KR101451229B1 - Method for protein labeling method using unnatural amino acid and protein labeling composition thereof - Google Patents

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Abstract

비천연 아미노산을 포함하는 단백질의 표지 방법, 표지된 단백질의 분석 방법, 및 단백질 표지용 조성물에 관한 것이다A method for labeling a protein including an unnatural amino acid, a method for analyzing a labeled protein, and a composition for protein labeling

Description

비천연 아미노산을 이용한 단백질 표지 방법 및 이를 위한 단백질 표지용 조성물{METHOD FOR PROTEIN LABELING METHOD USING UNNATURAL AMINO ACID AND PROTEIN LABELING COMPOSITION THEREOF}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a protein labeling method using an unnatural amino acid, and a protein labeling method therefor. 2. The protein labeling method according to claim 1,

본원은, 비천연 아미노산을 포함하는 단백질의 표지 방법, 표지된 단백질의 분석 방법, 및 단백질 표지용 조성물에 관한 것이다.
The present invention relates to a labeling method for a protein containing an unnatural amino acid, a method for analyzing a labeled protein, and a composition for protein labeling.

단백질의 구조 및 기능을 연구하기 위하여 생화학적 탐침을 이용해 표적 단백질을 표지하는 수많은 기술이 개발되어 왔다. 그러나, 이러한 방법들은 낮은 효율, 느린 반응속도, 생체 비적합적인 반응 조건, 표지 그룹의 큰 크기, 및 시스테인 또는 리신 등 특수한 곁가지의 필요성 등에 의하여 그 활용에 제한이 있었다.Numerous techniques for labeling target proteins using biochemical probes have been developed to study the structure and function of proteins. However, these methods have been limited in their utility due to their low efficiency, slow reaction rate, biologically incompatible reaction conditions, large size of label groups, and the need for specific side chains such as cysteine or lysine.

이에 대한 대체 방법들로는 표적 단백질을 형광단백질, SNAP-태그, 할로태그(HaloTag), 또는 테트라시스테인 등의 펩티드/단백질 태그로 표지하는 것을 포함하는 방법 등이 있다. 예를 들어, 대한민국 공개특허 제2009-0100407호는 비천연 아미노산 및 폴리펩티드를 함유하는 조성물, 비천연 아미노산 및 폴리펩티드를 포함하는 방법, 및 비천연 아미노산 및 폴리펩티드의 용도에 대하여 개시하고 있다. 이러한 태깅 방법들은 비록 생체 내(in vivo) 적용에는 특히 유용하나, 이러한 태그들의 대부분은 커다란 크기 때문에 태깅된 표적 단백질의 구조 및 기능을 교란시킬 수 있다. 게다가, 이러한 태그들은 표적 단백질의 N- 또는 C- 말단에만 위치할 수 있는 한계가 있어 그 적용에 제한이 있었다.Alternative methods include labeling the target protein with a peptide / protein tag such as a fluorescent protein, SNAP-tag, HaloTag, or tetracysteine. For example, Korean Patent Publication No. 2009-0100407 discloses compositions containing unnatural amino acids and polypeptides, methods involving unnatural amino acids and polypeptides, and uses of unnatural amino acids and polypeptides. Although these tagging methods are particularly useful for in vivo applications, most of these tags can disturb the structure and function of the tagged target protein due to their large size. In addition, these tags have limitations in their application because of their limitations that can only be located at the N- or C-terminus of the target protein.

이러한 한계를 극복하기 위하여, 바이오오소고날(bio-orthogonal) 반응성을 가진 비천연 아미노산을 최근 개발된 유전적 도입방법을 이용하여 표적 단백질 내로 도입하였다. 이 방법의 주요한 이점은 생화학적 탐침에 의한 자리특이적 단백질 컨쥬게이션이 가능하다는 것이다. 게다가, 이 방법은 기술적으로 간단하고 모든 단백질에 적용이 가능하다. 상기 유전적 방법에 의하여 표적 단백질 내로 도입될 수 있는 바이오오소고날 작용기는 케톤, 아지드, 알카인, 및 알켄을 포함한다. To overcome these limitations, non-natural amino acids with bio-orthogonal reactivity have been introduced into target proteins using recently developed genetic induction methods. A major advantage of this method is that it is possible to carry out site-specific protein conjugation by biochemical probes. In addition, this method is technically simple and applicable to all proteins. Bioisogonal functional groups that can be introduced into the target protein by the genetic methods include ketones, azides, alkanes, and alkenes.

비록 이러한 작용기들의 표적 단백질 내로의 자리특이적 도입은 상당히 유용하나, 이 방법의 적용성은 컨쥬게이션 반응의 엄격한 반응조건 및 느린 반응속도 때문에 제한된다. 케톤과 알콕시아민 간의 이민 형성 반응은 산성 조건 (pH 4 내지 5)을 필요로 하고, 아지드와 알카인이 연루되는 클릭 반응은 생체에 비적합한 구리(I) 촉매를 필요로 한다. 최근, 시클로옥타인과의 무-구리 클릭 반응, 1,2-아미노티올(1,2-aminothiol)과의 시아노벤조시아졸(cyanobenzothiazole) 축합, 그리고 테트라진-기반의 노보닌(norbornene)-함유 단백질에의 고리화첨가 등 향상된 기술들이 도입되고 있으나, 여전히 낮은 컨쥬게이션율, 느린 반응속도, 추가적인 처리 단계의 필요성, 및 표지 화합물의 합성의 어려움 등으로 인하여 여전히 한계를 가지고 있다. Although the site-specific introduction of these functional groups into the target protein is quite useful, the applicability of this method is limited by the stringent reaction conditions of the conjugation reaction and the slower reaction rate. The imine formation reaction between the ketone and the alkoxyamine requires acidic conditions (pH 4 to 5), and the click reaction involving the azide and alkane requires a copper (I) catalyst that is incompatible with the living body. In recent years, it has been reported that the cyanobenzothiazole condensation with 1,2-aminothiol, and the tetrazine-based norbornene-containing Such as the addition of cyclization to proteins, have been introduced but still have limitations due to the low conjugation rate, slow reaction rate, the need for additional processing steps, and the difficulty of synthesizing the labeled compound.

따라서, 생리적 친화 조건 하에서 관심 단백질과 표지 시약을 단순히 혼합하는 것에 의하여 효율적으로 표적 단백질을 표지할 수 있는 향상된 기술이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for an improved technique for efficiently labeling a target protein by simply mixing a protein of interest and a labeling reagent under physiological affinity conditions.

아울러, 특정 단백질의 탐색을 위한 강력한 분석기술 중 하나인 웨스턴 블롯 분석방법은 매우 높은 특이성과 민감도를 가지나, 분석을 위해서는 표적 단백질에 특이적으로 결합하는 항체가 필수적으로 요구되며, 수 단계의 인큐베이션 및 세척 단계가 필요하다. 따라서, 높은 특이성과 민감도를 가지면서도 간단하고 항체를 필요로 하지 않는 단백질 분석 방법은 무한한 잠재력과 넓은 범위의 응용 가능성을 가질 것으로 예측된다.
In addition, the Western blot analysis method, which is one of powerful analytical techniques for searching for a specific protein, has a very high specificity and sensitivity, but an antibody specifically binding to a target protein is essential for analysis, A washing step is required. Therefore, it is expected that simple and non-antibody-requiring protein assay methods with high specificity and sensitivity will have unlimited potential and wide applicability.

본원은, 아지드(azide)기-함유 비천연 아미노산을 포함하는 표적 단백질의 상기 아지드 기와, 염료에 결합된 시클로알키닐 기 사이의 컨쥬게이션(conjugation) 반응에 의해 상기 표적 단백질을 상기 염료로 표지함으로써, 상기 표적 단백질을 직접적으로 표지하여 분리, 정제, 및 무항체 웨스턴 블롯을 가능하게 하는 단백질의 표지 방법, 단백질의 분석 방법, 및 단백질 표지용 조성물을 제공한다.The present invention relates to a process for the preparation of a target protein by conjugation reaction between the azide group of a target protein comprising an azide group-containing unnatural amino acid and a cycloalkynyl group bonded to the dye, A method for analyzing a protein, a method for analyzing a protein, and a composition for labeling a protein, wherein the target protein is directly labeled to allow separation, purification, and Western blotting.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본원의 제 1 측면은, 표적 단백질에 포함된 아미노산을 아지드(azide) 기-함유 비천연 아미노산에 의해 치환하는 단계; 및 시클로알키닐 기를 포함하는 표지 시약(labeling reagent)에 함유된 상기 시클로알키닐 기와 상기 아지드 기 사이의 컨쥬게이션(conjugation) 반응을 통하여 상기 표지 시약에 의하여 상기 표적 단백질을 표지하는 단계를 포함하는, 단백질의 표지 방법을 제공한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for amplifying a target protein comprising the steps of: substituting an amino acid contained in a target protein with an azide group-containing unnatural amino acid; And labeling the target protein with the labeling reagent through a conjugation reaction between the cycloalkynyl group and the azide group contained in a labeling reagent comprising a cycloalkynyl group, , And provides a labeling method for proteins.

본원의 제 2 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 단백질의 표지 방법에 의해 표지된 표적 단백질을 정제하는 것을 포함하는, 단백질의 분석 방법을 제공한다.The second aspect of the present invention provides a method for analyzing a protein, which comprises purifying a target protein labeled by the labeling method of the protein according to the first aspect of the present application.

본원의 제 3 측면은, 염료, 및 시클로알키닐 기-함유 화합물을 반응시켜 형성되는 표지 시약(labeling reagent)을 포함하며, 상기 표지 시약에 함유된 상기 시클로알키닐 기와, 아지드 기-함유 비천연 아미노산을 포함하는 표적 단백질(target protein)의 상기 아지드 기가 컨쥬게이션 반응을 일으킴으로써 상기 표적 단백질을 표지하기 위해 사용되는, 단백질 표지용 조성물을 제공한다.
A third aspect of the present invention is a labeling reagent comprising a labeling reagent formed by reacting a dye and a cycloalkynyl group-containing compound, wherein the cycloalkynyl group contained in the labeling reagent and an azide group- There is provided a composition for labeling a protein, wherein the azide group of a target protein containing a natural amino acid is used to label the target protein by causing a conjugation reaction.

본원에 따르면, 표적 단백질과 표지 시약(labeling reagent)을 단순히 혼합함으로써 생리학적 조건 하에서 높은 효율로 표적 단백질을 표지할 수 있는 단백질의 표지 방법, 이를 이용한 단백질의 분석 방법, 및 단백질 정제용 조성물을 제공할 수 있다. 본원에 따른 단백질의 표지 방법은 항체 또는 다단계의 인큐베이션(incubation)을 필요로 하지 않으며, 표지 반응에 생체에 유해한 구리(Cu) 촉매를 필요로 하지 않으므로, 간편하고 생체 적합적이다. 또한, 본원의 단백질의 표지 방법은 매우 특이적(specific)이므로 극소량의 표적 단백질도 표지할 수 있으며 고순도 정제 및 정량 분석이 가능하다. 또한, 본원에 따른 표지된 단백질은 무항체 웨스턴블롯에 의하여 분리 및 정제가 가능하여, 단백질의 표지 및 분석에 매우 유용하게 사용될 수 있다.
According to the present invention, there is provided a labeling method of a protein capable of labeling a target protein with high efficiency under physiological conditions by simply mixing a target protein and a labeling reagent, a method for analyzing a protein using the same, and a composition for purifying a protein can do. The labeling method according to the present invention is simple and biocompatible since it does not require antibody or multistage incubation and does not require a copper (Cu) catalyst which is toxic to the living body in the labeling reaction. In addition, since the labeling method of the present invention is very specific, very small amounts of target proteins can be labeled and high purity purification and quantitative analysis are possible. In addition, the labeled proteins according to the present invention can be separated and purified by the anti-antibody western blot, and can be very useful for labeling and analyzing proteins.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 표지 시약 합성 과정의 개략도이다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 스트레인-촉진 아지드-알카인 고리화첨가(SPAAC) 반응의 개략도이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 아지드 기-함유 비천연 아미노산을 포함하는 글루타치온-S-전이효소(GST)가 발현되었음을 보여주는 SDS-PAGE 분석결과 (도 3a) 및 MALDI-TOF 분석결과 (도 3b)이다.
도 4a 내지 도 4c는 본원의 일 실시예에 따른 아지드 기-함유 비천연 아미노산을 포함하는 글루타치온-S-전이효소가 표지 시약(labeling reagent)인 Cy5.5-ADIBO 에 의하여 표지되었음을 보여주는 분석결과이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 세포 조추출물에 포함된 아지드 기-함유 비천연 아미노산을 포함하는 글루타치온-S-전이효소의 표지 및 분석 결과이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 아지도페닐알라닌을 함유하는 GST와 Cy5.5-ADIBO의 컨쥬게이션 결과 분석을 위한 형광 이미지 및 쿠마시 염색 이미지이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른, Cy5.5-ADIBO에 의해 표지된 아지도페닐알라닌을 함유하는 GST의 발현량을 웨스턴 블롯을 이용하여 정량 분석한 결과를 쿠마시 염색 이미지 및 형광 이미지로 나타낸 것이다.
1 is a schematic diagram of a labeling reagent synthesis process according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram of a strain-facilitated azide-alkane cycloaddition (SPAAC) reaction according to one embodiment of the present disclosure.
FIG. 3 shows SDS-PAGE analysis (FIG. 3A) and MALDI-TOF analysis (FIG. 3A) showing the expression of glutathione-S-transferase (GST) containing an azide group-containing unnatural amino acid according to an embodiment of the present invention 3B).
4A to 4C are graphs showing the results of an analysis showing that the glutathione-S-transferase containing an azide group-containing unnatural amino acid according to an embodiment of the present invention was labeled with a labeling reagent Cy5.5-ADIBO to be.
FIG. 5 shows labeling and analysis results of the glutathione-S-transferase containing the azide group-containing unnatural amino acid contained in the cell-cell extract according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a fluorescence image and a Coomassie staining image for analysis of the conjugation result of GST containing CyAphenylalanine and Cy5.5-ADIBO according to one embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 7 is a graph showing the results of quantitative analysis of expression amounts of GST containing azido phenylalanine labeled with Cy5.5-ADIBO by western blot according to one embodiment of the present invention in a Coomassie staining image and a fluorescence image will be.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is "on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.Throughout this specification, when an element is referred to as "including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise. The terms "about "," substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure. The word " step (or step) "or" step "used to the extent that it is used throughout the specification does not mean" step for.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination thereof" included in the expression of the machine form means one or more combinations or combinations selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the machine form, And the like.

본원 명세서 전체에서, "비천연 아미노산"은 20가지 통상의 아미노산, 파이로리신, 셀레노시스테인 중 하나가 아닌 아미노산을 지칭하며; 용어 "비천연 아미노산"과 유사한 의미로 사용될 수 있는 다른 용어는 "비천연적으로 코딩된 아미노산" "자연적으로 존재하지 않는 아미노산" 등이 있다. "비천연 아미노산"은 천연적으로 코딩된 아미노산의 변형에 의해 자연적으로 발생하나, 그 자체가 번역 복합체에 의해 성장하는 폴리펩티드 내로 도입되지는 않는 아미노산을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 천연적으로 코딩된 아미노산이란, 20가지 통상의 아미노산, 파이로리신 또는 셀레노시스테인을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
Throughout this specification, "unnatural amino acid" refers to an amino acid that is not one of the 20 common amino acids, pyrosinine, or selenocysteine; Other terms that may be used in a similar sense to the term " unnatural amino acid "include" non-cirrhically coded amino acids "and" naturally occurring amino acids ". An "unnatural amino acid" includes, but is not limited to, an amino acid that occurs naturally by modification of a naturally encoded amino acid, but which is not itself introduced into a polypeptide grown by a translation complex. Such naturally encoded amino acids include, but are not limited to, 20 common amino acids, pyrosinine, or selenocysteine.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명하나, 본원이 이에 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited thereto.

본원의 제 1 측면은, 표적 단백질에 포함된 아미노산을 아지드(azide) 기-함유 비천연 아미노산에 의해 치환하는 단계; 및 시클로알키닐 기를 포함하는 표지 시약(labeling reagent)에 함유된 상기 시클로알키닐 기와 상기 아지드 기 사이의 컨쥬게이션(conjugation) 반응을 통하여 상기 표지 시약에 의하여 상기 표적 단백질을 표지하는 단계를 포함하는, 단백질의 표지 방법을 제공할 수 있다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for amplifying a target protein comprising the steps of: substituting an amino acid contained in a target protein with an azide group-containing unnatural amino acid; And labeling the target protein with the labeling reagent through a conjugation reaction between the cycloalkynyl group and the azide group contained in a labeling reagent comprising a cycloalkynyl group, , A method of labeling a protein can be provided.

예를 들어, 상기 표지 시약은 염료를 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 아지드 기-함유 비천연 아미노산은, 유전적 방법에 의하여 도입된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. For example, the labeling reagent may include a dye. For example, the azido group-containing unnatural amino acid may be introduced by a genetic method, but is not limited thereto.

예를 들어, 상기 비천연 아미노산을 포함하는 표적 단백질을 코딩하는 핵산 서열은 야생형(wild type) 단백질의 아미노산 서열에 기초하나, 상기 아미노산 서열에 포함된 특정 아미노산을 도입, 치환, 또는 제거시키기 위하여 상기 아미노산 서열에 대응하는 상기 핵산 서열을 변화시킬 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 핵산 서열은 당업계에서 공지된 방법에 따라 선택적으로 또는 비선택적으로 변형될 수 있다. 예를 들어, 상기 단백질의 유전자 중 특정 아미노산을 코딩하는 코돈을 앰버 코돈, 오팔 코돈, 또는 오커 코돈을 포함하는 정지 코돈으로 치환하고; 상기 정지 코돈으로 치환된 코돈을 가지는 단백질의 유전자를 포함하는 플라스미드, 적합한 tRNA 유전자를 포함하는 플라스미드, 및 적합한 아미노아실 tRNA 합성효소 유전자를 포함하는 플라스미드를 세포, 예를 들어, 대장균, 내로 도입하여 형질도입 세포를 제조하고; 상기 형질도입 세포를 상기 비천연 아미노산이 포함된 배지에서 배양하는 방법을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. For example, the nucleic acid sequence encoding a target protein comprising the unnatural amino acid is based on the amino acid sequence of a wild-type protein, but in order to introduce, substitute, or remove a specific amino acid contained in the amino acid sequence, The nucleic acid sequence corresponding to the amino acid sequence can be changed, but is not limited thereto. The nucleic acid sequence may be optionally or nonselectively modified according to methods known in the art. For example, a codon encoding a specific amino acid in the gene of the protein may be substituted with a stop codon including an amber codon, an opal codon, or an ocher codon; A plasmid containing a gene of a protein having a codon substituted with the stop codon, a plasmid containing a suitable tRNA gene, and a plasmid containing a suitable aminoacyl tRNA synthetase gene are introduced into a cell, for example, Escherichia coli, Producing introduced cells; And culturing the transduced cells in a medium containing the unnatural amino acid, but the present invention is not limited thereto.

예를 들어, 상기 형질도입 세포가 단백질 돌연변이체를 생산함에 있어서, 상기 비천연 아미노산은 상기 아미노아실 tRNA 합성효소에 의하여 tRNA에 결합할 수 있고, 상기 비천연 아미노산과 결합된 상기 tRNA는 상기 치환된 핵산 서열을 인식하여, 번역되는 단백질의 적합한 자리에 상기 비천연 아미노산을 삽입하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 비천연 아미노산은 단백질의 임의 말단 위치 또는 임의의 내부 위치를 비롯한, 단백질 상의 임의의 위치에 존재할 수 있다. 상기 비천연 아미노산이 도입된 단백질은 생합성적으로 생산될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 "생합성적으로" 라는 것은 폴리뉴클레오티드, 코돈, tRNA, 및 리보솜 중 1 개 이상을 사용하는 것을 포함하여, 세포성 번역 시스템을 사용한 방법을 의미하는 것이나, 이에 제한되는 것은 아니다. For example, when the transduced cell produces a protein mutant, the unnatural amino acid may bind to the tRNA by the aminoacyl tRNA synthetase, and the tRNA bound to the unnatural amino acid may be substituted But is not limited to, recognizing the nucleic acid sequence and inserting the unnatural amino acid into the appropriate site of the protein to be translated. The unnatural amino acid may be at any position on the protein, including any terminal position or any internal position of the protein. The non-natural amino acid-introduced protein may be produced biosynthetically, but is not limited thereto. The term "biosynthetically" as used herein refers to a method using a cellular translation system, including, but not limited to, using one or more of polynucleotides, codons, tRNAs, and ribosomes.

예를 들어, 상기 비천연 아미노산으로 치환될 수 있는 아미노산의 위치는, 하나 이상의 결합 파트너에 결합하는 부위인 잠재적인 수용체 결합 부위로부터 배제된 위치, 완전히 또는 부분적으로 용매에 노출될 수 있는 위치, 근접 잔기와의 수소결합 상호작용이 최소이거나 전무한 위치, 근접 반응성 잔기에 최소한으로 노출된 위치, 단백질의 3 차원, 2 차 구조, 3 차 구조, 또는 4 차 구조로부터 예상되는 바, 매우 유연성이 높거나 구조적으로 강성인 위치, 관련 수용체, 리간드 또는 결합 단백질과 결합하였거나 결합하지 않은 위치, 또다른 단백질 또는 다른 생물학적으로 활성인 분자에 결합하였거나 결합하지 않은 부위에 있는 위치, 또는 전체 구조의 유연성 또는 강성을 원하는 대로 변경시킴으로써 단백질 그 자체, 또는 하나 이상의 단백질을 포함하는 이량체 또는 다량체의 입체형태를 조절할 수 있는 위치를 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. For example, the position of the amino acid that may be substituted with the unnatural amino acid may be a position excluded from a potential receptor binding site that is a site that binds to one or more binding partners, a position that can be completely or partially exposed to a solvent, As expected from a minimal or no hydrogen bonding interaction with the residue, minimal exposure to proximal reactive moieties, a three-dimensional, secondary, tertiary, or quaternary structure of the protein, A position that is at a site that is structurally rigid, that binds to or does not bind to a related receptor, ligand or binding protein, that binds to another protein or other biologically active molecule, or that does not bind to it, To include the protein itself, or one or more proteins Including a position that can be adjusted to three-dimensional form of the dimer or oligomer is not one that is, limited.

본원의 상기 비천연 아미노산은 전형적으로 오직 측쇄 구조면에서만 천연 아미노산과 상이하기 때문에, 상기 비천연 아미노산은 천연 또는 비천연적으로 코딩된 것을 포함하나 이에 제한되지 않는 다른 아미노산과 천연 발생의 단백질에서 형성되는 것과 동일한 방식으로 아미드 결합을 형성할 수 있다. Because the unnatural amino acids herein are typically different from the native amino acids in only the side chain structure, the unnatural amino acids are formed from other amino acids and naturally occurring proteins including, but not limited to, natural or non-naturally encoded The amide bond can be formed in the same manner as in the case of the amide bond.

예를 들어, 상기 아지드 기-함유 비천연 아미노산은 모든 종류의 단백질에 대하여 유전적으로 도입될 수 있다. 이는, 표적 단백질의 종류와 상관 없이 단백질에 포함된 아미노산 하나 혹은 그 이상에 대응하는 핵산 서열을 다른 핵산 서열로 치환함으로써 상기 단백질에 포함된 상기 아미노산을 다른 아미노산으로 치환하는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 극히 용이하게 수행할 수 있는 것이기 때문이다.For example, the azido group-containing unnatural amino acid can be introduced genetically into all kinds of proteins. This means that it is possible to replace the nucleic acid sequence corresponding to one or more amino acids contained in the protein with another nucleic acid sequence and thereby replace the amino acid contained in the protein with another amino acid regardless of the kind of the target protein, Because it is extremely easy for a person with ordinary knowledge to perform it.

예를 들어, 상기 표적 단백질은 글루타치온-S-전이효소, 인슐린, 성장 호르몬, 인터페론-감마, 조혈 성장 인자(hematopoietic growth factor), 뼈 형성 단백질(Bone morphogenetic protein), 레닌, 성장 호르몬 방출 인자, 부갑상선 호르몬, 갑상선 자극 호르몬, 지단백질, 알파-1-안티트립신, 인슐린 A-쇄, 인슐린 B-쇄, 프로인슐린, 여포 자극 호르몬, 칼시토닌, 황체형성호르몬, 글루카곤, 인자 VIIIC, 인자 IX, 조직 인자, 폰 빌레브란츠 인자, 단백질 C 심방 나트륨 이뇨인자, 폐 표면활성 물질, 유로키나제, 인간 뇨 또는 조직-유형 플라스미노겐 활성 물질(t-PA), 봄베신, 트롬빈, 종양 괴사 인자-알파 및 종양 괴사 인자-베타, 엔케팔리나제, RANTES, 인간 마크로파지 염증 단백질(MIP-1-알파), 혈청 알부민, 뮬러리안-억제 물질, 릴랙신 A-쇄, 릴랙신 B-쇄, 프로릴랙신, 마우스 성선자극 호르몬 관련 펩티드, 베타-락타마제, DNase, IgE, 세포독성 T-림프구 관련 항원(CTLA), 인히빈, 액티빈, 혈관 내피 성장 인자(VEGF), 호르몬 또는 성장 인자의 수용체, 단백질 A 또는 D, 류마토이드 인자, 골 유래 향신경 인자(BDNF), 뉴트로핀-3, -4, -5, 또는 -6, 신경 성장 인자, 혈소판 유래 성장 인자(PDGF), 섬유아세포 성장 인자, 표피 성장 인자(EGF), 형질전환 성장 인자(TGF), 인슐린 유사 성장 인자 I, 인슐린 유사 성장 인자 II, 뇌 IGF-I, 인슐린 유사 성장 인자 결합 단백질(IGF-BP), CD단백질, 에리트로포이에틴(erythropoietin), 골유도 인자, 면역 독소, 인터페론 알파, 인터페론 베타, 콜로니 자극 인자(CSF), 인터루킨 1 내지 인터루킨 10, 수퍼옥시드 디스뮤타제, T-세포 수용체, 표면 막 단백질, 붕괴 촉진 인자, 바이러스 항원, 운반 단백질, 호밍 수용체, 어드레신, 조절 단백질, 인테그린, 종양 관련 항원, 및 이들의 단편으로 이루어지는 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the target protein may be selected from the group consisting of glutathione-S-transferase, insulin, growth hormone, interferon-gamma, hematopoietic growth factor, bone morphogenetic protein, renin, growth hormone releasing factor, Hormone, thyroid stimulating hormone, lipoprotein, alpha-1-antitrypsin, insulin A-chain, insulin B-chain, proinsulin, follicle stimulating hormone, calcitonin, luteinizing hormone, glucagon, factor VIIIC, factor IX, (T-PA), bombesin, thrombin, tumor necrosis factor-alpha and tumor necrosis factor (TNF-alpha), tumor necrosis factor (S) selected from the group consisting of: - beta, Encepinalinase, RANTES, human macrophage inflammatory protein (MIP-1-alpha), serum albumin, mullerian-inhibitory substance, lilacsin A-chain, lilacsin B- (CTLA), inhivin, actibin, vascular endothelial growth factor (VEGF), receptors of hormone or growth factor, protein A or D, cytotoxic T-lymphocyte associated antigen (BDNF), neurotrophin-3, -4, -5 or -6, nerve growth factor, platelet derived growth factor (PDGF), fibroblast growth factor, epidermal growth factor (EGF) , IGF-I, insulin-like growth factor binding protein (IGF-BP), CD protein, erythropoietin, bone induction, Interferon beta, colony stimulating factor (CSF), interleukin 1 to interleukin 10, superoxide dismutase, T-cell receptor, surface membrane protein, collapse-promoting factor, viral antigen, transport protein, Homing receptors, adrencine, regulatory proteins, integrins Lin, tumor associated antigens, however, and may be selected from the group consisting of fragments thereof, without being limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 표지 시약은 염료와 시클로알키닐 기-함유 화합물을 반응시켜 형성되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the labeling reagent may include, but is not limited to, those formed by reacting a dye with a cycloalkynyl group-containing compound.

예를 들어, 상기 시클로알키닐 기-함유 화합물은, 한 개, 두 개, 또는 세 개 이상의 페닐기를 추가로 함유하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the cycloalkynyl group-containing compound may contain one, two, or three or more phenyl groups, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 시클로알키닐 기는 헤테로 원자를 함유하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 헤테로 원자는 질소 원자, 산소 원자, 황 원자, 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 원자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 시클로알키닐 기는 1 개의 헤테로 원자, 2 개의 헤테로 원자, 3 개의 헤테로 원자, 또는, 4 개의 헤테로 원자를 함유하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the disclosure, the cycloalkynyl group may contain heteroatoms, but is not limited thereto. For example, the hetero atom may include, but is not limited to, an atom selected from the group consisting of a nitrogen atom, an oxygen atom, a sulfur atom, and combinations thereof. For example, the cycloalkynyl group may contain one heteroatom, two heteroatoms, three heteroatoms, or four heteroatoms, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 시클로알키닐 기는 시클로부티닐 기, 시클로펜티닐 기, 시클로헥시닐 기, 시클로헵티닐 기, 시클로옥티닐 기, 시클로노니닐 기, 또는 시클로데키닐 기를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the cycloalkynyl group includes a cyclobutynyl group, a cyclopentinyl group, a cyclohexynyl group, a cycloheptynyl group, a cyclooctynyl group, a cyclononynyl group, or a cyclodecynyl group , But is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 시클로알키닐 기는 디벤조시클로옥티닐 기 또는 디벤조시클로옥타인 유도체를 함유하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the cycloalkynyl group may be, but not limited to, a dibenzocyclooctinyl group or a dibenzocyclooctane derivative.

예를 들어, 상기 시클로옥티닐 기는 디벤조시클로옥티닐 기 또는 디벤조시클로옥타인 유도체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the cyclooctinyl group may include, but is not limited to, a dibenzocyclooctinyl group or a dibenzocyclooctane derivative.

예를 들어, 상기 시클로옥티닐 기는 아자-디벤조시클로옥타인(aza-dibenzocyclooctyne, ADIBO)에 포함된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the cyclooctynyl group may be included in aza-dibenzocyclooctyne (ADIBO), but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 염료는 방사성 염료, 형광 염료, 및 생체 염료를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the invention, the dye may include, but is not limited to, a radioactive dye, a fluorescent dye, and a biological dye.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 형광 염료는 시아닌(cyanine), 로다민(rhodamine), 쿠마린(coumarine), 보디피(BODIPY), 또는 플로레신(fluorescein) 를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 형광 염료는 Cy2, Cy3, Cy3B, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, 또는, Cy7을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the fluorescent dye may include, but is not limited to, cyanine, rhodamine, coumarine, BODIPY, or fluorescein It is not. For example, the fluorescent dye may include Cy2, Cy3, Cy3B, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, or Cy7, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 표지 시약은 Cy5.5-결합 아자-디벤조시클로옥타인(Cy5.5-linked aza-dibenzocyclooctyne, Cy5.5-ADIBO)을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention, the labeling reagent may include Cy5.5-linked aza-dibenzocyclooctyne (Cy5.5-ADIBO) It is not.

예를 들어, 상기 Cy5.5-결합 아자-디벤조시클로옥타인은 도 1에 개시된 바와 같이 ADIBO-NH2와 Cy5.5 N-히드록시수시니미드 에스터(Cy5.5 NHS ester) 간에 아미드 결합을 형성시켜 수득되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the combination Cy5.5- aza-dibenzo-cyclooctadiene in the amide bond between the can ADIBO-NH 2 and N- hydroxy-Cy5.5 as disclosed in one shinny imide ester (Cy5.5 NHS ester) But the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 아지드 기-함유 비천연 아미노산은 아지도페닐알라닌(azidophenylalanine, AZF), 또는 N6-[(2-아지도에톡시)카보닐]-l-리신 [N6-[(2-azidoethoxy)carbonyl]-l-lysine]을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment herein, the azido group-containing unnatural amino acid is azidophenylalanine (AZF) or N6 - [(2-azidethoxy) carbonyl] -l-lysine [ (2-azidoethoxy) carbonyl] -l-lysine], but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 컨쥬게이션 반응은 상기 시클로알키닐 기와 상기 아지드 기 사이의 스트레인-촉진 아지드-알카인 고리화첨가(strain-promoted azide-alkyne cycloaddition, SPAAC)에 의해 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the conjugation reaction is carried out by strain-promoted azide-alkyne cycloaddition (SPAAC) between the cycloalkynyl group and the azide group But is not limited thereto.

상기 SPAAC는 높은 민감성과 특이성을 가지는 반응으로, 도 2는 상기 SPAAC의 과정을 나타내는 개략도이다. 도 2에 나타난 바에 따르면, 아지드 기-함유 비천연 아미노산이 유전적으로 도입된 표적 단백질에 포함된 상기 아지드 기가 디벤조시클로옥타인과 SPAAC에 의한 컨쥬게이션 반응을 일으킨다.The SPAAC is a reaction having high sensitivity and specificity, and Fig. 2 is a schematic diagram showing the process of SPAAC. As shown in FIG. 2, the azide group contained in the target protein into which the azide group-containing unnatural amino acid is genetically introduced causes a conjugation reaction with dibenzocyclooctane and SPAAC.

디벤조시클로옥타인 유도체와의 SPAAC는 추가적인 시약을 필요로 하지 않고 높은 속도상수 (0.1 내지 1.0 M-1s-1)를 가지기 때문에 생명체 내에서의 컨쥬게이션 (bioconjugation)에 이상적인 것으로 잘 알려져 있다. 이러한 장점들 때문에, SPAAC는 세포 표면을 표지하거나 기능화하는 것을 포함하는 다양한 공정에 사용되어 왔다. 단백질 컨쥬게이션에 SPAAC를 적용하기 위해서는, 표적 단백질에 컨쥬게이션 상대로 반드시 아지드 기(azide group)가 도입되어 있어야 한다. 표적 단백질 내로의 아지드 기의 도입은 유전적 방법에 의하여 성취될 수 있으므로, 유전적으로 도입된 아지드 기-함유 아미노산에 대한 SPAAC의 적용은 표적 단백질의 효과적인 표지를 가능하게 할 수 있다.SPAAC with dibenzocyclooctane derivatives is well known to be ideal for bioconjugation in living organisms because it does not require additional reagents and has a high rate constant (0.1-1.0 M -1 s -1 ). Because of these advantages, SPAAC has been used in a variety of processes, including labeling or functionalizing cell surfaces. To apply SPAAC to protein conjugation, an azide group must be introduced into the target protein as a conjugation. The introduction of azide groups into the target protein can be achieved by genetic methods, so application of SPAAC to genetically introduced azide group-containing amino acids can enable effective labeling of the target protein.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 컨쥬게이션 반응은 상기 표적 단백질과 상기 표지 시약의 혼합에 의해 개시되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원의 단백질의 표지 방법에 의하면, 표적 단백질을 단순히 표지 시약(labeling reagent)과 혼합함으로써 SDS-PAGE 등의 분석방법에 의하여 분석할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the conjugation reaction may be initiated by mixing the target protein with the labeling reagent, but is not limited thereto. According to the labeling method of the present invention, the target protein can be analyzed by an analytical method such as SDS-PAGE by mixing with a labeling reagent, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 표적 단백질은 글루타치온-S-전이효소(glutathione-S-transferase, GST)을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the target protein may include, but is not limited to, a glutathione-S-transferase (GST).

예를 들어, 본원의 단백질의 표지 방법은 약 120 분 이내에 약 80%의 표지율로 표적 단백질을 표지할 수 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 본원의 단백질의 표지 방법은 약 120 분 이내에 약 70% 내지 약 95%, 약 75% 내지 약 95%, 약 80% 내지 약 95%, 약 85% 내지 약 95%, 약 90% 내지 약 95%, 약 70% 내지 약 90%, 약 70% 내지 약 85%, 약 70% 내지 약 80%, 또는, 약 70% 내지 약 75%의 표지율로 단백질을 표지할 수 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 아울러, 본원의 단백질의 표지 방법을 이용하면 표적 단백질 발현의 정량 분석이 가능하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 추가적으로, 본원의 단백질의 표지 방법을 이용하면 항체, 다단계의 인큐베이션, 및/또는 세척 단계 없이 SDS-PAGE가 가능하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
For example, the labeling method of the present protein may be capable of labeling a target protein with a labeling ratio of about 80% within about 120 minutes, but is not limited thereto. For example, the labeling method of the present protein may comprise from about 70% to about 95%, from about 75% to about 95%, from about 80% to about 95%, from about 85% to about 95%, from about 90% To about 95%, about 70% to about 90%, about 70% to about 85%, about 70% to about 80%, or about 70% to about 75% But is not limited thereto. In addition, quantitative analysis of target protein expression can be performed using the labeling method of the present invention, but the present invention is not limited thereto. In addition, the labeling methods of the present proteins can be used to perform, but not limited to, SDS-PAGE without antibody, multistage incubation, and / or washing steps.

본원의 제 2 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 단백질의 표지 방법에 의해 표지된 표적 단백질을 정제하는 것을 포함하는, 단백질의 분석 방법을 제공할 수 있다.The second aspect of the present application can provide a method for analyzing a protein, which comprises purifying a target protein labeled by the labeling method of the protein according to the first aspect of the present invention.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 단백질의 분석 방법은, 정제된 상기 표적 단백질을 정량 분석 또는 정성 분석하는 것을 추가로 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the method for analyzing the protein may further include quantitative analysis or qualitative analysis of the purified target protein, but the present invention is not limited thereto.

예를 들어, 상기 단백질의 분석 방법은, SDS-PAGE(sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis)를 포함하는 전기영동법, 웨스턴 블롯(western blot), ELISA(Enzyme-linked immunosorbent assay), 또는 크로마토그래피를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the method of analyzing the protein includes electrophoresis, Western blot, ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay), or chromatography including SDS-PAGE (sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis) But is not limited thereto.

예를 들어, 상기 단백질의 분석 방법은, 무항체 웨스턴 블롯을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
For example, the method of analyzing the protein may include, but is not limited to, an anti-antibody western blot.

본원의 제 3 측면은, 염료, 및 시클로알키닐 기-함유 화합물을 반응시켜 형성되는 표지 시약(labeling reagent)을 포함하며, 상기 표지 시약에 함유된 상기 시클로알키닐 기와, 아지드 기-함유 비천연 아미노산을 포함하는 표적 단백질(target protein)의 상기 아지드 기가 컨쥬게이션 반응을 일으킴으로써 상기 표적 단백질을 표지하기 위해 사용되는, 단백질 표지용 조성물을 제공할 수 있다.A third aspect of the present invention is a labeling reagent comprising a labeling reagent formed by reacting a dye and a cycloalkynyl group-containing compound, wherein the cycloalkynyl group contained in the labeling reagent and an azide group- It is possible to provide a composition for labeling a protein, which is used for labeling the target protein by causing a conjugation reaction of the azide group of a target protein containing a natural amino acid.

예를 들어, 상기 아지드 기-함유 비천연 아미노산은 모든 종류의 단백질에 대하여 유전적으로 도입될 수 있다. 이는, 단백질의 종류와 상관 없이 단백질에 포함된 아미노산 하나 혹은 그 이상에 대응하는 핵산 서열을 다른 핵산 서열로 치환함으로써 상기 단백질에 포함된 상기 아미노산을 다른 아미노산으로 치환하는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 극히 용이하게 생각하거나 수행할 수 있는 것이기 때문이다.For example, the azido group-containing unnatural amino acid can be introduced genetically into all kinds of proteins. This is because, regardless of the kind of protein, substitution of the nucleic acid sequence corresponding to one or more amino acids contained in the protein with another nucleic acid sequence and substitution of the amino acid contained in the protein with another amino acid is not required in the art This is because a person with ordinary knowledge can easily think or perform it.

예를 들어, 상기 표적 단백질은 글루타치온-S-전이효소, 인슐린, 성장 호르몬, 인터페론-감마, 조혈 성장 인자(hematopoietic growth factor), 뼈 형성 단백질(Bone morphogenetic protein), 레닌, 성장 호르몬 방출 인자, 부갑상선 호르몬, 갑상선 자극 호르몬, 지단백질, 알파-1-안티트립신, 인슐린 A-쇄, 인슐린 B-쇄, 프로인슐린, 여포 자극 호르몬, 칼시토닌, 황체형성호르몬, 글루카곤, 인자 VIIIC, 인자 IX, 조직 인자, 폰 빌레브란츠 인자, 단백질 C 심방 나트륨 이뇨인자, 폐 표면활성 물질, 유로키나제, 인간 뇨 또는 조직-유형 플라스미노겐 활성 물질(t-PA), 봄베신, 트롬빈, 종양 괴사 인자-알파 및 종양 괴사 인자-베타, 엔케팔리나제, RANTES, 인간 마크로파지 염증 단백질(MIP-1-알파), 혈청 알부민, 뮬러리안-억제 물질, 릴랙신 A-쇄, 릴랙신 B-쇄, 프로릴랙신, 마우스 성선자극 호르몬 관련 펩티드, 베타-락타마제, DNase, IgE, 세포독성 T-림프구 관련 항원(CTLA), 인히빈, 액티빈, 혈관 내피 성장 인자(VEGF), 호르몬 또는 성장 인자의 수용체, 단백질 A 또는 D, 류마토이드 인자, 골 유래 향신경 인자(BDNF), 뉴트로핀-3, -4, -5, 또는 -6, 신경 성장 인자, 혈소판 유래 성장 인자(PDGF), 섬유아세포 성장 인자, 표피 성장 인자(EGF), 형질전환 성장 인자(TGF), 인슐린 유사 성장 인자 I, 인슐린 유사 성장 인자 II, 뇌 IGF-I, 인슐린 유사 성장 인자 결합 단백질(IGF-BP), CD단백질, 에리트로포이에틴(erythropoietin), 골유도 인자, 면역 독소, 인터페론 알파, 인터페론 베타, 콜로니 자극 인자(CSF), 인터루킨 1 내지 인터루킨 10, 수퍼옥시드 디스뮤타제, T-세포 수용체, 표면 막 단백질, 붕괴 촉진 인자, 바이러스 항원, 운반 단백질, 호밍 수용체, 어드레신, 조절 단백질, 인테그린, 종양 관련 항원, 및 이들의 단편으로 이루어지는 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the target protein may be selected from the group consisting of glutathione-S-transferase, insulin, growth hormone, interferon-gamma, hematopoietic growth factor, bone morphogenetic protein, renin, growth hormone releasing factor, Hormone, thyroid stimulating hormone, lipoprotein, alpha-1-antitrypsin, insulin A-chain, insulin B-chain, proinsulin, follicle stimulating hormone, calcitonin, luteinizing hormone, glucagon, factor VIIIC, factor IX, (T-PA), bombesin, thrombin, tumor necrosis factor-alpha and tumor necrosis factor (TNF-alpha), tumor necrosis factor (S) selected from the group consisting of: - beta, Encepinalinase, RANTES, human macrophage inflammatory protein (MIP-1-alpha), serum albumin, mullerian-inhibitory substance, lilacsin A-chain, lilacsin B- (CTLA), inhivin, actibin, vascular endothelial growth factor (VEGF), receptors of hormone or growth factor, protein A or D, cytotoxic T-lymphocyte associated antigen (BDNF), neurotrophin-3, -4, -5 or -6, nerve growth factor, platelet derived growth factor (PDGF), fibroblast growth factor, epidermal growth factor (EGF) , IGF-I, insulin-like growth factor binding protein (IGF-BP), CD protein, erythropoietin, bone induction, Interferon beta, colony stimulating factor (CSF), interleukin 1 to interleukin 10, superoxide dismutase, T-cell receptor, surface membrane protein, collapse-promoting factor, viral antigen, transport protein, Homing receptors, adrencine, regulatory proteins, integrins Lin, tumor associated antigens, however, and may be selected from the group consisting of fragments thereof, without being limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 시클로알키닐 기는 헤테로 원자를 함유하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 헤테로 원자는 질소 원자, 산소 원자, 황 원자, 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 원자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 시클로알키닐 기는 1 개의 헤테로 원자, 2 개의 헤테로 원자, 또는, 3 개의 헤테로 원자를 함유하는 시클로옥티닐 기일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the disclosure, the cycloalkynyl group may contain heteroatoms, but is not limited thereto. For example, the hetero atom may include, but is not limited to, an atom selected from the group consisting of a nitrogen atom, an oxygen atom, a sulfur atom, and combinations thereof. For example, the cycloalkynyl group may be, but is not limited to, a heteroatom, two heteroatoms, or a cyclooctynyl group containing three heteroatoms.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 시클로알키닐 기는, 시클로부티닐 기, 시클로펜티닐 기, 시클로헥시닐 기, 시클로헵티닐 기, 시클로옥티닐 기, 시클로노니닐 기, 또는 시클로데키닐 기를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the cycloalkynyl group may be a cyclobutynyl group, a cyclopentinyl group, a cyclohexynyl group, a cycloheptinyl group, a cyclooctynyl group, a cyclononynyl group, or a cyclodecynyl group But are not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 시클로옥티닐 기-함유 화합물은 디벤조시클로옥타인, 또는 디벤조시클로옥타인 유도체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the cyclooctynyl group-containing compound may include, but is not limited to, dibenzocyclooctane, or dibenzocyclooctane derivatives.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 표지 시약은 Cy5.5-결합 아자-디벤조시클로옥타인(Cy5.5-linked aza-dibenzocyclooctyne, Cy5.5-ADIBO)을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 시클로옥티닐 기는 상기 Cy5.5-결합 아자-디벤조시클로옥타인에 함유된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention, the labeling reagent may include Cy5.5-linked aza-dibenzocyclooctyne (Cy5.5-ADIBO) It is not. For example, the cyclooctynyl group may be contained in the Cy5.5-linked aza-dibenzocyclooctane, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 컨쥬게이션 반응은 상기 시클로알키닐 기와 상기 아지드 기 사이의 스트레인-촉진 아지드-알카인 고리화첨가(strain-promoted azide-alkyne cycloaddition, SPAAC)에 의해 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the conjugation reaction is carried out by strain-promoted azide-alkyne cycloaddition (SPAAC) between the cycloalkynyl group and the azide group But is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 염료는 방사성 염료, 형광 염료, 및 생체 염료를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 형광 염료는 시아닌(cyanine), 로다민(rhodamine), 쿠마린(coumarine), 보디피(BODIPY), 또는 플로레신(fluorescein)을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 형광 염료는 Cy2, Cy3, Cy3B, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, 또는, Cy7을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the invention, the dye may include, but is not limited to, a radioactive dye, a fluorescent dye, and a biological dye. For example, the fluorescent dye may include, but is not limited to, cyanine, rhodamine, coumarine, BODIPY, or fluorescein. For example, the fluorescent dye may include Cy2, Cy3, Cy3B, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, or Cy7, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 아지드 기-함유 비천연 아미노산은 아지도페닐알라닌, 또는 N6-[(2-아지도에톡시)카보닐]-l-리신을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the azide group-containing unnatural amino acid may be azido phenylalanine or N6 - [(2-azidethoxy) carbonyl] -l-lysine, It is not.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 표적 단백질은 글루타치온-S-전이효소(GST)를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the target protein may include, but is not limited to, a glutathione-S-transferase (GST).

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 염료는 방사성 염료, 형광 염료, 및 생체 염료를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
According to one embodiment of the invention, the dye may include, but is not limited to, a radioactive dye, a fluorescent dye, and a biological dye.

이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 보다 더 구체적으로 설명하지만, 본원이 이에 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

[[ 실시예Example ]]

본 실시예에서, 모든 화학물질과 DNA 올리고머(oligomer)는 특별히 언급된 것을 제외하고는 시판되는 것을 추가적인 정제 없이 사용하였다.
In this example, all chemicals and DNA oligomers were used without further purification, except those specifically mentioned.

<< Cy5Cy5 .5-결합 .5-bond 아자Keep it up -디벤조시클로옥타인(- dibenzocyclooctane ( Cy5Cy5 .5-.5- linkedlinked azaaza -dibenzocyclooctyne, -dibenzocyclooctyne, Cy5Cy5 .5-.5- ADIBOADIBO )의 합성>)>

Cy5.5-결합 아자-디벤조시클로옥타인(Cy5.5-ADIBO)을 합성하기 위하여, 무수 DMF (300 μL) 내의 아자-디벤조시클로옥티닐 아민 유도체 [aza-dibenzocyclooctynyl amine derivative, ADIBO-NH2 (4.0 mg, 13.8 μmol)] 와 Cy5.5 N-히드록시수시니미드 에스터 [Cy5.5 NHS-ester (2.0 mg, 1.8 μmol)] 의 혼합물에 디이소프로필에틸아민 (0.45 mg, 3.6 μmol) 을 첨가하였다. 이후, 상기 반응 혼합물을 실온에서 1 시간 동안 교반하였다. To synthesize Cy5.5-linked aza-dibenzocyclooctane (Cy5.5-ADIBO), an aza-dibenzocyclooctynyl amine derivative, ADIBO-NH2 in anhydrous DMF (300 μL) 2 Diisopropylethylamine (0.45 mg, 3.6 μmol) was added to a mixture of the above compound (4.0 mg, 13.8 μmol) and Cy5.5 N-hydroxy succinimide ester [Cy5.5 NHS-ester (2.0 mg, 1.8 μmol) Was added. Then, the reaction mixture was stirred at room temperature for 1 hour.

이에 의하여 수득된 상기 조생산물(crude product)로부터 Cy5.5-ADIBO (2.0 mg, 93%)를 수득하기 위하여 역상 크로마토그래피 [C18 silica gel, 10 μm, 10 × 250 mm; 10 mM aqueous NH4HCO3/acetonitrile = 70:30 (v/v); 254 nm; 2 mL/min]를 수행하였다. 수득된 Cy5.5-ADIBO 생성물은 하기의 MALDI-TOF-MS에 의하여 확인되었다: m/z 1211.08 for [M-3Na] (C62H59N4O14S4 계산된 분자량 [MW] 1211.29). 체류 시간 = 16.4 min.
Reversed phase chromatography [ C18 silica gel, 10 [mu] m, 10x250 mm; yield 2%) was obtained to obtain Cy5.5-ADIBO (2.0 mg, 93%) from the crude product thus obtained. 10 mM aqueous NH 4 HCO 3 / acetonitrile = 70:30 (v / v); 254 nm; 2 mL / min] was performed. The resulting Cy5.5-ADIBO product was identified by the following MALDI-TOF-MS: m / z 1211.08 for [M-3Na] (C 62 H 59 N 4 O 14 S 4 calculated molecular weight [MW] 1211.29) . Retention time = 16.4 min.

<< 아지도페닐알라닌Phenylalanine ( ( azidophenylalaineazidophenylalaine , , AZFAZF )을 포함하는 돌연변이 ) &Lt; / RTI &gt; 글루타치Glutachi 온-S-전이효소(On-S-transferase ( GSTGST )의 발현 및 정제>) &Lt; / RTI &gt;

글루타치온-S-전이효소(glutathione-S-transferase, GST)의 야생형(wildtype, WT) 유전자는 상기 GST 유전자를 포함하는 상용 벡터에 의하여 증폭되었고, 상기 GST 유전자를 pBAD/Myc-His 벡터 (Invitrogen)의 NcoI 와 KpnI 사이의 부위에 삽입하여 pBAD-GST를 생성하였다. 추가적으로 상기 GST 유전자에 앰버 돌연변이 (F47TAG)를 도입하여 GST 단백질의 47 번째 아미노산에 비천연 아미노산 (아지도페닐알라닌, AZF)을 삽입하기 위하여 자리특이적 돌연변이를 생성하여 이용하였다. 상기 앰버 돌연변이를 가지는 플라스미드 (pBAD-GST-F47TAG)는 AZF의 단백질 도입을 위한 플라스미드인 pEvol-AZF와 함께 E. coli DH10B 세포 내로 공동형질전이 되었다. The wildtype (WT) gene of glutathione-S-transferase (GST) was amplified by a commercial vector containing the GST gene and the GST gene was amplified by pBAD / Myc-His vector (Invitrogen) Was inserted at the site between NcoI and KpnI to generate pBAD-GST. In addition, an amber mutation (F47TAG) was introduced into the GST gene to generate a site-specific mutation to insert the unnatural amino acid (azido phenylalanine, AZF) into the 47th amino acid of the GST protein. The amber mutant plasmid (pBAD-GST-F47TAG) co-transfected into E. coli DH10B cells together with pEvol-AZF, a plasmid for protein introduction of AZF.

상기 세포들은 앰피실린(ampicllin, 100 μg/mL)과 클로람페니콜(chloramphenicol, 35 μg/mL)이 포함된 LB(lysogeny broth) 배지 내에서 증폭되었다. 이후, 앰피실린 (100 μg/mL), 클로람페니콜 (35 μg/mL), 및 AZF 1 mM이 포함된 100 mL의 LB 배지 상에 37℃의 온도에서 상기 세포들을 접종 (2.5 mL)함으로써 종균배양 하였고, L-아라비노스 (0.2%, 최종농도)를 OD 0.8 (550 nm)에서 첨가함으로써 유전자의 발현을 유도하였다. 상기 세포들은 37℃에서 밤새 배양되었고, 원심분리에 의해 채취되어 -80℃로 냉동되었다. 이후에 수행된 GST 레진 정제는 제조자의 프로토콜 (Clontech Laboratories, Inc)에 따라 수행되었으며, GST 단백질의 농도는 280 nm에서 흡광계수 (4.3 × 104 cm-1M-1)를 계산함으로써 흡광도를 측정하여 계산하였다
The cells were amplified in LB (lysogeny broth) medium containing ampicillin (100 μg / mL) and chloramphenicol (35 μg / mL). The cells were then seeded by inoculation (2.5 mL) at a temperature of 37 DEG C on 100 mL of LB medium containing ampicillin (100 mu g / mL), chloramphenicol (35 mu g / mL), and AZF 1 mM , And L-arabinose (0.2%, final concentration) were added at OD 0.8 (550 nm) to induce gene expression. The cells were incubated overnight at 37 ° C, harvested by centrifugation and frozen at -80 ° C. Subsequent GST resin purification was performed according to the manufacturer's protocol (Clontech Laboratories, Inc.), and the concentration of the GST protein was measured at 280 nm by calculating the extinction coefficient (4.3 × 10 4 cm -1 M -1 ) Respectively.

<정제 <Refining GSTGST Wow Cy5Cy5 .5-.5- ADIBOADIBO of 컨쥬게이션Conjugation 반응( reaction( conjugationconjugation )>)>

정제 GST와 Cy5.5-ADIBO의 컨쥬게이션 반응은 실온에서 100 mM의 NaCl을 포함하는 10 mM 인산염 완충액 (pH 7.0)에 GST 단백질의 47 번째 아미노산에 비천연 아미노산인 AZF가 삽입된 돌연변이체 (GST-F47AZF) 20 μM (최종농도), 및 Cy5.5-ADIBO 200 μM (최종농도)을 첨가함으로써 수행되었다. 상기 반응은 잉여량의 AZF를 첨가함으로써 중단되었고, 상기 혼합물은 즉시 SDS-PAGE에 의하여 분석되었다. 형광 이미지는 Typhoon 9210 variable mode imager를 이용하여 수득되었고 겔은 쿠마시 브릴리언트 블루 R-250을 이용하여 염색되었다.
The conjugation reaction between purified GST and Cy5.5-ADIBO was carried out by incubating mutant (GST (SEQ ID NO: 2)) inserted with AZF in the 47th amino acid of the GST protein in a 10 mM phosphate buffer solution (pH 7.0) containing 100 mM NaCl at room temperature, -F47AZF) 20 [mu] M (final concentration), and Cy5.5-ADIBO 200 [mu] M (final concentration). The reaction was stopped by adding an excess of AZF and the mixture was immediately analyzed by SDS-PAGE. Fluorescence images were obtained using a Typhoon 9210 variable mode imager and the gels were stained with Coomassie Brilliant Blue R-250.

<세포 <Cell 조추출물(crude cell extract)과Crude cell extract and Cy5Cy5 .5-.5- ADIBOADIBO of 컨쥬게이션Conjugation 반응> Reaction>

GST-F47AZF를 발현하는 박테리아 배양으로부터 원심분리를 통하여 상기 박테리아 세포를 50 mL 채취하여 -80℃에서 냉동하였다. 상기 냉동된 세포 펠렛은 얼음 상에서 해동되었고, 100 mM의 NaCl을 포함하는 10 mM의 인산염 완충액 (pH 7.0, 5 mL)에 현탁되었으며, 이후 초음파 처리되었다. 또는, 상기 해동된 세포는 10 mM의 인산염 완충액 (pH 7.0), 100 mM의 NaCl, 및 벤조네이즈 (125 U/mL, cat. No. 70746-3, Novagen) 를 포함하는 BugBuster (Novagen) 내에 현탁되었고, 실온에서 30 분간 인큐베이션 되었다. 상기 현탁된 세포는 12,000 rpm에서의 원심분리를 통하여 세포 잔여물이 제거되었고, 세포 조추출물이 수득되었다. From the bacterial culture expressing GST-F47AZF, 50 mL of the bacterial cells were collected by centrifugation and frozen at -80 ° C. The frozen cell pellet was thawed on ice and suspended in 10 mM phosphate buffer (pH 7.0, 5 mL) containing 100 mM NaCl and then sonicated. Alternatively, the thawed cells were suspended in BugBuster (Novagen) containing 10 mM phosphate buffer (pH 7.0), 100 mM NaCl, and benzoin (125 U / mL, cat. No. 70746-3, Novagen) And incubated at room temperature for 30 minutes. The suspended cells were centrifuged at 12,000 rpm to remove cell debris, and a cell crude extract was obtained.

컨쥬게이션 반응은 200 μM의 Cy5.5-ADIBO (최종 농도)를 10 μL의 세포 추출물에 첨가하고 상기 반응 혼합물을 37℃에서 1 시간 동안 인큐베이션 함으로써 수행되었다. 상기 반응은 잉여량의 AZF를 첨가함으로써 중단되었고, 상기 혼합물은 즉시 SDS-PAGE에 의하여 분석되었다.
The conjugation reaction was performed by adding 200 [mu] M Cy5.5-ADIBO (final concentration) to 10 [mu] L of cell extract and incubating the reaction mixture at 37 [deg.] C for 1 hour. The reaction was stopped by adding an excess of AZF and the mixture was immediately analyzed by SDS-PAGE.

<단백질 발현 수준 분석을 위한 <For protein expression level analysis 컨쥬게이션Conjugation 반응 ( reaction ( 무항체No antibody 웨스턴Western 블롯Blot 분석)> Analysis)>

세포는 상기 언급한 방법과 동일한 방법에 의해 배양되었으나, L-아라비노스(L-arabinose)의 농도를 달리하였다 (도 7 참조). 세포 용해물의 준비, 컨쥬게이션 반응, 그리고 SDS-PAGE 분석은 상기 언급한 방법과 동일한 방법을 사용하였다.
Cells were cultured by the same method as described above, but different concentrations of L-arabinose (see FIG. 7). Preparation of cell lysates, conjugation reaction, and SDS-PAGE analysis were carried out in the same manner as described above.

<< AZFAZF of GSTGST 내로의 도입 및 확인> Introduction and identification into>

표적 단백질 내로 아지드 기를 도입하기 위한 비천연 아미노산으로, p-아지도페닐알라닌 (p-azidophenylalanine, AZF)이 아지드 기-함유 아미노산으로 선택되었고, 표적 단백질로 글루타치온-S-전이효소(GST)가 선택되었다. GST의 X-선 결정 구조에 근거하여, 용매에 노출된 잔기인 47 번째 페닐알라닌이 AZF에 의해 대체될 잔기로 선택되었다. 상기 비천연 아미노산인 AZF의 도입을 위하여, 자리특이적 돌연변이에 의하여 F47에 대응하는 코돈은 앰버 코돈(TAG)으로 치환되었다. As an unnatural amino acid for introducing an azide group into the target protein, p-azidophenylalanine (AZF) was selected as an azide group-containing amino acid and glutathione-S-transferase (GST) Was selected. Based on the X-ray crystal structure of GST, the 47th phenylalanine, the residue exposed to the solvent, was chosen as the residue to be replaced by AZF. For the introduction of the unnatural amino acid AZF, the codon corresponding to F47 was replaced with an amber codon (TAG) by site-directed mutagenesis.

AZF를 포함하는 GST 돌연변이 단백질 (GST-F47AZF)은 상응하는 tRNA/아미노아실 tRNA 합성효소(aaRS)와 1 mM의 AZF 존재 하에 LB 배지에서 배양된 DH10B 품종의 E. coli에서 발현되었다. 상기 돌연변이 단백질 및 야생형 단백질 (GST-WT)은 GST 친화 정제에 의하여 정제되었고, GST-F47AZF와 GST-WT의 수율은 각각 10-15 mg/L 및 15-20 mg/L 로 확인되었다. The GST mutant protein (GST-F47AZF) containing AZF was expressed in E. coli DH10B cultivar cultured in LB medium in the presence of the corresponding tRNA / aminoacyl tRNA synthetase (aaRS) and 1 mM AZF. The mutant protein and wild-type protein (GST-WT) were purified by GST-affinity purification, and the yields of GST-F47AZF and GST-WT were 10-15 mg / L and 15-20 mg / L, respectively.

추가적으로 수행된 SDS-PAGE 분석에 의하면, AZF가 존재하지 않을 때는 배경 도입(background incorporation)에 의하여 전체 길이의 단백질이 소량 나타났다 (도 3a). 반면, 도 3b의 MALDI-TOF 질량분석(MS)에 의하면, AZF의 존재 하에 발현된 정제 단백질에서는 정상적인 단백질은 발견되지 않았고 AZF가 도입되었음을 확인하였다. 추정되는 야생형 단백질과 돌연변이 단백질의 질량차는 41 Da였으며, 측정된 질량차는 37 Da로 나타났다.
Additional SDS-PAGE analysis showed that when AZF was absent, small amounts of full length proteins were found by background incorporation (Fig. 3A). On the other hand, according to the MALDI-TOF mass spectrometry (MS) of FIG. 3B, normal proteins were not found in the purified proteins expressed in the presence of AZF, and AZF was introduced. The estimated mass difference between wild type and mutant proteins was 41 Da, and the measured mass difference was 37 Da.

<정제된 <Refined GSTGST -F47AZF 와 -F47AZF and Cy5Cy5 .5-.5- ADIBOADIBO 의 스트레인-촉진 Strain-facilitated 아지드Azid -- 알카인Alkane 고리화첨가( Cyclization addition ( SPAACSPAAC )에 의한 )On by 컨쥬게이션Conjugation 결과 분석> Results Analysis>

본 실시예에서는, GST-F47AZF와 Cy5.5-결합 아자-디벤조시클로옥타인 유도체 (Cy5.5-linked aza-dibenzocyclooctyne derivative, Cy5.5-ADIBO)의 컨쥬게이션 반응이 수행되었다. Cy5.5-ADIBO는 ADIBO-NH2로부터 준비되었는데, ADIBO-NH2와 Cy5.5 N-히드록시수시니미드 에스터 (Cy5.5 NHS ester) 사이의 아미드 결합 형성 반응은 실온의 DMF 내에서 1 시간 동안 진행되었고, 이후 역상 액체 크로마토그래피(high-performance liquid chromatography, HPLC)에 의하여 정제되어 93%의 수율로 바이오오소고날(bioorthogonal) 아지드 수용체(acceptor)가 수득되었다. 이어서, 컨쥬게이션 반응은 실온의 10 mM의 인산염 완충액 (pH 7.0) 및 100 mM의 NaCl 내에 20 μM의 돌연변이 GST 및 200 μM의 Cy5.5-ADIBO를 첨가한 반응물 10 μL를 이용하여 수행되었다. 상기 컨쥬게이션 반응은 서로 다른 반응 시간 별로 SDS-PAGE에 의하여 분석되었다 (도 4a 및 4b). In this example, a conjugation reaction of GST-F47AZF with a Cy5.5-linked aza-dibenzocyclooctane derivative (Cy5.5-linked aza-dibenzocyclooctyne derivative, Cy5.5-ADIBO) was performed. Cy5.5-ADIBO is ADIBO-NH was prepared from 2, ADIBO-NH 2 and Cy5.5 N- hydroxy may form an amide bond between the shinny imide ester (Cy5.5 NHS ester) reaction is one in DMF at room temperature And then purified by high-performance liquid chromatography (HPLC) to obtain a bioorthogonal azide acceptor at a yield of 93%. Subsequently, the conjugation reaction was carried out using 10 μL of a reaction mixture containing 20 mM mutant GST and 200 μM Cy5.5-ADIBO in 100 mM phosphate buffer (pH 7.0) at room temperature and 100 mM NaCl. The conjugation reaction was analyzed by SDS-PAGE at different reaction times (Figures 4a and 4b).

SDS-PAGE의 형광 이미지는 Cy5.5-ADIBO가 돌연변이 GST에 효율적으로 컨쥬게이션 되었음을 보여주었다. 도 4a의 형광 이미지 및 도 4b의 쿠마시 염색 이미지에 나타난 바에 따르면, 야생형 GST를 이용하여 120 분간 동일한 컨쥬게이션 반응을 일으킨 대조군의 경우 SDS-PAGE 결과 형광이 관찰되지 않았으며, 이는 돌연변이 GST와의 컨쥬게이션 반응에서 관찰된 형광은 Cy5.5-ADIBO와 표적 단백질에 도입된 아지도 기(azido group)와의 특이적 컨쥬게이션의 결과라는 것을 의미한다. 컨쥬게이션 반응은 또한 돌연변이 GST와 120 분간 반응이 진행된 생성물에 대하여 수행된 MALDI-TOF 질량분석에 의해서도 평가되었다 (도 4c). 예측된 돌연변이 GST와 컨쥬게이션 단백질 간의 질량차는 1190 Da였고, 측정된 질량차는 1206 Da였다. 상기 질량분석 결과는 특이적 컨쥬게이션 반응이 일어났다는 것을 보여주며, 대략 80%의 돌연변이 GST가 컨쥬게이션 되었다는 것을 보여준다. Fluorescent images of SDS-PAGE showed that Cy5.5-ADIBO was efficiently conjugated to the mutant GST. As shown in the fluorescence image of FIG. 4A and the Coomassie stained image of FIG. 4B, fluorescence was not observed as a result of SDS-PAGE in the control group which had been subjected to the same conjugation reaction for 120 minutes using wild-type GST, The fluorescence observed in the reaction was the result of the specific conjugation of Cy5.5-ADIBO with the azido group introduced into the target protein. The conjugation reaction was also assessed by MALDI-TOF mass spectrometry performed on products that were reacted with the mutant GST for 120 minutes (Figure 4c). The mass difference between the predicted mutant GST and the conjugation protein was 1190 Da, and the measured mass difference was 1206 Da. The mass spectrometry results showed that a specific conjugation reaction took place and showed that approximately 80% of the mutated GSTs were conjugated.

이러한 결과는 AZF-함유 단백질이 이러한 돌연변이 단백질과 디벤조시클로옥타인 유도체의 단순한 혼합에 의하여 120 분 이내에 자리특이적인 컨쥬게이션 반응이 일어날 수 있다는 것을 보여준다.
This result shows that the AZF-containing protein can undergo a site-specific conjugation reaction within 120 minutes by simple mixing of the mutant protein and the dibenzocyclooctane derivative.

<세포 <Cell 조추출물(crude cell extract)과Crude cell extract and Cy5Cy5 .5-.5- ADIBOADIBO 의 스트레인-촉진 Strain-facilitated 아지드Azid -알카인 고리화첨가(- Alkyne cyclization addition ( SPAACSPAAC )에 의한 )On by 컨쥬게이션Conjugation 결과 분석> Results Analysis>

본 실시예에서는 SPAAC의 특이성을 시험하기 위하여, 정제된 GST-F47AZF에 대하여 수행된 컨쥬게이션 반응과 동일한 컨쥬게이션 반응이 GST-F47AZF 발현 세포로부터 준비된 세포 추출물에 대하여 수행되었다. 야생형 GST를 발현하는 세포, 돌연변이 GST (GST-F47AZF)를 발현하는 세포를 1 mM의 AZF 존재 하에 배양한 세포, 및 GST-F47AZF를 발현하는 세포를 AZF 없이 배양한 세포 각각의 세포 조추출물에 Cy5.5-ADIBO가 첨가되었다. 이 때, 각각의 세포 조추출물 10 μL, 100 mM의 NaCl 및 200 μM 의 Cy5.5-ADIBO를 포함하는 10 mM의 인산염 완충액 (pH 7.0) 혼합물 15 μL를 제조하여 이용하였다. 이후 상기 혼합물을 37℃에서 1 시간 동안 인큐베이션 한 후 SDS-PAGE를 수행하였다. In this example, to test the specificity of SPAAC, the same conjugation reaction as the conjugation reaction performed on the purified GST-F47AZF was performed on cell extracts prepared from GST-F47AZF expressing cells. Cells expressing wild-type GST, cells expressing mutant GST (GST-F47AZF) in the presence of 1 mM AZF, and cells expressing GST-F47AZF were cultured in the absence of AZF, . 5-ADIBO was added. At this time, 15 μL of a 10 mM phosphate buffer (pH 7.0) mixture containing 10 μL of each cell-cell extract, 100 mM NaCl and 200 μM Cy5.5-ADIBO was prepared and used. Thereafter, the mixture was incubated at 37 ° C for 1 hour and then subjected to SDS-PAGE.

도 5의 형광 겔 이미지 (A) 및 쿠마시 염색 겔 이미지 (B)에 나타난 바에 따르면, GST-F47AZF 발현 세포의 용해물에서는 표적 단백질과의 뚜렷한 컨쥬게이션 반응이 관찰되었으나, AZF가 없는 조건에서 배양된 GST-F47AZF 발현 세포 또는 야생형 GST 발현 세포의 용해물에서는 컨쥬게이션 반응이 관찰되지 않았다. 추가적으로 비특이적 컨쥬게이션 반응으로 인한 최소한의 배경 형광이 관찰되었는데, 이는 SPAAC는 AZF를 포함하는 표적 단백질에 특이적이라는 것을 의미한다.
As shown in the fluorescence gel image (A) and the Coomassie stained gel image (B) of FIG. 5, in the lysates of the GST-F47AZF expressing cells, a pronounced conjugation reaction with the target protein was observed. However, Conjugation reaction was not observed in the GST-F47AZF expressing cells or the wild-type GST expressing cell lysates. In addition, minimal background fluorescence due to nonspecific conjugation reactions was observed, which means that SPAAC is specific to target proteins, including AZF.

<< 컨쥬게이션Conjugation 반응의 민감도 분석> Sensitivity Analysis of Reaction>

본 실시예에서는 순차적인 희석에 따른 GST-F47AZF 와 Cy5.5-ADIBO 사이의 반응물을 분석하였다. 도 6은 GST-F47AZF와 Cy5.5-ADIBO 컨쥬게이션 반응물의 형광 스캔 겔 이미지 (상단) 및 쿠마시 염색 겔 이미지 (하단)을 보여주는 것이다. 도 6에 나타난 바에 따르면, 8 ng 내지 20 ng 정도로 적은 표지 단백질도 탐지될 수 있었다. In this example, the reactants between GST-F47AZF and Cy5.5-ADIBO according to sequential dilution were analyzed. Figure 6 shows the fluorescence scan gel image (top) and Coomassie stained gel image (bottom) of the GST-F47AZF and Cy5.5-ADIBO conjugation reagents. As shown in Fig. 6, a small amount of the label protein as low as 8 ng to 20 ng could be detected.

본원의 단백질 표지 방법이 단백질의 발현 수준 분석에도 사용될 수 있음을 입증하기 위하여, 서로 다른 L-아라비노스의 농도 하에서 GST-F47AZF의 발현이 수행되었다. GST-F47AZF 발현 세포의 용해물은 표지 시약인 Cy5.5-ADIBO로 처리되었고 이후 SDS-PAGE에 의하여 무항체 웨스턴 블롯 분석되었다 (도 7). In order to demonstrate that the protein labeling method of the present invention can be used for the analysis of protein expression levels, expression of GST-F47AZF was carried out under different concentrations of L-arabinose. The lysates of GST-F47AZF expressing cells were treated with the labeling reagent Cy5.5-ADIBO and then analyzed by anti-body Western blotting by SDS-PAGE (Fig. 7).

도 7에 나타난 바에 따르면, 주어진 L-아라비노스 농도에 근거하여 예측되었던 발현 수준에 상응하는 뚜렷한 차이가 나타났다. 비교하여 보면, 형광 및 쿠마시 염색 겔 이미지에서는 동일한 발현 패턴이 관찰되었다. 이러한 결과에 따르면, 본원의 단백질 표지 방법을 이용한 단백질 발현 수준 분석이 항체 기반의 웨스턴 블롯 만큼 민감도가 높지는 않으나 (화학 발광 기질 사용시 일반적으로 0.1 ng까지 탐지 가능), 쿠마시 염색보다 훨씬 민감도가 높으며 특이성 역시 우수하다는 것을 검증하였다.
As shown in Figure 7, there was a pronounced difference corresponding to the predicted expression level based on the given L-arabinose concentration. By comparison, the same expression patterns were observed in fluorescence and Coomassie stained gel images. These results indicate that the protein expression level analysis using the protein labeling method of the present invention is not as sensitive as the antibody-based Western blot (generally detectable up to 0.1 ng when using a chemiluminescent substrate), but is much more sensitive than Coomassie staining And the specificity was also excellent.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.
It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention .

Claims (20)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 표적 단백질(target protein)에 포함된 아미노산을 아지드(azide) 기-함유 비천연 아미노산에 의해 치환하는 단계;
시클로알키닐 기를 포함하는 표지 시약(labeling reagent)에 함유된 상기 시클로알키닐 기와 상기 아지드 기-함유 비천연 아미노산인 N6-[(2-아지도에톡시)카보닐]-l-리신에 포함된 아지드 기 사이의 컨쥬게이션(conjugation) 반응을 통하여 상기 표지 시약에 의하여 상기 표적 단백질을 표지하는 단계; 및
상기 표지된 표적 단백질을 정제하는 단계
를 포함하는, 단백질의 분석 방법.
Replacing the amino acid contained in the target protein with an azide group-containing unnatural amino acid;
(2-azidethoxy) carbonyl] -l-lysine, which is an azido group-containing unnatural amino acid, contained in the labeling reagent containing a cycloalkynyl group and the above-mentioned cycloalkynyl group Labeling the target protein with the labeling reagent through a conjugation reaction between azide groups; And
Purifying the labeled target protein
/ RTI &gt; of the protein.
제 12 항에 있어서,
정제된 상기 표적 단백질을 정량 분석 또는 정성 분석하는 것을 추가로 포함하는, 단백질의 분석 방법.
13. The method of claim 12,
Further comprising quantitatively or qualitatively analyzing the purified target protein.
염료, 및 시클로알키닐 기-함유 화합물을 반응시켜 형성되는 표지 시약(labeling reagent)을 포함하며,
상기 표지 시약에 함유된 상기 시클로알키닐 기와, 아지드 기-함유 비천연 아미노산을 포함하는 표적 단백질(target protein)의 상기 아지드 기가 컨쥬게이션 반응을 일으킴으로써 상기 표적 단백질을 표지한 후 상기 표지된 표적 단백질을 정제하여 상기 표적 단백질을 분석하기 위하여 사용되는,
단백질 분석용 조성물.
A dye, and a labeling reagent formed by reacting a cycloalkynyl group-containing compound,
The azido group of the target protein comprising the cycloalkynyl group contained in the labeling reagent and the azide group-containing unnatural amino acid causes a conjugation reaction to thereby label the target protein, The target protein is used to purify the target protein and to analyze the target protein.
Composition for protein analysis.
제 14 항에 있어서,
상기 시클로알키닐 기는 헤테로 원자를 함유할 수 있는 것인, 단백질 분석용 조성물.
15. The method of claim 14,
Wherein the cycloalkynyl group may contain a heteroatom.
제 14 항에 있어서,
상기 시클로알키닐 기는, 시클로옥티닐 기를 포함하는 것인, 단백질 분석용 조성물.
15. The method of claim 14,
Wherein the cycloalkynyl group comprises a cyclooctynyl group.
제 14 항에 있어서,
상기 시클로알키닐 기-함유 화합물은 디벤조시클로옥타인, 또는 디벤조시클로옥타인 유도체를 포함하는 것인, 단백질 분석용 조성물.
15. The method of claim 14,
Wherein the cycloalkynyl group-containing compound comprises dibenzocyclooctane, or a dibenzocyclooctane derivative.
제 14 항에 있어서,
상기 표지 시약은 Cy5.5-결합 아자-디벤조시클로옥타인(Cy5.5-linked aza-dibenzocyclooctyne, Cy5.5-ADIBO)을 포함하는 것인, 단백질 분석용 조성물.
15. The method of claim 14,
Wherein the labeling reagent comprises a Cy5.5-linked aza-dibenzocyclooctane (Cy5.5-ADIBO).
제 14 항에 있어서,
상기 컨쥬게이션 반응은 상기 시클로알키닐 기와 상기 비천연 아미노산에 포함된 아지드 기 사이의 스트레인-촉진 아지드-알카인 고리화첨가(strain-promoted azide-alkyne cycloaddition, SPAAC)에 의해 수행되는 것인, 단백질 분석용 조성물.
15. The method of claim 14,
Wherein the conjugation reaction is carried out by a strain-promoted azide-alkyne cycloaddition (SPAAC) between the cycloalkynyl group and the azide group contained in the unnatural amino acid , Composition for protein analysis.
제 14 항에 있어서,
상기 염료는 방사성 물질, 형광 염료, 또는 생체 염료를 포함하는 것인, 단백질 분석용 조성물.
15. The method of claim 14,
Wherein the dye comprises a radioactive substance, a fluorescent dye, or a biological dye.
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Bioconjugate Chemistry, 2012; 23(11): 2256-2261. (2012.10.5.) *
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