KR102058483B1 - Method for preparing novel multi-mutated Brazzein having higher sweetness - Google Patents

Method for preparing novel multi-mutated Brazzein having higher sweetness Download PDF

Info

Publication number
KR102058483B1
KR102058483B1 KR1020180020539A KR20180020539A KR102058483B1 KR 102058483 B1 KR102058483 B1 KR 102058483B1 KR 1020180020539 A KR1020180020539 A KR 1020180020539A KR 20180020539 A KR20180020539 A KR 20180020539A KR 102058483 B1 KR102058483 B1 KR 102058483B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
brazein
protein
sweet
variant
sweetness
Prior art date
Application number
KR1020180020539A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20180099493A (en
Inventor
공광훈
김다혜
조현주
Original Assignee
중앙대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 중앙대학교 산학협력단 filed Critical 중앙대학교 산학협력단
Publication of KR20180099493A publication Critical patent/KR20180099493A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102058483B1 publication Critical patent/KR102058483B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K14/00Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • C07K14/415Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from plants
    • C07K14/43Sweetening agents, e.g. thaumatin, monellin
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A23FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23LFOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L27/00Spices; Flavouring agents or condiments; Artificial sweetening agents; Table salts; Dietetic salt substitutes; Preparation or treatment thereof
    • A23L27/30Artificial sweetening agents

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Botany (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Gastroenterology & Hepatology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Nutrition Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 단맛이 증가된 신규한 브라제인 다중 변이체, 상기 변이체를 코딩하는 핵산 분자, 상기 핵산 분자를 포함하는 재조합 벡터, 상기 재조합 벡터로 형질전환된 숙주 세포, 상기 변이체를 생산하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 브라제인 A1 ins. 다중 변이체는 동일한 양의 수크로오스(설탕)과 비교하여 약 2,960,000만 배 이상 단맛이 높다. 야생형의 브라제인 및 종래 개발된 브라제인 변이체와 비교하여도 단맛의 증가가 월등히 우수하다. 따라서, 본 발명의 브라제인 변이체는 매우 적은 양을 사용하여 원하는 단맛을 낼 수 있으며, 식품에서 설탕을 비롯한 다른 감미제를 대체하여 사용될 수 있다.The present invention relates to a novel brazein multiple variant with increased sweetness, a nucleic acid molecule encoding said variant, a recombinant vector comprising said nucleic acid molecule, a host cell transformed with said recombinant vector, and a method of producing said variant. . Brazein A1 ins. Of the present invention. Multiple variants are about 29.96 million times more sweet than comparable amounts of sucrose (sugar). Compared with the wild type brazein and the conventionally developed brazein variants, the increase in sweet taste is excellent. Thus, the brazein variants of the present invention can be used in very small amounts to achieve the desired sweetness and can be used in place of other sweeteners, including sugar, in food.

Description

높은 단맛을 가지는 신규한 브라제인 다중 변이체 및 이의 제조방법{Method for preparing novel multi-mutated Brazzein having higher sweetness}Method for preparing novel multi-mutated Brazzein having higher sweetness}

본 발명은 높은 단맛을 가지는 신규한 브라제인 다중 변이체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a novel brazein multiple variant having a high sweet taste and a method for preparing the same.

식품 및 음료에 첨가되는 정제 설탕은 영양적 가치가 없고, 에너지 섭취 증가에만 기여한다. 이러한 설탕의 과도한 소비는 세계적인 비만율을 야기하였다. 따라서, 비만 문제를 해결하기 위한 방법 중 하나로 설탕을 고강도 감미료로 대체하여 에너지 섭취를 줄이는 것이 고안되었다. 현재 설탕을 대체하기 위해 사용되고 있는 대체 감미료로는 크게 아스파탐, 사카린 등을 포함한 인공감미료와 감미단백질, 당알콜, 올리고당 등을 포함한 천연감미료로 나눌 수 있다. 그 중에서도 감미단백질은 식물의 열매에서 유래한 천연 물질로서 그 종류로는 타우마틴(thaumatin), 모넬린(monellin), 마빈린(mabinlin), 컬큘린(curculin), 미라큘린(miraculin), 브라제인(brazzein) 등이 있다. 감미단백질은 상대적으로 낮은 칼로리를 가지고 있으면서도 설탕보다 훨씬 강한 단맛을 가지고 있기 때문에 합성 인공 감미료의 대체제로 주목받고 있다.Refined sugar added to foods and beverages has no nutritional value and only contributes to increased energy intake. This excessive consumption of sugar has led to global obesity rates. Therefore, as one of the methods to solve the problem of obesity, it has been devised to replace the sugar with high-intensity sweeteners to reduce energy intake. Alternative sweeteners currently used to replace sugar can be broadly divided into artificial sweeteners including aspartame and saccharin, and natural sweeteners including sweet proteins, sugar alcohols and oligosaccharides. Among them, sweet protein is a natural substance derived from the fruit of the plant, and its types include taumatin, monellin, mabinlin, curculin, miraculin and brazein. (brazzein) and the like. Sweet protein has attracted attention as a substitute for synthetic artificial sweeteners because it has a relatively low calorie and has a much sweeter taste than sugar.

단맛수용체의 리간드로 사용한 브라제인은 54개 아미노산 잔기로 이루어진 감미단백질로 현재까지 알려진 감미단백질 중 가장 작은 크기를 가지고 있고, 설탕과 유사한 단맛을 지닌 것으로 알려져 있다. 야생형 브라제인은 N-말단에 pyro-glutamate의 존재 유무를 기준으로 주 형태(major form)과 부 형태(minor form)로 분류할 수 있다. N-말단에 pyro-glutamate를 보유하고 있는(pyrE) 주 형태는 야생형의 80%를 차지하고 있다. 나머지 20%를 차지하는 부 형태는 N-말단에 pyro-glutamate가 결핍되어 있으며(des-pyrE), 주 형태보다 단맛 활성이 2배 더 강하다. 브라제인은 3개의 역평행 베타 사슬(strand I, residues 5-7; strand II, residues 44-50; strand III, residues 34-39)과 1개의 작은 알파 나선(residues 21-29) 구조를 가지고 있는데, 이 3개의 베타 사슬들은 중심의 수소 결합과 4개의 이황화 결합으로 연결되어 있어 안정한 구조를 유지한다(도 1). 이러한 구조적 안정성으로 인해, 브라제인은 다른 감미단백질에 비해 넓은 범위의 온도 및 pH에서 안정하다.As a ligand for sweet receptors, brazein is a sweet protein consisting of 54 amino acid residues, the smallest sweet protein known to date, and is known to have a sugar-like sweetness. Wild-type brazein can be classified into major form and minor form based on the presence of pyro-glutamate at the N-terminus. The main form with pyro-glutamate at the N-terminus (pyrE) accounts for 80% of the wild type. The other 20% of the minor forms lack pyro-glutamate at the N-terminus (des-pyrE) and are twice as sweet as the main forms. Brazein has three antiparallel beta chains (strand I, residues 5-7; strand II, residues 44-50; strand III, residues 34-39) and one small alpha helix (residues 21-29). These three beta chains are linked to a central hydrogen bond and four disulfide bonds to maintain a stable structure (FIG. 1). Because of this structural stability, brazein is stable over a wide range of temperatures and pH compared to other sweet proteins.

이러한 구조적 안정성을 유지하면서 야생형 브라제인 보다 높은 단맛을 나타내는 변이체에 대해 본 발명자들은 계속 연구 중에 있다 (특허문헌 1~3).While maintaining such structural stability, the present inventors are continuously studying the variants exhibiting higher sweetness than wild type brazein (Patent Documents 1 to 3).

한국특허출원 제2007-0117013호Korean Patent Application No. 2007-0117013 한국특허출원 제2008-0019008호Korean Patent Application No. 2008-0019008 한국특허출원 제2010-0016660호Korean Patent Application No. 2010-0016660

본 발명자들은 종래의 야생형 브라제인과 비교하여 단맛이 증가되어 있는 새로운 형태의 브라제인 변이체 단백질을 개발하기 위해 연구 노력한 결과, 야생형 브라제인의 4가지의 다른 부위에서의 아미노산 변이를 동시에 갖는 다중변이체를 성공적으로 제조하였으며, 이 변이체가 야생형 브라제인 및 종전에 개발된 변이체에 비해 훨씬 높은 단맛을 가진다는 것을 실험적으로 확인하여 본 발명을 완성하였다. The present inventors have tried to develop a new type of brazein variant protein with increased sweetness as compared to the conventional wild type brazein. As a result, the present inventors have found that the multivariate having amino acid mutations at four different sites of the wild type brazein at the same time. The present invention was completed successfully by experimentally confirming that this variant has a much higher sweetness than wild type brazein and previously developed variants.

따라서, 본 발명의 목적은 단맛이 증가된 브라제인 다중 변이체를 제공하는데 있다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide multiple variants of Brazein with increased sweetness.

본 발명의 다른 목적은 상기 브라제인 다중 변이체를 코딩하는 핵산 분자를 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a nucleic acid molecule encoding the brazein multiple variants.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 핵산 분자를 포함하는 재조합 벡터를 제공하는데 있다. Still another object of the present invention is to provide a recombinant vector comprising the nucleic acid molecule.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 재조합 벡터로 형질전환된 숙주 세포를 제공하는데 있다. Another object of the present invention to provide a host cell transformed with the recombinant vector.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 브라제인 다중 변이체를 생산하는 방법을 제공하는데 있다. It is another object of the present invention to provide a method for producing the brazein multiple variants.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 브라제인 다중 변이체를 유효성분으로 포함하는 당도 증진용 식품 조성물을 제공하는데 있다. Still another object of the present invention is to provide a sugar composition for improving sugar content comprising the multiple variants of brazein as an active ingredient.

본 발명의 목적 및 장점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구의 범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다. The objects and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description, claims and drawings.

본 발명은 서열번호 5로 표시되는 아미노산 서열을 가지는 브라제인 다중 변이체[A1 ins_H30R_E35D_E40A]에 관한 것이다. The present invention relates to a brazein multiple variant [A1 ins_H30R_E35D_E40A] having an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 5.

본 발명의 브라제인 다중 변이체는 서열번호 3의 아미노산 서열을 가지는 브라제인 3차 변이체 H30R_E35D_E40A(브라제인 부타입 단백질(서열번호 1)의 30번째 아미노산인 히스티딘(histidine) 잔기가 아르기닌(arginine) 잔기로, 35번째 아미노산인 글루타민산(glutamic acid) 잔기가 아스파르트산(aspartic acid) 잔기로(서열번호 3), 40번째 글루타민산(glutamic acid) 잔기가 알라닌 잔기로 치환된 브라제인 3차 변이체[국내 등록 특허 제 981087호]에서, 1번째 위치에 알라닌(alanine)이 삽입된 다중 변이체로서, 서열번호 5로 표시된다. In the brazein multiple variant of the present invention, the histidine residue, which is the 30th amino acid of the brazein tertiary variant H30R_E35D_E40A (SEQ ID NO: 1) having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3, is an arginine residue. Brazein tertiary variant wherein the 35th amino acid glutamic acid residue is replaced with an aspartic acid residue (SEQ ID NO: 3) and the 40th glutamic acid residue is replaced with an alanine residue. 981087, which is a multiple variant having an alanine inserted in the first position, is represented by SEQ ID NO: 5.

특히, 본 발명의 브라제인 다중 변이체 단백질은 야생형 브라제인에 비해 약 2038배 단맛이 향상되었다. In particular, the brazein multiple variant proteins of the present invention have an improved sweetness of about 2038 times compared to wild type brazein.

본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 상기 브라제인 다중 변이체를 코딩하는 핵산 분자를 제공한다. According to another aspect of the present invention, the present invention provides a nucleic acid molecule encoding the brazein multiple variants.

본 명세서에서 용어 "핵산 분자"는 DNA (gDNA 및 cDNA) 그리고 RNA 분자를 포괄적으로 포함하는 의미를 갖으며, 핵산 분자에서 기본 구성 단위인 뉴클레오타이드는 자연의 뉴클레오타이드뿐만 아니라, 당 또는 염기 부위가 변형된 유사체 (analogue)도 포함한다 (Scheit, Nucleotide Analogs, John Wiley, New York(1980); Uhlman 및 Peyman, Chemical Reviews, 90:543-584(1990)). As used herein, the term “nucleic acid molecule” is meant to encompass DNA (gDNA and cDNA) and RNA molecules inclusively, and the nucleotides, which are the basic structural units in nucleic acid molecules, are modified from sugar or base sites, as well as natural nucleotides. Analogues (Scheit, Nucleotide Analogs, John Wiley, New York (1980); Uhlman and Peyman, Chemical Reviews, 90: 543-584 (1990)).

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 핵산 분자는 서열번호 6으로 표시되는 뉴클레오타이드 서열을 갖는다. According to a preferred embodiment of the present invention, the nucleic acid molecule has a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 6.

또한, 본 발명은 (i) 프로모터 및 (ⅱ) 상기 프로모터와 작동가능하게 연결된 상기 브라제인 다중 변이체 코딩 핵산 분자를 포함하는 재조합 벡터를 포함한다. The invention also includes a recombinant vector comprising (i) a promoter and (ii) said brazein multiple variant coding nucleic acid molecule operably linked with said promoter.

본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 재조합 벡터에서 상기 브라제인 다중 변이체를 코딩하는 핵산 분자는 클루이베로마이세스 락티스(Kluyveromyces lactis) 알파-메이팅(α-mating) 신호서열을 코딩하는 핵산분자에 연결될 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the nucleic acid molecule encoding the brazein multiple variant in the recombinant vector is Kluyveromyces lactis ( Kluyveromyces) lactis ) can be linked to a nucleic acid molecule encoding an alpha-mating signal sequence.

상기 클루이베로마이세스 락티스(Kluyveromyces lactis) 알파-메이팅(α-mating) 신호서열을 서열번호 7의 염기서열을 가질 수 있다. 상기 알파-메이팅 서열은 본 발명의 브라제인 뉴클레오티드 서열의 5' 상단에 단백질로의 번역 시 동일한 프레임을 가지도록 연결된다. Kluyveromyces the Kluyveromyces lactis ) alpha-mating signal sequence may have a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 7. The alpha-mating sequence is linked to have the same frame upon translation into a protein on the 5 'top of the brazein nucleotide sequence of the present invention.

또한, 상기 재조합 발현벡터에 작동 유전자를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the recombinant expression vector may further comprise an effector gene.

본 발명에서 "재조합 발현벡터"란 숙주세포에서 목적 단백질 발현(expression) 또는 목적 RNA를 전사(transcription)할 수 있는 벡터로서, 유전자 삽입물이 발현되도록 작동 가능하게 연결된 필수적인 조절 요소를 포함하는 유전자 제작물을 말한다.In the present invention, a "recombinant expression vector" is a vector capable of transcription of a target protein or a target RNA in a host cell, and refers to a gene construct including an essential regulatory element operably linked to express a gene insert. Say.

상기 용어 "프로모터"는 단백질 코딩 서열 또는 기능적 RNA의 발현을 조절하는 DNA 서열을 의미한다. The term "promoter" means a DNA sequence that regulates the expression of a protein coding sequence or functional RNA.

상기 '작동 유전자'란 특정한 숙주 세포에서 작동 가능하게 연결된 핵산 서열의 발현을 조절하는 DNA 서열을 의미하며, '작동 가능하게 연결된다(operably linked)'는 것은 하나의 핵산 단편이 다른 핵산 단편과 결합되어 그의 기능 또는 발현이 다른 핵산 단편에 의해 영향을 받는 것을 말한다. 아울러, 전사를 조절하기 위한 임의의 오퍼레이터 서열, 적합한 mRNA 리보좀 결합 부위를 코딩하는 서열 및 전사 및 해독의 종결을 조절하는 서열을 추가로 포함할 수 있다. 상기 작동 유전자로는 모든 시간대에 상시적으로 목적 유전자의 발현을 유도하는 프로모터(constitutive promoter) 또는 특정한 위치, 시기에 목적 유전자의 발현을 유도하는 프로모터(inducible promoter)를 사용할 수 있으며, 그 예로는 효모 LAC 프로모터, GAL 프로모터(Rosaura Rodicio et al.,Microbiology 152 (2006), 2635-2649), KlADH4 프로모터(Michele Saliola et al., Appl Environ Microbiol. 1999 January; 65(1): 53-60), 말타아제/말토오스 퍼메아제 바이-디렉션널 프로모터(미국 특허 제6,596,513호), PGK1 프로모터(V. Melvydas et al., BIOLOGIJA, 4:1-4, 2006) 등이 있다. 이외에도 미국 특허 제227,326호 등에 개시된 프로모터들을 모두 사용할 수 있다. 바람직하게는 상기 프로모터는 LAC4 프로모터를 사용할 수 있다.The 'operator gene' refers to a DNA sequence that controls the expression of a nucleic acid sequence operably linked in a particular host cell, 'operably linked' means that one nucleic acid fragment is combined with another nucleic acid fragment The function or expression thereof is influenced by other nucleic acid fragments. In addition, it may further comprise any operator sequence for regulating transcription, a sequence encoding a suitable mRNA ribosomal binding site, and a sequence regulating termination of transcription and translation. The effector gene may be a promoter (constitutive promoter) to induce the expression of the target gene at all times at all times or a promoter (inducible promoter) to induce the expression of the target gene at a specific position, time, for example, yeast LAC Promoter, GAL promoter (Rosaura Rodicio et al ., Microbiology 152 (2006), 2635-2649), KlADH4 promoter (Michele Saliola et al ., Appl Environ Microbiol. 1999 January; 65 (1): 53-60), maltase / maltose permease bi-directional promoter (US Pat. No. 6,596,513), PGK1 promoter (V. Melvydas et al ., BIOLOGIJA, 4: 1-4, 2006). In addition, all of the promoters disclosed in US Pat. No. 227,326 and the like can be used. Preferably, the promoter may use a LAC4 promoter.

상기 브라제인 변이체 발현을 위한 재조합 발현벡터로 pKLAC2-브라제인 변이체, pKLAC2-브라제인 변이체::LAC4일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 클루이베로마이세스 락티스 유래의 PDI 유전자를 포함하는 재조합 발현벡터로 pKLAC2-PDI일 수 있다.The recombinant expression vector for expression of the brazein variant may be pKLAC2-brazein variant, pKLAC2-brazein variant :: LAC4, but is not limited thereto. In addition, the recombinant expression vector containing the PDI gene derived from Kluyveromyces lactis may be pKLAC2-PDI.

본 발명은 또한, 상기 재조합 발현벡터로 형질전환시킨 숙주세포를 제공한다. 본 발명에서는 바람직하기로 숙주세포로 효모 일종인 클루이베로마이세스 락티스(Kluyveromyces lactis)를 사용하였다. 상기 효모는 상기 재조합 발현벡터로 통상의 형질전환 방법에 따라 형질전환되고, 이때 형질전환은 핵산을 숙주세포에 도입하는 어떤 방법도 포함되며, 당 분야에서 공지된 바와 같이 숙주세포에 따라 적합한 표준기술을 선택하여 수행할 수 있다. 이런 방법에는 전기충격 유전자 전달법(electroporation), 초산화 리튬(LiCH3COO)법, 염화 리튬(LiCl)법, PEG-매개 융합법(PEG-mediated fusion),운반 DNA 융합법(Carrier-DNA mediated fusion)등이 포함되나 이로 제한되지 않는다.The present invention also provides a host cell transformed with the recombinant expression vector. In the present invention, as the host cell, Kluyveromyces lactis , a kind of yeast, was used. The yeast is transformed with the recombinant expression vector according to a conventional transformation method, wherein the transformation includes any method for introducing a nucleic acid into a host cell, a standard technique suitable for the host cell as known in the art This can be done by selecting. Such methods include electroporation, lithium acetate (LiCH 3 COO), lithium chloride (LiCl), PEG-mediated fusion, and carrier-DNA mediated. fusion), and the like.

본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 브라제인 다중 변이체를 생산하는 방법을 제공한다: (a) 상술된 브라제인 다중 변이체를 발현하는 재조합 벡터로 형질전환된 숙주 세포를 배양하는 단계; 및 (b) 상기 배양된 숙주 세포로부터 브라제인 다중 변이체 단백질을 분리하는 단계. According to another aspect of the present invention, the present invention provides a method for producing a brazein multiple variant comprising the steps of: (a) a host cell transformed with a recombinant vector expressing the brazein multiple variant described above Culturing; And (b) isolating brazein multiple variant proteins from the cultured host cell.

본 발명의 브라제인 다중 변이체를 발현하는 벡터로 형질전환된 숙주세포를 브라제인 다중 변이체의 발현을 유도할 수 있는 적절한 배지를 사용하여 적합한 배양 조건 하에서 배양한다. 숙주세포 배양을 위한 배지 및 배양 조건은 당업자에게 공지되어 있으며, 당업자는 공지된 배지 및 배양 조건을 본 발명에 적합하게 변형하여 사용할 수 있다. Host cells transformed with the vector expressing the brazein multiple variant of the present invention are cultured under suitable culture conditions using an appropriate medium capable of inducing the expression of the brazein multiple variant. Media and culture conditions for host cell culture are known to those skilled in the art, and those skilled in the art can modify and use known media and culture conditions as appropriate for the present invention.

한편, 본 발명은 상기 재조합 발현벡터로 형질전환시킨 클루이베로마이세스 락티스(Kluyveromyces lactis)를 배양하는 단계를 포함하는 브라제인의 대량 생산 방법을 포함한다.On the other hand, the present invention includes a method for mass production of brazein comprising the step of culturing Kluyveromyces lactis transformed with the recombinant expression vector ( Kluyveromyces lactis ).

이러한 본원발명에서의 브라제인의 발현은 젖당(lactose), 갈락토오스 (galactose), 글로코오스(glucose), 녹말(starch)과 같은 통상적인 유도성 프로모터의 발현을 촉진하는 화합물에 의해 이루어진다. 발현된 알파-메이팅(α-Mating) 신호서열을 포함하는 브라제인은 신호서열에 의해 효모의 소포체로 이동하게 되고, 효모의 시그널 펩티다제(signal peptidase)와 Kex 펩티다제(Kex peptidase)에 의해 신호서열이 제거되어 브라제인이 합성되게 된다. 따라서, 본 발명의 브라제인 발현 재조합 발현벡터를 포함하도록 형질전환된 효모는 브라제인을 코딩하는 폴리뉴클레오티드가 발현되도록 적절한 배지 및 조건 하에서 배양될 수 있으며, 이는 질소 공급원으로 효모 추출물을 0.5 내지 5%, 펩톤을 0.5 내지 5%로 단독 또는 혼합하여 사용하고, 탄소 공급원 및 발현 유도제로 갈락토오스 1 내지 4%, 글루코오스 1 내지 4%, 젖당 1 내지 4% 및 전분 1 내지 4%로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 특히, 효모 추출물 0.5 내지 5%, 펩톤 0.5 내지 5% 및 갈락토오스 1 내지 4%를 포함하는 배지에서 배양하는 것이 더욱 바람직하다.The expression of brazein in this invention is made by compounds that promote the expression of conventional inducible promoters, such as lactose, galactose, glucose, starch. The brazein containing the expressed alpha-Mating signal sequence is transferred to the yeast endoplasmic reticulum by the signal sequence, and the signal peptidase and Kex peptidase of the yeast are transferred to the yeast endoplasmic reticulum. This removes the signal sequence and synthesizes brazein. Thus, the yeast transformed to contain the brazein expression recombinant expression vector of the present invention can be cultured under appropriate media and conditions such that the polynucleotides encoding brazein are expressed, which is 0.5 to 5% yeast extract as a nitrogen source. , Peptone is used alone or in a mixture of 0.5 to 5%, one selected from the group consisting of 1-4% galactose, 1-4% glucose, 1-4% lactose and 1-4% starch as a carbon source and expression inducer The above can be used. In particular, it is more preferable to culture in a medium containing 0.5 to 5% of yeast extract, 0.5 to 5% of peptone and 1 to 4% of galactose.

본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 상기 브라제인 다중 변이체를 유효성분으로 포함하는 당도 증진용 식품 조성물을 제공한다. According to another aspect of the present invention, the present invention provides a food composition for enhancing sugar content, comprising the multiple variants of brazein as an active ingredient.

본 발명의 식품 조성물은 기능성 식품(functional food), 영양 보조제(nutritional supplement),건강식품(health food) 및 식품 첨가제(food additives) 등의 모든 형태를 포함한다. 상기 유형의 식품 조성물은 당업계에 공지된 통상적인 방법에 따라 다양한 형태로 제조할 수 있다. 예를 들면, 음료(알콜성 음료 포함), 과실 및 그의 가공식품(예: 과일통조림, 병조림, 잼, 마아말레이드 등), 어류, 육류 및 그 가공식품(예: 햄, 소시지 콘비이프 등), 빵류 및 면류(예: 우동, 메밀국수, 라면, 스파게티, 마카로니 등), 과즙, 각종 드링크, 쿠키, 엿, 유제품(예: 버터, 치즈 등), 식용식물유지, 마아가린, 식물성 단백질, 레토르트 식품, 냉동식품, 각종 조미료(예: 된장, 간장, 소스 등) 등을 포함한다. The food composition of the present invention includes all forms such as functional food, nutritional supplement, health food and food additives. Food compositions of this type can be prepared in various forms according to conventional methods known in the art. For example, beverages (including alcoholic beverages), fruits and processed foods (e.g. canned fruit, canned foods, jams, marmalade, etc.), fish, meat and processed foods (e.g. ham, sausage cornbeans, etc.) , Breads and noodles (e.g. udon, soba, ramen, spaghetti, macaroni, etc.), fruit juices, various drinks, cookies, malts, dairy products (e.g. butter, cheese, etc.), edible vegetable oils, margarine, vegetable protein, retort food , Frozen foods, various seasonings (e.g. miso, soy sauce, sauce, etc.).

본 발명의 브라제인 다중 변이체를 함유하는 식품 조성물을 식품 첨가제의 형태로 사용하기 위해서는 분말 또는 농축액 형태로 제조하여 사용할 수 있다. In order to use the food composition containing the brazein multiple variant of the present invention in the form of a food additive, it may be prepared and used in powder or concentrate form.

본 발명의 식품 조성물 중 본 발명의 브라제인 다중 변이체는 전체 조성물 중량에 대해 0.01 - 10 중량%의 함유량 범위로 포함될 수 있다.The brazein multiple variant of the present invention in the food composition of the present invention may be included in the content range of 0.01 to 10% by weight relative to the total composition weight.

본 발명은 단맛이 증가된 신규한 브라제인 다중 변이체, 상기 변이체를 코딩하는 핵산 분자, 상기 핵산 분자를 포함하는 재조합 벡터, 상기 재조합 벡터로 형질전환된 숙주 세포, 상기 변이체를 생산하는 방법 및 상기 변이체를 유효성분으로 포함하는 당도 증진용 식품 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 브라제인 다중 변이체는 동일한 양의 수크로오스(설탕)과 비교하여 약 2백만배 이상 단맛이 높다. 야생형의 브라제인 및 종래 개발된 브라제인 변이체와 비교하여도 단맛의 증가가 월등히 우수하다. 따라서, 본 발명의 브라제인 변이체는 매우 적은 양을 사용하여 원하는 단맛을 낼 수 있으며, 식품에서 설탕을 비롯한 다른 감미제를 대체하여 사용될 수 있다.The present invention provides a novel braze multiple variant with increased sweetness, a nucleic acid molecule encoding said variant, a recombinant vector comprising said nucleic acid molecule, a host cell transformed with said recombinant vector, a method of producing said variant and said variant It relates to a food composition for enhancing sugar content as an active ingredient. The brazein multiple variants of the invention are about 2 million times more sweet than comparable amounts of sucrose (sugar). Compared with the wild type brazein and the conventionally developed brazein variants, the increase in sweet taste is excellent. Thus, the brazein variants of the present invention can be used in very small amounts to achieve the desired sweetness and can be used in place of other sweeteners, including sugar, in food.

도 1은 야생형 브라제인의 구조를 나타낸 것이다[4개의 분자 내 이황화 결합이 황색으로 시각화됨].
도 2는 SIAM yes-no task에 사용되는 테스트 시트를 나타낸 것이다.
도 3은 브라제인 변이체의 서열을 나타낸 것이다.
도 4는 정제된 브라제인 다중변이체를 전기영동으로 확인한 것이다[Lane M, Polypeptide SDS-PAGE molecular weight marker; Lane 1, des-pE1M(des-pE1MBRZ); Lane 2, H30R/E35D/E40A(3M); Lane 3, A1 ins/ H30R/E35D/E40A(3M-A1 ins)].
도 5는 T1R2 및 T1R3 서브유닛의 상동성 기반 모델링된 세포 외 도메인 구조를 나타낸 것이다[(a) T1R2 서브유닛의 세포 외 도메인, (b) T1R3 서브유닛의 세포 외 도메인].
도 6은 상동성 기반의 브라제인 다중변이체를 모델링한 것이다[(a) des-pE1M 브라제인; (b) H30R/E35D/E40A; (c) A1 ins/H30R/E35D/E40A].
도 7은 T1R2-T1R3 이종이합체 복합체에 대한 브라제인 des-pE1M에서 발견된 7가지 최고의 도킹 방향을 나타낸 것이다[모든 구조는 백본 리본으로 표현됨. 오렌지: T1R2 서브유닛; 청색: T1R3 서브 유닛; 녹색, 브라제인, (a) 브라제인 des-pE1M의 복합체 모델 #1, (b) 브라제인 des-pE1M의 복합체 모델 #2, (c) 브라제인 des-pE1M의 복합체 모델 #3, (d) 브라제인 des-pE1M의 복합체 모델 #4, (e) 브라제인 des-pE1M의 복합체 모델 #5, (f) 브라제인 des-pE1M의 복합체 모델 #6, (g) 브라제인 des-pE1M의 복합체 모델 #7].
도 8은 T1R2-T1R3 이종이합체 복합체에 대한 브라제인 H30R/E35D/E40A에서 발견된 7가지 최고의 도킹 방향을 나타낸 것이다[모든 구조는 백본 리본으로 표현됨. 오렌지: T1R2 서브유닛; 청색: T1R3 서브 유닛; 녹색, 브라제인, (a) 브라제인 H30R/E35D/E40A의 복합체 모델 #1, (b) 브라제인 H30R/E35D/E40A의 복합체 모델 #2, (c) 브라제인 H30R/E35D/E40A의 복합체 모델 #3, (d) 브라제인 H30R/E35D/E40A의 복합체 모델 #4, (e) 브라제인 H30R/E35D/E40A의 복합체 모델 #5, (f) 브라제인 H30R/E35D/E40A의 복합체 모델 #6, (g) 브라제인 H30R/E35D/E40A의 복합체 모델 #7].
도 9는 T1R2-T1R3 이종이합체 복합체에 대한 브라제인 A1 ins/H30R/E35D/E40A에서 발견된 7가지 최고의 도킹 방향을 나타낸 것이다[모든 구조는 백본 리본으로 표현됨. 오렌지: T1R2 서브유닛; 청색: T1R3 서브 유닛; 녹색, 브라제인, (a) 브라제인 A1 ins/H30R/E35D/E40A의 복합체 모델 #1, (b) 브라제인 A1 ins/H30R/E35D/E40A의 복합체 모델 #2, (c) 브라제인 A1 ins/H30R/E35D/E40A의 복합체 모델 #3, (d) 브라제인 A1 ins/H30R/E35D/E40A의 복합체 모델 #4, (e) 브라제인 A1 ins/H30R/E35D/E40A의 복합체 모델 #5, (f) 브라제인 A1 ins/H30R/E35D/E40A의 복합체 모델 #6, (g) 브라제인 A1 ins/H30R/E35D/E40A의 복합체 모델 #7].
도 10은 des-pE1M 브라제인과 T1Rs 서브유닛 간의 소수성 및 친수성 상호작용의 도식적 표현을 나타낸 것이다[체인 A, T1R2 서브유닛; 체인 B, T1R3 서브유닛; 체인 C, 브라제인; 녹색의 점선: 수소 결합, 붉은 색의 점선: 소수성 상호 작용, (a) Lys14와 Asn24 사이의 수소 결합, (b) Tyr23과 Leu112 사이의 수소 결합, (c) Arg32와 Arg123 사이의 수소 결합, (d) Tyr53과 Met162 사이의 수소 결합].
도 11은 H30R/E35D/E40A 브라제인과 T1Rs 서브유닛 간의 소수성 및 친수성 상호작용의 도식적 표현을 나타낸 것이다[체인 A, T1R2 서브유닛; 체인 B, T1R3 서브유닛; 체인 C, 브라제인; 녹색의 점선: 수소 결합, 붉은 색의 점선: 소수성 상호 작용, (a) Lys2와 Asn130 사이의 수소 결합, (b) Arg32와 Tyr28 사이의 수소 결합, (c) Arg30과 Asp26 사이의 수소 결합, (d) Asn43과 Asp419 사이의 수소 결합, (e) Asp39와 Ser122 사이의 수소 결합].
도 12는 A1 ins/H30R/E35D/E40A 브라제인과 T1Rs 서브유닛 간의 소수성 및 친수성 상호작용의 도식적 표현을 나타낸 것이다[체인 A, T1R2 서브유닛; 체인 B, T1R3 서브유닛; 체인 C, 브라제인; 녹색의 점선: 수소 결합, 붉은 색의 점선: 소수성 상호 작용, (a) Arg33과 Asn24 사이의 수소 결합, (b) Gln53과 Ile132 사이의 수소 결합, (c) Glu9와 Trp424 사이의 수소 결합].
도 13은 원형 이색성에 의한 T1R2, T1R3 서브유닛 및 T1R2-T1R3 이종이합체의 평균 잔류 타원도(Mean residue ellipticity, MRE)를 나타낸 것이다[점선: T1R2 서브유닛, 파선: T1R3 서브유닛, 실선, T1R2-T1R3 이종이합체].
도 14는 원편광 이색성에 의한 브라제인 다중변이체의 평균 잔류 타원도 (MRE)를 나타낸 것이다[실선: des-pE1M 브라제인; 점선: H30R/E35D/E40A 브라제인; 짧은 파선: A1 ins/H30R/E35D/E40A brazzein)
도 15는 원편광 이색성에 의한 T1R2-T1R3 이종이합체에 도킹된 브라제인 다중 변이체의 복합체 사이의 평균 잔류 타원도(MRE)를 비교한 것이다[실선: T1R2-T1R3 이종이합체; 점선: T1R2-T1R3-des-pGlu 브라제인 복합체; 파선: T1R2-T1R3-H30R/E35D/E40A 브라제인 복합체].
도 16은 원편광 이색성에 의한 T1R2-T1R3 이종이합체에 도킹된 브라제인 다중 변이체의 복합체 사이의 평균 잔류 타원도(MRE)를 비교한 것이다[실선: T1R2-T1R3 이종이합체; 점선: T1R2-T1R3-A1 ins/ H30R/E35D/E40A 브라제인 복합체].
도 17은 브라제인 다중변이체들의 평균 열 지속 시간을 나타낸 것이다[실선: des-pE1M 브라제인, 점선: A1 ins/H30R/E35D/E40A].
도 18은 열 변성 브라제인 다중변이체의 원자외선 원편광 이색성 스펙트럼 결과이다[청색: 브라제인, 적색: 80℃ 브라제인, 녹색, 83℃ 브라제인, 자색: 86℃ 브라제인, 밝은 청색, 89℃ 브라제인, 오렌지, 92℃ 브라제인, 진한 청색, 95℃ 브라제인].
도 19는 pKLAC2-브라제인 변이체 발현 벡터를 나타낸 것이다.
Figure 1 shows the structure of wild type brazein (four intramolecular disulfide bonds visualized in yellow).
2 shows a test sheet used for a SIAM yes-no task.
Figure 3 shows the sequence of the brazein variants.
Figure 4 shows the electrophoresis of purified brazein multivariate [Lane M, Polypeptide SDS-PAGE molecular weight marker; Lane 1, des-pE1M (des-pE1MBRZ); Lane 2, H30R / E35D / E40A (3M); Lane 3, A1 ins / H30R / E35D / E40A (3M-A1 ins)].
FIG. 5 shows homology based modeled extracellular domain structure of T1R2 and T1R3 subunits ((a) extracellular domain of T1R2 subunit, (b) extracellular domain of T1R3 subunit).
Figure 6 is a model of homology-based brazein multivariate [(a) des-pE1M brazein; (b) H30R / E35D / E40A; (c) A1 ins / H30R / E35D / E40A].
FIG. 7 shows the seven best docking directions found in brazein des-pE1M for the T1R2-T1R3 heterodimeric complex [all structures are represented by backbone ribbons. Orange: T1R2 subunit; Blue: T1R3 subunit; Green, brazein, (a) complex model # 1 of brazein des-pE1M, (b) complex model # 2 of brazein des-pE1M, (c) complex model # 3 of brazein des-pE1M, (d) Complex model # 4 of brazein des-pE1M, (e) Complex model # 5 of brazein des-pE1M, (f) Complex model # 6 of brazein des-pE1M, (g) Complex model of brazein des-pE1M # 7].
FIG. 8 shows the seven best docking directions found in Brazein H30R / E35D / E40A for the T1R2-T1R3 heterodimeric complex [all structures are represented by backbone ribbons. Orange: T1R2 subunit; Blue: T1R3 subunit; Green, brazein, (a) complex model # 1 of brazein H30R / E35D / E40A, (b) complex model # 2 of brazein H30R / E35D / E40A, (c) complex model of brazein H30R / E35D / E40A # 3, (d) complex model # 4 of brazein H30R / E35D / E40A, (e) complex model # 5 of brazein H30R / E35D / E40A, (f) complex model # 6 of brazein H30R / E35D / E40A , (g) complex model # 7 of brazein H30R / E35D / E40A].
FIG. 9 shows the seven best docking directions found in Brazein A1 ins / H30R / E35D / E40A for the T1R2-T1R3 heterodimeric complex [all structures are represented by backbone ribbons. Orange: T1R2 subunit; Blue: T1R3 subunit; Green, brazein, (a) complex model # 1 of brazein A1 ins / H30R / E35D / E40A, (b) complex model # 2 of brazein A1 ins / H30R / E35D / E40A, (c) brazein A1 ins Complex Model # 3 of / H30R / E35D / E40A, (d) Complex Model # 4 of Brazein A1 ins / H30R / E35D / E40A, (e) Complex Model # 5 of Brazein A1 ins / H30R / E35D / E40A, (f) complex model # 6 of brazein A1 ins / H30R / E35D / E40A, (g) complex model # 7 of brazein A1 ins / H30R / E35D / E40A].
10 shows a schematic representation of hydrophobic and hydrophilic interactions between des-pE1M brazein and the T1Rs subunit [chain A, T1R2 subunits; Chain B, T1R3 subunit; Chain C, brazein; Green dotted line: hydrogen bond, red dotted line: hydrophobic interaction, (a) hydrogen bond between Lys14 and Asn24, (b) hydrogen bond between Tyr23 and Leu112, (c) hydrogen bond between Arg32 and Arg123, ( d) hydrogen bonding between Tyr53 and Met162].
11 shows a schematic representation of hydrophobic and hydrophilic interactions between H30R / E35D / E40A brazein and T1Rs subunits [Chain A, T1R2 subunits; Chain B, T1R3 subunit; Chain C, brazein; Green dotted line: hydrogen bond, red dotted line: hydrophobic interaction, (a) hydrogen bond between Lys2 and Asn130, (b) hydrogen bond between Arg32 and Tyr28, (c) hydrogen bond between Arg30 and Asp26, ( d) hydrogen bonding between Asn43 and Asp419, (e) hydrogen bonding between Asp39 and Ser122].
12 is Schematic representation of hydrophobic and hydrophilic interactions between A1 ins / H30R / E35D / E40A brazein and T1Rs subunits [chain A, T1R2 subunits; Chain B, T1R3 subunit; Chain C, brazein; Green dotted line: hydrogen bond, red dotted line: hydrophobic interaction, (a) hydrogen bond between Arg33 and Asn24, (b) hydrogen bond between Gln53 and Ile132, (c) hydrogen bond between Glu9 and Trp424].
FIG. 13 shows mean residue ellipticity ( MRE) of T1R2, T1R3 subunit and T1R2-T1R3 heterodimer by circular dichroism [dotted line: T1R2 subunit, dashed line: T1R3 subunit, solid line, T1R2- T1R3 heterodimer].
FIG. 14 shows the mean residual ellipticity (MRE) of brazein multivariates due to circular dichroism (solid line: des-pE1M brazein; Dashed line: H30R / E35D / E40A brazein; Short dashed line: A1 ins / H30R / E35D / E40A brazzein)
FIG. 15 compares the mean residual ellipticity (MRE) between complexes of Brazain multiple variants docked in T1R2-T1R3 heterodimers by circular dichroism [solid line: T1R2-T1R3 heterodimer; Dashed line: T1R2-T1R3-des-pGlu brazein complex; Dashed line: T1R2-T1R3-H30R / E35D / E40A brazein complex].
FIG. 16 compares the mean residual ellipticity (MRE) between complexes of Brazain multiple variants docked in T1R2-T1R3 heterodimers by circular dichroism [solid line: T1R2-T1R3 heterodimer; Dashed line: T1R2-T1R3-A1 ins / H30R / E35D / E40A brazein complex].
FIG. 17 shows the mean heat duration of brazein multivariates (solid line: des-pE1M brazein, dashed line: A1 ins / H30R / E35D / E40A).
FIG. 18 is an ultraviolet-ray circular polarization dichroism spectrum result of thermally modified brazein multivariate [blue: brazein, red: 80 ° C brazein, green, 83 ° C brazein, purple: 86 ° C brazein, light blue, 89 ° C. braze, orange, 92 ° C. braze, dark blue, 95 ° C. braze].
Figure 19 shows pKLAC2-brazein variant expression vectors.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples in accordance with the gist of the present invention. .

[[ 실시예Example ]]

I. I. 브라제인Brazein 구조 연구 Structural research

1.1 1.1 브라제인Brazein 변이체Variant 및 안정성 연구 And stability studies

브라제인의 단맛은 크게 두 가지 요인에 의해 영향을 받는다. 첫 번째는 단백질의 구조인데, 브라제인의 구조를 지탱하는 결합이 끊어지거나 브라제인의 접힘에 오류가 생기는 경우 단백질의 구조가 크게 변성되어 단맛 활성이 크게 감소하거나 사라지는 결과를 야기한다. 예를 들어, 브라제인의 4개의 이황화 결합은 Cys3-Cys51, Cys15-Cys36, Cys21-Cys46, Cys25-Cys48에 존재하는데(Kohmura et al., 1996), 이 이황화 결합을 제거하거나 옮긴 변이체 모두가 단맛 활성이 사라짐을 관찰할 수 있었다(Assadi-Porter et al., 2010). 또한, N-말단 혹은 C-말단의 잔기를 변이시키거나 새로운 잔기를 추가, 제거하였을 때도 단맛활성이 없어지거나 변하는 것이 확인되었다(표 1)(Assadi-Porter et al., 2000). 그리고 브라제인의 42번 잔기인 아르기닌을 포함한 flexible loop의 잔기를 변이시켜 구조를 붕괴하였더니 단맛활성이 크게 감소한 것을 확인하였고, 이 결과를 통해 브라제인의 37-44번 잔기로 구성된 flexible loop는 단맛수용체와 브라제인의 상호작용에 관여할 것이라고 예측하였다(Assadi-Porter et al., 2000). 브라제인의 단맛을 결정하는 두 번째 요인은 단백질의 표면전하이다. 브라제인은 다섯 개의 아스파르트산(aspartic acid), 두 개의 아르기닌(arginine), 네 개의 글루탐산(glutamic acid), 한 개의 히스티딘(histidine), 일곱 개의 리신(lysine), 여섯개의 타이로신(tyrosine), 두 개의 세린(serine) 잔기를 보유하고 있으며 이는 브라제인의 약 50% 이상을 구성하는 비율이다. 이 잔기들을 반대 전하 혹은 전하를 가지고 있지 않은 아미노산으로 변이시켜 브라제인의 전체 전하를 바꾸었더니 단맛이 감소하거나 증가하는 결과가 나타났다. 예를 들어 브라제인의 28번 잔기인 아스파르트산(aspartate)을 중성 잔기나 반대 전하인 양전하로 변이시킨 결과 단맛활성이 증가한 반면, 35번 잔기인 글루탐산(glutamate)을 중성 잔기인 알라닌(alanine), 글루타민(glutamine)으로 변이시키거나 반대 전하인 리신(lysine)으로 변이시킨 결과 단맛 활성이 사라진 것을 확인하였다. 이 결과는 28번, 35번 잔기의 경우 곁사슬의 방향이나 길이보다는 해당 잔기의 전하가 단맛 활성에 중요한 역할을 한다는 점을 시사한다(Jin et al., 2003). The sweetness of braze is largely influenced by two factors. The first is the structure of the protein. If the bonds supporting the structure of the braze are broken or the folding of the brazein occurs, the structure of the protein is greatly denatured, resulting in a significant decrease or loss of sweet activity. For example, the four disulfide bonds of brazein are present in Cys3-Cys51, Cys15-Cys36, Cys21-Cys46, and Cys25-Cys48 (Kohmura et al., 1996), all variants that remove or transfer these disulfide bonds are sweet. The disappearance of activity could be observed (Assadi-Porter et al., 2010). In addition, it was confirmed that sweet taste disappears or changes even when the residues of the N- or C-terminus are changed or new residues are added or removed (Table 1) (Assadi-Porter et al., 2000). And when the structure of the flexible loop containing arginine, residue 42 of brazein, was disrupted, the sweetness activity was greatly reduced. Through this result, the flexible loop composed of residues 37-44 of brazein was sweet. It was predicted that they would be involved in the interaction of receptors with brazein (Assadi-Porter et al., 2000). The second factor in determining the sweetness of braze is the surface charge of the protein. Brazein contains five aspartic acids, two arginine, four glutamic acid, one histidine, seven lysine, six tyrosine, two It has a serine residue, which makes up about 50% of brazein. Changing these residues to amino acids with no opposite charge or no charge changed the total charge of brazein, resulting in a decrease or increase in sweetness. For example, aspartic acid residue 28 of brazein was converted to a neutral residue or a positive charge of opposite charge, resulting in an increase in sweet taste activity, whereas glutamate residue 35 was neutralized to alanine, a neutral residue. It was confirmed that sweetness activity disappeared as a result of mutating with glutamine or lysine with opposite charge. This suggests that for residues 28 and 35, the charge of the residue plays an important role in the sweetness activity, rather than the direction or length of the side chain (Jin et al., 2003).

선행연구에서는 이러한 연구들을 기반으로 브라제인 변이체들을 제작하여 그 활성을 연구하였다. 먼저, 브라제인의 28-31번 잔기를 포함한 flexible loop의 30번 히스티딘(histidine) 잔기를 더 큰 양전하를 지닌 아르기닌(arginine)으로 변이시킨 변이체는 단맛 활성이 증가한 반면, 중성 아미노산인 알라닌(alanine)으로 변이시켜 30번 잔기의 양전하를 제거한 변이체는 단맛활성이 감소하였다. 따라서 30번 잔기의 양전하가 브라제인의 단맛활성에 중요한 영향을 미치는 것을 확인하였다(Yoon et al., 2011). 또한, 브라제인의 33-38번 잔기를 포함한 β-strand Ⅲ에 위치한 35번 글루탐산(glutamate) 잔기를 아스파르트산(aspartate)으로 변이시켜 음전하를 강화시킨 결과 단맛 활성이 증가하였다(Do et al., 2011). 그리고 브라제인의 37-44번 잔기를 포함한 flexible loop의 40번 잔기인 글루탐산을 중성 아미노산인 알라닌, 염기성 아미노산인 리신, 아르기닌으로 각각 변이시킨 결과 모두 단맛 활성이 증가하였다. 브라제인과 단맛수용체의 상호작용 모델링 연구를 통해 브라제인과 단맛수용체가 결합할 때 브라제인의 40번 글루탐산 잔기가 T1R2의 252번 글루탐산 잔기에 근접한 위치에 있다는 것을 발견하였는데, 이 두 잔기가 잠재적으로 반발작용을 할 것이라 여겨진다(Walters & Hellekant, 2006). 따라서, 브라제인 40번 잔기의 변이체의 단맛 활성이 모두 증가한 것은 브라제인의 40번 잔기의 전하를 중성 혹은 반대 전하로 바꾸면서 이 전기적 반발작용을 제거하였기 때문이라고 예상된다(Yoon et al., 2011). 위 연구결과들을 바탕으로 30번 히스티딘(histidine)을 아르기닌(arginine)으로, 35번 글루탐산(glutamate)을 아스파트산(aspartate)으로, 40번 글루탐산(glutamate)을 알라닌(alanine)으로 다중 변이시킨 변이체인 H30R/E35D, H30R/E40A, E35D/E40A, H30R/E35D/E40A를 각각 작성하여 단맛 활성을 비교하였다. 그 결과 H30R/E35D/E40A의 단맛 활성이 가장 강한 것으로 나타났다(Lee et al., 2013). 최근에는 브라제인의 C-말단 부분의 52번 글루탐산 잔기의 영향을 보기 위해 52번 잔기를 변이시킨 변이체들을 작성하여 실험한 결과, 52번 잔기의 양전하가 수용체와의 상호작용에 중요한 역할을 할 것이라는 결론을 얻었다(Lim et al., 2015). 또한, N-말단의 β-strand Ⅰ에 속한 4번 리신 잔기가 브라제인의 단맛 활성에 영향을 미치며, 구조적 안정성을 유지하는 데 중요한 역할을 함을 입증하였다(Lim et al., 2016).In the previous study, we studied the activity of brazein variants based on these studies. First, a variant in which the histidine residue 30 of the flexible loop including residues 28-31 of brazein was transformed into an arginine with a greater positive charge increased sweetness activity, but the neutral amino acid alanine. The variant that removed the positive charge of residue No. 30 and reduced to sweet taste decreased. Therefore, it was confirmed that the positive charge of residue 30 has a significant effect on the sweet taste activity of brazein (Yoon et al., 2011). In addition, the glutamate residue located at β-strand III including residues 33-38 of brazein was transformed into aspartate to enhance negative charge, resulting in an increase in sweet activity (Do et al., 2011). Glutamic acid, which is residue 40 of the flexible loop containing residues 37-44 of brazein, was converted to neutral amino acids alanine, basic amino acids lysine and arginine, respectively. Interaction modeling studies of brazein and sweet receptors have shown that when braze and sweet receptor bind, glutamic acid residues of brazein are in close proximity to glutamic acid residues 252 of T1R2. It is believed to be repulsive (Walters & Hellekant, 2006). Therefore, the increased sweetness activity of the variant of residue 40 of brazein is expected to be due to the removal of this electrical repulsion by changing the charge of residue 40 of brazein to neutral or opposite charge (Yoon et al., 2011). . Based on the above findings, a variant was made by multiple mutations of histidine 30 to arginine, glutamate 35 to aspartate, and glutamate 40 to alanine. Phosphorus H30R / E35D, H30R / E40A, E35D / E40A, and H30R / E35D / E40A were prepared respectively and the sweet taste activity was compared. As a result, H30R / E35D / E40A showed the strongest sweet activity (Lee et al., 2013). Recently, experiments were carried out to create variants of the 52-mutated glutamic acid residue in the C-terminal portion of brazein, indicating that the positive charge of residue 52 will play an important role in the interaction with the receptor. Conclusions were obtained (Lim et al., 2015). It was also demonstrated that the lysine residue 4, belonging to the N-terminal β-strand I, influences the sweetness activity of brazein and plays an important role in maintaining structural stability (Lim et al., 2016).

위의 연구 결과를 토대로 브라제인 다중변이체에 대한 연구를 진행하기 위해 H30R/E35D/E40A 변이체를 기반으로 하였으며, 한 브라제인의 N-말단의 작용을 알아보고자 N-말단에 알라닌을 삽입하여 길이를 연장한 변이체를 작성하였다. Based on the results of the above study, the study was based on the H30R / E35D / E40A variant to study the brazein multivariate. To find out the action of the brazein's N-terminus, alanine was inserted into the N-terminus Extended variants were created.

2.1 컴퓨터 2.1 computer 모델링modelling 및 도킹 시뮬레이션 And docking simulation

결정 구조가 밝혀지지 않은 단백질의 고차 구조는 상동성 기반 구조 모델링을 통해 예측할 수 있다. 단백질의 구조를 예측하는 프로그램 중에서도 SWISS-MODEL EXPASY (http://swissmodel.expasy.org/) 프로그램은 아미노산 서열의 상동성을 기반으로 단백질의 3차 구조를 예측한다. SWISS-MODEL을 통한 전체적인 구조 모델링은 주형(template) 식별, 적절한 주형 선택, 단백질 모델 구축, 구축된 모델의 품질 측정의 4가지 단계를 거친다(Biasini et al ., 2014).Higher order structures of proteins whose crystal structures are not known can be predicted through homology-based structure modeling. Among the programs for predicting the structure of proteins, the SWISS-MODEL EXPASY (http://swissmodel.expasy.org/) program predicts the tertiary structure of proteins based on the homology of amino acid sequences. Overall structural modeling with SWISS-MODEL is a four step process of template identification, proper template selection, protein model building and quality measurement of the built model (Biasini et al. al . , 2014).

SWISS_MODEL 주형 목록(SWISS_MODEL template library, SMTL)은 실험적으로 구조가 밝혀진 33,000개의 단백질에 대한 정보를 보유하고 있다(Biasini et al ., 2014). 원하는 단백질의 고차 구조를 예측하기 위한 첫 단계로 우선 적절한 주형 후보를 SMTL에서 검색한다. 이때, HHblits by hidden markov model(HMM)과 basic local alignment search tool(BLAST)를 함께 비교하며 사용한다(Arnold et al ., 2006). 단백질 모델을 구축하기 위한 주형을 선택하고 나면, ProMod-Ⅱ를 이용하여 모델링을 하고자 하는 단백질의 모든 원소 구조 모델을 생성하기 위해 완성된 주형 단백질의 모델링 결과를 사용한다(Guex et al ., 1997). 이에 맞춰, 다른 단백질 모델들에서 추정된 올리고머 구조에 기반한 예측 단백질 모델들을 구축한다. 최종적으로 구축된 단백질 모델들의 품질은 정성 모델 에너지 분석(qualitative model energy analysis, QMEAN)을 통해 평가한다(Biasini et al ., 2014).The SWISS_MODEL template library (SMTL) contains information on 33,000 proteins that were experimentally identified (Biasini et. al . , 2014). As a first step in predicting the higher order structure of the desired protein, the appropriate template candidates are first searched for in SMTL. In this case, HHblits by hidden markov model (HMM) and basic local alignment search tool (BLAST) are compared and used together (Arnold et. al . , 2006). After selecting the template to build the protein model, the modeling results of the finished template protein are used to generate all the elemental structural models of the protein to be modeled using ProMod-II (Guex et. al . , 1997). In response, we build predictive protein models based on oligomeric structures estimated from other protein models. The quality of the finally constructed protein models is assessed through qualitative model energy analysis (QMEAN) (Biasini et. al . , 2014).

단백질-단백질 도킹 시뮬레이션은 두 개의 다른 단백질들의 결합(docking) 방향이나 결합 양상을 측정하기 위해 사용하며, 다양한 소프트웨어를 이용하여 진행할 수 있다. 그 중에서도 전반적인 범위의 분자 매칭 소프트웨어인 GRAMM-X는 상대 번역 및 단백질 분자의 배향을 통해 완벽한 검색을 수행한다는 특징을 가지고 있다(Vakser et al ., 1995). 결합 결과의 질은 입력한 단백질의 정확도에 크게 영향을 받기 때문에 최소한의 구조적 변화를 갖는 고 해상도 구조들 간의 도킹 시뮬레이션은 정확한 예측 결과를 나타내는 반면, 저 해상도 구조의 단백질 간의 도킹 시뮬레이션은 총체적인 특징만 가지고 있는 단백질 복합체만을 얻을 수 있다(Vakser et al ., 1995). 그러나 단백질 결합 시 큰 구조적 변화가 있는 경우 총 구조의 정보만 알려져 있는 낮은 정확도의 구조가 활용될 수 있다. GRAMM-X는 단백질-단백질 도킹 결과 뿐 아니라 단백질-소단위체와 같은 분자 쌍을 예측할 수 있다.Protein-protein docking simulations are used to measure the docking direction or binding behavior of two different proteins and can be performed using a variety of software. Among them, GRAMM-X, a full range of molecular matching software, is characterized by a complete search through relative translation and orientation of protein molecules (Vakser et al . , 1995). Because the quality of the binding results is strongly influenced by the accuracy of the input protein, docking simulations between high resolution structures with minimal structural changes yield accurate predictions, while docking simulations between proteins with low resolution structures have only overall characteristics. Only protein complexes can be obtained (Vakser et. al . , 1995). However, if there are large structural changes in protein binding, a low-accuracy structure can be used that only knows the total structure information. GRAMM-X can predict molecular pairs, such as protein-subunits, as well as protein-protein docking results.

2.2 2.2 원편광Circularly polarized light 이색성Dichroic

원편광 이색성(Circular dichroism, CD)은 어떠한 분자가 구조적으로 비대칭 요소를 지니고 있거나 chiral일 때 좌회전 원형 편광(left circularly polarized light)과 우회전 원형 편광(right circularly polarized light)에 대한 흡수도의 차이가 일어나면서 생기는 현상이다. CD 측정기기는 좌회전 원형 편광과 우회전 원형 편광의 흡광차를 측정하고, 이 값은 타원율(ellipticity, θ)로 나타내어진다. 좌회전 원형 편광의 흡광도(AL)가 우회전 원형 편광의 흡광도(AR)보다 높을 경우 양성 CD 스펙트럼이 나타나게 되며, 그 반대일 경우 음성 CD 스펙트럼이 나타난다. 만약 두 편광의 흡광도가 같다면 이는 해당 분자가 대칭적 발색단임을 의미하며, CD 효과가 생기지 않기 때문에 스펙트럼이 나타나지 않는다(Kelly et al., 2005). CD 측정으로 얻을 수 있는 단백질의 정보는 다양하다. 예를 들어 방향족 아미노산은 근 자외선 영역(near UV area)에 해당하는 250 ~ 350 nm의 파장을 흡수하는데, 이 방향족 아미노산을 다른 잔기로 치환함으로써 특정 잔기의 CD 스펙트럼의 특징을 파악할 수 있으며 단백질의 3차 구조를 파악하는 데 유용한 정보를 제공하여 야생형 단백질과 변이체에 대한 구조적 차이를 분석할 수 있다(Kelly et al., 2005). 또한, 단백질의 펩티드 결합 사이의 아마이드 골격은 원 자외선 영역(far UV area)에 해당하는 260 ~ 178 nm의 파장을 흡수한다. 이 영역에서는 두 가지 유형의 CD로 인한 전자전이가 일어나는데, 첫 번째로는 222 nm 부근에서 일어나는 n → π* 전이이며 두 번째는 190 ~ 208 nm 범위에서 일어나는 π → π* 전이이다 (Miles and Wallace 2016).Circular dichroism (CD) is the difference in absorbance for left circularly polarized light and right circularly polarized light when a molecule is structurally asymmetric or is chiral. This is what happens. The CD measuring instrument measures the absorbance difference between left-turning circularly polarized light and right-turning circularly polarized light, and this value is expressed as ellipticity (θ). If the absorbance A L of the left rotating circularly polarized light is higher than the absorbance A R of the right rotating circularly polarized light, the positive CD spectrum appears and vice versa. If the absorbance of the two polarizations is the same, it means that the molecule is a symmetric chromophore, and the spectrum does not appear because there is no CD effect (Kelly et al., 2005). There is a wide range of protein information available from CD measurements. For example, aromatic amino acids absorb wavelengths from 250 to 350 nm, which correspond to the near UV area. By replacing these aromatic amino acids with other residues, one can characterize the CD spectrum of a specific residue, By providing useful information to identify tea structures, structural differences between wild-type proteins and variants can be analyzed (Kelly et al., 2005). In addition, the amide backbone between the peptide bonds of the proteins absorbs wavelengths of 260-178 nm, corresponding to the far UV area. In this region there are two types of CD-like electron transitions: the first is n → π * transitions around 222 nm and the second is π → π * transitions in the 190 to 208 nm range (Miles and Wallace). 2016).

단백질의 2차 구조는 그 형태에 따라 각각 다른 범위의 파장을 흡수하며, 결과적으로 각각 고유의 CD 스펙트럼 형태를 가진다(Miles and Wallace, 2016). 이러한 CD 스펙트럼 결과를 non-constrained multilinear regression(MLR)이나 K2D3(http://kal-el.ugr.es/k2d/)과 같은 상업적인 계산 소프트웨어를 이용하여 분석하면 단백질 2차 구조의 구성요소를 추정할 수 있다(Andrade et al ., 1993). 원 자외선 영역에 대한 흡광도 분석은 단백질의 2차 구조 함량 파악뿐 아니라, 리간드-단백질 상호작용 및 단백질의 접힘을 관찰하는 데 유용한 정보를 제공한다(Miles and Wallace, 2016). CD는 단백질 분석을 위한 정량적인 방법이기 때문에 분광 변화는 단백질의 구조 변화와 직결될 수 있다. 따라서 단백질 상호작용의 양상을 분광 변화로 추정할 수 있다(Kelly et al ., 2005). 게다가 단일 단백질과 복합체 간의 분광변화를 통해 해리상수와 결합상수를 계산할 수 있다. 단백질이 다른 단백질 혹은 리간드와 결합할 때, 단백질의 구조변화 혹은 리간드의 광학 활성으로 인해 고유의 CD의 변화가 나타날 수 있다(Greenfield, 1996). 결합상수는 직접 적정, 연속 희석, 변성제에 대한 민감도 변화, 열 안정성 변화의 네 가지 방법으로 구할 수 있다. 이들 중에서도 직접 적정은 특정 A 단백질을 다른 단백질인 B를 이용한 A와 B가 만나서 이루는 AB 복합체가 자유 단백질 A, B와 평형을 이루는 구간을 적정하고 포화를 이루는 지점(saturation fraction, S)을 계산하여 진행되며, 적정에 사용된 단백질 B에 대한 해리상수의 근사값을 구할 수 있게 된다(Greenfield, 1996).The secondary structure of a protein absorbs a different range of wavelengths depending on its shape, and consequently each has its own CD spectral shape (Miles and Wallace, 2016). These CD spectral results can be analyzed using commercial calculation software such as non-constrained multilinear regression (MLR) or K2D3 (http://kal-el.ugr.es/k2d/) to estimate components of protein secondary structure. Andrade et al ., 1993). Absorbance analysis of the far ultraviolet region provides useful information for determining the secondary structure content of the protein as well as for observing ligand-protein interactions and protein folding (Miles and Wallace, 2016). Since CD is a quantitative method for protein analysis, spectral changes can be directly related to protein structural changes. Therefore, the pattern of protein interaction can be estimated by spectral change (Kelly et. al ., 2005). In addition, spectral changes between single proteins and complexes can be used to calculate dissociation and binding constants. When a protein binds to other proteins or ligands, intrinsic CD changes may appear due to structural changes in the protein or optical activity of the ligand (Greenfield, 1996). The binding constant can be determined by four methods: direct titration, serial dilution, change in sensitivity to denaturant, and change in thermal stability. Among them, direct titration calculates the saturation fraction (S) by titrating the region where the A-B complex formed by the combination of A and B using another protein B is in equilibrium with free proteins A and B. As a result, an approximation of the dissociation constant for protein B used in the titration can be obtained (Greenfield, 1996).

브라제인 변이체의 단맛 활성을 설탕 역치 실험으로 검증 된 SIAM yes-no task 방법으로 측정하고, 기존에 확립된 브라제인 다중변이체의 단맛 활성과 비교하였다(Hautus et al., 2010). 이와 더불어 야생형 브라제인을 포함한 브라제인 다중변이체들의 열 및 pH 안정성을 비교하여 각 잔기가 구조적인 안정성에 미치는 영향을 알아보았다. The sweetness activity of the brazein variants was measured by the SIAM yes-no task method, which was verified by sugar threshold experiments, and compared with the sweetness activity of the previously established brazein multivariates (Hautus et al., 2010). In addition, the thermal and pH stability of wild-type brazein including brazein multivariates were compared to determine the effect of each residue on the structural stability.

본 연구는 감미단백질 브라제인의 다중변이체 연구를 통해 미각신호 전달 과정의 개시단계인 단맛수용체의 구조변화 연구 및 감미단백질 브라제인의 단맛 활성에 중요하게 영향을 미치는 잔기나 결합에 관한 중요한 결과를 얻을 것으로 기대된다.In this study, we studied the multivariants of sweet protein brazein and obtained important results regarding the structural change of sweet receptors, the beginning of taste signal transduction process, and the residues or bindings that significantly influence the sweetness activity of sweet protein brazein. It is expected to be.

Ⅱ. 기기 및 시약Ⅱ. Instrument and reagents

1. 기기1. Appliance

균을 다루기 위한 무균작업대는 Vision Biotech. (Incheon, Korea)의 VB-700H1 Clean bench를 이용하였고, 고압멸균을 위해 VB-125A60 Autoclave를 이용하였다. 균을 배양하기 위해 Vision Scientific (Daejeon, Korea)사의 VS-1203P3N Incubator와 LAB house (Gyeonggi, Korea)사의 SI-220R Shaking incubator를 사용하였다. 균체 집균을 위한 원심분리기는 Hanil (Seoul, Korea)사의 Supra 22K, Micro-12, Smart-R17 을 이용하였고, 막 단백질 정제를 위한 초원심 분리기는 Beckman Coulter (Indianapolis, IN, USA)사의 Optima L-100K를 이용하였다. pH 측정은 Thermo Scientific (Pittsburgh, PA, USA)사의 ORION STAR A211 pH meter를 사용하였다. Vortex Mixer는 Barnsted-Thermolyne (Dubuque, IA, USA) 사의 Maxi Mix Ⅱ를 이용하였고, 교반기는 MTOPS사의 MS300 Hotplate & Magnetic Stirrer를 이용하였다. 저울은 Sartorius (Goettingen, Germany)사의 Analytical Balance CPA224S를 이용하였다. 단백질 정제를 위한 연동펌프로는 Pharmacia Biotech. (Uppsala, Sweden) Pump P-1를 사용하였고, 분별 수집기는 Fraction Collector FRAC-100를 이용하였다. 콜드 챔버는 Vision Scientific (Daejeon, Korea)사의 KMC-1302L를 이용하였고, 동결건조기와 초저온냉동고는 Ilshin Lab Co. (Gyeonggi, Korea)의 TFD5505 Freeze Dryer와 DF8503S Ultra Low Temperature Freezer를 이용하였다. 유전자의 Agarose gel 전기영동(electrophoresis) 장치는 Takara (Tokyo, Japan)의 mupid-2plus를 이용하였고, 단백질 전기영동 장치는 EIDO (Tokyo, Japan) NA-1010 Protein Electrophoresis를 이용하였다. 단백질 열 안정성 실험을 위한 Dry Bath Heating Block은 대한과학(Seoul, Korea)의 MaXtableTMH10을 사용하였다. PCR과 real time PCR 장치는 Bio-Rad (Berkeley, CA, USA)사의 Gene CyclerTM와 CFX96을 이용하였고, 유전자 합성은 GenScript(Piscataway, NJ, USA)사에 의뢰하였다. 단백질 정량과 세포 수 측정을 위해 UV/VIS Spectrophotometer는 MECASYS (Daejeon, Korea)사의 OPTIZEN POP을 이용하였고, 단백질 2차 구조 분석을 위한 원편광 이색성 분광기(Circular Dichroism)는 Jasco (Easton, MD, USA)사의 J-815를 이용하였다. 항온조는 대한과학 (Seoul, Korea)사의 DH.WB000106을 사용하였다.A sterile workbench for handling bacteria is Vision Biotech. The VB-700H1 Clean bench (Incheon, Korea) was used, and the VB-125A60 Autoclave was used for autoclaving. In order to cultivate the bacteria were used VS-1203P3N incubator of Vision Scientific (Daejeon, Korea) and SI-220R Shaking incubator of LAB house (Gyeonggi, Korea). The centrifuge for cell aggregation was Supra 22K, Micro-12, Smart-R17 from Hanil (Seoul, Korea), and the ultracentrifuge for membrane protein purification was Optima L- from Beckman Coulter (Indianapolis, IN, USA). 100K was used. pH measurement was performed using an ORION STAR A211 pH meter from Thermo Scientific (Pittsburgh, PA, USA). Vortex Mixer was used Maxi Mix II of Barnsted-Thermolyne (Dubuque, IA, USA), the stirrer was used MS300 Hotplate & Magnetic Stirrer of MTOPS. The balance used an Analytical Balance CPA224S from Sartorius (Goettingen, Germany). Peristaltic pumps for protein purification include Pharmacia Biotech. (Uppsala, Sweden) Pump P-1 was used and the fractionation collector was Fraction Collector FRAC-100. The cold chamber used KMC-1302L from Vision Scientific (Daejeon, Korea). The freeze dryer and cryogenic freezer were Ilshin Lab Co. Ltd. The TFD5505 Freeze Dryer and DF8503S Ultra Low Temperature Freezer from (Gyeonggi, Korea) were used. Agarose gel electrophoresis apparatus of the gene was used mupid-2plus of Takara (Tokyo, Japan), and EIDO (Tokyo, Japan) NA-1010 Protein Electrophoresis was used as the protein electrophoresis apparatus. Dry bath heating block for protein thermal stability experiment was used MaXtableTM H10 of Korea Science (Seoul, Korea). PCR and real time PCR devices were used Bio-Rad (Berkeley, CA, USA) Gene Cycler TM and CFX96, gene synthesis was commissioned by GenScript (Piscataway, NJ, USA). UV / VIS Spectrophotometer was used for OPTIZEN POP of MECASYS (Daejeon, Korea) for protein quantification and cell number. Circular Dichroism for protein secondary structure analysis was Jasco (Easton, MD, USA). J-815 was used. The thermostat used DH.WB000106 of Seoul, Korea.

2. 시약2. Reagent

DNA 정제를 위한 Plasmid miniprep kit와 Gel extraction kit는 Cosmo Genetech (Seoul, Korea)사의 CMG 0112, CMP 0112를 이용하였다. DNA 절단 과정은 제한효소 Sac Ⅰ, Sac Ⅱ와 Takara (Shiga, Japan)사에서 제공된 완충용액을 이용하였고, 유전자의 크기를 확인하기 위한 DNA marker는 Doctor protein (Seoul, Korea)사의 1kb Plus DNA Ladder Marker를 사용하였다. 대장균과 효모균을 배양하기 위한 yeast extract, Bacto peptone, Bacto tryptone, Bacto agar는 Difco laboratories(Sparks, NV, USA)의 제품을 사용하였다. P. pastoris 효모균주의 형질전환을 위한 시약으로 Pichia EasyCompTM Kit, G418은 Invitrogen (Carlsbad, CA, USA)의 제품을 사용하였다. 그 외 Yeast nitrogen base, Tris-base, agarose, ampicillin, TEMED, sodium dodecyl sulfate(SDS), glass beads, sucrose,dimethyl sulfoxide(DMSO)등은 Sigma Chemical co.(St. Louis, USA)의 제품을 사용하였다. 30%, 40%-Acryl amide solution과 polypeptide protein marker, coomassie brilliant blue R-250은 Bio-Rad (CA, USA)사의 제품을, Real-time PCR에 사용되는 SYBR은 Thermo Fisher Scientific Inc.(Waltham, MA USA)사의 SYBR® Green Real-Time PCR Master Mixes를 사용하였다. 단백질 정제 시 사용한 CM Sepharose Fast flow는 GE healthcare (Buckinghamshire, UK)의 제품을 사용하였다. Butanol,acetic acid, sodium chloride는 Duksan Pure Chemical co.(Gyeonggi, Korea)의 제품을 사용하였으며 potassium chloride, L-ascorbic acid는 Daejung(Incheon, Korea)의 제품을, sodium phosphate, sodium acetate, sodium hydroxide, D-galactose, methanol, ethanol, glycine, tricine은 Samchun(Seoul, Korea)의 제품을 사용하였다. 그 외 완충용액을 만들기 위한 시약과 사용한 모든 시약은 일급 및 특급 시약을 사용하여 실험하였다.Plasmid miniprep kit and gel extraction kit for DNA purification were performed using CMG 0112 and CMP 0112 from Cosmo Genetech (Seoul, Korea). DNA cleavage was performed using buffers provided by restriction enzymes Sac I, Sac II and Takara (Shiga, Japan), and the DNA marker for checking the gene size was 1kb Plus DNA Ladder Marker from Doctor protein (Seoul, Korea). Was used. Yeast extract, Bacto peptone, Bacto tryptone, and Bacto agar were used by Difco Laboratories (Sparks, NV, USA) to culture E. coli and yeast. As a reagent for transformation of P. pastoris yeast strain, Pichia EasyComp Kit, G418 used the product of Invitrogen (Carlsbad, CA, USA). Yeast nitrogen base, Tris-base, agarose, ampicillin, TEMED, sodium dodecyl sulfate (SDS), glass beads, sucrose, dimethyl sulfoxide (DMSO), etc. are used by Sigma Chemical Co. (St. Louis, USA) It was. 30%, 40% -Acryl amide solution, polypeptide protein marker, and coomassie brilliant blue R-250 are manufactured by Bio-Rad (CA, USA) .SYBR used for real-time PCR is Thermo Fisher Scientific Inc. (Waltham, SYBR® Green Real-Time PCR Master Mixes from MA USA) was used. CM Sepharose Fast flow used for protein purification was a product of GE healthcare (Buckinghamshire, UK). Butanol, acetic acid and sodium chloride were used by Duksan Pure Chemical Co. (Gyeonggi, Korea). Potassium chloride and L-ascorbic acid were produced by Daejung (Incheon, Korea), sodium phosphate, sodium acetate, sodium hydroxide, D-galactose, methanol, ethanol, glycine, and tricine were used by Samchun (Seoul, Korea). Reagents for making other buffers and all reagents used were tested using first-class and premium reagents.

3. 사용 균주와 발현벡터3. Strains and Expression Vectors Used

유전자 복제를 위해 Escherichia coli 균주인 TOP10을 Novagen (Madison, WI, USA)사에서 구입하였다. 감미단백질 브라제인을 발현하기 위한 균주 Kluyveromyces lactis GG799와 pKLAC2 벡터(vector)는 New England Biolab. (Ipswich, MA, USA)사로부터 구입하였다. 단맛수용체 T1R2, T1R3의 발현 균주 Pichia pastoris GS115는 Invitrogen (Carlsbad, CA, USA)사로부터, pPIC9K 벡터는 GenScript(Piscataway, NJ, USA)사로부터 구입하였다. Escherichia for Gene Cloning coli strain TOP10 was purchased from Novagen (Madison, WI, USA). Strains Kluyveromyces lactis GG799 and pKLAC2 vectors for expressing sweet protein brazein are described in New England Biolab. (Ipswich, MA, USA). Pichia expressing strains of sweet receptors T1R2, T1R3 pastoris GS115 was purchased from Invitrogen (Carlsbad, Calif., USA) and pPIC9K vector was purchased from GenScript (Piscataway, NJ, USA).

Ⅲ. 실험방법III. Experiment method

1. K. 1. K. lactislactis 발현계를Expression system 이용한  Used 브라제인Brazein 다중변이체의Multivariate 발현 및 특성 연구 Expression and Characterization Studies

1.1 1.1 브라제인Brazein 다중변이체의Multivariate 제작, 발현 및 정제 Fabrication, Expression, and Purification

브라제인의 단맛 활성에 영향을 미치는 주요 잔기를 도출하기 위해 3M 브라제인 변이체(H30R/E35D/E40A)를 주형으로 3M A1 ins(A1 ins/H30R/E35D/E40A)를 제작하였다. 상보적 서열을 갖는 부위 특이적 돌연변이유발에 사용되는 oligonucleotide primer(표 1)를 이용하여 Cosmo genetech 사에 의뢰하여 합성하였다.3M A1 ins (A1 ins / H30R / E35D / E40A) were constructed with 3M brazein variants (H30R / E35D / E40A) as templates to derive key residues affecting the sweetness activity of brazein. The oligonucleotide primer (Table 1) used for site-specific mutagenesis having a complementary sequence was synthesized by Cosmo Genetech.

Figure 112018018232425-pat00001
Figure 112018018232425-pat00001

선행 연구(국내 등록번호 제1536683호)에서 Kluyveromyces lactis의 발현벡터로 이용한 pKLAC2에는 분비발현을 유도하는 α-mating factor 신호서열 다음에 Kex protease가 인식하는 Kex cleavage site가 위치하여 목표 단백질이 제대로 분비발현 되도록 디자인되어 있다. 이 벡터의 multi cloning site에 포함된 Xho Ⅰ, Stu Ⅰ 제한효소 자리에 브라제인 변이체 서열을 삽입하였다. 브라제인 서열이 삽입된 pKLAC2 벡터는 K. lactis 의 genomic DNA에 존재하는 LAC4 프로모터의 말단에 상동성을 갖기 위해 Sac Ⅱ 제한효소 처리하였다 (도 19). 상동성 재조합의 원리로 브라제인 유전자를 K. lactis에 다중 삽입시킨 뒤, 실시간 PCR을 통해 브라제인 유전자가 가장 많이 삽입된 균주를 선별해낸다(Jo et al., 2013; Yun et al. 2016). Kluyveromyces in a previous study (Domestic Registration No. 1536683) In pKLAC2 used as the expression vector of lactis , the Kex cleavage site recognized by Kex protease is located after the α-mating factor signal sequence that induces secretion expression. A brazein variant sequence was inserted at the Xho I and Stu I restriction enzymes contained in the multi cloning site of the vector. The pKLAC2 vector with the brazein sequence inserted was K. lactis Sac II restriction enzyme treatment was performed to have homology to the ends of the LAC4 promoter present in genomic DNA of (FIG. 19). By inserting the brazein gene into K. lactis on the basis of homologous recombination, strains containing the most inserted brazein gene are selected by real-time PCR (Jo et al., 2013; Yun et al. 2016).

브라제인 유전자가 삽입된 K. lactis는 기존에 확립된 방법으로 배양을 진행하였다. K. lactis with brazein gene was cultured by the established method.

우선, 백금이를 이용하여 브라제인 변이체의 유전자가 형질전환 된 K. lactis cell의 20% glycerol stock에서 소량을 취하여 YPD-Agar(1% Yeast extract, 2% Peptone, 2% Glucose, 2% Agar) 고체배지에 도말하고 30 ℃에서 약 72 시간 동안 배양하였다. YPD-Agar에서 형성된 단일 colony를 5 mL의 YPD(1% Yeast extract, 2% Peptone, 2% Glucose) 당 1개씩 접종하여 OD600의 값이 약 20~22에 도달할 때까지 30 ℃에서 200rpm으로 진탕 배양하였다. 이 배양액은 유도제인 Galactose를 포함한 YPGal(1% Yeast extract, 2% Peptone, 2% Galactose at pH 5.0, using acetic acid) 배지에 2%가 되도록 접종하여 30 ℃에서 200rpm으로 96시간 동안 진탕배양하였다.First, a small amount was taken from 20% glycerol stock of K. lactis cell transformed with the gene of brazein mutant using Platinum YPD-Agar (1% Yeast extract, 2% Peptone, 2% Glucose, 2% Agar). Plated in solid medium and incubated at 30 ℃ for about 72 hours. A single colony formed from YPD-Agar was inoculated 1 per 5 mL of YPD (1% Yeast extract, 2% Peptone, 2% Glucose) at 30 ° C and 200 rpm until the value of OD 600 reached about 20-22. Shake culture was performed. This culture was inoculated to 2% in YPGal (1% Yeast extract, 2% Peptone, 2% Galactose at pH 5.0, using acetic acid) medium containing Galactose as an inducer and incubated for 96 hours at 30 rpm at 200 rpm.

배양이 완료되면 8650g, 4 ℃의 조건에서 30분 동안 원심분리 하여 균과 배양 상층액을 분리하여 상층액을 취한다. 브라제인 정제에는 양이온 교환수지인 CM Sepharose Fast flow를 이용하였다. 배양 상층액을 로딩하기 전, 해당 수지를 컬럼에 충진한 뒤 충진된 수지의 부피의 20배 정도에 해당하는 평형 완충용액(50 mM sodium acetate, pH 4.0, using acetic acid)을 흘려주어 수지를 평형상태로 맞춘다. 브라제인의 등전점(pI)은 5.4이기 때문에 acetic acid를 이용하여 상층액을 양이온 교환수지가 안정한 pH 범위 내에서 브라제인의 등전점 보다 충분히 낮은 pH인 4.0으로 맞추고, 평형상태의 수지에 1 mL/min의 유속으로 로딩하였다. 로딩이 완료되면, 세척완충용액(50 mM sodium acetate, 40 mM sodium chloride, pH 4.0, using acetic acid)을 OD280값이 0이 될 때까지 충분히 흘려준 뒤 용출완충용액(50 mM sodium acetate, 400 mM sodium chloride, pH 4.0, using acetic acid)을 이용하여 5 mL씩 분획 용출을 받았다. 분획 용출액은 OD280 측정 후, 일정 구간 별로 2 mL 가량 취하여 증류수에 투석 후 OD280값을 측정한 뒤 동결건조 하여 투석 후의 OD280값을 기준으로 단백질 총량을 통일시켜 16.5% Tris-Tricine Gel에 브라제인이 용출된 구간을 확인하여 분리하였다. 브라제인 용출액은 증류수에 투석하여 용출 완충용액을 증류수로 교환한 뒤 동결건조하였다. 최종적으로 얻어낸 브라제인 분말은 바이알에 담아 입구를 봉한 뒤 -80 ℃에 보관하였다.When the incubation is completed, the supernatant is taken by centrifugation for 30 minutes under conditions of 8650g, 4 ℃ to separate the bacteria and the culture supernatant. Brazein was purified using CM Sepharose Fast flow, a cation exchange resin. Before loading the culture supernatant, equilibrate the resin by filling the column with a balance buffer solution (50 mM sodium acetate, pH 4.0, using acetic acid), which is about 20 times the volume of the filled resin. I set it in a state. Since the isoelectric point (pI) of brazein is 5.4, the acetic acid is used to adjust the supernatant to 4.0, which is sufficiently lower than the isoelectric point of brazein within the stable pH range of cation exchange resin, and 1 mL / min to the equilibrium resin. Loaded at a flow rate of. When loading is complete, flush the wash buffer solution (50 mM sodium acetate, 40 mM sodium chloride, pH 4.0, using acetic acid) until the OD 280 value is 0, then dissolve buffer solution (50 mM sodium acetate, 400 5 mL fractions were eluted with mM sodium chloride, pH 4.0, using acetic acid). The fraction eluate OD 280 measurement, 2 mL for about taking was then dialyzed against distilled water and then measuring the OD 280 value was lyophilized unify the protein total amount on the basis of OD 280 value after dialysis 16.5% Tris-Tricine Gel for each predetermined period after the bra Jane was eluted and separated. The brazein eluate was dialyzed in distilled water, and the elution buffer was exchanged with distilled water and lyophilized. Finally, the obtained brazein powder was put in a vial to seal the inlet and stored at -80 ° C.

1.2 수정된 1.2 Modified SIAMSIAM yesyes -- nono task에to task 의한  by 브라제인의Brazilian 단맛 절대 역치 측정 Sweetness absolute threshold measurement

브라제인의 감미도를 객관적으로 평가하기 위해 설탕 역치 실험으로 그 효용성이 증명된 SIAM yes-no task 방법을 도입하였다(Hautus et al ., 2010). 본 실험의 주요 특징은 암맹 평가로 진행되며, 총 30회의 테스트 중 절반이 Blank라는 것이다. 실험에는 등차희석 된 10개의 샘플을 사용하게 되는데, 희석을 해야 하는 가장 진한 용액의 농도를 적절하게 맞추어야 다음 과정에서 적절한 실험 결과를 얻게 되어 절대 역치 값을 정확히 구할 수 있다. 그렇기 때문에 최소 3~5명의 참여자를 통해 실험에 사용할 단백질 용액 농도의 상한선을 결정하였다. 처음에는 범위를 10배, 100배, 1000배 희석 등으로 격차를 크게 두어 시작하고 참여자의 응답에 따라 그 범위를 점차적으로 좁혀가는 방향으로 진행하였다. 이렇게 결정된 농도의 단백질 용액은 최초의 단백질 용액(Stock)으로부터 부피 플라스크를 이용하여 10배씩 희석하여 100 mL에 해당하는 단백질 용액을 제조한다. 이 용액은 단맛 측정 실험의 10번 샘플이 되며, 이 용액을 등차희석 하여 1~10 번에 해당하는 단백질 용액을 각각 10 mL씩 제조하였다.In order to objectively evaluate the sweetness of brazein, we introduced a SIAM yes-no task method that proved its usefulness in sugar threshold experiments (Hautus et. al ., 2010). The main feature of this experiment is the evaluation of blindness, and half of the 30 tests are blank. The experiment uses 10 dilution samples. The concentration of the thickest solution that needs to be diluted should be properly adjusted to obtain the proper experimental result in the next step, so that the absolute threshold value can be accurately determined. Therefore, a minimum of 3 to 5 participants was used to determine the upper limit of protein solution concentration for the experiment. Initially, the gap was widened with 10, 100, and 1000-fold dilutions, and the direction was gradually narrowed down according to the participants' responses. The protein solution of this concentration is diluted 10-fold using a volumetric flask from the original protein solution (Stock) to prepare a protein solution corresponding to 100 mL. This solution was 10 samples of the sweetness measurement experiment, and the solution was uniformly diluted to prepare 10 mL of protein solution corresponding to Nos. 1 to 10, respectively.

실험의 참여자는 비흡연자로 구성되었으며, 실험 전 날 금주, 실험하기 2~3시간부터 금식하는 등 철저히 실험 조건을 제한하였다. 절대 역치 실험은 1 세트 당 총 30회 진행되며, 이 중 15회는 3차 증류수이다. 실험자는 처음과 끝을 제외한 항에 증류수를 임의로 배치하되 연속해서 3회 이상 증류수 혹은 단백질 용액을 맛보게 하지 않도록 하였다. 시작 농도는 1번 샘플로 지정하고 참여자에게 해당 샘플을 200 μL 투여한 뒤 단맛이 느껴지는지에 대해 대답하도록 하였다. 이 때, 단맛이 난다고 응답(Yes)하면 참여자가 단백질 용액을 제대로 인지한 것이기 때문에 Hit 으로 간주하고, 실험자는 해당 농도에서 한 단계 낮은 농도(-1)의 샘플을 준비하였다. 반대로 단맛이 나지 않는다고 응답(No)하면 참여자가 단백질 용액을 인지하지 못했기 때문에 Miss로 간주하고, 실험자는 해당 농도에서 한 단계 높은 농도(+1)의 샘플을 준비하였다. 만약 증류수 샘플을 투여하게 된다면 직전까지 맛보게 한 샘플로 인한 결과를 그대로 유지하였다. 참여자가 증류수 샘플에서 단맛이 난다고 응답(Yes)하면 이 경우 잘못된 인지가 일어났기 때문에 False alarm으로 간주하고, 실험자는 해당 숫자에서 두 단계 높은 농도(+2)의 샘플을 준비하였다. 반대로 단맛이 나지 않는다고 응답(No)하면 참여자가 옳게 대답하였기 때문에 Correct rejection으로 간주하고, 실험자는 직전까지 맛보게 한 샘플로 인한 결과를 다음 회수의 실험에 그대로 반영하였다. 이때, 농도가 증가(+)하다가 감소(-) 혹은 감소하다가 증가하는 지점에서의 샘플 숫자를 turnaround number로 정의하였다. 실험이 모두 끝난 후, 실험자는 turnaround number의 수가 짝수가 되도록 처음 2~3개의 turnaround number를 제외하였다. 이 turnaround number의 평균값이 바로 참여자의 절대 역치가 된다.Participants in the experiment consisted of non-smokers and strictly limited the experimental conditions such as fasting from the day before the experiment and 2-3 hours before the experiment. Absolute threshold experiments are run a total of 30 times per set, 15 of which are tertiary distilled water. The experimenter randomly placed distilled water in the terms except for the beginning and the end, so as not to taste distilled water or protein solution three times or more consecutively. The starting concentration was designated as sample 1 and participants were asked whether they felt sweet after administering 200 μL of the sample. At this time, if the answer is sweet (Yes) because the participant properly recognized the protein solution was considered as Hit, and the experimenter prepared a sample of the lower concentration (-1) at the corresponding concentration. On the contrary, if the answer is no sweetness (No), the participant was regarded as Miss because the participant was not aware of the protein solution, and the experimenter prepared a sample of a higher concentration (+1) at the corresponding concentration. If a sample of distilled water was administered, the result of the sample that had been tasted until the last time was maintained. If the participant responded that the sample tastes sweet (Yes), false recognition occurred in this case. Therefore, the false alarm was regarded as a false alarm, and the experimenter prepared a sample of two levels (+2) higher in the number. On the contrary, if the answer was no sweetness (No), the participant answered correctly and considered the result as correct rejection, and the experimenter reflected the result of the sample that had been tasted until the last time in the next number of experiments. At this time, the number of samples at the point where the concentration increases (+) and decreases (-) or decreases and then increases is defined as a turnaround number. After the experiment was completed, the experimenter excluded the first two or three turnaround numbers so that the number of turnaround numbers was even. The average value of this turnaround number is the absolute threshold of the participant.

1.3 1.3 브라제인Brazein 다중변이체의Multivariate 열 안정성 연구 Thermal stability studies

브라제인 야생형 부타입을 포함하여 H30R/E35D/E40A, A1 ins/ H30R/E35D/E40A 변이체의 열 및 pH 안정성을 진행하고 각각을 비교하였다. 단맛 활성이 감소하는 것을 직접 측정하기 위해 단맛 활성이 가장 약한 야생형 부타입을 기준으로 농도를 통일하였다. The thermal and pH stability of the H30R / E35D / E40A, A1 ins / H30R / E35D / E40A variants, including the brazein wild type subtype, were performed and compared respectively. The concentrations were unified based on the wild type subtype with the weakest sweet activity to directly measure the decrease in sweet activity.

우선, CD 측정 및 단맛활성 측정을 위해 각 변이체들을 40 μM의 농도로 15 mL씩 준비하였다. 이 샘플을 10배 희석한 4 μM 샘플은 야생형 부타입 기준으로 0.025 mg/mL에 해당하며, 이 값은 실제 단맛테스트 시 Stock(0.022 mg/mL)의 농도와 유사하다. 15 mL의 용액 중 5 mL는 pH 안정성 실험에 사용하고 9 mL는 열 안정성 실험에 사용하기 위해 따로 분취하여 20 μM로 희석하였다. 남은 1 mL의 용액은 단백질 정량에 사용하였다.First, each variant was prepared at a concentration of 40 μM by 15 mL for CD measurement and sweetness activity measurement. A 4 μM sample of 10-fold dilutions of this sample corresponds to 0.025 mg / mL on a wild type subtype, which is similar to the concentration of Stock (0.022 mg / mL) in actual sweetness testing. 5 mL in 15 mL of solution was used for pH stability experiments and 9 mL was aliquoted and diluted to 20 μM for use in thermal stability experiments. The remaining 1 mL of solution was used for protein quantification.

브라제인의 열 안정성 시험을 위해 80~95 ℃의 온도 범위를 3 ℃ 간격으로 세분화 하여 실험을 진행하였다. 우선, 20 μM 브라제인 샘플을 변이체 별로 3 mL씩 분취하여 해당 온도를 유지하고 있는 Dry bath에 총 6시간 동안 인큐베이션시켰다. 인큐베이션 시간 동안 30분 간격으로 단맛 활성을 측정하는데, 240 μL의 브라제인 샘플을 취하여 960 μL의 3차 증류수와 섞어 4 μM 로 희석시켰다. 이 용액을 준비된 바이알에 등차 희석하여 0 μM, 0.8 μM, 1.6 μM, 2.4 μM, 3.2 μM 의 브라제인 희석용액을 제조하였다. 3명의 피험자를 고정시키고 희석용액을 낮은 농도부터 200 μL씩 투여하여 단맛이 나는지 아닌지 응답하도록 한다. 인큐베이션이 끝난 브라제인 샘플은 원편광 이색성 분광 측정을 위해 밀봉 후 4 ℃에 보관하였다.For the thermal stability test of brazein, the experiment was conducted by subdividing the temperature range of 80 ~ 95 ℃ by 3 ℃ interval. First, a 20 μM brazein sample was aliquoted in 3 mL aliquots and incubated for 6 hours in a dry bath maintaining the temperature. Sweet activity was measured at 30 minute intervals during the incubation time, 240 μL of brazein samples were taken and mixed with 960 μL of tertiary distilled water and diluted to 4 μM. Diluted this solution in the prepared vials with 0 μM, 0.8 μM, 1.6 μM, 2.4 μM, 3.2 μM of brazein dilution solution. Three subjects are fixed and the diluted solution is administered at a low concentration of 200 μL to respond whether it is sweet or not. Incubated brazein samples were stored at 4 ° C. after sealing for circular dichroism spectroscopic measurements.

2. 단백질 정량2. Protein Quantitation

모든 정제된 단맛수용체 단량체 및 브라제인 변이체들은 205 nm에서의 흡광도를 측정하여 정량하였다. 대부분의 단백질은 1 mg/mL 용액 기준으로 205 nm에서 고유의 흡광 계수를 가지고 있으며, 이 흡광 계수는 단백질 측정을 위한 최적의 파장이 205 nm가 되도록 한다(Scopes 1974). All purified sweet acceptor monomers and brazein variants were quantified by measuring absorbance at 205 nm. Most proteins have an intrinsic extinction coefficient at 205 nm on a 1 mg / mL solution, which allows the optimal wavelength for protein measurement to be 205 nm (Scopes 1974).

UV/Vis 흡광 광도계의 기준 흡광도는 단맛수용체 단량체와 브라제인 샘플을 용해시킨 용매로 측정하여 고정시켰다. 각 단백질 샘플은 미광 효과(stray effect)를 최소화시키기 위해 205 nm 에서의 흡광도 값이 0.3에 근접할 때까지 점차적으로 희석시켰다. 희석시킨 단백질 용액은 205 nm 와 280 nm에서의 흡광도를 각각 3회 측정하여 평균값을 구하였다. 그 후, 하기 수학식 1을 이용하여 각 단백질 샘플의 고유 몰 흡광계수를 구하였다. 본래의 단백질 샘플 농도는 다음 수학식 2를 이용하여 구한 값에 희석배수를 곱하여 구하였다.The reference absorbance of the UV / Vis absorbance photometer was measured and fixed with a solvent in which the sweet receptor monomer and the brazein sample were dissolved. Each protein sample was gradually diluted until the absorbance value at 205 nm approached 0.3 to minimize the stray effect. The diluted protein solution was measured three times by absorbance at 205 nm and 280 nm, respectively, to obtain an average value. Then, the intrinsic molar extinction coefficient of each protein sample was calculated | required using following formula (1). The original protein sample concentration was obtained by multiplying the dilution factor by the value obtained using Equation 2 below.

[수학식 1][Equation 1]

ε205 1mg/mL=120×(A280/A205)+27ε 205 1mg / mL = 120 × (A 280 / A 205 ) +27

[수학식 2][Equation 2]

Concentration(mg/mL) = A205205 1mg/mL Concentration (mg / mL) = A 205 / ε 205 1mg / mL

3. 단백질-단백질 상호작용 연구3. Protein-protein interaction studies

3.1 컴퓨터 3.1 Computer 모델링modelling 및 도킹 시뮬레이션 And docking simulation

브라제인(NCBI Reference Sequence : ACK76425.1) 및 단맛수용체 T1R2(NCBI Reference Sequence: NP_689418.2)와 T1R3(NCBI Reference Sequence: NP_689414.1)의 아미노산 서열은 National Center for Biotechnology Information (NCBI: http://www.ncbi.nlm.nih.gov)에서 참고하였다. T1R2와 T1R3는 각각 막 관통 부위를 제외한 extracellular domain의 서열(T1R2: #1~566, T1R3 : 1~570)만을 사용하였다. 브라제인 야생형 부타입 및 다중변이체들과 단맛수용체의 컴퓨터 구조 모델링은 아미노산 서열의 상동성에 기반한 자동 단백질 모델링 소프트웨어인 ‘SWISS-MODEL EXPASY'(http://swissmodel.expasy.org) 프로그램을 이용하였고, 서열 일치도(sequence indentity), 정량적 모델 에너지 분석(Qualitative model energy analysis, QMEAN)값, 뒤틀림 인자(torsion factor) 및 용해 인자(solvation factor)등의 기준들로 각각의 단백질 모델을 비교하여 최적의 모델을 선정하였다. 1차적으로 선정한 단백질 모델은 ‘Autodock Tools’ 소프트웨어를 이용하여 수소 및 gasteiger 전하를 부여하는 과정을 진행하였다. 이를 통해 단백질 구조 내의 회전 가능한 결합을 수정하고 주위에 존재할 수도 있는 물 분자를 제거함으로써 구현된 단백질 모델에서 부족한 구조적 요소를 보충하였다. 수정이 완료된 최종 단백질 모델은 protein data bank(pdb) 파일로 저장하였다.The amino acid sequences of brazein (NCBI Reference Sequence: ACK76425.1) and sweet receptors T1R2 (NCBI Reference Sequence: NP_689418.2) and T1R3 (NCBI Reference Sequence: NP_689414.1) are described in National Center for Biotechnology Information (NCBI: http: / /www.ncbi.nlm.nih.gov). T1R2 and T1R3 used only the sequence of extracellular domain (T1R2: # 1 ~ 566, T1R3: 1 ~ 570) except for the membrane penetration site. Computer structural modeling of the brazein wild type subtypes and multivariants and sweet receptors was performed using the SWISS-MODEL EXPASY (http://swissmodel.expasy.org) program, an automated protein modeling software based on homology of amino acid sequences. Optimal models are compared by comparing each protein model with criteria such as sequence indentity, qualitative model energy analysis (QMEAN) values, torsion factor, and solvation factor. Selected. The first protein model was selected to give hydrogen and gasteiger charges using the Autodock Tools software. This compensates for the structural elements lacking in the implemented protein model by modifying the rotatable bonds within the protein structure and removing water molecules that may be present in the surroundings. The final protein model after modification was saved as a protein data bank (pdb) file.

컴퓨터로 모델이 구현된 T1R2와 T1R3은 ‘GRAMM-X’ 도킹 시뮬레이션 소프트웨어를 이용하여 단백질-단백질 결합 분석을 진행하였다. 10개의 결합모델은 ‘UCSF Chimera’ 소프트웨어로 구현하여 각각을 pdb 파일로 저장하였다. 각각의 결합모델은 ‘DIMPLOT’으로 T1R2와 T1R3의 결합에 관여하는 아미노산 간의 상호작용 분석을 진행하고, ‘SEQMOL’ 소프트웨어를 이용하여 해리상수 및 친화 에너지를 계산하였다. 이 분석결과를 참고하여 최적의 T1R2-T1R3 결합모델을 선정하였다.The computer-implemented T1R2 and T1R3 were analyzed for protein-protein binding using "GRAMM-X" docking simulation software. Ten combined models were implemented with UCSF Chimera software and each stored as a pdb file. For each binding model, we analyzed the interactions between amino acids involved in the binding of T1R2 and T1R3 with DIMPLOT and calculated the dissociation constant and affinity energy using the SEQMOL software. Based on this analysis, the optimal T1R2-T1R3 binding model was selected.

브라제인 야생형 부타입 및 변이체의 단백질 모델들은 ‘GRAMM-X’ 도킹 시뮬레이션 소프트웨어를 이용하여 T1R2-T1R3 이종이합체 결합모델과의 결합 분석을 진행하였다. ‘GRAMM-X’로 예측한 10개의 결합모델은 T1R2-T1R3 결합모델을 선정할 때와 같이 각각을 pdb 파일로 저장하였다. T1R2-T1R3 이종이합체와 브라제인의 상호작용에 관여하는 아미노산 간의 상호작용은 ‘DIMPLOT’을 이용하여 분석하고, ‘SEQMOL’ 소프트웨어를 이용하여 해리상수 및 친화 에너지를 계산하였다. 최종적으로 선정한 결합모델은 ‘UCSF Chimera’를 이용하여 3차 구조를 확인하였다.The protein models of the brazein wild type subtypes and variants were analyzed for binding with the T1R2-T1R3 heterodimeric binding model using the "GRAMM-X" docking simulation software. The 10 combined models predicted by 'GRAMM-X' are stored as pdb files, as when selecting the T1R2-T1R3 combined models. Interactions between the T1R2-T1R3 heterodimers and the amino acids involved in the interaction of brazein were analyzed using "DIMPLOT" and "SEQMOL" software to calculate dissociation constants and affinity energy. Finally, the selected binding model was identified using the 'UCSF Chimera' to confirm the tertiary structure.

3.2 3.2 원편광Circularly polarized light 이색성Dichroic 분광법 Spectroscopy

T1R2-T1R3 단맛수용체, 브라제인 다중변이체들 및 단맛수용체-브라제인 복합체의 원편광 이색성(Circular dichroism) 스펙트라 측정은 인하대학교의 표준분석연구원에 위치한 J-815 spectrometer(Jasco co., Ltd.)를 이용하였다. 광원으로는 150W 제논 램프를 사용하였으며, High performance UV_Vis_IR avalache photo-diode fluorescence monochro 검출기를 이용하여 측정하였다. 실시간 측정되는 데이터는 Spectra ManagerTM II 소프트웨어로 기록, 분석하였다. 측정 전 scan 범위를 180 nm에서 260 nm로, scan 속도를 100 nm/min으로 설정한 뒤 시료를 넣지 않은 채 baseline의 흡광을 측정하였다. 이후 브라제인 샘플은 TDW 용매에 20 μM 농도로 맞추어 측정하고 T1R2, T1R3 단량체 및 이합체는 0.9 mM Tween 20, 20 mM Tris-HCl (pH 8.0) 용매에 5 μM 농도로 맞추어 측정하였다. Circular dichroism spectra measurements of T1R2-T1R3 sweet receptors, brazein multivariates and sweet receptor-brazein complexes were measured at J-815 spectrometer (Jasco co., Ltd.), a standard analytical laboratory at Inha University. Was used. A 150 W xenon lamp was used as a light source and measured using a high performance UV_Vis_IR avalache photo-diode fluorescence monochro detector. Real-time measured data was recorded and analyzed with Spectra Manager ™ II software. Before the measurement, the scan range was set from 180 nm to 260 nm and the scan rate was set to 100 nm / min, and then the absorbance of the baseline was measured without the sample. Brazein samples were then measured at 20 μM concentration in TDW solvent and T1R2, T1R3 monomers and dimers were measured at 5 μM concentration in 0.9 mM Tween 20, 20 mM Tris-HCl (pH 8.0) solvent.

Ⅳ. 결과Ⅳ. result

1. K. 1. K. lactislactis 발현계를Expression system 이용한  Used 브라제인Brazein 다중변이체의Multivariate 발현 및 정제 Expression and Purification

3M 브라제인 변이체(H30R/E35D/E40A)를 주형으로 1번째 자리에 알라닌(alanine)을 도입하여 3M A1 ins.을 작성하였다 (도 3).3M A1 ins. Was prepared by introducing alanine at the first position using the 3M brazein variant (H30R / E35D / E40A) as a template (FIG. 3).

제작된 브라제인 야생형 부타입(des-pE1MBRZ) 및 브라제인 변이체 H30R/E35D/E40A (3M), A1 ins/H30R/E35D/E40A(3M A1 ins)의 유전자가 삽입된 K. lactis GG799 균주를 YPGlu에 배양하여 세포를 생장시키고, 이를 유도제인 Galactose가 포함된 YPGal 배지에 접종, 배양하여 브라제인 변이체의 분비발현을 유도하여 평균 15 mg/L의 브라제인을 생산하였다. 배양이 완료된 배양액은 저속 원심분리를 통해 세포를 분리하고 상층액을 carboxymethyl sepharose 양이온 교환수지를 통해 정제하였다. 분획 용출이 완료된 브라제인 샘플은 투석을 통해 용출 평형용액에 포함된 염을 제거하고 동결건조한 뒤 SDS-PAGE를 통해 순도를 파악하였다(도 4). 다른 단백질들이 포함되어 순도가 낮을 경우, Sephacryl S-100 크기 배제 크로마토그래피를 이용하여 브라제인을 분리하였다. 최종 정제 후의 브라제인은 약 7 mg/L의 수율로 얻어졌다.YPGlu was prepared using the K. lactis GG799 strain in which the genes of the produced brazein wild type subtype (des-pE1MBRZ) and the brazein variants H30R / E35D / E40A (3M) and A1 ins / H30R / E35D / E40A (3M A1 ins) were inserted. The cells were grown to cells, inoculated and cultured in YPGal medium containing Galactose, which is an inducer, to induce the expression of brazein variants to produce 15 mg / L of brazein on average. After the culture was completed, the cells were separated by low speed centrifugation, and the supernatant was purified by carboxymethyl sepharose cation exchange resin. Brazein sample of fractional elution was completed by dialysis to remove the salt contained in the elution equilibrium solution and lyophilized and the purity was determined through SDS-PAGE (Fig. 4). When the purity was low because other proteins were included, brazein was isolated using Sephacryl S-100 size exclusion chromatography. Brazein after final purification was obtained in a yield of about 7 mg / L.

2. 단맛 활성 및 상호작용 분석2. Sweetness Activity and Interaction Analysis

2.1 컴퓨터 2.1 computer 모델링modelling 및 도킹 시뮬레이션 And docking simulation

2.1.1 단백질 구조 2.1.1 Protein Structure 모델링modelling

단맛수용체의 단량체인 T1R2, T1R3는 대사성 글루탐산 수용체(metabotropic glutamate receptor, mGluR)와의 아미노산 서열 유사성을 바탕으로 다음과 같이 3개의 구조적 영역으로 분류할 수 있다. 세포 막 바깥에 위치한 Venus Flytrap Module(VFTM)은 lobe 1과 2로 구성되어 있으며 두 lobe의 위치에 따라 ‘open’, ‘closed’ 구조를 나타내고 그 다음으로 이어지는 Cystein-rich domain(CRD)은 9개의 보존된 시스테인 잔기를 보유하고 있으며, Transmembrane domain(TMD)는 막을 통과하는 7개의 나선구조로 이루어져 있다(Assadi-Porter et al ., 2010). T1R2, T1R3의 세포 외부 영역의 상동성 기반 모델링은 mGluR3을 주형 구조로 하였다. 상동성 기반 구조 모델링의 결함으로 인해 모델링이 이루어진 구조의 N-, C-말단에서 소량의 잔기가 부족한 것으로 나타나는데, 이는 상호작용에 큰 영향을 미치지 않으므로 무시할 수 있다. 또한, 모델링이 이루어진 T1R2, T1R3는 서열 상동성, 서열 적용범위, QMEAN 값, 용해 인자 및 비틀림 인자 등을 고려하여 최적의 예측 모델을 선정하였다(도 6, 표 3). T1R2, T1R3의 예측된 모델은 mGluR3과의 평균 서열 상동성을 26.5% 나타내었는데, 이는 구조가 알려진 다른 단백질들 중에서 가장 높은 값이다. 또한 평균 90%의 높은 서열 적용범위를 나타내었다. 브라제인의 다중변이체는 단맛수용체와 마찬가지로 서열 상동성, 서열 적용범위, QMEAN 값, 용해 인자 및 비틀림 인자 등을 고려하여 최적의 예측 모델을 선정하였다(도 5, 표 2). T1R2 and T1R3 monomers of the sweet receptor can be classified into three structural regions based on amino acid sequence similarity with the metabotropic glutamate receptor (mGluR). The Venus Flytrap Module (VFTM), located outside the cell membrane, consists of lobes 1 and 2, with 'open' and 'closed' structures depending on the location of the two lobes, followed by nine Cystein-rich domains (CRDs). It has a conserved cysteine residue and the transmembrane domain (TMD) consists of seven helixes across the membrane (Assadi-Porter et. al ., 2010). Homology-based modeling of the extracellular regions of T1R2 and T1R3 used mGluR3 as a template structure. The shortcomings of homology-based structural modeling indicate a lack of a small number of residues at the N- and C-terminus of the modeled structure, which can be neglected since they do not significantly affect the interaction. In addition, T1R2 and T1R3, which were modeled, selected an optimal prediction model in consideration of sequence homology, sequence coverage, QMEAN value, lysis factor, and torsion factor (FIG. 6, Table 3). The predicted models of T1R2 and T1R3 showed 26.5% average sequence homology with mGluR3, which is the highest among other proteins of known structure. It also showed high sequence coverage of an average of 90%. Like the sweet receptor, the multivariate of brazein was selected for the optimal prediction model in consideration of sequence homology, sequence coverage, QMEAN value, solubility factor and torsion factor (FIG. 5, Table 2).

T1R2와 T1R3 서브유닛의 가장 좋은 예측 모델의 평가Evaluation of the best predictive model of the T1R2 and T1R3 subunits SubunitSubunit SeqSeq . queried. queried SeqSeq . modeled. modeled SeqSeq . identity. identity SeqSeq . coverage. coverage QMEANQMEAN SolvationSolvation factor factor TorsionTorsion factor factor T1R2T1R2 #1~566# 1-566 #24~556# 24 ~ 556 27.0827.08 0.890.89 -12.82-12.82 -8.84-8.84 -8.27-8.27 T1R3T1R3 #1~570# 1-570 #26~559# 26 ~ 559 25.9725.97 0.910.91 -9.91-9.91 -7.58-7.58 -5.90-5.90

브라제인 다중변이체의 최적 예측 모델 평가Evaluation of Optimal Prediction Model for Brazein Multivariants BrazzeinBrazzein mutantmutant SeqSeq . queried. queried SeqSeq . modeled. modeled SeqSeq . similarity. similarity SeqSeq . coverage. coverage QMEANQMEAN SolvationSolvation factor factor TorsionTorsion factor factor des-pE1M des -pE1M #1~53# 1-53 #1~53# 1-53 93.2693.26 1.001.00 -1.25-1.25 -0.75-0.75 -1.39-1.39 H30R/E35D/E40AH30R / E35D / E40A #1~53# 1-53 #1~53# 1-53 94.3494.34 1.001.00 -2.67-2.67 -1.26-1.26 -2.48-2.48 A1 ins/ H30R/E35D/E40AA1 ins / H30R / E35D / E40A #1~54# 1-54 #1~54# 1-54 92.5992.59 1.001.00 -5.62-5.62 -2.01-2.01 -7.20-7.20

2.1.2. 2.1.2. T1R2T1R2 -- T1R3와With T1R3 브라제인Brazein 다중변이체의Multivariate 도킹 시뮬레이션 Docking simulation

T1R2-T1R3 이종이합체 모델을 형성하기 위해 ‘GRAMM-X’를 이용하여 T1R2와 T1R3의 결합 예측 모델을 작성하였다. 총 10가지의 예측된 배향 중에서도 선행 연구결과를 일차적으로 고려하여 가장 가능성이 높은 모델을 선정하였다. 대사성 글루탐산 수용체(metabotropic glutamate receptor, mGluR)의 결정구조 연구에 따르면, mRluR은 이합체를 이룰 때 세포막 외부에서 VFTM과 CRD가 나란히 배치되고 두 단량체의 TMD가 세포막으로 이어지는 배향을 가지고 있다(Kunishima et al ., 2000). T1R2, T1R3는 mGluR을 주형으로 하여 상동성 기반 모델링을 진행하였기 때문에 이 결과는 단맛수용체 모델링에서도 적용할 수 있다(Assadi-Porter et al ., 2010)). 이를 바탕으로 선정한 최적의 이종이합체 모델의 T1R2와 T1R2간 Gibbs 자유 에너지와 해리상수를 ‘SEQMOL’ 소프트웨어를 통해 예측하였다. 이종이합체 결합모델의 Gibbs 자유에너지는 -2.69 kcal/mol, 해리상수는 1.09E-02 M로 나타났다.In order to form the T1R2-T1R3 heterodimer model, a predictive model of binding between T1R2 and T1R3 was prepared using 'GRAMM-X'. Of the 10 predicted orientations, the most likely model was selected based on the previous results. According to the crystal structure study of the metabotropic glutamate receptor (mGluR), mRluR has an orientation where VFTM and CRD are arranged side by side outside the cell membrane when dimers are formed, and TMD of both monomers leads to the cell membrane (Kunishima et al. al ., 2000). Since T1R2 and T1R3 modeled homology based on mGluR as a template, this result can be applied to sweet receptor modeling (Assadi-Porter et. al ., 2010). Based on this, the Gibbs free energy and dissociation constant between T1R2 and T1R2 of the optimal heterodimer model selected were predicted by 'SEQMOL' software. The Gibbs free energy of the heterodimer coupling model is -2.69 kcal / mol and the dissociation constant is 1.09E-02 M.

브라제인과 수용체의 상호작용에 중요한 역할을 하는 아미노산을 찾기 위해 야생형 부타입인 des-pE1M 브라제인을 포함하여 다중변이체 브라제인 H30R/E35D/E40A, A1 ins/H30R/E35D/E40A을 각각 T1R2-T1R3 이종이합체와 결합시켜 복합체 모델을 작성하였다(도 7~9). 그 후 각각의 복합체 모델을 ‘SEQMOL’ 소프트웨어를 통해 Gibbs 자유에너지 및 해리상수를 도출하였다(표 4). 또한, ‘DIMPLOT’ 소프트웨어를 이용하여 브라제인 변이체들과 이종이합체의 상호작용에 관여하는 아미노산을 분석하였다(도 10~12, 표 5~7). 그 결과 브라제인의 Ser13, Gln16, Tyr38, Arg42, Leu44 아미노산 잔기가 단맛수용체와 강한 수소결합 혹은 다중 소수성 상호작용을 함으로써 단맛수용체와의 상호작용에 중요한 역할을 할 것이라는 예측을 할 수 있었다.To find amino acids that play an important role in the interaction of brazein with the receptor, the multivariate brazeins H30R / E35D / E40A and A1 ins / H30R / E35D / E40A, including the wild-type subtype des-pE1M brazein, were respectively identified as T1R2- The complex model was created by binding to the T1R3 heterodimer (FIGS. 7-9). Each complex model was then derived from Gibbs free energy and dissociation constants via the SEQMOL software (Table 4). In addition, the 'DIMPLOT' software was used to analyze the amino acids involved in the interaction of the heterozygotes with brazein variants (Figs. 10-12, Tables 5-7). As a result, it was predicted that the amino acid residues of Ser13, Gln16, Tyr38, Arg42, and Leu44 of brazein would play an important role in the interaction with the sweet receptor by strong hydrogen bonding or multiple hydrophobic interactions with the sweet receptor.

브라제인 다중변이체의 T1R2-T1R3 이종이합체로 도킹된 모델 평가.Evaluation of models docked with T1R2-T1R3 heterodimers of brazein multivariants. BrazzeinBrazzein
variantvariant
ComplexComplex
modelmodel
GibbsGibbs binding  binding energyenergy
(( kcalkcal /Of molmol ))
DissociationDissociation constantconstant
(( μMμM ))
desdes -- pE1MpE1M #1#One - 5.46-5.46 1.04E+021.04E + 02 #2#2 - 5.30-5.30 1.36E+021.36E + 02 #3# 3 -7.17-7.17 5.87E+005.87E + 00 #4#4 -8.49-8.49 6.39E-016.39E-01 #5# 5 -10.84-10.84 1.23E+021.23E + 02 #6# 6 -12.88-12.88 4.00E-044.00E-04 #7# 7 -4.91-4.91 2.62E+022.62E + 02 H30RH30R /Of E35DE35D /Of E40AE40A #1#One -2.93-2.93 7.28E+037.28E + 03 #2#2 -3.48-3.48 3.48E+023.48E + 02 #3# 3 -5.31-5.31 1.34E+021.34E + 02 #4#4 -5.82-5.82 5.67E+015.67E + 01 #5# 5 -7.44-7.44 3.73E+003.73E + 00 #6# 6 -15.32-15.32 6.64E+066.64E + 06 #7# 7 -2.77-2.77 9.53E+039.53E + 03 A1 A1 insins /Of H30RH30R /Of E35DE35D /Of E40AE40A #1#One -16.01-16.01 1.15E-061.15E-06 #2#2 -8.12-8.12 1.19E+001.19E + 00 #3# 3 -15.05-15.05 1.05E-051.05E-05 #4#4 -13.88-13.88 7.46E-057.46E-05 #5# 5 -14.15-14.15 4.74E-054.74E-05 #6# 6 -8.64-8.64 4.97E-014.97E-01 #7# 7 -8.85-8.85 3.49E-013.49E-01

T1R2-T1R3 이종이합체와 des-pE1M 브라제인 사이의 친수성 및 소수성 상호 작용에 관련된 대표 아미노산 잔기Representative amino acid residues involved in hydrophilic and hydrophobic interactions between the T1R2-T1R3 heterodimer and des-pE1M brazein ModelModel TypeType T1R2T1R2 subunitsubunit T1R3T1R3 subunitsubunit BrazzeinBrazzein DistanceDistance #1#One HydrophilicHydrophilic Ile424Ile424 Leu17Leu17 3.28 Å3.28 Å Ser155Ser155 Tyr38Tyr38 2.43 Å2.43 Å Leu158Leu158 2.79 Å2.79 Å Ser59Ser59 Glu8Glu8 2.54 Å2.54 Å Tyr10Tyr10 3.26 Å3.26 Å Lys111Lys111 Lys41Lys41 2.54 Å2.54 Å HydrophobicHydrophobic Lys174, Pro178, Pro417, Tyr418, Leu421, Glu422Lys174, Pro178, Pro417, Tyr418, Leu421, Glu422 Leu51, Val61Leu51, Val61 Ser13, Cys15, Gln16, Ala18, Glu35, Cys36, Leu44Ser13, Cys15, Gln16, Ala18, Glu35, Cys36, Leu44 within 5 Åwithin 5 Å #2#2 HydrophilicHydrophilic Leu521Leu521 Asn43Asn43 2.88 Å2.88 Å Gln536Gln536 Ser13Ser13 1.93 Å1.93 Å Ala537Ala537 2.78 Å2.78 Å Glu525Glu525 Lys4Lys4 2.70 Å2.70 Å Ser528Ser528 2.60 Å2.60 Å Arg530Arg530 Glu40Glu40 2.77 Å2.77 Å Trp546Trp546 Lys2Lys2 2.49 Å2.49 Å HydrophobicHydrophobic Cys517, Asp519, Pro522, Thr524Cys517, Asp519, Pro522, Thr524 Gln507, Ala526, Glu549, Asp520, Val522, Asp523Gln507, Ala526, Glu549, Asp520, Val522, Asp523 Val6, Glu8, Pro11, Val12, Tyr38, Asp39, Arg42Val6, Glu8, Pro11, Val12, Tyr38, Asp39, Arg42 within 5 Åwithin 5 Å #3# 3 HydrophilicHydrophilic Leu156Leu156 Ser13Ser13 3.24 Å3.24 Å HydrophobicHydrophobic Phe157, Tyr416, Trp418, Leu158Phe157, Tyr416, Trp418, Leu158 Leu51Leu51 Pro11, Val12, Phe37Pro11, Val12, Phe37 within 5 Åwithin 5 Å #4#4 HydrophilicHydrophilic Ser155Ser155 Ser13Ser13 3.30 Å3.30 Å Glu422Glu422 Asn43Asn43 2.82 Å2.82 Å Ala49Ala49 Asn19Asn19 2.94 Å2.94 Å Ser59Ser59 Gln16Gln16 3.19 Å3.19 Å HydrophobicHydrophobic Val175, Pro178, Trp418, Ile424, Trp425Val175, Pro178, Trp418, Ile424, Trp425 Glu48, Gly50, Leu51Glu48, Gly50, Leu51 Pro11, Gln16, Leu17, Lys41, Arg42Pro11, Gln16, Leu17, Lys41, Arg42 within 5 Åwithin 5 Å #5# 5 HydrophilicHydrophilic Asn24Asn24 Tyr7Tyr7 2.66 Å2.66 Å Ala120Ala120 Tyr53Tyr53 2.52 Å2.52 Å Ala417Ala417 Lys2Lys2 3.15 Å3.15 Å HydrophobicHydrophobic Ala116Ala116 Phe159, Pro420, Val421, Lys422, Pro423, Trp424Phe159, Pro420, Val421, Lys422, Pro423, Trp424 Cys3, Tyr50, Cys51, Gln52Cys3, Tyr50, Cys51, Gln52 within 5 Åwithin 5 Å #6# 6 HydrophilicHydrophilic Asn24Asn24 Lys14Lys14 2.29 Å, 3.06 Å2.29 Å, 3.06 Å Leu112Leu112 Tyr23Tyr23 2.96 Å2.96 Å Arg123Arg123 Arg32Arg32 2.80 Å2.80 Å Met162Met162 Tyr53Tyr53 2.51 Å2.51 Å HydrophobicHydrophobic Tyr113, Ala116Tyr113, Ala116 Phe159, Ala120, Ser122Phe159, Ala120, Ser122 Asp28, His39, Cys51, Glu52Asp28, His39, Cys51, Glu52 within 5 Åwithin 5 Å #7# 7 HydrophilicHydrophilic Lys174Lys174 Gln16Gln16 3.33 Å3.33 Å Leu421Leu421 Ser13Ser13 3.33 Å3.33 Å HydrophobicHydrophobic Asp173, Val175, Ile424, Pro440, Gln441Asp173, Val175, Ile424, Pro440, Gln441 Ser58, Pro246, Arg247Ser58, Pro246, Arg247 Val12, Tyr38, Glu40, Arg42, Asn43Val12, Tyr38, Glu40, Arg42, Asn43 within 5 Åwithin 5 Å

T1R2-T1R3 이종이합체와 H30R/E35D/E40A 브라제인 사이의 친수성 및 소수성 상호 작용에 관련된 대표 아미노산 잔기Representative amino acid residues involved in hydrophilic and hydrophobic interactions between T1R2-T1R3 heterodimer and H30R / E35D / E40A brazein ModelModel TypeType T1R2T1R2 subunit subunit T1R3T1R3 subunit subunit BrazzeinBrazzein DistanceDistance #1#One HydrophilicHydrophilic Ser155Ser155 Gln16Gln16 3.09 Å3.09 Å Ser59Ser59 Lys14Lys14 2.13 Å2.13 Å HydrophobicHydrophobic Leu156, Leu158, Pro178, Tyr416, Trp418Leu156, Leu158, Pro178, Tyr416, Trp418 Glu48, Leu51, Val61, Lys111, Leu114Glu48, Leu51, Val61, Lys111, Leu114 Asn9, Tyr10, Val12, Ser13, Try38, Asn43Asn9, Tyr10, Val12, Ser13, Try38, Asn43 within 5 Åwithin 5 Å #2#2 HydrophilicHydrophilic Asn24Asn24 Val6Val6 3.12 Å3.12 Å Ser122Ser122 Lys26Lys26 1.87 Å1.87 Å 3.01 Å3.01 Å Arg32Arg32 2.67 Å2.67 Å HydrophobicHydrophobic Tyr113, Ile132, Ala116, Tyr131Tyr113, Ile132, Ala116, Tyr131 Phe159, Val421, Lys422, Pro420, Pro423, Trp424Phe159, Val421, Lys422, Pro420, Pro423, Trp424 Asn9, Leu27, Asp28, Tyr50, Cys51, Glu52Asn9, Leu27, Asp28, Tyr50, Cys51, Glu52 within 5 Åwithin 5 Å #3# 3 HydrophilicHydrophilic Tyr28Tyr28 Tyr38Tyr38 3.19 Å3.19 Å Asn83Asn83 Ser13Ser13 3.33 Å3.33 Å Asn84Asn84 Lys14Lys14 2.96 Å2.96 Å HydrophobicHydrophobic Leu29, Pro30, Arg76, Glu80, Leu93, Phe338, Trp341Leu29, Pro30, Arg76, Glu80, Leu93, Phe338, Trp341 Val12, Gln16, Leu17, Asn19Val12, Gln16, Leu17, Asn19 within 5 Åwithin 5 Å #4#4 HydrophilicHydrophilic Ser59Ser59 Tyr38Tyr38 3.22 Å3.22 Å HydrophobicHydrophobic Pro178, Trp418, Leu421, Ile424, Pro440Pro178, Trp418, Leu421, Ile424, Pro440 Arg52Arg52 Lys4, Val6, Leu17, Arg42, Asp39, Ala40, Lys41Lys4, Val6, Leu17, Arg42, Asp39, Ala40, Lys41 within 5 Åwithin 5 Å #5# 5 HydrophilicHydrophilic Asp124Asp124 Lys41Lys41 3.28 Å3.28 Å Ser413Ser413 Gln16Gln16 2.72 Å2.72 Å Cys415Cys415 Tyr38Tyr38 2.97 Å2.97 Å HydrophobicHydrophobic Arg123, Ala126, Tyr128, Arg137, Pro416, Asp419Arg123, Ala126, Tyr128, Arg137, Pro416, Asp419 Cys15, Asp39, Ala40, Arg42, Leu44Cys15, Asp39, Ala40, Arg42, Leu44 within 5 Åwithin 5 Å #6# 6 HydrophilicHydrophilic Asp26Asp26 Arg30Arg30 3.32 Å3.32 Å Tyr28Tyr28 Arg32Arg32 2.85 Å2.85 Å Asn130Asn130 Lys2Lys2 3.09 Å3.09 Å Ser122Ser122 Asp39Asp39 3.12 Å3.12 Å Asp419Asp419 Asn43Asn43 2.99 Å2.99 Å HydrophobicHydrophobic Asn42, Tyr113, Tyr131, Ile132Asn42, Tyr113, Tyr131, Ile132 Phe159, Pro420, Lys422, Pro423, Trp424Phe159, Pro420, Lys422, Pro423, Trp424 Lys5, Asp9, Pro11, Ser13, Lys41, Tyr50Lys5, Asp9, Pro11, Ser13, Lys41, Tyr50 within 5 Åwithin 5 Å #7# 7 HydrophilicHydrophilic Arg30Arg30 Lys4Lys4 3.30 Å3.30 Å Glu52Glu52 2.87 Å2.87 Å Ile83Ile83 Tyr38Tyr38 3.15 Å3.15 Å Lys86Lys86 2.23 Å2.23 Å Thr346Thr346 Arg32Arg32 2.74 Å2.74 Å Asp347Asp347 Ser33Ser33 2.00 Å2.00 Å HydrophobicHydrophobic Lys32, Pro91, Gly92, Arg94, Ala345, Pro348, Ala439Lys32, Pro91, Gly92, Arg94, Ala345, Pro348, Ala439 Cys36, Phe37, Leu44, Arg42,Cys36, Phe37, Leu44, Arg42, within 5 Åwithin 5 Å

T1R2-T1R3 이종이합체와 A1 ins/H30R/E35D/E40A 브라제인 변이체 사이의 친수성 및 소수성 상호 작용에 관련된 대표 아미노산 잔기Representative amino acid residues involved in hydrophilic and hydrophobic interactions between the T1R2-T1R3 heterodimer and the A1 ins / H30R / E35D / E40A brazein variants ModelModel TypeType T1R2T1R2 subunit subunit T1R3T1R3 subunit subunit BrazzeinBrazzein DistanceDistance #1#One HydrophilicHydrophilic Asn24Asn24 Arg33Arg33 2.92 Å2.92 Å Ile132Ile132 Glu53Glu53 2.93 Å2.93 Å Trp424Trp424 Glu9Glu9 3.33 Å3.33 Å HydrophobicHydrophobic Tyr113, Ala116Tyr113, Ala116 Phe159, Trp424Phe159, Trp424 Ala1, Lys3, Glu9, Arg33, Glu53, Tyr54Ala1, Lys3, Glu9, Arg33, Glu53, Tyr54 within 5 Åwithin 5 Å #2#2 HydrophilicHydrophilic Asn24Asn24 Lys5Lys5 3.05 Å3.05 Å Tyr96Tyr96 Tyr54Tyr54 3.11 Å3.11 Å Ser122Ser122 Ala19Ala19 3.27 Å3.27 Å Pro181Pro181 Arg43Arg43 2.91 Å2.91 Å Ser182Ser182 2.50 Å2.50 Å Val421Val421 Gln17Gln17 3.08 Å3.08 Å HydrophobicHydrophobic Tyr28, Tyr113Tyr28, Tyr113 Ala120, Ser122, Leu161, Pro420, Val421, Trp424Ala120, Ser122, Leu161, Pro420, Val421, Trp424 Ser14, Gln17, Leu18, Asn20, Tyr39, Ala41, Leu45, Glu53, Tyr54Ser14, Gln17, Leu18, Asn20, Tyr39, Ala41, Leu45, Glu53, Tyr54 within 5 Åwithin 5 Å #3# 3 HydrophilicHydrophilic Ser66Ser66 Ala1Ala1 3.11 Å3.11 Å Asp249Asp249 Tyr54Tyr54 3.16 Å3.16 Å Gly314Gly314 Tyr39Tyr39 3.30 Å3.30 Å Gln368Gln368 Tyr51Tyr51 3.11 Å3.11 Å HydrophobicHydrophobic Leu308, Leu312, Met315, Ala316, Arg357, Leu361, Leu308, Leu312, Met315, Ala316, Arg357, Leu361, Asp2, Arg33, Asp40, Ala41, Cys52Asp2, Arg33, Asp40, Ala41, Cys52 within 5 Åwithin 5 Å #4#4 HydrophilicHydrophilic Asn24Asn24 Asp40Asp40 3.28 Å3.28 Å Tyr357Tyr357 Arg43Arg43 3.18 Å3.18 Å Thr358Thr358 Ser14Ser14 2.86 Å2.86 Å Gln17Gln17 3.25 Å3.25 Å Ser182Ser182 Asp2Asp2 2.23 Å2.23 Å Ser446Ser446 Arg33Arg33 3.03 Å3.03 Å HydrophobicHydrophobic Ser25, Val56, Ser25, Val56, Arg177, Pro181, Gln425, Leu426, Met430, Arg177, Pro181, Gln425, Leu426, Met430, Ala1, Cys4, Tyr30, Phe38, Ala41, Lys42, Cys52, Gln53Ala1, Cys4, Tyr30, Phe38, Ala41, Lys42, Cys52, Gln53 within 5 Åwithin 5 Å #5# 5 HydrophilicHydrophilic Gln265Gln265 Asp50Asp50 3.28 Å3.28 Å Asn292Asn292 Tyr39Tyr39 2.57 Å2.57 Å HydrophobicHydrophobic Asp262, Thr268, Arg270, Thr294, Thr485, Val486, Met492Asp262, Thr268, Arg270, Thr294, Thr485, Val486, Met492 Lys512, Gly513, Phe514Lys512, Gly513, Phe514 Glu17, Leu18, Asn20, Tyr24, Phe38, Arg43, Leu45, Glu53Glu17, Leu18, Asn20, Tyr24, Phe38, Arg43, Leu45, Glu53 within 5 Åwithin 5 Å #6# 6 HydrophilicHydrophilic Asp307Asp307 Tyr54Tyr54 2.96 Å2.96 Å Arg33Arg33 3.18 Å3.18 Å Met310Met310 1.96 Å1.96 Å Glu358Glu358 Lys5Lys5 2.01 Å2.01 Å Gln379Gln379 Asn23Asn23 2.99 Å2.99 Å HydrophobicHydrophobic Leu312, Arg369, Ser464, Ala383, Val405Leu312, Arg369, Ser464, Ala383, Val405 Lys27, Tyr39, Glu53Lys27, Tyr39, Glu53 within 5 Åwithin 5 Å #7# 7 HydrophilicHydrophilic Tyr128Tyr128 Tyr39Tyr39 2.83 Å2.83 Å Cys129Cys129 Gln17Gln17 3.18 Å3.18 Å Gly414Gly414 Gln46Gln46 2.20 Å2.20 Å HydrophobicHydrophobic Tyr35, Gly92, Ile125, Ala127, Leu408, Cys415, Pro416, Asp419Tyr35, Gly92, Ile125, Ala127, Leu408, Cys415, Pro416, Asp419 Lys5, Val7, Leu18, Ala19, Asp40, Ala41, Lys42, Asn44, Ile48Lys5, Val7, Leu18, Ala19, Asp40, Ala41, Lys42, Asn44, Ile48 within 5 Åwithin 5 Å

3.2 수정된 SIAM yes-no task 에 의한 브라제인의 단맛 활성 측정3.2 Determination of sweetness activity of brazein by modified SIAM yes-no task

고순도로 정제된 브라제인 변이체는 몰 흡광 계수를 정확히 구하기 위해 205 nm 에서의 흡광도(A205)가 0.3 에 근접하도록 희석하였다. 그 후 희석된 단백질 용액을 280 nm에서의 흡광도(A280)를 측정하였다. 모든 흡광도 측정은 최소 3회 이상 반복 측정하여 평균값을 구하였고, A205및 A280값을 통해 브라제인 변이체의 고유 몰 흡광계수를 구하였다(표 8).High purity purified brazein variants were diluted so that the absorbance at 205 nm (A205) was close to 0.3 in order to accurately determine the molar extinction coefficient. The diluted protein solution was then measured for absorbance at 280 nm (A280). All absorbance measurements were repeated at least three times and averaged, and the intrinsic molar extinction coefficients of the brazein variants were determined using the A205 and A280 values (Table 8).

브라제인 다중변이체의 단맛활성은 15명의 고정된 참여자에게 SIAM yes-no task 역치 실험을 최소 2회 이상 진행하여 통계를 구함으로써 측정 및 비교하였다(표 9). 그 결과, 야생형 브라제인과 비교했을 때 H30R/E35D/E40A 변이체는 10.2배, A1 ins/H30R/E35D/E40A 변이체는 2038배 높은 단맛 활성을 나타냄을 확인하였다.The sweetness activity of the Brazain multivariate was measured and compared by obtaining at least two SIAM yes-no task threshold experiments for 15 fixed participants (Table 9). As a result, it was confirmed that the H30R / E35D / E40A variant was 10.2 times higher and the A1 ins / H30R / E35D / E40A variant was 2038 times higher than the wild-type brazein.

브라제인 다중변이체의 추정된 몰 흡광계수(ε205)Estimated molar extinction coefficient (ε205) Brazzein mutantsBrazzein mutants Abs205Abs205 Abs280Abs280 ε205ε205 des-pE1Mdes-pE1M 0.3220.322 0.0230.023 35.5735.57 H30R/E35D/E40AH30R / E35D / E40A 0.3140.314 0.0240.024 36.1736.17 A1 ins/ H30R/E35D/E40AA1 ins / H30R / E35D / E40A 0.3040.304 0.0110.011 31.3431.34

브라제인 다중변이체의 단맛 강도 비교Comparison of sweetness intensity of brazein multivariate Sweet tasting moleculeSweet tasting molecule Molecular mass(Da)Molecular mass (Da) Experimental taste thresholdExperimental taste threshold Sweetness in comparison to sucroseSweetness in comparison to sucrose Sweetness in comparison to wild type brazzeinSweetness in comparison to wild type brazzein (g(100mL)-1)(g (100 mL) -1 ) (g/g)(g / g) SucroseSucrose 342.3342.3 2.02.0 1One des-pE1M-
brazzein
des-pE1M-
brazzein
63706370 0.00137200.0013720 14581458 1One
H30R/E35D/E40AH30R / E35D / E40A 63176317 0.00001330.0000133 15,00015,000 10.210.2 A1ins/ H30R/E35D/E40AA1ins / H30R / E35D / E40A 63886388 0.000000670.00000067 2,971,4282,971,428 20382038

상기 표 9로부터, 브라제인 다중 변이체 A1ins/H30R/E35D/E40A는 동일한 양의 수크로오스(설탕)과 비교하여 약 2,970,000배 이상 단맛이 높았다. 이러한 단맛은 설탕 역치 실험으로 검증된 SIAM yes-no task 방법으로 측정하여 결과를 도출할 수 있다. From the above Table 9, the brazein multiple variants A1ins / H30R / E35D / E40A were about 2,970,000 times higher in sweetness compared to the same amount of sucrose (sugar). These sweetness can be measured by the SIAM yes-no task method verified by the sugar threshold experiments to derive the results.

또한, 브라제인 다중 변이체 A1ins/ H30R/E35D/E40A는 야생형 브라제인에 비해 약 2038배 단맛이 증가되었다. 이러한 단맛 활성은 선행 특허(10-1795573, 10-1416892)를 참고하여 브라제인 야생형 대비 브라제인 변이체 단맛 활성도를 도출하였다. In addition, the brazein multiple variant A1ins / H30R / E35D / E40A increased about 2038 times sweeter than wild type brazein. Such sweetness activity was derived from the brazein variant sweetness activity compared to the brazein wild type with reference to the prior patent (10-1795573, 10-1416892).

3.3 3.3 원편광Circularly polarized light 이색성Dichroic 분광법 Spectroscopy

3.3.1 단맛수용체와 3.3.1 Sweet receptors and 브라제인의Brazilian 상호작용 분석 Interaction analysis

원편광 이색성 분광 측정을 통해 단맛수용체 T1R2, T1R3 그리고 브라제인 변이체들의 2차구조를 분석하였다. 또한, T1R2-T1R3 이종이합체가 브라제인과 단백질-단백질 상호작용을 하여 생기는 구조적 변화를 측정하였다. Secondary structures of sweet receptors T1R2, T1R3 and brazein variants were analyzed by circular dichroism spectroscopy. In addition, the structural changes caused by protein-protein interactions with brazein of T1R2-T1R3 heterodimer were measured.

우선, T1R2와 T1R3 단량체와 T1R2-T1R3 이종이합체, 그리고 브라제인 변이체들의 평균 타원율(mean residue ellipticity(MRE), [θ] (degㆍcm2 dmol-1))을 250 ~ 190 nm 범위에서 측정하였다(도 13). K2D3 소프트웨어를 통해 α-나선 구조와 β-가닥 구조의 함량을 구한 결과, T1R2는 69.43%의 α-나선 구조와 11.26%의 β-가닥 구조를 포함하고 있으며 T1R3은 65.87%의 α-나선 구조와 12.13%의 β-가닥 구조를 포함하고 있는 것으로 나타났다. 또한, 각 브라제인 변이체는 야생형 부타입의 경우 10.27%의 α-나선 구조와 28.93%의 β-가닥 구조를, H30R/E35D/E40A 변이체의 경우 10.11%의 α-나선 구조와 31.89%의 β-가닥 구조를, A1 ins/H30R/E35D/E40A 변이체의 경우 8.46%의 α-나선 구조와 32.1%의 β-가닥 구조를, 각각 포함하고 있는 것으로 나타났다(도 14, 표 10).First, the mean residue ellipticity (MRE), [θ] (deg · cm 2 · dmol −1 ) of T1R2 and T1R3 monomers, T1R2-T1R3 heterodimers, and brazein variants were measured in the range of 250 to 190 nm. (FIG. 13). The content of α-helices and β-strands was determined by K2D3 software. T1R2 contains 69.43% α-helix and 11.26% β-strands. T1R3 contains 65.87% α-helix and It was found to contain 12.13% of the β-stranded structure. In addition, each brazein variant had a 10.27% α-helix structure and a 28.93% β-strand structure for the wild type subtype, and a 10.11% α-helix structure and 31.89% β-strand for the H30R / E35D / E40A variant. The strand structure was found to contain 8.46% α-helix structure and 32.1% β-strand structure, respectively, for the A1 ins / H30R / E35D / E40A variant (FIG. 14, Table 10).

T1R2-T1R3 이종이합체와 브라제인 변이체는 1:1 몰비율로 혼합하여 복합체를 형성한 뒤 원편광 이색성 분광 측정을 진행하였다(도 15, 16). 측정 결과를 통해 T1R2-T1R3와 브라제인 간의 해리상수를 구하는 과정은 다음과 같다.The T1R2-T1R3 heterodimer and the brazein variant were mixed at a 1: 1 molar ratio to form a complex, and circular dichroism spectroscopy was performed (FIGS. 15 and 16). The process of calculating the dissociation constant between T1R2-T1R3 and Brazein is as follows.

T1R2-T1R3 이종이합체를 R, 브라제인 변이체를 B, 이종이합체와 브라제인의 복합체를 RB라 정의했을 때의 해리상수(Kd)는 [R][B]/[RB]로 나타낼 수 있다(Martin and Schilstra 2008). 이때, T1R2-T1R3 이종이합체와 브라제인 변이체들의 농도에 따라 나타나는 원편광 이색성 분산의 스펙트라 신호는 다음 수학식 3과 같이 표현할 수 있다(Martin and Schilstra 2008).The dissociation constant (K d ) when the T1R2-T1R3 heterodimer is defined as R, the brazein variant as B, and the heterodimer and brazain complex as RB can be represented by [R] [B] / [RB] ( Martin and Schilstra 2008). At this time, the spectra signal of the circular dichroic dispersion appearing according to the concentration of the T1R2-T1R3 heterodimer and the brazein variants can be expressed as Equation 3 below (Martin and Schilstra 2008).

[수학식 3][Equation 3]

S = ΔεR[R] + ΔεB[B] + ΔεRB[RB]S = Δε R [R] + Δε B [B] + Δε RB [RB]

= ΔεR[R0]+ΔεB[B0]+(ΔεRB- ΔεR- ΔεB)[RB]= Δε R [R 0 ] + Δε B [B 0 ] + (Δε RB -Δε R -Δε B ) [RB]

([X0]=X의 초기농도, Δε = 흡광계수)([X 0 ] = initial concentration of X, Δε = extinction coefficient)

상기 수학식 3에서 (ΔεRB- ΔεR- ΔεB)[RB]는 T1R2-T1R3와 브라제인 복합체의 상호작용으로 나타나는 원편광 이색성 신호의 변화량을 의미한다(Greenfield 2004). 따라서 (ΔεRB- ΔεR- ΔεB)[RB] = Δ[θ] = ε[RB]로 표현할 수 있으며 신호의 최대 변화량 Δ[θ]max는 T1R2-T1R3 이종이합체와 용액 내의 모든 브라제인 변이체가 반응하여 복합체를 이루었을 때, 즉 T1R2-T1R3와 브라제인 변이체의 복합체 농도와 브라제인 변이체의 초기농도가 같을 때 나타난다(Greenfield 2004). 이때의 Saturation fraction 은 다음과 수학식 4로 구할 수 있으며, 이를 통해 해리상수를 도출해 내었다(Greenfield 2004)(표 11).In Equation 3 (Δε RB - Δε R - Δε B) [RB] refers to the amount of change in the circular dichroism signal that appears from the interaction of T1R2-T1R3 and bra agent conjugate (Greenfield 2004). Thus, (Δε RB -Δε R -Δε B ) [RB] = Δ [θ] = ε [RB], and the maximum change in signal Δ [θ] max is the T1R2-T1R3 heterodimer and all Brazein variants in solution Is reacted to form a complex, that is, when the complex concentrations of the T1R2-T1R3 and the brazein variant are equal to the initial concentration of the brazein variant (Greenfield 2004). At this time, the saturation fraction can be obtained from Equation 4 below, and the dissociation constant was derived (Greenfield 2004) (Table 11).

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112018018232425-pat00002
Figure 112018018232425-pat00002

K2D3에 의한 T1R2-T1R3 및 브라제인 다중 변이체의 2차 구조 조성 예측.Prediction of Secondary Structural Composition of T1R2-T1R3 and Brazein Multiple Variants by K2D3. Protein
sample
Protein
sample
Wavelength
Range (nm)
Wavelength
Range (nm)
α-helixα-helix β-sheetβ-sheet
T1R2 subunitT1R2 subunit 240-190240-190 69.43 %69.43% 11.26 %11.26% T1R3 subunitT1R3 subunit 65.87 %65.87% 12.13 %12.13% des-pGlu-brazzein des -pGlu-brazzein 10.27 %10.27% 28.93 %28.93% H30R/E35D/E40AH30R / E35D / E40A 10.11 %10.11% 31.89 %31.89% A1 ins/H30R/E35D/E40AA1 ins / H30R / E35D / E40A 8.46 %8.46% 32.1 %32.1%

T1R2-T1R3 이종이합체에 대한 브라제인 다중 변이체의 추정된 해리 상수Estimated Dissociation Constants of Brazein Multiple Variants for T1R2-T1R3 Heterodimer Brazzein
variant
Brazzein
variant
Dissociation constant by
docking simulation (μM)
Dissociation constant by
docking simulation (μM)
Dissociation constant
by CD (μM)
Dissociation constant
by CD (μM)
des-pGlu-brazzein des -pGlu-brazzein 4.00E-044.00E-04 3.81E-023.81E-02 H30R/E35D/E40AH30R / E35D / E40A 6.64E-066.64E-06 6.44E-036.44E-03 A1 ins/H30R/E35D/E40AA1 ins / H30R / E35D / E40A 1.15E-061.15E-06 2.69E-032.69E-03

3.3.2 온도에 의한 3.3.2 by temperature 브라제인의Brazilian 구조 변화 분석 Structural change analysis

브라제인의 열 안정성은 단맛활성 측정을 통한 활성 변화 및 원편광 이색성을 이용한 분광학적 측정을 통한 이차구조 변화를 확인함으로써 분석하였다. 각 온도에서 30분 간격으로 단맛활성을 측정한 결과 브라제인 야생형을 포함한 모든 변이체들은 평균적으로 80 ℃에서 5.5 시간, 83 ℃에서 5 시간, 86 ℃에서 4.7 시간, 89 ℃에서 3.6 시간, 92 ℃에서 2.7 시간, 95 ℃에서 2.4 시간 동안 단맛 활성이 유지됨을 확인하였다(도 17). 또한 원편광 이색성 분광법을 통해 브라제인의 2차구조 변화를 관찰함으로써 열안정성을 측정하였다(표 12, 도 18). 그 결과 모든 변이체들은 평균적으로 80 ℃에서 5.5시간 95 ℃에서는 2.4시간 열을 가하여도 단맛 활성을 유지하는 것을 확인하였다. The thermal stability of brazein was analyzed by confirming the activity change through the measurement of sweetness activity and the secondary structure change through spectroscopic measurement using circular polarization dichroism. Determination of sweetness activity at 30-minute intervals at each temperature showed that all variants, including the wild-type brazein, averaged 5.5 hours at 80 ° C, 5 hours at 83 ° C, 4.7 hours at 86 ° C, 3.6 hours at 89 ° C, and 92 ° C. It was confirmed that sweet activity was maintained for 2.7 hours at 95 ° C. for 2.4 hours (FIG. 17). In addition, thermal stability was measured by observing the secondary structure change of brazein through circular dichroism spectroscopy (Table 12, Figure 18). As a result, all the variants were found to maintain the sweetness activity on average, even if heat was applied at 80 ℃ for 5.5 hours at 95 ℃ 2.4 hours.

다중변이체 H30R/E35D/E40A는 야생형 브라제인 보다 구조적 안정성이 다소 낮지만 어느 정도 유사한 비율의 2차구조를 유지하고 있었다. 즉, 다중변이체 H30R/E35D/E40A는 브라제인 야생형만큼 구조적으로 높은 안정성을 가지고 있다는 것을 확인할 수 있었다. 특히 이 다중변이체에서 변이의 대상이 된 아미노산 잔기 중에서도 36번 글루탐산 잔기는 브라제인의 33-38번 잔기를 포함한 β-strand 에 위치하고 있는데, 이를 아스파르트산으로 변이시켜 음전하를 강화시킨 것이 β-strand의 구조적 안정성에 큰 영향을 미치지 않으면서도 단맛활성을 증진시키는 구조(단맛수용체에 더 강하게 결합하는 구조)를 취하고 있다는 것으로 해석할 수 있다. H30R/E35D/E40A 변이체를 기반으로 변이시킨 N-말단 변이체을 비교해 보았을 때, H30R/E35D/E40A에 비하여 β-sheet의 잔여 함량은 상대적으로 높고 α-helix의 잔여 함량은 상대적으로 큰 감소를 보이는 것으로 나타났다.The multivariate H30R / E35D / E40A had somewhat lower structural stability than wild-type brazein but retained a somewhat similar ratio of secondary structure. That is, it was confirmed that the multivariate H30R / E35D / E40A had structurally high stability as the wild type brazein. In particular, among the amino acid residues that are subject to mutation in this multivariate, glutamic acid residue No. 36 is located in β-strand including residues 33-38 of brazein, and it is transformed into aspartic acid to enhance negative charge. It can be interpreted that it has a structure that enhances sweet taste activity (structure that binds more strongly to sweet receptors) without significantly affecting structural stability. Comparing the N-terminal variants mutated based on the H30R / E35D / E40A variant, the residual content of β-sheet is relatively high and the residual content of α-helix is relatively large compared to H30R / E35D / E40A. appear.

K2D3에 의한 열 변성 브라제인 다중 변이체의 2차 구조 조성 예측Secondary Structural Composition Prediction of Thermodenatured Brazein Multiple Variants by K2D3 BrazzeinBrazzein mutantmutant TemperatureTemperature (( ˚C° C )) α-α- helixhelix β-β- sheetsheet des-pGlu-brazzein des -pGlu-brazzein controlcontrol 10.2710.27 34.4134.41 8080 8.958.95 32.8732.87 8383 7.487.48 32.3532.35 8686 7.457.45 31.9331.93 8989 6.476.47 28.9328.93 9292 5.165.16 22.4722.47 9595 3.013.01 22.3422.34 H30R/E35D/E40AH30R / E35D / E40A controlcontrol 8.118.11 31.8931.89 8080 6.936.93 30.8430.84 8383 6.846.84 31.4631.46 8686 6.446.44 19.6919.69 8989 6.226.22 18.8518.85 9292 3.863.86 18.6318.63 9595 2.112.11 18.4318.43 A1 ins/ H30R/E35D/E40AA1 ins / H30R / E35D / E40A controlcontrol 8.468.46 32.132.1 8080 5.915.91 30.3930.39 8383 5.425.42 30.1730.17 8686 4.944.94 30.0730.07 8989 3.213.21 29.0529.05 9292 3.143.14 28.8428.84 9595 2.982.98 21.7521.75

Ⅴ. 고 찰Ⅴ. Review

1. One. 브라제인Brazein 다중변이체의Multivariate 단맛 활성 및 안정성 연구 Sweet activity and stability studies

브라제인의 X-선 결정 구조 해석 연구에 의하면 브라제인의 N-말단과 C-말단으로 구성된 부분은 브라제인 구조의 중심 요소 중 하나이며, 해당 부분에서 브라제인의 N-, C-말단과 중심 부분이 많은 상호작용을 하고 있으며 이 상호작용들은 브라제인의 활성 및 안정성에 큰 기여를 할 것이라고 시사되고 있다(Nagata et al., 2013).     According to the study of X-ray crystal structure of brazein, the part composed of brazein's N-terminus and C-terminus is one of the central elements of the brazein structure, and the brazein's N- and C-terminus and the center There are many interactions, suggesting that these interactions will contribute significantly to the activity and stability of brazein (Nagata et al., 2013).

본 발명에서의 단맛 활성 실험 결과, A1 ins/H30R/E35D/E40A 변이체의 경우 H30R/E35D/E40A 변이체에 비해 약 198배 단맛이 증가하였다. 이는 브라제인의 N-말단과 C-말단에 속하는 아미노산 잔기들이 브라제인의 단맛 활성에 중요한 역할을 하고 있음을 시사한다.As a result of the sweetness activity test in the present invention, the A1 ins / H30R / E35D / E40A variant increased about 198 times sweeter than the H30R / E35D / E40A variant. This suggests that amino acid residues belonging to the N-terminus and C-terminus of brazein play an important role in the sweetness activity of brazein.

단맛 역치 측정을 통해 얻어낸 변이체 브라제인들의 역치 결과는 원편광 이색성 측정 및 컴퓨터 도킹 시뮬레이션을 통해 도출해낸 브라제인과 단맛수용체간의 해리상수 값과 동일한 경향성을 나타낸다. 즉 역치값이 낮아 단맛 활성이 강한 브라제인 변이체 일수록 단맛수용체와의 해리상수가 낮음을 확인할 수 있었다. 따라서 브라제인의 단맛 활성은 단맛수용체와 얼마나 강하게 상호작용 하느냐에 따라 그 세기가 결정되었다.The threshold results of variant brazeins obtained by measuring the sweetness threshold show the same tendency as the dissociation constant values between brazein and sweet receptors derived from circular dichroism measurement and computer docking simulation. In other words, the lower the threshold value, the stronger the sweetened activity of the brazein variant, the lower the dissociation constant with the sweet receptor was. Therefore, the intensity of the sweetness activity of brazein was determined by how strongly it interacts with the sweet receptor.

2. 2. 브라제인Brazein 다중변이체와Multivariate and T1R2T1R2 -- T1R3의Of T1R3 상호작용 연구 Interaction research

단맛 신호 전달을 개시하는 단맛물질과 단맛 수용체의 상호작용에 관해서는 현재까지 3가지 이론이 시사되고 있다. 첫 번째는 AH-B 이론으로, 모든 단맛이 나는 물질의 맛 단위체는 수소결합 공여체와 수소결합 수용체를 포함한 이작용기 그룹(bifunctional group)이라는 가정을 기반으로 하였다(Khan, 1979). 이 이론에서, 단맛은 A-H와 B, 그리고 혀에 위치한 단맛수용체의 비슷한 그룹과의 분자 간 수소 결합으로 시작된다고 가정하였다(Khan, 1979). 두 번째 이론은 Wedge model이다. 단맛 수용체 구조 예측의 기반이 되는 대사성 글루탐산 수용체(metabotropic glutamate receptor, mGluR)는 결정 구조 연구에서 VFTM은 lobe1과 lobe2로 구성되어 있음이 밝혀졌으며, 이 두 lobe의 위상차로 인하여 단량체를 open, close form으로 구분할 수 있었다(Kunishima et al., 2000). 이 특성을 단맛수용체에 적용해 보았을 때 리간드가 붙지 않은 단맛수용체는 ‘두 가지 열린 기본단위체 (open protomer)로 이루어진 불활성 구조인 free form I(resting open-open form, Roo)’, ‘활성 복합체에 이상적으로 가까운 free form II(active open-closed form, Aoc)’의 두 리간드가 붙지 않은 형태의 혼합물이 평형을 이루는 상태로 존재한다고 가정하였다(Temussi, 2009). 활성 형태의 안정화는 글루탐산과 같은 집단의 작은 몰 질량의 감미료의 복합체 형성 또는 감미단백질이 free form II의 표면의 이차 결합부위에 붙었을 때 이루어질 수 있는데, 실제로 이러한 형태의 결합 가능성은 브라제인, 모넬린, 타우마틴과 모델 수용체의 docking calculations를 통해 확인되었다(Temussi, 2002). 이 세 가지 감미단백질은 구조 내에 쐐기(wedge) 형태의 표면을 가진 단맛 수용체의 큰 여백에 결합하는 것으로 여겨진다. 마지막으로 Sweet finger model은 감미단백질의 단맛의 원인은 단백질의 특정 돌출부위가 단맛수용체와 구조적으로 상호작용하기 때문이라는 가정을 기반으로 하였다(Tancredi et al ., 2004). 감미단백질의 어떤 돌출된 부위가 단맛수용체의 안쪽으로 들어간 부분과 구조적으로 알맞게 들어가면서 단맛의 자극이 일어나는 것이다. 최근에는 이러한 세 이론 중에서도 wedge model과 sweet finger model이 유력한 후보로 시사되고 있다.Three theories have been suggested to date on the interaction between sweet substances and sweet receptors that initiate sweet signal transduction. The first is the AH-B theory, which is based on the assumption that the taste units of all sweet substances are bifunctional groups containing hydrogen bond donors and hydrogen bond acceptors (Khan, 1979). In this theory, it is assumed that sweetness begins with intermolecular hydrogen bonding with AH and B and similar groups of sweet receptors located on the tongue (Khan, 1979). The second theory is the Wedge model. The metabotropic glutamate receptor (mGluR), which is the basis of sweet receptor structure prediction, showed that VFTM is composed of lobe1 and lobe2 in the crystal structure studies. Could be distinguished (Kunishima et al., 2000). When this property is applied to the sweet receptor, the sweet receptor without ligand is labeled as 'free form I (resting open-open form, Roo)', 'active active complex consisting of two open protomers'. Ideally, it was assumed that a mixture of two ligand-free forms of the near free form II (active open-closed form, Aoc) 'was in equilibrium (Temussi, 2009). Stabilization of the active form can occur when complex moieties of small molar mass sweeteners, such as glutamic acid, or when the sweet protein is attached to secondary binding sites on the surface of free form II. This was confirmed by docking calculations of elin, taumartin and model receptors (Temussi, 2002). These three sweet proteins are believed to bind a large margin of sweet receptors with wedge-shaped surfaces in their structure. Finally, the Sweet finger model is based on the assumption that the sweetness of sweet proteins is due to the fact that certain protein lobes interact structurally with sweet receptors (Tancredi et al. al ., 2004). A sweet stimulus occurs as any overhanging part of the sweet protein enters the structurally appropriate portion of the sweet receptor. Recently, among these three theories, wedge model and sweet finger model have been suggested as potential candidates.

본 발명에서는 단맛 신호 전달의 개시과정을 규명하기 위해 단맛수용체 T1R2-T1R3와 기질인 브라제인 다중변이체의 상호작용을 분석하는 실험을 진행하였다. 상호작용 연구는 컴퓨터 소프트웨어를 기반으로 한 구조 모델링 및 도킹 시뮬레이션, 그리고 원편광 이색성 분광법을 통한 실제 단백질-단백질 상호작용 측정을 실행하였다.In the present invention, in order to identify the initiation process of sweet signal transduction, an experiment was conducted to analyze the interaction between the sweet receptor T1R2-T1R3 and the substrate, the zebrain multivariate. Interaction studies carried out computer-based structural modeling and docking simulations, as well as measurement of actual protein-protein interactions using circular polarization dichroism spectroscopy.

단맛수용체의 구조는 지금까지 정확히 알려진 바가 없기 때문에 상동성 기반 구조 모델링을 통해 서열이 유사하다고 알려진 대사성 글루탐산 수용체(metabotropic glutamate receptor, mGluR)의 구조를 참고하여 T1R2, T1R3의 구조 모델을 구축하였다. mGluR의 결정구조 연구에 따르면, mRluR은 이합체를 이룰 때 세포막 외부에서 VFTM과 CRD가 나란히 배치되고 두 단량체의 TMD가 세포막으로 이어지는 배향을 이룬다고 보고되고 있다(Kunishima et al ., 2000). 컴퓨터 도킹 시뮬레이션을 통해 얻은 T1R2-T1R3의 이종이합체는 이러한 선행연구를 기반으로 나란히 연결된 배향으로 구성된 모델을 우선 선발한 뒤, 각 모델에서 도출한 해리상수를 비교하여 가장 낮은 값을 가진 결합모델을 선정하였다. 그 후, T1R2-T1R3 이종이합체와 브라제인 변이체들의 도킹 시뮬레이션을 진행하였다. 그 결과 브라제인 변이체들은 T1R2-T1R3의 VFTM과 다중 상호작용함을 확인하였다. 또한, 도킹 시뮬레이션의 결과로 얻어진 해리상수 값은 원편광 이색성 분광 측정을 통해 계산한 해리상수 값과 매우 큰 차이를 보였지만, 브라제인 다중 변이체 별로 유사한 경향성이 나타남을 확인하였다. 각 실험방법으로 도출한 해리상수 값을 SIAM yes-no task 단맛 측정법을 통해 구한 브라제인 변이체들의 절대 역치 값과 비교해 보았을 때, 상대적으로 강한 단맛활성을 가진 변이체가 단맛수용체와의 해리상수가 낮음을 확인할 수 있었다. 따라서 본 결과는 브라제인의 절대 역치 값이 낮을수록, 즉 브라제인 변이체의 단맛 활성이 강할수록 단맛 수용체와 강하게 상호작용함을 입증한다. 또한 본 연구결과는 분광학적 측정으로도 감미단백질의 단맛 정도를 측정할 수 있다는 것을 시사한다.The structure of T1R2 and T1R3 was constructed by referring to the structure of metabotropic glutamate receptor (mGluR), which is known to have similar sequence, through homology-based structural modeling. According to the crystal structure studies of mGluR, mRluR has been reported to have a side-by-side arrangement of VFTM and CRD outside of the cell membrane, and TMD of both monomers to the cell membrane when forming dimers (Kunishima et al. al ., 2000). The heterodimer of T1R2-T1R3 obtained through computer docking simulation first selects a model consisting of side-by-side connected orientation based on these previous studies, and then selects the binding model with the lowest value by comparing the dissociation constants derived from each model. It was. Thereafter, docking simulations of T1R2-T1R3 heterodimers and brazein variants were performed. As a result, it was confirmed that the brazine variants have multiple interactions with the VFTM of T1R2-T1R3. In addition, the dissociation constant values obtained as a result of the docking simulation showed a very large difference from the dissociation constant values calculated through circular dichroism spectroscopy, but it was confirmed that similar tendency was observed for each of the multiple variants of Brazein. When the dissociation constants derived from each experimental method are compared with the absolute threshold values of the brazein variants determined by the SIAM yes-no task sweetness measurement method, the variants with relatively strong sweetness activity have low dissociation constants with the sweet receptors. I could confirm it. The results thus demonstrate that the lower the absolute threshold value of brazein, i.e., the stronger the sweetening activity of the brazein variant, the stronger the interaction with the sweet receptor. The results also suggest that the sweetness of sweet proteins can be measured by spectroscopic measurements.

브라제인과 수용체 간의 상호작용에 대한 선행연구에서는 Wedge model을 기반으로 브라제인과 수용체의 변이체를 각각 작성하여 브라제인과 수용체의 다중 상호작용에 기여하는 핵심 아미노산을 유추하였다(Assadi-Porter et al ., 2010). 반면에, 본 연구에서의 브라제인 다중변이체는 주로 sweet finger model에 기반한 flexible loop의 잔기를 위주로 변이시켰다. 예를 들어, 30번 히스티딘 잔기의 경우, 29에서 32번 잔기로 이어지는 flexible loopⅡ에 속해있다. 이러한 flexible loop의 잔기를 변이시킨 다중변이체를 통해 얻은 본 연구의 결과는 단맛 물질과 단맛 수용체의 상호작용 모델 중 하나인 sweet finger model을 뒷받침하는 좋은 자료가 될 것이다.In previous studies on the interaction between brazein and receptors, the variants of brazein and receptor were prepared based on the Wedge model to derive key amino acids that contribute to the multiple interactions of brazein and the receptor (Assadi-Porter et. al ., 2010). On the other hand, the brazein multivariates in this study mainly shifted the residues of the flexible loop based on the sweet finger model. For example, histidine residue 30 belongs to flexible loop II, leading from residues 29 to 32. The results of this study, which are obtained from multiple variants of the residues of the flexible loop, are good data to support the sweet finger model, which is one of the interaction models of sweet substances and sweet receptors.

단맛 수용체 - 브라제인 상호 작용 연구의 총 비교Total Comparison of Sweetness Receptor-Brazin Interaction Studies Brazzein mutantsBrazzein mutants Sweetness in comparison to sucroseSweetness in comparison to sucrose Circular dichroismCircular dichroism Computer docking simulationComputer docking simulation (g/g)(g / g) (molecular)(molecular) Dissociation constant (M)Dissociation constant (M) Gibbs binding energy
(kcal/mol)
Gibbs binding energy
(kcal / mol)
Dissociation constant
(μM)
Dissociation constant
(μM)
des-pE1M-brazzeindes-pE1M-brazzein 693.38693.38 1.29E+041.29E + 04 3.81E-023.81E-02 -12.88-12.88 4.00E-044.00E-04 H30R/E35D/E40AH30R / E35D / E40A 2638.842638.84 4.85.E+044.85.E + 04 6.44E-036.44E-03 -15.32-15.32 6.64E-066.64E-06 A1ins/ H30R/E35D/E40AA1ins / H30R / E35D / E40A 3217.033217.03 6.00E+046.00E + 04 2.69E-032.69E-03 -16.01-16.01 1.15E-061.15E-06

Ⅵ. 결론Ⅵ. conclusion

본 발명에서는 감미단백질 브라제인 다중변이체의 단맛 활성 및 구조적 안정성에 미치는 아미노산 잔기의 영향과 단맛수용체와의 단백질-단백질 상호작용을 분석하였다. 우선, SIAM yes-no task 법을 통한 단맛 역치 실험을 진행하여 브라제인 다중변이체의 단맛 활성을 비교해 보았다. 그 결과 N-말단과 C-말단의 아미노산 잔기들이 다른 위치의 아미노산 잔기들에 비해 브라제인의 단맛 활성에 더 큰 영향을 미침을 확인하였다.In the present invention, the effect of amino acid residues on the sweet taste activity and structural stability of the sweet protein brazein multivariate and protein-protein interaction with the sweet receptor was analyzed. First, the sweetness threshold experiments were conducted using the SIAM yes-no task method to compare the sweetness activity of the Brazein multivariate. As a result, it was confirmed that the amino acid residues of the N-terminal and C-terminal have a greater influence on the sweetness activity of brazein than the amino acid residues of other positions.

단맛수용체와 브라제인의 상호작용을 예측하기 위해 컴퓨터 모델링을 통한 브라제인 다중변이체들과 단맛수용체의 도킹 시뮬레이션을 진행하여 각 변이체와 단맛수용체의 결합양상을 분석하고 해리상수를 예측하였다. 또한, 효모발현계를 이용하여 브라제인 다중변이체들과 단맛수용체를 각각 발현, 정제한 뒤 복합체를 형성하여 원편광 이색성 분광법을 통해 측정하였다. 그리고 이를 통해 도출해낸 타원율을 이용하여 해리상수를 계산하였다. 그 결과, 컴퓨터 모델링을 통해 예측한 브라제인 다중변이체들과 단맛수용체 간의 해리상수는 원편광 이색성 분광 측정으로 계산한 해리상수와 다른 값을 나타내었다. 그러나 각 방법으로 도출해낸 해리상수들은 다중변이체의 유형에 따라 비슷한 경향성을 보였으며, 결과적으로 브라제인 다중변이체가 평균적으로 브라제인 야생형 부타입에 비해 훨씬 낮은 해리상수를 가지고 있음을 확인하였다. 이는 단맛수용체와 더 강한 상호작용을 하기 때문에 더 강한 단맛 신호전달이 진행되어 결과적으로 강한 단맛 활성으로 이어진다는 점을 시사한다.In order to predict the interaction between sweet receptors and brazein, we conducted docking simulations of the multiple variants and sweet receptors through computer modeling to analyze the binding patterns of the variants and the sweet receptors and predict the dissociation constants. In addition, after expressing and purifying brazein multivariants and sweet acceptors using a yeast expression system, complexes were formed and measured by circular dichroism spectroscopy. And the dissociation constant was calculated using the elliptic ratio derived through this. As a result, the dissociation constants between Brazein multivariants and sweet receptors predicted by computer modeling were different from those calculated by circular dichroism spectroscopy. However, the dissociation constants derived by each method showed similar tendency according to the type of multivariate, and as a result, it was confirmed that the brazein multivariate had an average lower dissociation constant than the brazein wild type subtype. This suggests that stronger sweet signal signaling leads to stronger interaction with sweet receptors, resulting in stronger sweet activity.

한편, 브라제인 다중변이체는 브라제인 야생형 못지않게 고온의 조건에서도 장기간 단맛활성을 유지하였다. 이를 통해 다중변이로 인해 생긴 구조적 변화는 브라제인의 안정성을 유지하는 골격 구조에 크게 영향을 미치지 않음을 확인하였다. On the other hand, brazein multivariate maintained the sweet taste for a long time under high temperature conditions as well as brazein wild type. Through this, it was confirmed that the structural change caused by multiple mutations did not significantly affect the framework structure maintaining the stability of brazein.

참고문헌references

Andrade, M., Chacon, P., Merelo, J., & Moran, F. (1993). Evaluation of secondary structure of proteins from UV circular dichroism spectra using an unsupervised learning neural network. Protein Engineering , 6(4), 383-390. Andrade, M., Chacon, P., Merelo, J., & Moran, F. (1993). Evaluation of secondary structure of proteins from UV circular dichroism spectra using an unsupervised learning neural network. Protein Engineering , 6 (4), 383-390.

Assadi-Porter, F. M., Maillet, E. L., Radek, J. T., Quijada,J., Markley, J. L., & Max, M. (2010). Key amino acid residues involved in multi-point binding interactions between brazzein, a sweet protein, and the T1R2-T1R3 human sweet receptor. Journal of molecular biology , 398(4), 584-599. Assadi-Porter, FM, Maillet, EL, Radek, JT, Quijada, J., Markley, JL, & Max, M. (2010). Key amino acid residues involved in multi-point binding interactions between brazzein, a sweet protein, and the T1R2-T1R3 human sweet receptor. Journal of molecular biology , 398 (4), 584-599.

Biasini, M., Bienert, S., Waterhouse, A., Arnold, K., Studer, G., Schmidt, T., Kiefer, F., Gallo Cassarino, T., Bertoni, M., Bordoli, L., & Schwede, T. (2014). SWISS-MODEL: modelling protein tertiary and quaternary structure using evolutionary information. Nucleic acids research , 42(Web Server issue), W252-W258.Biasini, M., Bienert, S., Waterhouse, A., Arnold, K., Studer, G., Schmidt, T., Kiefer, F., Gallo Cassarino, T., Bertoni, M., Bordoli, L. , & Schwede, T. (2014). SWISS-MODEL: modeling protein tertiary and quaternary structure using evolutionary information. Nucleic acids research , 42 (Web Server issue), W252-W258.

Do, H.-D., Jo, H.-J., Jo, D.-H., & Kong, K.-H. (2011). Mutagenesis of critical amino acid residues in α-helix and β-sheet structures of brazzein. Bulletin of the Korean Chemical Society, 32(11), 4106-4108. Do, H.-D., Jo, H.-J., Jo, D.-H., & Kong, K.-H. (2011). Mutagenesis of critical amino acid residues in α-helix and β-sheet structures of brazzein. Bulletin of the Korean Chemical Society, 32 (11), 4106-4108.

Greenfield, N. J. (1996). Methods to estimate the conformation of proteins and polypeptides from circular dichroism data. Analytical Biochemistry , 235(1), 1-10. Greenfield, NJ (1996). Methods to estimate the conformation of proteins and polypeptides from circular dichroism data. Analytical Biochemistry , 235 (1), 1-10.

Greenfield, N. J. (2004). Analysis of circular dichroism data. Methods in enzymology, 383, 282-317. Greenfield, NJ (2004). Analysis of circular dichroism data. Methods in enzymology, 383 , 282-317.

Grembecka, M. (2015). Natural sweeteners in a human diet. Roczniki Paρstwowego Zak ³ adu Higieny , 66(3). Grembecka, M. (2015). Natural sweeteners in a human diet. Roczniki Paρstwowego Zak ³ adu Higieny , 66 (3).

Hautus, M., Stocks, M., & Shepherd, D. (2010). The single interval adjustment matrix (SIAM) YesNo task applied to the measurement of sucrose thresholds. Journal of Sensory Studies, 25(6), 940-955. Hautus, M., Stocks, M., & Shepherd, D. (2010). The single interval adjustment matrix (SIAM) YesNo task applied to the measurement of sucrose thresholds. Journal of Sensory Studies, 25 (6), 940-955.

Jin, Z., Danilova, V., Assadi-Porter, F. M., Aceti, D. J., Markley, J. L., & Hellekant, G. (2003). Critical regions for the sweetness of brazzein. FEBS letters, 544(1-3), 33-37. Jin, Z., Danilova, V., Assadi-Porter, FM, Aceti, DJ, Markley, JL, & Hellekant, G. (2003). Critical regions for the sweetness of brazzein. FEBS letters, 544 (1-3), 33-37.

Jo, H. J., Noh, J. S., & Kong, K. H. (2013). Efficient secretory expression of the sweet-tasting protein brazzein in the yeast Kluyveromyces lactis. Protein Expression and Purification , 90(2), 84-89. doi:10.1016/j.pep.2013.05.001Jo, HJ, Noh, JS, & Kong, KH (2013). Efficient secretory expression of the sweet-tasting protein brazzein in the yeast Kluyveromyces lactis . Protein Expression and Purification , 90 (2), 84-89. doi: 10.1016 / j.pep.2013.05.001

KHAN, R. (1979). Molecular Basis of Sweetness. Journal of the Chemical Society of Pakistan, 1(1), 33. KHAN, R. (1979). Molecular Basis of Sweetness. Journal of the Chemical Society of Pakistan, 1 (1), 33.

Kohmura, M., Ota, M., Izawa, H., Hellekant, M., Goran, D., & Ariyoshi, Y. (1996). Assignment of the disulfide bonds in the sweet protein brazzein. Biopolymers , 38(4), 553-556. Kohmura, M., Ota, M., Izawa, H., Hellekant, M., Goran, D., & Ariyoshi, Y. (1996). Assignment of the disulfide bonds in the sweet protein brazzein. Biopolymers , 38 (4), 553-556.

Kunishima, N., Shimada, Y., Tsuji, Y., Sato, T., Yamamoto, M., Kumasaka,T., Morikawa, K. (2000). Structural basis of glutamate recognition by a dimeric metabotropic glutamate receptor. Nature , 407(6807), 971-977. Kunishima, N., Shimada, Y., Tsuji, Y., Sato, T., Yamamoto, M., Kumasaka, T., Morikawa, K. (2000). Structural basis of glutamate recognition by a dimeric metabotropic glutamate receptor. Nature , 407 (6807), 971-977.

Lee, J. W., Cha, J. E., Jo, H. J., & Kong, K. H. (2013). Multiple mutations of the critical amino acid residues for the sweetness of the sweet-tasting protein, brazzein. Food chemistry , 138(2-3), 1370-1373.Lee, JW, Cha, JE, Jo, HJ, & Kong, KH (2013). Multiple mutations of the critical amino acid residues for the sweetness of the sweet-tasting protein, brazzein. Food chemistry , 138 (2-3), 1370-1373.

Lim, J. K., Jang, J. C., Kim, M. M., & Kong, K. H. (2016). Role of Lys5 Residue in β-Strand I of the Sweet-Tasting Protein Brazzein. Journal of Food Biochemistry, 40, 446-450.Lim, JK, Jang, JC, Kim, MM, & Kong, KH (2016). Role of Lys5 Residue in β-Strand I of the Sweet-Tasting Protein Brazzein. Journal of Food Biochemistry, 40, 446-450.

Lim, J. K., Jang, J. C., Kong, J. N., Kim, M. C., & Kong, K. H. (2016). Importance of Glu53 in the C-terminal region of brazzein, a sweet-tasting protein. Journal of the Science of Food and Agriculture. 96, 3202-3206.Lim, JK, Jang, JC, Kong, JN, Kim, MC, & Kong, KH (2016). Importance of Glu53 in the C-terminal region of brazzein, a sweet-tasting protein. Journal of the Science of Food and Agriculture . 96 , 3202-3206.

Martin, S. R., & Schilstra, M. J. (2008). Circular dichroism and its application to the study of biomolecules. Methods in cell biology , 84, 263-293. Martin, SR, & Schilstra, MJ (2008). Circular dichroism and its application to the study of biomolecules. Methods in cell biology , 84 , 263-293.

Miles, A., & Wallace, B. (2016). Circular dichroism spectroscopy of membrane proteins. Chemical Society Reviews, 45(18), 4859-4872. Miles, A., & Wallace, B. (2016). Circular dichroism spectroscopy of membrane proteins. Chemical Society Reviews, 45 (18), 4859-4872.

Scopes, R. (1974). Measurement of protein by spectrophotometry at 205 nm. Analytical Biochemistry , 59(1), 277-282. Scopes, R. (1974). Measurement of protein by spectrophotometry at 205 nm. Analytical Biochemistry , 59 (1), 277-282.

Tancredi, T., Pastore, A., Salvadori, S., Esposito, V., & Temussi, P. A. (2004). Interaction of sweet proteins with their receptor. European Journal of Biochemistry, 271(11), 2231-2240. Tancredi, T., Pastore, A., Salvadori, S., Esposito, V., & Temussi, PA (2004). Interaction of sweet proteins with their receptor. European Journal of Biochemistry, 271 (11), 2231-2240.

Temussi, P. A. (2002). Why are sweet proteins sweet? Interaction of brazzein, monellin and thaumatin with the T1R2-T1R3 receptor. FEBS letters , 526(1-3), 1-4. Temussi, PA (2002). Why are sweet proteins sweet? Interaction of brazzein, monellin and thaumatin with the T1R2-T1R3 receptor. FEBS letters , 526 (1-3), 1-4.

Temussi, P. A. (2009). Sweet, bitter and umami receptors: a complex relationship. Trends in biochemical sciences , 34(6), 296-302. Temussi, PA (2009). Sweet, bitter and umami receptors: a complex relationship. Trends in biochemical sciences , 34 (6), 296-302.

Vakser, I. A., & Nikiforovich, G. V. (1995). Protein docking in the absence of detailed molecular structures: Methods in protein structure analysis. Plenum Press, 505-514.Vakser, IA, & Nikiforovich, GV (1995). Protein docking in the absence of detailed molecular structures: Methods in protein structure analysis. Plenum Press , 505-514.

Walters, D. E., & Hellekant, G. (2006). Interactions of the sweet protein brazzein with the sweet taste receptor. Journal of agricultural and food chemistry, 54(26), 10129-10133. Walters, DE, & Hellekant, G. (2006). Interactions of the sweet protein brazzein with the sweet taste receptor. Journal of agricultural and food chemistry, 54 (26), 10129-10133.

Yoon, S. Y., Kong, J. N., Jo, D. H., & Kong, K. H. (2011). Residue mutations in the sweetness loops for the sweet-tasting protein brazzein. Food Chemistry, 129(4), 1327-1330.Yoon, SY, Kong, JN, Jo, DH, & Kong, KH (2011). Residue mutations in the sweetness loops for the sweet-tasting protein brazzein. Food Chemistry, 129 (4), 1327-1330.

Yun, C.R., Kong, J.N., Chung, J.H., Kim, M.C., & Kong, K.H. (2016). Improved Secretory Production of the Sweet-Tasting Protein, Brazzein, in Kluyveromyces lactis. Journal of agricultural and food chemistry , 64(32), 6312-6316. Yun, CR, Kong, JN, Chung, JH, Kim, MC, & Kong, KH (2016). Improved Secretory Production of the Sweet-Tasting Protein, Brazzein, in Kluyveromyces lactis. Journal of agricultural and food chemistry , 64 (32), 6312-6316.

<110> Chung-Ang University Industry-Academy Cooperation Foundation <120> Method for preparing novel multi-mutated Brazzein having higher sweetness <130> P17U21C0353 <150> KR 10-2017-0025516 <151> 2017-02-27 <160> 7 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 53 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> brazzein minor type <400> 1 Asp Lys Cys Lys Lys Val Tyr Glu Asn Tyr Pro Val Ser Lys Cys Gln 1 5 10 15 Leu Ala Asn Gln Cys Asn Tyr Asp Cys Lys Leu Asp Lys His Ala Arg 20 25 30 Ser Gly Glu Cys Phe Tyr Asp Glu Lys Arg Asn Leu Gln Cys Ile Cys 35 40 45 Asp Tyr Cys Glu Tyr 50 <210> 2 <211> 159 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> brazzein minor type gene <400> 2 gacaaatgca aaaaagttta cgaaaattac ccagtttcta agtgccaact ggccaatcaa 60 tgcaattacg attgcaagct tgataagcat gctcgatctg gagaatgctt ttacgatgaa 120 aagagaaatc ttcaatgcat ttgcgattac tgcgaatac 159 <210> 3 <211> 53 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> brazzein multiple mutated variant H30R_E35D_E40A <400> 3 Asp Lys Cys Lys Lys Val Tyr Glu Asn Tyr Pro Val Ser Lys Cys Gln 1 5 10 15 Leu Ala Asn Gln Cys Asn Tyr Asp Cys Lys Leu Asp Lys Arg Ala Arg 20 25 30 Ser Gly Asp Cys Phe Tyr Asp Ala Lys Arg Asn Leu Gln Cys Ile Cys 35 40 45 Asp Tyr Cys Glu Tyr 50 <210> 4 <211> 159 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> brazzein multiple mutated variant H30R_E35D_E40A gene <400> 4 gacaagtgta agaaggtcta cgaaaactac ccagtctcta agtgtcaatt ggctaaccaa 60 tgtaactacg actgtaagtt ggacaagaga gctagatctg gtgactgttt ctacgacgcc 120 aagagaaact tgcaatgtat ctgtgactac tgtgaatac 159 <210> 5 <211> 54 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> brazzein multiple mutated variant A1 ins_H30R_E35D_E40A <400> 5 Ala Asp Lys Cys Lys Lys Val Tyr Glu Asn Tyr Pro Val Ser Lys Cys 1 5 10 15 Gln Leu Ala Asn Gln Cys Asn Tyr Asp Cys Lys Leu Asp Lys Arg Ala 20 25 30 Arg Ser Gly Asp Cys Phe Tyr Asp Ala Lys Arg Asn Leu Gln Cys Ile 35 40 45 Cys Asp Tyr Cys Glu Tyr 50 <210> 6 <211> 162 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> brazzein multiple mutated variant A1 ins_H30R_E35D_E40A gene <400> 6 gccgacaagt gtaagaaggt ctacgaaaac tacccagtct ctaagtgtca attggctaac 60 caatgtaact acgactgtaa gttggacaag agagctagat ctggtgactg tttctacgac 120 gccaagagaa acttgcaatg tatctgtgac tactgtgaat ac 162 <210> 7 <211> 321 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> a-Mating signal sequence <400> 7 atgaaattct ctactatatt agccgcatct actgctttaa tttccgttgt tatggctgct 60 ccagtttcta ccgaaactga catcgacgat cttccaatat cggttccaga agaagccttg 120 attggattca ttgacttaac cggggatgaa gtttccttgt tgcctgttaa taacggaacc 180 cacactggta ttctattctt aaacaccacc atcgctgaag ctgctttcgc tgacaaggat 240 gatctcgaga aaagagaggc tgaagctaga agagctagat ctcctagggg taccgtcgac 300 ggcgcgcctg cggccgctta a 321 <110> Chung-Ang University Industry-Academy Cooperation Foundation <120> Method for preparing novel multi-mutated Brazzein having higher          sweetness <130> P17U21C0353 <150> KR 10-2017-0025516 <151> 2017-02-27 <160> 7 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 53 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> brazzein minor type <400> 1 Asp Lys Cys Lys Lys Val Tyr Glu Asn Tyr Pro Val Ser Lys Cys Gln   1 5 10 15 Leu Ala Asn Gln Cys Asn Tyr Asp Cys Lys Leu Asp Lys His Ala Arg              20 25 30 Ser Gly Glu Cys Phe Tyr Asp Glu Lys Arg Asn Leu Gln Cys Ile Cys          35 40 45 Asp Tyr Cys Glu Tyr      50 <210> 2 <211> 159 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> brazzein minor type gene <400> 2 gacaaatgca aaaaagttta cgaaaattac ccagtttcta agtgccaact ggccaatcaa 60 tgcaattacg attgcaagct tgataagcat gctcgatctg gagaatgctt ttacgatgaa 120 aagagaaatc ttcaatgcat ttgcgattac tgcgaatac 159 <210> 3 <211> 53 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> brazzein multiple mutated variant H30R_E35D_E40A <400> 3 Asp Lys Cys Lys Lys Val Tyr Glu Asn Tyr Pro Val Ser Lys Cys Gln   1 5 10 15 Leu Ala Asn Gln Cys Asn Tyr Asp Cys Lys Leu Asp Lys Arg Ala Arg              20 25 30 Ser Gly Asp Cys Phe Tyr Asp Ala Lys Arg Asn Leu Gln Cys Ile Cys          35 40 45 Asp Tyr Cys Glu Tyr      50 <210> 4 <211> 159 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> brazzein multiple mutated variant H30R_E35D_E40A gene <400> 4 gacaagtgta agaaggtcta cgaaaactac ccagtctcta agtgtcaatt ggctaaccaa 60 tgtaactacg actgtaagtt ggacaagaga gctagatctg gtgactgttt ctacgacgcc 120 aagagaaact tgcaatgtat ctgtgactac tgtgaatac 159 <210> 5 <211> 54 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> brazzein multiple mutated variant A1 ins_H30R_E35D_E40A <400> 5 Ala Asp Lys Cys Lys Lys Val Tyr Glu Asn Tyr Pro Val Ser Lys Cys   1 5 10 15 Gln Leu Ala Asn Gln Cys Asn Tyr Asp Cys Lys Leu Asp Lys Arg Ala              20 25 30 Arg Ser Gly Asp Cys Phe Tyr Asp Ala Lys Arg Asn Leu Gln Cys Ile          35 40 45 Cys Asp Tyr Cys Glu Tyr      50 <210> 6 <211> 162 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> brazzein multiple mutated variant A1 ins_H30R_E35D_E40A gene <400> 6 gccgacaagt gtaagaaggt ctacgaaaac tacccagtct ctaagtgtca attggctaac 60 caatgtaact acgactgtaa gttggacaag agagctagat ctggtgactg tttctacgac 120 gccaagagaa acttgcaatg tatctgtgac tactgtgaat ac 162 <210> 7 <211> 321 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> a-Mating signal sequence <400> 7 atgaaattct ctactatatt agccgcatct actgctttaa tttccgttgt tatggctgct 60 ccagtttcta ccgaaactga catcgacgat cttccaatat cggttccaga agaagccttg 120 attggattca ttgacttaac cggggatgaa gtttccttgt tgcctgttaa taacggaacc 180 cacactggta ttctattctt aaacaccacc atcgctgaag ctgctttcgc tgacaaggat 240 gatctcgaga aaagagaggc tgaagctaga agagctagat ctcctagggg taccgtcgac 300 ggcgcgcctg cggccgctta a 321

Claims (5)

서열번호 5의 아미노산 서열로 표시되는 브라제인 다중 변이체.
Brazein multiple variant represented by amino acid sequence of SEQ ID NO: 5.
청구항 1의 브라제인 다중 변이체를 코딩하는 핵산 분자.
A nucleic acid molecule encoding the brazein multiple variant of claim 1.
(i) 프로모터 및 (ⅱ) 상기 프로모터와 작동 가능하게 연결된 청구항 2의 핵산 분자를 포함하는 재조합 벡터.
A recombinant vector comprising the nucleic acid molecule of claim 2 operably linked with (i) a promoter and (ii) said promoter.
청구항 3의 재조합 벡터로 형질전환된 숙주 세포.
A host cell transformed with the recombinant vector of claim 3.
다음의 단계를 포함하는 브라제인 다중 변이체를 생산하는 방법:
(a) 청구항 4의 숙주세포를 배양하는 단계; 및
(b) 상기 배양된 숙주세포로부터 브라제인 다중 변이체 단백질을 분리하는 단계.
Method for producing brazein multiple variants comprising the following steps:
(a) culturing the host cell of claim 4; And
(b) separating the brazein multiple variant protein from the cultured host cell.
KR1020180020539A 2017-02-27 2018-02-21 Method for preparing novel multi-mutated Brazzein having higher sweetness KR102058483B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170025516 2017-02-27
KR20170025516 2017-02-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180099493A KR20180099493A (en) 2018-09-05
KR102058483B1 true KR102058483B1 (en) 2019-12-23

Family

ID=63594918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180020539A KR102058483B1 (en) 2017-02-27 2018-02-21 Method for preparing novel multi-mutated Brazzein having higher sweetness

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102058483B1 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI320036B (en) 2005-05-20 2010-02-01 Process for preparing a chlorohydrin starting from a polyhydroxylated aliphatic hydrocarbon
KR100811563B1 (en) 2006-06-07 2008-03-27 주식회사 솔고 바이오메디칼 The minimally invasive instrument of spinal fixation device
AR066076A1 (en) 2007-04-18 2009-07-22 Sandoz Ag PROCEDURE FOR DOSAGE SYSTEMS OF RELEASE OF SELF-EMULSIONING PHARMACOS

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Archives of Biochemistry and Biophysics, Vol. 376, No. 2, April 15, p. 259-265, 2000
Assadi-Porte F. et al, American Chemical Society Chapter 36:pp.560~572 (2008.)*
In Sweetness and Sweeteners; Weerasinghe, D., et al.; ACS Symposium Series; American Chemical Society: Washington, DC, 2008. (chapter 36)
THE JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY, Vol. 278, No. 33, Issue of August 15, p. 31331-31339, 2003

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180099493A (en) 2018-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Freisinger Spectroscopic characterization of a fruit-specific metallothionein: M. acuminata MT3
Suzuki et al. Recombinant curculin heterodimer exhibits taste‐modifying and sweet‐tasting activities
Shimizu-Ibuka et al. Crystal structure of neoculin: insights into its sweetness and taste-modifying activity
KR20090093470A (en) Method for preparing novel mutated and multi-mutated Brazzein having higher sweetness
Lee et al. Optimized production and quantification of the tryptophan-deficient sweet-tasting protein brazzein in Kluyveromyces lactis
KR102058483B1 (en) Method for preparing novel multi-mutated Brazzein having higher sweetness
Ito et al. Bulky high-mannose-type N-glycan blocks the taste-modifying activity of miraculin
Ghanavatian et al. Structural features and activity of Brazzein and its mutants upon substitution of a surfaced exposed alanine
WO1999045961A1 (en) Tertiary structure of peanut allergen ara h 1
Hou et al. Cloning and functional analysis of a novel x-type high-molecular-weight glutenin subunit with altered cysteine residues from Aegilops umbellulata
Li et al. Molecular cloning, heterologous expression, and phylogenetic analysis of a novel y-type HMW glutenin subunit gene from the G genome of Triticum timopheevi
Lim et al. Importance of Glu53 in the C‐terminal region of brazzein, a sweet‐tasting protein
Pereira et al. Sulfate-Binding Protein (Sbp) from Xanthomonas citri: structure and functional insights
Chen et al. Cloning, expression and characterization of novel avenin-like genes in wheat and related species
AU2013297358B2 (en) Novel brazzein multiple variant of increased sweetness, and production method for same
Qi et al. Identification of novel α-gliadin genes
KR101795569B1 (en) Method for predicting degree of sweet taste
Jafari et al. The effect of charge alteration and flexibility on the function and structural stability of sweet-tasting brazzein
Liu et al. Computational design towards a boiling-resistant single-chain sweet protein monellin
KR101795573B1 (en) Method for predicting degree of sweet taste
LU503639B1 (en) A small molecule peptide with tyrosinase inhibitory activity and its application
CN114921444B (en) Preparation method of V8 protease
CN114921449B (en) Preparation method of cathepsin K
Ma et al. Modification of a novel x-type high-molecular-weight glutenin subunit gene from Aegilops markgrafii to improve dough strength of wheat flour
KR101416894B1 (en) Novel Brazzein Variants Introduced a Disulfide Bond for Enhanced Stability

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant