KR101844650B1 - Gene for coding the protein containing repetitive alanine sequence, recombinant vector comprising the gene and process for the protein using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 알라닌 아미노산이 60% 이상 차지하는 알라닌 반복서열을 가진 단백질을 코딩하는 유전자, 이를 포함하는 재조합 벡터 및 이를 이용한 단백질 생산방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 박테리아인 대장균(Escherichia coli)에서 알라닌 아미노산이 60% 이상 차지하는 알라닌 반복서열을 가진 단백질을 효율적으로 대량 생산할 수 있을 뿐만 아니라 생산된 단백질은 활성 또한 높기 때문에 결빙방지를 필요로 하는 분야를 포함하여 산업 전반에 광범위하게 사용될 수 있다.
The present invention relates to a gene encoding a protein having an alanine repeat sequence occupying 60% or more of an alanine amino acid, a recombinant vector containing the same, and a method for producing a protein using the recombinant vector.
According to the present invention, since a protein having an alanine repeat sequence occupying more than 60% of alanine amino acid in a bacterial Escherichia coli can be mass-produced efficiently and the protein produced is also highly active, And can be widely used throughout the industry.

Description

알라닌 아미노산 서열이 반복되는 단백질을 코딩하는 유전자, 이를 포함하는 재조합 벡터 및 이를 이용한 단백질의 생산방법{Gene for coding the protein containing repetitive alanine sequence, recombinant vector comprising the gene and process for the protein using the same}A recombinant vector comprising the same, and a method for producing a protein using the same, wherein the alanine amino acid sequence is repeated, a recombinant vector comprising the gene,

본 발명은 알라닌 반복서열을 가진 단백질을 생산하는 것에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박테리아인 대장균(Escherichia coli) 숙주세포에 알라닌 아미노산이 60% 이상 차지하는 알라닌 반복서열을 가진 단백질을 코딩하는 유전자, 이를 포함하는 재조합 벡터 및 이를 이용한 단백질 생산방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a protein having an alanine repeat sequence, and more particularly, to a gene encoding a protein having an alanine repeat sequence, wherein the bacterial Escherichia coli host cell comprises more than 60% of alanine amino acid And a protein production method using the recombinant vector.

대장균은 오랫동안 축적된 많은 연구결과에 의해 단백질 생산체계가 가장 잘 밝혀져 있으며 다루기 쉽고 비교적 저렴한 비용으로 산업적 배양이 가능하기 때문에, 재조합 단백질을 생산하기 위한 균주로 가장 많이 이용되고 있는 실정이다. 하지만 대장균의 경우, 단백질로 합성하기 위한 번역 기구 (translation apparatus)의 한계 때문에, 고농도 발효를 통한 아미노산 반복서열을 가진 단백질(repetitive protein)의 생산 수율은 단백질 크기에 따라 140 ~ 360 mg/L 정도로 매우 낮은 편이다 (Fahnestock SR et al., Reviews in Molecular Biotechnology, 74: 105, 1997).Escherichia coli is most commonly used as a strain for producing recombinant proteins, since the protein production system is best understood by many research results accumulated over a long period of time, and it is easy to handle and industrially cultivated at a relatively low cost. However, in the case of Escherichia coli, the production yield of a repetitive protein having a sequence of amino acid repeats by high-concentration fermentation is about 140 to 360 mg / L depending on the protein size due to the limitation of translation apparatus for protein synthesis (Fahnestock SR et al. Reviews in Molecular Biotechnology, 74: 105,1997).

현재까지 대장균에서 반복서열 단백질(repetitive protein), 특히 폴리머의 기계적 성질을 결정하는 고분자량의 반복서열 단백질을 과량으로 생산하는 것은 여러 가지 어려움을 가지고 있다 (Huang et al., J Biol Chem, 278(46): 46117, 2003; Lewis et al., Protein Expres Purif, 7: 400, 1996; Tsung et al., J Biol Chem, 264(8): 4428, 1989). To date, the production of repetitive proteins in E. coli, especially high molecular weight, repetitive sequence proteins, which determine the mechanical properties of polymers, has several difficulties (Huang et al., J Biol Chem, 278 Protein Expres Purif, 7: 400, 1996; Tsung et al., J Biol Chem, 264 (8): 4428, 1989).

이와 같은 반복서열 단백질은 활성이 낮은 형태로 생산되는 경우가 종종 있는가 하면, 세포의 단백질 가수분해효소(protease)에 의해 분해되면서 생산성의 저하로 연결된다. 특히 반복서열 단백질이 antimicrobial peptide histonin(Kim et al., 2008)일 경우, 생산 균주에 치명적이기 때문에 생산에 큰 어려움이 있는 실정이다. 따라서, 이러한 반복된 아미노산 서열의 단백질을 생산하는 것은 여러 가지 요소들이 복잡하게 얽혀서 전통적인 분자생물학적 기법을 통한 극히 국한된 유전자나 단백질을 대상으로는 문제 해결이 매우 어렵기 때문에 새로운 접근법이 절실히 요구되고 있다Such repetitive sequence proteins are often produced in a low activity form, and are degraded by protein proteases of cells, leading to a decrease in productivity. In particular, when the repetitive sequence protein is an antimicrobial peptide histonein (Kim et al., 2008), it has a great difficulty in production because it is fatal to the production strain. Therefore, the production of such a repeated amino acid sequence requires a new approach because many factors are complexly intertwined, making it difficult to solve the problem with extremely limited genes or proteins through conventional molecular biology techniques

이에 본 발명자는 대장균에서 특정 아미노산 반복서열 단백질을 높은 수율로 제조할 수 있는 방법을 개발하고자 연구 노력한 결과, 대장균에서 알라닌 아미노산 반복 단백질 제조시, 알라닌 아미노산 반복 단백질의 유전자를 대장균 숙주세포의 유전자 코돈과 GC 염기서열 함량 비율을 최적화시키면, 알라닌 반복 단백질의 제조 수율을 향상시킬 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have made efforts to develop a method for producing a specific amino acid repeat sequence protein in Escherichia coli at a high yield. As a result, it has been found that when the alanine amino acid repeat protein is produced in Escherichia coli, the gene of the alanine repeat protein is replaced with the gene codon of the Escherichia coli host cell It was confirmed that the yield of alanine repeat protein can be improved by optimizing the GC nucleotide sequence content ratio, and the present invention has been completed.

따라서, 본 발명은 알라닌 반복서열을 가진 단백질을 코딩하는 유전자, 이를 포함하는 재조합 벡터 및 이를 이용한 단백질 생산방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a gene encoding a protein having an alanine repeat sequence, a recombinant vector containing the same, and a method for producing a protein using the recombinant vector.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서열번호 1 또는 서열번호 2의 염기서열로 이루어진 알라닌 아미노산 서열이 반복되는 단백질을 코딩하는 유전자를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a gene coding for a protein in which an alanine amino acid sequence consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 is repeated.

여기서, 상기 단백질은 항 결빙 단백질인 것이 바람직하다.Here, the protein is preferably an anti-freezing protein.

본 발명에 있어서, 상기 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다. In the present invention, a recombinant vector containing the gene is provided.

여기서, 상기 재조합 벡터는 상기 유전자를 복수개 포함하여 다합체 형태의 항 결빙 단백질을 발현하는 것이 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the recombinant vector expresses an anti-freezing protein in the form of a multimer complex including a plurality of the genes.

또한, 본 발명에 따르면 (a) 상기 유전자를 포함하는 벡터를 제조하는 단계; 및, (b) 상기 벡터가 대장균에 도입하여 배양하는 단계;를 포함하는 단백질 생산방법을 제공한다.According to the present invention, there is also provided a method of producing a gene, comprising: (a) preparing a vector comprising the gene; And (b) introducing the vector into Escherichia coli and culturing the same.

여기서, 상기 (b)단계 이후, (c) 배양된 대장균 세포를 파쇄하여 원심 분리하는 단계; 및 (d) 상기 원심 분리된 상등액을 수집하여 니켈 컬럼에 통과시키는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.Here, after the step (b), (c) a step of disrupting the cultured Escherichia coli cells and centrifuging them; And (d) collecting the centrifuged supernatant and passing it through a nickel column.

본 발명에 따르면, 박테리아인 대장균(Escherichia coli)에서 알라닌 아미노산이 60% 이상 차지하는 알라닌 반복서열을 가진 단백질을 효율적으로 대량 생산할 수 있고, 생산된 알라닌 반복서열 단백질은 활성 또한 높기 때문에 결빙방지를 필요로 하는 분야를 포함하여 산업 전반에 광범위하게 사용될 수 있다.According to the present invention, it is possible to efficiently mass-produce a protein having an alanine repeat sequence occupying 60% or more of the alanine amino acid in Escherichia coli , which is a bacterium, and the produced alanine repeat sequence protein is highly active, And can be widely used throughout the industry.

도 1은 본 발명에 따른 재조합 벡터인 pEQEHanN의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명에 의해 제작된 단량체 발현 벡터를 이용하여 생산된 단량체 항 결빙 단백질인 Han1과 Han2의 SDS-PAGE 사진이다.
도 3은 본 발명에 의해 제작된 단량체 발현 벡터를 이용하여 생산된 단량체 항 결빙 단백질인 Han1과 Han2가 수용성 형태로 존재함을 보여주는 SDS-PAGE 사진이다.
도 4는 니켈(Ni) 칼럼을 이용하여 정제한 단량체 항 결빙 단백질 Han1의 SDS-PAGE 사진이다.
도 5는 본 발명에 의해 제작된 사합체(tetramer) 발현 벡터를 이용하여 생산된 사합체 항결빙 단백질인 Han1-t와 Han2-t의 SDS-PAGE 사진이다.
Brief Description of the Drawings Fig. 1 is an overall configuration diagram of a recombinant vector pEQEHanN according to the present invention.
FIG. 2 is an SDS-PAGE image of monomer anti-freezing proteins Han1 and Han2 produced using the monomer expression vector produced by the present invention.
FIG. 3 is an SDS-PAGE photograph showing that monomeric anti-freezing proteins Han1 and Han2 produced using the monomer expression vector produced by the present invention exist in a water-soluble form.
4 is an SDS-PAGE photograph of monomer freezing protein Han1 purified using a nickel (Ni) column.
FIG. 5 is an SDS-PAGE photograph of Han1-t and Han2-t, which are mating anti-freezing proteins produced using a tetramer expression vector produced by the present invention.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

먼저, 본 발명에서 사용한 용어를 다음과 같이 정의하였다. 본 발명에서 ‘특정 아미노산 반복 단백질(specific amino acid repetitive protein)’이란 대장균내 평균 아미노산 조성에 비해 특정 아미노산이 많은 단백질을 의미한다. 예를 들어, ‘알리닌 반복 단백질’아미노산 조성 중 알라닌이 50% 이상이면서 가장 많이 차지하는 순서로 된 단백질로 정의하였다. First, terms used in the present invention are defined as follows. In the present invention, 'specific amino acid repetitive protein' refers to a protein having a specific amino acid content in comparison with the average amino acid composition in E. coli. For example, 'alanine repetitive protein' was defined as the protein in which amino acid composition of alanine was more than 50% and occupied the most.

많은 단백질 중 항 결빙 단백질은 얼음 결정의 형성을 조절할 수 있기 때문에 저온에 견디는 어종을 개발하거나, 이식용 장기를 보존하는 등 생명 공학이나 의학에 주로 응용하려는 연구가 진행되고 있다. 극지에서 추출한 항 결빙 단백질을 이용해 식품저장, 의약 분야에서 초저온 수술, 줄기세포, 난자, 장기, 혈액 본관 등에 이용하기 위한 노력이 세계적으로 이루어지고 있다. Since many antioxidant proteins can regulate the formation of ice crystals, studies are underway to develop applications in biotechnology and medicine, such as developing fish species resistant to low temperatures and preserving organs for transplantation. Efforts are being made worldwide for the use of antioxidant proteins extracted from the poles for food storage, cryosurgery in medicine, stem cells, oocytes, organs, and blood mains.

기존의 항 결빙 단백질은 자원이 한정되어 있는 극지 동물로부터 추출했기 때문에 대량생산의 한계가 있다는 단점이 있다. 항 결빙 단백질을 대장균 세포 밖으로 분비되도록 생산하는 시스템이 개발되었으나 분비되는 단백질의 양은 10~20 mg/L 수준으로 미약하다 (Lin et al., 1999). 지구상의 생물들에는 다양한 항 결빙 단백질들이 존재하며, 한 종류의 AFGPs(antifreeze glycoproteins)와 네 종류의 항 결빙 단백질들의 구조(type I~IV)가 밝혀졌다(Harding et al., 2003). 이중에 type I이 구조적으로 가장 잘 알려져 있다. 알라닌이 60%이상 차지하고 있으며 α-helix 구조를 가지고 있다(Harding et al., 1999; Harding et al., 2003).Conventional anti-icing proteins have the disadvantage of mass production limitations because they are extracted from polar animals with limited resources. A system for producing anti-freezing protein secreted out of E. coli cells has been developed, but the amount of secreted protein is as low as 10-20 mg / L (Lin et al., 1999). A variety of antifreeze proteins exist in the organisms on Earth, revealing one type of antifreeze glycoproteins (AFGPs) and four types of anti-icing proteins (type I to IV) (Harding et al., 2003). Of these, type I is the most structurally known. Alanine occupies more than 60% and has an α-helix structure (Harding et al., 1999; Harding et al., 2003).

본 발명에서는 알라닌 반복 서열 단백질로 항 결빙 단백질을 선택하여 대장균 생산균주에 최적화된 맞춤형 항 결빙 단백질을 암호하는 유전자들을 화학적으로 합성하였으며 이를 단량체 또는 다합체 항 결빙 단백질들의 발현 시스템을 제작하여 매우 효율적으로 항 결빙 단백질을 성공적으로 생산하였다. 특히, 알라닌 반복 서열을 가진 단백질의 발현을 획기적으로 증가시킬 수 있다.
In the present invention, anti-freezing protein was selected as an alanine repetitive sequence protein to chemically synthesize genes encoding a customized anti-freezing protein optimized for an Escherichia coli producing strain, and the expression system of monomeric or polyprotein anti-freezing proteins was produced, Successfully produced anti-freezing protein. In particular, the expression of a protein having an alanine repeat sequence can be markedly increased.

실시예 1: 대장균 숙주 세포에 최적화된 맞춤형 항 결빙 단백질을 암호하는 유전자들 합성Example 1 Synthesis of Genes Encoding Custom Anti-Frozen Proteins Optimized for E. coli Host Cells

본 발명에서 선정한 알라닌 반복 서열 단백질은 type I 항 결빙 단백질로, 알라닌 아미노산을 거의 60%이상 차지하고 있으며, 대장균 생산균주에서 코돈 변경하지 않은 원래의 항 결빙 단백질을 암호 하는 유전자를 이용한 경우, 항 결빙 단백질의 발현 양이 상대적으로 매우 적다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 항 결빙 단백질의 유전자를 대장균에서 많이 이용되는 유전자 코돈과 GC 염기서열 함량을 조절하여 유전자의 염기서열을 최적화하였다. The alanine repeat sequence protein selected in the present invention is a type I anti-icing protein, which occupies more than 60% of the alanine amino acid. When a gene coding for the original anti-freezing protein that has not changed codons in the Escherichia coli producing strain is used, Is relatively small. To solve this problem, we optimized the nucleotide sequence of the anti - icing protein gene by controlling the gene codon and GC nucleotide sequence content, which are frequently used in E. coli.

컴퓨터 기반 OptmumGeneTM Codon Optimization Analysis을 이용하여 항결빙 단백질의 유전자를 대장균 숙주 세포에 최적화된 코돈 사용빈도 편향(codon usage bias)과 GC 염기서열 함량을 조절하여 AFP 유전자 서열을 변경하여 새로운 염기서열을 가진 항 결빙 단백질을 암호하는 유전자를 확보하였으며 그 최적화한 결과는 아래 표 1과 같다. Using the computer-based OptmumGene Codon Optimization Analysis, genes for anti-icing proteins were modified to alter the AFP gene sequence by modifying codon usage bias and GC nucleotide sequences optimized for E. coli host cells, A gene encoding anti-icing protein was obtained and the optimized results are shown in Table 1 below.

최적화된 항 결빙 단백질을 암호 하는 유전자Genes encoding optimized anti-icing proteins NameName SourceSource Optimized DNA sequenceOptimized DNA sequence

서열번호1:
Han1


SEQ ID NO: 1:
Han1
Myoxocephalus octodecemspinosus longhorn sculpin skin-type antifreeze protein
(Low et al., 2001)
Myoxocephalus octodecemspinosus longhorn sculpin skin-type antifreeze protein
(Low et al., 2001)

ATGGATGCCCCGGCGAAAGCGGCCGCAAAAACCGCTGCGGATGCCAAAGCCGCAGCTGCGAAAACGGCCGCAGACGCACTGGCTGCGGCCAACAAAACCGCAGCTGCGGCCAAAGCAGCTGCAAAATAA (129 bp)

ATGGATGCCCCGGCGAAAGCGGCCGCAAAAACCGCTGCGGATGCCAAAGCCGCAGCTGCGAAAACGGCCGCAGACGCACTGGCTGCGGCCAACAAAACCGCAGCTGCGGCCAAAGCAGCTGCAAAATAA (129 bp)


서열번호2:
Han2


SEQ ID NO: 2:
Han2
Winter flounder Pseudopleuronectes americanus antifreeze protein (Pickett et al., 1984)Winter flounder Pseudopleuronectes americanus antifreeze protein (Pickett et al., 1984)
GATACCGCGAGTGACGCCGCAGCTGCGGCCGCACTGACGGCTGCGAACGCCAAAGCCGCAGCTGAACTGACCGCAGACAATGCGGCCGCAGCTGCCGCAGCGACGGCGCGCGGTTAA (117 bp)

GATACCGCGAGTGACGCCGCAGCTGCGGCCGCACTGACGGCTGCGAACGCCAAAGCCGCAGCTGAACTGACCGCAGACAATGCGGCCGCAGCTGCCGCAGCGACGGCGCGCGGTTAA (117 bp)

고효율 유전자 발현 관점에서 CAI(Codon Adapation Index)가 0.9 이상이면 매우 좋다. 그러나, 항 결빙 단백질들의 염기서열은 번역 효율을 감소시킬 수 있는 tandem rare codons (일렬도 나란히 배열된 희귀 코돈들)으로 구성되어 있다. 항 결빙 단백질 Han1은 염기서열을 CAI (Codon Adapation Index)을 0.7에서 0.83으로 개선함으로써 대장균에서의 코돈 사용빈도 편향(codon usage bias)을 바꾸었다. GC 함량은 30~70% 최적의 퍼센트 범위이다. 최적화 전의 염기서열은 72.60%였으나, 최적화 후에는 65.40%로 바꿨다. 항 결빙 단백질 Han2은 염기서열을 CAI (Codon Adapation Index)을 0.64에서 0.84으로 개선함으로써 대장균에서의 코돈 사용빈도 편향(codon usage bias)을 바꾸었다. GC 함량은 최적화 전의 염기서열은 67.51%였으나, 최적화 후에는 68.24%로 바꿨다.
From the viewpoint of high-efficiency gene expression, the Codon Adapation Index (CAI) of 0.9 or more is very good. However, the nucleotide sequence of anti-freezing proteins is composed of tandem rare codons, which are able to reduce translation efficiency. Anti-icing protein Han1 altered the codon usage bias in E. coli by improving the base sequence from 0.7 to 0.83 in the Codon Adapation Index (CAI). The GC content is in the optimal percentage range of 30-70%. The base sequence before optimization was 72.60%, but after optimization, it changed to 65.40%. The anti-icing protein Han2 altered the codon usage bias in E. coli by improving the base sequence from CAI (Codon Adapation Index) of 0.64 to 0.84. The GC content was 67.51% before the optimization, but changed to 68.24% after optimization.

실시예 2: 단량체 형태의 항 결빙 단백질의 발현 벡터 제작Example 2: Construction of expression vector of anti-freezing protein in monomer form

항 결빙 단백질 생산을 위해, 전반적인 발현 벡터의 구성도는 도 1과 같다. 생산된 목적 단백질의 손쉽게 고순도로 정제하기 위하여 His-tag 표지법을 이용하였다. 먼저 단량체 형태의 항 결빙 단백질 발현벡터를 제작하기 위하여 실시예 1에서 최적화된 항 결빙 단백질을 암호하는 DNA 염기서열을 가진 Han 1과 Han 2를 화학적으로 합성하였다. 이들 각각을 주형으로 하고, Han 1는 서열 번호 3과 4을, Han 2는 서열 번호 5와 6으로 프라이머로 사용하여 PCR(첫번째 변성 95℃ 5분, 두번째 변성 95℃ 30초, 교잡 55℃ 1분, 연장 72℃ 1분 30초, 30회 반복)을 수행하였다. For the production of anti-freezing protein, the overall structure of the expression vector is shown in Fig. His-tag labeling was used to easily purify the produced target protein with high purity. First, in order to prepare a monomer-type anti-icing protein expression vector, Han 1 and Han 2 having a nucleotide sequence coding for the anti-icing protein optimized in Example 1 were chemically synthesized. Han 1 was used as a template, Han 2 was used as a primer in SEQ ID NOS: 5 and 6, and PCR (first denaturation at 95 ° C for 5 minutes, second denaturation at 95 ° C for 30 seconds, hybridization at 55 ° C 1 Min, extension 72 ° C for 1 minute 30 seconds, 30 times repeated).

항 결빙 단백질의 발현 시스템에 사용된 프라이머들 (primers)The primers used in the expression system of anti- Primer namePrimer name Oligonucleotide sequenceOligonucleotide sequence 서열번호 3: Han 1-F-KpnISEQ ID NO: 3: Han 1-F-KpnI CGG GGTACC ATGGATGCCCCGGCGAAA (27 mer)CGG GGTACC ATGGATGCCCCGGCGAAA (27 mer) 서열번호 4: Han 1-R-HinIIISEQ ID NO: 4: Han 1-R-Hin III AAAA AAGCTT TTATTTTGCAGCTGCTTTGGC (31 mer)AAAA AAGCTT TTATTTTGCAGCTGCTTTGGC (31 mer) 서열번호 5: Han 2-F-KpnISEQ ID NO: 5: Han 2-F-KpnI CGG GGTACC GATACCGCGAGTGACGCCG (28 mer)CGG GGTACC GATACCGCGAGTGACGCCG (28 mer) 서열번호 6: Han 2-R-HinIIISEQ ID NO: 6: Han 2-R-Hin III AAAA AAGCTT TTAACCGCGCGCCGTCG (27 mer)AAAA AAGCTT TTAACCGCGCGCCGTCG (27 mer)

아가로즈 겔 전기영동법으로 상기 PCR에 의해 수득한 절편에서 Han 1은 약 129 bp, Han 2은 117 bp 크기의 DNA 절편을 분리하고, 제한효소 KpnI과 HindIII으로 절단하였다. 플라스미드 pQE30(Qiagen, USA)도 동일한 제한효소 KpnI과 HindIII으로 절단하여 수득한 DNA 절편과 연결시켜 재조합 플라스미드를 수득하고, 열충격 (heat shock) 방법으로 대장균 XL1-Blue에 도입하여 형질전환시킨 다음, 앰피실린(50㎍/L)이 첨가된 LB 평판배지에서 선별하고, 이로부터 각각 재조합 플라스미드 pEQEHanN(pEQEHan 1와 pEQEHan 2)을 성공적으로 수득하였다. 선별된 형질전환된 대장균 균주는 앰피실린이 첨가된 LB 액체배지에서 배양하여 -80℃냉동고에 보관하였다.In a fragment obtained by the PCR in agarose gel electrophoresis Han 1 is about 129 bp, Han 2 is separated a DNA fragment of 117 bp in size, and restriction enzyme was cut out with Kpn I and Hin dIII. Plasmid was pQE30 (Qiagen, USA) also connects with the same restriction enzymes Kpn I and Hin dIII cut DNA fragment obtained by the obtained recombinant plasmid, and transformed by introducing into the E. coli XL1-Blue by heat shock (heat shock) methods: , And ampicillin (50 占 퐂 / L), respectively, from which recombinant plasmids pEQEHanN (pEQEHan 1 and pEQEHan 2) were successively obtained. The selected transformed E. coli strains were cultured in LB liquid medium supplemented with ampicillin and stored in a -80 ° C freezer.

실시예 3: 단량체 형태의 항 결빙 단백질의 생산 및 정제Example 3: Production and purification of anti-freezing protein in monomer form

실시예 2에서 제조된 형질전환체 XL1-Blue (pOptHan 1)와 XL1-Blue (pOriHan 2)를 앰피실린(50㎍/L)이 첨가된 100 mL의 LB 액체배지가 담긴 250mL 삼각플라스크에 다시 접종하여 37℃에서 배양하였다. 분광광도계로 600nm 파장에서 측정한 흡광도가 0.6일 때 1 mM IPTG를 첨가하여 유전자 발현을 유도하였다. 발현유도 5시간 경과 후, 4℃, 6000rpm에서 5분 동안 배양액을 원심분리하여 세포를 수득하고, 15% SDS-polyacrylamide gel(SDS-PAGE)로 항 결빙 단백질 생산 여부를 확인 하였다. 그 결과 염기서열을 최적화한 알라닌 반복서열을 가진 항 결빙 단백질을 효율적으로 생산할 수 있었다 (도 2). 또한, 생산된 항 결빙 단백질이 활성이 있는 수용성 형태 (soluble form)인지 아니면 불용성 형태 (inclusion body form)인지를 확인한 결과 도 3에서 볼 수 있듯이 거의 모든 Han 1과 Han 2 단백질이 수용성 형태임을 알 수 있었다.Transformants XL1-Blue (pOptHan 1) and XL1-Blue (pOriHan 2) prepared in Example 2 were inoculated again in a 250-mL Erlenmeyer flask containing 100 mL of LB liquid medium supplemented with ampicillin (50 μg / L) And cultured at 37 ° C. Gene expression was induced by addition of 1 mM IPTG when the absorbance measured at 600 nm wavelength was 0.6 with a spectrophotometer. After 5 hours of induction of expression, the culture was centrifuged at 4 ° C and 6000 rpm for 5 minutes to obtain cells, and the production of anti-freezing protein was confirmed by 15% SDS-polyacrylamide gel (SDS-PAGE). As a result, it was possible to efficiently produce anti-freezing protein having an alanine repeat sequence optimized for the base sequence (FIG. 2). As shown in FIG. 3, almost all of the Han 1 and Han 2 proteins were found to be soluble in water (soluble form or insoluble form) there was.

항 결빙 단백질의 정제는 Ni-NTA Spin Kit (Qiagen, USA)로 수행하였다. Han 1을 생산한 세포를 상기 방법으로 수득한 후, 이를 Lysis Buffer (50 mM NaH2PO4, 300 mM NaCl, 10 mM imidazole, pH 8.0)에 현탁하고 초음파로 파쇄하여 분획하였다. 상기 현탁 용액을 4℃에서 10,000 rpm으로 20분 동안 원심분리하여 상등액을 수집하고 Ni-NTA spin column (Qiagen, USA)에 통과시킨 후, 2,000 rpm으로 2분 동안 원심 분리하였다. 600 μl Wash Buffer (50 mM NaH2PO4, 300 mM NaCl, 20 mM imidazole, pH 8.0)을 컬럼에 두 번 통과시키고 200 μl Elution Buffer (50 mM NaH2PO4, 300 mM NaCl, 500 mM imidazole, pH 8.0)을 컬럼에 넣어 항 결빙 단백질을 정제하여 15% SDS-PAGE로 확인하였다 (도 4). 그 결과, 거의 순도 100%의 Han 1을 획득할 수 있었다.
The anti-freezing protein was purified using Ni-NTA Spin Kit (Qiagen, USA). Han 1-producing cells were obtained by the above method, and then suspended in Lysis Buffer (50 mM NaH 2 PO 4 , 300 mM NaCl, 10 mM imidazole, pH 8.0) and disrupted by ultrasonication. The supernatant was collected by centrifugation at 10,000 rpm for 20 minutes at 4 ° C, passed through a Ni-NTA spin column (Qiagen, USA), and centrifuged at 2,000 rpm for 2 minutes. 600 μl Wash Buffer (50 mM NaH 2 PO 4 , 300 mM NaCl, 20 mM imidazole, pH 8.0) was passed twice through the column and eluted with 200 μl Elution Buffer (50 mM NaH 2 PO 4 , 300 mM NaCl, 500 mM imidazole, pH 8.0) was added to the column to purify the anti-freezing protein and confirmed by 15% SDS-PAGE (FIG. 4). As a result, it was possible to obtain Han 1 of almost 100% purity.

실시예 4: 다합체(multimeric) 항 결빙 단백질의 발현 벡터 제작 및 생산Example 4: Construction and production of expression vector of multimeric anti-ice protein

본 발명에서 단량체 형태의 항 결빙 단백질을 다합체 형태로 제작하여 단백질 생산성 증대와 동시에 정제의 효율성을 높이고자 하였다. 또한 AFP의 거대 분자량(super-molecular weight)이 항 결빙 기능이 높은 것으로 전문가들이 예상하고 있으며 아직까지 다합체 형태의 활성 형태로 생산된 보고가 전혀 없다. 따라서, 항 결빙 단백질을 다합체 형태로 제작하여 성공적으로 항 결빙 단백질을 생산하였다.In the present invention, an anti-freezing protein in the form of a monomer is prepared in the form of a polyol to increase protein productivity and improve the efficiency of purification. In addition, experts predict that the super-molecular weight of AFP will have a high anti-icing function, and there is no report yet to be produced in the form of an active multimeric form. Therefore, the anti-freezing protein was produced in the form of a multimeric form and successfully produced anti-freezing protein.

최적화된 유전자 서열을 가진 합성 항 결빙 단백질인 Han 1와 Han 2를 4-mer 형태로 도 1과 같이 설계한 후, 인위적으로 유전자 합성을 통하여 이를 주형으로 하고 제작된 4-mer를 표 1의 프라이머로 실시예 2에서처럼, DNA를 증폭한 후, 발현 벡터에 삽입하여 multimeric 형태의 발현시스템인 pEQEHan1-t와 pEQEHan2-t를 제작하였다. 대장균 생산 균주에 형질전환시켜 선별하였다.Han 1 and Han 2, which are synthetic anti-freezing proteins having optimized gene sequences, were designed in the form of a 4-mer as shown in FIG. 1, artificially synthesized through gene synthesis, As in Example 2, DNA was amplified and inserted into an expression vector to prepare multimeric expression systems pEQEHan1-t and pEQEHan2-t. Escherichia coli producing strains were transformed and selected.

그 결과 4-mer형태의 항 결빙 단백질이 성공적으로 생산됨을 확인하였다 (그림 5). 최적의 대장균 생산 균주 선정을 위하여 대장균 XL1-Blue, M15 및 SG13009에 항 결빙 단백질 발현여부를 확인한 결과, 대장균 XL1-Blue보다 M15나 SG13009 균주가 다합체 항 결빙 단백질 생산에 적합함을 알 수 있었다. As a result, it was confirmed that 4-mer anti-freezing protein was successfully produced (Fig. 5). In order to select the best E. coli producing strains, E. coli XL1-Blue, M15 and SG13009 were tested for anti-icing protein expression. As a result, it was found that M15 and SG13009 strains were more suitable for producing polyunsaturated antioxidant protein than E. coli XL1-Blue.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태로서 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아니므로, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Having described specific portions of the present invention in detail, those skilled in the art will appreciate that these specific embodiments are merely preferred embodiments and are not to be construed as limiting the scope of the present invention. The scope of which is defined by the appended claims and their equivalents.

K: 제한효소 KpnI H: 제한효소 HindIII
n: 항 결빙 단백질을 암호하는 유전자 반복횟수
화살표(◀):목적 단백질
S:수용성 형태(soluble form) I: 불용성 형태(insoluble form)
E1: 첫 번째 용출(elution) E2: 두 번째 용출
K: restriction enzyme Kpn I H: restriction enzyme Hin dIII
n: Number of gene repetitions that encode anti-freezing protein
Arrow (◀): Target protein
S: soluble form I: insoluble form
E1: first elution E2: second elution

<110> INDUSTRY-ACADEMIC COOPERATION FOUNDATION OF DONGYANG UNIVERSITY <120> gene for coding the protein containing repetitive alanine sequence, recombinant vector comprising the gene and process for the protein using the same <130> P14-B111 <160> 6 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 129 <212> DNA <213> Myoxocephalus octodecemspinosus longhorn sculpin <400> 1 atggatgccc cggcgaaagc ggccgcaaaa accgctgcgg atgccaaagc cgcagctgcg 60 aaaacggccg cagacgcact ggctgcggcc aacaaaaccg cagctgcggc caaagcagct 120 gcaaaataa 129 <210> 2 <211> 117 <212> DNA <213> Winter flounder Pseudopleuronectes americanus <400> 2 gataccgcga gtgacgccgc agctgcggcc gcactgacgg ctgcgaacgc caaagccgca 60 gctgaactga ccgcagacaa tgcggccgca gctgccgcag cgacggcgcg cggttaa 117 <210> 3 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 3 cggggtacca tggatgcccc ggcgaaa 27 <210> 4 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 aaaaaagctt ttattttgca gctgctttgg c 31 <210> 5 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 cggggtaccg ataccgcgag tgacgccg 28 <210> 6 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 6 aaaaaagctt ttaaccgcgc gccgtcg 27 <110> INDUSTRY-ACADEMIC COOPERATION FOUNDATION OF DONGYANG UNIVERSITY <120> gene for coding the protein containing repetitive domain          sequence, recombinant vector comprising the gene and process for          the protein using the same <130> P14-B111 <160> 6 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 129 <212> DNA <213> Myoxocephalus octodecemspinosus longhorn sculpin <400> 1 atggatgccc cggcgaaagc ggccgcaaaa accgctgcgg atgccaaagc cgcagctgcg 60 aaaacggccg cagacgcact ggctgcggcc aacaaaaccg cagctgcggc caaagcagct 120 gcaaaataa 129 <210> 2 <211> 117 <212> DNA <213> Winter flounder Pseudopleuronectes americanus <400> 2 gataccgcga gtgacgccgc agctgcggcc gcactgacgg ctgcgaacgc caaagccgca 60 gctgaactga ccgcagacaa tgcggccgca gctgccgcag cgacggcgcg cggttaa 117 <210> 3 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 3 cggggtacca tggatgcccc ggcgaaa 27 <210> 4 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 aaaaaagctt ttattttgca gctgctttgg c 31 <210> 5 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 cggggtaccg ataccgcgag tgacgccg 28 <210> 6 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 6 aaaaaagctt ttaaccgcgc gccgtcg 27

Claims (6)

서열번호 1 또는 서열번호 2의 염기서열로 이루어진 알라닌 아미노산 서열이 반복되는 단백질을 코딩하는 유전자.A gene encoding a protein in which an alanine amino acid sequence consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 is repeated. 제1항에 있어서, 상기 단백질은 항 결빙 단백질인 것을 특징으로 하는 유전자.The gene according to claim 1, wherein the protein is an anti-freezing protein. 제1항의 유전자를 포함하는 재조합 벡터.A recombinant vector comprising the gene of claim 1. 제3항에 있어서,
상기 재조합 벡터는 제1항의 유전자를 복수개 포함하여 다합체 형태의 항 결빙 단백질을 발현하는 것을 특징으로 하는 재조합 벡터.
The method of claim 3,
Wherein the recombinant vector comprises a plurality of genes of claim 1 and expresses an anti-freezing protein in the form of a polyol.
알라닌 아미노산 서열이 반복되는 단백질을 생산하는 방법으로서,
(a)제4항의 벡터를 제조하는 단계; 및
(b)상기 벡터가 대장균에 도입하여 배양하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단백질 생산방법.
A method for producing a protein in which an alanine amino acid sequence is repeated,
(a) producing the vector of claim 4; And
(b) introducing the vector into Escherichia coli and culturing it.
제5항에 있어서, 상기 (b)단계 이후,
(c) 배양된 대장균 세포를 파쇄하여 원심 분리하는 단계; 및
(d) 상기 원심 분리된 상등액을 수집하여 니켈 컬럼에 통과시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단백질 생산방법.

6. The method of claim 5, wherein after the step (b)
(c) disrupting the cultured Escherichia coli cells and centrifuging them; And
(d) collecting the centrifuged supernatant and passing it through a nickel column.

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PNAS, 1982, Vol. 79, p. 335-339
THE JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, 2001, Vol. 276, No. 15, Issue of April 13, p. 11582-11589

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