KR101475744B1 - cell-penetrating peptide - Google Patents
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Abstract
본 발명은 누에 체액 단백질로부터 유래한 세포 투과 펩타이드(cell-penetrating peptide)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 누에 체액 30K 단백질 에서 유래한 세포 투과 펩타이드(cell-penetrating peptide) 또는 이를 포함하는 복합체에 관한 것이다.The present invention relates to a cell-penetrating peptide derived from a silkworm fluid protein, and more particularly to a cell-penetrating peptide derived from a silkworm fluid 30K protein or a complex comprising the same .
Description
본 발명은 세포 투과 펩타이드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 누에 체액 30K 단백질로부터 유래한 세포 투과 펩타이드(cell-penetrating peptide) 또는 이를 포함하는 복합체에 관한 것이다.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a cell permeable peptide, and more particularly, to a cell-penetrating peptide derived from a
약물 전달에 있어서 치료 분자(therapeutic molecule)의 세포내 전달(intracellular delivery)은 매우 중요하다. 세포질, 핵, 리소솜 및 미토콘드리아와 같은 세포내 소기관내에서 약물이 치료 효과를 발휘하기 위해서는 이들이 세포막을 통과하여야 한다. 그러나, 단백질이나 핵산과 같은 거대한 친수성 치료 시약은 세포내에 들어갈 수가 없다. In drug delivery, intracellular delivery of therapeutic molecules is very important. In order for the drug to exert its therapeutic effect in intracellular organelles such as cytoplasm, nucleus, lysosome and mitochondria, they must pass through the cell membrane. However, immense hydrophilic therapeutic agents such as proteins and nucleic acids can not enter the cell.
이와 같은 문제를 해결하기 위한 대안중에 하나가 세포질막을 통과 할 수 있는 펩타이드 서열을 이용하는 “펩타이드 기반 전달시스템(peptide-based delivery system)”이다. 이 시스템은 1988년에 세포막을 통과 할 수 있는 HIV (Human Immunodeficiency Virus)의 TAT (TransActivator of Transcription) 부분으로부터 발견되었다. 그 이후로 1994년에 세포막을 통과 할 수 있는 Antennapediahomeodomain, pAnt의 세번째 helix로부터도 발견된 바 있다. 그 이후로 몇몇 펩타이드들이 세포내로 들어간다는 사실이 밝혀지고 이들 펩타이드를 세포 투과성 펩타이드(cell-penetrating peptide: CPP)라고 부르게 되었다. One solution to this problem is a " peptide-based delivery system " that utilizes peptide sequences that can cross the cytoplasmic membrane. This system was discovered in 1988 from the TransActivator of Transcription (TAT) part of HIV (Human Immunodeficiency Virus) that can pass through the cell membrane. Since then, it has been found in Antennapediahomeodomain, the third helix of pAnt, that can pass through the cell membrane in 1994. Since then, it has been found that some peptides enter cells, and these peptides are called cell-penetrating peptides (CPP).
이러한 세포 투과성 펩타이드(cell-penetrating peptide: CPP)의 공통적인 특징은 아르기닌 또는 리신과 같은 염기성 서열을 다량 포함하고, 높은 양전하를 띄는 8-16개의 아미노산으로 이루어진 PTD(protein transduction domain)라는 특정 서열을 가진다는 점이다. A common feature of such a cell-penetrating peptide (CPP) is that it contains a large number of basic sequences such as arginine or lysine, and a specific sequence called PTD (protein transduction domain) consisting of 8-16 amino acids with high positivity I have to have.
세포 투과성 펩타이드(cell-penetrating peptide: CPP)의 세포 투과 과정은 현재까지 논의 중이나, 특정 수용체와 관련이 없고, endocytic pathway와 무관하므로 4℃에서도 세포내로 투과가 되는, 특별히 에너지가 필요하지 않는 과정이라고 알려져 있다. Cell permeation of cell-penetrating peptide (CPP) is currently under discussion, but it is not related to specific receptors and is independent of the endocytic pathway. It is known.
세포 투과성 펩타이드(cell-penetrating peptide: CPP)를 이용한 세포내 전달은 양이온성 지질 또는 polyethyleneimine (PEI)를 이용한 시스템 보다 펩타이드 서열의 변형이 가능하므로 여러 부위의 세포내 sub domain에 운반이 가능하고, cargo(세포내 운반하고자 하는 물질)의 여러가지 형태를 운반 할 수 있다는 여러가지 장점을 가지고 있다.Intracellular delivery using cell-penetrating peptide (CPP) can be carried out in subcellular regions of various sites, as the peptide sequence can be modified more than cationic lipid or polyethyleneimine (PEI) (The substance to be transported intracellularly).
누에 체액은 베큘로바이러스 발현 시스템에서 배지에 첨가되면 숙주 세포의 아포토시스(apoptosis)를 억제하여, 숙주 세포의 생존률을 증가 시킨다. 본 연구자들은 누에 체액이 곤충 세포뿐만 아니라, 포유 동물이나 인간 세포에서도 바이러스나 각종 화학 물질들에 의해 유도되는 아포토시스(apoptosis)를 억제하고, 세포의 생장과 생산성을 증대시키는 것을 확인 하였다.The silkworm fluid, when added to the medium in the baculovirus expression system, inhibits the apoptosis of the host cell and increases the survival rate of the host cell. The authors confirmed that silkworm fluid suppresses apoptosis induced by viruses and various chemical substances in insect cells as well as mammalian and human cells, and increases cell growth and productivity.
누에 체액 내에 특별히 아포토시스를 억제하는 효과를 가지는 물질은 약 30kDa의 단백질 군인 30K 단백질이다. 30K 단백질은 구조적으로 유사성을 가지는 일련의 단백질 군으로 분자량 뿐만 아니라 아미노산의 서열이 유사한 5개의 하위 단백질로 구성되어 있다. A substance having an effect of specifically suppressing apoptosis in silkworm fluid is a 30K protein, which is a protein group of about 30 kDa. The 30K protein is a group of structurally similar proteins that consist of five sub proteins with similar molecular weight as well as similar amino acid sequences.
본 연구자들은 또한, 30Kc19는 30K 단백질 내에서 가장 많은 부분을 차지하는 하위 단백질로 30Kc19 또한 곤충세포나 포유동물 세포의 아포토시스를 억제하고, EPO(erythropoietin)를 생산하는 CHO cell 시스템에 적용하였을 때 EPO의 생산량을 증대시키는 것뿐 아니라, 시아릴전달효소(sialyltransferase)의 활성을 증대시켜, 당단백질의 시알산의 함량을 높여 양질의 유용한 단백질을 생산하도록 하는 것을 확인하였다.In addition, 30Kc19 is the most abundant protein in the 30K protein. 30Kc19 also suppresses the apoptosis of insect cells and mammalian cells. When applied to a CHO cell system producing EPO (erythropoietin), the production of EPO (Sialyltransferase) activity, thereby increasing the content of sialic acid in the glycoprotein and producing a useful protein of high quality.
일반적으로 동물세포는 지질이중층(lipid bilayer)이라는 소수성을 띄는 세포막을 가지고 있어, 펩타이드, 단백질, 뉴클레오타이드, 리포좀 등이 세포막을 투과해 세포내로 이동하는 것이 거의 불가능하다. 하지만 본 발명자들의 연구 결과 흥미롭게도 30Kc19 는 동물세포이면서도 세포막을 투과하여 세포 내부로 이동하는 특성을 가지는 것을 알아내었다. 또한, 세포 내부에 위치하여 세포 내 효소의 활성이 저하되는 것을 억제시켜 주고, 미토콘드리아의 활성을 높여 ATP의 생산량을 증대시켜 주는 것을 확인한 바 있다.
In general, animal cells have hydrophobic membranes called lipid bilayers, and it is almost impossible for peptides, proteins, nucleotides, and liposomes to permeate through cell membranes and migrate into cells. However, the inventors of the present invention have found that 30Kc19 is an animal cell and has a property of permeating the cell membrane and moving into the cell. In addition, it has been confirmed that it is located inside the cell to inhibit degradation of the activity of the intracellular enzyme and increase the activity of mitochondria to increase the production of ATP.
본 발명은 누에 체액 단백질인 30K 단백질이 세포 내부로 이동하는 특성을 가지는 것을 알아내고, 이러한 누에 체액 단백질로부터 새로운 구조의 세포 투과 펩타이드(cell-penetrating peptide)를 제공하는 것을 목적으로 한다.
It is an object of the present invention to find out that a 30K protein of a silkworm fluid protein has a property of migrating into a cell, and to provide a cell-penetrating peptide of a new structure from such a silkworm solution protein.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 다음과 같은 일반식으로 나타내어지는 연속적인 아미노산을 포함하는 세포 투과 펩타이드(cell-penetrating peptide)를 제공한다. Disclosure of the Invention In order to solve the above problems, the present invention provides a cell-penetrating peptide comprising a continuous amino acid represented by the following general formula.
B1-B2- ... -Bn -1-Bn (n≥13)B 1 -B 2 - ... -B n -1 -B n ( n 13)
상기 일반식에서, B1은 Val 이고, B13은 Cys 이며, B1과 B13을 제외한 아미노산은 서로 독립적으로 Ala, Asx, Cys, Asp, Glu, Phe, Gly, His, Ile, Lys, Leu, Met, Asn, Pro, Gln, Arg, Ser, Thr, Val, Trp, Tyr, Glx으로 구성된 군으로부터 선택되는 아미노산을 포함하는 것을 특징으로 한다. In the above general formula, B 1 is Val, B 13 is Cys, and the amino acids except B 1 and B 13 are independently selected from Ala, Asx, Cys, Asp, Glu, Phe, Gly, His, Ile, Lys, Leu, Met, Asn, Pro, Gln, Arg, Ser, Thr, Val, Trp, Tyr and Glx.
본 발명에서 사용된 아미노산 서열은 IUPAC-IUB 명명법에 따라 다음 표 1에서와 같이 약어로 기재하였다.The amino acid sequences used in the present invention are abbreviated according to the IUPAC-IUB nomenclature as shown in Table 1 below.
sign
본 발명의 세포 투과 펩타이드(cell-penetrating peptide)에 있어서, 상기 n 은 13인 것을 특징으로 한다. In the cell-penetrating peptide of the present invention, n is 13.
본 발명의 세포 투과 펩타이드(cell-penetrating peptide)에 있어서, 상기 B2 는 Val 인 것을 특징으로 한다.In the cell-penetrating peptide of the present invention, B 2 is characterized by being Val.
본 발명의 세포 투과 펩타이드(cell-penetrating peptide)에 있어서, 상기 B3, B8, B9, 및 B12 는 모두 동일한 펩타이드 인 것을 특징으로 한다.In the cell-penetrating peptide of the present invention, B 3 , B 8 , B 9 , and B 12 are all the same peptides.
본 발명의 세포 투과 펩타이드(cell-penetrating peptide)에 있어서, 상기 B4, B7, 및 B10는 염기성 (basic) 아미노산인 것을 특징으로 한다. 상기 염기성 아미노산으로서 모든 염기성 아미노산이 가능하며, 특히, 리신(Lys), 아르기닌(Arg) 또는 히스티딘(His) 등이 바람직하다.In the cell-penetrating peptide of the present invention, B 4 , B 7 , and B 10 are basic amino acids. As the basic amino acid, all basic amino acids are possible, and in particular, lysine, arginine (Arg), histidine (His) and the like are preferable.
본 발명의 세포 투과 펩타이드(cell-penetrating peptide)에 있어서, 상기 B1, B2, B5, B6, 및 B11는 소수성 (hydrophobic) 아미노산인 것을 특징으로 한다. 상기 소수성 아미노산으로서 모든 소수성 아미노산이 가능하며, 특히, 알라닌(Ala), 발린(Val), 루신(Leu), 또는 이소루신(Ile) 등이 바람직하다.In the cell-penetrating peptide of the present invention, B 1 , B 2 , B 5 , B 6 , and B 11 are hydrophobic amino acids. As the hydrophobic amino acid, all hydrophobic amino acids are possible, and in particular, alanine (Ala), valine (Val), leucine (Leu), or isoleucine (Ile) are preferable.
본 발명의 세포 투과 펩타이드(cell-penetrating peptide)에 있어서, 상기 펩타이드는 10~20%의 아미노산이 양이온성인 것을 특징으로 한다. 세포외막이 음전하를 많이 띠고 있기 때문에 펩타이드가 세포막에 쉽게 접착할 수 있도록 하기 위해 세포투과 펩타이드 아미노산의 10 내지 20% 가 양이온성 아미노산인 것이 바람직하다. In the cell-penetrating peptide of the present invention, the peptide is characterized in that 10 to 20% of the amino acids are cationic. Since the extracellular membrane is highly negatively charged, it is preferable that 10 to 20% of the cell permeation peptide amino acid is a cationic amino acid so that the peptide can easily adhere to the cell membrane.
상기 양이온성 아미노산은 리신, 아르기닌, 히스티딘 및 오르니틴 중에서 선택하는 것이 가능하다. The cationic amino acid can be selected from lysine, arginine, histidine and ornithine.
본 발명의 세포 투과 펩타이드(cell-penetrating peptide)에 있어서, 바람직하게는 B6와 B7이 양이온성 아미노산인 것이 바람직하며, 상기 B6은 소수성 아미노산인 이소루신이고, 상기 B7은 염기성 아미노산인 아르기닌인 것을 특징으로 한다.In the cell-penetrating peptide of the present invention, it is preferable that B 6 and B 7 are cationic amino acids, B 6 is isoleucine which is a hydrophobic amino acid, B 7 is a basic amino acid Arginine.
본 발명의 세포 투과 펩타이드(cell-penetrating peptide)에 있어서, 상기 펩타이드는 나선-고리-나선 구조 모티브(Helix-Loop-Helix motif)를 가지는 것을 특징으로 한다.In the cell-penetrating peptide of the present invention, the peptide is characterized by having a Helix-Loop-Helix motif.
본 발명의 세포 투과 펩타이드(cell-penetrating peptide)는 누에 체액 단백질로부터 유래하는 것을 특징으로 한다.
The cell-penetrating peptide of the present invention is characterized in that it is derived from a silkworm protein.
본 발명의 세포 투과 펩타이드(cell-penetrating peptide)는 서열 번호 1 내지 4를 포함하는 것을 특징으로 한다.The cell-penetrating peptide of the present invention is characterized in that it comprises SEQ ID NOS: 1-4.
서열 번호 1 - VVNKLIRNNKMNC SEQ ID NO: 1 - VVNKLIRNNKMNC
서열 번호 2 - NVVNKLIRNNKMNC SEQ ID NO: 2 - NVVNKLIRNNKMNC
서열 번호 3 - TNVVNKLIRNNKMNC SEQ ID NO: 3 - TNVVNKLIRNNKMNC
서열 번호 4 - ITNVVNKLIRNNKMNC SEQ ID NO: 4 - ITNVVNKLIRNNKMNC
본 발명의 세포 투과 펩타이드(cell-penetrating peptide)에 있어서, 상기 펩타이드의 말단에는 세포내 운반 대상의 카고(cargo)가 추가적으로 결합되는 것이 가능하다. In the cell-penetrating peptide of the present invention, it is possible that cargo of an intracellular carrier is additionally bound to the terminal of the peptide.
본 발명의 세포 투과 펩타이드(cell-penetrating peptide)에 있어서, 상기 카고(cargo) 분자가 펩타이드에 공유 결합 또는 비-공유결합되는 것을 특징으로 한다.In the cell-penetrating peptide of the present invention, the cargo molecule is covalently or non-covalently bound to the peptide.
본 발명의 세포 투과 펩타이드(cell-penetrating peptide)에 있어서, 상기 운반 대상 카고(cargo)는 핵산, 아미노산, 펩타이드, 폴리펩타이드, 탄수화물, 지질 및 소분자 그리고 이들 중 임의의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
In the cell-penetrating peptide of the present invention, the cargo to be transported is characterized by comprising a nucleic acid, an amino acid, a peptide, a polypeptide, a carbohydrate, a lipid and a small molecule, and a mixture of any of them .
본 발명에 의한 누에 체액 단백질로부터 유래한 세포 투과 펩타이드(cell-penetrating peptide)는 세포 막을 투과하는 성질을 가지고 있어서, 결합된 외래 물질(cargo 분자)을 세포 내로 효과적으로 이동시켜, 세포내부로 물질전달을 위한 도구로 사용될 수 있다.
The cell-penetrating peptide derived from the silkworm protein according to the present invention has a property of permeating through the cell membrane, thereby effectively transferring the bound foreign substance (cargo molecule) into the cell, Can be used as a tool.
도 1은 Insilicogen 社의 CLC protein workbench 프로그램을 이용하여 30Kc19의 단백질의 2차 구조를 예측하여 분석한 결과 이다.
도 2는 Pasteur 연구소에서 제공하는 software를 사용하여 30Kc19의 단백질의 표면전하를 예측한 결과이다.
도 3은 insilicogen 社의 CLC protein workbench 프로그램을 이용하여 30Kc19의 단백질의 소수성(hydrophobicity)을 예측한 결과이다.
도 4는 Cornell University CBSU (Computational Biology Service Unit) 연구소의 LOOPP (Learning, Observing and Outputting Protein Patterns) 프로그램을 이용하여 30Kc19의 단백질의 용매 접근성 (solvent accessibility)을 예측한 결과이다.
도 5는 분광형광계(spectrofluorometer)를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 FITC-펩타이드의 형광 강도(fluorescence intensity)를 측정한 결과를 나타낸다.
도 6 내지 도 11은 공초점현미경(confocal microscope)를 이용하여 관찰한 본 발명의 실시예에 따른 펩타이드의 세포 투과 반응 결과를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 FITC-펩타이드를 사이토칼라신 B와 수크로스로 처리하기 전후의 세포내 투과 정도를 측정하기 위해 분광형광계(spectrofluorometer)를 이용하여 형광 강도(fluorescence intensity)를 측정한 결과를 나타낸다.
도 13은 GFP가 부착된 30Kc19와 30Kc19 CPP의 세포 침투 양상을 형광 현미경(fluorescence microscope)과 공초점 현미경(confocal microscope)을 이용하여 세포 내의 형광을 확인한 결과를 나타낸다.
도 14는 HeLa 세포에 상기 (GFP-실시예 12의 펩타이드) 및 비교예의 단백질을 4시간 동안 처리한 후, 형광 현미경(fluorescence microscope)을 이용하여 세포 내의 형광을 확인한 결과를 나타낸다. Fig. 1 shows the result of analysis of the secondary structure of 30Kc19 protein using the CLC protein workbench program of Insilicogen.
FIG. 2 shows the result of predicting the surface charge of 30Kc19 protein using the software provided by Pasteur Laboratories.
Figure 3 shows the hydrophobicity of 30Kc19 protein using the CLC protein workbench program of insilicogen.
FIG. 4 is a result of estimating the solvent accessibility of proteins of 30Kc19 using the LOOPP (Program of Observing and Outputting Protein) program of Cornell University Computational Biology Service Unit (CBSU).
FIG. 5 shows fluorescence intensity of a FITC-peptide according to an embodiment of the present invention using a spectrofluorometer.
FIGS. 6 to 11 show the results of a cell permeation reaction of a peptide according to an embodiment of the present invention observed using a confocal microscope.
FIG. 12 is a graph showing fluorescence intensities measured using a spectrofluorometer to measure the intracellular permeability before and after treatment of FITC-peptide according to the present invention with cytochalasin B and sucrose .
Fig. 13 shows the result of confirming the intracellular fluorescence of a cell infiltration pattern of 30Kc19 and 30Kc19 CPP with GFP attached using a fluorescence microscope and a confocal microscope.
Fig. 14 shows the result of confirming intracellular fluorescence using a fluorescent microscope after HeLa cells were treated with the above (GFP-peptide of Example 12) and the protein of the comparative example for 4 hours.
이하에서는 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 아래 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples.
<< 실시예Example > 누에 체액 단백질로부터 세포투과 > Cell permeation from silkworm fluid protein 펩타이드Peptides 디자인 design
서열이 알려진 누에 체액 단백질인 30Kc19 로부터 CPP 특성을 나타내는 펩타이드 부분을 분리하기 위해 일반적으로 세포 투과 펩타이드(cell-penetrating peptide)에 대해 요구되는 아래의 특성을 만족하는 부분을 컴퓨터 프로그램을 이용하여 예측하였다. In order to isolate the CPP-expressing peptide portion from 30Kc19, a silkworm protein of known sequence, a portion satisfying the following characteristics required for a cell-penetrating peptide was predicted using a computer program.
i)나선 고리 나선 구조 모티브 (Helix-Loop-Helix motif)i) Helix-Loop-Helix motif
ii)양전하 표면 (positive surface charge)ii) Positive surface charge
iii)소수성(hydrophobic)iii) hydrophobic
iv)용매 접근성 (solvent accessibility)
iv) Solvent accessibility
상기 i) 내지 iv)에 대한 컴퓨터 프로그램 예측 결과를 각각 도 1 내지 도 4에 나타내었다. 상기 i) 내지 iv)의 특징을 모두 가지는 17가지 부분의 펩타이드를 아래 표 2에서와 같이 디자인하였다. The computer program predictions for i) to iv) above are shown in FIGS. 1 to 4, respectively. Seventeen portions of peptides having all of the features of i) to iv) above were designed as shown in Table 2 below.
<< 실험예Experimental Example 1> 형광분광계( 1> Fluorescence spectrometer ( spectrofluorometer스펙트로fluorometre )를 이용한 ) 펩타이드의Of peptide 세포 내 투과 정도 측정 Intracellular permeability measurement
상기 실시예에서 디자인된 17개의 펩타이드들의 세포 내로의 투과 실험에는 세포주(cell line) 로는 HEK 239 혹은 HeLa가 사용되었다. HEK 239 or HeLa was used as a cell line for the experiment of permeation of 17 peptides designed in the above example into cells.
HEK 293과 HeLa는 10% FBS(fetal bovine serum)이 포함된 DMEM(Dulbecco's Modified Eagle's Medium)을 사용하여 37℃, 5% CO2 가 포함된 인큐베이터에서 배양한 후, 상기 표 1의 펩타이드들이 200 mM 농도로 포함된 배양 배지를 제조하고, 상기 세포들을 37℃ 조건으로 배양하였다. HEK 293 and HeLa were cultured in an incubator containing 5% CO 2 at 37 ° C using DMEM (Dulbecco's Modified Eagle's Medium) containing 10% FBS (fetal bovine serum) Was prepared, and the cells were cultured at 37 캜.
상기 실시예에서 디자인된 17개의 펩타이드들의 HEK 239 세포내로의 투과 정도를 형광분광계(spectrofluorometer)를 이용하여 측정하고 그 결과를 도 5 에 나타내었다. 도 5에서 실시예 1,2, 6, 7, 14 및 15의 펩타이드의 경우 세포내 투과성이 우수하게 측정되었다.
The permeability of the 17 peptides designed in the above example into HEK 239 cells was measured using a spectrofluorometer and the results are shown in FIG. In FIG. 5, the peptides of Examples 1, 2, 6, 7, 14 and 15 have excellent intracellular permeability.
<< 실험예Experimental Example 2> 2> 공초점현미경(confocal microscopy)를Confocal microscopy 이용한 Used 펩타이드의Of peptide 세포 내 투과 정도 측정 Intracellular permeability measurement
실시예 1 내지 17의 17개의 FITC-펩타이드 중에서 상기 실험예 1의 형광분광계 (spectrofluorometer)를 이용한 FITC-펩타이드의 세포 내 투과 정도가 높게 측정된 6개 실시예(실시예 1,2, 6, 7, 14, 15)의 FITC-펩타이드를 선택하였다. Among the 17 FITC-peptides of Examples 1 to 17, six examples (Examples 1, 2, 6, and 7) in which the degree of intracellular penetration of the FITC-peptide using the fluorescence spectrometer of Experimental Example 1 was high , 14, 15) FITC-peptide was selected.
이와 같이 선택된 6개의 실시예의 FITC-펩타이드에 대해서 공초점 현미경을 이용하여 세포 내부로의 투과 정도를 세포 내부에서의 형광 정도로 측정하였다. The FITC-peptides of the six examples thus selected were measured for the degree of fluorescence inside the cells using a confocal microscope.
HeLa 세포에 10 mM의 농도로 상기 FITC-펩타이드를 첨가하고 일정 시간 배양한 뒤, PBS로 3회 세척하였다. 상기 세척된 세포의 핵을 염색하기 위한 Hoechst 33342 를 10분간 처리한 후 공초점현미경(Nikon사, 일본)을 이용해 세포를 관찰하고, 그 결과를 도 6 내지 도 11에 나타내었다. 도 6 내지 도 11에서 보는 바와 같이 실시예 1,2, 6, 7 에서는 세포 투과 반응이 나타나지 않고, 펩타이드가 세포 외부에 뭉쳐있는 것이 관찰되었으나, 실시예 14, 15에서는 세포 투과 반응을 나타내어 세포 내부에서도 형광물질이 검출되었다.
The FITC-peptide was added to the HeLa cells at a concentration of 10 mM, and the cells were incubated for a predetermined time and washed three times with PBS.
<< 실험예Experimental Example 3> 3> 펩타이드의Of peptide 세포 내 투과 메커니즘 측정 Measurement of intracellular permeation mechanism
상기 실험예 2에서 투과율이 높게 측정된 상기 실시예 14, 15의 펩타이드의 세포 내 투과 메커니즘을 알아보기 위해 사이토칼라신 B와 수크로스로 처리하기 전후의 세포내 투과 정도를 형광분광계 현미경을 이용하여 측정하고, 그 결과를 도 12에 나타내었다. In order to examine the intracellular permeation mechanism of the peptides of Examples 14 and 15, which were measured with high transmittance in Experimental Example 2, intracellular permeability before and after treatment with cytokalase B and sucrose was measured using a fluorescence spectrometer And the results are shown in Fig.
도 12에서 실시예 14, 15의 펩타이드는 사이토칼라신 B와 수크로스로 처리한 경우 세포내 투과 정도가 감소하지만 여전히 세포내 투과가 일어나며, microfilament 의 붕괴 및 macropinocytosis가 관찰되는 것으로 보아 실시예 14, 15의 펩타이드의 세포 침투에 관여를 하는 것 같아 보이고, 또한 clathrin 매개엔도시토시스가 실시예 14, 15의 펩타이드의 세포 침투에 관여하는 것을 확인할 수 있다.
In FIG. 12, peptides of Examples 14 and 15 showed intracellular penetration, microfilament collapse and macropinocytosis, although the degree of intracellular permeability was decreased when treated with cytokalase B and sucrose. 15 peptides, and that clathrin-mediated cytotoxins are involved in the cell infiltration of the peptides of Examples 14 and 15.
<< 실험예Experimental Example 4> 4> GFPGFP -30-30 Kc19Kc19 CPPCPP 융합 단백질의 생산 및 세포 투과 효과 분석 Fusion protein production and cell permeation effect analysis
일반적으로 세포 내부로 전달되지 못하는 거대 물질인 카고를 결합시켜 본 발명의 펩타이드가 외부 거대 물질을 세포 내로 전달시킬 수 있는지 분석하였다. In general, cargo, which is a large substance which can not be transferred into the cell, is bound to analyze whether the peptide of the present invention can transfer an external large molecule into a cell.
본 실험예에서는 카고인 외래 단백질로서 형광을 띠는 GFP를 선정하고, 펩타이드로는 상기 실험예 3에서 세포 침투 효과를 나타낸 실시예 14의 펩타이드의 말단에 아미노산이 추가로 결합되어 있는 실시예 12의 펩타이드를 이용하여 외래 단백질로서 형광을 띠는 GFP와 펩타이드가 결합된 (GFP-실시예 12의 펩타이드)를 다음과 같이 제조하였다. In this Experimental Example, fluorescently-labeled GFP was selected as a cargo-exogenous protein, and as a peptide, in Example 12 in which amino acid was further bonded to the end of the peptide of Example 14 showing the cell penetration effect in Experimental Example 3 A peptide (GFP-peptide of Example 12), in which GFP and a peptide were fluorescently attached as an exogenous protein, was prepared as follows.
상기 실시예 12의 펩타이드의 유전자를 pET23a 벡터(Novagen사)에 EcoR I과 XhoI 부위에 삽입하고 라이게이션(ligation)하여 벡터를 얻었다. The gene of the peptide of Example 12 was inserted into a pET23a vector (Novagen) at EcoRI and XhoI sites and ligated to obtain a vector.
상기 벡터에 GFP 유전자를 BamH I과 EcoR I 부위에 삽입하고 ligation 하여 융합 단백질을 생산하기 위한 플라스미드를 완성하였다. 상기 플라스미드를 사용하여 형질전환된 대장균BL21(DE3) 균주를 LB 배지에서 배양한 후, 1 mM의 이소프로필-베타-디-티오칼락토피라노시드(isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside :IPTG)를 첨가하여 6시간 동안 30℃에서 배양함으로써, GFP가 실시예 12의 펩타이드의 유전자의 N-말단에 결합한 GFP-펩타이드 융합 단백질을 생산하였다. 그 후, 원심분리를 통해 모은 세포를 음파 파쇄하였다. 이 때, 생산된 융합 단백질은 GFP의 카르복실말단에 상기 실시예 12의 펩타이드가 결합되어 있고, 상기 펩타이드의 카르복실 말단에 정제를 용이하게 하기 위한 히스티딘 태그를 결합시켜 생산하였다. The GFP gene was inserted into the BamH I and EcoR I sites of the vector and ligation was performed to complete the plasmid for producing the fusion protein. The E. coli strain BL21 (DE3) transformed with the above plasmid was cultured in LB medium, and 1 mM isopropyl-beta-D-thiogalactopyranoside (IPTG) was added And then cultured at 30 캜 for 6 hours to produce a GFP-peptide fusion protein in which GFP was bound to the N-terminus of the gene of the peptide of Example 12. Thereafter, the cells collected through centrifugation were sonicated. At this time, the produced fusion protein was produced by binding the peptide of Example 12 to the carboxyl terminal of GFP and binding a histidine tag to the carboxyl terminal of the peptide to facilitate purification.
상기 파쇄액을 원심분리하여 얻은 상층액을 HisTrap HP column(GE Health care)을 사용하여 (GFP-실시예 12의 펩타이드)를 정제하였다. 상기 정제한 (GFP-실시예 12의 펩타이드)를 Tris-HCl (pH 8)로 완충액 교환을 하여 보관한 뒤 실험에 사용하였다.The supernatant obtained by centrifuging the above-mentioned disruption solution was purified by using HisTrap HP column (GE Health care) (GFP-peptide of Example 12). The purified (GFP-peptide of Example 12) was buffer exchanged with Tris-HCl (pH 8), stored and used in the experiment.
비교예로서 30Kc19 전체 단백질, GFP, 및 GFP-30Kc19 전체 단백질을 사용하였다. (GFP-30Kc19 전체 단백질)은 상기 펩타이드 대신에 30Kc19 단백질을 이용하는 것을 제외하고는 상기와 동일한 방법으로 제조하였다. 도 13에 실험에 사용된 단백질의 구조를 나타내었다. As a comparative example, 30Kc19 whole protein, GFP, and GFP-30Kc19 whole protein were used. (GFP-30Kc19 whole protein) was prepared in the same manner as above except that 30Kc19 protein was used instead of the peptide. Fig. 13 shows the structure of the protein used in the experiment.
HeLa 세포에 상기 (GFP-실시예 12의 펩타이드) 및 비교예의 단백질을 4시간 동안 처리한 후, 형광 현미경(fluorescence microscope)을 이용하여 세포 내의 형광을 확인한 결과를 도 14에 나타내었다. 도 14에서 (GFP-실시예 12의 펩타이드)의 경우 세포 내부에 펩타이드가 투과된 상태를 확인할 수 있다. The result of treating the above (GFP-peptide of Example 12) and the protein of Comparative Example for 4 hours in HeLa cells and confirming the fluorescence in the cells using a fluorescence microscope is shown in Fig. In Fig. 14 (GFP-peptide of Example 12), it can be confirmed that the peptide is permeated into the cell.
<110> seoul national university
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Val Val Asn Lys Leu Ile Arg Asn Asn Lys
Claims (15)
A cell-penetrating peptide comprising one peptide selected from the four peptides consisting of the amino acid sequences of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 4.
상기 펩타이드는 나선 고리 나선구조 모티브(Helix-Loop-Helix motif)를 가지는 것을 특징으로 하는 세포 투과 펩타이드.
The method according to claim 1,
Wherein the peptide has a Helix-Loop-Helix motif.
상기 펩타이드는 누에 체액 단백질로부터 유래한 것인 세포 투과 펩타이드.
The method according to claim 1,
Wherein the peptide is derived from a silkworm protein.
상기 펩타이드의 말단에는 세포내 운반 대상의 카고가 추가적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 세포 투과 펩타이드.
The method according to claim 1,
Wherein the cargo of the intracellular carrier is additionally bound to the end of the peptide.
상기 카고가 펩타이드에 공유 결합 또는 비-공유 결합되는 것인 세포 투과 펩타이드.
14. The method of claim 13,
Wherein the cargo is covalently or non-covalently bound to the peptide.
상기 카고는 핵산, 아미노산, 펩타이드, 폴리펩타이드, 탄수화물, 지질 및 소분자 그리고 이들 중 임의의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 투과 펩타이드.14. The method of claim 13,
Wherein the cargo comprises a nucleic acid, an amino acid, a peptide, a polypeptide, a carbohydrate, a lipid and a small molecule, and any mixture thereof.
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