KR100779007B1 - Method for inducing the expression of structurally mismatched protein in cell membrane by intracellular alkalization - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세포내 알칼리화를 통해 구조적으로 미스폴딩된(misfolded) 단백질의 세포막 발현을 증가시키는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for increasing cell membrane expression of structurally misfolded proteins through intracellular alkalizing.

미스폴딩된 단백질, 알칼리화, 소포체, 골지체, 중탄산나드륨(NaHCO3), 바필로마이신 A Misfolded protein, alkalized, endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, Nadrium bicarbonate (NaHCO3), Vapilomycin A

Description

세포내 알칼리화를 통한 구조적으로 미스폴딩된 단백질의 세포막 발현 유도 방법{Method for inducing the expression of structurally mismatched protein in cell membrane by intracellular alkalization}Method for inducing the expression of structurally mismatched protein in cell membrane by intracellular alkalization}

도 1은 구조적으로 미스폴딩된 단백질인 ΔF508-CFTR 단백질의 분해 과정 및 세포내 알칼리화에 의한 세포막 발현 과정을 나타낸 모식도이다.Figure 1 is a schematic diagram showing the degradation of the ΔF508-CFTR protein structurally misfolded protein and cell membrane expression process by intracellular alkalinization.

도 2는 CFPAC-1 세포에서 Cl-/NO3 - 교환 활성을 측정한 것으로 cAMP 자극에 의한 Cl-/NO3 - 교환 활성을 Cl- 퀀칭(puenching) 염료인 MQAE를 사용하여 측정한 것이다. 도 2a는 ΔF508-CFTR 단백질을 발현하는 CFPAC-1 세포를 2% CO2 배양기에서 12 시간 배양한 후 cAMP 자극을 주어 Cl-/NO3 - 교환 활성 변화를 측정한 것이고, 도 2b는 바필로마이신 A(bafilomycin A)를 12 시간 동안 처리한 후 cAMP 자극을 주어 Cl-/NO3 - 교환 활성 변화를 측정한 것이다. 도 2c는 cAMP 자극을 준 후 10 초 후에 증가된 도 2a와 도 2b의 MQAE 형광의 평균값을 나타낸 것이며, *는 p<0.05를 의미 한다.2 is Cl in CFPAC-1 cells were measured using a quenched (puenching) dyes in MQAE-exchange active Cl - / NO 3 - Cl by the cAMP stimulus to be measured by exchange activity - / NO 3. FIG. 2a shows the change of Cl / NO 3 exchange activity by cAMP stimulation after incubating CFPAC-1 cells expressing ΔF508-CFTR protein in a 2% CO 2 incubator for 12 hours, and FIG. After treatment with A (bafilomycin A) for 12 hours, cAMP stimulation was performed to measure changes in Cl / NO 3 exchange activity. Figure 2c shows the average value of the MQAE fluorescence of Figures 2a and 2b increased after 10 seconds after cAMP stimulation, * means p <0.05.

도 3은 CFPAC-1 세포를 분화시킨 후 BCECF 형광 물질을 이용해서 Cl-/HCO3 - 교환에 의해 변하는 세포내 pHi를 측정한 것으로, 도 3a는 5% CO2 배양기에서 12 시간 배양한 CFPAC-1 세포에, 도 3b는 2% CO2 배양기에서 12 시간 동안 처리한 CFPAC-1 세포에 cAMP 자극을 주기 전과 준 후의 Cl-/HCO3 - 교환 활성 변화를 측정한 것이다. 도 3c는 cAMP 자극을 주기 전과 준 후에 증가된 도 3a와 도 3b의 pH 변화의 평균값을 나타내며, **는 p<0.01을 의미한다.FIG. 3 shows intracellular pHi changed by Cl / HCO 3 exchange using BCECF fluorescent material after differentiating CFPAC-1 cells. FIG. 3a shows CFPAC − cultured for 12 hours in a 5% CO 2 incubator. For 1 cell, FIG. 3B measures changes in Cl / HCO 3 exchange activity before and after cAMP stimulation on CFPAC-1 cells treated for 12 hours in a 2% CO 2 incubator. Figure 3c shows the mean value of the pH change of Figures 3a and 3b increased before and after cAMP stimulation, ** means p <0.01.

도 4는 세포내 알칼리화에 의한 야생형(wild type)과 ΔF508-CFTR 단백질 발현 변화를 나타내는 것으로, 도 4a는 야생형-CFTR 단백질을 중국 햄스터 난소 (Chinese Hamster Ovary; CHO) 세포에 발현시킨 후 세포를 5% CO2 배양기에서 배양한 것, 2% CO2 배양기에서 배양한 것 및 바필로마이신 A (BA)를 처리한 군으로 나누어 CFTR 단백질 발현 양상을 관찰한 것이고, 도 4b는 ΔF508-CFTR 단백질을 CHO 세포에 발현시킨 후 위와 같은 조건에서 배양하여 CFTR 단백질 발현 양상을 관찰한 것이다. PNG는 Peptide:N-글리코시다제를 처리한 것이고, CHX는사이클로헥시미드를 처리한 것이다.Figure 4 shows the wild type and ΔF508-CFTR protein expression changes by intracellular alkalinization, Figure 4a shows the cells after expressing the wild type-CFTR protein in Chinese Hamster Ovary (CHO) cells 5 % CO to the culture at 2 incubator, would one divided by one cultured in 2% CO 2 incubator and bar Philo azithromycin group treated with a (BA) observing the CFTR protein expression patterns, Figure 4b is CHO the ΔF508-CFTR protein After expression in cells and cultured in the same conditions as above to observe the expression of CFTR protein. PNG treated with Peptide: N-glycosidase and CHX treated with cycloheximide.

도 5는 세포내 알칼리화에 따른 CFTR에 의한 Cl- 전류의 변화를 측정한 것으로, 도 5a는 WT-CFTR을, 도 5c는 ΔF508-CFTR을 CHO 세포에 발현시킨 후 세포를 2% CO2 배양기에서 12 시간 배양한 뒤 전체 세포 패치 클램프 기술을 사용하여 forskolin 자극에 의한 CFTR의 Cl- 전류를 측정한 것이다. 도 5b는 WT-CFTR, 도 5d는 ΔF508-CFTR에 의한 전류를 세포 표면적 비로 나누어 도표화 한 것이다. 도 5e는 ΔF508-CFTR을 발현하는 CHO 세포에서 CFTR Cl- 통로의 I/V 커브를 기록한 것이다. 5 is Cl by CFTR according to intracellular alkalizing - as a measure of the change in current, Figure 5a is a WT-CFTR, Figure 5c ΔF508-CFTR of at 2% CO 2 incubator the cells was expressed in CHO cells After 12 hours of incubation, the Cl current of CFTR by forskolin stimulation was measured using whole cell patch clamp technique. Figure 5b is a WT-CFTR, Figure 5d is a plotted by dividing the current by ΔF508-CFTR by the cell surface area ratio. 5E records the I / V curve of the CFTR Cl channel in CHO cells expressing ΔF508-CFTR.

도 6a는 CHO세포에 pEYFP-Golgi 플라스미드를 발현시킨 후 알칼리성 배양액, 도 6b는 바필로마이신 A (BA)에 의한 골지체의 pH 변화를 측정한 것이다. 도 6c는 CHO세포에서 BCECF 형광 물질을 사용해 알칼리성 배양액, 도 6d는 바필로마이신 A에 의한 세포질의 pH 변화를 측정하였다Figure 6a is the alkaline culture medium after expressing the pEYFP-Golgi plasmid in CHO cells, Figure 6b is a measure of the pH change of Golgi by Baphyllomycin A (BA). Figure 6c is an alkaline culture medium using BCECF fluorescent material in CHO cells, Figure 6d was measured the pH change of the cytoplasm by batillomycin A

도 7은 시간에 따른 세포내 알칼리화에 의한 세포질 및 골지체의 pH 변화 및 ΔF508-CFTR 단백질의 발현 변화를 나타낸 것으로, 도 7a는 CHO 세포를 2% CO2 배양기에서 지속적으로 배양하면서 BCECF를 사용하여 시간에 따른 세포질의 pH 변화를 측정한 것이고, 도 7b는 ΔF508-CFTR을 발현하는 CHO 세포를 2% CO2 배양기에서 지 속적으로 배양하면서 시간에 따른 ΔF508-CFTR의 발현 변화를 관찰한 것이다. 도 7c 및 7d는 2% CO2 배양기에서 배양액을 포화 시킨 것과 바필로마이신 A 처리한 후 시간에 따른 골지체의 pH 변화를 pEYFP-Golgi 플라스미드를 사용하여 측정한 것이다. Figure 7 shows the change in pH of the cytoplasm and Golgi body and the expression of ΔF508-CFTR protein by intracellular alkalinization over time, Figure 7a shows the time using BCECF while culturing CHO cells continuously in a 2% CO 2 incubator The change in pH of the cytoplasm was measured, and FIG. 7B shows the expression change of ΔF508-CFTR over time while continuously culturing CHO cells expressing ΔF508-CFTR in a 2% CO 2 incubator. Figure 7c and 7d is the pH of the Golgi body with time after the saturation of the culture medium in the 2% CO 2 incubator and the treatment with Baphylomycin A was measured using the pEYFP-Golgi plasmid.

도 8은 세포내 알칼리화에 따른 분자적 샤페론의 발현량 변화와 유비퀴틴화된 단백질의 변화를 관찰한 것으로, 도 8a는 CHO 세포를 2% CO2 배양기에서 배양한 그룹과 바필로마이신 A를 처리한 그룹에서 Hsp70과 Hsc70의 세포내 발현량 변화를 알아보기 위해 Hsp70과 Hsc70 특이적인 일차항체를 이용하여 웨스턴 블럿을 수행한 것이다. 도 8b는 단백질의 유비퀴틴화 정도를 알아보기 위해서 유비퀴틴화된 단백질 특이적인 일차항체를 이용하여 웨스턴 블럿을 수행한 것이다.Figure 8 shows the change in the amount of molecular chaperone expression and the change of ubiquitinylated protein according to the intracellular alkalinization, Figure 8a is a group treated with the Bamplomycin A and the group of CHO cells cultured in a 2% CO 2 incubator In order to determine the intracellular expression changes of Hsp70 and Hsc70 in the group, Western blot was performed using Hsp70 and Hsc70-specific primary antibodies. 8b is a western blot using ubiquitinated protein-specific primary antibodies to determine the degree of ubiquitination of the protein.

도 9는 세포내 알칼리화에 따른 프로테오좀 활성 변화를 측정한 것으로, 프로테오좀의 활성을 측정하기 위해 CHO 세포에 UbG76V-GFP를 발현시킨 후 a. 5% CO2 인큐베이터에서 배양한 그룹(도 9a), 프로테오좀 억제제인 락타시스틴을 처리한 그룹(도 9b), 2% CO2 인큐베이터에서 배양한 그룹(도 9c) 및 바필로마이신 A를 처리한 그룹(도 9d)에서 공촛점 현미경을 이용하여 동일조건에서 UbG76V- GFP의 형광을 측정한 것이다. Figure 9 is a measure of the change in proteosome activity according to intracellular alkalinization, after the expression of Ub G76V -GFP in CHO cells to determine the activity of the proteosome a. Treated with a group cultured in a 5% CO 2 incubator (FIG. 9A), a group treated with the proteasome inhibitor lactacystin (FIG. 9B), a group cultured in a 2% CO 2 incubator (FIG. 9C) and a bacillomycin A In one group (FIG. 9D), fluorescence of Ub G76V -GFP was measured under the same conditions using a confocal microscope.

도 10은 세포내 알칼리화에 따른 CFTR 유전자의 발현 변화를 관찰한 것으로, CHO 세포에 WT-CFTR과 ΔF508-CFTR 유전자를 발현시킨 후 각각 5% CO2 배양기와 2% CO2 배양기에서 12 시간 배양한 다음 CFTR mRNA의 발현량을 측정한 것이다. FIG. 10 shows changes in the expression of CFTR gene according to intracellular alkalinization. After expression of the WT-CFTR and ΔF508-CFTR genes in CHO cells, the cells were incubated for 12 hours in 5% CO 2 and 2% CO 2 incubators, respectively. Next, the expression level of CFTR mRNA was measured.

도 11은 NaHCO3 섭취에 따른 생쥐 소변의 pH 및 HCO3 - 농도의 변화를 측정한 것으로, 도 11a는 각 군 생쥐의 소변을 받은 즉시 Glass Micro-pH Combination Electrode를 이용해서 pH를 측정한 것이고, 도 11b는 각 군 생쥐의 소변을 받은 즉시 CO2, HCO3 - SIGMA Diagnostics Kit를 사용해서 소변 속에 함유된 HCO3 -양을 측정한 것이다.Figure 11 is a measure of the change in pH and HCO 3 - concentration of the mouse urine according to NaHCO 3 intake, Figure 11a is measured by using a Glass Micro-pH Combination Electrode immediately after receiving the urine of each group of mice, FIG. 11B shows the amount of HCO 3 contained in urine using CO 2 , HCO 3 SIGMA Diagnostics Kit immediately after urine of each group of mice.

도 12는 대사성 알칼리 혈증 유도 따른 ΔF508 동형 접합체 생쥐의 생존율 및 소장에서의 CFTR 의존적인 Cl-전류 측정한 것으로, 도 12a는 ΔF508 동형 접합체 생쥐에 수돗물을 먹인 그룹, 2% 슈크로즈를 포함하는 물을 먹인 군, 2% 슈크로즈와 0.9% NaCl을 포함하는 물을 먹인 그롭 및 2%슈크로즈와 280mM NaHCO3를 포함하는 물을 먹인 그룹으로 나누어 생후 4 개월간의 생존율을 관찰한 것이고, 도 12b는 각 군의 ΔF508 동형 접합체 생쥐의 소장을 적출한 후 forskolin과 IBMX에 의해 활성 화되고 DPC에 의해 억제되는 CFTR 의존적인 SCC(short circuit current) (Isc)를 측정한 것이다.FIG. 12 shows the survival rate of ΔF508 homozygous mice according to induction of metabolic alkalosis and CFTR-dependent Cl current in the small intestine. FIG. 12A shows water containing 2% sucrose in a group fed with ΔF508 homozygous mice. Survival rate of 4 months after birth was divided into groups fed, group fed with water containing 2% sucrose and 0.9% NaCl, and group fed with water containing 2% sucrose and 280 mM NaHCO 3 , and FIG. The small intestine of the ΔF508 homozygous mice of the group was extracted and measured for CFTR-dependent short circuit current (SSC) that is activated by forskolin and IBMX and inhibited by DPC.

도 13은 생쥐의 대장에서 CFTR 단백질의 발현 변화를 관찰한 것으로, WT 생쥐의 대장과 위와 같은 ΔF508 동형 접합체 생쥐군에서 각각 대장을 적출한 후 CFTR 특이적인 일차항체 (24-1)를 이용하여 면역형광염색을 수행한 것이다.FIG. 13 shows changes in the expression of CFTR protein in the large intestine of the mouse. The colon of the ΔF508 homozygous mouse group and the large intestine of the WT mouse were respectively extracted and then immunized with CFTR-specific primary antibody (24-1). Fluorescent staining was performed.

본 발명은 세포내 알칼리화를 통해 구조적으로 미스폴딩된(misfolded) 단백질의 세포막 발현을 증가시키는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for increasing cell membrane expression of structurally misfolded proteins through intracellular alkalizing.

백인에서 대표적인 유전질환인 낭포성 섬유증은 ΔF508-CFTR이라는 구조적으로 미스폴딩된 단백질에 의해서 나타난다. ΔF508-CFTR은 정상적인 CFTR의 Cl- 통로 기능은 가지고 있지만 (Pasyk and Foskett, J Biol Chem. 270(21):12347-50, 1995), 새로 합성된 ΔF508-CFTR이 비정상 구조를 이루기 때문에 100%가 ERQCS (Endoplasmic reticulum (ER) quality control system)에 의해서 분해되어 세포막으로 이동하지 못하기 때문에 질병이 유발된다 (Ward et al. Cell 83:121-127, 1995).Cystic fibrosis, a representative genetic disease in Caucasians, is manifested by a structurally misfolded protein called ΔF508-CFTR. Although ΔF508-CFTR retains the Cl - channel function of normal CFTR (Pasyk and Foskett, J Biol Chem. 270 (21): 12347-50, 1995), 100% of the synthesized ΔF508-CFTR is abnormal because of its abnormal structure. The disease is caused by degradation by the Endoplasmic reticulum (ER) quality control system (ERQCS) and unable to migrate to the cell membrane (Ward et al. Cell 83: 121-127, 1995).

현재, 세포 수준에서 미스폴딩된 ΔF508-CFTR 단백질의 세포막 발현을 증가시키는 세 가지 방법이 알려져 있다:Currently, three methods are known to increase cell membrane expression of misfolded ΔF508-CFTR protein at the cellular level:

첫째, 미스폴딩된 단백질인 ΔF508-CFTR은 많은 양의 분자적 샤페론이 결합하여 그 발현과 분해를 조절하는데, 글리세롤 등의 화학적 샤페론을 세포에 처리해서 ΔF508-CFTR과 분자적 샤페론의 결합을 억제해 ΔF508-CFTR의 세포막 발현을 증가시키는 방법이 있다 (Sachiko et. al. J. Biol. Chem. 271:635-638, 1996). First, ΔF508-CFTR, a misfolded protein, binds a large amount of molecular chaperones and regulates its expression and degradation.It treats cells with chemical chaperones such as glycerol to inhibit the binding of ΔF508-CFTR to molecular chaperones. There is a method of increasing cell membrane expression of ΔF508-CFTR (Sachiko et. Al. J. Biol. Chem. 271: 635-638, 1996).

둘째, ΔF508-CFTR을 발현하는 세포를 30℃이하의 저온에서 배양하여 ERQCS를 억제함으로써 ΔF508-CFTR의 세포막 발현을 증가시키는 방법이 있다 (Randell et. al. J. Clin. Invest. 99:1432-1444, 1997).Second, there is a method of increasing cell membrane expression of ΔF508-CFTR by culturing cells expressing ΔF508-CFTR at low temperature below 30 ° C. to inhibit ERQCS (Randell et. Al. J. Clin. Invest. 99: 1432- 1444, 1997).

셋째, 소포체는 고농도의 칼슘을 함유하고 있기 때문에 Calnexin과 같은 고농도 칼슘에 의존적인 분자적 샤페론이 ΔF508-CFTR과 결합하여 세포막 발현을 억제하고 있다. 이 때 소포체 칼슘 펌프 억제제인 thapsigargin을 이용해 소포체 칼슘 농도를 낮추어 이들 샤페론과 ΔF508-CFTR의 결합을 약하게 해서 결국 ΔF508-CFTR의 세포막 발현을 증가시키는 방법이 있다 (Egan et. al. Nat Med. 8:485-492, 2002).Third, since the endoplasmic reticulum contains high concentrations of calcium, molecular chaperones, which are dependent on high concentrations of calcium such as Calnexin, bind to ΔF508-CFTR to inhibit cell membrane expression. At this time, the antifoller calcium pump inhibitor thapsigargin may be used to lower the vesicle calcium concentration, thereby weakening the binding of these chaperones to ΔF508-CFTR, thereby increasing cell membrane expression of ΔF508-CFTR (Egan et. Al. Nat Med. 8: 485-492, 2002).

그러나, 이들 방법은 세포 수준에서는 효과가 있으나 실제 환자의 치료에 적용하기에는 독성이 강하기 때문에 한계가 있다.However, these methods are effective at the cellular level but are limited because they are highly toxic for use in the treatment of actual patients.

본 발명에서는 세포에 독성을 덜 주면서 미스폴딩된 단백질의 세포막 발현을 증가시키는 방법을 찾고자 하였으며, 구조적으로 미스폴딩된 단백질이 소포체를 빠져나오지 못하고 분해되는 과정을 세포내 알칼리화를 통해 억제함으로써 미스폴딩된 단백질을 세포막에 발현시킬 수 있다는 것을 확인하여 본 발명을 완성하였다.In the present invention, to find a method of increasing the cell membrane expression of misfolded protein while giving less toxicity to the cell, structurally misfolded protein by inhibiting the process of degradation through intracellular alkalizing to escape from the endoplasmic reticulum The present invention was completed by confirming that the protein can be expressed on the cell membrane.

따라서, 본 발명의 목적은 세포내 알칼리화를 통해 미스폴딩된 단백질의 세포막 발현을 증가시키는 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for increasing cell membrane expression of misfolded proteins via intracellular alkalizing.

본 발명은 구조적으로 미스폴딩된 단백질을 갖는 세포에 알칼리화제를 처리하는 단계를 포함하여, 상기 단백질의 세포막 발현을 유도하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of inducing cell membrane expression of a protein comprising treating an alkalizing agent to a cell having a structurally misfolded protein.

본원에서 사용되는 용어 “구조적으로 미스폴딩된 단백질”은 야생형(천연형)의 단백질의 1차 구조 중 하나 이상의 아미노산의 치환, 삽입, 결실, 이들의 조 합에 의해 천연 형태의 폴딩 형태와 다른 폴딩에 의해 입체 구조가 달라진 단백질을 의미한다. 이러한 단백질에는 CFTR의 변이 단백질, 예를 들어 △F508-CFTR, α1-AT의 변이 단백질, 아퀴아포린(aqusporin)의 변이 단백질, 아포리단백질(apoliprotein)의 변이 단백질, 폴리시스틴(polycystins)의 변이 단백질, 측쇄 α-케토산 디하이드로게나제의 변이 단백질, 페닐알라닌 하이드록실라제의 변이 단백질, V2-바소프레신 수용체의 변이 단백질, 트랜스티레틴(transthyretin)의 변이 단백질, β-글루코시다제의 변이 단백질, α-갈락토시다제의 변이 단백질, 오포이드 수용체(opoid receptor)의 변이 단백질, 코나도트로핀-방출 호르몬 수용체의 변이 단백질, α-시누클레인의 변이 단백질, 프리온(prion)의 변이 단백질 등이 있다. As used herein, the term “structurally misfolded protein” refers to folding that differs from the folding form in its natural form by substitution, insertion, deletion, or combination of one or more amino acids in the primary structure of a wild-type (natural) protein. Means a protein whose steric structure has changed. Such proteins include mutant proteins of CFTR, such as ΔF508-CFTR, mutant proteins of α1-AT, mutant proteins of aqaporin, mutant proteins of apoliproteins, and mutant proteins of polycystins. , Mutant protein of side chain α-ketosan dehydrogenase, mutant protein of phenylalanine hydroxylase, mutant protein of V2-vasopressin receptor, mutant protein of transthyretin, mutant protein of β-glucosidase, mutant protein of α-galactosidase, mutant protein of opoid receptor, mutant protein of konadotropin-releasing hormone receptor, mutant protein of α-synuclein, mutant protein of prion, etc. have.

CFTR(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) 단백질은 cAMP 의존적인 Cl- 통로로 다양한 단백질과의 상호작용을 통해 호흡기와 위장의 상피 세포에서 HCO3 - 분비 및 상피세포 분비액의 분비 조절에 중요한 역할을 하는 단백질이다. 유전 변이에 의해 CFTR의 기능이 상실되면 낭포성 섬유증을 유발시킨다. CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) protein cAMP-dependent Cl - is a protein that plays an important role in the secretion and secretion regulation of epithelial secretions - HCO 3 in the passage of respiratory and epithelial cells of the stomach through interaction with various proteins in . Loss of CFTR function due to genetic variation causes cystic fibrosis.

CFTR 단백질의 유전 변이 중 가장 흔한 유전 변이는 CFTR의 508번째 페닐알라닌이 결실된 형태의 CFTR, 즉 △F508-CFTR이다(William J. Welch/Seminars in Cell & Developmental Biology 15 (2004) 31-38). 이러한 △F508-CFTR은 정상적인 CFTR의 Cl- 통로 기능은 가지고 있지만, 새로이 합성된 △F508-CFTR이 비정상 구조 를 이루기 때문에 100%가 ERQCS에 의해서 분해되어 세포막으로 이동하지 못하게 되어 질병이 유발된다.The most common genetic variation of the CFTR protein is CFTR in the form of deletion of the 508th phenylalanine of CFTR, ΔF508-CFTR (William J. Welch / Seminars in Cell & Developmental Biology 15 (2004) 31-38). The ΔF508-CFTR has the Cl channel function of normal CFTR, but since the newly synthesized ΔF508-CFTR has an abnormal structure, 100% of the ΔF508-CFTR is decomposed by ERQCS and cannot be moved to the cell membrane, causing disease.

구조적으로 미스폴딩된 단백질이 세포막에 발현하지 못해서 발병하는 질환에는 낭포성 섬유증, Class2 가족성 고콜레스테롤혈증, 요붕증 등이 있다. Diseases caused by the inability to express structurally misfolded proteins on cell membranes include cystic fibrosis, Class2 familial hypercholesterolemia, and diabetes insipidus.

본 발명의 방법에서 따라 구조적으로 미스폴딩된 단백질을 갖는 세포에 알칼리화제를 처리함으로써 ERQCS가 약화되고 (KDEL 수용체와 샤페론의 결합력 약화), 골지체에서 소포체로의 이동이 억제되어 (COPI 소포 형성 억제) 구조적으로 미스폴딩된 단백질이 정상적으로 발현할 수 있게 된다.Treatment of cells with structurally misfolded proteins with alkalizing agents in accordance with the method of the present invention results in attenuation of ERQCS (weakening the binding of KDEL receptor and chaperone) and inhibition of Golgi from vesicles to inhibition of COPI vesicle formation. Structurally misfolded proteins can be normally expressed.

본 발명의 방법에 사용될 수 있는 알칼리화제는 카보네이트, 비카보네이트, 포스페이트, 하이드록실레이트 등을 예시할 수 있다. 상기한 알칼리화제 중 비카보네이트가 바람직하게 사용될 수 있다.Alkaliating agents that can be used in the process of the present invention can exemplify carbonates, bicarbonates, phosphates, hydroxylates and the like. Of the above alkalizing agents, bicarbonate can be preferably used.

또한, 본 발명의 방법에서 낭포성(vacuolar) H+-ATPase 억제제를 알칼리화제로 사용할 수 있다. 낭포성 H+-ATPase의 억제제에는 바필로마이신 A(bafilomycin A), 살리실리할아미드 A(salicylihalamide A), 콘카나미이신 A(concanamycin A), 이들의 유도체 등이 있다.In addition, a cystic (large) H + -ATPase inhibitor may be used as an alkalizing agent in the method of the present invention. Inhibitors of cystic H + -ATPase include bafilomycin A, salicylihalamide A, concanamycin A, derivatives thereof, and the like.

바필로마이신은 Streptomyces griseus sp. sulphurus에서 분리된 마크롤라이드 계열의 항진균 화합물이며, 현재 바필로마이신 A1, A2, B1, B2, C1, C2 등이 알려져 있다.Bapilomycin is known as Streptomyces griseus sp. It is a macrolide antifungal compound isolated from sulphurus, and there are known batillomycin A1, A2, B1, B2, C1, C2 and the like.

본 발명에서 ΔF508-CFTR 단백질과 관련하여 사용된 용어 “발현”은, 달리 언급이 없는 한, 상기 단백질이 전사 및 해독된 후 골지체를 통해 분비되어 세포막에 삽입되는 것을 의미한다.As used herein, the term "expression" as used in connection with the ΔF508-CFTR protein, unless otherwise stated, means that the protein is transcribed and translated and then secreted through the Golgi apparatus and inserted into the cell membrane.

본 발명자는 구조적으로 미스폴딩된 단백질 중의 하나인 ΔF508-CFTR 단백질을 선택하여 세포내 알칼리화에 의한 세포 수준에서의 ΔF508-CFTR 단백질의 발현과 동물모델에서의 ΔF508-CFTR 단백질의 발현을 확인하였다.We selected ΔF508-CFTR protein, one of the structurally misfolded proteins, to confirm the expression of ΔF508-CFTR protein at the cellular level by intracellular alkalizing and the expression of ΔF508-CFTR protein in animal models.

먼저, 내인성 ΔF508-CFTR 단백질을 발현하는 CFPAC-1 세포에서 CO2 가스 농도 조절을 통해 알칼리성 배양액을 만들어 배양해서 세포를 알칼리화 시켰으며, Vacuolar H+-ATPase 억제제 중의 하나인 바필로마이신 A(Bafilomycin A)를 처리해서 골지체 내강의 pH를 알칼리화 하였다. 그 결과, 도 2와 3에서 보여지는 바와 같이, 세포막에서 기능을 하는 CFTR의 활성이 세포를 알칼리화시킨 그룹에서 크게 증가하는 것을 확인하였으며, 이는 세포내 알칼리화에 의해서 미스폴딩된 ΔF508- CFTR 단백질이 세포막에 발현하게 되었음을 나타낸다.First, alkaline cells were cultured by making an alkaline culture medium by adjusting CO 2 gas concentration in CFPAC-1 cells expressing endogenous ΔF508-CFTR protein, and Bafilomycin A (Bafilomycin A), one of Vacuolar H + -ATPase inhibitors. ) To alkalinize the pH of the Golgi lumen. As a result, as shown in Figures 2 and 3, it was confirmed that the activity of the CFTR functioning in the cell membrane is significantly increased in the group that the cells were alkalized, which means that ΔF508-CFTR protein misfolded by intracellular alkalinization It is expressed in.

또한, ΔF508-CFTR 단백질을 유전자도입을 통하여 CHO 세포에 발현시킨 후 상기 방법과 마찬가지로 CO2 가스 농도 조절과 바필로마이신 A를 사용해서 세포를 알칼리화한 뒤 단백질의 발현 변화를 직접 관찰한 결과, 도 4에서 보여지는 바와 같이 세포를 알칼리화시킨 그룹에서만 대조군에서 보이지 않던 밴드 C (세포막에 발현하고 있는 CFTR 단백질이 형태)가 나타나는 것을 확인하였다. CFTR 단백질의 Cl- 통로기능을 확인한 결과, 도 5에서 보여지는 바와 같이 세포를 알칼리화시킨 경우에만 대조군에서 보이지 않던 CFTR 의존적인 전류를 기록할 수 있었다. 상기 결과는 CHO 세포에서 미스폴딩된 ΔF508-CFTR 단백질이 세포막에 발현해서 기능을 하고 있음을 나타낸다.In addition, after expression of the ΔF508-CFTR protein in CHO cells through transduction, the cell was alkalized using CO 2 gas concentration control and batillomycin A in the same manner as the above method. As shown in Fig. 4, it was confirmed that band C (form of CFTR protein expressed in cell membrane), which was not seen in the control group, appeared only in the group in which the cells were alkalized. As a result of confirming the Cl channel function of CFTR protein, as shown in FIG. 5, CFTR-dependent current that was not seen in the control group could be recorded only when the cells were alkalized. The above results indicate that the misfolded ΔF508-CFTR protein in CHO cells expresses and functions in the cell membrane.

세포 수준에서 세포내 알칼리화에 의한 미스폴딩된 ΔF508-CFTR 단백질의 세포막 발현 증가가 분자적 샤페론이나 프로테아좀의 양적증감이나 활성의 변화에 의한 것이 아니라는 것을 확인하기 위해 CO2 가스 농도 조절과 바필로마이신 A를 사용해서 세포를 알칼리화시킨 뒤 이들의 변화를 관찰한 결과 도 8과 9에서 보여지는 바와 같이 이들의 활성에는 영향을 주지 않는다는 것을 확인하였다. At the cellular level, CO 2 gas concentration control and bacillopein to confirm that increased cell membrane expression of misfolded ΔF508-CFTR protein by intracellular alkalinization is not due to quantitative increase or change in activity of molecular chaperones or proteasomes As a result of observing these changes after alkalizing the cells with mycin A, it was confirmed that they did not affect their activity as shown in FIGS. 8 and 9.

세포내 알칼리화가 CFTR 유전자의 발현에 영향을 주는지 확인하기 위해 실시 간(Real Time) PCR을 수행하였으며, 그 결과 도 10에서 보여지는 바와 같이 세포내 알칼리화가 CFTR 유전자의 발현에는 영향을 주지 않는 것을 확인하였다.Real time PCR was performed to confirm whether intracellular alkalinity affected the expression of CFTR gene. As a result, intracellular alkalinization did not affect the expression of CFTR gene. It was.

상기한 바와 같은 결과가 세포 수준뿐만 아니라 동물모델에서도 적용 가능하지 확인하기 위해서 ΔF508 동형 접합체 생쥐에 NaHCO3를 섭취시켜 가벼운 대사성 알칼리 혈증을 유도한 후 생후 4 개월간의 생존율 및 CFTR의 세포막 발현 양상을 확인하였다. 그 결과, 도 12에서 보여지는 바와 같이, NaHCO3를 섭취시켜 가벼운 대사성 알칼리혈증을 유도한 그룹에서 생존율이 크게 증가하였으며, 다른 그룹에서 보이지 않던 소장에서의 CFTR 의존적인 전류를 확인하였다. 이는 생쥐의 소장에서 ΔF508-CFTR이 세포막에 발현해서 기능을 하고 있는 것을 나타내며, 도 13에서 알 수 있듯이 대사성 알칼리혈증을 유도한 그룹에서만 ΔF508-CFTR이 대장 세포막에 발현하고 있음을 확인하였다. In order to confirm that the above results are applicable not only to the cellular level but also to animal models, induction of mild metabolic alkalosis by ingesting NaHCO 3 in ΔF508 homozygous mice confirmed the survival rate and the expression pattern of CFTR cell membrane during 4 months of life. It was. As a result, as shown in FIG. 12, the survival rate was significantly increased in the group inducing mild metabolic alkalosis by ingesting NaHCO 3 and confirmed the CFTR-dependent current in the small intestine which was not seen in other groups. This indicates that ΔF508-CFTR is expressed on the cell membrane and functions in the small intestine of the mouse. As shown in FIG. 13, it was confirmed that ΔF508-CFTR was expressed on the colon cell membrane only in the group inducing metabolic alkalosis.

상기 결과는 세포내 알칼리화에 의한 미스폴딩된 단백질의 발현 증가 방법이 세포 수준뿐만 아니라 개체 수준에서도 사용가능한 매우 유용한 방법을 제공하고 있음을 나타낸다.The results indicate that the method of increasing expression of misfolded proteins by intracellular alkalizing provides a very useful method that can be used at the cellular level as well as at the individual level.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the following examples are merely to illustrate the invention, the present invention is not limited to the following examples.

<< 실시예Example 1> 세포 배양 및  1> cell culture and 미스폴딩된Misfolded ΔF508- ΔF508- CFTRCFTR 단백질 유전자 도입 Protein gene introduction

CFPAC-1 및 CHO-K1 세포주는 ATCC (American Type Culture Collection, Rockville, MD, USA)에서 구입하였으며, 각각 IMDM과 RPMI 1640 배양액에 10% FBS와 페닐실린n (50 units/ml)/ 스트렙토마이신 (50ug/ml)을 첨가한 후 5% CO2 인큐베이터에서 배양하였다. CFPAC-1 세포주는 배양 후 트립신/EDTA를 사용해서 세포를 분리하였고 3×105 cells/cm2로 Transwell-Clear Pol membrane (0.4m pore diameter, Costar)을 사용해서 만든 투과성 지지체 위에서 약 4 내지 5일 동안 키워서 단일층으로 타이트 정션(tight junction)을 이루는 기능적으로 분화된 췌장 관세포로 배양하였다. WT-CFTR과 ΔF508-CFTR의 발현은 CHO 세포에 WT-CFTR과 ΔF508-CFTR 유전자를 포함하고 있는 pCMV 플라스미드를 LipofectAMINE Reagent (Life Technologies)를 이용해 트랜스펙션하였고, 트랜스펙션 후 24 내지 48시간 동안 배양한 후 실험하였다. ΔF508-CFTR 유전자를 포함하고 있는 pCMV 플라스미드는 PCR 돌연변이유발 방법으로 만들어 졌으며, 사용한 프라이머는 다음과 같다. CFPAC-1 and CHO-K1 cell lines were purchased from the American Type Culture Collection, Rockville, MD, USA, and were used in 10% FBS and phenylsilin (50 units / ml) / streptomycin in IMDM and RPMI 1640 cultures, respectively. 50 ug / ml) was added and then incubated in a 5% CO 2 incubator. The CFPAC-1 cell line was cultured using trypsin / EDTA after incubation and about 4 to 5 on a permeable support made using a Transwell-Clear Pol membrane (0.4 m pore diameter, Costar) at 3 × 10 5 cells / cm 2 . The cells were grown for one day and cultured with functionally differentiated pancreatic duct cells forming a tight junction in a single layer. Expression of WT-CFTR and ΔF508-CFTR were transfected with CPO cells using LipofectAMINE Reagent (Life Technologies) and the pCMV plasmid containing the WT-CFTR and ΔF508-CFTR genes, and for 24 to 48 hours after transfection. After incubation, the experiment was performed. The pCMV plasmid containing the ΔF508-CFTR gene was made by PCR mutagenesis. The primers used were as follows.

센스: 5´-CCA TTA AAG AAA ATA TCA TTG GTG TTT CCT ATG ATG AAT ATA G-3´ (서열번호 1) Sense: 5´-CCA TTA AAG AAA ATA TCA TTG GTG TTT CCT ATG ATG AAT ATA G-3´ (SEQ ID NO: 1)

안티센스: 5´-CTA TAT TCA TCA TAG GAA ACA CCA ATG ATA TTT TCT TTA ATG G-3´ (서열번호 2)Antisense: 5´-CTA TAT TCA TCA TAG GAA ACA CCA ATG ATA TTT TCT TTA ATG G-3´ (SEQ ID NO: 2)

<< 실시예Example 2>  2> CFTRCFTR 에 의한 Cl 이온의 세포막 투과도 측정Membrane permeability of Cl ions

cAMP 의존적인 Cl 이온의 세포막 투과는 주로 CFTR에 의한 것으로 Cl- 퀀칭(quenching) 형광 염로인 MQAE에 의해 측정되었다. 먼저, ΔF508- CFTR을 발현하는 CFPAC-1 세포를 커버슬립 위에서 48 시간 동안 배양한 후 상온에서 40μM Cl- 퀀칭 염료인 MQAE를 포함하는 PBS에서 30분간 배양 후 다시 얼음 위에서 40분 동안 배양하였다. MQAE 염료가 로딩된 세포를 관류 챕버에 장착한 후 여기(excitation) 파장 350 nm와 방사(emission( 파장 455 nm에서 나오는 MQAE 형광 변화를 측정하였다. Cl- 분비측정 원리는 다음과 같다. 약 145mM Cl-가 포함된 관류액을 흘려주다가 0mM Cl-와 145mM의 NO3 -가 포함된 관류액 흘려주면, 세포내에 있는 Cl-가 세포 밖으로 분비되게 되고 분비된 Cl- 대신 NO3 -가 세포내로 들어감으로써 보다 빠르게 Cl-의 이동을 측정할 수 있다.The cell membrane permeation of cAMP dependent Cl ions was mainly by CFTR and was measured by MQAE with Cl - quenching fluorescent salts. First, CFPAC-1 cells expressing ΔF508-CFTR were incubated for 48 hours on coverslips, and then incubated for 30 minutes in PBS containing MQAE, which is 40 μM Cl quenching dye, at room temperature for 30 minutes and then again on ice for 40 minutes. Cells loaded with MQAE dye were mounted in the perfusion chapter and then measured for the change in MQAE fluorescence from excitation wavelength 350 nm and emission (wavelength 455 nm. Cl secretion measurement principle is as follows: about 145 mM Cl judaga flowing the perfusate containing the 0mM Cl - - by entering into the cell-and 145mM of NO 3 - the perfusion fluid flowing main surface, Cl in the cells contain - instead of NO 3 - the cells to be secreted out and secreted Cl Faster Cl movements can be measured.

그 결과, 도 2에서 알 수 있듯이 CFPAC-1 세포를 2% CO2 배양기에서 배양한 결과 5% CO2 배양기에서 배양한 세포보다 Cl-/NO3 - 교환 활성이 크게 증가되었다. 바필로마이신 A를 처리한 세포의 경우 넣어준 바필로마이신 A의 용량에 비례하여 Cl-/NO3 - 교환 활성이 증가하였다.As a result, as shown in FIG. 2, CFPAC-1 cells were cultured in a 2% CO 2 incubator, and the Cl / NO 3 exchange activity was significantly increased than cells cultured in a 5% CO 2 incubator. In the cells treated with batillomycin A, Cl / NO 3 exchange activity was increased in proportion to the dose of batillomycin A.

<< 실시예Example 3>  3> 세포내Intracellular 알칼리화에 의한 Cl Cl by Alkalization -- /Of HCOHCO 33 -- 교환 변화 측정 Exchange change measurement

세포를 커버 슬립과 투과성 지지체 위에서 배양하고, pH 측정용 형광물질인 BCECF/AM이 4 μM 함유된 PBS에서 10분간 로딩한 후, 관류 챔버에 장착하였다. 세포를 관류 챔버에 장착한 후 HCO3 -가 존재하는 관류액에서 여기 파장 477 nm 및 442 nm와 방사 파장 510 nm에서 BCECF의 형광의 비율을 관측하여 세포내 pH 변화를 측정하였다. Cells were incubated on a cover slip and a permeable support, loaded for 10 minutes in a PBS containing 4 μM of BCECF / AM, a pH measuring fluorescent substance, and mounted in a perfusion chamber. After the cells were mounted in the perfusion chamber, intracellular pH change was measured by observing the ratio of BCECF fluorescence at the excitation wavelength 477 nm and 442 nm and the emission wavelength 510 nm in the perfusion solution containing HCO 3 .

Cl-/HCO3 - 교환 활성 측정은 다음과 같은 방법으로 이루어 졌다. 내강막과 측저막의 관류액을 차별적으로 흘려 줄 수 있게 만들어져 있는 챔버의 측저막 쪽에는 0mM Cl-가 포함된 HCO3 - 관류액으로 흘려주었다. 내강막 쪽에는 130mM Cl-가 포 함된 HCO3 - 관류액을 흘려주다가 0mM Cl-가 포함된 HCO3 - 관류액으로 흘려주면, Cl-/HCO3 - 교환기를 통해서 세포내의 Cl-가 내강막쪽 관류액으로 나오고, 내강막쪽 관류액에 있는 HCO3 -는 세포내로 들어가서 세포내 pH를 증가시키게 된다. 따라서 Cl-/HCO3 - 교환 활성은 단위시간에 증가되는 세포내 pH 변화로 측정할 수 있다.Cl - / HCO 3 - exchange activity measurement was performed in the following way. The perfusion solution of the lumen and the basal membrane was flowed into the HCO 3 perfusate containing 0 mM Cl to the side membrane side of the chamber. Luminal membrane side is 130mM Cl - is contained HCO 3 - perfusion fluid flow judaga 0mM Cl a - major surface flush with perfusate, Cl - - the HCO 3 containing the / HCO 3 - Cl in through the heat exchanger cells are lumens makjjok perfusion The HCO 3 in the luminal perfusate enters the cell and increases the intracellular pH. Thus, Cl / HCO 3 exchange activity can be measured by intracellular pH changes that increase in unit time.

그 결과, 도 3에서와 같이 CFPAC-1 세포 내강막의 Cl-/HCO3 - 교환을 측정한 결과 2% CO2 배양기에서 배양하였을 때 5% CO2 배양기에서 배양한 세포에서보다 Cl-/HCO3 - 교환 활성이 증가하였다. As a result, as in the 3 CFPAC-1 cells luminal membrane Cl - / HCO 3 - when cultured in a measure of the exchange result 2% CO 2 incubator Cl than in a cell culture in a 5% CO 2 incubator - / HCO 3 - exchange activity was increased.

<< 실시예Example 4>  4> 웨스턴Weston 블럿을Blot 통한 단백질 발현량 측정 Protein expression level measurement

세포를 인산염-완충 염수 (PBS) 용액으로 세 번 씻은 후 용해 완충액 (50 mM Tris-HCl (pH 7.4), 1% NP-40, 0.25% 나트륨 데옥시콜레이트, 150 mM NaCl, 1 mM EDTA, complete protease inhibitor mixture (Roche Applied Scinence, Mannheim, Germany))를 넣고 얼음 위에서 10분간 반응시켰다. 10분 후 샘플을 얻어서 음파 처리(sonication)한 후 4 ℃에서 13000 rpm으로 15분간 원심 분리하여 상층액을 분리하고 Bio-Rad assay kit을 사용하여 단백질을 정량하였다. 50 내지 120 ug의 단백질을 6 % 아크릴아미드 젤에서 전기 영동하여 분리한 후 니트로셀룰로스 막으로 옮겼다. 단백질이 이전된 니트로셀룰로스 막을 3 % 비-지방(non-fat) 밀크, 0.1 % Tween 20이 함유된 PBS로 상온에서 한 시간 동안 블럭킹한 후 각 단백질에 특이적인 1차 항체(CFTR 특이적인 M3A7과 24-1 1차 항체는 각각 Upstate (Lake Placid, NY)와 R&D system (Minneapolis, MN)에서 구입. Hsp70과 Hsc70에 특이적인 1차 항체는 Santa Cruz Biotechnology (Santa Cruz, CA)에서 구입)를 이용하여 4 ℃에서 12시간 반응시켰다. 반응이 끝난 후 증류수를 이용하여 두 번 씻고 2차 항체(Zymed Laboratories Inc (San Francisco, CA)에서 구입)를 이용하여 상온에서 한 시간 동안 반응시켰다. 한 시간 후 0.05 % Tween 20이 함유된 PBS로 10분간 씻어준 뒤 ECL 솔루션 키트를 사용하여 현상하였다.The cells were washed three times with phosphate-buffered saline (PBS) solution followed by lysis buffer (50 mM Tris-HCl, pH 7.4), 1% NP-40, 0.25% sodium deoxycholate, 150 mM NaCl, 1 mM EDTA, complete Protease inhibitor mixture (Roche Applied Scinence, Mannheim, Germany) was added and allowed to react on ice for 10 minutes. After 10 minutes, a sample was obtained by sonication, and the supernatant was separated by centrifugation at 13000 rpm for 15 minutes at 4 ° C., and the protein was quantified using a Bio-Rad assay kit. 50-120 ug of protein was separated by electrophoresis on 6% acrylamide gel and then transferred to nitrocellulose membrane. The protein-transferred nitrocellulose membrane was blocked with PBS containing 3% non-fat milk, 0.1% Tween 20 for 1 hour at room temperature, and then the primary antibody specific to each protein (CFTR-specific M3A7 and 24-1 primary antibodies are purchased from Upstate (Lake Placid, NY) and R & D system (Minneapolis, Minn.) And primary antibodies specific for Hsp70 and Hsc70 are purchased from Santa Cruz Biotechnology (Santa Cruz, CA). And reacted at 4 ° C for 12 hours. After the reaction was washed twice with distilled water and reacted with a secondary antibody (purchased from Zymed Laboratories Inc (San Francisco, CA)) at room temperature for one hour. After one hour, the solution was washed with PBS containing 0.05% Tween 20 for 10 minutes and developed using an ECL solution kit.

<< 실시예Example 5> N- 5> N- 글루코시다제를Glucosidase 이용한  Used CFTRCFTR 단백질에서의 당 제거  Sugar removal from protein

CFTR은 N-결합 당화된 단백질이기 때문에 N-글리코시다제를 처하면 N-결합 탄수화물이 분리된다. CFTR의 N-결합된 탄수화물을 분해시키기 위해서 N-글리코시다제 F (New England Bioblabs)를 이용하였다. 먼저, CFTR을 발현시킨 CHO 세포에서 용해 완충액으로 단백질을 분리한 후 5 % SDS와 1% β-머캅토에탄올을 포함하는 완충액으로 만들어 37℃에서 10 분간 배양해서 단백질의 삼차구조를 풀었다. 그 후 N-글리코시다제를 넣어 37℃에서 2 시간 동안의 배양을 통해 N-결합된 탄수화물을 분해하였다.Since CFTR is an N-linked glycosylated protein, N-glycosidase separates N-linked carbohydrates. N-glycosidase F (New England Bioblabs) was used to degrade the N-linked carbohydrates of CFTR. First, proteins were isolated from lysis buffer in CFTR-expressing CHO cells, and then made into a buffer containing 5% SDS and 1% β-mercaptoethanol and incubated at 37 ° C. for 10 minutes to release the tertiary structure of the protein. Then, N-glycosidase was added to decompose the N-linked carbohydrates through incubation at 37 ° C. for 2 hours.

그 결과, 도 4a에서 보여지는 바와 같이 CFTR 단백질로부터 N-결합된 탄수화물이 분리되었다.As a result, N-linked carbohydrates were separated from the CFTR protein as shown in FIG. 4A.

<< 실시예Example 6> 패치-클램프(patch-clamp) 기술을 이용한  6> Using patch-clamp technology CFTRCFTR 의 ClCl -- 전류 측정 Current measurement

CHO 세포에 야생형(Wild type)과 ΔF508-CFTR을 트랜스펙션한 후 5% CO2 인큐베이터에서 24 시간 동안 배양한 뒤 2% CO2 인큐베이터에서 12 내지 18 시간 동안 배양한 세포를 트립신/EDTA를 이용해서 단위 세포 상태로 분리한 후 패치-클램프 관류 챕버에 세포를 고정시킨 후 전체 세포(whole cell) 패치-클램프 기술을 사용해서 CFTR의 Cl- 전류를 측정하였다. 피펫(pipette) 용액은 145 mM KCl, 5 mM NaCl, 1 mM EGTA, 1 mM MgCl2, 0.4 mM CaCl2, 2 mM Mg-ATP, 10 mM HEPES을 포함하며, pH는 7.4로 조정하였다. 배쓰(Bath) 용액은 150 mM NaCl, 5 mM KCl, 1 mM CaCl2, 2 mM MgCl2, 5 mM glucose, 10 mM HEPES을 포함하며, pH는 7.4로 조정하였다. 모든 실험은 22 내지 25 ℃에서 진행되었으며, 피펫의 저항은 3 내지 5 MΩ 이었다. CFTR 특이적인 Cl- 전류는 5 μM forskolin과 100 μM IBMX 자극에 의해 생성된 전류를 통하여 측정하였다. HP(Holding potential)은 -30 mV이었으며, Cl- 전류는 AxoScope 8.1 system과 Digidata 1322A AC/DC 변환기에 의해서 기록되었다. After transfecting CHO cells with wild type and ΔF508-CFTR, the cells were incubated for 24 hours in a 5% CO 2 incubator and then cultured for 12-18 hours in a 2% CO 2 incubator using trypsin / EDTA. After separation into unit cell states, the cells were fixed in a patch-clamp perfusion chapter and the Cl current of the CFTR was measured using whole cell patch-clamp technology. The pipette solution included 145 mM KCl, 5 mM NaCl, 1 mM EGTA, 1 mM MgCl 2 , 0.4 mM CaCl 2 , 2 mM Mg-ATP, 10 mM HEPES and the pH was adjusted to 7.4. Bath solution contains 150 mM NaCl, 5 mM KCl, 1 mM CaCl 2 , 2 mM MgCl 2 , 5 mM glucose, 10 mM HEPES and pH was adjusted to 7.4. All experiments were conducted at 22 to 25 ° C. and the pipettes had a resistance of 3 to 5 MΩ. CFTR-specific Cl currents were measured via currents generated by 5 μM forskolin and 100 μM IBMX stimulation. The holding potential (HP) was -30 mV, and the Cl - current was recorded by the AxoScope 8.1 system and the Digidata 1322A AC / DC converter.

그 결과, 도 5a,b에서 보여지는 바와 같이 WT-CFTR의 경우 2% CO2 배양기에서 배양하였을 때 5% CO2 배양기에서 배양한 세포에서 보다 Cl- 전류가 약간 증가하였다. ΔF508-CFTR의 경우 도 5c 및 도 5d에서 보여지는 바와 같이 5% CO2 배양기에서 배양하였을 때 나타나지 않았던 Cl- 전류가 측정되었으며, 도 5e에서 보듯이 CFTR 특이적인 직선형의 I/V 곡선을 나타내었다. As a result, as shown in FIGS. 5A and 5B, when the WT-CFTR was cultured in the 2% CO 2 incubator, Cl current was slightly increased than in the cells cultured in the 5% CO 2 incubator. In the case of ΔF508-CFTR, Cl current, which was not observed when incubated in a 5% CO 2 incubator as measured in FIGS. 5C and 5D, was measured. As shown in FIG. 5E, a CFTR-specific linear I / V curve was shown. .

<< 실시예Example 7>  7> 세포내Intracellular 알칼리화에 의한  By alkalizing 골지체의Golgi apparatus pH 변화 측정 pH change measurement

골지체의 pH는 pEYFP-Golgi 벡터 (BD Biosciences, CA)를 이용하여 측정하였다. pEYFP-Golgi 벡터는 pH 변화에 따라 형광이 변하는 YFP와 골지체에 상주하는 단백질 일부가 결합된 단백질을 발현하며, 이를 통해 골지체 특이적인 pH를 측정할 수 있게 해준다. CHO 세포에 pEYFP-Golgi 벡터를 발현시킨 뒤 Zeiss LSM510 공촛점 형광 현미경을 이용해 골지체에 발현하고 있는 YFP를 여기 파장 480 nm 및 방사 파장 530 nm에서 형광을 측정한다. 공촛점 형광현미경에 장착된 세포에 중성 배양액과 염기성 배양액을 차례로 흘려주면서 형광을 측정하였고, 145 mM KCl, 10 mM HEPES, 5 μM 니게리신(nigericin) 및 5 μM 모넨신(monensin)으로 구성된 pH 5.1, 5.8, 6.5 및 7.2의 pH 적정 용액을 흘려주어 측정한 형광을 기준으로 형광 정도를 pH로 변환시켜 골지체의 pH를 측정하였다.The pH of Golgi body was measured using pEYFP-Golgi vector (BD Biosciences, CA). The pEYFP-Golgi vector expresses a protein in which YFP and a portion of the protein residing in Golgi are combined with fluorescence as the pH changes, thereby measuring Golgi-specific pH. After expressing the pEYFP-Golgi vector in CHO cells, the fluorescence was measured at 480 nm of excitation wavelength and 530 nm of YFP expressed in Golgi apparatus using Zeiss LSM510 confocal fluorescence microscope. Fluorescence was measured by flowing a neutral culture and a basic culture to cells mounted on a confocal fluorescence microscope, and consisted of a pH of 145 mM KCl, 10 mM HEPES, 5 μM nigericin and 5 μM monensin. The pH of the Golgi apparatus was measured by converting the degree of fluorescence to pH based on the measured fluorescence by flowing the pH titration solutions of 5.1, 5.8, 6.5 and 7.2.

그 결과, 도 6a 및 도 6b에서 보여지는 바와 같이 골지체의 pH는 알칼리성 배양액과 바필로마이신 A에 의해서 모두 pH 6.2에서 pH 7.0 근처로 상승하였다.As a result, as shown in FIGS. 6A and 6B, the pH of the Golgi apparatus was increased from pH 6.2 to pH 7.0 by both the alkaline culture medium and the bacillomycin A.

<< 실시예Example 8>  8> 세포내Intracellular 알칼리화에 의한  By alkalizing 프로테아좀Proteasome 활성 변화 측정 Active change measurement

프로테아좀의 활성을 측정하기 위해서 UbG76V-GFP (Dantuma et. al. Nat Biotechnol. 18:538-543, 2000)를 사용하였다. UbG76V-GFP는 프로테아좀의 기질로 작용하는데 프로테아좀의 기능이 억제되면 GFP의 형광이 증가하게 되므로 이를 이용하여 프로테아좀의 활성 정도를 측정할 수 있다. 먼저, CHO 세포에 UbG76V-GFP를 발현시킨 후 세포를 2% CO2 배양기에서 배양하거나 바필로마이신 A를 처리한 경우 5% CO2 배양기에서 배양했을 때 각각의 GFP의 형광을 Zeiss LSM510 공촛점 형광 현미경을 사용하여 측정하였다. GFP 형광은 여기 파장 480 nm 및 방사 파장 510 nm에서 측정하였다.Ub G76V- GFP (Dantuma et. Al. Nat Biotechnol. 18: 538-543, 2000) was used to measure proteasome activity. Ub G76V- GFP acts as a substrate of the proteasome. When the function of the proteasome is inhibited, the fluorescence of the GFP increases, so the degree of activity of the proteasome can be measured. First, when Gb expresses Ub G76V- GFP in CHO cells and then cultures the cells in a 2% CO 2 incubator or treated with 5% CO 2 in the case of Bafilomycin A, the fluorescence of each GFP is confocal Zeiss LSM510 confocal. It was measured using a fluorescence microscope. GFP fluorescence was measured at excitation wavelength 480 nm and emission wavelength 510 nm.

그 결과, 도 9에서 보여지는 바와 같이 2% CO2 배양기에서 배양하거나 바필로마이신 A를 처리한 경우 5% CO2 배양기에서 배양했을 때와 GFP의 형광 정도의 차이가 나타나지 않았다. As a result, as shown in FIG. 9, the fluorescence degree of the GFP did not appear to be different from that of the culture in the 2% CO 2 incubator or the treatment with the bacillomycin A in the 5% CO 2 incubator.

<< 실시예Example 9> 실시간  9> Real time PCRPCR 을 이용한 Using CFTRCFTR 의 유전자 발현 측정Gene expression

CHO 세포에 야생형과 ΔF508-CFTR 유전자를 발현시킨 뒤 24 시간 뒤에 2% CO2 배양기와 5% CO2 배양기에서 12 시간 동안 배양하엿다. 그 후 세포를 PBS로 두 번 씻은 뒤 Trizol (Invitrogen, CA)을 사용하여 총 RNA를 추출하고 랜덤 헥사-프라이머(random hexa-primer) 와 올리고-dT 프라이머를 사용하여 RNase H-reverse transcriptase (Invitrogen, CA) 역전사효소로 역전사를 수행하여 cDNA를 합성하였다. 합성된 cDNA를 템플레이트로 하여 QuantiTect SYBR Green PCR Kit (QIAGEN, CA, USA)와 Rotor Gene 2072D (Corbett Research, Australia) 실시간 PCR 기계를 사용하여 실시간 PCR을 수행하였다. β-액틴 mRNA 발현 정도를 내부 대조구로 사용하였다. 사용한 프라이머의 염기서열 및 PCR 산물의 크기는 다음과 같다. After expressing wild-type and ΔF508-CFTR genes in CHO cells, the cells were incubated for 12 hours in a 2% CO 2 incubator and a 5% CO 2 incubator after 24 hours. The cells were then washed twice with PBS, followed by extraction of total RNA using Trizol (Invitrogen, CA) and RNase H-reverse transcriptase (Invitrogen, CA) using random hexa-primer and oligo-dT primers. CA) Reverse transcription was performed with reverse transcriptase to synthesize cDNA. The synthesized cDNA was used as a template, and real-time PCR was performed using a QuantiTect SYBR Green PCR Kit (QIAGEN, CA, USA) and a Rotor Gene 2072D (Corbett Research, Australia) real-time PCR machine. The degree of β-actin mRNA expression was used as an internal control. The base sequence of the primer used and the size of the PCR product is as follows.

CFTR, 센스: 5’-GCT TCT TTG GTT GTG CTG TGG C-3 ’ (서열번호 3), CFTR, sense: 5'-GCT TCT TTG GTT GTG CTG TGG C-3 '(SEQ ID NO: 3),

CFTR 안티센스: 5’-AGT GTC GGC TAC TCC CAC GTA AAT G-3’ (서열번호 4) CFTR antisense: 5'-AGT GTC GGC TAC TCC CAC GTA AAT G-3 '(SEQ ID NO: 4)

β-액틴, 센스: 5’-GAC CCA GAT CAT GTT TGA GAC C-3’ (서열번호 5), β-actin, sense: 5'-GAC CCA GAT CAT GTT TGA GAC C-3 '(SEQ ID NO: 5),

β-액틴, 안티센스: 5’-CTC GTA GAT GGG CAC AGT GTG-3’ (서열번호 6) β-actin, antisense: 5'-CTC GTA GAT GGG CAC AGT GTG-3 '(SEQ ID NO: 6)

그 결과, 도 10에서 보여지는 바와 같이 2% CO2 배양기에서 세포를 배양한 경우야생형과 ΔF508-CFTR의 mRNA 발현 정도가 약간 감소하는 경향을 보였지만 통계적 의미는 없었다. As a result, when the cells were cultured in a 2% CO 2 incubator as shown in FIG. 10, the mRNA expression levels of wild type and ΔF508-CFTR tended to decrease slightly, but there was no statistical significance.

<< 실시예Example 10> ΔF508 동형 접합체  10> ΔF508 homozygotes 생쥐에서의In mice 알칼리혈증Alkalosis 유도 및  Induction and 생존률Survival rate 측정 Measure

ΔF508 동형 접합체 생쥐에 가벼운 대사성 알칼리혈증을 유도하기 위해서 2% 슈크로즈와 280 mM NaHCO3를 포함하는 물 이외에 다른 물은 주지 않았다. NaHCO3를 포함하는 물을 제외한 나머지 고형 음식물은 표준 음식물을 먹도록 하였다. 본 발명에서는 수돗물을 먹인 그룹, 2% 슈크로즈를 포함하는 물을 먹인 그룹, 2% 슈크로스와 0.9% NaCl을 포함하는 물을 먹인 그룹 및 2% 슈크로즈와 280mM NaHCO3를 포함하는 물을 먹인 그룹으로 나누어 생후 4 개월간의 생존율을 관찰하였다.ΔF508 homozygous mice were given no water other than water containing 2% sucrose and 280 mM NaHCO 3 to induce mild metabolic alkalosis. The solid food except for water containing NaHCO 3 was to eat standard food. In the present invention, a group fed with tap water, a group fed with water containing 2% sucrose, a group fed with water containing 2% sucrose and 0.9% NaCl, and fed with a water containing 2% sucrose and 280 mM NaHCO 3 The survival rate for 4 months after birth was observed.

그 결과, 도 12a에서 보여지는 바와 같이 2% 슈크로즈와 280mM NaHCO3를 포 함하는 물을 먹인 ΔF508 동형 접합체 생쥐의 생존율이 다른 그룹에 비해 크게 증가하였다.As a result, the survival rate of ΔF508 homozygous mice fed with water containing 2% sucrose and 280 mM NaHCO 3 was significantly increased compared to other groups as shown in FIG. 12A.

<< 실시예Example 11> 생쥐 소변의  11> mouse urine HCOHCO 33 -- 양 측정 및 pH 측정Volume measurement and pH measurement

CO2, HCO3 - SIGMA Diagnostics Kit (132-A)를 사용해서 소변 속에 함유된 HCO3 -양을 측정하였다. CO2 샘플 개시 시약을 37 ℃로 만든 후 분광광도계를 340 ㎚로 맞추어 37 ℃로 유지시켰다. CO2 샘플 개시 시약 1 ㎖을 튜브에 넣고 생쥐로부터 소변 5 ㎕를 얻어 즉시 넣어 잘 섞은 뒤 37 ℃에서 5분간 배양하였다. 배양 후 340 nm에서 분광광도계를 이용해서 O.D. 값을 얻었고 20, 40, 42, 44, 46, 48 mM NaHCO3를 이용해서 HCO3 -에 대한 표준을 잡아 생쥐 소변에 함유된 HCO3 - 농도를 측정하였다. 생쥐 소변의 pH 측정은 생쥐의 소변을 받은 즉시 Glass Micro-pH Combination Electrode (9802BN, Thermo electron co., MA)를 이용해서 측정하였다.CO 2 , HCO 3 - SIGMA Diagnostics Kit (132-A) was used to determine the amount of HCO 3 - contained in urine. The CO 2 sample starting reagent was brought to 37 ° C. and the spectrophotometer was adjusted to 340 nm and kept at 37 ° C. 1 ml of CO 2 sample initiating reagent was placed in a tube, 5 μl of urine was obtained from the mouse, immediately mixed, and incubated at 37 ° C. for 5 minutes. Measuring the concentration - the HCO 3 containing the rat urine out the standard for - HCO 3 using a spectrophotometer to obtained the OD value using a 20, 40, 42, 44, 46, 48 mM NaHCO 3 in After cultivation 340 nm It was. The urine pH of the mice was measured using Glass Micro-pH Combination Electrode (9802BN, Thermo electron co., MA) immediately after receiving urine from mice.

그 결과, 도 11a 및 11b에서 보여지는 바아 같이 NaHCO3를 섭취시킨 군에서 pH와 HCO3 - 농도가 다른 군에 비해 크게 증가하였다. As a result, as shown in FIGS. 11A and 11B, the pH and HCO 3 concentrations in the NaHCO 3 ingested group were significantly increased compared to the other groups.

<< 실시예Example 12>  12> CFTRCFTR 의존적인  Dependent SCCSCC (short-circuit current) 측정(short-circuit current) measurement

생쥐를 밤 동안 물을 제외한 먹이를 일절 주지 않은 다음 생쥐의 소장 (십이지장 부위)을 적출하였다. 적출한 소장을 Classic Tissue Ussing Chamber (Warner instruments, Handen, CT)에 장착한 다음 37 ℃를 유지하는 25 mM NaHCO3가 함유된 관류액에서 10 내지 20 분 동안 안정화시킨 다음 10 μM forskolin과 100 μM IBMX를 넣어 cAMP 자극을 유도해 CFTR 의존적인 SCC (Isc)를 측정하였다. 이 때 소장 조직은 0 mV로 전압을 고정하였고 변화하는 전류는 PowerLab data acquisition system (AD Instruments)을 이용하여 측정하였다.Mice were not fed at night except water, and then the small intestine (duodenal region) of the mice was extracted. The isolated small intestine was mounted in a Classic Tissue Ussing Chamber (Warner instruments, Handen, CT) and then stabilized for 10-20 minutes in a perfusion solution containing 25 mM NaHCO 3 maintained at 37 ° C, followed by 10 μM forskolin and 100 μM IBMX. Induce cAMP stimulation to measure CFTR dependent SCC (I sc ). The small intestine tissue was fixed at 0 mV and the changing current was measured using a PowerLab data acquisition system (AD Instruments).

그 결과, 도 12b에서 보여지는 바와 같이 2% 슈크로즈와 280mM NaHCO3를 포함하는 물을 먹인 군에서만 WT-CFTR을 발현하는 생쥐의 소장에서 측정한 CFTR 의존적 Isc의 약 21% 정도가 기록되었다.As a result, it was a CFTR-dependent is about 21% of I sc time measurement in 2% sucrose and 280mM NaHCO 3 in rat small intestine fed water expressing WT-CFTR only in the group including, as shown in Figure 12b .

<< 실시예Example 13>  13> 면역형광염색을Immunofluorescence staining 통한 대장 조직에서  Through the colon tissue CFTRCFTR 의 발현 측정Expression measurement

생쥐의 대장 조직을 OCT 화합물를 이용해서 액체 질소로 얼려 -70℃에 보관한 후 마이크로톰을 이용해서 조직을 4 ㎛ 두께로 잘라서 슬라이드 글라스에 붙였다. 조직을 -20℃ 메탄올로 10분 동안 고정하고 투과성을 갖도록 한 후(permeabilization) PBS로 두 번 세척한 다음 블럭킹 용액 (5 % goat serum, 1 % bovine serum albumin, 0.1 % gelatin in PBS)으로 상온에서 1 시간 동안 배양하였다. 그 후 조직을 PBS로 두 번 세척한 후 CFTR 특이적 1차 항체(24-1, R&D system (Minneapolis, MN))를 블럭킹 용액에 1:100으로 희석한 뒤 90분 동안 상온에서 배양하였다. 배양한 다음 PBS로 조직을 세 번 세척하고 2차 항체((Zymed Laboratories Inc (San Francisco, CA))를 1:100으로 블럭킹 용액에 희석해서 상온에서 1시간 동안 배양하였다. 그 다음 PBS로 세 번 세척한 뒤 물기를 잘 제거한 후 마운팅 매질로 커버 슬립을 조직이 붙어 있는 슬라이드 글라스에 고정시켜 밤새 건조시킨 다음 Zeiss LSM510 공촛점 형광현미경으로 관찰하였다.Mouse colon tissue was frozen in liquid nitrogen using OCT compounds and stored at −70 ° C., and then tissue was cut into 4 μm thickness using a microtome and attached to slide glass. Tissues were fixed with -20 ° C. for 10 minutes in methanol, permeabilized, washed twice with PBS and then at room temperature with blocking solution (5% goat serum, 1% bovine serum albumin, 0.1% gelatin in PBS). Incubate for 1 hour. After washing the tissue twice with PBS, CFTR specific primary antibody (24-1, R & D system (Minneapolis, MN)) was diluted 1: 100 in the blocking solution and incubated at room temperature for 90 minutes. After incubation, the tissues were washed three times with PBS and the secondary antibody (Zymed Laboratories Inc (San Francisco, Calif.)) Diluted 1: 100 in blocking solution and incubated for 1 hour at room temperature. After washing, the water was well removed, and then the cover slip was fixed to the slide glass attached with the tissue using a mounting medium and dried overnight, and then observed with a Zeiss LSM510 confocal fluorescence microscope.

그 결과, 도 13에서 보여지는 바와 같이, 화살표 표시한 부위에서 볼 수 있듯이 WT-CFTR을 발현하는 생쥐에서는 많은 양의 CFTR이 발현한 것을 알 수 있었으며, 수돗물을 먹인 ΔF508 동형 접합체 생쥐에서는 발현하지 않는 CFTR이 NaHCO3를 준 생쥐의 대장에서는 많은 양이 세포막에 발현하였다. As a result, as shown in FIG. 13, it can be seen that a large amount of CFTR was expressed in the mice expressing WT-CFTR as shown by the arrowed regions, but not in ΔF508 homozygous mice fed with tap water. In the large intestine of mice given CFTR to NaHCO 3 , a large amount was expressed in the cell membrane.

본 발명에 따라 구조적으로 미스폴딩된 단백질을 알칼리화 처리함으로써 이들 단백질의 세포막 발현 장애에 따른 다양한 질환에 유용하게 적용할 수 있다.Alkaline treatment of structurally misfolded proteins according to the present invention can be usefully applied to various diseases according to the impaired cell membrane expression of these proteins.

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Claims (6)

소포체연관 단백분해(ERAD: endoplasmic reticulum-associated degradation)에 의하여 파괴되는 구조적으로 미스폴딩된 단백질을 가지는 세포에, 카보네이트, 비카보네이트, 포스페이트, 하이드록실레이트 및 소포성(vacuolar) H+-ATPase 억제제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알칼리화제를 처리하는 단계를 포함하는, 상기 단백질의 세포막 발현을 유도하는 방법.In cells with structurally misfolded proteins that are destroyed by endoplasmic reticulum-associated degradation (ERAD), carbonates, bicarbonates, phosphates, hydroxylates and vacuolar H + -ATPase inhibitors A method of inducing cell membrane expression of a protein comprising the step of treating an alkalizing agent selected from the group consisting of: 제1항에 있어서, 구조적으로 미스폴딩된 단백질이 △F508-CFTR(508번째 페닐알라닌이 결실된 형태의 cystic fibrosis transmembrane conductance regulator)인 방법.The method of claim 1, wherein the structurally misfolded protein is ΔF508-CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator in the form of 508th phenylalanine deletion). 삭제delete 제 1항에 있어서, 알칼리화제가 비카보네이트인 방법.The method of claim 1 wherein the alkalizing agent is bicarbonate. 삭제delete 제 1항에 있어서, 알칼리화제가 바필로마이신 A인 방법.The method of claim 1, wherein the alkalizing agent is batillomycin A.
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