KR100859586B1 - The novel M cell target peptide - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파지 디스플레이 펩타이드 라이브러리를 형성하는 단계; in vitro M 세포 모델을 확립하는 단계; M 세포 표적 펩타이드를 탐색하는 단계; in vitro 파지 트랜스사이토시스 분석 단계; 펩타이드 서열을 동정하는 단계; M 세포 표적 후보 펩타이드의 재검증 단계 및 표적 펩타이드를 선발하는 단계로 구성된 in vitro 파지 디스플레이 방법과 상기 in vitro 파지 디스플레이 방법을 이용하여 선발된 CKSTHPLSC 펩타이드에 관한 것이다. 본 발명에서 선발된 CKSTHPLSC 펩타이드는 소장의 점막층에서 M 세포를 통과하여 거대분자 물질의 흡수를 유도할 수 있기 때문에 경구용 백신 전달 시스템을 제공하는 뛰어난 효과가 있다.The present invention comprises the steps of forming a phage display peptide library; in establishing an in vitro M cell model; Searching for M cell target peptides; in in vitro Phage transcytosis analysis step; Identifying the peptide sequence; In the step of re-validating the M cell target candidate peptide and selecting the target peptide in In vitro phage display method and the above in CKSTHPLSC peptide selected using in vitro phage display method. Since the CKSTHPLSC peptide selected in the present invention can induce the uptake of macromolecular substances through M cells in the mucosal layer of the small intestine, there is an excellent effect of providing an oral vaccine delivery system.

경구용 백신전달시스템, 트랜스사이토시스, 페이어스 패치, 파지 디스플레이, 흡수촉진 유도펩타이드 Oral Vaccine Delivery System, Transcytosis, Phase Patch, Phage Display, Absorption Inducing Peptide

Description

신규한 M 세포 표적 펩타이드{The novel M cell target peptide}The novel M cell target peptide

도 1은 트랜스-웰 세포배양 시스템을 이용한 트랜스사이토시스 유도 펩타이드 작용기 선발 과정을 모식도로 나타낸 것이다.1 is a schematic diagram illustrating a process for selecting a transcytosis-inducing peptide functional group using a trans-well cell culture system.

도 2는 본 발명의 in vitro 파지 디스플레이 바이오패닝 과정을 모식도로 나타낸 것이다.Figure 2 shows a schematic diagram of the in vitro phage display biopanning process of the present invention.

도 3은 본 발명의 Caco-2 세포를 트랜스-웰에서 배양하여 전기적 저항값을 측정한 그래프이다.3 is a graph measuring the electrical resistance value of the Caco-2 cells of the present invention by culturing in a trans-well.

도 4a는 본 발명의 Caco-2 세포와 Raji 세포를 혼합 배양한 in vitro M세포를 통과한 FITC 결합 라텍스 비드를 유세포분석기를 이용하여 측정한 그래프이며, 도 4b는 Caco-2 세포에서 베타-1 인테그린의 발현을 나타낸 사진이며, 도 4c는 M 세포에서 베타-1 인테그린의 발현을 나타낸 사진이며, 도 4d는 Caco-2 세포에서 미세융모의 발현을 나타낸 사진이며, 도 4e는 Caco-2 세포에 Raji 세포가 이동한 것을 나타낸 사진이다.Figure 4a is a mixed culture of Caco-2 cells and Raji cells of the present invention in in vitro FITC-bound latex beads that passed through M cells were measured using a flow cytometer. FIG. 4B is a photograph showing the expression of beta-1 integrin in Caco-2 cells, and FIG. 4C is a diagram of beta-1 integrin in M cells. 4D is a photograph showing the expression of microvilli in Caco-2 cells, and FIG. 4E is a photograph showing the movement of Raji cells to Caco-2 cells.

도 5는 본 발명의 M 세포 표적 펩타이드 선발 과정을 모식도로 나타낸 것이다.Figure 5 shows a schematic diagram of the M cell target peptide selection process of the present invention.

도 6은 본 발명의 Raji 세포에 M 세포 표적 펩타이드의 결합 분석을 나타낸 그래프이다.Figure 6 is a graph showing the binding assay of M cell target peptide to Raji cells of the present invention.

도 7은 본 발명의 in vitro M 세포 모델과 파지 트랜스사이토시스 기법을 이용한 M 세포 표적 펩타이드 작용기의 탐색을 모식도로 나타낸 것이다.Figure 7 of the present invention in The exploration of M cell target peptide functional groups using in vitro M cell model and phage transcytosis technique is shown schematically.

도 8a는 본 발명의 Caco-2 세포의 바이오패닝을 나타낸 그래프이며, 도 8b는 M 세포의 바이오패닝을 나타낸 그래프이다.Figure 8a is a graph showing the biopanning of Caco-2 cells of the present invention, Figure 8b is a graph showing the biopanning of M cells.

도 9는 본 발명의 바이오패닝 과정에서 회수한 파지 개체군을 동정하는 과정을 모식도로 나타낸 것이다.9 is a schematic diagram showing the process of identifying the phage population recovered in the biopanning process of the present invention.

도 10a는 본 발명의 M 세포 표적 후보 펩타이드 작용기의 Caco-2 세포에서의 트랜스사이토시스 분석을 나타낸 그래프이며, 도 10b는 M 세포에서의 트랜스사이토시스 분석을 나타낸 그래프이다.Figure 10a is a graph showing the transcytosis analysis in Caco-2 cells of the M cell target candidate peptide functional group of the present invention, Figure 10b is a graph showing the transcytosis analysis in M cells.

도 11은 본 발명의 CKSTHPLSC 파지의 면역조직학 분석 과정을 모식도로 나타낸 것이다.11 is a schematic diagram showing the immunohistochemical analysis of the CKSTHPLSC phage of the present invention.

도 12a와 12b는 본 발명의 래트 소장의 융모 조직에 CKSTHPLSC 펩타이드를 주입했을 때 펩타이드 유입 여부를 나타내는 형광현미경 사진이며, 도 13c와 13d는 래트 소장의 융모조직에 CSKSSDYQC 펩타이드를 주입했을 때 M 세포 부위로 펩타이드가 유입되는 형광현미경 사진이다. 12A and 12B are fluorescence micrographs showing the influx of peptides when the CKSTHPLSC peptide is injected into the villi of the small intestine of the present invention, and FIGS. 13C and 13D are M cell sites when the CSKSSDYQC peptide is injected into the villi of the small intestine of the rat This is a fluorescence microscope picture of peptides introduced.

도 13a는 본 발명의 트랜스사이토시스 유도 펩타이드를 도입한 경구용 단백질 백신의 모식도이며, 도 13b는 트랜스사이트시스를 이용하여 단백질 백신의 M 세포에서의 흡수를 모식도로 나타낸 것이다.FIG. 13A is a schematic diagram of an oral protein vaccine incorporating the transcytosis inducing peptide of the present invention, and FIG. 13B is a schematic diagram of absorption of M protein of a protein vaccine using transsitesis.

본 발명은 소장의 상피세포층을 통과하지 않으면서 M 세포를 통과하는 효율이 높은 흡수촉진 유도펩타이드에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 in vitro 파지 디스플레이 방법을 이용하여 선발된 소장의 상피세포층을 통과하지 않으면서 M 세포를 통과하는 효율이 높은 흡수촉진 유도펩타이드에 관한 것이다.The present invention relates to a highly efficient absorption inducing peptide that passes through M cells without passing through the epithelial cell layer of the small intestine. More specifically, the present invention in The present invention relates to a highly efficient absorption inducing peptide that passes through M cells without passing through the epithelial cell layer of the small intestine selected using in vitro phage display method.

일반적으로 외부로부터 체내로 병원성 물질이 감염되는 경로는 구강, 호흡 및 생식기도 그리고 피부로 나누어진다. 구강을 통해 소화기내로 들어온 항원성 물질이 흡수되는 경로로는 페이어스 패치(Peyer`s patch)의 낭포 조합 상피(follicle associated epithelium;FAE)에 존재하는 M 세포를 통한 수용체 매개 물질운송기전(receptor mediated endicytosis)과 융모세포(villi)를 구성하는 소장의 상피세포(enterocyte)간의 밀착결합(tight junction) 사이로 유입되는 경로로 나누어 볼 수 있다. 점막면역반응은 체면역반응(systemic immune response)과 달리 장관내로 운반된 거대분자(macromolecules), 미생물(microorganism)을 흡수하여 항원 특이적 면역반응을 일으켜 최종적으로 소장의 상피세포(enterocyte)를 통과하여 분비형 IgA(secretory IgA)의 분비를 유도한다. In general, the path of infectious agents from the outside into the body is divided into the oral cavity, respiratory and genital tract and skin. Receptor mediated through the M cells in the follicle associated epithelium (FAE) of the Peyer's patch. It can be divided into pathways that enter between tight junctions between endicytosis and enterocytes of the small intestine that constitute villus. The mucosal immune response, unlike the systemic immune response, absorbs macromolecules and microorganisms that are transported into the intestinal tract, resulting in antigen-specific immune responses that finally pass through the small intestine's epithelial cells. Induce secretion of type IgA (secretory IgA).

콜레라, 장티푸스, 세균성 이질 등의 수인성 전염병과 같이 M 세포를 통과하여 소장의 점막내로 유입되는 질병의 예방을 위한 백신의 투여에 있어 가장 효율적인 경로는 M 세포를 표적하는 경구투여방식(oral drug delivery)을 이용하여 점막 면역반응(mucosal immune response)을 유도하는 것으로 알려져 있다. 따라서 M 세포에서 특이적으로 트랜스사이토시스를 유도하는 작용기(ligand)를 확보할 수 있다면 점막면역반응을 활성화시킬 수 있는 효율적인 경구용 백신 전달 시스템에 응용할 수 있다. 경구투여 방식을 이용한 단백질계 약물 및 백신의 개발에 있어 직면하고 있는 가장 큰 문제점인 낮은 흡수율을 개선하고 환자나 대상가축의 복약 순응도를 높이기 위하여 효율적인 약물 및 백신 전달 시스템의 개발이 선행되어야 한다. The most effective route for the administration of vaccines for the prevention of diseases that enter the mucous membranes of the small intestine through M cells, such as waterborne infectious diseases such as cholera, typhoid fever, bacterial dysentery, etc., is the oral drug delivery that targets M cells. Is known to induce a mucosal immune response. Therefore, if it is possible to secure a functional (ligand) that specifically induces transcytosis in M cells, it can be applied to an efficient oral vaccine delivery system that can activate mucosal immune response. Development of an efficient drug and vaccine delivery system should be preceded in order to improve the low absorption rate, which is the biggest problem faced in the development of oral administration of protein-based drugs and vaccines, and to improve the compliance of patients or livestock.

수인성 전염병은 병원체가 음식물을 매개로 하여 소화기를 경유하여 전염되는데 장티푸스, 파라티푸스, 세균성 이질, 콜레라, 비브리오 패혈증 등이 이에 속하며 전염병 예방법 2조에 따르면 제 1군 법정전염병으로 분류하고 있다. 산업화가 이루어지기 이전까지 이러한 전염병에 의한 피해가 전 세계적으로 확산되었으며, 이후 다소 감소하는 양상을 보였으나 매해 여름철마다 이들 질병에 의한 피해가 보고되고 있다. 최근 몇 년간 우리나라에서 발생한 수인성 전염병의 발생 추이를 보면 전염성 질병의 발병률이 매년 현저히 증가하고 있는 실정이다. Water-borne infectious diseases are transmitted through the digestive system through the food medium, such as typhoid fever, paratyphoid, bacterial dysentery, cholera, vibrio sepsis, etc., and are classified as group 1 statutory infectious diseases according to Article 2 of the Prevention Act. Until the industrialization, the damage caused by these infectious diseases spread around the world, and since then, it has been somewhat reduced, but the damage caused by these diseases is reported every summer. In recent years, the incidence of water-borne infectious diseases in Korea has increased significantly each year.

수인성 전염병의 경우 일단 질병에 감염될 경우, 여러 가지 치료용 약물들이 부수적으로 나타나는 증상인 설사나 탈수현상을 완화시키는 역할밖에 할 수 없기 때문에, 고효율의 경구용 백신이 필요한 실정이다.In the case of water-borne infectious diseases, high-efficiency oral vaccines are needed because they can only act to alleviate diarrhea or dehydration, which are symptoms of various therapeutic drugs.

최근 이러한 점을 개선하고 해결하기 위한 여러 대안이 제시되고 있다. 이들 방법 중 경구투약 방식은 환자들의 거부감이 적고 숙련된 인력이나 주사기 등 별도의 기구가 필요하지 않기 때문에 주사방식이 가지고 있는 단점을 가장 잘 보완하는 투약형태라고 할 수 있다. 그러나 경구투약방식이 여러 가지 장점을 가지고 있으나 실용화에 있어서 문제점이 제시되고 있다. 첫째는 물질 크기 상의 제약으로 단백질계 약물은 거대분자(macromolecule)로 이루어져 생체막 투과에 있어 제한을 가진다. 다음은 생체의 소화기관을 통과하면서 위를 포함한 소화기관에서 분비되는 각종 소화효소의 작용에 의해 활성을 잃게 되며 이러한 위해요소를 극복하고 온전한 형태로 소장 내에 도달하더라도 외부물질을 선택적으로 받아들이는 장 상피세포층의 차단에 의해 체내로 흡수되어 제 기능을 발휘하기는 매우 어렵다. 경구투여는 투약의 편이성과 복약 순응도가 높다는 측면에서 가장 이상적인 투여경로임에도 불구하고 1% 미만의 낮은 흡수율과 소화관 통과시의 불안정성, 낮은 장점막 투과성 등의 문제점을 개선해야한다.Recently, several alternatives have been proposed to improve and solve these problems. Among these methods, the oral dosage method is the dosage form that best compensates for the disadvantages of the injection method because patients have less objection and do not need a separate device such as a skilled worker or a syringe. However, the oral dosage method has a number of advantages, but there are problems in practical use. The first is the restriction on the size of the substance, and protein-based drugs have macromolecules (macromolecule) to limit the membrane permeation. Next, the intestinal epithelium that passes through the digestive system of the living body loses its activity by the action of various digestive enzymes secreted from the digestive system, including the stomach. It is very difficult to be absorbed into the body by blocking the cell layer and to function properly. Oral administration should improve the problems such as low absorption rate of less than 1%, instability through the digestive tract, low membranous membrane permeability, even though it is the most ideal route of administration in terms of ease of administration and high drug compliance.

최근 생명공학의 발전으로 인해 다양한 단백질계 약물이 화학요법을 대체할 차세대 약물로써 개발되고 있는 현 시점에서 개발된 단백질계 약물의 이용성을 획기적으로 증진시키기 위해서는 무엇보다도 안정적으로 약물을 체내로 이송할 수 있는 효율성 높은 경구투약시스템을 개발하는 것은 시급한 과제이다.Recently, due to the development of biotechnology, various protein drugs are being developed as a next-generation drug to replace chemotherapy. Developing a highly efficient oral dosage system is an urgent task.

M 세포라는 특화된 세포가 존재하여 장내에 존재하는 여러 항원을 특이적, 비특이적인 경로로 흡수하여 점막면역반응의 최종산물인 분비형 IgA를 소장의 상피세포를 통해 분비하는데 있어서 중추적인 기능을 담당한다. Specialized cells called M cells exist to absorb various antigens in the intestine through specific and nonspecific pathways, and play a pivotal role in secreting secreted IgA, the final product of mucosal immune response, through epithelial cells of the small intestine. .

M 세포를 표적으로 하는 펩타이드를 선발해 이를 경구용 백신에 적용할 경우 기존의 단백질계 약물 및 백신이 가지고 있는 낮은 운송효율을 개선할 수 있는 보다 효율적인 방법이 될 수 있다. 현재까지 가장 바람직한 경구용 백신의 모델은 M 세포를 표적으로 하는 것이 이상적으로 생각되어졌으나 여러 가지 기술적인 한계로 인해 발전이 더디었다. 효율적인 경구용 백신 전달 시스템을 구축하기 위해서는 위와 같이 트랜스사이토시스를 유도하는 작용기(ligand)를 탐색하는 기법 외에도 효율적인 세포배양 모델이 정립되어 있어야 하는데, 선행된 연구결과에 따르면 인간 대장암 세포주(human adenocarcinoma cell line)인 Caco-2 세포와 BALB/c 마우스의 페이어스 패치(Peyer`s patch)에서 초대 배양(primary culture)한 임파구(lymphocytes)를 혼합 배양하였을 때, 소장 내 페이어스 패치에 존재하는 M 세포에서 일어나는 여러 기전들이 상피세포의 선단면(apical surfce)에서 분비되는 효소(brush-border enzyme)인 알카라인 포스파타아제(alkaline phosphatase)의 감소와 미세융모의 선단면에서 분비되는 세포골격 단백질(cytoskeletal protein)인 비린(villin)의 재배열이 재현되었으며, 후속 연구에 의해 M 세포 모델의 유효성이 검증되었다(Kerneis, 1997). 이후 M 세포를 표적하는 펩타이드 작용기를 찾기 위한 연구가 래트(rat)와 파지 디스플레이 기법을 이용하여 이루어졌으나(Higgins, 2004) M 세포를 표적하는 펩타이드 작용기를 선발하는 과정에 국한되었으며 후보 펩타이드 작용기간 운송효율을 고려하지는 못하였다.기존에 알려진 각각의 물질에 대해 개별적으로 세포수준에서 흡수효율을 비교하여 우열을 가리는 것은 매우 어려운 일이기 때문에 이를 극복하기 위해서는 효율적으로 트랜스사이토시스를 유도하는 수용체를 표적하는 물질을 빠르고 효과적으로 탐색할 수 있는 새로운 연구기법을 정립해야 할 필요가 있다.Selecting a peptide targeting M cells and applying it to an oral vaccine may be a more efficient way to improve the low transport efficiency of existing protein-based drugs and vaccines. To date, the most desirable model of oral vaccines has been ideally thought to target M cells, but progress has been slow due to several technical limitations. In order to establish an efficient oral vaccine delivery system, an efficient cell culture model should be established in addition to the above-described technique for inducing transcytosis-inducing ligands. According to the previous study, human adenocarcinoma Cell line) Ca and M cells present in the small intestine phase patch when mixed culture of lymphocytes (primary culture) in the Peyer`s patch of BALB / c mice Several mechanisms that occur in cells reduce alkaline phosphatase, a brush-border enzyme secreted at the apical surfce of epithelial cells, and cytoskeletal secreted at the tip of microvilli. The rearrangement of the protein villin was reproduced and subsequent studies validated the M cell model (Kerneis, 1997). . Subsequently, studies to find peptide functional groups targeting M cells have been conducted using rat and phage display techniques (Higgins, 2004), but are limited to the process of selecting peptide functional groups targeting M cells and transporting candidate peptides. The efficiency was not considered. It is very difficult to mask the superiority by comparing the absorption efficiency at the cellular level individually for each known substance, so in order to overcome this, it is necessary to target the receptor that efficiently induces transcytosis. There is a need to establish new research techniques for exploring materials quickly and effectively.

따라서 파지 디스플레이 기술은 결합 특이적 펩타이드를 선발하는데 이용되는 것 이외에 트랜스사이토시스를 유도하는 특정 펩타이드 서열을 선발하고자 할 때에도 유용하게 적용될 수 있다. 선행기술로써 M13 파지 라이브러리(phage library)를 이용하여 3차원 세포배양 방법인 트랜스-웰 세포배양 시스템을 통해 MDCK (Madin-Darby canine kidney) 상피세포에서 트랜스사이토시스는 특이적인 펩타이드 서열을 동정하고 인테그린(integrin)과 결합하는 모티프 (motif)를 가지고 있는 것을 확인된 바 있다 (Vasily, 2000). 그 과정을 살펴보면, 트랜스-웰 멤브레인에 MDCK 상피세포를 배양하여 이들 세포가 밀착결합에 의해 상피세포 층(epithelial cell lining)을 형성하는 것을 확인한 다음 그 상부 또는 하부에 파지 라이브러리를 첨가하여 반대편 웰(well)로 통과되어 나오는 파지 분자를 동정하는 순서로 이루어져 있다. 이때 상피세포 층을 통과하여 반대편 웰에서 검출된 파지는 트랜스사이토시스를 유도하는 펩타이드 서열(transcytotic peptide)을 가지고 있을 가능성이 높으므로 이들 파지로부터 DNA 염기서열 분석을 통해 최종적으로 목적하는 작용기 펩타이드 서열을 선발하는 것이다(도 1 참조). 따라서 이러한 방법을 in vitro M 세포 모델에 적용하여 M 세포 특이적인 트랜스사이토시스를 유도하는 펩타이드 서열을 선발하는 새로운 방법을 고안하였다.Therefore, in addition to being used to select binding specific peptides, phage display technology may be usefully applied when selecting specific peptide sequences that induce transcytosis. In the prior art, the transcytosis of MDCK (Madin-Darby canine kidney) epithelial cells through a three-dimensional cell culture method using a M13 phage library is used to identify specific peptide sequences and integrin. It has been shown to have a motif that binds to (integrin) (Vasily, 2000). In the process, MDCK epithelial cells were cultured on a trans-well membrane to confirm that these cells formed an epithelial cell lining by tight bonding, and then a phage library was added to the top or the bottom of the opposite well ( The phage molecules passed through the wells are identified. Phage detected through the epithelial cell layer in the opposite well is likely to have a transcytotic peptide that induces transcytosis. It is selecting (refer FIG. 1). Therefore, this method was applied to an in vitro M cell model to devise a new method for selecting peptide sequences that induce M cell specific transcytosis.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 점들을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 in vitro 파지 디스플레이 방법을 이용하여 M 세포를 통과하여 거대분자 물질의 흡수를 유도하는 특정 펩타이드를 제공함에 있다.Accordingly, the present invention is devised in view of the points described above, an object of the present invention in In vitro phage display method is used to provide specific peptides that induce the uptake of macromolecular substances through M cells.

본 발명의 다른 목적은 상기 M 세포를 통과하여 거대분자 물질의 흡수를 유도하는 특정 펩타이드를 선발하는 in vitro 파지 디스플레이 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to select a specific peptide to induce the uptake of macromolecular substances through the M cells in in vitro A phage display method is provided.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 M 세포를 통과하여 거대분자 물질의 흡수를 유도하는 특정 펩타이드를 단백질 백신에 도입시킨 경구용 백신전달시스템을 제공함에 있다.Still another object of the present invention is to provide an oral vaccine delivery system in which a specific peptide is introduced into a protein vaccine to induce uptake of macromolecular substances through the M cells.

볼 발명의 상기 목적은 파지 디스플레이 펩타이드 라이브러리를 형성하고 in vitro M 세포 모델을 확립하고 in vitro 파지 트랜스사이토시스 기전을 사용하여 in vitro M 세포층을 통과하는 펩타이드 작용기(peptide ligand)를 탐색한 후 소장의 상피세포층을 통과하지 않으면서 M 세포를 통과하는 흡수 효율이 높은 흡수촉진 유도펩타이드를 선발함으로써 달성하였다.The above object of the invention is to form a phage display peptide library andin in vitro Establish an M cell modelin in vitro Phage Transcytosis Mechanismin in vitro This was accomplished by searching for a peptide ligand that crosses the M cell layer and selecting a high absorption uptake inducing peptide that passes through the M cells without passing through the epithelial cell layer of the small intestine.

이하, 본 발명의 구체적인 구성을 도면 및 실시예에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the specific configuration of the present invention will be described in detail with reference to the drawings and embodiments.

본 발명은 파지 디스플레이 펩타이드 라이브러리를 형성하는 단계; in vitro M 세포 모델을 확립하는 단계; M 세포 표적 펩타이드를 탐색하는 단계; in vitro 파지 트랜스사이토시스 분석 단계; 펩타이드 서열을 동정하는 단계; M 세포 표적 후보 펩타이드의 재검증 단계 및 표적 펩타이드를 선발하는 단계로 구성된다.
이하, 바람직한 실시형태에 따라 본 발명을 상세하게 설명한다. 하지만, 이로부터 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.
The present invention comprises the steps of forming a phage display peptide library; establishing an in vitro M cell model; Searching for M cell target peptides; in vitro phage transcytosis assay step; Identifying the peptide sequence; Revalidation of the M cell target candidate peptide and selection of the target peptide.
EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail according to preferable embodiment. However, this does not limit the scope of the present invention.

<< 실시예Example >>

파지 디스플레이 Phage display 펩타이드Peptide 라이브러리( library( PhagePhage displaydisplay peptidepeptide librarylibrary ))

본 발명에서 사용된 파지 디스플레이 펩타이드 라이브러리는 'ph.D.-C7CTM (New England BioLab.)'으로, 이는 M13 박테리오파지의 게놈중에서 코트 단백질의 일종인 pIII를 생산하는 유전자 말단에 7개의 무작위 아미노산 서열(random amino acid sequence)의 펩타이드가 발현되도록 인위적으로 유전자 서열을 삽입한 후, 대장균(E. coli)에 감염시켜 얻은 수억 종 이상의 서로 다른 펩타이드를 발현한 재조합 박테리오파지로 구성되어 있다. The phage display peptide library used in the present invention is 'ph.D.-C7CTM (New England BioLab.)', Which contains seven random amino acid sequences at the end of the gene producing pIII, a kind of coat protein, in the genome of M13 bacteriophage. It consists of recombinant bacteriophage expressing hundreds of millions of different peptides obtained by infecting E. coli by artificially inserting a gene sequence to express a peptide of random amino acid sequence.

한편, 본 발명에서는 M13 파지에 도입되어 있는 7개의 무작위 아미노산 서열은 양쪽에 시스테인 잔기를 보유하도록 설계되어, 펩타이드 발현시 자연적으로 이황화 결합을 형성함으로써 고리모양을 이루도록 하여 목적 단백질과 더욱 강한 결합을 유도할 수 있도록 하였다(도 2 참조).Meanwhile, in the present invention, the seven random amino acid sequences introduced into the M13 phage are designed to have cysteine residues on both sides, thereby naturally forming disulfide bonds during peptide expression, thereby forming a ring shape to induce stronger binding with the target protein. (See FIG. 2).

InIn vitroin vitro M 세포 모델의 확립 Establishment of an M Cell Model

고효율의 경구용 백신의 생산을 위해서는 M 세포 모델을 확립한 후 표적 펩타이드 작용기의 선발이 이루어져야 하기 때문에 세포 모델을 구축한 이후, 유효성 평가를 실시하였다. In order to produce a high-efficiency oral vaccine, the target peptide functional group should be selected after the M cell model was established.

인간 대장 유래의 암세포주인 Caco-2 세포를 트랜스-웰(transwell)에서 배양하여 세포가 외부 물질의 투과를 일으키지 않도록 밀착결합을 형성하였는지 여부를 판단하는 기준으로 전기적 저항값(transepithelial electrical resistance, TER)을 측정하였다. 도 3과 같이, 24일간의 배양 기간 중 2일 간격으로 TER 값을 측정한 결과 350 Ω.cm2 까지 증가하는 것을 확인하였다. Human colon cancer-derived Caco-2 cells were cultured in transwells to determine whether the cells formed a tight bond to prevent permeation of foreign substances (transepithelial electrical resistance (TER)). Was measured. As shown in Figure 3, as a result of measuring the TER value at intervals of 2 days during the culture period of 24 days it was confirmed that the increase to 350 Ω.cm 2 .

일반적으로 소장의 상피세포의 경우 TER 값이 200 Ω.cm2 이상을 유지할 때 밀착 결합을 형성한 것으로 판단하는데 이 결과를 바탕으로 고찰해 볼 때 배양 16일 이후부터 세포가 밀착 결합을 형성하는 것으로 관찰되었다. 또한, M 세포로 전변시키기 위하여 배양 20일 경과한 Caco-2 세포와 Raji 세포를 혼합 배양한 이후 4일간 48시간 간격으로 TER 값을 측정하였으며, 혼합 배양 이후에도 세포가 전기적 저항값을 유지하는 것을 확인할 수 있었다. In general, epithelial cells of the small intestine are judged to form a close bond when the TER value is maintained at 200 Ω.cm 2 or more. Based on this result, the cells form a close bond after 16 days of culture. Was observed. In addition, TER values were measured at 48 hours intervals for 4 days after the mixed culture of Caco-2 cells and Raji cells after 20 days of cultivation to transform them into M cells, and the cells maintained the electrical resistance even after the mixed culture. Could.

M 세포가 가지는 중요한 기능적 특성 중 하나가 장관 내 존재하는 거대분자을 흡수한 이후 항원 제시-처리 과정을 거쳐 점막 면역반응을 유도하는 것이기 때문에 모델시스템의 유효성을 평가하는 마지막 평가항목으로 하기의 실험을 실시하여 구축한 in vitro M 세포 모델의 기능적 특성을 확인하였다. As one of the important functional characteristics of M cells is to induce mucosal immune response through antigen presentation-treatment process after absorbing macromolecules present in the intestinal tract, the following experiment is used as the final evaluation item to evaluate the effectiveness of the model system. Built in in vitro Functional characteristics of the M cell model were confirmed.

C2Bbe1 세포와 혼합 배양 2일 및 4일이 경과한 세포를 공시재료로 준비하여 1.6 × 1010 개의 FITC-결합 라텍스 비드(FITC-conjugated latex bead; 직경 200um)를 각 세포의 선단면에 넣어주었다. 본 발명은 두 개의 실험구로 나누어 하나의 실험구는 37℃ (90분) -> 4℃ (90분) ->37℃ (60분)로, 다른 하나의 실험구는 4℃ (90분) -> 37℃ (90분) ->4℃ (60분)의 온도변화로 처리한 후, 트랜스-웰 하부 챔버로 이동된 비드의 개수를 유세포 분석(flowcytometry)으로 검출하였다. 혼합 배양 4일 경과한 세포의 경우 온도를 37℃로 유지하였을 때 비드의 이동이 일어나는 것을 확인하였으며, 4℃로 유지할 경우 비드의 이동이 일어나지 않는 것을 확인하 였다. 이와는 달리 C2Bbe1 세포와 혼합 배양 2일 경과한 세포의 경우 비드의 이동이 유의적으로 낮은 것을 확인하였다. 이와 같은 결과를 바탕으로 M 세포의 기능적 특성을 유도하는데 최적의 혼합 배양기간은 4일로 판단되었다(도 4a 참조). 다음으로 M 세포의 선단면에 특이적으로 발현되는 막통과 당단백질(transmembrane glycoprotein)인 인테그린의 발현 여부를 확인하였다. 앞서 언급하였듯이 Caco-2 세포에서는 인테그린의 발현이 세포의 가측면(basolateral side)에 분포되어 있음을 확인하였으며(도 4b 참조), M 세포의 경우 β-1 인테그린이 세포의 선단면 특이적으로 발현되는 것을 확인하였다(도 4c 참조). C2Bbe1 cells and cells cultured 2 and 4 days after the mixed culture were prepared as test materials, and 1.6 × 10 10 FITC-conjugated latex beads (diameter 200 μm) were put in the front end surface of each cell. The present invention is divided into two experimental zones, one experimental zone is 37 ℃ (90 minutes)-> 4 ℃ (90 minutes)-> 37 ℃ (60 minutes), the other experimental zone is 4 ℃ (90 minutes)-> 37 After treatment with a temperature change of &lt; RTI ID = 0.0 &gt; C &lt; / RTI &gt; (90 minutes)-> 4 [deg.] C. (60 minutes), the number of beads transferred to the lower trans-well chamber was detected by flowcytometry. For 4 days after the mixed culture, it was confirmed that the bead movement occurred when the temperature was maintained at 37 ° C., and when the cell was maintained at 4 ° C., the movement of the beads did not occur. On the contrary, it was confirmed that the movement of the beads was significantly lower in the cells 2 days after the mixed culture with C2Bbe1 cells. Based on these results, the optimal incubation period for inducing functional characteristics of M cells was determined to be 4 days (see FIG. 4A). Next, the expression of integrin, which is a transmembrane glycoprotein (transmembrane glycoprotein) that is specifically expressed on the end surface of M cells, was confirmed. As mentioned above, it was confirmed that the expression of integrin was distributed on the side of the cell (basolateral side) in Caco-2 cells (see FIG. 4B), and in the case of M cells, β-1 integrin was specifically expressed at the front end of the cell. It was confirmed (see FIG. 4C).

다음으로 형태학적 측면에서 in vitro 상에서 분화를 유도한 M 세포가 in vivo 상에서 가지고 있는 고유한 특징인 불규칙한 미세융모의 발현 패턴을 보이는지 확인하기 위하여 투과 전자현미경(transmission electron microscopy; TEM)을 이용하여 관찰하였다. 도 4d에서 볼 수 있듯이, Caco-2 세포의 경우 미세융모의 발현이 균일하였으며 세포 간 결합부위에서 강력한 결합을 관찰할 수 있었다. 따라서 세포의 분화유도가 정상적인 조건에서 일어난 것을 확인하였다. in vitro M 세포 (도 4e)의 경우 Caco-2 세포 부위로 Raji 세포가 이동된 것을 확인할 수 있었으며 Raji 세포가 존재하는 부위의 선단면에서 미세융모의 발현이 불규칙하게 일어난 것을 확인하였다. 이상의 결과를 바탕으로 in vitro M 세포의 분화가 정상적으로 유도되는 것으로 판단하였다. 상기 기능적, 형태적, 세포 생물학적 평가를 바탕으로 M 세포 모델의 유효성을 평가한 결과 정상적인 M 세포 모델로 전변된 것으로 확인되었다. Next in terms of morphology, Transmission electron microscopy (TEM) was used to determine whether M cells induced differentiation in vitro showed expression patterns of irregular microvilli, which are inherent in vivo . As shown in FIG. 4D, in the case of Caco-2 cells, the expression of microvilli was uniform and strong binding was observed at the intercellular binding site. Therefore, it was confirmed that the differentiation induction of cells occurred under normal conditions. in In vitro M cells (Fig. 4e) was confirmed that the Raji cells were moved to the Caco-2 cell site, and the irregular expression of microvilli occurred at the front end surface of the site where the Raji cells are present. Based on the above results in In vitro differentiation of M cells was determined to be normally induced. As a result of evaluating the effectiveness of the M cell model based on the functional, morphological and cellular biological evaluation, it was confirmed that the M cell model was transformed into a normal M cell model.

M 세포 표적 M cell target 펩타이드의Peptide 탐색 quest

상기 실시예 2에서 확립한 In vitro M 세포 모델과 파지 디스플레이 기법을 이용하여 M 세포를 표적하는 펩타이드 작용기를 탐색하기 위하여 in vitro 상의 M 세포로의 전변은 분화된 C2Bbe1 세포와 Raji 세포의 혼합 배양 통해 유도되기 때문에 C2Bbe1 세포와 in vitro M 세포 모델을 대상으로 파지 펩타이드 라이브러리를 이용하여 트랜스사이토시스 분석(transtosis assay)를 실시하여 유의적으로 높은 트랜스사이토시시(transcytosis) 능력을 가진 펩타이드를 선발하고 Raji 세포 바인딩 분석을 통하여 선발한 결합 특이적 펩타이드의 분석표를 작성한 후 이들 펩타이드 분석표를 상호 비교하여 M 세포 특이적인 펩타이드 서열을 선별하였다(도 5 참조). In established in Example 2 above To explore peptide functional groups targeting M cells using in vitro M cell models and phage display techniques in vitro jeonbyeon on to the M cells is because the induced by mixed culture of differentiated cells and Raji cells C2Bbe1 C2Bbe1 cells and in In vitro M cell model was carried out using a phage peptide library to perform a transcytosis assay to select peptides with significantly higher transcytosis ability and to select Raji cell binding assays. After analysis of the binding specific peptides, these peptide analysis tables were compared to select M cell specific peptide sequences (see FIG. 5).

RajiRaji 세포 바인딩 분석 Cell binding assay

M 세포 표적 펩타이드를 선발하는 첫 단계로 Raji 세포 바인딩 분석을 실시하였다. 1.0 × 1011 pfu의 파지 라이브러리를 준비한 1.0 × 107 cell/ml 개의 Raji 세포 현탁액에 주입 후 바이오패닝(biopanning)을 실시하였으며 대조구로 pIII 단백질을 생산하는 유전자 말단에 무작위 아미노산 서열이 도입되지 않은 인서트리스 파지(insertless phage)를 이용하였다. 총 4 차례 바이오패닝을 실시한 결과 1차에 비해 2차 바이오패닝에서 파지의 적정농도가 감소하는 결과를 확인하였다. 이는 전형적인 파지 디스플레이의 결과와 일치하는 것으로 Raji 세포에 특이적으로 결합할 것으로 예상되는 파지 개체군이 선발될 것이라 예측하였다. 이후 3 내 지 4차 바이오패닝을 실시한 결과 1차에 비해 4차의 적정농도가 872배 증가하는 것을 확인되었으며 대조구로 사용한 인서트리스 파지의 경우 펩타이드를 코딩하고 있는 파지에 비해 유의적으로 낮은 결합을 보이는 것을 확인하였다(도 6 참조).The first step in selecting M cell target peptides was a Raji cell binding assay. Biopanning was performed after injection into 1.0 × 10 7 cell / ml Raji cell suspension prepared with a 1.0 × 10 11 pfu phage library. Insertless phage was used. As a result of performing biopanning four times in total, it was confirmed that the optimal concentration of phage was reduced in the second biopanning compared to the first. This is consistent with the results of a typical phage display, predicting that a phage population that would specifically bind to Raji cells would be selected. Subsequent 3 to 4 biopannings showed that the titer concentration of the 4th was increased by 872 times compared to that of the 1st, and the insertless phage used as a control was significantly lower than the phage encoding the peptide. It confirmed that it was seen (refer FIG. 6).

일반적으로 파지 디스플레이 기법을 통한 바이오패닝을 실시할 경우 목적하는 표적과 강한 친화도를 가지는 파지 개체군이 바이오패닝 횟수를 거듭할수록 증가하기 때문에 바이오패닝 횟수에 따른 파지 적정농도의 증가 현상은 파지 디스플레이 기법에 있어서 의도한 방향으로 진행되고 있는지를 판가름하는 가장 기본적인 파라멘트라고 할 수 있다. 도 6에서 나타난 바와 같은, 파지 디스플레이 방법을 이용하여 바이오패닝을 실시한 결과, 바이오패닝를 거듭할수록 Raji 세포에 결합한 파지의 적정농도가 4차까지 급격히 증가하는 양상을 보였다. 바이오패닝의 횟수를 거듭함에 따라 세포에 결합하는 파지의 수가 증가하는 이유는 세포의 수용체와 결합능력을 가진 파지의 비율이 바이오패닝 횟수의 진행에 따라 점차 증가하기 때문인 것을 알 수 있었다.  In general, when biopanning through phage display technique is performed, the phage population having strong affinity with the target target increases as the number of biopanning cycles increases. It can be said to be the most basic parameter to determine whether it is going in the intended direction. As shown in FIG. 6, biopanning was performed using the phage display method. As the biopanning was repeated, the titer concentration of phage bound to Raji cells rapidly increased to the fourth order. As the number of biopanning cycles increases, the number of phages that bind to cells increases because the percentage of phages that bind to the cell's receptors increases gradually as the number of biopanning cycles increases.

InIn vitroin vitro 파지  scrap paper 트랜스사이토시스Transcytosis 분석:  analysis: CacoCaco -2 세포와 -2 cells and inin vitroin vitro M 세포  M cell 트랜스사이토시스Transcytosis 분석 analysis

상기와 같이 in vitro 상의 M 세포로의 전변은 혼합 배양시 Caco-2 세포에서 분비하는 케모카인20(chemokine20)과 Raji 세포 표면에 발현하고 있는 케모카인수용체 6(chemokine receptor 6)의 작용기-수용체 상호작용에 의해 Raji 세포가 Caco-2 세포의 세포층으로 이동함으로서 세포의 특성이 전변되는 과정을 거쳤다. 그러나 in vitro 상에서 분화를 유도하여도 모두 M 세포의 성격을 가지도록 분화가 유도되는 것은 아니라 일부의 개체군은 Caco-2 세포 고유의 성격을 가지고 있는 단점이 있다. As described above in The transmutation into M cells in vitro was induced by Raji cells by the functional-receptor interactions of chemokine 20 secreted from Caco-2 cells and mixed chemokine receptor 6 expressed on the surface of Raji cells in mixed culture. By moving to the cell layer of Caco-2 cells, the characteristics of the cells were changed. But in Induction of differentiation in vitro does not induce differentiation to have all the characteristics of M cells, but some populations have disadvantages inherent in Caco-2 cells.

따라서 본 발명은 M 세포에서 특이적인 펩타이드 작용기를 탐색하기 위하여 대조구 정보를 확보하기 위한 Caco-2 세포 트랜스사이토시스 분석과 M 세포 표적 펩타이드를 선발하기 위하여 in vitro M 세포 트랜스사이토시스 분석을 실시하였다(도 7 참조).Thus to the present invention relates to starting a Caco-2 cell transport system analysis and Saito M cell targeting peptide to secure control information for searching for a specific functional group in the peptide in cell M In vitro M cell transcytosis assay was performed (see FIG. 7).

총 4 차례 바이오패닝을 실시한 결과 두 가지 세포 타입에서 1차에 비해 4차의 적정농도가 유의성 있게 높은 수준으로 증가하는 것을 확인하였으며 대조구로 사용한 인서트리스 파지의 경우 펩타이드를 코딩하고 있는 파지에 비해 유의적으로 낮은 결합을 보이는 것을 확인하였다(도 8a 및 도 8b 참조).The results of four biopanning tests showed that the titer concentrations of the four cells increased significantly in both cell types compared to the first one.In contrast, the insertless phage used as a control was significantly higher than that of the peptide-encoded phage. As a result, it was confirmed to show low binding (see FIGS. 8A and 8B).

펩타이드Peptide 서열의 동정 Identification of sequences

Raji 세포 바인딩 분석과 Caco-2 세포와 in vitro M 세포 트랜스사이토시스 분석을 실시하여 세가지 독립된 실험에서 공통적으로 4차 바이오패닝 과정에서 회수한 파지 개체군을 고체배지에 도말한 후 각각의 개별적인 파지 플라크(plaque)을 취해 제노믹 DNA를 추출하고 염기서열을 분석함으로써 각각 어떠한 펩타이드 서열을 보유하고 있는지를 동정하였다(도 9 참조). Raji Cell Binding Assay with Caco-2 Cells in In vitro M cell transcytosis analysis was carried out in three independent experiments, in which the phage populations recovered in the fourth biopanning process were plated on solid medium, and each individual phage plaque was extracted to extract genomic DNA. Sequence analysis was used to identify which peptide sequences each possessed (see FIG. 9).

세 가지 세포에서 각각 회수한 파지 총 520개의 유효 펩타이드 서열 (인서트리스 파지 제외)을 동정하여 결과를 표 1에 나타내고, M 세포 특이적일 것으로 예상되는 20개의 펩타이드 서열을 선발하였다. 4차 바이오패닝 과정에서 확보한 파지 의 적정농도가 105 내지 107 (pfu/10ul)인 것을 감안할 때, 이러한 거대 모집단에서 520개의 유효 표본추출을 통해 표 2의 출현 빈도수를 보였다는 것은 모집단 내에 이러한 펩타이드 서열을 가진 파지의 비율이 매우 높다는 것으로 해석할 수 있으며 이러한 펩타이드 서열은 Raji, Caco-2, in vitro M 세포에서의 결합 및 흡수를 효과적으로 유도할 수 있는 잠재력이 매우 높다는 사실을 알 수 있었다.A total of 520 effective peptide sequences (except insertless phage) recovered from each of the three cells were identified and the results are shown in Table 1 and 20 peptide sequences were expected to be M cell specific. The optimal concentration of phage obtained during the 4th biopanning process was from 10 5 to Considering 10 7 (pfu / 10ul), the frequency of appearance in Table 2 from 520 effective samplings in this large population can be interpreted as a very high percentage of phages with these peptide sequences in the population. These peptide sequences were found to have a very high potential to effectively induce binding and uptake in Raji, Caco-2, and in vitro M cells.

<표 1> 펩타이드 염기서열 정렬 결과Table 1 Peptide Sequence Sorting Results

분 석analysis 집중성 비율Concentration ratio 인서트리스 비율Insertion Ratio Raji 세포 바인딩 분석 Raji Cell Binding Assay 펩타이드 R1:10/45Peptide R1: 10/45 17/62(27.4%) 17/62 (27.4%) 펩타이드 R2:4/45Peptide R2: 4/45 펩타이드 R3~R6:3/45Peptide R3 ~ R6: 3/45 Caco-2 세포 트랜스사이토시스 분석 Caco-2 Cell Transcytosis Assay 펩타이드 C1:7/230Peptide C1: 7/230 114/344(33.2%) 114/344 (33.2%) 펩타이드 C2:6/230Peptide C2: 6/230 펩타이드 C3:5/230Peptide C3: 5/230 펩타이드 C4~C7:4/230Peptide C4 ~ C7: 4/230 펩타이드 C8~C15:3/230Peptide C8 ~ C15: 3/230 M 세포 트랜스사이토시스 분석 M cell transcytosis assay 펩타이드 M1:5/245Peptide M1: 5/245 83/328(25.4%) 83/328 (25.4%) 펩타이드 M2:4/245Peptide M2: 4/245 펩타이드 M, M4:3/245Peptide M, M4: 3/245 펩타이드 M445:2/245Peptide M445: 2/245

M 세포 표적 후보 M cell target candidate 펩타이드의Peptide 재검증 및 표적  Revalidation and Target 펩타이드의Peptide 선발  Selection

펩타이드 서열의 동정 후 선발된 20개의 M 세포 표적 펩타이드의 M 세포 표적 여부의 재검증과 M 세포 특이적으로 높은 트랜스사이토시스 효율을 보이는 펩타이드를 선발하기 위하여 선발한 20개의 펩타이드를 이용하여 Caco-2 세포와 in vitro M 세포을 이용하여 트랜스사이토시스 분석을 실시하였다. After identification of the peptide sequence, the caco-2 was selected using 20 peptides selected for re-validation of the target M cells of the 20 selected M cell target peptides and for selecting peptides showing M cell-specific high transcytosis efficiency. Transcytosis analysis was performed using cells and in vitro M cells.

그 결과, M445 클론 (아미노산 서열: CKSTHPLSC)이 Caco-2 세포에서는 트랜스사이토시스를 유도하지 않으며 in vitro M 세포에서 가장 높은 트랜스사이토시스 능력을 가지고 있는 것으로 확인되었다(도 10a 및 도 10b 참조). As a result, clone M445 (amino acid sequence: CKSTHPLSC) is the Caco-2 cells do not induce cytochrome system in trans It was confirmed to have the highest transcytotic capacity in M cells in vitro (see FIGS. 10A and 10B).

이러한 결과를 바탕으로 본 발명 CKSTHPLSC 펩타이드 서열이 M 세포에 특이적으로 높은 트랜스사이토시스 효율을 나타내는 것으로 판단되었으며 본 발명 펩타이드 서열은 M 세포에서의 흡수를 효과적으로 유도할 수 있는 잠재력이 매우 높다는 것을 알 수 있었다.Based on these results, it was determined that the CKSTHPLSC peptide sequence of the present invention exhibits a high transcytosis efficiency specifically for M cells, and the peptide sequence of the present invention has a very high potential for effectively inducing uptake in M cells. there was.

CKSTHPLSCCKSTHPLSC 서열에 대한 M 세포 특이성 검정 M cell specificity assay for sequence

본 발명에서 in vitro 파지 디스플레이 기법을 이용하여 동정한 본 발명 CKSTHPLSC 펩타이드 서열이 실제 소장의 점막층에서 효과적인 흡수 여부 및 흡수될 경우 특정 흡수경로의 존재 가능성을 검정하기 위하여 하기와 같이 수행하였다.In the present invention, in The CKSTHPLSC peptide sequence of the present invention identified using the in vitro phage display technique was performed as follows to test whether the effective absorption in the mucosal layer of the small intestine and the presence of a specific absorption pathway when absorbed.

(1) (One) InIn -- vivovivo 파지 바인딩 분석과  Phage binding analysis 트래피킹Trafficking 분석 analysis

In vitro 트랜스사이토시스 분석 및 20개의 M 세포 표적 후보 펩타이드를 이용하여 재검증 실험을 통해 선발한 펩타이드 서열이라 할지라도 실제 in vivo에서도 소장내의 M 세포 특이적일 것으로 결론을 내리는 것은 지나친 논리적 비약이라고 할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 절식시킨 래트(스프라쥐-다우레이종 수컷(350g)을 개복한 후 소장(회장 부분)의 장관 내부(intestinal lumen)에 폐-회장 루프(closed-ileal loop) 기법을 이용해 페이어스 패치 부분이 포함되도록 봉합 후, 본 발명 CKSTHPLSC 펩타이드 서열의 파지 및 소장상피 세포 특이적 통과효율을 보이는 CSKSSDYQC 펩타이드 서열의 파지와 인서트리스 파지를 각각 1.0x1011 pfu/500㎕ 수준으로 주입한 다음 30분 이후 M 세포가 존재하는 것으로 알려진 페이어스 패치 부위와 일반 소장의 상피세포 부위 (EC: 페이어스 패치가 포함되지 않은 부위)를 절제하여 각 부위에 결합하고 있는 파지를 정량하였다. In Peptide sequences selected through in vitro transcytosis analysis and re-validation experiments using 20 M cell target candidate peptides were obtained in It is an overly logical leap to conclude that M cells in the small intestine will be specific in vivo . Therefore, in the present invention, after fasting the rat (Sprajud-Daurei male (350g) fasted in the intestinal lumen of the small intestine (intestinal tract) using a closed-ileal loop technique After sealing to include the earth patch portion, the phage and insertless phage of the CSKSSDYQC peptide sequence showing the phage and small intestinal epithelial cell specific passage efficiency of the CKSTHPLSC peptide sequence of the present invention were injected at 1.0x10 11 pfu / 500 μl, respectively, and then 30 After minutes, the phage patch site where M cells are known to be present and the epithelial cell site of the small intestine (EC: site not including the phase patch) were excised to quantify phage binding to each site.

그 결과 본 발명 CKSTHPLSC 펩타이드 서열을 말단에 보유한 파지는 CSKSSDYQC 펩타이드 서열의 파지와 인서트리스 파지에 비해 페이어스 패치 부위에서 유의적으로 높은 수준의 결합능력을 보이는 것으로 확인되었으며 이에 반해 일반 소장의 상피세포 부위에서는 CSKSSDYQC 펩타이드 서열의 파지에 비해 낮은 결합능력을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 선발한 본 발명 M 세포 표적 CKSTHPLSC 펩타이드 서열이 in vivo 에서도 M 세포 특이적인 펩타이드 서열이 될 수 있는 가능성을 제시하는 결과이다. As a result, the phage having the end of the CKSTHPLSC peptide sequence of the present invention showed a significantly higher level of binding ability in the phase patch site than the phage and insertless phage of the CSKSSDYQC peptide sequence. In the CSKSSDYQC peptide sequence was confirmed to show a low binding capacity compared to the phage. These results indicate that the selected M cell target CKSTHPLSC peptide sequence of the present invention in These results suggest the possibility of becoming M cell specific peptide sequences in vivo .

다음으로 상기와 같은 결과를 바탕으로 고효율의 백신 전달 펩타이드 적용가능 여부를 검증하기 위해 in vivo 파지 트래피킹 분석(trafficking assay)를 실시하였다. 전술한 바와 같이 M 세포를 통해 들어온 항원은 항원제시세포에 의해 흡수되어 메센트릭 림프 노드(mescentric lymph nodes; MLNs)로 이동이 되게 된다. 따라서 M 세포 특이적 펩타이드 서열을 가진 파지는 MLNs로의 이동이 비특이적인 펩타이드를 가지고 있는 파지에 비하여 높을 것이다. 따라서 페이어스 패치 부위와 소장의 상피세포 부위 (페이어스 패치가 포함되지 않은 부위)에 폐-회장 루프를 만들어 본 발명 CKSTHPLSC 펩타이드 서열의 파지, CSKSSDYQS 펩타이드 서열의 파지 및 인서트리스 파지를 주입 후 30분 이후 MLNs으로 이동한 파지를 정량하였다. For the next to verify whether or not applicable to peptide vaccine delivery of a high efficiency based on the results as described above in In vivo phage trafficking assay was performed. As described above, the antigen introduced through the M cells is taken up by the antigen presenting cells and migrated to mescentric lymph nodes (MLNs). Thus, phage with M cell specific peptide sequences will be higher in migration to MLNs than phages with nonspecific peptides. Therefore, a lung-ileal loop was made at the phase patch site and the epithelial cell site of the small intestine (the site not including the phase patch), so that the phage of the CKSTHPLSC peptide sequence of the present invention, the phage of the CSKSSDYQS peptide sequence, and the insertless phage were injected for 30 minutes. Phage transferred to MLNs was then quantified.

그 결과 본 발명 CKSTHPLSC 펩타이드 서열을 말단에 보유한 파지가 CSKSSDYQC 펩타이드 서열의 파지와 인서트리스 파지에 비해 페이어스 패치 부위에서 높은 수준으로 MLNs으로 이동하는 것을 확인할 수 있었으며 M 세포가 존재하지 않는 일반 소장의 상피세포 부위에서는 CSKSSDYQC 펩타이드 서열의 파지에 비해 낮은 결합능력을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 이에 반해 소장의 상피세포 특이적인 흡수효율을 보이는 CSKSSDYQC 펩타이드 서열의 파지는 일반 소장의 상피세포에서의 흡수효율이 M 세포가 존재하는 페이어스 패치 부위보다 높은 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 파지 폐-회장 루프 바인딩 분석과 일치하는 결과로 선발한 본 발명 M 세포 표적 CKSTHPLSC 펩타이드 서열이 in vivo 에서도 M 세포 특이적인 펩타이드 서열이 될 수 있는 가능성을 제시하는 또 하나의 결과이다.As a result, it was confirmed that the phage having the CKSTHPLSC peptide sequence of the present invention was moved to MLNs at a higher level in the phase patch site than the phage and insertless phage of the CSKSSDYQC peptide sequence, and the epithelium of the general small intestine without M cells was present. It was confirmed that the cell site showed a lower binding capacity than the phage of the CSKSSDYQC peptide sequence. On the contrary, the phage of the CSKSSDYQC peptide sequence showing the specific absorption efficiency of the small intestine was higher than that of the phase patch where M cells exist. This result is consistent with the phage lung-ileal loop binding assay, and thus the M cell target CKSTHPLSC peptide sequence selected in Another result suggests the possibility of being M cell specific peptide sequences in vivo .

면역조직학 분석Immunohistologic Analysis

특정 펩타이드 서열을 말단에 발현하지 않은 인서트리스 파지에 비해 본 발명 CKSTHPLSC 펩타이드 서열을 말단에 발현하는 재조합 파지의 경우 소장 내 M 세포가 존재하는 페이어스 패치부위에서의 흡수 효율이 크게 증진하는 것을 확인하였다. 본 발명에서는 여기에서 한 단계 더 나아가 면역조직학 분석(immunohistochemical assay)을 통해 소장 점막층에 본 발명 CKSTHPLSC 펩타이드 서열의 파지가 통과 할 수 있는 M 세포라는 특정 경로를 경유하는지 여부에 대해 검사하였다. Recombinant phage expressing the CKSTHPLSC peptide sequence of the present invention at the end of the insertless phage that does not express a specific peptide sequence at the terminal was confirmed that the absorption efficiency in the phase patch site where the M cells in the small intestine is greatly enhanced . In the present invention, one step further, it was examined whether the phage of the CKSTHPLSC peptide sequence of the present invention passes through a specific pathway called M cell through the immunohistochemical assay.

그 과정을 간략히 기술하면 절식한 래트에 바이오틴(biotin)이 혼합결합되어있는 재조합 합성 본 발명 CKSTHPLSC와 CSKSSDYQC 펩타이드 서열을 폐-회장 루프에 주입하고 30분경과 후 페이어스 패치 부위와 일반 소장(회장 부분: ileum)부위 일부를 적출한 뒤 4% 파라포름알데하이드로 고정한 다음 동결 박편기를 이용해 소장 융모 조직을 준비하고, 그 위에 녹색형광을 띄는 Alexa488이 도입된 스트렙타비 딘(streptavidin)을 첨가한 공초점 주사현미경을 통해 펩타이드의 위치를 확인하였다(도 11 참조).Briefly describing the process, recombinant synthesis in which biotin is mixed with fasted rats is injected into the lung-bowel loop of the present invention CKSTHPLSC and CSKSSDYQC peptide sequence, and after 30 minutes, the patch phase and the general small intestine After removal of a portion of the ileum area, it was fixed with 4% paraformaldehyde and the small intestine chorionic tissue was prepared using a freezing flake, followed by confocal injection with streptavidin introduced with Alexa488 with green fluorescence. The position of the peptide was confirmed through a microscope (see FIG. 11).

그 결과 본 발명 CKSTHPLSC 펩타이드를 주입한 래트의 소장의 M 세포가 존재하는 페이어스 패치부위(red)에서는 특이적으로 높은 녹색형광 신호를 확인할 수 있었으나 소장 융모 조직에서는 동일위치에서 특이적인 신호를 관찰할 수 없었다 (도 12c 및 12d 참조). 이에 반해 CSKSSDYQC 펩타이드를 주입한 래트의 소장의 융모 조직에서는 상피세포층을 따라 체 내로 유입되는 특이적인 녹색 형광 신호를 확인할 수 있었으나 페이어스 패치 부위에서는 본 발명 CKSTHPLSC 펩타이드에 비해 상대적으로 낮은 수준의 녹색형광 신호를 확인할 수 있었다(도 12a 및 12b 참조). 본 발명 CKSTHPLSC 펩타이드가 주입된 페이어스 패치 부위에서 소장의 상피세포 특이적인 흡수 펩타이드인 CSKSSDYQC와 비교하여 높은 수준의 녹색형광 신호가 관찰되며 소장융모조직에서는 신호가 낮다는 것은 실제로 본 발명 CKSTHPLSC 펩타이드가 M 세포를 통과하여 흡수될 수 있는 경로가 존재하는 것으로 추정할 수 있었다. 상기와 같은 결과들을 종합해 볼 때, 폐-회장 루프로 주입된 본 발명 CKSTHPLSC 펩타이드는 소장에 도달한 후 페이스 패치에 존재하는 M 세포를 통과하여 효과적으로 체내로 유입되는 것을 확인하였다.As a result, in the phase patch region (red) where small cells of the small intestine of the rat injected with the CKSTHPLSC peptide of the present invention were found, a high green fluorescence signal was observed, but in the small intestine chorionic tissue, the specific signal was observed at the same position. Could not (see FIGS. 12C and 12D). On the contrary, in the chorionic tissues of the small intestine of rats injected with the CSKSSDYQC peptide, specific green fluorescence signals flowing into the body along the epithelial cell layer were observed, but at the phase patch site, the green fluorescent signal at a relatively low level compared to the CKSTHPLSC peptide of the present invention. It could be confirmed (see FIGS. 12A and 12B). Compared to CSKSSDYQC, which is an epithelial cell specific absorption peptide of the small intestine, at the phase patch site injected with the CKSTHPLSC peptide of the present invention, a high level of green fluorescence signal is observed, and the signal of the CKSTHPLSC peptide of the present invention is low in the small intestinal chorionic tissue. It could be assumed that there was a pathway through which the cells could be absorbed. Based on the above results, it was confirmed that the present invention CKSTHPLSC peptide injected into the lung-intestinal loop effectively enters the body through M cells present in the face patch after reaching the small intestine.

경구 oral- 백식White food 전달 시스템 Delivery system

상기 in vitro 파지 트랜스사이토시트 방법을 이용하여 선발된 M 세포에서 효과적으로 트랜스사이토시스를 유도하는 펩타이드 서열은 단백질계 백신과 유전자 재조합 기법에 의해 하나의 유전자로 접합되어 단백질 발현 숙주세포를 통해 단일 사슬의 재조합 단백질 약물로 생산할 수 있다(도 14a 및 14b 참조). 이렇게 도입된 펩타이드 작용기의 길이는 아미노산 7 내지 9개 정도의 극히 짧은 서열로 트랜스사이토시스 능력이 이미 알려진 고분자의 단백질을 백신에 도입한 기존 연구에서 약물의 기능저하가 문제점으로 지적되었던 것과는 달리 단백질 약물 고유의 입체구조나 기능에 대한 방해를 최소화할 수 있을 것으로 판단된다. 한편, 기존의 알려진 트랜스사이토시스 유도물질을 이용할 경우 M 세포에서의 흡수효율 측면에서 최적의 선택이었는지 여부에 대한 추가 검증이 필요하며, 본 발명 in vitro 파지 디스플레이 방법을 이용할 경우에는 가장 높은 효율로 M 세포를 통과하는 최적의 흡수효율을 보인 펩타이드 서열을 선발하게 되므로 이러한 문제를 해결할 수 있을 것으로 예상된다. Above in Peptide sequences that effectively induce transcytosis in M cells selected using the in vitro phage transcytosheet method are conjugated into a single gene by protein-based vaccines and genetic recombination techniques, and a single-chain recombinant protein Can be produced with a drug (see FIGS. 14A and 14B). The length of the peptide functional group introduced in this way is a very short sequence of about 7 to 9 amino acids, whereas in the previous studies in which a protein of a polymer having a known transcytosis capacity was introduced into a vaccine, a drug deterioration of the drug was pointed out as a problem. The interference with inherent conformation or function can be minimized. On the other hand, when using a known transcytosis inducer it is necessary to further verify whether it was the optimal choice in terms of absorption efficiency in M cells, the present invention in In vitro phage display method is expected to solve this problem because it selects the peptide sequence showing the optimal absorption efficiency through the M cells at the highest efficiency.

본 발명을 통해 선발된 펩타이드를 현재까지 주사에 의한 투여방법에 의존하고 있는 인슐린, 성장호르몬 등의 호르몬, 인터페론, 인터류킨 등의 사이토카인 및 생리활성을 조절하는 각종 효소 등, 기존의 단백질계 기능성 물질에 도입하여, 생체막에서의 흡수효율을 획기적으로 증진시킨 효율적인 경구 투약 시스템은 단백질 약물의 이용성 확대와 더불어 의학, 약학, 축산 및 수의 분야에 지대한 파급효과를 예상할 수 있다. 실용적으로는 의학 및 약학 분야에서 간편한 경구투여를 통해 주사제 사용 시 소요되었던 불필요한 인건비 및 부대비용을 감소시킬 수 있고 환자의 투약에 따른 고통경감 효과를 기대할 수 있으며, 축산 및 수의 분야에서는 성장호르몬이나 백신 등을 주사에 의해 투여할 경우 발생하는 개체마다 일일이 투여해야 하는 번거로움과 숙련된 노동력의 필요에 의한 불필요한 생산비 증가를 피할 수 있 을 것이다. Existing protein-based functional substances such as insulin, growth hormones such as growth hormones, cytokines such as interferon and interleukin, and various enzymes that regulate physiological activity, which depend on the administration method by injection to the peptide selected through the present invention Introduced in the present invention, an efficient oral dosage system that dramatically improves the absorption efficiency in the biofilm can predict the proliferation effect in the fields of medicine, pharmacy, animal husbandry and veterinary along with the expansion of the availability of protein drugs. Practically, oral administration in medicine and pharmacy can reduce unnecessary labor and incidental costs of injectable drugs, and anticipate pain relief from patient administration. When the vaccine is administered by injection, it is possible to avoid unnecessary labor costs and unnecessary increase in production cost due to the need for skilled labor.

아울러, 향후 이러한 펩타이드가 경유하는 막 수용체에 대한 연구가 뒷받침 된다면 소장 M 세포에서의 물질운송 기전을 규명하여 학술적 지식을 심화하는데에도 크게 기여할 수 있을 것으로 사료된다.In addition, if the research on the membrane receptors via these peptides is supported in the future, it is expected to contribute to deepening the academic knowledge by identifying the mechanism of mass transport in small intestine M cells.

본 발명 CKSTHPLSC 펩타이드는 소장의 점막층에서 M 세포를 통과하여 거대분자 물질의 흡수를 유도할 수 있기 때문에 생체막에서의 흡수효율을 증진시키는 경구용 백신전달시스템을 구축하여 백신의 이용 확대와 더불어, 의학, 약학, 축산 및 수의 분야에 있어 매우 유용한 발명인 것이다.Since the CKSTHPLSC peptide of the present invention can induce the uptake of macromolecular substances through the M cells in the mucosal layer of the small intestine, by establishing an oral vaccine delivery system that enhances the absorption efficiency in the biological membrane, the use of vaccines, medical, It is a very useful invention in the fields of pharmacy, animal husbandry and veterinary medicine.

Claims (3)

삭제delete CKSTHPLSC의 아미노산 서열을 갖는 소장의 점막층에서 M 세포를 통과하는 흡수촉진 유도 펩타이드.An absorption promoting inducing peptide that passes through M cells in the mucosal layer of the small intestine having the amino acid sequence of CKSTHPLSC. 삭제delete
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