1991); Fukamatsu et al. Plant Cell Physiol. 44, 982-989(2003); Horiguchi et al. J. Bacteriol. 183, 6372- 6383(2001))가 있었으나, 카탈라아제 프로모터 규명에 대한 연구는 보고된 바가 없다.Catalase is an enzyme that catalyzes the conversion of hydrogen peroxide produced by methanol oxidation into water and oxygen in methanol metabolism. Catalase studies are related to the oxidative stress of cells and metabolism of peroxisome. Report on the study (Hansen and Roggenkamp, Eur. J. Biochem. 184, 173-179 (1989); Weiser et al. J. Biol. Chem. 266, 12406-12411 (1991); Fukamatsu et al. Plant Cell Physiol 44, 982-989 (2003); Horiguchi et al. J. Bacteriol. 183, 6372-6383 (2001)), but no studies on catalase promoter identification have been reported.

본 발명의 프로모터는, 한세눌라 폴리모르파의 전체 유전자를 대상으로 제작한 마이크로어레이 슬라이드와 포도당과 메탄올의 탄소원 처리 샘플의 mRNA와의 하이브리다이제이션 실험을 통하여 포도당과 메탄올 탄소원에 의하여 카탈라제의 발현이 12.48배 증가하는 것에서 일차 선별되었다. 한세눌라 폴리모르파 RB11 균주에 대한 유전체 염기서열 정보 (Ramezani-Rad et al. FEMS Yeast Res. 4, 207-215(2003))를 토대로 한세눌라 폴리모르파 A16 균주로부터 얻은 염색체 DNA를 주형으로 PCR을 실시하여 한세눌라 폴리모르파 카탈라아제 프로모터를 포함하는 1,252 bp 크기의 DNA 절편을 얻고 염기서열을 분석한 뒤, CAT 프로모터의 활성 정도를 기존의 MOX 프로모터와 포도당 산화효소 (glucose oxidase: GOD), 재조합 인체혈장 알부민 (human serum albumin; hSA), 녹색형광단백질 (Green Fluorescent Protein; GFP)의 발현 정도로 비교 분석하였다. 정량화할 수 있는 단백질을 코딩하는 유전자(리포터 유전자)가 발현되도록 프로모터의 하위(downstream)에 연결시키고, 유도제 존재 하에 발현된 mRNA 또는 단백질의 양을 측정함으로써 프로모터 활성을 판단한다. 그 결과, CAT 프로모터는 메탄올 탄소원에 의하여 발현이 유도될 뿐만 아니라 낮은 농도의 포도당 탄소원 존재 하에서도 발현 유도가 우수하므로 포도당을 탄소원으로 이용한 발효공정에서 재조합 단백질 생산에 효과적으로 사용 가능하고, CAT 프로모터의 발현 양상이 MOX 프로모터와 달리 유도 초기에 강하므로 세포 배양시간 단축에 의하여 장시간 배양에 따른 발현된 단백질의 변성을 방지할 수 있었 다.In the promoter of the present invention, the expression of catalase was reduced by 12.48 by the glucose and methanol carbon sources through a hybridization experiment of the microarray slides prepared for all genes of Hanshenula polymorpha and the mRNA of the carbon source treated samples of glucose and methanol. Primary selection in fold increase. PCR of chromosomal DNA obtained from Hanshenula polymorpha A16 strain based on genome sequence information (Ramezani-Rad et al. FEMS Yeast Res. 4, 207-215 (2003)) for Hanshenula polymorpha RB11 strain The DNA fragment of 1,252 bp containing the Hansenula polymorpha catalase promoter was analyzed, and the sequencing was performed. Then, the activity level of the CAT promoter was measured using the existing MOX promoter, glucose oxidase (GOD), and recombination. The expression levels of human serum albumin (hSA) and Green Fluorescent Protein (GFP) were compared and analyzed. Promoter activity is determined by linking downstream of the promoter to express a gene encoding a quantifiable protein (reporter gene) and measuring the amount of mRNA or protein expressed in the presence of an inducer. As a result, CAT promoter is not only induced expression by methanol carbon source but also excellent expression induction in presence of low concentration of glucose carbon source, so it can be effectively used for recombinant protein production in fermentation process using glucose as carbon source, expression of CAT promoter Unlike the MOX promoter, the modulus was strong at the early stage of induction, which prevented denaturation of the expressed protein by prolonged culture by shortening the cell culture time.

본 발명의 프로모터를 코딩하는 서열은 변형이 가능하다. 본 기술분야의 당업자라면 이러한 인위적인 변형에 의해 70% 이상의 상동성이 유지되는 염기서열이 본 발명에서 목적하는 유전자 발현을 위한 프로모터 활성을 보유하는 한, 본 발명의 염기서열로부터 유래된 것과 균등한 것임을 쉽게 이해할 것이다.The sequence encoding the promoter of the present invention can be modified. One of ordinary skill in the art will appreciate that the sequences that maintain at least 70% homology by these artificial modifications are equivalent to those derived from the base sequences of the present invention as long as they retain the promoter activity for gene expression desired in the present invention. Will be easy to understand.

본 발명에서 용어, “상동성”이란 천연형(wild type)의 핵산 서열과의 동일한 정도를 나타내는 것으로 상동성의 비교는 육안으로나 구입이 용이한 비교 프로그램을 이용하여 2개 이상의 서열 간의 상동성을 백분율(%)로 계산할 수 있다. 본 발명의 서열번호 1의 프로모터 영역을 코딩하는 핵산 서열과 바람직하게는 70% 이상, 보다 바람직하게는 80% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상 동일한 핵산 서열을 포함한다. In the present invention, the term “homology” refers to the same degree as that of a wild type nucleic acid sequence, and the comparison of homology refers to the degree of homology between two or more sequences using a comparison program that can be visually or easily purchased. Can be calculated as (%). Preferably, the nucleic acid sequence encoding the promoter region of SEQ ID NO: 1 of the present invention is preferably at least 70%, more preferably at least 80%, even more preferably at least 90% identical.

또한, 본 발명의 프로모터는 프로모터 활성을 보유하는 한, 하나 이상의 핵산 염기가 치환, 결실, 삽입 또는 이들의 조합에 의해 변이된 프로모터 핵산 서열을 갖는 변이체를 포함한다. 프로모터 핵산 서열은 결실, 삽입, 비보전적 또는 보전적 치환 또는 이들의 조합으로 서열상의 변이를 유도할 수 있다. 이러한 서열 변이를 통하여 천연 프로모터와 동일한 활성을 나타낼 수도 있으나, 바람직하게는, 활성이 증가된 프로모터, 유도제에 대한 특이성이 증가된 프로모터 등 목적에 적합하게 프로모터의 기능을 개선시킬 수 있다.In addition, promoters of the invention include variants having a promoter nucleic acid sequence in which one or more nucleic acid bases have been modified by substitution, deletion, insertion, or combination thereof, so long as they retain promoter activity. Promoter nucleic acid sequences may induce variations in the sequence by deletion, insertion, non-conservative or conservative substitutions, or a combination thereof. Such sequence variation may exhibit the same activity as the natural promoter, but preferably, the function of the promoter may be improved to suit the purpose, such as a promoter having increased activity or a promoter having increased specificity for an inducing agent.

상기 모든 범주의 프로모터를 코딩하는 핵산 분자는 목적 유전자의 발현을 유도하는 발현 벡터의 프로모터 성분으로 제공되고, 상기 프로모터를 이용한 다양 한 벡터의 변형이 본 발명의 범주에 포함된다.Nucleic acid molecules encoding all of the above categories of promoters are provided as promoter components of an expression vector that induces the expression of a gene of interest, and modifications of various vectors using the promoter are included in the scope of the present invention.

또 다른 양태에서 본 발명은 상기 프로모터 핵산 분자를 포함하는 발현 벡터에 관한 것이다.In another aspect the invention relates to an expression vector comprising said promoter nucleic acid molecule.

본 발명에서 용어, “발현 벡터”란 적당한 숙주세포에서 목적 단백질을 발현할 수 있도록 프로모터 등의 필수적인 조절 요소를 포함하는 유전자 작제물을 의미한다. 본 발명과 관련된 발현 벡터는 프로모터가 CAT 프로모터인 벡터로, 플라스미드 벡터, 코즈미드 벡터, 박테리오파지 벡터, 효모 벡터, 또는 아데노바이러스 벡터, 레트로바이러스 벡터, 아데노-연관 바이러스 벡터 같은 바이러스 벡터를 포함한다. 프로모터는 목적 유전자의 발현을 유도하도록 작동가능하게 연결되어 있으며 벡터는 숙주세포의 게놈 내로 통합되어 있는 형태일 수도 있다.As used herein, the term “expression vector” refers to a gene construct including essential regulatory elements such as a promoter to express a target protein in a suitable host cell. Expression vectors associated with the present invention are vectors in which the promoter is a CAT promoter and includes viral vectors such as plasmid vectors, cosmid vectors, bacteriophage vectors, yeast vectors, or adenovirus vectors, retrovirus vectors, adeno-associated virus vectors. The promoter is operably linked to induce expression of the gene of interest and the vector may be in an integrated form into the genome of the host cell.

본 발명에서 “작동가능하게 연결된 (operably linked)"는 일반적 기능을 수행하도록 핵산 발현조절 서열과 목적하는 단백질을 코딩하는 핵산 서열이 기능적으로 연결되어 있는 것을 말한다. 재조합 벡터와의 작동적 연결은 당해 기술분야에서 잘 알려진 유전자 재조합 기술을 이용하여 제조할 수 있으며, 부위-특이적 DNA 절단 및 연결은 당해 기술분야에서 일반적으로 알려진 효소 등을 사용한다. In the present invention, "operably linked" refers to a functional link between a nucleic acid expression control sequence and a nucleic acid sequence encoding a protein of interest to perform a general function. It can be prepared using genetic recombination techniques well known in the art, site-specific DNA cleavage and ligation using enzymes generally known in the art and the like.

본 발명에서 “조절 요소”란 단백질을 암호화하는 핵산 서열의 전사, 번역 또는 발현의 증진을 돕거나 이에 영향을 미치는 비해독화된 핵산 서열을 의미한다. 본 발명의 발현벡터는 조절 요소로 CAT 프로모터를 필수적으로 포함하고, 단백질의 발현에 영향을 미칠 수 있는 발현 조절 서열 예를 들어, 개시코돈, 종결코돈, 폴리 아데닐화 시그널, 인핸서, 막 표적화 또는 분비를 위한 신호서열 등을 포함할 수 있다. As used herein, the term “regulatory element” refers to a non-translated nucleic acid sequence that assists or influences the enhancement of transcription, translation or expression of a nucleic acid sequence encoding a protein. Expression vectors of the present invention essentially include a CAT promoter as a regulatory element, and expression control sequences that may affect the expression of proteins such as initiation codons, termination codons, polyadenylation signals, enhancers, membrane targeting or secretion It may include a signal sequence for.

폴리아데닐화 시그널은 전사체의 안정성을 증가시키거나 세포질 수송을 용이하게 한다. 인핸서 서열은 프로모터에서 다양한 부위에 위치하여 인핸서 서열이 없을 때의 프로모터에 의한 전사 활성과 비교하여, 전사 활성을 증가시키는 핵산 염기서열이다. 신호서열에는 숙주가 에스케리치아(Escherichia)속 균인 경우에는 PhoA 신호서열, OmpA 신호서열 등이, 숙주가 바실러스속 균인 경우에는 α-아밀라아제 신호서열, 서브틸리신 신호서열 등이, 숙주가 효모인 경우에는 MFα 신호서열, SUC2 신호서열 등이, 숙주가 동물세포인 경우에는 인슐린 신호서열, α-인터페론 신호서열, 항체 분자 신호서열 등이 이용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Polyadenylation signals increase the stability of transcripts or facilitate cellular transport. Enhancer sequences are nucleic acid sequences that are located at various sites in the promoter and increase transcriptional activity as compared to the transcriptional activity by the promoter in the absence of the enhancer sequence. The signal sequence includes PhoA signal sequence and OmpA signal sequence when the host is Escherichia spp., And α-amylase signal sequence and subtilisin signal sequence when the host is Bacillus sp. In the case of MFα signal sequence, SUC2 signal sequence, etc., if the host is an animal cell, insulin signal sequence, α-interferon signal sequence, antibody molecular signal sequence, etc. may be used, but is not limited thereto.

또한, 벡터는 복제 가능한 발현벡터인 경우, 복제가 개시되는 특정 핵산 서열인 복제원점 (replication origin)을 포함할 수 있다. In addition, when the vector is a replicable expression vector, it may include a replication origin, which is a specific nucleic acid sequence from which replication is initiated.

또한, 벡터는 선택마커 (selection marker)를 포함할 수 있다. 선택마커는 벡터로 형질전환된 세포를 선별하기 위한 것으로, 약물 내성, 영양 요구성, 세포 독성제에 대한 내성 또는 표면 단백질의 발현과 같은 선택가능 표현형을 부여하는 마커들이 사용될 수 있다. 선택제 (selective agent)가 처리된 환경에서 선별 마커를 발현하는 세포만 생존하므로 형질전환된 세포를 선별 가능하다. 효모에서 대표적으로 사용되는 선택마커에는 암피실린, 테트라사이클린에 각각 내성인 β-락타메이즈 유전자와 테트라사이클린 내성 유전자 및 G418 유전자가 있다. 또한, 효모의 ura3-52, his3-△1, leu2-△1, trp1-△1, lys2-201 등의 영양요구성 균주에서 사용될 수 있는 URA3, HIS3, LEU2, TRP1 또는 LYS2 같은 마커들을 포함할 수 있다. In addition, the vector may include a selection marker. The selection marker is for selecting cells transformed with the vector, and markers conferring a selectable phenotype such as drug resistance, nutritional requirements, resistance to cytotoxic agents or expression of surface proteins can be used. Since only cells expressing a selection marker survive in an environment treated with a selective agent, transformed cells can be selected. Typical selection markers used in yeast include β-lactamase gene, tetracycline resistance gene and G418 gene, which are resistant to ampicillin and tetracycline, respectively. Further, comprise yeast ura3-52, his3- △ 1, leu2- △ 1, △ 1 trp1-, lys2-201, such as the nutritional URA3, HIS3, LEU2, TRP1 or LYS2 marker, such that I can be used in the configuration strain Can be.

상기 벡터로 목적 단백질을 코딩하는 핵산서열은 프로모터 하위에 인 플레임(in flame)으로 삽입되어 발현된다. 상기 벡터로 삽입 가능한 목적 단백질은 특별히 제한되지 않으나, 의학, 산업적으로 유용한 목적 단백질에는 호르몬, 사이토카인, 효소, 응고인자, 수송 단백질, 수용체, 조절 단백질, 구조 단백질, 전사 인자, 항원, 항체 등이 있다.The nucleic acid sequence encoding the target protein into the vector is inserted into the flame under the promoter and expressed. The target protein that can be inserted into the vector is not particularly limited, but medical and industrially useful target proteins include hormones, cytokines, enzymes, coagulation factors, transport proteins, receptors, regulatory proteins, structural proteins, transcription factors, antigens, antibodies, and the like. have.

목적 단백질의 구체적인 예로는, 트롬보포이에틴, 인간 성장 호르몬, 성장 호르몬 방출 호르몬, 성장 호르몬 방출 펩타이드, 인터페론류, 인터페론 수용체류, 콜로니 자극인자류, 글루카콘-유사 펩타이드류 (GLP-1등), 지프로테인 관련수용체 (G-protein-coupled receptor), 인터루킨류, 인터류킨 수용체류, 효소류, 인터류킨 결합 단백질류, 사이토카인 결합 단백질류, 마크로파지 활성인자, 마크로파지 펩타이드, B 세포인자, T 세포인자, 단백질 A, 알러지 억제인자, 세포 괴사 당단백질, 면역독소, 림포독소, 종양 괴사인자, 종양 억제인자, 전이 성장인자, α-1 안티트립신, 알부민, α-락트알부민, 아포리포단백질-E, 적혈구 생성인자, 고 당쇄화 적혈구 생성인자, 안지오포에이틴류, 헤모글로빈, 트롬빈, 트롬빈수용체 활성 펩타이드, 트롬보모듈린, 혈액인자 Ⅶ, Ⅶa, Ⅷ, Ⅸ, 및 XⅢ, 플라즈미노젠 활성인자, 피브린-결합 펩타이드, 유로키나제, 스트렙토키나제, 히루딘, 단백질 C, C-반응성 단백질, 레닌 억제제, 콜라게나제 억제제, 수퍼옥사이드 디스뮤타제, 렙틴, 혈소판 유래 성장인자, 상피세포 성장인자, 표피세포 성장인자, 안지오스타틴, 안지오텐신, 골 형성 성장인자, 골 형성 촉진 단백질, 칼시토닌, 인슐린, 아트리오펩틴, 연 골 유도인자, 엘카토닌, 결합조직 활성인자, 조직인자 경로 억제제, 여포 자극 호르몬, 황체 형성 호르몬, 황체 형성 호르몬 방출 호르몬, 신경 성장인자류, 부갑상선 호르몬, 릴랙신, 씨크레틴, 소마토메딘, 인슐린 유사 성장인자, 부신피질 호르몬, 글루카곤, 콜레시스토키닌, 췌장 폴리펩타이드, 가스트린 방출 펩타이드, 코티코트로핀 방출인자, 갑상선 자극호르몬, 오토탁신, 락토페린, 미오스타틴, 수용체류, 수용체 길항물질, 세포표면항원, 바이러스 유래 백신 항원, 단일클론 항체, 다중클론 항체 및 항체 단편 등이 있으며, 이로 제한되지 않는다.Specific examples of the target protein include thrombopoietin, human growth hormone, growth hormone releasing hormone, growth hormone releasing peptide, interferon, interferon receptors, colony stimulating factors, glucacon-like peptides (GLP-1, etc.). ), G-protein-coupled receptors, interleukins, interleukin receptors, enzymes, interleukin binding proteins, cytokine binding proteins, macrophage activators, macrophage peptides, B cell factor, T cell factor , Protein A, allergic inhibitor, cell necrosis glycoprotein, immunotoxin, lymphotoxin, tumor necrosis factor, tumor suppressor, metastasis growth factor, α-1 antitrypsin, albumin, α-lactalbumin, apolipoprotein-E, Erythropoietin, high glycated erythropoietin, angiopoietin, hemoglobin, thrombin, thrombin receptor active peptide, thrombomodulin, blood factor Ⅶ, Ⅶa, , Ⅸ, and XIII, plasminogen activator, fibrin-binding peptide, urokinase, streptokinase, hirudin, protein C, C-reactive protein, renin inhibitor, collagenase inhibitor, superoxide dismutase, leptin, platelet Derived growth factor, epidermal growth factor, epidermal growth factor, angiostatin, angiotensin, bone formation growth factor, bone formation promoting protein, calcitonin, insulin, atriopeptin, cartilage inducer, elkatonin, connective tissue activator, Tissue factor pathway inhibitors, follicle stimulating hormone, luteinizing hormone, luteinizing hormone releasing hormone, nerve growth factor, parathyroid hormone, relaxin, secretin, somatomedin, insulin-like growth factor, adrenal cortex hormone, glucagon, cholecystokinin, Pancreatic polypeptide, gastrin releasing peptide, corticotropin releasing factor, thyroid stimulating hormone, autotaxin, lactoferrin, US Orstatin, receptors, receptor antagonists, cell surface antigens, virus-derived vaccine antigens, monoclonal antibodies, polyclonal antibodies, and antibody fragments.

또 다른 양태에서, 본 발명은 상기 벡터로 형질전환된 숙주세포에 관한 것이다. 상기 벡터로 형질전환 가능한 숙주세포로는 에스케리치아 콜라이(Escherichia coli), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 스트렙토마이세스(Streptomyces), 슈도모나스(Pseudomonas), 프로테우스 미라빌리스(Proteus mirabilis) 또는 스타필로코쿠스(Staphylococcus)와 같은 원핵 숙주 세포가 있으나 이로 제한되는 것은 아니다. 또한, 진균(예를 들어, 아스페르길러스(Aspergillus)), 효모(예를 들어, 피치아 파스토리스(Pichia pastoris), 사카로마이세스 세르비시애(Saccharomyces cerevisiae), 쉬조사카로마세스(Schizosaccharomyces), 뉴로스포라 크라사(Neurospora crassa))등과 같은 하등 진핵 세포, 곤충 세포, 식물 세포, 포유동물 등을 포함하는 고등 진핵생물 유래의 세포를 숙주세포로 사용할 수 있다. 바람직하게는 효모, 그 중에서도 메틸자화 효모인 한세눌라 속, 피키아 (Pichia) 속, 칸디다 (Candia) 속 또는 토루로피시스 (Torulopsis) 속의 효모가 보다 더 바람직하다.In another aspect, the invention relates to a host cell transformed with the vector. Host cells transformable with the vector include Escherichia coli, Bacillus subtilis, Streptomyces, Pseudomonas, Proteus mirabilis or star. Prokaryotic host cells such as Staphylococcus are but are not limited to these. In addition, fungi (eg Aspergillus), yeast (eg Pichia pastoris, Saccharomyces cerevisiae) Cells derived from higher eukaryotes, including lower eukaryotic cells such as Schizosaccharomyces and Neurospora crassa, insect cells, plant cells, mammals and the like, can be used as host cells. Preferably, yeasts, among them, the genus of methylated yeast, the genus Hansenula, Pichia, Candida or Torulopsis, are more preferred.

상기 세포 내로 본 발명의 벡터를 도입하는 방법은 핵산을 세포 내로 도입하는 어떤 방법도 포함되며, 숙주세포에 따라 당 분야에서 공지된 바와 같이 적합한 표준 기술을 선택하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 일렉트로포레이션 (electroporation), 인산 칼슘(CaPO4) 침전, 염화칼슘(CaCl2) 침전, 레트로바이러스 감염 (retroviral infection), 미세주입법 (microinjection), PEG, DEAE-덱스트란 (DEAE-dextran), 양이온 리포좀법 (cationic liposome), 초산 리튬-DMSO법 등이 있고, 본 발명의 구체적인 양태에서는 초산 리튬-DMSO법을 사용하였다.The method of introducing the vector of the present invention into the cell includes any method of introducing nucleic acid into the cell, and may be performed by selecting a suitable standard technique as known in the art depending on the host cell. For example, electroporation, calcium phosphate (CaPO4) precipitation, calcium chloride (CaCl2) precipitation, retroviral infection, microinjection, PEG, DEAE-dextran, Cationic liposome method, lithium acetate-DMSO method, and the like, and in the specific embodiment of the present invention, lithium acetate-DMSO method is used.

또 다른 양태에서, 본 발명은 상기 프로모터 핵산 분자와 목적 단백질을 코딩하는 핵산 분자가 작동적으로 연결된 핵산 서열을 포함하는 벡터를 숙주세포로 형질전환하는 단계, 메탄올, 포도당, 글리세롤 또는 이들의 배합물의 존재 하에 목적 단백질 발현을 유도하는 단계, 및 목적 단백질의 분리 정제를 포함하는 목적 단백질의 생산 방법에 관한 것이다.In another embodiment, the present invention provides a method for preparing a host cell, comprising transforming a vector comprising a nucleic acid sequence operably linked with the promoter nucleic acid molecule and a target protein into a host cell, methanol, glucose, glycerol or a combination thereof. Inducing the expression of the target protein in the presence of the present invention, and a method for producing the target protein comprising the separation and purification of the target protein.

세포 배양은 널리 공지된 방법에 따라서 수행되고, 배양 온도 및 시간, 배지의 pH, 유도제 종류, 유도제 투여시간 및 투여량 등의 조건은 적절하게 조절될 수 있다. Cell culture is carried out according to well-known methods, and conditions such as the culture temperature and time, the pH of the medium, the type of inducer, the time of administration of the inducer, and the dosage can be appropriately adjusted.

단백질은 통상적인 생화학 분리 기술, 예를 들어 단백질 침전제에 의한 처리(염석법), 원심분리, 초음파파쇄, 한외여과, 투석법, 분자체 크로마토그래피(겔여과), 흡착크로마토그래피, 이온교환 크로마토그래피, 친화도 크로마토그래피 등의 각종 크로마토그래피 등을 이용할 수 있으며, 통상적으로 순도가 높은 단백질을 분리하기 위하여 이들을 조합하여 이용한다.Proteins are subjected to conventional biochemical separation techniques, such as treatment with protein precipitants (salting), centrifugation, sonication, ultrafiltration, dialysis, molecular sieve chromatography (gel filtration), adsorption chromatography, ion exchange chromatography. And a variety of chromatography such as affinity chromatography can be used. In order to separate proteins of high purity, these are usually used in combination.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 보다 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 목적일 뿐, 본 발명의 권리 범위가 하기 실시예에만 한정된 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are only for the purpose of illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited only to the following examples.

실시예 1: 마이크로어레이를 활용한 한세눌라 폴리모르파 카탈라아제 발현 양상 분석Example 1 Analysis of Hanshenula Polymorpha Catalase Expression Using Microarrays

한세눌라 폴리모르파 DNA 마이크로어레이 분석을 위하여 한세눌라 폴리모르파 CBS 4732(http://pedant.gsf.de/cgi-bin/wwwfly.pl?Set=Pichia_ angusta_CBS_4732_RST&Page=index)의 RST(random sequencing tags)를 이용하여 1,202쌍의 한세눌라 폴리모르파 ORF에 대한 프라이머를 제작하였다. 각각의 프라이머 길이는 18 mer이며 전방 프라이머(forward primer)에는 5-aminolink를 갖도록 구성하여 마이크로어레이 배열시 방향성을 갖도록 하였다. Random sequencing tags of Hansenula polymorpha CBS 4732 (http://pedant.gsf.de/cgi-bin/wwwfly.pl?Set=Pichia_ angusta_CBS_4732_RST & Page = index) for Hansenula polymorpha DNA microarray analysis. Primers were prepared for 1,202 pairs of Hansenula polymorpha ORF. Each primer was 18 mer in length and was configured to have 5-aminolink in the forward primer to direct the microarray.

한세눌라 폴리모르파 마이크로어레이를 제작하기 위한 전체 유전자들은 한세눌라 폴리모르파 A16 야생형 균주의 유전체 DNA를 Holm 등(Holm et al. Gene, 42, 169-173(1986))의 방법에 따라서 획득하여 위에서 준비한 프라이머들을 이용한 96-웰 중합효소 연쇄반응(polymerase chain reaction; PCR)(반응부피 100 ㎕; 8 ㎍/㎖ 의 chromosomal DNA, 1 pmole/㎕의 프라이머 세트, 50 ㎕의 2X premix Taq DNA polymerase)으로 얻었다. 이로부터 얻은 PCR 반응물은 분리 정제하여 완충용액에 100 ng/㎕의 농도로 농축하고 384-웰에 옮겨 ProSys5510 마이크로어레이(Cartesian Technologies, Irvine, CA, USA)를 이용하여 슈퍼 알데히드 슬라이드 글라스(super-aldehyde slide glass, CEL associates, Houston, TX, USA)위에 스포팅하고 나트륨 보로하이드라이드(sodium borohydride) 수용액으로 세정하여 한세눌라 폴리모르파 마이크로어레이 슬라이드를 완성하였다.The entire genes for constructing the Hansenula polymorpha microarray were obtained by obtaining the genomic DNA of the Hansenula polymorpha A16 wild type strain according to the method of Holm et al. Gene, 42, 169-173 (1986). 96-well polymerase chain reaction (PCR) using primers prepared above (reaction volume 100 μl; 8 μg / ml chromosomal DNA, 1 pmole / μl primer set, 50 μl 2X premix Taq DNA polymerase) Got as. The PCR reaction product was separated, purified and concentrated in a buffer solution at a concentration of 100 ng / μl and transferred to 384-well using a ProSys5510 microarray (Cartesian Technologies, Irvine, CA, USA) using a super aldehyde slide glass (super-aldehyde). Slide glass, CEL associates, Houston, TX, USA) was spotted and washed with an aqueous solution of sodium borohydride to complete the Hansenula polymorpha microarray slide.

한세눌라 폴리모르파 마이크로어레이를 이용하여 포도당과 메탄올 탄소원에 대한 한세눌라 폴리모르파의 유전자 발현특성을 검토하기 위하여 한세눌라 폴리모르파 A16 균주를 포도당을 탄소원으로 하는 복합 액상배지 YPD-2 (Bacto yeast extract 1%, Bacto peptone 2%, glucose 2%)에서 지수성장기(O. D 0.8~1.0, 600 nm)까지 배양 후 메탄올을 탄소원으로 하는 YPM-1 (Bacto yeast extract 1%, Bacto peptone 2%, methanol 1%) 복합 액상배지에서 배양하여 세포를 취하고 원심분리 후 Hot phenol 방법(Elion and Warner, Cell, 39, 663-673(1984))으로 전체 mRNA를 얻었다. 또한, 산화적 스트레스 (oxidative stress)에 대한 한세눌라 폴리모르파의 유전자 발현 양상을 함께 검토하기 위하여 위의 배양조건에 이황화 메나디온(menadione bisulfite) 1 mM을 2시간 처리하여 인위적인 산화적 스트레스를 유발한 다음, 위와 같은 방법으로 세포를 회수하여 mRNA를 얻었다. In order to examine the gene expression characteristics of Hanshenula polymorpha against glucose and methanol carbon sources using the Hanshenula polymorpho microarray, the liquid liquid medium YPD-2 (Bacto) was prepared using the Hanshenula polymorpho A16 strain as a carbon source. YPM-1 (Bacto yeast extract 1%, Bacto peptone 2%) using methanol as carbon source after incubation in exponential growth phase (O. D 0.8 ~ 1.0, 600 nm) in yeast extract 1%, Bacto peptone 2%, glucose 2%) , methanol 1%) cells were cultured in a complex liquid medium and centrifuged to obtain total mRNA by Hot phenol method (Elion and Warner, Cell, 39, 663-673 (1984)). In addition, to examine the gene expression pattern of Hanshenula polymorpha against oxidative stress, 1 mM of menadione bisulfite was treated for 2 hours in the above culture conditions to induce artificial oxidative stress. Then, the cells were recovered in the same manner as above to obtain mRNA.

이들 mRNA는 직접 표지(direct labeling)방법과 간접 표지(indirect labeling) 방법으로 형광염료를 표지하였다. 직접 표지는 Hegde 등(Hegde et al. Biotechniques, 29, 548-562(2000))의 방법을 응용하였다. 24 ㎕의 RNAse-free 정제수에 mRNA 시료 100 ㎍과 oligo-dT 2 ㎍을 용해시켜 70℃에서 10분간 배양하고 얼음에 냉각시킨 다음, 5X 역전사효소반응 완충용액, 0.1 M DTT, 10X dNTP(5 mM d(AGC)TP, 2 mM TTP), 라벨링 형광염료(fluorescent nucleotide; 1 mM Cy3TM-dUTP/Cy5TM-dUTP, Amersham Bioscience, Piscataway, NJ, USA), RNAsin(RNAse inhibitor), 그리고 200 U의 SuperscriptTM reverse transcriptase (Invitrogen, USA)를 첨가하여 반응부피 50 ㎕, 반응온도 42℃에서 2시간 동안 역전사 반응을 수행하였고 이로부터 Cy3과 Cy5가 표지된 cDNA를 얻었다. 그리고 간접 표지는 3DNATM Submicro®EX Expression Array Detection Kit를 사용하였으며 두 가지 표지방법을 비교 분석하였다.These mRNAs were labeled with fluorescent dyes by direct labeling and indirect labeling. For direct labeling, the method of Hegde et al. (Hegde et al. Biotechniques, 29, 548-562 (2000)) was applied. 100 μg of mRNA sample and 2 μg of oligo-dT were dissolved in 24 μl RNAse-free purified water, incubated for 10 minutes at 70 ° C., and then cooled on ice. 5X reverse transcriptase reaction solution, 0.1 M DTT, 10X dNTP (5 mM d (AGC) TP, 2 mM TTP), labeled fluorescent nucleotides (1 mM Cy3 TM -dUTP / Cy5 TM -dUTP, Amersham Bioscience, Piscataway, NJ, USA), RNAsin (RNAse inhibitor), and 200 U Superscript TM reverse transcriptase (Invitrogen, USA) was added to carry out reverse transcription for 2 hr at 50 µl of reaction volume and 42 ° C of reaction temperature, thereby obtaining CyD and Cy5 labeled cDNA. And indirect markers were used 3DNA TM Submicro ® EX Expression Array Detection Kit were compared between the two labeling method.

표지된 cDNA는 MinEluteTM PCR 정제 키트(Qiagen, USA)로 정제하고 진공 건조하여 15 ㎕의 TE buffer(10 mM Tris-Cl, pH 8.5)에 현탁시켰으며, 8.8 ㎕의 하이브리다이제이션 완충용액(10% SDS(sodium dodecyl sulfate), 20X SSC(sodium chloride/sodium citrate))을 첨가하여 99℃에서 5분 반응시키고 상온에서 5분 냉각시킨 후, 한세눌라 폴리모르파 마이크로어레이 슬라이드에 도입하여 45℃에서 16~18시간 동안 혼성화(hybridization) 반응을 수행하였다. Labeled cDNAs were purified with MinElute PCR purification kit (Qiagen, USA), vacuum dried and suspended in 15 μl of TE buffer (10 mM Tris-Cl, pH 8.5) and 8.8 μl of hybridization buffer (10 % SDS (sodium dodecyl sulfate), 20X SSC (sodium chloride / sodium citrate) was added and reacted at 99 ° C. for 5 minutes, cooled at room temperature for 5 minutes, and then introduced into a Hansenula polymorphomicroarray slide at 45 ° C. Hybridization reactions were performed for 16-18 hours.

혼성화된 슬라이드는 2X SSC/0.2% SDS 완충용액, 2X SSC 완충용액, 0.2X SSC 완충용액, 그리고 증류수를 사용하여 순서대로 세정하고 1,000 rpm으로 원심분리하여 건조시켰다.Hybridized slides were washed sequentially with 2X SSC / 0.2% SDS buffer, 2X SSC buffer, 0.2X SSC buffer, and distilled water and dried by centrifugation at 1,000 rpm.

혼성화반응으로부터 발색된 슬라이드는 ScanArray 5000(Gsi Lumonics, Kanata, OT, USA)으로 스캐닝한 다음, GenePixTM Pro 4.0(Axon Instruments, Foster City, CA, USA)과 S-PLUS 프로그램을 사용하여 분석하여 얻은 결과를 정규화(normalization) 하였으며(Stare et al. Computer Methods Programs Biomed. 64, 45-62(2001)), 배양조건에 따른 유전자의 발현 변화가 2배 이상을 나타내는 결과를 선별하여 검토하였다. 데이터 클러스터링은 클러스터(Cluster) 프로그램(Eisen et al. Proc. Natl. Acad. Sci. 95, 14863-14868(1998))을 사용하였으며 트리뷰(TreeView) 프로그램(http://rana.lbl.gov.EisenSoftware.htm)을 사용하여 도식적으로 평가하였다.Slides developed from hybridization reactions were obtained by scanning with ScanArray 5000 (Gsi Lumonics, Kanata, OT, USA) and analyzed using GenePix Pro 4.0 (Axon Instruments, Foster City, CA, USA) and S-PLUS program. The results were normalized (Stare et al. Computer Methods Programs Biomed. 64, 45-62 (2001)), and the results showed that the expression of the gene was changed more than two times according to the culture conditions. Data clustering was performed using the Cluster program (Eisen et al. Proc. Natl. Acad. Sci. 95, 14863-14868 (1998)) and the TreeView program (http://rana.lbl.gov. EisenSoftware.htm) was used to evaluate schematically.

표 1은 야생형 한세눌라 폴리모르파를 YPD-2 복합 액상배지에서 지수성장 초기까지 배양하여 세포를 회수하여 세척하고 YPM-1 복합 액상배지로 옮겨서 메탄올 메타볼리즘과 관련하여 발현된 mRNA에 대한 한세눌라 폴리모르파의 DNA 마이크로어레이 결과(Oh et al. J. Microbiol. Biotechnol. 14, 1239-1248 (2004))의 일부를 나타낸다. 표 1에 나타난 바와 같이 메탄올 유도에 의한 메탄올 산화효소의 발현율이 약 19배로 증가하였으며, 카탈라아제의 발현율 역시 약 13배로 매우 높게 증가하는 것을 관찰하였다. 또한, 카탈라아제는 산화적 스트레스 하에서 메탄올 산화효소보다 매우 높은 유전자 발현을 보였다. 따라서 이 결과를 기초로 하여 카탈 라아제의 프로모터를 메탄올 대사와 관련한 메탄올 유도 프로모터로 선별하였다. Table 1 shows the culture of wild-type Hanshenula polymorpha from YPD-2 complex liquid medium to the early stage of exponential growth. The cells are recovered and washed, and transferred to YPM-1 complex liquid medium. Part of the DNA microarray results of Nula polymorpha (Oh et al. J. Microbiol. Biotechnol. 14, 1239-1248 (2004)). As shown in Table 1, the expression rate of methanol oxidase by methanol induction was increased by about 19 times, and the expression rate of catalase was also increased by about 13 times. In addition, catalase showed much higher gene expression than methanol oxidase under oxidative stress. Therefore, based on these results, catalase promoters were selected as methanol-induced promoters related to methanol metabolism.

메탄올 대사관련 효소 Methanol metabolism related enzyme 발현율 (Induction fold)Induction fold 메탄올 (Methanol)Methanol 메나디온 (Menadion)Menadion 메탄올 산화효소Methanol oxidase 18.6818.68 1One 카탈라아제Catalase 12.4812.48 2525

실시예 2: 한세눌라 폴리모르파 CAT 프로모터 획득Example 2: Acquisition of Hansenula polymorpha CAT promoter

위 결과로부터 CAT 프로모터 유전자를 획득하기 위하여, 최근 완성된 한세눌라 폴리모르파 RB11 균주에 대한 유전체 염기서열 정보 (Ramezani-Rad et al. FEMS Yeast Res. 4, 207-215(2003))로부터 한세눌라 폴리모르파 카탈라아제 ORF (open reading frame)의 전체 염기서열 정보를 얻었다. 이를 토대로 하여 한세눌라 폴리모르파 카탈라아제의 구조 유전자의 상위 1,000 내지 2,000 bp에 대하여 제작한 서열번호 2와 서열번호 3의 프라이머를 사용하여 한세눌라 폴리모르파 A16 균주의 염색체 DNA를 주형으로 PCR을 실시하였고, 한세눌라 폴리모르파 카탈라아제 프로모터를 포함하는 1,252 bp 크기의 DNA 절편을 얻었다(서열번호 1). 본 발명에서 획득한 한세눌라 폴리모르파 카탈라아제 프로모터의 유전자 염기서열을 AY748852로 GeneBank에 등재하였으며 유전자를 대장균에 클로닝하여 한국생물자원센터 (KTCT)에 기탁번호 KCTC10722BP(기탁일: 2004년11월15일)로 기탁하였다.In order to obtain the CAT promoter gene from the above results, Hanshenula from the recently completed genome sequence information of Hanshenula polymorpha RB11 strain (Ramezani-Rad et al. FEMS Yeast Res. 4, 207-215 (2003)). The complete sequence information of the polymorpha catalase ORF (open reading frame) was obtained. On the basis of this, PCR was carried out using a chromosomal DNA of Hanshenula polymorpha A16 strain as a template using primers of SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3 prepared for the top 1,000 to 2,000 bp of the structural gene of Hanshenula polymorpha catalase. Then, a DNA fragment of 1,252 bp containing a Hanshenula polymorpha catalase promoter was obtained (SEQ ID NO: 1). The gene sequence of the Hanshenula polymorpha catalase promoter obtained in the present invention was listed in GeneBank as AY748852, and the gene was cloned into Escherichia coli and deposited with KTCT at KTCC10722BP (Deposit date: November 15, 2004). Was deposited.

실시예 3: 포도당 산화효소 리포터 유전자를 활용한 한세눌라 폴리모르파 CAT 프로모터 발현 양상 검증Example 3: Verification of Hanshenula polymorpha CAT promoter expression using glucose oxidase reporter gene

아스퍼질러스 니거(Aspergillus niger) 유래의 포도당 산화효소(glucose oxidase: GOD)를 리포터 단백질로 사용하여 MOX 프로모터와 CAT 프로모터의 발현양상을 상호 비교하기 위해서, CAT 프로모터를 이용한 GOD 발현용 플라스미드를 도 1a에 나타낸 바와 같이 제작하였다. 메탄올 산화효소 프로모터에 의하여 발현되도록 제작된 플라스미드 pDLMOX-GOD(H) (Kang et al. Glycobioligy, 14, 243-251 (2004))로부터 MOX 프로모터를 CAT 프로모터로 교체하여 플라스미드 pHpCATp-GOD를 제작하였다. 즉, N-말단과 C-말단에 BglII와 HindIII 제한효소 인식부위를 갖도록 제작한 한세눌라 폴리모르파 CAT 프로모터 DNA 절편을 제한효소 BamHI과 HindIII로 절단하여 얻은 6.3 kb 크기의 플라스미드 pDLMOX-GOD(H)에 삽입하여 플라스미드 pHpCATp-GOD를 얻었다.In order to compare the expression patterns of the MOX promoter and the CAT promoter by using glucose oxidase (GOD) derived from Aspergillus niger as a reporter protein, a plasmid for expressing GOD using a CAT promoter is illustrated in FIG. 1A. It was produced as shown in. Plasmid pHpCATp-GOD was constructed by replacing the MOX promoter with the CAT promoter from plasmid pDLMOX-GOD (H) (Kang et al. Glycobioligy, 14, 243-251 (2004)) constructed to be expressed by the methanol oxidase promoter. In other words, the 6.3 kb plasmid pDLMOX obtained by cleavage of the Hansenula polymorpha CAT promoter DNA fragments prepared with Bgl II and Hind III restriction enzyme recognition sites at the N- and C-terminus with restriction enzymes BamH I and Hind III. Inserted into -GOD (H) to obtain plasmid pHpCATp-GOD.

형질전환은 상기 각각의 플라스미드를 한세눌라 폴리모르파 DL1(ATCC26012)과 A16(CBS4732)에 초산 리튬-DMSO법(Hill et al. Nucleic Acid Res. 19, 5791(1991))에 의하여 수행하였다. 형질전환된 재조합 균주는 류신 (Leu) 영양요구성 선별을 통한 YNB 최소 평판배지 (Yeast Nitrogen Base without amino acid 0.67%, glucose 2%, Leu DO supplement (BD Biosciences Clontech, USA) 0.069%)에서 계대배양하여 안정화 과정을 수행하였으며 GOD를 발현하는 형질전환 균주를 선별하여 발현특성을 검토하였다.Transformation was carried out for each of the above plasmids by lithium acetate-DMSO method (Hill et al. Nucleic Acid Res. 19, 5791 (1991)) in Hanshenula polymorpha DL1 (ATCC26012) and A16 (CBS4732). Transformed recombinant strains were subcultured on YNB minimal plate medium (Yeast Nitrogen Base without amino acid 0.67%, glucose 2%, Leu DO supplement (BD Biosciences Clontech, USA) 0.069%) through leucine nutritional selection The stabilization process was performed and transgenic strains expressing GOD were selected and their expression characteristics were examined.

발현용 플라스미드 제작과 이들의 형질전환 균주 제작에 사용된 일반적인 실험방법은 강 등(Kang et al. Biotechnol. Bioengineer. 76, 175-185(2001))의 방법에 준하였다.The general experimental method used for the production of expression plasmids and their transformed strains was in accordance with the method of Kang et al. (Kang et al. Biotechnol. Bioengineer. 76, 175-185 (2001)).

형질전환 균주의 도입 플라스미드 카피 수는 서던 블럿팅으로 결정하였다. 서던 블럿팅은 강 등(Kang et al. Biotechnol. Bioengineer. 76, 175-185(2001))의 방법에 따라 수행하였다.The introduced plasmid copy number of the transforming strain was determined by Southern blotting. Southern blotting was performed according to the method of Kang et al. Biotechnol. Bioengineer. 76, 175-185 (2001).

CAT 프로모터에 의한 GOD의 발현 양상은 평판배지와 액상배양에서의 GOD 활성측정에 의하여 평가하였다. 평판배지에서의 활성측정은 다음과 같다. 선별된 형질전환 균주를 YPD-2, YPD-0.05 (Bacto yeast extract 1%, Bacto peptone 2%, glucose 0.05%), 및 YPM-2 (Bacto yeast extract 1%, Bacto peptone 2%, methanol 2%) 등의 복합 평판배지에 일정한 크기의 스팟을 형성하도록 피펫으로 종배양액을 분주한 다음 24~36시간 동안 37℃에서 배양 후, 활성 측정용 top agar를 콜로니가 형성된 평판배지 위에 붓고 포도당 산화효소반응을 수행하였다. 발현된 GOD의 활성은 평판 배지 상에 나타나는 발색환으로 평가하였다. 종배양은 YPD-2 복합 액체배지에서 20시간, 37℃로 배양하여 얻었다. 활성 측정용 top agar 용액은 agar 1%, glucose 0.7%, peroxidase (horseradish peroxidase, Sigma) 1 U/㎖, O-dianosine (Sigma) 67 ㎎/L을 100 mM의 인삼칼륨 완충용액 (pH 6.0)에 제조하여 사용하였다. 액상배양 측정은 형질전환 균주를 각각의 복합 액상배지에서 37℃로 배양 후 일정 부피를 취하여 GOD 발색반응 수용액에 첨가하여 효소반응을 수행하였으며, 일정부피의 염산 수용액을 첨가하여 효소반응을 종결하였다. 발색은 UV-흡광광도기(UV-spectrophotometer, Shimadzu, Japan)를 이용하여 525 nm에서 흡광도를 측정하여 정량하였다. 발색 반응용 수용액은 위에서 제조한 활성 측정용 top agar 용액 중에서 아가를 제외하고 인산칼륨 완충용액에 제조하였다.The expression pattern of GOD by CAT promoter was evaluated by measuring GOD activity in plate medium and liquid culture. Activity measurements on plate media are as follows. Selected transformants were YPD-2, YPD-0.05 (Bacto yeast extract 1%, Bacto peptone 2%, glucose 0.05%), and YPM-2 (Bacto yeast extract 1%, Bacto peptone 2%, methanol 2%) Dispense the seed culture solution with a pipette to form a spot of a constant size on the composite flat medium such as, and incubate at 37 ° C. for 24 to 36 hours, and then pour the top agar for activity measurement onto the flat medium in which the colony is formed and perform a glucose oxidase reaction. Was performed. The activity of the expressed GOD was assessed by chromophores appearing on plate media. Species culture was obtained by incubation at 37 ℃ in 20 hours, YPD-2 complex liquid medium. Top agar solution for activity measurement: 1% agar, 0.7% glucose, 1 U / mL peroxidase (horseradish peroxidase, Sigma), 67 mg / L of O-dianosine (Sigma) in 100 mM potassium ginseng buffer (pH 6.0) It was prepared and used. Liquid culture measurement was carried out by the transformation strain was cultured at 37 ℃ in each complex liquid medium and a certain volume was added to the GOD color reaction aqueous solution to perform the enzymatic reaction, and a certain volume of aqueous hydrochloric acid solution was added to terminate the enzyme reaction. Color development was quantified by measuring absorbance at 525 nm using a UV-spectrophotometer (UV-spectrophotometer, Shimadzu, Japan). Aqueous solution for color reaction was prepared in potassium phosphate buffer solution except agar in the activity measurement top agar solution prepared above.

도 2는 CAT 및 MOX 프로모터에 의하여 재조합 GOD를 발현하는 한세눌라 폴리모르파 DL1과 A16 형질전환 균주의 평판 배지 상에서의 발현특성을 나타낸다. 메탄올을 탄소원(YPM)으로 하여 세포를 배양한 경우, CAT 프로모터에 의한 GOD의 발현이 MOX 프로모터에 의한 발현에 상응하는 결과를 나타내었으며, 특히 한세눌라 폴리모르파 A16 균주의 경우에는 CAT 프로모터가 MOX 프로모터보다 비교적 우수하게 나타났다(도 2의 A). 그리고 포도당을 탄소원(YPD)으로 세포를 배양한 경우, MOX 프로모터에 의한 GOD의 발현은 억제된 것을 볼 수 있으나, CAT 프로모터의 경우에는 GOD의 발현이 유도되었음을 알 수 있었고(도 2의 B), 또한 한세눌라 폴리모르파 A16 균주의 경우가 DL1의 경우보다 포도당에 의한 억제가 더욱 완화된 것을 알 수 있었다(도 3). 포도당 및 메탄올 복합 액상배지에서 배양 초기 6시간 내에서 GOD발현을 비교한 결과, 메탄올에 의한 CAT 프로모터 발현이 포도당에 의한 발현보다 우수하였으나, 포도당에서의 발현율이 배양 초기에도 상당히 높게 나타나는 것을 볼 수 있어서 포도당 억제가 상당히 완화되는 것을 알 수 있었다.Figure 2 shows the expression characteristics on the plate medium of Hanshenula polymorpha DL1 and A16 transgenic strain expressing recombinant GOD by CAT and MOX promoters. When the cells were cultured using methanol as the carbon source (YPM), the expression of GOD by the CAT promoter showed a result corresponding to the expression by the MOX promoter. Especially, in the case of the Hansenula polymorph A16 strain, the CAT promoter was MOX. It was relatively better than the promoter (FIG. 2A). And when the cells were cultured with glucose as a carbon source (YPD), it can be seen that the expression of GOD by the MOX promoter was suppressed, but in the case of the CAT promoter, GOD expression was induced (FIG. 2B), In addition, it can be seen that the Hansenula polymorpha A16 strain was more repressed by glucose than in the case of DL1 (FIG. 3). The expression of GOD in glucose and methanol complex liquid medium within 6 hours of incubation showed that the CAT promoter expression by methanol was better than that by glucose, but the expression rate in glucose was significantly higher even at the beginning of culture. Glucose inhibition was found to be significantly alleviated.

실시예 4: 한세눌라 폴리모르파 CAT 프로모터에 의한 재조합 hSA의 발현Example 4 Expression of Recombinant hSA by Hansenula Polymorpha CAT Promoter

서열번호 2와 3의 PCR로부터 획득한 CAT 프로모터를 이용하여 재조합 인체혈장 알부민(human serum albumin; hSA) 발현을 검토하였다. hSA 발현용 플라스미드는 도 1b 에 나타낸 바와 같이 플라스미드 pDLMOX-GOD(H)를 제한효소 BamHI과 HindIII로 절단하여 MOX 프로모터와 GOD 유전자를 제거한 후, N-말단과 C-말단에 BglII와 HindIII 제한효소 인식부위를 갖도록 제작한 한세눌라 폴리모르파 CAT 프로모터 DNA 절편을 삽입하여 pCAT-BEH를 얻었다. hSA 유전자는 pYHSA12(+/-)(Kang et al. Biotechnol. Bioengineer. 76, 175-185(2001))으로부터 서열번호 4, 5 및 6의 hSA(UTR+)―forward, hSA(UTR-)―forward, 및 hSA(UTR+/-)―reverse의 각각의 프라이머를 이용하여 EcoRI과 HindIII의 제한효소 인식부위를 갖고, 알부민의 5-UTR(untranslated region, 비번역구간)이 포함된(UTR+) 또는 5-UTR이 포함되지 않은(UTR-) hSA 유전자 단편들을 얻었다. 각각의 hSA 유전자 단편은 EcoRI과 HindIII로 절단하여 얻은 플라스미드 pCAT-BEH에 삽입하여 pCAT-hSA(UTR+)EH와 pCAT-hSA(UTR-)EH를 얻었다.Recombinant human serum albumin (hSA) expression was examined using CAT promoters obtained from PCR of SEQ ID NOs: 2 and 3. The plasmid for hSA expression was digested with plasmid pDLMOX-GOD (H) with restriction enzymes BamH I and Hind III to remove the MOX promoter and GOD gene as shown in FIG. 1B, and then Bgl II and Hind at the N-terminus and C-terminus. The pCAT-BEH was obtained by inserting a Hansenula polymorpha CAT promoter DNA fragment prepared to have a III restriction enzyme recognition site. The hSA gene is derived from pYHSA12 (+/-) (Kang et al. Biotechnol. Bioengineer. 76, 175-185 (2001)) hSA (UTR +) — forward, hSA (UTR −) — forward of SEQ ID NOs: 4, 5 and 6 And a restriction enzyme recognition site of EcoR I and Hind III using respective primers of hSA (UTR +/-)-reverse and containing 5-UTR (untranslated region) of albumin (UTR +) or 5-UTR free (UTR-) hSA gene fragments were obtained. Each hSA gene fragment was inserted into plasmid pCAT-BEH obtained by digestion with EcoR I and Hind III to obtain pCAT-hSA (UTR +) EH and pCAT-hSA (UTR-) EH.

CAT 프로모터에 의한 hSA의 발현특성은 선별된 형질전환 균주를 YPD-2 또는 YPM-2 복합 액상배지에서 72시간 동안 배양하고 SDS-PAGE를 통하여 발현 분비된 hSA를 검토하였으며, 강 등의 방법(Kang et al. Biotechnol. Bioengineer. 76, 175-185(2001))에 따라 수행하였다.For expression characteristics of hSA by CAT promoter, the selected transformed strains were cultured in YPD-2 or YPM-2 complex liquid medium for 72 hours, and the expression and secretion of hSA were examined through SDS-PAGE. et al. Biotechnol. Bioengineer. 76, 175-185 (2001)).

도 4는 CAT 및 MOX 프로모터에 의하여 hSA가 발현되는 특성을 검토한 결과이다. 재조합 hSA 발현의 경우에도 실시예 3의 재조합 GOD 발현의 경우와 마찬가지로 MOX 프로모터에 의한 발현보다 CAT 프로모터에 의한 발현이 높게 나타났으며 한세눌라 폴리모르파 A16 균주의 발현율이 상대적으로 높게 것을 나타났다. 정량적인 분석결과, CAT 프로모터의 재조합 hSA의 발현율이 최소 2배에서 최대 3배 이상 높게 나타났다. 그림에 나타난 바와 같이, 두 프로모터의 발현 양상이 서로 상이함을 볼 수 있는데, MOX 프로모터의 경우에는 배양시간에 따라서 발현율이 증가하지만 CAT 프로모터의 경우에는 배양 초기의 발현율이 상대적으로 높은 것을 알 수 있다. 4 shows the results of examining the characteristics of hSA expression by CAT and MOX promoters. In the case of recombinant hSA expression, expression by CAT promoter was higher than expression by MOX promoter as in the case of recombinant GOD expression of Example 3, and the expression rate of Hansenula polymorpha A16 strain was relatively high. Quantitative analysis revealed that the expression rate of recombinant hSA of CAT promoter was at least 2 to 3 times higher. As shown in the figure, it can be seen that the expression patterns of the two promoters are different from each other.In the case of the MOX promoter, the expression rate increases with the incubation time, but in the case of the CAT promoter, the expression rate of the initial culture is relatively high. .

도 4의 B는 hSA 발현시 알부민 구조 유전자 상부의 비번역 구간인 5-UTR의 존재 유무가 재조합 단백질 발현에 미치는 영향을 검토한 결과이다. 허 등(Heo et al. FEMS Yeast Res. 4, 175-184(2003))과 강 등(Kang et al. Biotechnol. Bioengineer. 76, 175-185(2001))의 결과에서 MOX 프로모터로부터 hSA를 발현할 때에 5-UTR이 없는 경우의 발현율이 높았으나, 글리세르알데히드 3-인산 탈수소효소(glyceraldhyde 3-phosphate dehydrogenase) 프로모터의 경우에는 5-UTR이 존재하는 경우의 발현율이 높은 것으로 보고하였다. 본 발명의 경우, CAT 프로모터는 MOX 프로모터의 경우와 같이 5-UTR이 없는 경우가 재조합 단백질 발현에 효과적인 것으로 나타났다. 이들의 결과로 볼 때, 메탄올 대사와 관련된 프로모터의 경우에는 발현하고자 하는 단백질의 5-UTR이 없는 경우가 단백질 발현에 효과적임을 예측할 수 있으며, 이는 특정 대사관련 단백질 번역 프로세스가 그들의 프로모터와 구조 유전자 사이의 특정인자로부터 규칙성 있게 영향을 미치기 때문으로 추정된다.4B is a result of examining the effect of the presence or absence of 5-UTR, which is a non-translational section above the albumin structural gene, on the expression of recombinant protein during hSA expression. Expression of hSA from the MOX promoter in the results of Hur et al. FEMS Yeast Res. 4, 175-184 (2003) and Kang et al. (Kang et al. Biotechnol. Bioengineer. 76, 175-185 (2001)). In the case of 5-UTR, the expression rate was high, but the glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase promoter was reported to have a high expression rate when 5-UTR was present. For the present invention, CAT promoter was found to be effective in recombinant protein expression in the absence of 5-UTR as in the case of MOX promoter. These results suggest that in the case of promoters involved in methanol metabolism, the absence of 5-UTR of the protein to be expressed may be effective for protein expression, which suggests that certain metabolic protein translational processes may be used between their promoters and structural genes. It is assumed that it affects regularly from the specific factor of.

실시예 5: 한세눌라 폴리모르파 CAT 프로모터에 의한 재조합 GFP의 발현Example 5: Expression of Recombinant GFP by Hansenula Polymorpha CAT Promoter

상기 확보된 CAT 프로모터로부터 또 다른 재조합 단백질인 녹색형광단백질(Green Fluorescent Protein; GFP)을 발현하기 위해 도 1c에 나타낸 바와 같이 플라스미드 pDLMOX-GOD(H)를 제한효소 HindIII로 절단하여 GOD 유전자를 제거하고 여기에 박과 최(Nok-Hyun Park and Wonja Choi, Yeast, 19, 1057-1066(2002))로부터 제공받은 pUC19/yEGFP3 플라스미드를 서열번호 7과 8 프라이머로 PCR에 의하여 제한효소 HindIII 인식부위가 삽입된 GFP DNA 단편을 삽입하였으며, 이로부터 MOX 프로모터 발현용 플라스미드 pDLMOX-yEGFPm을 얻었다. 그리고 CAT 프로모터 발현용 플라스미드 pDLCATp-yEGFPm은 pDLMOX-yEGFPm을 제한효소 BamHI과 HindIII로 절단하여 얻은 벡터 DNA 단편에 플라스미드 pHPCATp-GOD를 제한효소 BglII와 HindIII로 처리하여 얻은 한세눌라 폴리모르파 CAT 프로모터 유전자 단편을 삽입하여 얻었다.To express another recombinant protein, Green Fluorescent Protein (GFP), from the obtained CAT promoter, plasmid pDLMOX-GOD (H) was cleaved with restriction enzyme Hind III to remove the GOD gene as shown in FIG. 1C. In addition, the restriction enzyme Hind III recognition site by PCR using the pUC19 / yEGFP3 plasmid provided from Nok-Hyun Park and Wonja Choi, Yeast, 19, 1057-1066 (2002) with SEQ ID NOs: 7 and 8 Was inserted a GFP DNA fragment was inserted, thereby obtaining a plasmid pDLMOX-yEGFPm for MOX promoter expression. The plasmid pDLCATp-yEGFPm for expressing CAT promoter was a Hansenula polymorpha obtained by treating plasmid pHPCATp-GOD with restriction enzymes Bgl II and Hind III on a vector DNA fragment obtained by cleaving pDLMOX-yEGFPm with restriction enzymes BamH I and Hind III. Obtained by inserting the CAT promoter gene fragment.

CAT 프로모터에 의한 GFP의 발현 특성은 선별된 형질전환 균주를 YPD-2 혹은 YPM-2 복합 액상배지에서 72시간 동안 배양하여 재조합 단백질의 발현정도를 일정 세포농도를 기준으로 형광광도계(Spectrofluorophotometer, RF 5310PC, Shimadzu, Japan)를 사용하여 결정하였다. GFP의 형광측정을 위한 여기 흡광도 파장(excitation wavelength)은 488 nm이었고 방출 흡광도 파장(Emission wavelength)은 510 nm이었다. 형광 현미경을 이용한 발현 검토는 Carl Zeiss Laser scanning system (LSM 510 META, Carl Zeiss GmbH, Germany)을 이용하였다. 여기 및 방출파장은 형광광도계 분석조건과 동일하였다.The expression characteristics of GFP by CAT promoter were incubated for 72 hours in selected transgenic strains in YPD-2 or YPM-2 complex liquid medium. The expression level of recombinant protein was determined based on the concentration of the cell at a constant cell concentration (Spectrofluorophotometer, RF 5310PC). , Shimadzu, Japan). The excitation absorbance wavelength for fluorescence measurement of GFP was 488 nm and the emission absorbance wavelength was 510 nm. Expression examination using fluorescence microscopy was performed using Carl Zeiss Laser scanning system (LSM 510 META, Carl Zeiss GmbH, Germany). The excitation and emission wavelengths were the same as in the fluorophotometer analysis conditions.

도 5는 CAT 및 MOX 프로모터에 의한 재조합 GFP의 발현 특성을 검토한 결과이다. 형광 현미경에 의한 관찰로부터 동일한 배양조건에서 두 프로모터간의 발현 차이를 쉽게 확인할 수 있고 A16의 경우에 그 차이가 매우 명확하게 나타남을 알 수 있었다. 특히 형광 흡광광도기에 의한 정량적인 결과를 보면, CAT 프로모터에 의한 GFP의 발현율이 MOX 프로모터의 경우 보다 1.5배 이상 높게 나타났다. 서던 블럿팅에 의한 GFP 발현 카세트의 도입 카피 수를 검토한 결과, MOX 프로모터의 경우가 3카피이고 CAT 프로모터의 경우가 2카피로 나타나서 이들의 카피 수를 발현율과 함께 평가할 때에 총 발현율은 CAT 프로모터가 2배 이상 높은 것으로 나타났다.5 shows the results of examining the expression characteristics of recombinant GFP by CAT and MOX promoters. From the observation by fluorescence microscope, the expression difference between the two promoters in the same culture conditions can be easily confirmed, and in the case of A16, the difference was very clear. In particular, the quantitative results of fluorescence absorbance spectroscopy showed that the expression rate of GFP by CAT promoter was 1.5 times higher than that of MOX promoter. As a result of examining the number of introduction copies of the GFP expression cassette by Southern blotting, 3 copies of the MOX promoter and 2 copies of the CAT promoter were shown. When evaluating the copy number together with the expression rate, the total expression rate was determined by the CAT promoter. 2 times higher.

위의 결과들을 종합적으로 보면, 본 발명에서 제공하는 CAT 프로모터에 의한 재조합 단백질의 발현 시스템은 MOX 프로모터보다 최대 3배 이상 높게 나타났다. 그리고 CAT 프로모터는 메탄올 탄소원에 의한 발현 유도뿐 만 아니라, 특히 낮은 농도의 포도당 탄소원 존재 하에서도 발현이 매우 우수하므로 포도당을 탄소원으로 이용한 발효공정에서 재조합 단백질 생산에 매우 효과적임을 알 수 있다. 또한, 프로모터의 발현 양상이 MOX 프로모터와 달리 유도 초기에 강하게 나타나므로 세포 배양시간을 단축할 수 있어 MOX 프로모터의 경우에서 지적되는 장시간 배양에 따른 발현된 단백질의 변성을 방지할 수 있는 장점을 지니고 있다.Overall, the expression system of the recombinant protein provided by the CAT promoter provided in the present invention was up to three times higher than the MOX promoter. In addition, the CAT promoter is not only induction of expression by the methanol carbon source, but also excellent expression even in the presence of a low concentration of the carbon carbon source, it can be seen that it is very effective in recombinant protein production in the fermentation process using glucose as a carbon source. In addition, unlike the MOX promoter, the expression pattern of the promoter is stronger at the early induction, and thus, the cell culture time can be shortened, which has the advantage of preventing the degeneration of the expressed protein due to the long-term culture pointed out in the case of the MOX promoter. .

즉 단백질 가수분해에 의한 분해가 야기되는 경우에는 배양시간을 단축하여 생성된 재조합 단백질의 배양 체류시간을 줄이는 것이 유리한데, 실제 산업공정에서 MOX 프로모터에 의한 재조합 단백질 생산 공정이 재조합 단백질의 발현 수율을 높이기 위하여 장시간의 배양을 요구하는 단점이 지적되고 있어서, 이와 같은 경우들에 대한 해결방안으로 본 발명에서 제공하는 CAT 프로모터가 매우 효과적인 것으로 평가된다. In other words, in the case of degradation caused by protein hydrolysis, it is advantageous to shorten the culture time and reduce the culture residence time of the generated recombinant protein. In the actual industrial process, the recombinant protein production process by MOX promoter can increase the yield of recombinant protein expression. It is pointed out that the disadvantage of requiring a long period of culture to increase, the CAT promoter provided by the present invention as a solution to such cases is evaluated as very effective.

본 발명의 프로모터는 메탄올, 포도당, 글리세롤에 의해 유도되는 강력한 프로모터로, 상기 프로모터를 이용할 경우, 한세눌라 속, 피키아 (Pichia) 속, 칸디다 (Candia) 속 또는 토루로피시스 (Torulopsis) 속 등의 효모를 포함하는 다양한 세포에서 의학, 산업적으로 유용한 목적 단백질을 높은 수율로 획득할 수 있다.The promoter of the present invention is a powerful promoter induced by methanol, glucose, and glycerol, and when the promoter is used, the genus Hansenul, Pichia, Candida, or Torulopsis, etc. Medically and industrially useful target proteins can be obtained in high yield in a variety of cells, including yeast.

서열목록 전자파일 첨부 Attach sequence list electronic file  

Claims (6)

서열번호 1의 -1252 내지 -1의 뉴클레오타이드 서열 또는 상기 서열에 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 가지는 메탄올 또는 저농도 포도당에 의해 발현이 고도로 유도되는 프로모터 핵산분자.A promoter nucleic acid molecule whose expression is highly induced by methanol or low concentration glucose having a nucleotide sequence of -1252 to -1 of SEQ ID NO: 1 or a nucleotide sequence complementary to the sequence. 제1항의 프로모터 핵산 분자를 포함하는 발현 벡터.An expression vector comprising the promoter nucleic acid molecule of claim 1. 제2항의 벡터로 형질전환된 숙주세포.A host cell transformed with the vector of claim 2. 제3항에 있어서, 효모인 숙주세포.The host cell according to claim 3, which is a yeast. 제4항에 있어서, 한세눌라 속, 피키아 (Pichia) 속, 칸디다 (Candia) 속 또는 토루로피시스 (Torulopsis) 속인 숙주세포. The host cell according to claim 4, which is genus Hansenul, Pichia, Candia, or Torulopsis. 제1항의 프로모터 핵산 분자와 목적 단백질을 코딩하는 핵산 분자가 5'-UTR없이 작동적으로 연결된 핵산서열을 포함하는 벡터를 숙주세포로 형질전환하는 단계; 메탄올, 포도당, 글리세롤 또는 이들의 배합물의 존재 하에 목적 단백질의 고발현 및 조기발현을 유도하는 단계; 및 목적 단백질을 분리 정제하는 단계를 포함하는 목적 단백질의 생산 방법.Transforming the vector comprising the nucleic acid sequence of the promoter nucleic acid molecule of claim 1 and the nucleic acid molecule encoding the protein of interest into the host cell; Inducing high and early expression of the desired protein in the presence of methanol, glucose, glycerol or a combination thereof; And separating and purifying the protein of interest.
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