KR100961392B1 - Production method of antibody phage display library, the antibody phage display library produced thereby and the phagemid vector comprising said antibody phage display library - Google Patents

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Abstract

본 발명은 항체 파지 표면제시 라이브러리 제조방법, 상기 방법에 의해 제조된 항체 파지 표면제시 라이브러리, 상기 항체 파지 표면제시 라이브러리 유전자를 포함한 파지미드 벡터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 VH3-23/VL1g 유전자를 골격으로 하여 상보성 결정부위 (complementarity determining regions, CDR)에 인공적 다양성을 도입한 후, 라이브러리의 기능적 다양성을 향상시키기 위해 유전선택 과정을 통해 적절한 서열의 항체유전자만을 선별하는 항체 파지 표면제시 라이브러리 제조방법에 관한 것으로, 본 발명은 높은 다양성을 가지는 인간항체 라이브러리 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조된 항체 파지 표면제시 라이브러리를 제공한다.The present invention relates to a method for preparing an antibody phage surface presentation library, an antibody phage surface presentation library prepared by the method, a phagemid vector comprising the antibody phage surface presentation library gene, and more particularly, V H 3-23 / V. After introducing artificial diversity into complementarity determining regions (CDRs) using the L 1g gene as a backbone, antibody phage surface display that selects only antibody genes of appropriate sequence through genetic selection process to enhance functional diversity of the library. The present invention relates to a method for preparing a library, and the present invention provides a method for producing a human antibody library having a high diversity, and an antibody phage surface presentation library prepared by the method.

파지 표면제시, 항체, 라이브러리, 베타락타메이즈, 유전선택 Phage surface presentation, antibody, library, beta lactamase, genetic selection

Description

항체 파지 표면제시 라이브러리 제조방법, 상기 방법에 의해 제조된 항체 파지 표면제시 라이브러리, 상기 항체 파지 표면제시 라이브러리 유전자를 포함한 파지미드 벡터 {PRODUCTION METHOD OF ANTIBODY PHAGE DISPLAY LIBRARY, THE ANTIBODY PHAGE DISPLAY LIBRARY PRODUCED THEREBY AND THE PHAGEMID VECTOR COMPRISING SAID ANTIBODY PHAGE DISPLAY LIBRARY}Method for producing antibody phage surface presentation library, antibody phage surface presentation library prepared by the above method, phagemid vector comprising the antibody phage surface presentation library gene, TECHNICAL METHOD OF ANTIBODY PHAGE DISPLAY LIBRARY, THE ANTIBODY PHAGE DISPLAY LIBRARY PRODUCED THEREBY AND THE PHAGEMID VECTOR COMPRISING SAID ANTIBODY PHAGE DISPLAY LIBRARY}

본 발명은 항체 파지 표면제시 라이브러리 제조방법, 상기 방법에 의해 제조된 항체 파지 표면제시 라이브러리, 상기 항체 파지 표면제시 라이브러리 유전자를 포함한 파지미드 벡터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유전선택 기법에 의한 검열을 통해 기능적 다양성이 향상된 단일사슬 단편항체 파지 표면제시 라이브러리의 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조된 항체 파지 표면제시 라이브러리, 상기항체 파지 표면제시 라이브러리 유전자를 포함한 파지미드 벡터에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing an antibody phage surface presentation library, an antibody phage surface presentation library prepared by the method, and a phagemid vector comprising the antibody phage surface presentation library gene, and more specifically, screening by a genetic selection technique. The present invention relates to a method for preparing a single-chain fragment antibody phage surface presentation library having improved functional diversity and an antibody phage surface presentation library prepared by the method, and a phagemid vector comprising the antibody phage surface presentation library gene.

파지 표면제시 (phage display) 기법은 박테리아를 숙주로 하는 박테리오파지(bacteriophage)를 유전적으로 조작하여 유전형(유전자)과 표현형(단백질)이 하나의 파지 입자를 통해 연결되도록 만드는 기법이다. 이 경우 유전형으로서의 유전자는 파지 유전자의 일부로 삽입되며, 표현형으로서의 단백질은 그 단백질의 유전자가 들어있는 파지 입자의 표면에 제시된다. 이러한 유전형과 표현형의 물리적 결합은 단백질 공학에서 매우 중요한 개념이며, 표현형으로 나타나는 성질에 의해 선택된 단백질 클론의 유전자를 쉽게 획득하여 복제, 증폭, 분석 및 조작할 수 있도록 해 준다. Phage display is a technique that genetically manipulates bacteriophage, a bacterial host, so that genotypes (genes) and phenotypes (proteins) are linked through a single phage particle. In this case, the gene as a genotype is inserted as part of a phage gene, and the protein as a phenotype is presented on the surface of the phage particle containing the gene of the protein. These physical combinations of genotypes and phenotypes are very important concepts in protein engineering, and their phenotypic properties make it easy to obtain, clone, amplify, analyze and manipulate the genes of a selected protein clone.

항체는 특별히 파지 표면제시 기법이 매우 유용하게 적용된 예이다. 매우 높은 다양성을 가지는 항체 라이브러리를 파지의 표면에 제시한 후 표면흡착된 항원과 결합시키면, 항원에 선택적으로 결합하는 항체 클론의 유전자를 획득할 수 있다. 이는 실험동물을 거치지 않고 항체를 얻는 매우 효과적인 방법이며, 특히 임의의 항원에 대한 인간항체를 얻을 수 있으므로 인체에서의 면역반응이 적은 치료용 항체 신약 등의 개발에 매우 높은 활용성을 가진다. 높은 결합친화도를 가지는 좋은 항체를 획득하기 위해서는 라이브러리의 품질이 중요하며, 특히 라이브러리의 크기와 기능적 다양성 및 클론의 품질이 중요하다.Antibodies are particularly useful examples of phage surface presentation techniques. By presenting an antibody library having a very high diversity on the surface of the phage and binding to the surface-adsorbed antigen, it is possible to obtain genes of antibody clones that selectively bind to the antigen. This is a very effective method of obtaining antibodies without going through an experimental animal, and in particular, since human antibodies to any antigen can be obtained, they have very high utility in the development of new therapeutic antibodies and the like with less immune response in the human body. In order to obtain a good antibody having a high binding affinity, the quality of the library is important, especially the size and functional diversity of the library and the quality of the clone.

라이브러리의 크기는 그로부터 선택되는 항체의 품질을 결정하는 가장 중요한 요소 중 하나이다. 항체 라이브러리의 항원 결합부위는 이론적으로 어떤 특정 항원에도 경도되지 않은 무작위적 다양성을 가지며, 순전히 우연에 의해 특정 항원에 선택적으로 결합하는 항체가 무작위적 다양성 중에서 나타나게 된다. 따라서 라이브러리의 크기가 커질수록, 즉 라이브러리 내의 서로 다른 항체의 숫자가 증가할수록, 우연에 의해 높은 선택성 및 친화도를 가지는 항체가 발견될 확률이 높아지는 것이다. 일반적으로 최소 108 이상의 크기가 필요한 것으로 인식되고 있으며, 많은 수의 항체 라이브러리가 109 - 1011 정도의 크기를 가지고 있다.The size of the library is one of the most important factors in determining the quality of the antibody selected therefrom. The antigen binding site of the antibody library theoretically has a random diversity that is not mild to any particular antigen, and antibodies that selectively bind to specific antigens by pure chance occur in random diversity. Therefore, as the size of the library increases, ie, the number of different antibodies in the library increases, the probability of finding antibodies with high selectivity and affinity by chance increases. In general, it is recognized that a minimum size of 10 8 or more is required, and a large number of antibody libraries have sizes of 10 9-10 11 .

라이브러리의 기능적 다양성은, 라이브러리를 이루는 클론들 중 실제로 항체를 발현할 수 있는 클론의 비율이다. 라이브러리의 크기가 크더라도 기능적 다양성이 낮으면 실질적인 라이브러리 크기는 줄어들게 된다. 기능적 다양성이 낮아지는 이유는 대부분 라이브러리 구축 과정에서 DNA 합성 및 증폭의 오류로 인한 것이다. 항체 라이브러리는 여러 단계의 중합효소 연쇄반응(PCR)을 통해 구축되는데, 이 때 효소 및 반응의 특성상 필연적으로 낮은 빈도의 오류가 발생하게 되며 이러한 오류가 축적이 되면 최종 라이브러리의 기능적 다양성이 떨어지게 된다. 또한 특히 합성 라이브러리의 경우, 염기 합성반응의 효율성 문제 때문에 오류가 도입될 가능성이 높아지기도 한다. 이렇듯 기능적 다양성의 문제는 특히 합성 라이브러리에서 두드러지는 경향이 있으며 대부분의 합성 라이브러리는 이러한 문제점을 회피하기 위한 설계상의 고려를 해야만 한다.The functional diversity of the library is the proportion of the clones that actually express the antibody among the clones that make up the library. Even if the size of the library is large, if the functional diversity is low, the actual library size is reduced. The lack of functional diversity is largely due to errors in DNA synthesis and amplification during library construction. Antibody libraries are constructed through multiple stages of polymerase chain reaction (PCR), which inevitably leads to low frequency errors due to the nature of enzymes and reactions, and when these errors accumulate, functional diversity of the final library is reduced. Also, especially in synthetic libraries, errors are more likely to be introduced due to efficiency problems of base synthesis. As such, the problem of functional diversity tends to be particularly prominent in synthetic libraries, and most synthetic libraries require design considerations to avoid these problems.

라이브러리를 이루는 개별 클론들의 품질, 즉 발현성과 안정성 및 면역유발성(immunogenicity) 등도 항체 라이브러리의 성능을 결정하는 요소 중 하나이다. 항체공학적으로 우수한 클론을 선별하기 위해서는 합성 항체라이브러리의 설계단계에서부터 이러한 요소들이 고려되어야 한다. 특히 인공적 다양성을 기존의 항체유전자에 도입하는 단계에서, 생성된 다양성이 항체 골격과의 적합성(compatibility)을 가지도록 설계하여야 하며, 자연 항체(natural antibody)의 아미노산 서열로부터의 급격한 변화는 인공합성 항체의 적합성과 안정성 등을 저해할 위험이 있다. 따라서 인공적 다양성을 설계할 때 자연적 다양성을 효율적으로 모방하는 기법이 보고된 바 있다 (Lee, C. V. et al. Journal of Molecular Biology, 2004, 340, 1073-1093).The quality of the individual clones that make up the library, ie expression and stability and immunogenicity, is also one of the factors that determine the performance of the antibody library. These factors must be considered from the design stage of the synthetic antibody library in order to select an antibody engineering clone. In particular, in the step of introducing artificial diversity into the existing antibody genes, the resulting diversity should be designed to have compatibility with the antibody backbone, and the rapid change from the amino acid sequence of the natural antibody may result from the artificial synthetic antibody. There is a risk of impairing the suitability and stability. Therefore, techniques for efficiently mimicking natural diversity have been reported when designing artificial diversity (Lee, C. V. et al. Journal of Molecular Biology, 2004, 340, 1073-1093).

합성 라이브러리의 구축을 위해서는 라이브러리 서열의 설계가 선행되어야 한다. 비교적 높은 골격 다양성을 가지는 B세포 유래 항체 라이브러리 혹은 자연항체 라이브러리(natural antibody library)와 달리, 합성 항체라이브러리는 한 개 혹은 제한된 개수의 골격 서열을 기반으로 구축된다. 그런데, 합성 항체라이브러리의 경우 화학적 합성과정의 오류로 인해 돌연변이 및 염기의 첨가/삭제가 빈번하게 발생하게 되며 따라서 기능적 다양성(전체 클론 중 정상적인 항체를 발현할 수 있는 클론의 비율)이 낮아지게 된다. In order to construct a synthetic library, the design of the library sequence must be preceded. Unlike B cell-derived antibody libraries or natural antibody libraries with relatively high skeletal diversity, synthetic antibody libraries are constructed based on one or a limited number of skeletal sequences. However, in the synthetic antibody library, mutation and base addition / deletion frequently occur due to an error in the chemical synthesis process, and thus functional diversity (a ratio of clones capable of expressing normal antibodies among all clones) is lowered.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기능적 다양성이 높은 합성 라이브러리 제조방법, 상기 방법에 의해 제조된 합성 라이브러리 및 상기 라이브러리 유전자를 포함한 파지미드 벡터를 제공하는 것이다. Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a synthetic library having a high functional diversity, a synthetic library prepared by the method, and a phagemid vector including the library gene.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 VH3-23/VL1g 유전자를 골격으로 하여 상보성 결정부위 (complementarity determining regions, CDR)에 인공적 다양성을 부여하는 항체 파지 표면제시 라이브러리 제조 방법에 있어서, ⅰ)베타락타메이즈 유전자를 선택마커(selection marker)로 가지는 플라스미드 벡터에서 베타락타메이즈 유전자의 리더서열 직후에 제한효소 절단서열들을 도입하여 pFDV 플 라스미드 벡터를 제조하는 단계; ⅱ) 상기 제한효소를 사용하여 pFDV 플라스미드 벡터를 절단하는 단계; ⅲ)상기 절단된 pFDV 벡터 사이에 표 2와 같이 연쇄적인 중합을 거쳐 얻어지고 각각 도 2의 염기서열 또는 아미노산 서열을 갖는 AE, BE, CF 및 DF 서브라이브러리로 구성된 scFv 유전자 라이브러리를 삽입하는 단계; ⅳ)상기 scFv 유전자 라이브러리를 포함한 pFDV 벡터를 숙주 균주에 트랜스폼한 후 항생제를 포함한 배지에서 배양하는 단계; v)배양 후 상기 scFv 유전자 라이브러리를 포함한 pFDV 플라스미드 벡터를 분리정제하는 단계; ⅵ)분리정제된 상기 scFv 유전자 라이브러리를 포함한 pFDV 플라스미드 벡터를 주형으로 하여 표 1의 올리고뉴클레오티드를 프라이머쌍으로 중합효소연쇄반응을 통해 CDR-H3를 이식하는 단계 및 ⅶ)상기 CDR-H3이 이식된 scFv 라이브러리 유전자 및 pComb3X 벡터를 각각 제한효소로 절단하여 라이게이션하고 숙주 균주에 트랜스폼하여 배양하는 단계를 포함하는 항체 파지 표면제시 라이브러리 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a method for producing an antibody phage surface presentation library that imparts artificial diversity to complementarity determining regions (CDR) by using the V H 3-23 / V L 1g gene as a skeleton (Iii) preparing a pFDV plasmid vector by introducing restriction enzyme cleavage sequences immediately after the leader sequence of the beta lactamase gene in a plasmid vector having the beta lactamase gene as a selection marker; Ii) cleaving a pFDV plasmid vector using said restriction enzyme; Iii) inserting the scFv gene library between the cleaved pFDV vectors consisting of AE, BE, CF, and DF sub-libraries obtained through serial polymerization as shown in Table 2 and each having the nucleotide sequence or amino acid sequence of FIG. 2; Iii) transforming the pFDV vector containing the scFv gene library into a host strain and culturing in a medium containing antibiotics; v) separating and purifying the pFDV plasmid vector including the scFv gene library after culture; Iii) transplanting CDR-H3 by polymerase chain reaction with oligonucleotides of Table 1 as primers using pFDV plasmid vector containing the isolated and purified scFv gene library, and iii) grafting the CDR-H3. Provided are a method for preparing an antibody phage surface presentation library comprising cutting and ligating an scFv library gene and a pComb3X vector with a restriction enzyme, transforming and culturing the host strain.

또한, 본 발명은 상기 제한효소가 SfiI 인 것을 특징으로 하는 항체 파지 표면제시 라이브러리 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing an antibody phage surface presentation library, wherein the restriction enzyme is SfiI.

또한, 본 발명은 상기 항체 파지 표면제시 라이브러리 제조방법으로 제조된 항체 파지 표면제시 라이브러리를 제공한다.The present invention also provides an antibody phage surface presentation library prepared by the method for producing an antibody phage surface presentation library.

또한, 본 발명은 상기 베타락타메이즈 유전자를 선택마커로 가지는 플라스미드 벡터가 pET17b 플라스미드 벡터인 것을 특징으로 하는 항체 파지 표면제시 라이브러리 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing an antibody phage surface presentation library, wherein the plasmid vector having the beta lactamase gene as a selection marker is a pET17b plasmid vector.

또한, 본 발명은 pComb3X 벡터에 각각 도 2의 염기서열 또는 아미노산 서열 을 갖는 AE, BE, CF 및 DF 서브라이브러리로 구성된 scFv 유전자 라이브러리가 삽입된 파지미드 벡터 조합을 제공한다.The present invention also provides a phagemid vector combination in which the pComb3X vector is inserted with a scFv gene library composed of AE, BE, CF, and DF sublibrary each having the nucleotide sequence or amino acid sequence of FIG. 2.

또한, 본 발명은 pComb3X 벡터에 각각 도 2의 염기서열 또는 아미노산 서열을 갖는 AE, BE, CF 및 DF 서브라이브러리로 구성된 scFv 유전자 라이브러리가 삽입된 파지미드 벡터를 포함한 박테리오파지(기탁번호:KCCM10938P)를 제공한다.In addition, the present invention provides a bacteriophage (Accession No .: KCCM10938P) including a phagemid vector having a scFv gene library composed of AE, BE, CF, and DF sublibrary having a nucleotide sequence or amino acid sequence of FIG. 2 in a pComb3X vector, respectively. do.

본 발명은 효율적이고 빠른 과정을 통해 기능적 다양성이 높은 고품질의 합성 인간항체 라이브러리 및 그 제조방법을 제공할 수 있다. The present invention can provide a high quality synthetic human antibody library with high functional diversity through an efficient and fast process and a method of manufacturing the same.

이하에서, 본 명세서에 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

A. 정의A. Definition

"파지표면제시 (phage display)"는 M13 박테리오파지의 유전자를 조작하여 그 표면단백질 중 하나의 유전자에 외부단백질의 유전자를 융합하고, 생산된 파지의 표면단백질에 외부단백질이 융합되어 파지의 표면에 제시되는 기법이다. 단백질을 표면제시하는 경우 흔히 gIII 유전자의 5' 쪽에 외부유전자를 융합한다.The phage display manipulates the genes of the M13 bacteriophage to fuse the foreign protein gene to one of the surface proteins, and the external protein is fused to the surface protein of the produced phage and presented on the surface of the phage. Is a technique. Surface presentation of proteins often fuses exogenous genes to the 5 'side of the gIII gene.

"항체"는 목표항원에 특이적으로 결합하는 당단백질이다. 경쇄(light chain)과 중쇄(heavy chain)이 각각 2개씩 모여 이루어지는 헤테로테트라머이며 각각의 사슬은 아미노산 서열이 가변적인 가변도메인(variable domain)과 일정한 서열을 가지는 고정도메인(constant domain)으로 이루어져 있다. 가변도메인의 3차 원구조 말단에 항원이 결합하는 부위가 위치하며 이 부위는 경쇄와 중쇄에 각각 3개씩 존재하는 상보성결정부위(complementarity determining region)들이 모여서 형성된다. 상보성결정부위는 가변도메인 중에서도 아미노산 서열의 가변성이 특히 높은 부분이며 이러한 높은 가변성에 의해 다양한 항원에 대해 특이적 항체가 찾아질 수 있다.An "antibody" is a glycoprotein that specifically binds to a target antigen. Heterotetramer consists of two light chains and two heavy chains. Each chain consists of a variable domain with a variable amino acid sequence and a constant domain having a constant sequence. . The antigen binding site is located at the tertiary end of the variable domain, which is formed by the collection of complementarity determining regions, each of which is present in the light and heavy chains. Complementarity determining regions are particularly highly variable regions of amino acid sequences among the variable domains, and these high variability allows specific antibodies to be found against various antigens.

"면역글로불린"은 항체와 구조적 특성이 동일하며, 항원특이성이 없는 항체유사분자와 항체를 포함하는 개념이다."Immune globulin" is a concept including antibody-like molecules and antibodies having the same structural characteristics as antibodies and having no antigen specificity.

"단일사슬단편항체(single-chain Fv, scFv)"는 항체의 경쇄 및 중쇄의 가변도메인을 15개 내외의 아미노산이 연결된 펩타이드 사슬로 이루어진 연결부위(linker)로 연결한 단백질이다. 경쇄가변도메인 - 연결부위 - 중쇄가변도메인, 또는 중쇄가변도메인 - 연결부위 - 경쇄가변도메인의 순서 모두 가능하며, 원 항체와 동일 혹은 유사한 항원특이성을 가진다. 연결부위는 주로 글리신(glycine)과 세린(serine)으로 이루어진 친수성의 유연한 펩타이드 사슬로서 "(Gly-Gly-Gly-Gly-Ser)3"의 15개의 아미노산 서열 혹은 유사한 서열이 주로 사용된다.A "single-chain Fv" (scFv) is a protein that connects the variable domains of the light and heavy chains of an antibody with a linker consisting of peptide chains of about 15 amino acids. Light chain variable domains-linking sites-heavy chain variable domains, or heavy chain variable domains-linking sites-light chain variable domains can be in any order and have the same or similar antigenicity as the original antibody. The linking site is a hydrophilic, flexible peptide chain composed mainly of glycine and serine, and 15 amino acid sequences or similar sequences of "(Gly-Gly-Gly-Gly-Ser) 3 " are mainly used.

"항체라이브러리"는 서로 다른 서열을 가지는 다양한 항체 유전자들의 집합이다. 항체라이브러리로부터 임의의 항원에 대해 특이적 항체를 분리하기 위해서는 매우 높은 다양성이 요구되며, 일반적으로 109 - 1011 개의 서로 다른 항체 클론들로 이루어진 라이브러리가 구축되어 사용된다. 이러한 항체라이브러리를 이루는 항체 유전자는 파지미드(phagemid) 벡터에 클로닝되어 대장균에 트랜스폼 된다.An "antibody library" is a collection of various antibody genes with different sequences. Very high diversity is required to isolate antibodies specific for any antigen from the antibody library, and libraries of 10 9-10 11 different antibody clones are generally constructed and used. The antibody gene constituting such an antibody library is cloned into a phagemid vector and transformed into E. coli.

"파지미드(phagemid)" 벡터는 파지복제시작점(phage origin of replication)을 가지는 플라스미드 DNA이다. 통상적으로 항생제내성유전자를 선택 마커(selection marker)로 가지고 있다. 파지표면제시에 사용되는 파지미드 벡터의 경우 M13 파지의 gIII 유전자 혹은 그 일부가 포함되어 있으며, 라이브러리 유전자는 gIII 유전자의 5' 말단에 라이게이션(ligation)되어 대장균에서 융합단백질로서 발현된다. 본 발명에서 사용된 pComb3X 벡터는 파지미드 벡터의 예이다.A "phagemid" vector is a plasmid DNA having a phage origin of replication. Typically, the antibiotic resistance gene has a selection marker. The phagemid vector used for phage surface expression includes the gIII gene of M13 phage or a part thereof, and the library gene is ligated at the 5 'end of the gIII gene to be expressed as a fusion protein in E. coli. The pComb3X vector used in the present invention is an example of a phagemid vector.

"보조파지(helper phage)"는 파지미드가 파지 입자로 조립되도록 필요한 유전정보를 제공하는 파지이다. 파지미드에는 파지 유전자 중 gIII 혹은 그 일부만이 존재하므로 파지미드로 트랜스폼된 대장균을 보조파지로 감염시켜 나머지 파지 유전자를 공급하게 된다. M13K07 혹은 VCSM13 등의 종류가 있으며 대부분 카나마이신(kanamycin) 등 항생제 내성 유전자를 포함하여 보조파지에 감염된 대장균을 선택할 수 있도록 하고 있다. 또한 조립신호(packaging signal)에 결함이 있으므로 보조파지 유전자보다 파지미드 유전자가 선별적으로 파지입자 속으로 조립된다.A "helper phage" is a phage that provides the genetic information needed for phagemids to be assembled into phage particles. Since phagemid contains only gIII or a part of phage gene, E. coli transformed with phagemid is infected with an auxiliary phage to supply the remaining phage gene. There are M13K07 or VCSM13, and most of them contain antibiotic resistance genes such as kanamycin, which allows you to select E. coli infected with auxiliary phage. In addition, since there is a defect in the packaging signal, the phagemid gene is selectively assembled into the phage particle rather than the auxiliary phage gene.

"베타락타메이즈(beta lactamase)"는 페니실린, 암피실린, 카르베니실린 등 베타락탐 계열의 항생제를 분해함으로써 항생제 내성을 부여하는 효소이다."Beta lactamase" is an enzyme that confers antibiotic resistance by degrading beta-lactam antibiotics such as penicillin, ampicillin and carbenicillin.

"리더서열(leader sequence)"은 유전자의 5' 말단부분에 위치하여, 유전자로부터 발현된 단백질이 외부로 분비될 때 필요한 신호로 기능하는 염기서열 혹은 그에 상응하는 아미노산 서열이다.A "leader sequence" is a nucleotide sequence or amino acid sequence which is located at the 5 'end of a gene and functions as a signal required when a protein expressed from the gene is secreted to the outside.

염기의 표기는 다음과 같다. A = 아데닌; T = 티민; G = 구아닌; C = 시토신; M = A 또는 C; R = A 또는 G; S = C 또는 G; W = A 또는 T; Y = C 또는 T; K = G 또는 T; B = C, G 또는 T; D = A, G, 또는 T; H = A, C 또는 T; V = A, C 또는 G, N = A, T, G 또는 C. The notation of a base is as follows. A = adenine; T = thymine; G = guanine; C = cytosine; M = A or C; R = A or G; S = C or G; W = A or T; Y = C or T; K = G or T; B = C, G or T; D = A, G, or T; H = A, C or T; V = A, C or G, N = A, T, G or C.

B. 라이브러리의 설계, 구축 및 검증B. Design, Build, and Validate Your Library

본 발명에 기술된 방법을 이용해 인간항체 라이브러리를 구축하고 그로부터 임의의 항원에 대한 인간항체를 얻을 수 있다. 항체 라이브러리는 골수, 비장, 혈액 등에 포함된 B 세포로부터 그 다양성을 얻는 방법과 인공적인 설계와 합성을 통해 다양성을 얻는 방법으로 구축될 수 있으며 본 발명은 합성 인간항체 라이브러리의 구축 및 검증에 대해 기술한다.The methods described herein can be used to construct human antibody libraries and from which human antibodies to any antigen can be obtained. Antibody libraries can be constructed by obtaining their diversity from B cells contained in bone marrow, spleen, blood, etc., and by obtaining diversity through artificial design and synthesis. The present invention describes the construction and validation of synthetic human antibody libraries. do.

파지 표면제시 항체라이브러리는 면역 글로불린 분자의 일부인 Fab 혹은 scFv 단편의 형태로 구축되어진다. 이들 단편은 150 kDa 크기의 면역 글로불린보다 작기 때문에 단백질 공학적인 조작의 효율성을 기할 수 있으며, 면역 글로불린 분자와 동일한 항원선택성을 가진다. 본 발명에서는 25 kDa 크기를 가지는 scFv 단편을 이용한 라이브러리를 구축하였으며, 구체적으로 면역 글로불린의 VH 도메인과 VL 도메인을 15개의 아미노산으로 이루어진 사슬 즉 (Gly-Gly-Gly-Gly-Ser)3 로 연결한 하나의 폴리펩티드 사슬이다.Phage surface-presenting antibody libraries are constructed in the form of Fab or scFv fragments that are part of an immunoglobulin molecule. Because these fragments are smaller than immunoglobulins of 150 kDa size, they allow for the efficiency of protein engineering manipulations and have the same antigen selectivity as immunoglobulin molecules. In the present invention, a library using a scFv fragment having a size of 25 kDa was constructed. Specifically, the V H domain and the V L domain of an immunoglobulin were chained with 15 amino acids, that is, (Gly-Gly-Gly-Gly-Ser) 3 . One polypeptide chain that is linked.

합성 라이브러리의 구축을 위해서는 라이브러리 서열의 설계가 선행되어야 한다. 비교적 높은 골격 다양성을 가지는 B세포 유래 항체 라이브러리 혹은 자연 항체 라이브러리(natural antibody library)와 달리, 합성 항체라이브러리는 한 개 혹은 제한된 개수의 골격 서열을 기반으로 구축된다. 본 발명을 통해 제작된 항체라이브러리는 한 개의 골격을 가진다. 구체적으로 라이브러리를 이루는 모든 클론들이 인간 면역글로불린의 VH3-23 유전자와 VL1g 유전자를 골격으로 가지며, 이 중 상보성 결정부위에 인공적 다양성을 도입하여 라이브러리를 구축하였다.In order to construct a synthetic library, the design of the library sequence must be preceded. Unlike B cell-derived antibody libraries or natural antibody libraries with relatively high skeletal diversity, synthetic antibody libraries are constructed based on one or a limited number of skeletal sequences. The antibody library produced through the present invention has one skeleton. Specifically, all clones constituting the library have the V H 3-23 gene and the V L 1g gene of human immunoglobulin as a backbone, and the library was constructed by introducing artificial diversity into the complementarity determining region.

라이브러리의 구축은 하기 표 1에 제시된 올리고뉴클레오티드들을 중합효소 연쇄반응을 통해 도 1에 나온 대로 조합하여 이루어졌다. 하기 표 1은 본 발명의 항체 파지 표면제시 라이브러리 구축에 사용된 DNA 올리고뉴클레오티드의 목록이다.The construction of the library was accomplished by combining the oligonucleotides shown in Table 1 as shown in Figure 1 via polymerase chain reaction. Table 1 below is a list of DNA oligonucleotides used to construct the antibody phage surface presentation library of the present invention.

이름/번호Name / number 염기서열Sequence 골격부위 합성을 위한 올리고뉴클레오티드Oligonucleotides for Skeletal Site Synthesis FR-H1-fFR-H1-f 1One GAGGTGCAGCTGTTGGAGTCTGGGGGAGGCTTGGTACAGCCTGGGGGGTCCCTGGAGGTGCAGCTGTTGGAGTCTGGGGGAGGCTTGGTACAGCCTGGGGGGTCCCTG FR-H1-bFR-H1-b 22 GCTAAAGGTGAATCCAGAGGCTGCACAGGAGAGTCTCAGGGACCCCCCAGGCTGGCTAAAGGTGAATCCAGAGGCTGCACAGGAGAGTCTCAGGGACCCCCCAGGCTG FR-H2-bFR-H2-b 33 TGAGACCCACTCCAGCCCCTTCCCTGGAGCCTGGCGGACCCATGAGACCCACTCCAGCCCCTTCCCTGGAGCCTGGCGGACCCA FR-H3-bFR-H3-b 44 GGCTGTTCATTTGCAGATACAGCGTGTTCTTGGAATTGTCTCTGGAGATGGTGAACCGGGCTGTTCATTTGCAGATACAGCGTGTTCTTGGAATTGTCTCTGGAGATGGTGAACCG FR-H3-fFR-H3-f 55 GTATCTGCAAATGAACAGCCTGAGAGCCGAGGACACGGCCGTGTATTACTGTGCGGTATCTGCAAATGAACAGCCTGAGAGCCGAGGACACGGCCGTGTATTACTGTGCG JH-15-fJH-15-f 66 TTCGACTACTGGGGCCAGGGTACACTGGTCACCGTGAGCTCATTCGACTACTGGGGCCAGGGTACACTGGTCACCGTGAGCTCA JH-6-fJH-6-f 77 ATGGACTGCTGGGGCCAGGGTACACTGGTCACCGTGAGCTCAATGGACTGCTGGGGCCAGGGTACACTGGTCACCGTGAGCTCA FR-L1-fFR-L1-f 88 CAGTCTGTGCTGACTCAGCCACCCTCAGCGTCTGGGACCCCCCAGTCTGTGCTGACTCAGCCACCCTCAGCGTCTGGGACCCCC FR-L1-bFR-L1-b 99 ACAAGAGATGGTGACCCTCTGCCCGGGGGTCCCAGACGCTGAGACAAGAGATGGTGACCCTCTGCCCGGGGGTCCCAGACGCTGAG FR-L2-bFR-L2-b 1010 ATAGATGAGGAGTTTGGGGGCCGTTCCTGGGAGCTGCTGGTACCAGATAGATGAGGAGTTTGGGGGCCGTTCCTGGGAGCTGCTGGTACCAG FR-L3-bFR-L3-b 1111 GATGGCCAGGGAGGCTGAGGTGCCAGACTTGGAGCCAGAGAATCGGTCAGGGACCCCGATGGCCAGGGAGGCTGAGGTGCCAGACTTGGAGCCAGAGAATCGGTCAGGGACCCC FR-L3-fFR-L3-f 1212 TCAGCCTCCCTGGCCATCAGTGGGCTCCGGTCCGAGGATGAGGCTGATTATTACTGTGTCAGCCTCCCTGGCCATCAGTGGGCTCCGGTCCGAGGATGAGGCTGATTATTACTGTG JL-fJL-f 1313 TATGTCTTCGGCGGAGGCACCAAGCTGACGGTCCTAGGCTATGTCTTCGGCGGAGGCACCAAGCTGACGGTCCTAGGC FRH3-short-bFRH3-short-b 1414 CGCACAGTAATACACGGCCCGCACAGTAATACACGGCC JH15-short-fJH15-short-f 1515 TTCGACTACTGGGGCCAGTTCGACTACTGGGGCCAG JH6-short-fJH6-short-f 1616 ATGGACGTCTGGGGCCAGGGTACACTGATGGACGTCTGGGGCCAGGGTACACTG pC3X-fpC3X-f 1717 GCACGACAGGTTTCCCGACGCACGACAGGTTTCCCGAC pC3X-bpC3X-b 1818 AACCATCGATAGCAGCACCGAACCATCGATAGCAGCACCG H1-bH1-b 1919 GCTAAAGGTGAATCCAGAGGCTAAAGGTGAATCCAGAG H2-fH2-f 2020 CTGGGTCCGCCAGGCTCCAGCTGGGTCCGCCAGGCTCCAG H2-bH2-b 2121 TGAGACCCACTCCAGCCCTGAGACCCACTCCAGCCC H3-fH3-f 2222 CGGTTCACCATCTCCAGAGCGGTTCACCATCTCCAGAG L1-bL1-b 2323 CAAGAGATGGTGACCCTCCAAGAGATGGTGACCCTC L2-fL2-f 2424 CTGGTACCAGCAGCTCCCAGCTGGTACCAGCAGCTCCCAG L2-bL2-b 2525 ATAGATGAGGAGTTTGGGATAGATGAGGAGTTTGGG L3-fL3-f 2626 GGGGTCCCTGACCGATTCGGGGTCCCTGACCGATTC L3-bL3-b 2727 CACAGTAATAATCAGCCTCCACAGTAATAATCAGCCTC JL-short-fJL-short-f 2828 TATGTCTTCGGCGGAGGCTATGTCTTCGGCGGAGGC 상보성결정부위 합성을 위한 올리고뉴클레오티드Oligonucleotides for Synthesis of Complementarity Determinants CDR-H1-fCDR-H1-f 2929 CTCTGGATTCACCTTTAGCRRTTATKMTATGAGCTGGGTCCGCCAGGCTCCAGCTCTGGATTCACCTTTAGCRRTTATKMTATGAGCTGGGTCCGCCAGGCTCCAG CDR-H2-fCDR-H2-f 3030 GGGCTGGAGTGGGTCTCAKBGATCTMTYMTRRTRRTRGTARTAHATATTACGCTGATTCTGTAAAAGGTCGGTTCACCATCTCCAGAGGGGCTGGAGTGGGTCTCAKBGATCTMTYMTRRTRRTRGTARTAHATATTACGCTGATTCTGTAAAAGGTCGGTTCACCATCTCCAGAG CDR-H3-9-bCDR-H3-9-b 3131 CTGGCCCCAGTAGTCGAAMNNMNNMNNMNNTYTCGCACAGTAATACACGGCCTGGCCCCAGTAGTCGAAMNNMNNMNNMNNTYTCGCACAGTAATACACGGC CDR-H3-14-bCDR-H3-14-b 3232 CTGGCCCCAGTAGTCGAAMNNMNNMNNMNNMNNMNNMNNAVSAYCTYTCGCACAGTAATACACGGCCTGGCCCCAGTAGTCGAAMNNMNNMNNMNNMNNMNNMNNAVSAYCTYTCGCACAGTAATACACGGC CDR-H3-20-bCDR-H3-20-b 3333 CTGGCCCCAGACGTCCATASCATHAKMAKAAKAMNNMNNMNNMNNMNNMNNMNNAMBAVBANVTYTCGCACAGTAATACACGGCCTGGCCCCAGACGTCCATASCATHAKMAKAAKAMNNMNNMNNMNNMNNMNNMNNAMBAVBANVTYTCGCACAGTAATACACGGC CDR-H3-20SS-bCDR-H3-20SS-b 3434 CTGGCCCCAGACGTCCATASCATHAKMAKAAKAACAMNNMNNMNNMNNACAMNNAMBAVBANCTYTCGCACAGTAATACACGGCCTGGCCCCAGACGTCCATASCATHAKMAKAAKAACAMNNMNNMNNMNNACAMNNAMBAVBANCTYTCGCACAGTAATACACGGC CDR-L1-fCDR-L1-f 3535 GAGGGTCACCATCTCTTGTASTGGCTCTTCATCTAATATTGGCARTAATDMTGTCWMCTGGTACCAGCAGCTCCCAGGAGGGTCACCATCTCTTGTASTGGCTCTTCATCTAATATTGGCARTAATDMTGTCWMCTGGTACCAGCAGCTCCCAG CDR-L2-fCDR-L2-f 3636 CCCAAACTCCTCATCTATKMTRATARTMAKCGGCCAAGCGGGGTCCCTGACCGATTCCCCAAACTCCTCATCTATKMTRATARTMAKCGGCCAAGCGGGGTCCCTGACCGATTC CDR-L3-bCDR-L3-b 3737 GAGGCTGATTATTACTGTGSTDCTTGGGATKMTAGCCTGARTGSTTATGTCTTCGGCGGAGGCGAGGCTGATTATTACTGTGSTDCTTGGGATKMTAGCCTGARTGSTTATGTCTTCGGCGGAGGC VH-VL 결합부위를 위한 올리고뉴클레오티드Oligonucleotides for V H -V L Binding Sites linker-blinker-b 3838 CTGAGTCAGCACAGACTGCGATCCGCCACCGCCGGATCCACCTCCGCCTGAACCGCCTCCACCTGAGCTCACGGTGACCAGCTGAGTCAGCACAGACTGCGATCCGCCACCGCCGGATCCACCTCCGCCTGAACCGCCTCCACCTGAGCTCACGGTGACCAG 단일사슬단편항체 증폭을 위한 올리고뉴클레오티드Oligonucleotides for Single Chain Monoclonal Antibody Amplification VH-fVH-f 3939 AATTCGGCCCAGGCGGCCGAGGTGCAGCTGTTGGAGAATTCGGCCCAGGCGGCCGAGGTGCAGCTGTTGGAG VL-bVL-b 4040 TTAAGGGCCGGCCTGGCCTAGGACCGTCAGCTTGTTAAGGGCCGGCCTGGCCTAGGACCGTCAGCTTG pET-bla-fpET-bla-f 4141 AAATGTGCGCGGAACCCCAAATGTGCGCGGAACCCC pET-bla-bpET-bla-b 4242 CCCACTCGTGCACCCAACCCCACTCGTGCACCCAAC VH-short-fVH-short-f 4343 AATTCGGCCCAGGCGGCCAATTCGGCCCAGGCGGCC VL-short-bVL-short-b 4444 TTAAGGGCCGGCCTGGCCTTAAGGGCCGGCCTGGCC pET17b 벡터에 SfiI 제한효소 절단서열을 도입하기 위한 올리고뉴클레오티드Oligonucleotides for introducing SfiI restriction enzyme cleavage sequences into the pET17b vector bla-fbla-f 4545 GAGGAGGAGGAGGGCCGCCTGGGCCAGGCAAAATGCCGCAAAAAAGGGAGGAGGAGGAGGGCCGCCTGGGCCAGGCAAAATGCCGCAAAAAAGG bla-bbla-b 4646 GAGGAGGAGGAGGGCCAGGCCGGCCAGCACCCAGAAACGCTGGTGGAGGAGGAGGAGGGCCAGGCCGGCCAGCACCCAGAAACGCTGGTG 염기서열분석을 위한 올리고뉴클레오티드Oligonucleotides for Sequencing ompseqompseq 4747 AAGACAGCTATCGCGATTGCAGAAGACAGCTATCGCGATTGCAG

이 중 여섯 개의 상보성 결정부위에 해당하는 올리고뉴클레오티드들은 합성단계에서 일부 염기위치를 무작위화하여 제작하였으며, 이러한 무작위화의 결과 인공적 다양성이 라이브러리에 도입되었다. CDR-H3를 제외한 다섯 개의 상보성 결정부위는 인간항체 유전자의 다양성을 모방한 제한적 무작위화를 도입하였기 때문에 (Lee et al. Journal of Molecular Biology 2004, 340, 1073-1093) 이로부터 도출되는 다양성은 자연적으로 인체에서 생성되는 인간항체의 다양성과 유사할 것으로 기대되었다. 예를 들어 제한적 무작위화 코돈 중 KMT (K = G or T, M = A or C)은 GCT, GAT, TCT, TAT의 혼합 코돈으로서 Ala, Asp, Ser, Tyr 라는 네 개의 아미노산을 나타내며, 자연 항체의 특정 위치에 상기한 네 개의 아미노산 혹은 그 일부가 자주 관찰되는 경우 KMT 코돈을 도입함으로 해서 자연 항체의 서열을 모방할 수 있다. 구체적인 예는 하기 실시예 1과 같다.Oligonucleotides corresponding to six complementarity determining sites were prepared by randomizing some base positions in the synthesis step. As a result of this randomization, artificial diversity was introduced into the library. Since five complementarity determining regions, except for CDR-H3, introduced limited randomization that mimics the diversity of human antibody genes (Lee et al. Journal of Molecular Biology 2004, 340, 1073-1093), the diversity derived from this is natural. It is expected to be similar to the diversity of human antibodies produced in the human body. For example, KMT (K = G or T, M = A or C) among the restricted randomized codons is a mixed codon of GCT, GAT, TCT, TAT and represents four amino acids, Ala, Asp, Ser, and Tyr. If the above four amino acids or a portion thereof is frequently observed at a specific position of, the sequence of the natural antibody can be mimicked by introducing a KMT codon. Specific examples are as in Example 1 below.

실시예 1(중합효소연쇄반응에 의한 단일사슬단편항체 클론 제조)Example 1 (Preparation of single chain fragment antibody clone by polymerase chain reaction)

도 1에 나온 것과 같이 올리고뉴클레오티드를 혼합한다. 두 개의 혼합물이 필요하며, 하나는 올리고뉴클레오티드 (43, 39, 1, 2, 29, 3, 30, 4, 5, 14)가 혼합되고 다른 하나는 올리고뉴클레오티드 (15, 6, 38, 8, 9, 35, 10, 36, 11, 12, 37, 13, 40, 44)가 혼합된다. 이를 각각 VH 단편, JH-VL 단편으로 칭한다. 최종반응혼합물에서 각각의 올리고뉴클레오티드의 농도는 12.5nM이며 가장 바깥쪽의 올리고뉴클레오티드 (표1 및 도1의 43, 14, 15, 44)의 농도는 600nM이 되도록 한다. 여기에 중합효소(Taq) 완충액과 중합효소, dNTP 0.8mM을 가하고 전체 부피가 100마이크로리터가 되도록 뉴클레아제가 제거된 물(nuclease-free water)를 첨가한다. 위의 혼합물에 다음의 프로그램으로 중합효소연쇄반응을 진행한다. 94oC, 2분; (94oC, 30초 - 54oC, 30초 - 72oC, 90초) 30회 반복; 72oC, 10분. 반응물을 1% 아가로즈 젤에서 전기영동으로 분리한 후 젤로부터 DNA 결과물을 추출 정제한다. 정제된 VH 단편을 주형으로 사용하여 올리고뉴클레오티드 43, 31번을 프라이머로 다시 중합효소 연쇄반응을 위와 동일한 프로그램으로 진행하여 정제한다. 이를 VH-CDRH3 단편으로 칭한다. VH-CDRH3 단편과 JH-VH 단편을 주형으로 하고 43, 44 올리고뉴클레오티드를 프라이머로 하여 위와 동일한 프로그램으로 중합효소연쇄반응을 통해 증폭, 정제하여 단일사슬단편항체 유전자를 얻는다. 이를 SfiI 제한효소로 절단한 후 pComb3X 벡터(Scott and Barbas III, 2000, Phage display vectors, In: Phage Display Laboratory Manual, 1st ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, NY, USA, pp. 2.1-2.19)에 라이게이션하고 ER2537 대장균에 트랜스폼하여 카르베니실린을 함유하는 배지에서 배양한다.Mix oligonucleotides as shown in FIG. Two mixtures are required, one oligonucleotide (43, 39, 1, 2, 29, 3, 30, 4, 5, 14) is mixed and the other oligonucleotide (15, 6, 38, 8, 9) , 35, 10, 36, 11, 12, 37, 13, 40, 44) are mixed. These are referred to as V H fragments and J H -V L fragments, respectively. The concentration of each oligonucleotide in the final reaction mixture is 12.5 nM and the concentration of the outermost oligonucleotides (Table 1 and 43, 14, 15, 44 in Figure 1) is 600 nM. To this, polymerase (Taq) buffer, polymerase and dNTP 0.8mM are added, and nuclease-free water is added so that the total volume is 100 microliters. The above mixture is subjected to the polymerase chain reaction by the following program. 94 o C, 2 minutes; (94 o C, 30 sec-54 o C, 30 sec-72 o C, 90 sec) 30 repetitions; 72 o C, 10 minutes. The reaction is electrophoretically separated on a 1% agarose gel and then extracted and purified from the gel. Using the purified V H fragment as a template, oligonucleotides 43 and 31 were further purified using a polymerase chain reaction in the same program as above. This is called the V H -CDRH3 fragment. The V H -CDRH3 fragment and J H -V H fragment were used as templates, and 43 and 44 oligonucleotides were used as primers to amplify and purify the polymerase chain reaction using the same program as above to obtain a single-chain fragment antibody gene. This was digested with SfiI restriction enzymes and then ligated into pComb3X vectors (Scott and Barbas III, 2000, Phage display vectors, In: Phage Display Laboratory Manual, 1st ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, NY, USA, pp. 2.1-2.19). And cultured in a medium containing carbenicillin by transforming into ER2537 Escherichia coli.

위와 같이 올리고뉴클레오티드의 조합을 통해 얻어진 단일사슬단편항체 클론들은 올리고뉴클레오티드의 화학적 합성과정의 오류로 인해 돌연변이 및 염기의 첨가/삭제가 빈번하게 발생하게 되며 따라서 기능적 다양성(전체 클론 중 정상적인 항체를 발현할 수 있는 클론의 비율)이 낮아지게 된다. 이러한 영향을 줄이기 위해 조합된 클론들 중 염기서열분석을 통해 선별된 돌연변이가 없는 클론들(M-로 칭함)을 주형으로 하여 중합효소연쇄반응을 통해 골격부위에 돌연변이가 없는 라이브러리를 다시 구축하였다. 하기 표 2는 단일사슬단편항체 라이브러리로부터 돌연변이를 제거하기 위한 중합효소연쇄반응의 목록이다. As described above, single-chain fragment antibody clones obtained through the combination of oligonucleotides frequently generate mutations and base additions / deletions due to errors in the chemical synthesis process of oligonucleotides, and thus functional diversity (which may express normal antibodies among the clones). The percentage of clones that can be lowered. In order to reduce this effect, mutation-free clones (called M-) selected through sequencing among the clones were used as templates, and the mutation-free library was reconstructed through polymerase chain reaction. Table 2 below is a list of polymerase chain reactions for removing mutations from single chain fragment antibody libraries.

중합효소연쇄반응 주형Polymerase Chain Reaction Template 결과물result 정방향 프라이머 번호(표1)Forward primer number (Table 1) 역방향 프라이머 번호(표1)Reverse primer number (Table 1) M-M- #1#One 2020 1818 M-M- #2#2 2222 1818 M-M- #5# 5 2424 1818 M-M- #6# 6 2626 1818 M-M- #7# 7 2828 1818 M-M- aa 1717 1919 M-M- bb 1717 2323 M-M- cc 1717 2323 #1#One dd 2929 1818 #2#2 ee 3030 1818 #5# 5 ff 3535 1818 #6# 6 gg 3636 1818 #7# 7 hh 3737 1818 a + da + d adad 1717 2121 b + fb + f bfbf 1717 2525 c + fc + f cfcf 1717 2525 ad + ead + e adeade 1717 1414 adeade AA 1717 3131 adeade BB 1717 3232 adeade CC 1717 3333 adeade DD 1717 3434 bf + gbf + g bfgbfg 1717 2727 cf + gcf + g cfgcfg 1717 2727 bfg + hbfg + h EE 1515 1818 cfg + hcfg + h FF 1616 1818 A + EA + E AEAE 1717 1818 B + EB + E BEBE 1717 1818 C + FC + F CFCF 1717 1818 D + FD + F DFDF 1717 1818

상기 표 2의 "중합효소 연쇄반응 주형"은 주형으로 사용되는 DNA 단편을 칭하며 "결과물"은 중합효소 연쇄반응으로부터 증폭되어 얻어지는 DNA 단편을 칭한다. "정방향 프라이머"와 "역방향 프라이머"는 각각 중합효소 연쇄반응 결과물의 5' 말단과 3' 말단 부분의 서열에 상보적으로 결합할 수 있는 서열을 가지는 올리고뉴클레오티드를 칭하며 중합효소연쇄반응의 프라이머로 사용되었다. 구체적인 중합반응은 아래 실시예 2와 같다."Polymerase Chain Reaction Template" in Table 2 refers to a DNA fragment used as a template, and "Product" refers to a DNA fragment obtained by amplification from the polymerase chain reaction. "Forward primer" and "reverse primer" refer to oligonucleotides having sequences capable of complementarily binding to the sequences of the 5 'and 3' terminal portions of the polymerase chain reaction product, respectively, and are used as primers of the polymerase chain reaction. It became. Specific polymerization reaction is the same as in Example 2.

실시예 2(라이브러리 합성)Example 2 (Library Synthesis)

M-를 주형으로 하여 표 2에 나온 프라이머들을 사용하여 중합효소연쇄반응을 수행하였다. 반응 프로그램은 94oC, 2분; (94oC, 30초 - 54oC, 30초 - 72oC, 90초) 30회 반복; 72oC, 10분이며 이로부터 나온 DNA 단편 결과물 #1, #2, #3, #5, #7, a, b, c를 각각 1% 아가로즈 젤 전기영동으로 분리, 추출, 정제하였다. 그 다음, #1, #2, #3, #6, #7 DNA 단편을 주형으로 표 2에 기재된 프라이머를 사용하여 위와 동일하게 중합효소연쇄반응을 수행하고 결과물을 아가로즈 젤 전기영동으로 정제하여 DNA 단편 d, e, f, g, h를 얻었다. 또한, 3' 말단에 상보적 서열을 가지는 DNA 단편쌍인 a와 d, b와 f, c와 f를 각각 주형으로 하는 중복확장 중합효소연쇄반응(overlap extension PCR)을 표 2에 기재된 프라이머를 사용하여 위와 동일하게 수행하여 DNA단편 ad, bf, cf를 결과물로 얻어 아가로즈 젤 전기영동으로 정제하였다. 연속적으로 ad와 e, bf와 g, cf와 g를 주형으로 위와 같은 중복확장 중합효소연쇄반응을 통해 ade, bfg, cfg를 표 2에 기재된 프라이머를 이용하여 얻어 정제하였다. ade를 주형으로 표 2에 기재된 프라이머를 사용하여 DNA 단편 A, B, C, D를 중합효소연쇄반응을 통해 얻고 아가로즈 젤 전기영동으로 정제하였다. bfg와 cfg를 주형으로터 표 2에 기재된 프라이머를 사용하여 중합효소 연쇄반응을 통해 각각 E, F를 얻어 아가로즈 젤 전기영동으로 정제하였다. 계속하여 A와 E, B와 E, C와 F, D와 F를 주형으로 중복확장 중합효소연쇄반응을 통해 표 2에 기재된 프라이머를 사용하여 단일사슬단편항체 유전자 AE, BE, CF, DF를 얻고 아가로즈 젤 전기영동으로 정제하였다. 이를 SfiI 제한효소로 절단한 후 pComb3X 벡터에 라이게이션하고 ER2537 대장균에 트랜스폼하여 카르베니실린을 함유하는 배지에서 배양하였다.The polymerase chain reaction was performed using primers shown in Table 2 using M- as a template. The reaction program was 94 ° C., 2 minutes; (94 o C, 30 sec-54 o C, 30 sec-72 o C, 90 sec) 30 repetitions; 72 o C, 10 minutes. The DNA fragments resulting from therefrom # 1, # 2, # 3 , # 5, # 7, a, b, c were respectively separated, extracted, purified by 1% agarose gel electrophoresis. Next, the polymerase chain reaction was carried out in the same manner as above using the primers shown in Table 2 as the template using # 1, # 2, # 3, # 6, and # 7 DNA fragments, and the result was purified by agarose gel electrophoresis. DNA fragments d, e, f, g and h were obtained. In addition, an overlap extension PCR using a and d, b, f, c and f, which are pairs of DNA fragments having a complementary sequence at the 3 'end, as a template, respectively, was carried out using the primers described in Table 2. DNA fragments ad, bf, and cf were obtained in the same manner as above, and purified by agarose gel electrophoresis. Continuously ad and e, bf and g, cf and g as a template through the above-expanded polymerase chain reaction ade, bfg, cfg was obtained by using the primers shown in Table 2. DNA fragments A, B, C, and D were obtained through polymerase chain reaction using ade as a template and the primers described in Table 2 were purified by agarose gel electrophoresis. bfg and cfg were purified by agarose gel electrophoresis to obtain E and F, respectively, through polymerase chain reaction using the primers listed in Table 2 as a template. Subsequently, A and E, B and E, C and F, D, and F were used as templates to obtain single chain fragment antibody genes AE, BE, CF, and DF using the primers shown in Table 2 through the double-extension polymerase chain reaction. Purified by agarose gel electrophoresis. This was digested with SfiI restriction enzyme, ligated to pComb3X vector, transformed into ER2537 Escherichia coli, and cultured in a medium containing carbenicillin.

자연 항체의 CDR-H3 부위는 면역시스템의 항체생성 기전에 의해 매우 높은 다양성을 가지게 되며, 이를 모방하기 위해 상기한 방법에 의해 본 라이브러리에서도 이 부위에 무제한적 무작위화를 도입하였다. 구체적으로 CDR-H3 부분의 일부 위치에 NNK 코돈을 삽입하였으며 이로부터 나오는 32개의 개별 코돈은 20개의 모든 아미노산과 1개의 정지 코돈(stop codon)을 나타낼 수 있다. 실제로 CDR-H3 부분을 나타내는 올리고뉴클레오티드는 일부 제한적 무작위화 코돈과 그에 인접한 무제한적 무작위화 코돈으로 이루어진다. 항체의 항원선택성을 결정하는 요소 중 하나로 CDR-H3 부위의 길이가 있으며 (Collis et al. Journal of Molecular Biology 2003, 325, 337-354) 이를 반영하기 위해 네 가지의 서로 다른 길이를 가지는 CDR-H3 부위가 설계되었다. 면역글로불린의 서열에 대한 Kabat 정의에 의하면 이들은 각각 9개, 14개, 20개의 CDR-H3 잔기를 가지며, 20개의 잔기를 가지는 CDR-H3는 다시 두 개의 시스테인 잔기가 형성하는 디설피드 결합 (disulfide bond)를 가지지 않는 것과 가지는 것으로 나뉜다. 디설파이드 결합은 길이가 간 CDR-H3 부위에 구조적 안정성을 부여하는 역할을 한다. 이들을 위의 실험방법에 기술된 대로 각각 AE, BE, CF, DF 서브라이브러리로 명하였다. 구축된 라이브러리의 염기서열 및 아미노산 서열은 도 2에 정리되어 있다.The CDR-H3 region of the natural antibody has a very high diversity due to the antibody production mechanism of the immune system, and in order to mimic this, unlimited randomization was introduced into this region in this library by the method described above. Specifically, an NNK codon was inserted at a portion of the CDR-H3 moiety, and 32 individual codons derived therefrom may represent all 20 amino acids and one stop codon. Indeed, oligonucleotides representing the CDR-H3 moiety consist of some restriction randomization codons and an unlimited number of randomization codons adjacent thereto. One of the factors that determine the antigenic selectivity of antibodies is the length of the CDR-H3 region (Collis et al. Journal of Molecular Biology 2003, 325, 337-354) and four different lengths of CDR-H3 to reflect this. The site was designed. The Kabat definition of the sequence of immunoglobulins states that they have 9, 14, and 20 CDR-H3 residues, respectively, and CDR-H3, which has 20 residues, is in turn a disulfide bond formed by two cysteine residues. Are divided into those that do not have) and those that have. Disulfide bonds serve to impart structural stability to the liver CDR-H3 sites. These were designated as AE, BE, CF, and DF sublibrary, respectively, as described in the experimental method above. The base sequence and amino acid sequence of the constructed library are summarized in FIG.

위와 같은 방법으로 조합된 scFv 유전자 라이브러리는 상보성결정부위에 해당하는 올리고뉴클레오티드를 합성하는 과정에서의 오류의 누적으로 인해 대부분의 클론이 서열상의 문제를 가지게 되어 결과적으로 scFv 단편을 발현하지 못하게 되고 기능적 다양성이 매우 낮아지게 된다. 파지 ELISA 기법으로 분석한 결과 30% 이하의 클론들만이 scFv를 발현, 제시하고 있는 것으로 나타났으며 이는 라이브러리의 품질을 크게 낮추는 효과를 가져온다. 이를 극복하기 위해 일차적으로 만들어진 라이브러리를 유전선택을 통해 검열하였다. 구체적으로 pET17b 플라스미드 벡터를 조작하여 벡터 내의 베타락타메이즈 유전자와 베타락타메이즈의 분비신호인 리더서열(leader sequence) 사이에 두 개의 SfiI 제한효소 절단서열을 도입하고 이로부터 나온 벡터를 pFDV로 명명하였다(도 3 및 4). 이를 이용해 위와 같이 만들어진 scFv 유전자 라이브러리를 pFDV 벡터에 삽입한 후 TOP10F' 대장균 균주에 트랜스폼하고 카르베니실린 항생제를 포함하는 한천배지에 도포하였다. 이 때 scFv 유전자에 이상이 있어 발현되지 않는 클론은 scFv 유전자에 융합된 베타락타메이즈 유전자 역시 발현하지 않으므로 카르베니실린이 포함된 배지에서 자랄 수 없다. 이러한 방법으로 scFv를 발현하는 클론들만 선별할 수 있으며, 약 107 개의 트랜스폼된 대장균 콜로니를 얻었다. 구체적인 방법은 아래 실시예 3과 같다.The scFv gene library combined with the above method has accumulated problems in the process of synthesizing oligonucleotides corresponding to the complementarity determining sites, causing most of the clones to have sequence problems, and as a result, they fail to express scFv fragments and functional diversity. Will be very low. Analysis of phage ELISA revealed that only 30% or less of the clones expressed and presented scFv, which significantly reduced the quality of the library. To overcome this, the primary library was screened through genetic selection. Specifically, the pET17b plasmid vector was manipulated to introduce two SfiI restriction enzyme cleavage sequences between the beta lactamase gene and the leader sequence, which is a secretion signal of beta lactamase, and the vector derived therefrom was named pFDV ( 3 and 4). The scFv gene library prepared above was inserted into the pFDV vector, transformed into the TOP10F 'Escherichia coli strain, and applied to agar medium containing carbenicillin antibiotics. In this case, a clone that is not expressed because of an abnormality in the scFv gene does not express a beta lactamase gene fused to the scFv gene, and thus cannot be grown in a medium containing carbenicillin. In this way only scFv-expressing clones could be selected, yielding about 10 7 transformed E. coli colonies. A specific method is as in Example 3 below.

실시예 3(라이브러리 검열)Example 3 (Library Inspection)

표 1의 올리고뉴클레오티드 45, 46을 프라이머로 하고 pET17b 벡터를 주형으로 하여 중합효소 연쇄반응 (94oC, 2분; (94oC, 30초 - 54oC, 30초 - 72oC, 3분) 20회 반복; 72oC, 10분)으로 증폭한 후 아가로즈 젤 전기영동으로 결과물을 정제하였다. 위의 결과물과 앞서 정제한 BE 단편을 각각 SfiI제한효소로 절단한 후 라이게이션한 후 TOP10F' 대장균에 트랜스폼하여 카르베니실린을 함유한 아가로즈 배지에 도포하여 배양하였다. 단일 콜로니를 취하여 카르베니실린을 함유한 배지에서 교반배양한 후 자란 대장균 세포로부터 플라스미드를 분리정제하고 이를 pFDV로 칭하였다. pFDV 벡터와 AE, BE, CF, DF 단편을 각각 SfiI 제한효소로 절단한 후 각각의 절단된 단편을 절단된 pFDV벡터와 라이게이션하고 TOP10F' 대장균에 트랜스폼하여 카르베니실린을 함유한 아가로즈 배지에 도포 배양하여 107개의 트랜스폼된 대장균 콜로니를 얻었다.Polymerase chain reaction using oligonucleotides 45 and 46 of Table 1 as a primer and pET17b vector as a template (94 o C, 2 min; (94 o C, 30 sec-54 o C, 30 sec-72 o C, 3 Min) 20 repetitions; 72 ° C., 10 min), and the resultant was purified by agarose gel electrophoresis. The above results and the previously purified BE fragments were digested with SfiI restriction enzymes, ligated, transformed into TOP10F 'Escherichia coli, and incubated on agarose medium containing carbenicillin. A single colony was taken and cultured under stirring in a medium containing carbenicillin, and then plasmids were separated and purified from the grown E. coli cells, which were termed pFDV. After cutting the pFDV vector, AE, BE, CF, and DF fragments with SfiI restriction enzymes, each of the fragments was ligated with the cleaved pFDV vector, transformed into E. coli TOP10F ', and then agarose medium containing carbenicillin. The cells were coated and cultured to obtain 10 7 transformed E. coli colonies.

이러한 방법으로 얻어진 107의 다양성은 효율적인 항체 발견을 위해 필요한 라이브러리의 크기에 비해 낮기 때문에 여기에 다시 CDR-H3 부위를 이식하여 다양성을 높였다 (도 5). CDR-H3 부위에 해당하는 올리고뉴클레오티드의 합성과정의 오류 때문에 기능적 다양성이 떨어질 것으로 예측되지만, 전체 다양성이 향상되는 효과가 더 크므로 결과적으로 라이브러리의 품질이 향상될 것으로 기대되었다. 이런 방법으로 만들어진 다양한 scFv 유전자 라이브러리를 SfiI 제한효소로 절단한 후 pComb3X 벡터에 삽입하였다 (Scott and Barbas III, 2000, Phage display vectors, In: Phage Display Laboratory Manual, 1st ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, NY, USA, pp. 2.1-2.19). ER2537 대장균 균주에 트랜스폼한 후 총 7.6 x 109의 크기를 가지는 라이브러리를 얻을 수 있었다. 구체적인 방법은 하기 실시예 4와 같으며, 도 5에 정리되어 있다.Since the diversity of 10 7 obtained by this method is low compared to the size of the library required for efficient antibody discovery, the diversity of the CDR-H3 region was implanted here again (FIG. 5). Functional diversity is expected to decrease due to errors in the synthesis of oligonucleotides corresponding to the CDR-H3 site, but the overall diversity is more effective, and consequently, the quality of the library is expected to be improved. Various scFv gene libraries made in this way were digested with SfiI restriction enzymes and inserted into pComb3X vectors (Scott and Barbas III, 2000, Phage display vectors, In: Phage Display Laboratory Manual, 1st ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, NY , USA, pp. 2.1-2.19). After transforming to the ER2537 Escherichia coli strain, a library having a total size of 7.6 × 10 9 was obtained. The specific method is the same as Example 4 below, and is summarized in FIG.

실시예 4(라이브러리 다양성 부여)Example 4 (Giving Library Diversity)

실시예 3에서 얻어진 AE, BE 라이브러리 유전자가 들어있는 pFDV 플라스미드를 주형으로 표 1의 올리고뉴클레오티드 41, 14번과 15, 42번을 각각 프라이머쌍으로 중합효소연쇄반응을 통해 각각 2개의 DNA 단편 결과물을 얻었다. 유사하게 CF, DF 라이브러리 유전자가 들어있는 pFDV 플라스미드를 주형으로 41, 14번과 16, 42번 프라이머쌍으로 각각 2개의 DNA 단편 결과물을 얻었다. 41, 14번 쌍으로부터 얻은 DNA단편 4개 (각각 AE, BE, CF, DF를 주형으로 한 것)를 주형으로 41번과 31번(AE), 41번과 32번 (BE), 41번과 33번 (CF), 41번과 34번 (DF)를 프라이머쌍으로 중합효소 연쇄반응을 거쳐 DNA 단편 결과물을 얻어 아가로즈 젤 전기영동으로 정제하였다. 위의 DNA 단편과 15/42번 프라이머쌍으로부터 얻은 DNA 단편 (AE, BE) 혹은 16/42번 쌍으로부터 얻은 DNA 단편 (CF, DF)을 주형으로 중복확장 중합효소연쇄반응을 통해 표 1의 41번과 42번을 프라이머로 사용하여 단일사슬단편항체 라이브러리 유전자를 얻고 아가로즈 젤 전기영동으로 정제하였다. 위의 유전자와 pComb3X 벡터를 각각 SfiI 제한효소로 절단하여 라이게이션하고 ER2537 대장균에 트랜스폼하여 카르베니실린과 2% 포도당을 포함하는 배지에서 배양하였다.PFDV plasmid containing the AE and BE library genes obtained in Example 3 was used as a template, and oligonucleotides 41, 14, 15, and 42 in Table 1 were respectively used as a pair of primers, respectively. Got it. Similarly, pFDV plasmids containing CF and DF library genes were used as templates, resulting in two DNA fragments resulting from primer pairs 41, 14 and 16 and 42, respectively. Four DNA fragments from pairs 41 and 14 (with AE, BE, CF, and DF as templates, respectively) were used as templates for 41 and 31 (AE), 41 and 32 (BE), and 41 33 (CF), 41 and 34 (DF) were subjected to polymerase chain reaction with primer pairs to obtain DNA fragments, which were purified by agarose gel electrophoresis. The above DNA fragments and DNA fragments obtained from primer pairs 15/42 (AE, BE) or DNA fragments obtained from pairs 16/42 (CF, DF) were used as templates for the expansion of the polymerase chain reaction. Using the No. and No. 42 as a primer, a single chain fragment antibody library gene was obtained and purified by agarose gel electrophoresis. The above gene and pComb3X vector were digested with SfiI restriction enzyme, ligated, transformed into ER2537 Escherichia coli, and cultured in a medium containing carbenicillin and 2% glucose.

최종 라이브러리는 서로 다른 CDR-H3 길이를 가지는 4종의 서브라이브러리를 혼합한 것으로, 각각의 서브라이브러리는 2.1 x 109 (AE), 2.7 x 109 (BE), 1.1 x 109 (CF), 1.7 x 109 (DF)가지의 클론들을 가진다. 이들 라이브러리는 염기서열분석과 파지 ELISA를 통해 분석되었다. 도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 표면제시 항체 라이브러리의 파지 ELISA 분석결과(도 6) 및 염기서열분석결과(도 7)이다. 파지 ELISA는 발현된 파지항체 클론을 anti-HA 항체를 통해 표면에 포획한 후 HRP(horseradish peroxidase)-anti-HA 항체와 테트라메틸벤지딘(TMB) 기질을 통해 검출하는 방법을 사용하였다. 이로부터 70 - 80퍼센트의 클론이 scFv를 발현하여 파지 표면에 제시하고 있음을 검증하였다.The final library is a mix of four sub-libraries with different CDR-H3 lengths, each sub-library is 2.1 x 10 9 (AE), 2.7 x 10 9 (BE), 1.1 x 10 9 (CF), It has 1.7 x 10 9 (DF) clones. These libraries were analyzed by sequencing and phage ELISA. 6 and 7 are phage ELISA analysis results (FIG. 6) and sequencing results (FIG. 7) of the surface-presenting antibody library of the present invention, respectively. Phage ELISA used a method of capturing the expressed phage antibody clone on the surface through anti-HA antibody and then detecting it through horseradish peroxidase (HRP) -anti-HA antibody and tetramethylbenzidine (TMB) substrate. From this it was verified that 70-80 percent of the clones expressed scFv and presented it on the phage surface.

트랜스폼된 대장균 라이브러리를 VCSM13 보조 파지(helper phage)로 감염시켜 scFv 클론이 표면제시된 항체파지 라이브러리를 얻었으며(Rader, Steinberger and Barbas III, 2000, Phage display vectors, In: Phage Display Laboratory Manual, 1st ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, NY, USA, pp. 10.7-10.9 참조), 부다페스트조약에 의거 이를 한국미생물보존센터에 기탁하였다(기탁번호:KCCM10938P). 이 라이브러리는 1밀리리터 당 1012 이상의 콜로니형성단위 (colony forming unit, CFU)를 포함하며 필요한 경우 대장균 숙주에 재감염, 증폭(reamplification)함으로써 더 많은 파지 라이브러리를 얻거나 대장균 혹은 파지미드 형태의 라이브러리로 전환할 수 있다(참조: Rader, Steinberger and Barbas III, 2000, Phage display vectors, In: Phage Display Laboratory Manual, 1st ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, NY, USA, pp. 10.10-10.11). 이를 사용하여 여러 종류의 항원에 대하여 항원특이적 항체를 선별하는 실험을 통해 아래와 같이 항체파지 라이브러리의 기능성을 검증하였다. 퍼옥시레독신 2 (peroxiredoxin 2, PrxII)는 세포내에서 항산화작용을 하는 단백질 중 하나이다. 이를 항원으로 사용하여 PrxII에 선택적으로 결합하는 항체를 선별하는 패닝(panning) 실험을 하였다. The transformed E. coli library was infected with VCSM13 helper phage to obtain an antibody phage library with scFv clones (Rader, Steinberger and Barbas III, 2000, Phage display vectors, In: Phage Display Laboratory Manual, 1st ed). Cold Spring Harbor Laboratory Press, NY, USA, pp. 10.7-10.9), which was deposited with the Korea Microbiological Conservation Center in accordance with the Budapest Treaty (Accession No .: KCCM10938P). This library contains more than 10 12 colony forming units (CFUs) per milliliter to obtain more phage libraries by re-infecting and amplifying E. coli hosts or converting them into E. coli or phagemid-type libraries. (Rader, Steinberger and Barbas III, 2000, Phage display vectors, In: Phage Display Laboratory Manual, 1st ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, NY, USA, pp. 10.10-10.11). Through this experiment to select antigen-specific antibodies against a variety of antigens to verify the functionality of the antibody phage library as follows. Peroxiredoxin 2 (PrxII) is one of the proteins that has antioxidant activity in cells. Using this as an antigen, a panning experiment was performed to select antibodies that selectively bind to PrxII.

사용예 1Example 1

면역시험관(immunotube)에 10 μg/ml 농도의 PrxII 용액을 첨가하여 1시간동안 시험관 표면에 단백질을 흡착시킨 후 분말우유 3% 용액을 시험관에 첨가하여 PrxII가 흡착되지 않은 표면을 보호하였다. 시험관을 비운 후 여기에 분말우유 3% 용액에 분산된 1012 CFU의 항체파지 라이브러리를 넣어 항원과 결합시켰다. 비특이적으로 결합한 파지를 TBST (tris buffered saline - tween20) 용액으로 3회 씻어낸 후, 남아있는 항원특이적 파지 항체를 100 mM 트리에틸아민 용액을 이용하여 용리하였다. 용리된 파지를 1.0M 농도의 Tris-HCl 버퍼 (pH 7.8)로 중화시킨 후 ER2537 대장균에 37도에서 1시간 감염시키고, 감염된 대장균을 카르베니실린을 함유하는 LB (Luria-Bertani) 한천배지에 도포하여 37도에서 배양하였다. 다음날 배양된 대장균을 3 mL의 SB (super broth) - 카르베니실린 배양액에 현탁하고 15% 글리세롤을 첨가하여 일부는 -80oC에 보관하고, 나머지 중 50마이크로리터를 20 mL의 SB-카르베니실린-2% 포도당 용액에 접종하여 37도에서 배양하였다. 배양액의 600 나노미터 광선의 흡광도가 0.5가 되면 원심분리하여 박테리아만을 분리하고, 이를 다시 20 mL의 SB-카르베니실린 배양액에 현탁한 후 1012 PFU (플라크 형성단위)의 VCSM13 보조파지를 넣고 서서히 교반하며 37도에서 배양하였다. 1시간 후 카나마이신 70 μg/ml을 첨가하고 30도에서 빠르게 교반하며 (250 rpm) 밤새 배양하였다. 다음날 배양액을 원심분리한 후, 파지 입자를 포함하는 상층액 1 mL을 라이브러리로 사용하여 위의 패닝 과정을 반복함으로써 항원특이적 클론을 농축시켰다. A 10 μg / ml PrxII solution was added to the immunotube to adsorb proteins on the surface of the test tube for 1 hour, and then a 3% solution of powdered milk was added to the test tube to protect the surface where PrxII was not adsorbed. After emptying the test tube was added to the antibody phage library of 10 12 CFU dispersed in a powdered milk 3% solution to bind to the antigen. Nonspecifically bound phages were washed three times with TBST (tris buffered saline-tween20) solution, and the remaining antigen-specific phage antibodies were eluted with 100 mM triethylamine solution. The eluted phage was neutralized with 1.0M Tris-HCl buffer (pH 7.8) and then infected with ER2537 Escherichia coli at 37 ° C for 1 hour, and the infected E. coli was applied to LB (Luria-Bertani) agar medium containing carbenicillin. Incubated at 37 degrees. E. coli cultured the next day was suspended in 3 mL of super broth (SB) -carbenicillin culture, 15% glycerol was added to store some at -80 o C, and 50 microliters of the remaining 20 mL of SB-carbeni It was inoculated in silin-2% glucose solution and incubated at 37 degrees. When the absorbance of the 600 nanometer light of the culture medium is 0.5, only the bacteria are separated by centrifugation, and suspended again in 20 mL of SB-carbenicillin culture medium, and then added with 10 12 PFU (plaque forming unit) VCSM13 auxiliary phage. Incubated at 37 degrees with stirring. After 1 hour 70 μg / ml of kanamycin was added and incubated overnight with rapid stirring at 250 ° C. (250 rpm). The next day, after centrifuging the culture, antigen-specific clones were concentrated by repeating the panning process using 1 mL of the supernatant containing phage particles as a library.

3-4회 정도의 반복적인 패닝 후 항체유전자를 포함하는 대장균을 카르베니실린을 함유하는 LB 한천배지에 도포, 배양하여 단일 콜로니들을 얻고, 이를 200 μL SB-카르베니실린 용액에 접종, 배양한 후 IPTG로 유도하여 scFv 단백질을 대장균의 페리플라즘(periplasm)에서 발현하였다. 대장균을 100 μL의 BBS (borate-buffered saline) 용액에 현탁한 후 4도에서 밤새 교반하여 페리플라즘을 추출하고, 이를 ELISA 기법을 사용하여 PrxII 항원과 scFv와의 결합을 확인하는 데 사용하였다 (Steinberger, Rader and Barbas III, 2000, Phage display vectors, In: Phage Display Laboratory Manual, 1st ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, NY, USA, pp. 11.9-11.12). 결합한 scFv는 HRP(horseradish peroxidase)-anti-HA 항체와 테트라메틸벤지딘(TMB) 기질을 이용하여 검출하였다. 이로부터 확인된 항원특이적 항체 클론은 염기서열 분석법을 통해 분석하였다. 이로부터 얻어진 항원특이적 항체의 개수와 염기서열분석 결과가 표 3에 기재되어 있다.After repeated panning about 3-4 times, E. coli containing the antibody gene was applied to LB agar medium containing carbenicillin and cultured to obtain single colonies, which were inoculated and cultured in 200 μL SB-carbenicillin solution. It was then induced by IPTG to express the scFv protein in E. coli periplasm (periplasm). E. coli was suspended in 100 μL of a borate-buffered saline (BBS) solution and stirred at 4 ° C. overnight to extract periplasm, which was used to confirm the binding of the PrxII antigen to the scFv using the ELISA technique (Steinberger). , Rader and Barbas III, 2000, Phage display vectors, In: Phage Display Laboratory Manual, 1st ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, NY, USA, pp. 11.9-11.12). Bound scFv was detected using horseradish peroxidase (HRP) -anti-HA antibody and tetramethylbenzidine (TMB) substrate. Antigen-specific antibody clones identified therefrom were analyzed by sequencing. The number and sequence analysis results of the antigen-specific antibodies obtained therefrom are shown in Table 3.

사용예 2-5Use Example 2-5

유사한 방법으로 설피레독신 (sulfiredoxin) 단백질과 인슐린, 글루타티온(glutathione), LIME 펩타이드 (Hur et al. Journal of Experimental Medicine, 2003, 198, 1463-1473) 등 4종의 추가적인 항원에 대한 항체 발견 실험을 수행하였다. 설피레독신과 인슐린은 퍼옥시레독신 2와 동일한 방법으로 진행되었으며, 9개의 아미노산으로 이루어진 LIME 펩타이드는 에틸시클로헥실카보디이미드(EDC)를 사용하여 우혈청알부민(bovine serum albumin, BSA)에 결합시킨 후 동일한 방법으로 진행하였다. 3개의 아미노산으로 이루어진 글루타티온의 경우, 바이오틴(biotin)과 시스테인을 포함하는 Xaa-Xaa-Xaa-Cys-Xaa-Xaa-Xaa-Lys-biotin 서열을 가지는 짧은 펩타이드(Xaa = 시스테인을 제외한 19개의 아미노산이 무작위적으로 포함된 위치)를 스트렙타비딘이 결합된 자기입자(magnetic bead)와 결합시킨 후 디설파이드 결합을 통해 펩타이드와 글루타티온을 연결하여 사용하였다. 이 경우 항원은 면역시험관 표면이 아닌 자기입자 표면에 고정된 형태이다. 이상의 실험을 통해 다양한 목표항원에 대하여 획득한 항체의 수와 염기서열분석 결과가 표 3에 정리되어 있다. 다양한 크기를 가지는 여러 가지의 항원에 대하여 고루 복수의 항원특이적 항체클론을 선별하는 것이 가능했다.In a similar manner, antibody discovery experiments were performed for sulfiredoxin protein and four additional antigens, including insulin, glutathione, and LIME peptide (Hur et al. Journal of Experimental Medicine, 2003, 198, 1463-1473). Was performed. Sulpyredoxin and insulin proceeded in the same way as peroxyredoxin 2, and the 9-amino acid LIME peptide binds to bovine serum albumin (BSA) using ethylcyclohexylcarbodiimide (EDC). After proceeding in the same manner. For glutathione consisting of three amino acids, a short peptide with the sequence Xaa-Xaa-Xaa-Cys-Xaa-Xaa-Xaa-Lys-biotin containing biotin and cysteine (Xaa = 19 amino acids except cysteine Randomly included position) was used to connect the peptide and glutathione through the disulfide bond after binding to the magnetic particles (magnetic bead) streptavidin-bound. In this case, the antigen is immobilized on the magnetic particle surface, not on the immunoassay surface. Table 3 shows the number and sequence analysis of the antibodies obtained for the various target antigens through the above experiment. It was possible to select a plurality of antigen-specific antibody clones evenly against various antigens having various sizes.

Figure 112008026635532-pat00001
Figure 112008026635532-pat00001

이 중 퍼옥시레독신 2에 대한 항체클론 2개를 이용하여 단일사슬단편항체(single-chain Fv, scFv)를 발현, 정제함으로써 선별된 항체클론의 발현성과 기능성을 분석하는 실험을 수행하였다. 항체유전자가 포함된 pComb3X 플라스미드를 대장균 클론으로부터 획득한 후 이를 TOP10F' 대장균주에 트랜스폼하고 LB-카르베니실린 한천배지(agar plate)에 도포하였다. 이로부터 단일콜로니를 얻어 4mL의 SB-카르베니실린 용액에 접종하여 37도에서 밤새 교반배양하였다. 이를 다시 400mL의 SB-카르베니실린-2% 포도당 배양액에 첨가한 후 OD600 = 0.5가 될 때까지 배양한 후 원심분리하고, 침전된 대장균을 400mL의 SB-카르베니실린에 현탁하였다. 여기에 IPTG를 1mM 농도로 첨가하여 항체발현을 유도하고 30도에서 4시간동안 교반배양하였다. 배양액을 원심분리하여 대장균을 20 mL의 BBS 완충액 (borate buffered saline; 200 mM sodium borate, 150 mM NaCl, 2 mM EDTA, pH 8.0)에 현탁하고 4도에서 서서히 밤새 교반하였다. 다음날 원심분리 후 상층액을 취하여 5 mM MgCl2를 첨가하였다. 여기에 0.5 mL의 Ni-NTA 아가로즈 현탁액을 첨가한 후 1시간동안 4도에서 서서히 회전시켰다. 이를 컬럼 (Bio-rad 사의 Polyprep 혹은 유사품)에 가하여 항체가 결합된 아가로즈 입자를 분리하고 5mM 의 이미다졸이 포함된 20mL의 PBS 완충액을 컬럼에 가하여 세척하였다. 다시 200mM의 이미다졸이 포함된 PBS 완충액 (pH 7.4)를 1mL 가하여 항체를 아가로즈 입자로부터 용리하였다. 이렇게 정제된 단일사슬단편항체는 SDS-PAGE 전기영동법을 사용하여 순도 및 정제량을 측정, 분석하였다(도 8 참조). 약 80%의 순도로 배양액 1 리터당 최대 1밀리그램까지의 수율로 단일사슬단편항체를 정제할 수 있었다.Among them, two antibody clones against peroxyredoxin 2 were used to express and purify a single-chain fragment antibody (single-chain Fv, scFv) to analyze the expression and functionality of the selected antibody clones. The pComb3X plasmid containing the antibody gene was obtained from an E. coli clone, and then transformed into the TOP10F 'Escherichia coli and applied to LB-carbenicillin agar plates. From this, a single colony was obtained and inoculated in 4 mL of SB-carbenicillin solution, and the culture was stirred overnight at 37 ° C. This was added again to 400 mL of SB-carbenicillin-2% glucose culture, incubated until OD600 = 0.5, followed by centrifugation, and the precipitated E. coli was suspended in 400 mL of SB-carbenicillin. IPTG was added thereto at a concentration of 1 mM to induce antibody expression and incubated at 30 degrees for 4 hours. The culture solution was centrifuged to suspend E. coli in 20 mL of BBS buffer (borate buffered saline; 200 mM sodium borate, 150 mM NaCl, 2 mM EDTA, pH 8.0) and stirred slowly at 4 degrees overnight. The next day after centrifugation the supernatant was taken and 5 mM MgCl 2 was added. 0.5 mL of Ni-NTA agarose suspension was added thereto and then slowly rotated at 4 degrees for 1 hour. This was added to a column (Bio-rad Polyprep or similar) to isolate the antibody-bound agarose particles and washed by adding 20 mL of PBS buffer containing 5 mM imidazole to the column. Again, 1 mL of PBS buffer (pH 7.4) containing 200 mM imidazole was added to elute the antibody from the agarose particles. The purified single-chain fragment antibody was measured and analyzed for purity and purification amount using SDS-PAGE electrophoresis (see FIG. 8). Single chain fragment antibodies could be purified with yields of up to 1 milligram per liter of culture with about 80% purity.

앞에서 설명된 본 발명의 일실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.One embodiment of the present invention described above should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can change and change the technical idea of the present invention in various forms. Therefore, such improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention, as will be apparent to those skilled in the art.

도 1은 올리고뉴클레오티드로부터 단일사슬단편항체 라이브러리의 구축과정을 도식적으로 나타낸 이해도(번호는 표 1의 올리고뉴클레오티드 번호)1 is a schematic diagram showing the construction of a single-chain fragment antibody library from oligonucleotides (number is oligonucleotide number of Table 1)

도 2는 본 발명의 라이브러리의 염기서열 및 아미노산 서열2 is a nucleotide sequence and amino acid sequence of the library of the present invention

도 3은 기능적 다양성을 높이기 위한 pET17b 벡터의 조작 및 단일사슬단편항체 라이브러리의 클로닝 과정을 나타낸 이해도Figure 3 is an understanding of the manipulation of the pET17b vector to enhance the functional diversity and cloning of the single-chain fragment antibody library

도 4는 도 3에 제시된 방법을 통해 제작된 본 발명의 pFDV 벡터의 염기서열 4 is a nucleotide sequence of the pFDV vector of the present invention produced by the method shown in FIG.

도 5는 본 발명의 단일사슬단편항체 서열에의 CDR-H3의 이식 및 최종 라이브러리의 제작과정을 나타낸 이해도Figure 5 is an understanding of the process of grafting CDR-H3 into the single-chain fragment antibody sequence of the present invention and the construction of the final library

도 6은 본 발명의 표면제시 항체 라이브러리의 파지 ELISA 분석결과 6 shows the results of phage ELISA analysis of the surface-presenting antibody library of the present invention

도 7은 본 발명의 표면제시 항체 라이브러리의 염기서열분석결과Figure 7 shows the sequencing results of the surface-presenting antibody library of the present invention

도 8은 정제된 단일사슬단편항체의 폴리아크릴아미드젤 전기영동 (쿠마시 염색). 1: 마커, 2, 4, 6, 8: 정제전 대장균추출물, 3, 5, 7, 9: 정제된 단일사슬단편항체8 is polyacrylamide gel electrophoresis (Coomassie staining) of purified single chain fragment antibody. 1: marker, 2, 4, 6, 8: E. coli extract before purification, 3, 5, 7, 9: purified single chain fragment antibody

<110> Ewha University-Industry Collaboration Foundation <120> PRODUCTION METHOD OF ANTIBODY PHAGE DISPLAY LIBRARY, THE ANTIBODY PHAGE DISPLAY LIBRARY PRODUCED THEREBY AND THE PHAGEMID VECTOR COMPRISING SAID ANTIBODY PHAGE DISPLAY LIBRARY <140> 10-2008-0034516 <141> 2008-04-15 <160> 4 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 726 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> AE sub-library <400> 1 gaggtgcagc tgttggagtc tgggggaggc ttggtacagc ctggggggtc cctgagactc 60 tcctgtgcag cctctggatt cacctttagc rrttatkmta tgagctgggt ccgccaggct 120 ccagggaagg ggctggagtg ggtctcakbg atctmtymtr rtrrtrgtar tahatattac 180 gctgattctg taaaaggtcg gttcaccatc tccagagaca attccaagaa cacgctgtat 240 ctgcaaatga acagcctgag agccgaggac acggccgtgt attactgtgc garannknnk 300 nnknnkttcg actactgggg ccagggtaca ctggtcaccg tgagctcagg tggaggcggt 360 tcaggcggag gtggatccgg cggtggcgga tcgcagtctg tgctgactca gccaccctca 420 gcgtctggga cccccgggca gagggtcacc atctcttgta stggctcttc atctaatatt 480 ggcartaatd mtgtcwmctg gtaccagcag ctcccaggaa cggcccccaa actcctcatc 540 tatkmtrata rtmakcggcc aagcggggtc cctgaccgat tctctggctc caagtctggc 600 acctcagcct ccctggccat cagtgggctc cggtccgagg atgaggctga ttattactgt 660 gstdcttggg atkmtagcct gartgsttat gtcttcggcg gaggcaccaa gctgacggtc 720 ctgggt 726 <210> 2 <211> 741 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> BE sub-library <400> 2 gaggtgcagc tgttggagtc tgggggaggc ttggtacagc ctggggggtc cctgagactc 60 tcctgtgcag cctctggatt cacctttagc rrttatkmta tgagctgggt ccgccaggct 120 ccagggaagg ggctggagtg ggtctcakbg atctmtymtr rtrrtrgtar tahatattac 180 gctgattctg taaaaggtcg gttcaccatc tccagagaca attccaagaa cacgctgtat 240 ctgcaaatga acagcctgag agccgaggac acggccgtgt attactgtgc garagrtsbt 300 nnknnknnkn nknnknnknn kttcgactac tggggccagg gtacactggt caccgtgagc 360 tcaggtggag gcggttcagg cggaggtgga tccggcggtg gcggatcgca gtctgtgctg 420 actcagccac cctcagcgtc tgggaccccc gggcagaggg tcaccatctc ttgtastggc 480 tcttcatcta atattggcar taatdmtgtc wmctggtacc agcagctccc aggaacggcc 540 cccaaactcc tcatctatkm tratartmak 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ggacccccgg gcagagggtc 480 accatctctt gtastggctc ttcatctaat attggcarta atdmtgtcwm ctggtaccag 540 cagctcccag gaacggcccc caaactcctc atctatkmtr atartmakcg gccaagcggg 600 gtccctgacc gattctctgg ctccaagtct ggcacctcag cctccctggc catcagtggg 660 ctccggtccg aggatgaggc tgattattac tgtgstdctt gggatkmtag cctgartgst 720 tatgtcttcg gcggaggcac caagctgacg gtcctgggt 759  

Claims (6)

VH3-23/VL1g 유전자를 골격으로 하여 상보성 결정부위(complementarity determining regions, CDR)에 인공적 다양성을 부여하는 항체 파지 표면제시 라이브러리 제조 방법에 있어서,In a method for preparing an antibody phage surface presentation library which provides artificial diversity to complementarity determining regions (CDRs) using the V H 3-23 / V L 1g gene as a skeleton, ⅰ)베타락타메이즈 유전자를 선택마커(selection marker)로 가지는 플라스미드 벡터에서 베타락타메이즈 유전자의 리더서열 직후에 제한효소 절단서열들을 도입하여 도 3에 기재된 개열지도를 갖는 pFDV 플라스미드 벡터를 제조하는 단계; Iii) introducing restriction enzyme cleavage sequences immediately after the leader sequence of the beta lactamase gene in the plasmid vector having the beta lactamase gene as a selection marker to prepare a pFDV plasmid vector having the cleavage map as shown in FIG. 3; ⅱ) 상기 제한효소를 사용하여 pFDV 플라스미드 벡터를 절단하는 단계;Ii) cleaving a pFDV plasmid vector using said restriction enzyme; ⅲ)상기 절단된 pFDV 벡터 사이에 표 2와 같이 연쇄적인 중합을 거쳐 얻어지고 각각 도 2의 염기서열 또는 아미노산 서열을 갖는 AE, BE, CF 및 DF 서브라이브러리로 구성된 단일사슬단편항체(scFv) 유전자 라이브러리를 삽입하는 단계;Iii) single chain fragment antibody (scFv) gene consisting of AE, BE, CF and DF sublibrary, which is obtained through chain polymerization between the cleaved pFDV vectors as shown in Table 2 and each has the nucleotide sequence or amino acid sequence of FIG. Inserting a library; ⅳ)상기 scFv 유전자 라이브러리를 포함한 pFDV 벡터를 숙주 균주에 트랜스폼한 후 항생제를 포함한 배지에서 배양하는 단계;Iii) transforming the pFDV vector containing the scFv gene library into a host strain and culturing in a medium containing antibiotics; ⅴ)배양 후 상기 scFv 유전자 라이브러리를 포함한 pFDV 플라스미드 벡터를 분리정제하는 단계;Iii) separating and purifying the pFDV plasmid vector containing the scFv gene library after culture; ⅵ)분리정제된 상기 scFv 유전자 라이브러리를 포함한 pFDV 플라스미드 벡터를 주형으로 하여 표 1의 올리고뉴클레오티드 중 실시예 4에 기재된 것들을 프라이머쌍으로 중합효소연쇄반응을 통해 CDR-H3를 이식하는 단계 및; Iii) grafting CDR-H3 through a polymerase chain reaction with primer pairs of the oligonucleotides of Table 1 using the pFDV plasmid vector containing the purified scFv gene library as a template; ⅶ)상기 CDR-H3이 이식된 scFv 라이브러리 유전자 및 pComb3X 벡터를 각각 제한효소로 절단하여 라이게이션하고 숙주 균주에 트랜스폼하여 배양하는 단계를 포함하는 항체 파지 표면제시 라이브러리 제조방법.Iii) a method for producing an antibody phage surface presentation library comprising cutting and ligating the scFv library gene and pComb3X vector transplanted with the CDR-H3 with restriction enzymes and transforming and culturing the host strain. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제한효소는 SfiI 인 것을 특징으로 하는 항체 파지 표면제시 라이브러리 제조방법.The restriction enzyme is SfiI antibody phage surface presentation library manufacturing method, characterized in that. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 베타락타메이즈 유전자를 선택마커(selection marker)로 가지는 플라스미드 벡터는 pET17b 플라스미드 벡터인 것을 특징으로 하는 항체 파지 표면제시 라이브러리 제조방법.The plasmid vector having the beta lactamase gene as a selection marker is a pET17b plasmid vector. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 항체 파지 표면제시 라이브러리 제조방법으로 제조된 항체 파지 표면제시 라이브러리.An antibody phage surface presentation library prepared by the method for producing an antibody phage surface presentation library of any one of claims 1 to 3. pComb3X 벡터에 각각 도 2의 염기서열 또는 아미노산 서열을 갖는 AE, BE, CF 및 DF 서브라이브러리로 구성된 scFv 유전자 라이브러리가 삽입된 파지미드 벡터 조합.A phagemid vector combination in which a pComb3X vector is inserted with a scFv gene library consisting of AE, BE, CF, and DF sublibrary each having the nucleotide sequence or amino acid sequence of FIG. 2. pComb3X 벡터에 각각 도 2의 염기서열 또는 아미노산 서열을 갖는 AE, BE, CF 및 DF 서브라이브러리로 구성된 scFv 유전자 라이브러리가 삽입된 파지미드 벡터를 포함한 박테리오파지(기탁번호:KCCM10938P). Bacteriophage (accession number: KCCM10938P) containing a phagemid vector into which a pComb3X vector is inserted with a scFv gene library consisting of AE, BE, CF and DF sublibrary each having the nucleotide sequence or amino acid sequence of FIG. 2.
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