KR102574193B1 - UTR sequence for controlling protein expression and protein localization, and mRNA sequence comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to mRNA containing the UTR of polymorphic β-catenin. When using an mRNA molecule, nucleic acid molecule, expression construct, and/or expression vector of the present invention, the expression efficiency of the target protein can be effectively improved, and the expression site of the target protein can be expanded to the cytoplasm to stably secrete the target protein to the extracellular region. In addition, it can be used as an mRNA vaccine in the future by controlling the expression level of imported mRNA.

Description

단백질 발현 및 위치 조절을 위한 UTR 서열 및 이를 포함하는 mRNA 서열 {UTR sequence for controlling protein expression and protein localization, and mRNA sequence comprising the same}A UTR sequence for controlling protein expression and localization and an mRNA sequence containing the UTR sequence {UTR sequence for controlling protein expression and protein localization, and mRNA sequence comprising the same}

본 발명은 단백질 발현 및 위치 조절을 위한 UTR 서열 및 이를 포함하는 mRNA 서열에 관한 것이다.The present invention relates to a UTR sequence for protein expression and position control and an mRNA sequence including the UTR sequence.

mRNA(messenger RNA)는 RNA 분자가 단백질을 생산하는데 있어서 '설계도'와 같은 역할을 한다. mRNA는 DNA 원형으로부터 전사되고, 합성될 단백질을 코딩하는 코딩 영역(coding region)을 필수적으로 포함하며, 비번역 영역(Untranslated Region) (UTR)을 포함할 수 있다. 비번역 영역이란, mRNA의 개시 코돈의 업스트림(upstream) 및 정지 코돈의 다운스트림(downstream)에 있는 부위로서, 단백질로 번역되지 않는 서열을 의미한다. 일반적인 진핵세포 mRNA는 5’과 3’에 UTR을 가진다. UTR은 mRNA의 분해 또는 번역을 조절하여 mRNA의 안정성 및 발현에 중요한 영향을 미치며, 궁극적으로 단백질의 양 조절에 중요한 역할을 한다. 특히, 3’UTR은 mRNA의 발현과 mRNA의 안정성 조절뿐만 아니라, mRNA의 세포내 국소화(세포내 위치조절, localization)에도 기여한다. 한 유전자로부터 선택적 스플라이싱(alternative splicing)에 의해 여러가지 형태의 3’UTR 이형체가 생성될 수 있으나, 이러한 그룹에 해당되는 유전자의 숫자는 매우 적다. 이렇게 한 유전자로부터 만들어진 multi-UTR 이형체 별로 발현의 효율 증진에 미치는 영향에 대한 연구는 보고된 바가 없다. mRNA (messenger RNA) serves as a 'blueprint' for RNA molecules to produce proteins. mRNA is transcribed from the original DNA and essentially includes a coding region encoding a protein to be synthesized, and may include an untranslated region (UTR). The untranslated region is a region located upstream of the start codon and downstream of the stop codon of mRNA and refers to a sequence that is not translated into protein. Common eukaryotic mRNAs have UTRs at the 5' and 3' ends. UTR controls the degradation or translation of mRNA, has an important effect on the stability and expression of mRNA, and ultimately plays an important role in regulating the amount of protein. In particular, the 3'UTR contributes not only to the regulation of mRNA expression and mRNA stability, but also to the intracellular localization of mRNA. Although various types of 3'UTR isoforms can be generated from one gene by alternative splicing, the number of genes corresponding to this group is very small. No study has been reported on the effect of each multi-UTR isoform produced from one gene on the improvement of expression efficiency.

한편, 많은 연구들을 통해 Wnt 신호 전달 경로 (signaling pathway)의 구성 (component)들과 신호전달 과정이 밝혀지게 되었다 (Bryan T. MacDonald, 2009). Wnt 신호전달에서 선도적인 역할을 하고 있는 Hubrecht Institute의 Dr. Hans Clevers 연구팀에서 Canonical Wnt pathway를 발표하면서, 핵심 조절자(key regulator)인 β-카테닌(β-catenin)이 더욱 집중 조명을 받게 되었다. β-카테닌은 세포 내에서 다양한 기능을 수행하는 다중-기능성 분자(multi-functional molecule)로서 인간 CTNNB1 유전자로부터 발현되는 단백질이다(Tomas Valenta and Basler, 2012). β-카테닌(β-catenin)은 길이가 다른 3개의 3’UTR을 가질 수 있다. 이러한 β-카테닌의 mRNA의 3’UTR의 이형체에 따른 단백질 발현 양상및 발현 위치의 변화에 관해서는 종래 연구된 바가 없다. On the other hand, many studies have revealed the components and signal transduction process of the Wnt signaling pathway (Bryan T. MacDonald, 2009). Dr. Hubrecht Institute, who plays a leading role in Wnt signaling, With the publication of the canonical Wnt pathway by Hans Clevers' research team, the key regulator, β-catenin, has received more attention. β-catenin is a multi-functional molecule that performs various functions in cells and is a protein expressed from the human CTNNB1 gene (Tomas Valenta and Basler, 2012). β-catenin can have three 3'UTRs with different lengths. There has been no previous study on the change in protein expression pattern and expression location according to the 3'UTR isoform of β-catenin mRNA.

본 발명자들은 이와 같이 종래 연구된 바 없는 β-카테닌 mRNA의 UTR 유형 별 단백질 발현 효율 및 단백질 발현 위치에 관한 연구를 수행하였다. 나아가, β-카테닌 mRNA의 3’UTR 이형체를 단편화하여 3’UTR 이형체 중에서도 발현 효율 및 발현 위치 조절에 중요한 영향을 미치는 요소를 확인하기 위한 연구를 수행하였다. 이를 통하여 본 발명자들은 이를 이용하는 경우 목적 단백질의 발현 효율을 증진시키고, 목적 단백질의 세포질 또는 세포막으로의 이동을 촉진하여, 목적 단백질이 세포 밖까지 안정적으로 분비될 수 있도록 하는 mRNA 플랫폼 시스템을 제안하고자 한다.As such, the present inventors conducted studies on protein expression efficiency and protein expression location for each UTR type of β-catenin mRNA, which have not been previously studied. Furthermore, the 3'UTR isoform of β-catenin mRNA was fragmented, and among the 3'UTR isoforms, a study was conducted to identify factors that have an important effect on expression efficiency and expression position control. Through this, the present inventors intend to propose an mRNA platform system that enhances the expression efficiency of the target protein and promotes the movement of the target protein to the cytoplasm or cell membrane, so that the target protein can be stably secreted to the outside of the cell. .

대한민국 등록특허 제10-1769231호 (2017.08.10. 등록)Republic of Korea Patent Registration No. 10-1769231 (2017.08.10. Registration)

본 발명자들은 mRNA의 번역(translation) 효율을 증진시켜 목적 단백질의 발현 효율을 증진시키고, 목적 단백질의 세포질 또는 세포막으로의 이동을 촉진하여, 목적 단백질이 세포 외까지 안정적으로 분비될 수 있도록 하는 mRNA 플랫폼 시스템을 개발하고자 예의 연구 노력하였다. 그 결과, β-카테닌 mRNA의 5’UTR 및 소정의 3’UTR 단편을 포함하는 mRNA 서열의 경우 번역 효율이 유의하게 증진되며, 단백질이 세포질 또는 세포막까지 발현되는 비율이 증진됨을 규명함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have developed an mRNA platform that enhances the expression efficiency of a target protein by increasing the translation efficiency of mRNA and promotes the movement of the target protein to the cytoplasm or cell membrane so that the target protein can be stably secreted to the outside of the cell. Efforts were made to develop the system. As a result, in the case of mRNA sequences containing the 5'UTR and predetermined 3'UTR fragments of β-catenin mRNA, the translation efficiency is significantly improved, and the ratio of protein expression to the cytoplasm or cell membrane is increased, thereby revealing the present invention has completed

따라서, 본 발명의 목적은 목적 단백질의 발현 효율이 증진되고, 목적 단백질의 세포질 또는 세포막으로의 이동이 촉진되는 mRNA 분자를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an mRNA molecule in which the expression efficiency of a target protein is enhanced and the movement of the target protein into the cytoplasm or cell membrane is promoted.

본 발명의 다른 목적은 상기 mRNA 분자를 암호화하는 핵산 분자를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a nucleic acid molecule encoding the mRNA molecule.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 핵산 분자를 포함하는 발현 컨스트럭트를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an expression construct comprising the nucleic acid molecule.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 발현 컨스트럭트를 포함하는 재조합 벡터를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a recombinant vector containing the expression construct.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 발현 벡터를 포함하는 분리된 숙주세포를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an isolated host cell containing the expression vector.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 목적 단백질의 발현 효율이 증진되고, 목적 단백질의 세포질 또는 세포막으로의 이동이 촉진되는 mRNA 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an mRNA production method in which the expression efficiency of the target protein is enhanced and the movement of the target protein to the cytoplasm or cell membrane is promoted.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 (a) 목적 단백질을 코딩하는 코딩 영역; (b) 상기 코딩 영역의 5’말단에 결합된 β-카테닌의 5’UTR(untranslated region, 비번역 영역); 및 (c) 상기 코딩 영역의 3’말단에 결합된 β-카테닌의 3’UTR의 단편으로서, 상기 3’UTR의 단편은 서열번호 9 또는 서열번호 13의 RNA 서열을 포함하는 것인 단편을 포함하는 mRNA 분자를 제공한다.According to one aspect of the present invention, the present invention provides (a) a coding region encoding a target protein; (b) 5'UTR (untranslated region, untranslated region) of β-catenin bound to the 5' end of the coding region; And (c) a fragment of the 3'UTR of β-catenin linked to the 3' end of the coding region, wherein the fragment of the 3'UTR comprises the RNA sequence of SEQ ID NO: 9 or SEQ ID NO: 13. Provides an mRNA molecule that

본 발명자들은 mRNA의 번역(translation) 효율을 증진시켜 목적 단백질의 발현 효율을 증진시키고, 목적 단백질의 세포질 또는 세포막으로의 이동을 촉진시켜 세포 외까지 안정적으로 분비될 수 있도록 하는 mRNA 플랫폼 시스템을 개발하고자 예의 연구 노력하였다. 그 결과, β-카테닌 mRNA의 5’UTR 및 소정의 3’UTR의 단편을 포함하는 mRNA 서열의 경우 번역 효율이 유의하게 증진되며, 단백질이 세포질 또는 세포막까지 발현되는 비율이 증진됨을 규명하였다.The present inventors wanted to develop an mRNA platform system that enhances the expression efficiency of a target protein by increasing the translation efficiency of mRNA and promotes the movement of the target protein to the cytoplasm or cell membrane so that it can be stably secreted to the outside of the cell. Efforts were made to research. As a result, in the case of mRNA sequences containing fragments of the 5'UTR and predetermined 3'UTR of β-catenin mRNA, the translation efficiency was significantly improved, and the ratio of protein expression to the cytoplasm or cell membrane was increased.

본 명세서 상의 용어 “β-카테닌(beta-catenin)”은 Catenin beta-1으로도 알려져 있으며, 인간 CTNNB1 유전자로부터 발현되는 단백질을 의미한다. β-카테닌은 카데린 단백질 복합체의 서브유닛으로, 세포운명결정, 세포이동, 세포극성 조절에 관여하는 Wnt 세포신호전달의 주요한 인자로 알려져 있다. 인간 CTNNB1 유전자는 GenBank(CTNNB1, catenin beta 1 [Homo sapiens (human)], Gene ID: 1499) 등의 공지된 데이터베이스를 통해 접근 가능하다.The term “β-catenin” used herein is also known as Catenin beta-1 and refers to a protein expressed from the human CTNNB1 gene. β-Catenin, a subunit of the cadherin protein complex, is known to be a major factor in Wnt cell signaling involved in determining cell fate, cell migration, and regulating cell polarity. The human CTNNB1 gene can be accessed through known databases such as GenBank (CTNNB1, catenin beta 1 [Homo sapiens (human)], Gene ID: 1499).

본 명세서 상의 용어 “목적 단백질”은 β-카테닌 뿐만 아니라 임의의 단백질을 포함하며, 당업자가 본 발명의 mRNA 분자를 이용하여 발현 효율을 증진시켜 대량으로 생산하거나, 세포질 또는 세포막으로의 이동을 촉진시켜 세포 외까지 안정하게 분비되도록 하고자 하는 단백질을 의미한다.The term "target protein" in the present specification includes any protein as well as β-catenin, and a person skilled in the art can use the mRNA molecule of the present invention to increase expression efficiency and produce it in large quantities, or to promote movement into the cytoplasm or cell membrane. It means a protein to be stably secreted to the outside of the cell.

본 명세서 상의 용어 “목적 단백질을 코딩하는 코딩 영역”은 mRNA의 부분으로서, 코돈으로 구성된 부분이다. 코돈은 “유전 코드(genetic code)”에 의해 제공된 정보에 따라 단백질로 번역된다. 코딩 영역은 통상적으로 개시 코돈(start codon)으로 시작하여 정지 코돈(stop codon)으로 종료된다. 일반적으로, 시작 코돈은 AUG 트리플렛이며, 정지 코돈은 UAA, UAG 또는 UGA이다. 단백질-코딩 이외에도, 코딩 영역의 부분은 엑손의 스플라이싱 인핸서(exonic splicing enhancer) 또는 엑손의 스플라이싱 사일런서(silencer)로서 pre-mRNA에서 조절 서열로서 역할을 할 수 있다. 본 발명의 목적 단백질을 코딩하는 코딩 영역은 β-카테닌 유전자의 코딩 영역 서열 외에도 다양한 외래 유전자의 핵산 서열로부터 전사된 서열을 포함할 수 있고, 단백질의 변화를 가져오지 않는 뉴클레오타이드에서의 변이가 존재하는 바, 동일한 목적 단백질을 수득하기 위한 mRNA 서열이라 하더라도 다양한 뉴클레오타이드의 변이를 갖는 코딩 영역을 포함할 수 있다. 상술한 단백질의 변화를 가져오지 않는 뉴클레오타이드에서의 변이는, 기능적으로 균등한 코돈 또는 동일한 아미노산을 코딩하는 코돈(예를 들어, 코돈의 축퇴성에 의해, 아르기닌 또는 세린에 대한 코돈은 여섯 개이다), 또는 생물학적으로 균등한 아미노산을 코딩하는 코돈을 포함하는 핵산분자를 포함하고, 상술한 생물학적 균등 활성을 갖는 변이를 고려한다면, 본 발명에서 이용되는 핵산 분자는 서열목록에 기재된 서열과 실질적인 동일성(substantial identity)을 나타내는 서열도 포함하는 것으로 해석된다. 적용 대상(subject)에 도입하고자 하는 단백질을 번역할 수 있는 mRNA 서열의 코딩 영역(coding region)에 본 발명의 5’UTR 및 3’UTR 또는 이의 단편이 결합되어 있는 mRNA 분자를 이용함으로써, 상기 단백질의 번역(translation) 수준(level)을 유의하게 증진시켜 발현 효율을 증진시키고, 상기 단백질의 세포질 또는 세포막으로의 이동을 촉진시켜 상기 단백질을 세포 외까지 안정하게 분비되도록 할 수 있다. The term "coding region encoding a target protein" in the present specification is a part of mRNA and is a part composed of codons. Codons are translated into proteins according to the information provided by the "genetic code". A coding region usually starts with a start codon and ends with a stop codon. Typically, the start codon is an AUG triplet and the stop codon is UAA, UAG or UGA. In addition to protein-coding, portions of the coding region may serve as regulatory sequences in pre-mRNAs, either as exonic splicing enhancers or exonic splicing silencers. The coding region encoding the target protein of the present invention may include sequences transcribed from nucleic acid sequences of various foreign genes in addition to the coding region sequence of the β-catenin gene, and there are mutations in nucleotides that do not change the protein. Bar, even the mRNA sequence for obtaining the same target protein may include a coding region having various nucleotide mutations. Variations in nucleotides that do not result in a change in the protein described above include functionally equivalent codons or codons encoding the same amino acid (e.g., due to codon degeneracy, there are six codons for arginine or serine); Or a nucleic acid molecule containing a codon encoding a biologically equivalent amino acid, and considering the mutation having the above-described biological equivalent activity, the nucleic acid molecule used in the present invention has substantial identity with the sequence listed in the sequence listing. ) It is interpreted to include sequences representing. By using an mRNA molecule in which the 5'UTR and 3'UTR or a fragment thereof of the present invention are linked to the coding region of an mRNA sequence capable of translating a protein to be introduced into the subject, the protein It is possible to significantly increase the translation level of the protein to increase expression efficiency, and promote the movement of the protein to the cytoplasm or cell membrane so that the protein is stably secreted to the outside of the cell.

본 명세서 상의 용어 “UTR(untranslated region, 비번역 영역)”은 mRNA의 개시 코돈의 업스트림(upstream) 및 정지 코돈의 다운스트림(downstream)에 있는 부위로서, 번역되지 않는 서열을 의미한다. mRNA의 개시 코돈의 업스트림에 있는 UTR은 5’UTR이라고 불리며, mRNA의 정지 코돈의 다운스트림에 있는 UTR은 3’UTR이다. mRNA에서의 비번역 영역은 mRNA 안정성 및 mRNA 번역 모두를 조절하는데 중추적인 역할을 한다. 본 발명자들은 이러한 UTR의 특성을 이용하여, 종래 연구된 바 없는 β-카테닌의 mRNA의 번역 효율을 증진시켜 목적 단백질의 발현 효율을 증진시키고, 목적 단백질의 세포질 또는 세포막으로의 이동을 촉진시켜 목적 단백질이 세포 외까지 안정적으로 분비될 수 있도록 하였다.The term “untranslated region (UTR)” in the present specification refers to an untranslated sequence that is located upstream of the start codon and downstream of the stop codon of mRNA. The UTR upstream of the start codon of mRNA is called the 5'UTR, and the UTR downstream of the stop codon of mRNA is the 3'UTR. The untranslated region in mRNA plays a pivotal role in regulating both mRNA stability and mRNA translation. The inventors of the present invention use these characteristics of UTR to improve the translation efficiency of β-catenin mRNA, which has not been previously studied, to improve the expression efficiency of the target protein, and to promote the movement of the target protein to the cytoplasm or cell membrane to promote the target protein was stably secreted to the outside of the cell.

본 명세서 상의 용어 “β-카테닌의 5’UTR”은 β-카테닌 유전자의 mRNA의 5’UTR를 의미하며, 본 명세서 상의 용어 “β-카테닌의 3’UTR”은 β-카테닌 유전자의 mRNA의 3’UTR을 의미한다.The term "5'UTR of β-catenin" in the present specification refers to the 5'UTR of the mRNA of the β-catenin gene, and the term "3'UTR of the β-catenin" in the present specification refers to the 3'UTR of the mRNA of the β-catenin gene. ' means UTR.

본 명세서 상의 용어 "β-카테닌의 3'UTR" 또는 "β-카테닌의 3'UTR 의 단편"은 본 발명자들이 β-카테닌 유전자의 mRNA의 3'UTR 서열의 최적화를 위해 번역 효율을 검증한 일종의 3'UTR 서열들을 의미하며, 3'UTR의 alternative splicing에 의한 이형체들, 후술될 실시예에서 단편화한 UTR-1의 단편들(F1 내지 F4)을 포함할 수 있다. β-카테닌은 같은 코딩 영역(coding region)을 가지지만 alternative splicing에 의하여 3가지의 3'UTR 이형체(isoform)(UTR-1, UTR-2 및 UTR-3)가 존재한다. UTR-3은 인트론 15(In15) 및 엑손 16(E16)를 포함하는 길이가 가장 긴 이형체이다. UTR-2는 인트론 15가 제거된 중간 길이의 이형체이다. UTR-1은 인트론 15(In15)와 엑손 16A(E16A)가 제거된 길이가 가장 짧은 이형체이다. 3'UTR 또는 이의 단편의 종류에 따라 mRNA의 번역 효율과 발현된 단백질의 분포 위치가 상이할 수 있다.The term "3'UTR of β-catenin" or "fragment of 3'UTR of β-catenin" in the present specification is a kind of translation efficiency verified by the present inventors for optimization of the 3'UTR sequence of mRNA of β-catenin gene. It refers to 3'UTR sequences, and may include isoforms by alternative splicing of 3'UTR, and fragments (F1 to F4) of UTR-1 fragmented in an embodiment to be described later. β-catenin has the same coding region, but there are three 3'UTR isoforms (UTR-1, UTR-2 and UTR-3) by alternative splicing. UTR-3 is the longest isoform containing intron 15 (In15) and exon 16 (E16). UTR-2 is a medium length isoform with intron 15 removed. UTR-1 is the shortest isoform with intron 15 (In15) and exon 16A (E16A) removed. Depending on the type of 3'UTR or its fragment, the translation efficiency of mRNA and the distribution location of the expressed protein may be different.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 mRNA 분자의 목적 단백질을 코딩하는 코딩 영역은 개시 코돈을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the coding region encoding the target protein of the mRNA molecule of the present invention may include an initiation codon.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 mRNA 분자의 목적 단백질을 코딩하는 코딩 영역은 종결 코돈을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the coding region encoding the target protein of the mRNA molecule of the present invention may include a stop codon.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 β-카테닌의 3’UTR의 단편은 3’UTR 전체 서열 중 적어도 인트론 15(Intron 15, In15) 부위가 삭제된 것이다. 본 발명에서, 인트론 15(Intron 15, In15) 부위가 삭제되었다는 것은 인트론 15 부위가 전부 또는 일부 결실되었음을 포함한다. In one embodiment of the present invention, the 3'UTR fragment of β-catenin of the present invention is one in which at least intron 15 (Intron 15, In15) of the entire 3'UTR sequence is deleted. In the present invention, deletion of the Intron 15 (In15) region includes deletion of all or part of the Intron 15 region.

본 명세서 상의 용어 “인트론 15(Intron 15, In15) 부위”는 서열번호 3에 나타냈으며, 서열번호 8의 13번째 내지 317번째 뉴클레오타이드 서열 부분을 의미한다. 본 명세서 상의 서열번호 8의 뉴클레오타이드 서열은 In15 부위를 포함하는 이형체이고, 본 명세서 상에서 UTR-3로 지칭된다. In15 부위를 포함하는 3’UTR 서열을 포함하는 mRNA 서열의 경우, 세포질 또는 세포막으로의 이동이 제한적이나, In15 부위를 포함하지 않는 3’UTR 서열을 포함하는 mRNA 서열들의 경우, 세포질로 이동이 원활하며, 이로써 단백질로의 번역 효율에도 영향을 미칠 수 있다.The term “intron 15 (Intron 15, In15) site” in the present specification is shown in SEQ ID NO: 3 and refers to the 13th to 317th nucleotide sequence portion of SEQ ID NO: 8. The nucleotide sequence of SEQ ID NO: 8 in the present specification is a heteromeric form including an In15 site and is referred to as UTR-3 in the present specification. In the case of mRNA sequences containing a 3'UTR sequence containing an In15 site, movement into the cytoplasm or cell membrane is limited, but in the case of mRNA sequences containing a 3'UTR sequence not containing an In15 site, movement into the cytoplasm is smooth. , which can affect the efficiency of translation into proteins.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 β-카테닌의 3’UTR의 단편은 엑손 16A(Exon 16A, E16A) 부위가 추가적으로 삭제된 것이다. 본 발명에서, 엑손 16A 부위가 삭제되었다는 것은 엑손 16A 부위가 전부 또는 일부 결실되었음을 포함한다. 본 명세서 상의 “엑손 16A(Exon 16A, E16A) 부위”는 서열번호 4에 나타냈으며, 서열번호 7의 13번째 내지 171번째 뉴클레오타이드 서열 부분 및 서열번호 8의 318번째 내지 476번째 뉴클레오타이드 서열 부분을 의미한다. 특히, 후술할 실시예에서 입증한 바와 같이, β-카테닌의 5’UTR과 3’UTR이 함께 쓰이는 경우에 있어서, 3’UTR로서 In15 부위가 결실되고, E16A 부위가 포함된 3’UTR이 사용될 때, 코딩 영역에 의해 암호화된 단백질의 발현 효율이 증진된다.In one embodiment of the present invention, the 3'UTR fragment of β-catenin of the present invention has an additional exon 16A (Exon 16A, E16A) region deleted. In the present invention, deletion of the exon 16A region includes deletion of all or part of the exon 16A region. "Exon 16A (E16A) region" in the present specification is shown in SEQ ID NO: 4, and refers to the 13th to 171st nucleotide sequence portion of SEQ ID NO: 7 and the 318th to 476th nucleotide sequence portion of SEQ ID NO: 8 . In particular, as demonstrated in Examples to be described later, when the 5'UTR and 3'UTR of β-catenin are used together, the In15 site is deleted as the 3'UTR and the 3'UTR containing the E16A site is used. When, the expression efficiency of the protein encoded by the coding region is enhanced.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 β-카테닌의 3’UTR의 단편은 서열번호 6, 서열번호 7 및 서열번호 9 내지 서열번호 13으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 RNA 서열을 포함하는 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 β-카테닌의 3’UTR의 단편은 서열번호 9, 서열번호 11 및 서열번호 13으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 RNA 서열을 포함하는 것이며, 더욱 구체적으로는 서열번호 9 또는 서열번호 13의 RNA 서열을 포함하는 것이고, 가장 구체적으로는 서열번호 13의 RNA 서열을 포함하는 것이다. In one embodiment of the present invention, the 3'UTR fragment of β-catenin of the present invention comprises any one RNA sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7, and SEQ ID NO: 9 to SEQ ID NO: 13 will be. More specifically, the 3'UTR fragment of β-catenin of the present invention is one comprising any one RNA sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 9, SEQ ID NO: 11 and SEQ ID NO: 13, more specifically, SEQ ID NO: 9 or the RNA sequence of SEQ ID NO: 13, and most specifically, the RNA sequence of SEQ ID NO: 13.

본 명세서에서, “목적 단백질의 세포질 또는 세포막으로의 이동이 촉진”됨은, 발현된 목적 단백질이 세포질 또는 세포막에 위치하는 비율이 증가하거나, 발현된 목적 단백질이 세포질에 위치하는 영역의 범위가 핵으로부터 멀어짐을 의미한다. 후술할 실시예에서 입증한 바와 같이, β-카테닌의 5’UTR 및 3’UTR 단편인 F1+F3(서열번호 13)가 존재하는 경우, 목적 단백질의 발현 위치가 핵에서 멀리 떨어져 있는 세포질과 세포막까지 관찰되는 비율이 증가하여, 단백질을 안정적으로 세포외까지 분비할 수 있도록 목적 단백질의 발현 위치를 조절하는 이질적인 효과를 보였다. In the present specification, “promoting the movement of a target protein to the cytoplasm or cell membrane” means that the rate at which the expressed target protein is located in the cytoplasm or cell membrane increases or the range of the region where the expressed target protein is located in the cytoplasm extends from the nucleus to the nucleus. means far away As demonstrated in the Examples to be described later, when F1 + F3 (SEQ ID NO: 13), which is a 5'UTR and 3'UTR fragment of β-catenin, is present, the target protein is expressed in the cytoplasm and cell membrane far from the nucleus. The ratio observed up to , showed a heterogeneous effect of regulating the expression site of the target protein so that the protein could be stably secreted to the extracellular space.

본 발명에서 이용되는 β-카테닌의 5’UTR, 3’UTR 및 3’UTR의 단편은 각각 서열번호 1 및 서열번호 6 내지 서열번호 13에 기재된 서열과 실질적인 동일성(substantial identity)을 나타내는 서열도 포함하는 것으로 해석된다. 상기의 실질적인 동일성은, 상기한 본 발명의 서열과 임의의 다른 서열을 최대한 대응되도록 얼라인하고, 당업계에서 통상적으로 이용되는 알고리즘을 이용하여 얼라인된 서열을 분석한 경우에, 최소 60%의 상동성(예컨대, 60%, 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 또는 69%), 보다 바람직하게는 70%의 상동성(예컨대, 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 또는 79%), 보다 더 바람직하게는 80%의 상동성(예컨대, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 또는 89%), 가장 바람직하게는 90%의 상동성(예컨대, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 또는 100%)을 나타내는 서열을 의미한다. 상기 70% 이상 100% 이하의 모든 정수 및 이 사이의 소수는 % 상동성과 관련하여 본 발명의 범위 내에 포함된다.The fragments of 5'UTR, 3'UTR and 3'UTR of β-catenin used in the present invention also include sequences showing substantial identity with the sequences set forth in SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 6 to SEQ ID NO: 13, respectively. interpreted as doing The above substantial identity is at least 60% when the sequence of the present invention and any other sequence described above are aligned so as to correspond as much as possible, and the aligned sequence is analyzed using an algorithm commonly used in the art. homology (e.g., 60%, 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, or 69%), more preferably a homology of 70% (e.g., 70%) %, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, or 79%), even more preferably 80% homology (e.g., 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, or 89%), most preferably 90% homology (e.g., 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, or 100%). All integers greater than or equal to 70% and less than or equal to 100% and prime numbers therebetween are included within the scope of the present invention with respect to % homology.

서열비교를 위한 얼라인먼트 방법은 당업계에 공지되어 있다. 얼라인먼트에 대한 다양한 방법 및 알고리즘은 Smith and Waterman, Adv. Appl. Math. 2:482(1981) Needleman and Wunsch, J. Mol. Bio. 48:443(1970); Pearson and Lipman, Methods in Mol. Biol. 24: 307-31(1988); Higgins and Sharp, Gene 73:237-44(1988); Higgins and Sharp, CABIOS 5:151-3(1989); Corpet et al., Nuc. Acids Res. 16:10881-90(1988); Huang et al., Comp. Appl. BioSci. 8:155-65(1992) and Pearson et al., Meth. Mol. Biol. 24:307-31(1994)에 개시되어 있다. NCBI Basic Local Alignment Search Tool(BLAST)(Altschul et al., J. Mol. Biol. 215:403-10(1990))은 NBCI(National Center for Biological Information) 등에서 접근 가능하며, 인터넷 상에서 blastp, blasm, blastx, tblastn and tblastx와 같은 서열 분석 프로그램과 연동되어 이용할 수 있다. BLAST는 ncbi 웹사이트의 BLAST 페이지를 통하여 접속 가능하다. 이 프로그램을 이용한 서열 상동성 비교 방법은 ncbi 웹사이트의 BLAST help 페이지에서 확인할 수 있다.Alignment methods for sequence comparison are known in the art. Various methods and algorithms for alignment are described in Smith and Waterman, Adv. Appl. Math. 2:482 (1981) Needleman and Wunsch, J. Mol. Bio. 48:443 (1970); Pearson and Lipman, Methods in Mol. Biol. 24: 307-31 (1988); Higgins and Sharp, Gene 73:237-44 (1988); Higgins and Sharp, CABIOS 5:151-3 (1989); Corpet et al., Nuc. Acids Res. 16:10881-90 (1988); Huang et al., Comp. Appl. BioSci. 8:155-65 (1992) and Pearson et al., Meth. Mol. Biol. 24:307-31 (1994). The NCBI Basic Local Alignment Search Tool (BLAST) (Altschul et al., J. Mol. Biol. 215:403-10 (1990)) is accessible from the National Center for Biological Information (NBCI), etc., and blastp, blasm, It can be used in conjunction with sequence analysis programs such as blastx, tblastn and tblastx. BLAST is accessible through the BLAST page on the ncbi website. The sequence homology comparison method using this program can be found on the BLAST help page of the ncbi website.

본 발명의 mRNA 분자는 5’UTR의 5’말단에 5’캡 구조 (cap structure)을 포함할 수 있고, 3’UTR의 3’말단에서 폴리(A) 테일 구조를 추가적으로 포함할 수 있다. 이로서, mRNA 분자의 안정성 및 번역 효율이 더욱 증진될 수 있다. 또한, mRNA 안정성을 향상시키고, mRNA 번역을 증진시키는 것으로 알려진 N1-메틸슈도우리딘과 같은 변형된 천연 뉴클레오타이드 및 인공 뉴클레오타이드가 혼입될 수 있고, 본 발명의 mRNA 분자에 대해 상술한 정도의 변형이 허용됨은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다. The mRNA molecule of the present invention may include a 5' cap structure at the 5' end of the 5'UTR, and may additionally include a poly(A) tail structure at the 3' end of the 3'UTR. In this way, the stability and translation efficiency of the mRNA molecule can be further enhanced. In addition, modified natural nucleotides and artificial nucleotides such as N1-methylpseudouridine, known to improve mRNA stability and enhance mRNA translation, may be incorporated, and modifications to the extent described above for the mRNA molecules of the present invention are permitted is obvious to those skilled in the art.

본 발명의 mRNA 분자는 대상(subject)의 체내에 직접 주입하거나, In vitro 세포에 대한 적용 등 다양한 형태로 사용될 수 있으며, mRNA 서열을 활용한 치료제, mRNA 백신, 질병의 진단, 약물의 스크리닝 등 다양한 용도로 활용될 수 있다. 본 발명의 mRNA 분자는 mRNA 분자의 안정성 향상을 위해 종래 알려진 다양한 방법을 사용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 인지질 막으로 둘러싸는 방법을 사용하여 세포 내 전달에 이용될 수 있다. The mRNA molecule of the present invention can be used in various forms, such as direct injection into the body of a subject or application to in vitro cells, and various applications such as therapeutic agents using mRNA sequences, mRNA vaccines, disease diagnosis, and drug screening. can be used for a purpose. The mRNA molecule of the present invention can be used for intracellular delivery using various methods known in the art to improve the stability of the mRNA molecule, and specifically, for example, using a method of enclosing the mRNA molecule with a phospholipid membrane.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 5'UTR은 서열번호 1의 RNA 서열을 포함하는 것이다.In one embodiment of the present invention, the 5'UTR of the present invention is to include the RNA sequence of SEQ ID NO: 1.

본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 본 발명의 mRNA 분자를 코딩하는 핵산 분자를 제공한다. According to another aspect of the present invention, the present invention provides a nucleic acid molecule encoding the mRNA molecule of the present invention.

본 명세서에서, 용어 "핵산(nucleic acids)"은 DNA(gDNA 및 cDNA) 그리고 RNA 분자를 포괄적으로 포함하는 의미를 가지며, 핵산 분자에서 기본 구성 단위인 뉴클레오타이드는 자연의 뉴클레오타이드 뿐만 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)).In this specification, the term "nucleic acids" has the meaning of comprehensively including DNA (gDNA and cDNA) and RNA molecules, and nucleotides, which are basic structural units in nucleic acid molecules, are natural nucleotides as well as sugar or base sites. also includes modified analogs (Scheit, Nucleotide Analogs, John Wiley, New York (1980); Uhlman and Peyman, Chemical Reviews, 90:543-584 (1990)).

본 명세서에서, 용어 "mRNA 분자를 코딩하는 핵산 분자"는 본 발명의 mRNA 분자를 전사(transcription)하는 주형으로서의 핵산 분자인 것으로 충분하며, 어느 특정 뉴클레오타이드 서열에 한정되지 않는다는 것은 당업자에게 자명하다.In this specification, the term "nucleic acid molecule encoding an mRNA molecule" is sufficient to be a nucleic acid molecule as a template for transcription of the mRNA molecule of the present invention, and it is apparent to those skilled in the art that it is not limited to any specific nucleotide sequence.

본 명세서에서, 본 발명의 mRNA 분자를 코딩하는 핵산 분자의 ORF(Open Reading Frame) 영역은 외래 핵산 서열로부터 전사된 서열일 수 있고, 단백질의 변화를 가져오지 않는 뉴클레오타이드에서의 변이가 존재하는 바, 동일한 목적 단백질을 수득하기 위한 핵산 서열이라 하더라도 다양한 뉴클레오타이드의 변이를 갖는 ORF를 포함할 수 있다. 상술한 단백질의 변화를 가져오지 않는 뉴클레오타이드에서의 변이는, 기능적으로 균등한 코돈 또는 동일한 아미노산을 코딩하는 코돈(예를 들어, 코돈의 축퇴성에 의해, 아르기닌 또는 세린에 대한 코돈은 여섯 개이다), 또는 생물학적으로 균등한 아미노산을 코딩하는 코돈을 포함하는 핵산분자를 포함하고, 상술한 생물학적 균등 활성을 갖는 변이를 고려한다면, 본 발명에서 이용되는 핵산 분자는 서열목록에 기재된 서열과 실질적인 동일성(substantial identity)을 나타내는 서열도 포함하는 것으로 해석된다. 5'UTR 및 3'UTR 또는 이의 단편의 경우에는 비번역 영역에 해당하고, ORF 영역에 비해서는 비교적 제한된 변환이 허용될 것이지만, 당업자의 상식 수준에서, 번역 활성에 유의한 변화를 가져오지 않는 미세한 변형들은 허용될 수 있다. In the present specification, the ORF (Open Reading Frame) region of the nucleic acid molecule encoding the mRNA molecule of the present invention may be a sequence transcribed from a foreign nucleic acid sequence, and there are mutations in nucleotides that do not result in protein changes, Even nucleic acid sequences for obtaining the same target protein may include ORFs having various nucleotide mutations. Variations in nucleotides that do not result in a change in the protein described above include functionally equivalent codons or codons encoding the same amino acid (e.g., due to codon degeneracy, there are six codons for arginine or serine); Or a nucleic acid molecule containing a codon encoding a biologically equivalent amino acid, and considering the mutation having the above-described biological equivalent activity, the nucleic acid molecule used in the present invention has substantial identity with the sequence listed in the sequence listing. ) It is interpreted to include sequences representing. In the case of 5'UTR and 3'UTR or fragments thereof, they correspond to untranslated regions, and compared to ORF regions, relatively limited transformation will be allowed, but at the level of common sense of those skilled in the art, fine details that do not cause significant changes in translation activity Variations may be permissible.

본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 상기 핵산 분자를 포함하는 발현 컨스트럭트를 제공한다. According to another aspect of the present invention, the present invention provides an expression construct comprising the nucleic acid molecule.

본 명세서에서 용어 "발현 컨스트럭트(expression construct)"는 세포 내에서 단백질 발현을 위한 최소의 엘리먼트(element)만을 포함하는 핵산분자를 의미하는 것으로 정의된다. 본 발명의 발현 컨스트럭트는 종래 공지된 다양한 프로모터를 포함할 수 있다. 상기 프로모터는 본 발명의 핵산서열에 작동적으로 연결(operatively linked)되어 핵산 서열의 전사 및/또는 번역을 조절하게 된다.As used herein, the term "expression construct" is defined to mean a nucleic acid molecule containing only minimal elements for protein expression in cells. The expression construct of the present invention may include various conventionally known promoters. The promoter is operatively linked to the nucleic acid sequence of the present invention to regulate transcription and/or translation of the nucleic acid sequence.

본 명세서에서 용어 "작동적으로 연결(operatively linked)"은 핵산 발현 조절 서열, 예를 들어 프로모터, 시그널 서열, 또는 전사조절인자 결합 위치의 어레이와 다른 핵산 서열사이의 기능적인 결합을 의미하며, 이에 의해 상기 조절 서열은 상기 다른 핵산 서열의 전사 및/또는 해독(translation)을 조절하게 된다.As used herein, the term "operatively linked" refers to a functional linkage between a nucleic acid expression control sequence, such as a promoter, a signal sequence, or an array of transcriptional regulator binding sites, and another nucleic acid sequence, and thus whereby the regulatory sequence controls the transcription and/or translation of the other nucleic acid sequence.

본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 상기 발현 컨스트럭트를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a recombinant vector comprising the expression construct.

본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 상기 재조합 벡터를 포함하는 분리된 숙주세포를 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides an isolated host cell containing the recombinant vector.

본 발명의 벡터 시스템은 당업계에 공지된 다양한 방법을 통해 구축될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 방법은 Sambrook, et al., Cold Spring Harbor Laboratory Press(2001)에 개시되어 있으며, 이 문헌은 본 명세서에 참조로서 삽입된다.The vector system of the present invention can be constructed through various methods known in the art, and specific methods thereof are disclosed in Sambrook, et al., Cold Spring Harbor Laboratory Press (2001), which is incorporated herein by reference. inserted as a reference.

본 발명의 벡터는 전형적으로 클로닝을 위한 벡터 또는 발현을 위한 벡터로서 구축될 수 있다. 또한, 본 발명의 벡터는 원핵 세포 또는 진핵 세포를 숙 주로 하여 구축될 수 있다.Vectors of the present invention may typically be constructed as vectors for cloning or vectors for expression. In addition, the vector of the present invention can be constructed using a prokaryotic cell or a eukaryotic cell as a host.

예를 들어, 본 발명의 벡터가 발현 벡터이고, 원핵 세포를 숙주로 하는 경우에는, 전사를 진행시킬 수 있는 강력한 프로모터(예컨대, pLλ 프로모터, trp 프로모터, lac 프로모터, T7 프로모터, tac 프로모터 등), 해독의 개시를 위한 라이보좀 결합 자리 및 전사/해독 종결 서열을 포함하는 것이 일반적이다. 숙주세포로서 E. coli가 이용되는 경우, E. coli 트립토판 생합성 경로의 프로모터 및 오퍼레이터 부위(Yanofsky, C., J. Bacteriol., 158:1018-1024(1984)) 그리고 파아지 λ의 좌향 프로모터(pLλ 프로모터, Herskowitz, I. and Hagen, D., Ann. Rev. Genet., 14:399-445(1980))가 조절 부위로서 이용될 수 있다.For example, when the vector of the present invention is an expression vector and a prokaryotic cell is used as a host, a strong promoter capable of promoting transcription (eg, pLλ promoter, trp promoter, lac promoter, T7 promoter, tac promoter, etc.) , a ribosome binding site for initiation of translation and a transcription/translation termination sequence. When E. coli is used as a host cell, the promoter and operator regions of the E. coli tryptophan biosynthetic pathway (Yanofsky, C., J. Bacteriol., 158: 1018-1024 (1984)) and the leftward promoter of phage λ (pL The λ promoter, Herskowitz, I. and Hagen, D., Ann. Rev. Genet., 14:399-445 (1980)) can be used as a regulatory region.

한편, 본 발명에 이용될 수 있는 벡터는 당업계에서 종종 사용되는 플라스미드(예를 들어, pGL3/Luc, pBABE, pSK349, pSC101, ColE1, pBR322, pUC8/9, pHC79, pGEX 시리즈, pET 시리즈 및 pUC19), 파지(예를 들어, λgt·λ4B, λ-Charon, λΔz1 및 M13) 또는 바이러스(예를 들어, SV40 등)를 조작하여 제작될 수 있다.On the other hand, vectors that can be used in the present invention are plasmids often used in the art (eg, pGL3/Luc, pBABE, pSK349, pSC101, ColE1, pBR322, pUC8/9, pHC79, pGEX series, pET series and pUC19 ), phages (eg, λgt·λ4B, λ-Charon, λΔz1, and M13) or viruses (eg, SV40, etc.).

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 벡터는 리포터 분자, 예를 들어 루시페레이스 및 β-글루쿠로니다아제를 코딩하는 유전자를 추가적으로 운반할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the vector may additionally carry genes encoding reporter molecules, such as luciferase and β-glucuronidase.

본 발명의 구체적인 구현예에 있어서, 상기 벡터는 FLAG 벡터, YFP 벡터, 또는 GFP 벡터일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In a specific embodiment of the present invention, the vector may be a FLAG vector, a YFP vector, or a GFP vector, but is not limited thereto.

본 발명의 숙주세포는 본 발명의 벡터로 일시적으로 형질전환 또는 형질감염시켜 본 발명의 벡터를 일시적으로 발현할 수 있는 세포뿐만 아니라, 본 발명의 벡터를 안정하게 지속적으로 발현시킬 수 있는 안정 세포주(stable cell line)를 포함한다. 안정 세포주란 특정 유전자가 지놈에 통합(integration)되어 세포가 분열 및 증식하여도 여러 세대에 거쳐 그 유전자가 소실되지 않고 계속 전달되어 발현되는 세포주를 의미한다.The host cell of the present invention includes not only a cell capable of transiently expressing the vector of the present invention by transient transformation or transfection with the vector of the present invention, but also a stable cell line capable of stably and continuously expressing the vector of the present invention ( stable cell line). A stable cell line refers to a cell line in which a specific gene is integrated into the genome and the gene is not lost over several generations even if the cell divides and proliferates and continues to be transmitted and expressed.

본 발명의 벡터를 안정하게 지속적으로 클로닝 및 발현시킬 수 있는 숙주세포 또는 세포주는 당업계에 공지되어 있는 어떠한 숙주세포도 이용할 수 있으며, 예컨대, E. coli Origami2, E. coli JM109, E. coli BL21(DE3), E. coli RR1, E. coli LE392, E. coli B, E. coli X 1776, E. coli W3110와 같은 E. coli 균주, 바실러스 서브틸리스, 바실러스 츄린겐시스와 같은 바실러스 속 균주, 그리고 살모넬라 티피무리움, 세라티아 마르세슨스 및 다양한 슈도모나스 종과 같은 장내균과 균주 등이 있다.Any host cell or cell line known in the art can be used as a host cell or cell line capable of stably and continuously cloning and expressing the vector of the present invention, such as E. coli Origami2, E. coli JM109, E. coli BL21. (DE3), E. coli strains such as E. coli RR1, E. coli LE392, E. coli B, E. coli X 1776, E. coli W3110 , Bacillus genus strains such as Bacillus subtilis, Bacillus thuringiensis , and Enterobacteriaceae and strains such as Salmonella typhimurium, Serratia marcessons, and various Pseudomonas species.

또한, 본 발명의 벡터를 진핵 세포에 형질전환 또는 형질감염시키는 경우에는 숙주세포로서, 이스트(Saccharomyce cerevisiae), 곤충 세포 및 동물 세포(예컨대, HCT116, HT-29, SW480, HEK293, U2OS, CHO(Chinese hamster ovary), W138, BHK, COS-7, HepG2, 3T3, RIN 및 MDCK 세포주) 등이 이용될 수 있다.In addition, when the vector of the present invention is transformed or transfected into eukaryotic cells, yeast ( Saccharomyce cerevisiae ) , insect cells and animal cells (eg, HCT116, HT-29, SW480, HEK293, U2OS, CHO ( Chinese hamster ovary), W138, BHK, COS-7, HepG2, 3T3, RIN and MDCK cell lines) and the like can be used.

본 발명에서, “형질전환” 또는 “형질감염” 은 유전자를 숙주세포 내에 도입 후 발현시킬 수 있도록 하는 것을 의미한다. 목적 유전자가 도입된 벡터를 숙주세포 내로 형질전환 또는 형질감염시키는 방법은 염기를 세포 내로 도입하는 어떤 방법도 포함되며, 당 분야에서 공지된 바와 같이 적합한 표준 기술을 선택하여 수행할 수 있다.In the present invention, "transformation" or "transfection" means to enable expression after introducing a gene into a host cell. A method of transforming or transfecting a vector into a host cell into a host cell includes any method of introducing a base into a cell, and can be performed by selecting an appropriate standard technique as known in the art.

본 발명의 벡터를 숙주세포 내로 운반하는 방법은, 숙주세포가 원핵 세포인 경우, CaCl2 방법(Cohen, S.N. et al., Proc. Natl. Acac. Sci. USA, 9:2110-2114(1973)), 하나한 방법(Cohen, S.N. et al., Proc. Natl. Acac. Sci. USA, 9:2110-2114(1973); 및 Hanahan, D., J. Mol. Biol., 166:557-580(1983)) 및 전기 천공 방법(Dower, W.J. et al., Nucleic. Acids Res., 16:6127-6145(1988)) 등에 의해 실시될 수 있다. 또한, 숙주세포가 진핵 세포인 경우에는, 미세 주입법(Capecchi, M.R., Cell, 22:479(1980)), 칼슘 포스페이트 침전법(Graham, F.L. et al., Virology, 52:456(1973)), 전기 천공법(Neumann, E. et al., EMBO J., 1:841(1982)), 리포좀-매개 형질감염법(Wong, T.K. et al., Gene, 10:87(1980)), DEAE-덱스트란 처리법(Gopal, Mol. Cell Biol., 5:1188-1190(1985)), 및 유전자 밤바드먼트(Yang et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 87:9568-9572(1990)) 등에 의해 벡터를 숙주세포 내로 주입할 수 있다.A method for delivering the vector of the present invention into a host cell, when the host cell is a prokaryotic cell, the CaCl2 method (Cohen, S.N. et al., Proc. Natl. Acac. Sci. USA, 9:2110-2114 (1973)) , the Hanahan method (Cohen, S.N. et al., Proc. Natl. Acac. Sci. USA, 9:2110-2114 (1973); and Hanahan, D., J. Mol. Biol., 166:557-580 ( 1983)) and electroporation (Dower, W.J. et al., Nucleic. Acids Res., 16:6127-6145 (1988)). In addition, when the host cell is a eukaryotic cell, microinjection method (Capecchi, M.R., Cell, 22:479 (1980)), calcium phosphate precipitation method (Graham, F.L. et al., Virology, 52:456 (1973)), electroporation (Neumann, E. et al., EMBO J., 1:841 (1982)), liposome-mediated transfection (Wong, T.K. et al., Gene, 10:87 (1980)), DEAE- Dextran treatment (Gopal, Mol. Cell Biol., 5:1188-1190 (1985)), and gene bombardment (Yang et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 87:9568-9572 (1990)) ), etc., the vector can be injected into the host cell.

본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 목적 단백질을 코딩하는 RNA 서열의 5’말단 및 3’말단에 각각 β-카테닌의 5’UTR 및 β-카테닌의 3’UTR의 단편을 결합시키는 단계를 포함하는, 목적 단백질의 세포질 또는 세포막으로의 이동이 촉진되는 mRNA 분자의 제조 방법으로서, 상기 3’UTR의 단편은 서열번호 9 또는 서열번호 13의 RNA 서열을 포함하는 것인 제조 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention is a step of binding fragments of the 5'UTR of β-catenin and the 3'UTR of β-catenin to the 5'end and 3'end of the RNA sequence encoding the target protein, respectively A method for producing an mRNA molecule that promotes the movement of a target protein into the cytoplasm or cell membrane, comprising a, wherein the fragment of the 3'UTR comprises the RNA sequence of SEQ ID NO: 9 or SEQ ID NO: 13. .

본 발명에서, 상술한 “결합시키는 단계”는 각각의 mRNA 단편을 물리적으로 결합시키는 것 만을 의미하는 것이 아니고, DNA 분자로부터 전사(transcription)를 통해 5’말단 및 3’말단에 각각 β-카테닌의 5’UTR 및 β-카테닌의 3’UTR 또는 이의 단편을 결합된 목적단백질을 코딩하는 mRNA 서열을 생산하는 공정을 포함한다.In the present invention, the above-described “linking step” does not mean only physically binding each mRNA fragment, but also the binding of β-catenin to the 5' and 3' ends of the DNA molecule through transcription. and producing an mRNA sequence encoding a target protein to which the 5'UTR and the 3'UTR of β-catenin or a fragment thereof are bound.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 3’UTR의 단편은 3’UTR 전체 서열 중 적어도 인트론 15(Intron 15, In15) 부위가 삭제된 것이다.In one embodiment of the present invention, the 3'UTR fragment of the present invention is one in which at least intron 15 (Intron 15, In15) of the entire 3'UTR sequence is deleted.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 3’UTR의 단편은 엑손 16A(Exon 16A, E16A) 부위가 추가적으로 삭제된 것이다.In one embodiment of the present invention, the 3'UTR fragment of the present invention has an additional exon 16A (Exon 16A, E16A) region deleted.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 3’UTR 또는 이의 단편은 서열번호 6, 서열번호 7 및 서열번호 9 내지 서열번호 13으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 RNA 서열을 포함하는 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 3’UTR의 단편은 서열번호 9, 서열번호 11 및 서열번호 13으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 RNA 서열을 포함하는 것이며, 더욱 구체적으로는 서열번호 13의 RNA 서열을 포함하는 것이다.In one embodiment of the present invention, the 3'UTR or fragment thereof of the present invention comprises any one RNA sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7, and SEQ ID NO: 9 to SEQ ID NO: 13. More specifically, the 3'UTR fragment of the present invention comprises any one RNA sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 9, SEQ ID NO: 11 and SEQ ID NO: 13, more specifically, the RNA sequence of SEQ ID NO: 13 to include

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 mRNA는 시험관 내 전사(in vitro transcription)를 통하여 제조되는 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the mRNA of the present invention may be produced through in vitro transcription.

본 명세서 상의 용어 “시험관 내 전사(in vitro transcription)”란 세포외, 시험관 내에서의 DNA 의존적 RNA 합성을 의미하는 것이다. 주형 DNA는 시험관 내 전사 전에 적당한 제한 효소로 선형화될 수 있다. RNA 시험관 내 전사에 이용되는 시약은, 전형적으로, 박테리오파지-인코딩된 RNA 폴리머레이스(bacteriophage- encoded RNA polymerases)(T7, T3, SP6 또는 Syn5)와 같은 폴리머레이스; 4개의 염기(base)(아데닌, 시토신, 구아닌 및 우라실)에 대한 NTP(ribonucleotide triphosphate)이며, 이외에 선택적으로 캡 아날로그; 변형된 뉴클레오타이드; RNase 억제제 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The term " in vitro transcription" used herein refers to DNA-dependent RNA synthesis outside of a cell and in vitro. Template DNA can be linearized with suitable restriction enzymes prior to in vitro transcription. Reagents used for RNA in vitro transcription are typically polymerases such as bacteriophage-encoded RNA polymerases (T7, T3, SP6 or Syn5); a ribonucleotide triphosphate (NTP) for four bases (adenine, cytosine, guanine and uracil), optionally a cap analog; modified nucleotides; RNase inhibitors and the like, but are not limited thereto.

본 발명자들은 본 발명의 β-카테닌의 5’UTR 및 β-카테닌의 3’UTR 또는 이의 단편을 포함하는 mRNA가 DNA 플라스미드를 통해 세포 내에서 합성되는 경우뿐만 아니라, 시험관 내 전사(in vitro transcription)를 통해 합성된 상기 mRNA를 사용하는 경우에도, 목적 단백질 효율이 증진되고, 이에 따라 세포내 발현 양상이 조절될 수 있음을 확인하였다. 이로써, 본 발명의 β-카테닌의 5’UTR 및 β-카테닌의 3’UTR 또는 이의 단편을 포함하는 mRNA가 면역성을 조절할 수 있고, 대량생산이 가능한 암 백신 mRNA 구조체로서 적용할 수 있음을 제시하였다. The inventors of the present invention not only when the 5'UTR of β-catenin and the 3'UTR of β-catenin or mRNA containing fragments thereof are synthesized in cells through DNA plasmids, but also in vitro transcription Even when using the mRNA synthesized through, it was confirmed that the efficiency of the target protein was enhanced, and thus the intracellular expression pattern could be regulated. Thus, it was suggested that the mRNA containing the 5'UTR of β-catenin and the 3'UTR of β-catenin or a fragment thereof of the present invention can modulate immunity and can be applied as a cancer vaccine mRNA construct capable of mass production. .

상기 본 발명의 mRNA 제조 방법은 상술한 본 발명의 다른 양태의 발현 효율이 증진된 mRNA 분자를 이용하는 것이므로, 양 발명 간에 중복되는 부분은 모두 동일하게 적용되며, 본 명세서의 복잡성을 방지하기 위하여 그 기재를 생략한다.Since the mRNA production method of the present invention uses the mRNA molecule with improved expression efficiency of the other aspects of the present invention described above, all overlapping parts between the two inventions are equally applied, and to prevent complexity in the present specification, the description omit

본 발명의 목적 단백질 발현 효율이 증진되고 목적 단백질의 세포질 또는 세포막으로의 이동이 촉진되는 mRNA 분자, 이를 코딩하는 핵산 분자, 발현 벡터, 형질전환체, 숙주세포 및 조성물을 이용하는 경우, 목적하는 단백질의 발현을 효과적으로 증진시킬 수 있으며, 목적 단백질의 세포질 또는 세포막으로의 이동을 촉진시켜 목적 단백질이 세포 외까지 안정적으로 분비되도록 할 수 있다.In the case of using mRNA molecules, nucleic acid molecules encoding the same, expression vectors, transformants, host cells, and compositions that increase the expression efficiency of the target protein and promote the movement of the target protein into the cytoplasm or cell membrane of the present invention, the target protein Expression can be effectively enhanced, and movement of the target protein to the cytoplasm or cell membrane can be promoted so that the target protein can be stably secreted to the outside of the cell.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:The features and advantages of the present invention are summarized as follows:

i) 본 발명은 (a) 목적 단백질을 코딩하는 코딩 영역; (b) 상기 코딩 영역의 5’말단에 결합된 β-카테닌의 5’UTR(untranslated region, 비번역 영역); 및 (c) 상기 코딩 영역의 3’말단에 결합된 β-카테닌의 3’UTR 또는 이의 단편을 포함하는 mRNA 분자를 제공한다.i) The present invention provides (a) a coding region encoding a target protein; (b) 5'UTR (untranslated region, untranslated region) of β-catenin bound to the 5' end of the coding region; and (c) an mRNA molecule comprising a 3'UTR of β-catenin linked to the 3' end of the coding region or a fragment thereof.

ii) 본 발명은 상기 mRNA 분자를 코딩하는 핵산 분자를 제공한다.ii) The present invention provides a nucleic acid molecule encoding the mRNA molecule.

iii) 본 발명은 상기 핵산 분자를 포함하는 발현 컨스트럭트를 제공한다.iii) The present invention provides an expression construct comprising the nucleic acid molecule.

iv) 본 발명은 상기 발현 컨스트럭트를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다.iv) The present invention provides a recombinant vector containing the expression construct.

v) 본 발명은 상기 재조합 벡터를 포함하는 분리된 숙주세포를 제공한다.v) The present invention provides an isolated host cell containing the recombinant vector.

본 발명의 목적 단백질의 발현 효율이 증진되고 목적 단백질의 세포질 또는 세포막으로의 이동이 촉진되는 mRNA 분자, 이를 코딩하는 핵산 분자, 발현 벡터, 형질전환체, 숙주세포 및 조성물을 이용하는 경우, 목적하는 단백질의 발현을 효과적으로 증진시킬 수 있다. 또한, 목적하는 단백질의 세포질 또는 세포막으로의 이동을 촉진시켜 목적 단백질이 세포 외까지 안정적으로 분비되도록 할 수 있다.In the case of using mRNA molecules, nucleic acid molecules encoding the same, expression vectors, transformants, host cells, and compositions that increase the expression efficiency of the target protein and promote the movement of the target protein to the cytoplasm or cell membrane of the present invention, the target protein expression can be effectively enhanced. In addition, it is possible to stably secrete the target protein to the outside of the cell by promoting the movement of the target protein to the cytoplasm or cell membrane.

이는 DNA 플라스미드를 사용한 형질전환 및 형질감염을 통해서 뿐만 아니라, 시험관 내 전사(In vitro transcription)로 합성된 mRNA의 경우에도 가능하다. 이와 같이, 본 발명을 이용하는 경우 항원성이 높은 단백질을 안정적으로 합성할 수 있으며, 이로써 면역성을 조절할 수 있는 암 백신 mRNA 구조체로서의 적용 가능성을 제시한다.This is possible not only through transformation and transfection using a DNA plasmid, but also in the case of mRNA synthesized by in vitro transcription. As such, when using the present invention, it is possible to stably synthesize a protein with high antigenicity, thereby suggesting the possibility of application as a cancer vaccine mRNA construct capable of regulating immunity.

도 1a는 FLAG로 표지한 β-카테닌의 코딩 영역(coding region, CR)을 포함하는 발현 컨스트럭트를 나타낸 것이다.
도 1b는 도 1a의 컨스트럭트를 사용하여 안정한 SW480 세포주(stable SW480 cell line)에서 β-카테닌을 발현하고, 그 발현 효율을 웨스턴블랏으로 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 1c 및 도 1d는 도 1a의 컨스트럭트를 사용하여 안정한 SW480 세포주(stable SW480 cell line)에서 β-카테닌을 발현하고, 발현된 β-카테닌의 세포 내 위치를 관찰하기 위하여 면역형광(Immunofluorescence) 분석을 수행한 결과를 나타낸 것이다(도 1c: cell population, 도 1d: single cell).
도 2a는 FLAG로 표지한 YFP(yellow fluorescent protein, 노랑 형광 단백질)를 포함하는 발현 컨스트럭트를 나타낸 것이다. (1: YFP, 2: 5'UTR + YFP, 3: 5'UTR + YFP + UTR-1, 4: 5'UTR + YFP + UTR-2, 5: 5'UTR + YFP + UTR-3, 6: 5'UTR + YFP + ACTB 3'UTR)
도 2b는 도 2a의 컨스트럭트를 사용하여 U2OS 세포에서 YFP를 발현하고, 그 발현 효율을 웨스턴블랏으로 분석한 결과를 나타낸 것이다. (1: YFP, 2: 5'UTR + YFP, 3: 5'UTR + YFP + UTR-1, 4: 5'UTR + YFP + UTR-2, 5: 5'UTR + YFP + UTR-3, 6: 5'UTR + YFP + ACTB 3'UTR)
도 2c는 도 2a의 컨스트럭트를 사용하여 U2OS 세포에서 YFP를 발현하고, 발현된 YFP의 세포 내 위치를 관찰하기 위하여 면역형광(Immunofluorescence) 분석을 수행한 결과를 나타낸 것이다.
도 2d는 YFP 단백질의 세포 내 위치에 따라 핵(N)과 세포질(C)의 분포도를 정량하고 그 결과를 나타낸 것이다.
도 2e는 핵에서부터 YFP 형광이 발현되는 세포질까지의 거리를 정량한 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 HEK293 세포에서 β-카테닌 UTR 루시페레이스 리포터를 이용하여 β-카테닌 UTR 유형에 따른 발현 효율을 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 HEK293 세포에서 β-카테닌 3'UTR 단편(fragment) 루시페레이스 리포터를 이용하여 발현 효율 증진 요소(element)를 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 5a는 발현 효율 증진 및 위치 조절 요소(element)의 분석을 위하여 FLAG YFP + 3'UTR 단편(fragment) 리포터 발현 컨스트럭트들의 모식도를 나타낸 것이다. (1: YFP, 2: 5'UTR + YFP + F1, 3: 5'UTR + YFP + F3, 4: 5'UTR + YFP + F1+F3)
도 5b는 도 5a의 단편 발현 컨스트럭트를 사용하여 U2OS 세포에서 YFP을 발현시키고, 단백질 발현을 웨스턴블랏을 통해 확인한 결과를 나타낸 것이다. (1: YFP, 2: 5'UTR + YFP + F1, 3: 5'UTR + YFP + F3, 4: 5'UTR + YFP + F1+F3)
도 5c는 도 5a의 단편 발현 컨스트럭트를 사용하여 U2OS 세포에서 YFP을 발현시키고, 세포 배지를 모아 단백질을 농축하여 세포외 소포를 통해 방출된 단백질의 양을 분석한 결과를 나타낸 것이다. (1: YFP, 2: 5'UTR + YFP + F1, 3: 5'UTR + YFP + F3, 4: 5'UTR + YFP + F1+F3)
도 5d는 도 5a의 단편 발현 컨스트럭트를 사용하여 U2OS 세포에서 YFP을 발현시키고, 세포질과 핵의 단백질을 따로 분리하는 세포분획법을 수행한 결과를 나타낸 것이다. (1: YFP, 2: 5'UTR + YFP + F1, 3: 5'UTR + YFP + F3, 4: 5'UTR + YFP + F1+F3)
도 6a는 도 5a의 단편 발현 컨스트럭트를 사용하여 U2OS 세포에서 YFP을 발현시키고, 면역형광 분석을 수행한 결과를 나타낸 것이다.
도 6b는 핵에서부터 세포질의 과립(granule)까지 YFP 형광 발현의 거리를 정량한 결과를 나타낸 것이다.
Figure 1a shows an expression construct containing the coding region (coding region, CR) of β-catenin labeled with FLAG.
Figure 1b shows the result of expressing β-catenin in a stable SW480 cell line using the construct of Figure 1a and analyzing the expression efficiency by western blot.
1c and 1d show the expression of β-catenin in a stable SW480 cell line using the construct of FIG. 1a, and immunofluorescence to observe the intracellular location of the expressed β-catenin The results of the analysis are shown (FIG. 1c: cell population, FIG. 1d: single cell).
Figure 2a shows an expression construct containing YFP (yellow fluorescent protein) labeled with FLAG. (1: YFP, 2: 5'UTR + YFP, 3: 5'UTR + YFP + UTR-1, 4: 5'UTR + YFP + UTR-2, 5: 5'UTR + YFP + UTR-3, 6 : 5'UTR + YFP + ACTB 3'UTR)
Figure 2b shows the result of expressing YFP in U2OS cells using the construct of Figure 2a and analyzing the expression efficiency by western blot. (1: YFP, 2: 5'UTR + YFP, 3: 5'UTR + YFP + UTR-1, 4: 5'UTR + YFP + UTR-2, 5: 5'UTR + YFP + UTR-3, 6 : 5'UTR + YFP + ACTB 3'UTR)
FIG. 2c shows the results of immunofluorescence analysis performed to express YFP in U2OS cells using the construct of FIG. 2a and observe the intracellular location of the expressed YFP.
Figure 2d shows the results of quantifying the distribution of the nucleus (N) and cytoplasm (C) according to the intracellular location of the YFP protein.
Figure 2e shows the result of quantifying the distance from the nucleus to the cytoplasm where YFP fluorescence is expressed.
Figure 3 shows the results of analyzing the expression efficiency according to the type of β-catenin UTR using the β-catenin UTR luciferase reporter in HEK293 cells.
Figure 4 shows the results of analyzing expression efficiency enhancing elements in HEK293 cells using a β-catenin 3'UTR fragment luciferase reporter.
Figure 5a shows a schematic diagram of FLAG YFP + 3'UTR fragment reporter expression constructs for expression efficiency enhancement and position control element analysis. (1: YFP, 2: 5'UTR + YFP + F1, 3: 5'UTR + YFP + F3, 4: 5'UTR + YFP + F1+F3)
Figure 5b shows the result of expressing YFP in U2OS cells using the fragment expression construct of Figure 5a and confirming the protein expression through western blotting. (1: YFP, 2: 5'UTR + YFP + F1, 3: 5'UTR + YFP + F3, 4: 5'UTR + YFP + F1+F3)
FIG. 5c shows the result of analyzing the amount of protein released through extracellular vesicles by expressing YFP in U2OS cells using the fragment expression construct of FIG. 5a, collecting the cell medium and concentrating the protein. (1: YFP, 2: 5'UTR + YFP + F1, 3: 5'UTR + YFP + F3, 4: 5'UTR + YFP + F1+F3)
FIG. 5d shows the results of cell fractionation in which YFP was expressed in U2OS cells using the fragment expression construct of FIG. 5a and cytoplasmic and nuclear proteins were separately separated. (1: YFP, 2: 5'UTR + YFP + F1, 3: 5'UTR + YFP + F3, 4: 5'UTR + YFP + F1+F3)
FIG. 6a shows the results obtained by expressing YFP in U2OS cells using the fragment expression construct of FIG. 5a and performing immunofluorescence analysis.
Figure 6b shows the result of quantifying the distance of YFP fluorescence expression from the nucleus to the cytoplasmic granule.

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 through examples. These examples are only for explaining the present invention in more detail, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples according to the gist of the present invention. .

실시예Example

실시예 1: FLAG β-카테닌 코딩 영역 + UTR 리포터를 통한 β-카테닌 UTR 유형에 따른 발현 효율 및 단백질의 세포 내 위치 분석Example 1: Analysis of expression efficiency and protein localization according to β-catenin UTR type through FLAG β-catenin coding region + UTR reporter

1-1. FLAG β-카테닌 코딩 영역 + UTR 리포터를 통한 β-카테닌 UTR 유형에 따른 발현 효율 분석1-1. Analysis of expression efficiency according to β-catenin UTR type through FLAG β-catenin coding region + UTR reporter

실제 세포 상황에서 5'UTR과 3'UTR 이형체가 같이 발현될 때 발현 효율을 증진시키는 효과가 있는지 확인하기 위하여, FLAG로 표지한 β-카테닌의 코딩 영역(coding region, CR)을 포함하는 발현 컨스트럭트를 구축하였다(도 1a).In order to confirm the effect of enhancing the expression efficiency when the 5'UTR and 3'UTR isoforms are co-expressed in actual cells, an expression construct containing the coding region (coding region, CR) of β-catenin labeled with FLAG A truct was constructed (FIG. 1A).

pCAN Myc 표지가 붙은 β-카테닌 코딩 영역(CR) 플라스미드는 Dr. Paul McCrea(텍사스 대학교, 오스틴 분교)로부터 제공받았다. β-카테닌 발현을 위해, 제공받은 pCAN Myc β-카테닌 CR(Coding Region) 클론에서 β-cat CR F 및 β-cat CR R 프라이머를 사용하여 DNA를 증폭시켰다. PCR 산물은 BamHI, XbaI 효소로 절단하고, p3xFLAG-CMV-10 벡터에 클로닝하였다. 3xFLAG-β-cat CR의 업스트림에 pGL3/Luc β-카테닌 5'UTR 클론에서 β-cat 5'UTR 프라이머 세트를 사용하여 PCR로 증폭시키고, BamHI, BglII 효소로 절단한 뒤 3xFLAG-β-cat CR 클론에 클로닝하였다. 5'UTR을 포함하여 β-cat CR을 PCR로 증폭하여 BamHI, XbaI 효소로 절단하고 pCS2 벡터에 클로닝하였다. 기존에 제작한 3개의 pGL3/Luc β-카테닌 3'UTR 클론에서 3개의 β-cat 3'UTR을 β-cat CR + 3'UTR 프라이머 세트를 사용하여 증폭시키고 XbaI, ApaI 효소로 절단하고 위에서 클로닝한 pCS2 β-cat 5'UTR 3xFLAG β-cat CR 클론에 클로닝하였다. 사용된 프라이머는 하기 표 1에 나타내었다.The pCAN Myc-tagged β-catenin coding region (CR) plasmid was prepared by Dr. Courtesy of Paul McCrea (University of Texas, Austin). For β-catenin expression, DNA was amplified from the provided pCAN Myc β-catenin CR (Coding Region) clone using β-cat CR F and β-cat CRR primers. The PCR product was digested with BamHI and XbaI enzymes and cloned into the p3xFLAG-CMV-10 vector. The pGL3/Luc β-catenin 5'UTR clone upstream of 3xFLAG-β-cat CR was amplified by PCR using the β-cat 5'UTR primer set, digested with BamHI and BglII enzymes, and 3xFLAG-β-cat CR Cloned into clones. β-cat CR including the 5'UTR was amplified by PCR, digested with BamHI and XbaI enzymes, and cloned into pCS2 vector. Three β-cat 3'UTRs from the three pGL3/Luc β-catenin 3'UTR clones previously prepared were amplified using the β-cat CR + 3'UTR primer set, digested with XbaI and ApaI enzymes, and cloned from above cloned into one pCS2 β-cat 5'UTR 3xFLAG β-cat CR clone. Primers used are shown in Table 1 below.

Retro viral용 프라이머(표 1)를 사용하여 위에서 제작한 클론들에서 PCR로 증폭하고 BamHI, SalⅠ 효소로 절단하고 pBABE 벡터에 옮겨주는 클로닝을 진행하고 대장암 SW480 세포에 형질감염시켜 안정적으로 β-카테닌이 지속적인 발현이 될 수 있는 세포주를 만들었다.The clones prepared above were amplified by PCR using retroviral primers (Table 1), digested with BamHI and SalI enzymes, cloned into pBABE vector, and transfected into colon cancer SW480 cells to stably produce β-catenin. A cell line capable of continuous expression was created.

프라이머primer 제한효소restriction enzyme 서열(5’→3’)Sequence (5'→3') 서열번호sequence number β-cat CR Fβ-cat CR F BamHⅠBamHI AAAAGGATCCATGGCTACTCAAGCTGATTTGAAAAGGATCCATGGCTACTCAAGCTGATTTG 1414 β-cat CR Rβ-cat CR R XbaⅠXbaⅠ AAAATCTAGATTACAGGTCAGTATCAAACCAAAAATCTAGATTACAGGTCAGTATCAAACCA 1515 β-cat 5'UTR Fβ-cat 5'UTR F BamHⅠBamHI GGGATCCAGGATACAGCGGCTTCTGCGG GGATCC AGGATACAGCGGCTTCTGCG 1616 β-cat 5'UTR Rβ-cat 5'UTR R BglⅡBglII ATGAGATCTTGTCCACGCTGGATTTTCAAAACAATG AGATCT TGTCCACGCTGGATTTTCAAAACA 1717 β-cat CR+3’UTR-1 Fβ-cat CR+3’UTR-1 F XbaⅠXbaⅠ GCTCTAGAATCATCCTTTAGGAGTAACAATAC GC TCTAGA ATCATCCTTTAGGAGTAACAATAC 1818 β-cat CR+3’UTR-2 Fβ-cat CR+3’UTR-2 F GCTCTAGAATCATCCTTTAGCTGTATTGTCTGC TCTAGA ATCATCCTTTAGCTGTATTGTCT 1919 β-cat CR+3’UTR-3 Fβ-cat CR+3’UTR-3 F GCTCTAGAATCATCCTTTAGGTAAGAAGTTTA GC TCTAGA ATCATCCTTTAGGTAAGAAGTTTA 2020 β-cat CR+3’UTR Rβ-cat CR+3’UTR R ApaⅠApaⅠ ATGGGCCCCAATCGAATGAATTAAAAGTTTAT GGGCCC CAATCGAATGAATTAAAAGTTT 2121 Retro viral β-cat 5’UTR FRetroviral β-cat 5’UTR F BamHⅠBamHI CCGGATCCAGGATACAGCGGCTTCTGCCC GGATCC AGGATACAGCGGCTTCTGC 2222 Retro viral β-cat 3’UTR RRetro viral β-cat 3’UTR R SalⅠSalⅠ CAGGGTCGACCAATCGAATGAATTAAAAGTTTAATTCT CAGG GTCGAC CAATCGAATGAATTAAAAGTTTAATTCT 2323

상기 세포주에서 단백질 발현 효율을 웨스턴블랏으로 분석하였다. 안정적으로 발현시킨 각 세포를 1ХPBS로 세척하여 수확한 뒤, 원심분리로 cell down하여 1Х수동 용해 버퍼(Passive lysis buffer)(Promega)를 첨가하여 용해하였다. 용해시킨 세포를 15 분간 13000 rpm으로 원심분리하여 cell down시키고 상층액에 있는 용해물만 새 튜브로 옮겼다. 추출된 단백질 용해물을 4Х샘플 버퍼 (200 mM Tris-HCl, pH6.8, 8% SDS, 40% 글리세롤, 0.4% 브로모페놀 블루, 400 mM DTT)로 현탁하였다. 단백질 샘플을 8% 및 12% SDS-PAGE 겔 상에서 분리하였고, 폴리비닐리덴 다이플 루오라이드 멤브레인(PVDF)(Millipore)으로 옮겼다. 상기 멤브레인을 1 시간 동안 5% 탈지유(skim milk)로 블로킹한 후 프라이머리 항체로 4℃에서 밤새 인큐베이션하였다. 사용한 항체는 다음과 같다: anti-FLAG M2 (F3165, sigma- aldrich) 및 anti-β-actin (ab6276, Abcam).Protein expression efficiency in the cell line was analyzed by Western blot. Each stably expressed cell was harvested by washing with 1ХPBS, cell down by centrifugation, and lysed by adding 1Хpassive lysis buffer (Promega). The lysed cells were centrifuged at 13000 rpm for 15 minutes to cell down, and only the lysate in the supernatant was transferred to a new tube. The extracted protein lysate was suspended in 4Х sample buffer (200 mM Tris-HCl, pH6.8, 8% SDS, 40% glycerol, 0.4% bromophenol blue, 400 mM DTT). Protein samples were separated on 8% and 12% SDS-PAGE gels and transferred to polyvinylidene difluoride membrane (PVDF) (Millipore). The membrane was blocked with 5% skim milk for 1 hour and then incubated overnight at 4°C with the primary antibody. Antibodies used were as follows: anti-FLAG M2 (F3165, Sigma-aldrich) and anti-β-actin (ab6276, Abcam).

그 결과, 도 1b에 나타난 바와 같이, UTR-0(코딩 영역만 있는 경우)에 비하여 5’UTR과 UTR-1이 같이 존재하는 경우 또는 5’UTR과 UTR-2이 같이 존재하는 경우의 발현 효율이 높았다. 5’UTR과 UTR-3이 같이 존재하는 경우에는, 클론에 따라 발현에 차이가 있었으며, 발현 효율이 낮았음을 확인할 수 있었다.As a result, as shown in Figure 1b, expression efficiency when 5'UTR and UTR-1 coexist or 5'UTR and UTR-2 coexist compared to UTR-0 (only coding region) it was high When 5'UTR and UTR-3 coexist, there was a difference in expression depending on the clone, and it was confirmed that the expression efficiency was low.

1-2. FLAG β-카테닌 코딩 영역 + UTR 리포터를 통한 β-카테닌 UTR 유형에 따른 단백질의 세포 내 위치 분석1-2. Analysis of intracellular localization of proteins according to β-catenin UTR types through the FLAG β-catenin coding region + UTR reporter

발현된 β-카테닌 단백질의 세포 내 위치를 관찰하기 위하여 FLAG 항체에 FITC 2차 항체로 염색하여 면역형광(Immunofluorescence) 분석을 수행하였다.In order to observe the intracellular location of the expressed β-catenin protein, FLAG antibody was stained with FITC secondary antibody and immunofluorescence analysis was performed.

β-카테닌 단백질 면역형광 실험을 위해 상기 세포주를 커버슬립(coverslips)에서 배양하였고, 안정적으로 발현시킨 각 세포를 실온에서 10 분 동안 4% 파라포름알데히드로 고정시켰고, 1×PBS로 3 회 세척 후, 100% 메탄올로 투과시켰다. 샘플들을 50 mM 글라이신으로 포름알데히드를 억제하고 1×PBS로 세척 후, 실온에서 30 분 동안 5% BSA로 블로킹하였다. 5% BSA에 1차 항체를 1:1000 비율로 희석하여 샘플에 넣은 후 16 시간 동안 인큐베이션하였다. 다음, 5% BSA에 2차 항체를 1:1000 비율로 희석시켜서 샘플에 넣은 후 2 시간 동안 인큐베이션하였다. 1×PBS로 3 회 세척 후, VECTSHIELD 마운팅 용액(Vector Laboratories)를 사용하여 DAPI를 염색하고 유리 슬라이드 상으로 마운팅하였다. 상기 세포들을 공초점 현미경 (Fluoview, FV3000; Olympus, Melcille, NY)에 의해 시각화하였다.For β-catenin protein immunofluorescence experiments, the above cell lines were cultured on coverslips, and each stably expressed cell was fixed with 4% paraformaldehyde for 10 minutes at room temperature, washed three times with 1 × PBS, and , permeabilized with 100% methanol. Samples were formaldehyde inhibited with 50 mM glycine, washed with 1×PBS, and blocked with 5% BSA for 30 minutes at room temperature. The primary antibody was diluted in 5% BSA at a ratio of 1:1000, added to the sample, and incubated for 16 hours. Next, the secondary antibody was diluted in 5% BSA at a ratio of 1:1000, added to the sample, and incubated for 2 hours. After washing three times with 1×PBS, DAPI was stained using VECTSHIELD mounting solution (Vector Laboratories) and mounted onto glass slides. The cells were visualized by confocal microscopy (Fluoview, FV3000; Olympus, Melcille, NY).

그 결과를 도 1c 및 도 1d에 나타내었다. SW480 세포에서 UTR-0의 경우에는 발현양이 적고, 단백질이 대부분 핵에서만 관찰되었다. 반면, UTR-1 및 UTR-2는 발현양이 많고, 핵뿐만 아니라 세포질에서도 단백질이 관찰되었다. 특히 UTR-2에서는 세포 형태(cell morphology)가 길어지고 세포 끝까지 발현되는 것을 뚜렷하게 관찰할 수 있었다. UTR-3는 도1b의 결과와 마찬가지로 클론에 따른 발현의 차이가 있었으나 발현양이 적었다 (도 1c 및 도 1d). 이와 같이, β-카테닌 3’UTR mRNA의 이형체의 종류는 단백질의 발현 효율 및 세포 내 위치에 중요한 역할을 하는 것을 확인할 수 있었다. The results are shown in Figures 1c and 1d. In the case of UTR-0 in SW480 cells, the amount of expression was low, and most of the protein was observed only in the nucleus. On the other hand, UTR-1 and UTR-2 were highly expressed, and proteins were observed not only in the nucleus but also in the cytoplasm. In particular, in UTR-2, it was clearly observed that the cell morphology was elongated and the expression was expressed to the end of the cell. UTR-3 had a difference in expression depending on the clone as in the result of FIG. 1b, but the amount of expression was small (FIGS. 1c and 1d). As such, it was confirmed that the type of isoform of β-catenin 3'UTR mRNA plays an important role in protein expression efficiency and intracellular location.

실시예 2: FLAG YFP + 3'UTR 이형체(isoform) 리포터를 통한 β-카테닌 UTR 유형에 따른 발현 효율 분석Example 2: Analysis of expression efficiency according to β-catenin UTR type through FLAG YFP + 3'UTR isoform reporter

실시예 1은 β-카테닌 단백질의 발현양을 관찰한 것이므로, β-카테닌 3'UTR mRNA 자체의 기능을 보다 정확히 판단하기 위하여 β-카테닌 코딩 영역을 YFP(yellow fluorescent protein, 노랑 형광 단백질)로 대체하여 발현 컨스트럭트를 제작하였다(도 2a). 기존의 EcoRI 효소 부위를 부위 특이적 돌연변이 유도(site-directed mutagenesis) 방법으로 MluI 효소 부위로 치환하고 pEBB YFP 클론에서 YFP F 및 R 프라이머(하기 표 2)를 사용하여 DNA를 증폭하고 위에서 제작한 pCS2 클론들에 MluI, XbaI 효소로 절단하고 클로닝하였다. 또한 β-cat UTR의 발현 효율을 비교하기 위하여, 어떤 상황에서도 잘 발현되는 하우스키핑 유전자 중에서 β-액틴의 3'UTR(서열번호 24)을 pCS2 β-cat 5'UTR 3xFLAG YFP 클론에 동일한 방법으로 클로닝하였다.Since Example 1 observed the expression level of β-catenin protein, in order to more accurately determine the function of β-catenin 3'UTR mRNA itself, the β-catenin coding region was replaced with YFP (yellow fluorescent protein) to prepare an expression construct (Fig. 2a). The existing EcoRI enzyme site was replaced with the MluI enzyme site by site-directed mutagenesis, DNA was amplified from the pEBB YFP clone using YFP F and R primers (Table 2 below), and pCS2 prepared above Clones were digested with MluI, XbaI enzymes and cloned. In addition, in order to compare the expression efficiency of β-cat UTR, the 3'UTR of β-actin (SEQ ID NO: 24) among housekeeping genes that are well expressed in any situation was introduced into pCS2 β-cat 5'UTR 3xFLAG YFP clone in the same way. cloned.

프라이머primer 제한효소restriction enzyme 서열(5’→3’)Sequence (5'→3') 서열번호sequence number YFP Forward primerYFP Forward primer MluⅠMluⅠ GACGCGTATGGTGAGCAAGGGCGAG ACGCGT ATGGTGAGCAAGGGCGA 2525 YFP Reverse primerYFP Reverse primer XbaⅠXbaⅠ TCTAGATTAAGCTCGAGATCTGAGTCCGG TCTAGA TTAAGCTCGAGATCTGAGTCCGG 2626 YFP β-actin 3’UTR FYFP β-actin 3′UTR F XbaⅠXbaⅠ CCCTCTAGATAGGCGGACTATGACTTAGTTGCGTCCC TCTAGA TAGGCGGACTATGACTTAGTTGCGT 2727 YFP β-actin 3’UTR RYFP β-actin 3′UTR R ApaⅠApaⅠ GCGGGGCCCTCATTTTTAAGGTGTGCACTTTTAGCG GGGCCC TCATTTTTAAGGTGTGCACTTTTA 2828

골육종 U2OS 세포에 YFP 컨스트럭트를 형질감염하여 단백질 발현 효율을 웨스턴블랏으로 분석하였다. 사용한 항체는 다음과 같다: anti-FLAG M2 (F3165, Sigma-aldrich), anti-GFP (SC-126, Santacruz) 및 anti-β-actin (ab6276, Abcam).Osteosarcoma U2OS cells were transfected with the YFP construct, and protein expression efficiency was analyzed by Western blot. Antibodies used were as follows: anti-FLAG M2 (F3165, Sigma-aldrich), anti-GFP (SC-126, Santacruz) and anti-β-actin (ab6276, Abcam).

그 결과, 역시 5'UTR과 UTR-1이 모두 존재하는 경우 및 5'UTR과 UTR-2이 모두 존재하는 경우에 발현 효율이 높았으며, β-액틴의 3'UTR보다도 더 높은 효율을 보였다(도 2b).As a result, the expression efficiency was high when both 5'UTR and UTR-1 were present and when both 5'UTR and UTR-2 were present, and showed higher efficiency than 3'UTR of β-actin ( Fig. 2b).

골육종 U2OS 세포에 YFP 컨스트럭트를 형질감염하여 YFP 형광을 관찰하는 면역형광 분석을 수행하고, 결과를 도 2c에 나타내었다. YFP 코딩 영역만 있을 경우, 세포질과 핵에 모두 발현이 되지만, 세포질에서 보다 핵에서의 발현이 약간 더 높은 것을 관찰하였다. 5'UTR + YFP (UTR-0)의 경우, YFP 코딩 영역만 있을 때 보다 핵에서 관찰되는 비율이 높음을 알 수 있었다. 5'UTR + YFP + UTR-1의 경우 및 5'UTR + YFP + UTR-2의 경우, YFP 코딩영역만 있을 때와 같이 핵과 세포질 모두에서 발현되는 것을 관찰하였다. 특히 5'UTR + YFP + UTR-2는 YFP가 핵부터 세포질 전반에 걸쳐 끝까지 발현되는 것을 관찰할 수 있었다(도 2c). Osteosarcoma U2OS cells were transfected with YFP constructs, and immunofluorescence analysis was performed to observe YFP fluorescence. The results are shown in FIG. 2C. When only the YFP coding region is present, expression is expressed in both the cytoplasm and nucleus, but slightly higher expression in the nucleus than in the cytoplasm was observed. In the case of 5'UTR + YFP (UTR-0), it was found that the ratio observed in the nucleus was higher than when only the YFP coding region was present. In the case of 5'UTR + YFP + UTR-1 and 5'UTR + YFP + UTR-2, expression was observed in both the nucleus and cytoplasm, as in the case of only the YFP coding region. In particular, in the case of 5'UTR + YFP + UTR-2, it was observed that YFP was expressed from the nucleus all the way to the cytoplasm (Fig. 2c).

YFP 단백질의 세포의 위치에 따라 핵(N)과 세포질(C)의 분포도를 정량하고 그 결과를 도 2d에 나타내었다. 5'UTR + YFP (UTR-0)의 경우를 제외한 나머지 모든 경우에서, YFP 단백질은 핵과 세포질에 대략 6:4 비율로 분포하는 것을 알 수 있었다 (도 2d). The distribution of YFP protein in the nucleus (N) and cytoplasm (C) was quantified according to the location of the cell, and the results are shown in FIG. 2d. In all cases except for the case of 5'UTR + YFP (UTR-0), YFP protein was found to be distributed in the nucleus and cytoplasm in an approximately 6:4 ratio (Fig. 2d).

핵에서부터 YFP 형광이 발현되는 세포질의 거리를 정량하고, 그 결과를 도 2e에 나타내었다. 도 2d에서와 같이 분포도만을 정량한 경우에는 β-카테닌 3'UTR 이형체에 따른 차이를 알 수 없었지만, 도 2e와 같이 세포질의 거리를 정량한 결과 면역형광 분석 결과 이미지와 같이 5'UTR + YFP + UTR-2의 경우에 YFP가 세포 끝까지 발현되어, 단백질이 발현되는 세포질의 거리가 가장 긴 것을 알 수 있었다(도 2e). The distance from the nucleus to the cytoplasm where YFP fluorescence is expressed was quantified, and the results are shown in FIG. 2e. When only the distribution was quantified as in FIG. 2d, no difference was found according to the β-catenin 3'UTR isoform, but as shown in FIG. In the case of +UTR-2, YFP was expressed to the end of the cell, and it was found that the distance in the cytoplasm where the protein was expressed was the longest (FIG. 2e).

이를 통하여 β-카테닌 3'UTR의 발현 효율이 뛰어나다는 것과, 특히 UTR-2 mRNA가 세포의 형태 및 발현 위치에 중요한 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있었다. Through this, it was confirmed that the expression efficiency of β-catenin 3'UTR was excellent, and that UTR-2 mRNA, in particular, had a significant effect on cell morphology and expression location.

실시예 3: β-카테닌 UTR 루시페레이스 리포터를 이용한 β-카테닌 UTR 유형에 따른 발현 효율 분석Example 3: Expression efficiency analysis according to β-catenin UTR type using β-catenin UTR luciferase reporter

실시예 2에서와 같이 β-카테닌 3'UTR 이형체 종류에 따른 세포 내 발현 위치가 상이함은 단백질의 발현이 3'UTR에 의해 조절될 수 있음을 시사한다. 그 가능성을 입증하기 위하여, 루시페레이스 리포터(luciferase reporter)를 제작하여 β-카테닌 3'UTR의 발현 효율을 확인하였다(도 3).As in Example 2, the difference in the intracellular expression location according to the type of β-catenin 3'UTR isoform suggests that protein expression can be regulated by the 3'UTR. To prove the possibility, a luciferase reporter was constructed to confirm the expression efficiency of β-catenin 3'UTR (FIG. 3).

β-카테닌 UTR 루시페레이스(luciferase) 리포터를 제작하기 위하여, 하기 표 3에 나열된 루시페레이스 어세이용 프라이머를 사용하여 SW480 세포의 β-카테닌 mRNA에서 RT-PCR로 5'UTR 및 3 개의 3'UTR(UTR-1, UTR-2, UTR-3)을 증폭하였다. 5'UTR PCR 산물을 HindⅢ와 NcoⅠ 효소로 절단하고 pGL3/Luc 벡터에서 루시페레이스 유전자의 업스트림(upstream) 내로 클로닝하였다. 3 개의 각 3'UTR PCR 산물들은 XbaI 효소로 절단하여 pGL3/Luc 벡터에서 루시페레이스 유전자의 다운스트림(downstream) 내로 클로닝하였다. 그리고 5'UTR 및 3 개의 각 3'UTR을 포함하는 β-카테닌 루시페레이스 리포터를 구축하기 위해, 위에서 제작한 3 개의 3'UTR 클론에서 In-Fusion 프라이머를 사용하여 In-Fusion HD Cloning PCR 방법으로 증폭하였다. PCR 산물들을 XbaI 효소로 절단하고, pGL3/Luc β-카테닌 5'UTR 클론의 루시페레이스 유전자의 다운스트림 내로 클로닝하였다.To construct a β-catenin UTR luciferase reporter, 5'UTR and three 3' 5'UTR and three 3' luciferase reporters were prepared by RT-PCR from β-catenin mRNA in SW480 cells using the primers for luciferase assay listed in Table 3 below. UTRs (UTR-1, UTR-2, UTR-3) were amplified. The 5'UTR PCR product was digested with HindIII and NcoI enzymes and cloned into the pGL3/Luc vector upstream of the luciferase gene. Each of the three 3'UTR PCR products were digested with XbaI enzyme and cloned into the pGL3/Luc vector downstream of the luciferase gene. And to construct a β-catenin luciferase reporter containing a 5'UTR and each of the three 3'UTRs, In-Fusion HD Cloning PCR method was performed using In-Fusion primers from the three 3'UTR clones prepared above. amplified by The PCR products were digested with XbaI enzyme and cloned into the pGL3/Luc β-catenin 5'UTR clone downstream of the luciferase gene.

프라이머primer 제한 효소restriction enzyme 서열(5'→3')Sequence (5'→3') 서열번호sequence number β-cat 5'UTR Fβ-cat 5'UTR F HindⅢHind III GGAAGCTTAGGATACAGCGGCTTCTGCGG AAGCTT AGGATACAGCGGCTTCTGC 2929 β-cat 5'UTR Rβ-cat 5'UTR R NcoⅠNcoⅠ GGCCATGGTGTCCACGCTGGATTTTCAGG CCATGG TGTCCACGCTGGATTTTCA 3030 β-cat 3'UTR Fβ-cat 3'UTR F XbaⅠXbaⅠ ATTCTAGAGATACTGACCTGTAAATCATCCAT TCTAGA GATACTGACCTGTAAATCATCC 3131 β-cat 3'UTR Rβ-cat 3′UTR R CATCTAGAAATGAATTAAAAGTTTAATTCTGAACCCA TCTAGA AATGAATTAAAAGTTTAATTCTGAACC 3232 In-Fusion β-cat 3'UTR-1 FIn-Fusion β-cat 3'UTR-1 F GCCGTGTAATTCTAGAATCATCCTTTAGGAGTAACAAGCCGTGTAAT TCTAGA ATCATCCTTTAGGAGTAACAA 3333 In-Fusion β-cat 3'UTR-2 FIn-Fusion β-cat 3'UTR-2F GCCGTGTAATTCTAGA ATCATCCTTTAGCTGTATTGTGCCGTGTAAT TCTAGA ATCATCCTTTAGCTGTATTGT 3434 In-Fusion β-cat 3'UTR-3 FIn-Fusion β-cat 3'UTR-3F GCCGTGTAATTCTAGAATCATCCTTTAGGTAAGAAGTGCCGTGTAAT TCTAGA ATCATCCTTTAGGTAAGAAGT 3535 In-Fusion β-cat 3'UTR RIn-Fusion β-cat 3'UTR R CCGCCCCGACTCTAGACAATCGAATGAATTAAAAGTCCGCCCCGAC TCTAGA CAATCGAATGAATTAAAAGT 3636

β-카테닌 mRNA UTR의 발현 효율을 측정하기 위한 루시페레이스 어세이 실험을 위하여, 인간 배아 신장 HEK293 세포를 12-웰 플레이트에 배양하였다. 세포에 각 pGL3/Luc β-카테닌 UTR 리포터들을 pRL-TK 벡터와 함께 공동 형질감염시켰다. 형질감염시킨 세포를 1×PBS로 세척하여 수확한 뒤, 원심분리로 cell down하여 1×수동 용해 버퍼(passive lysis buffer)(Promega)를 첨가하고 세포를 용해하였다. 용해한 세포를 15 분간 13000 rpm으로 원심분리하여 cell down시키고 상층액에 있는 용해물만 새 튜브로 옮겼다. 그리고 각각의 샘플을 듀얼-루시페레이스 분석 키트 (Promega)를 사용하여 GLOMAX20/20 광도계로 분석하였다.For the luciferase assay to measure the expression efficiency of β-catenin mRNA UTR, human embryonic kidney HEK293 cells were cultured in 12-well plates. Cells were co-transfected with each of the pGL3/Luc β-catenin UTR reporters together with the pRL-TK vector. The transfected cells were harvested by washing with 1×PBS, cell-downed by centrifugation, and 1×passive lysis buffer (Promega) was added to lyse the cells. The lysed cells were centrifuged at 13000 rpm for 15 minutes to down the cells, and only the lysate in the supernatant was transferred to a new tube. And each sample was analyzed with a GLOMAX20/20 photometer using the dual-luciferase assay kit (Promega).

그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에 나타난 바와 같이, 3’UTR만 존재하는 경우, 이형체 별 발현 효율은 대체로 낮고 각 이형체 사이에 큰 차이가 없었음을 알 수 있었다. 반면, 5’UTR이 존재하는 경우에는 3’UTR만 존재하는 경우보다는 발현 효율이 높았으며, 실제 세포 상황과 유사하게 5’UTR과 3’UTR이 같이 존재하는 경우, 발현 효율이 현저하게 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 5’UTR과 UTR-1이 같이 존재하는 경우 및 5’UTR과 UTR-2가 같이 존재하는 경우에 발현 효율이 더욱 증가하였으며, 그에 반해 5’UTR과 UTR-3의 경우에는 발현 효율이 증가하는 정도가 낮았다 (도 3). 따라서, UTR-1 및 UTR-2 mRNA가 발현 효율을 증진시키는 데 중요한 역할을 함을 확인할 수 있었다.The results are shown in Figure 3. As shown in FIG. 3, when only the 3'UTR is present, the expression efficiency for each isoform is generally low and there is no significant difference between each isoform. On the other hand, when 5'UTR is present, the expression efficiency is higher than when only 3'UTR is present, and similar to the actual cell situation, when 5'UTR and 3'UTR are present together, expression efficiency is significantly increased. could confirm that In particular, the expression efficiency increased further when 5'UTR and UTR-1 coexist and when 5'UTR and UTR-2 coexist, whereas in the case of 5'UTR and UTR-3, expression efficiency The degree of increase was low (Fig. 3). Accordingly, it was confirmed that UTR-1 and UTR-2 mRNAs play an important role in enhancing expression efficiency.

실시예 4: β-카테닌 3’UTR 단편(fragment) 루시페레이스 리포터를 이용한 발현 효율 증진 요소(element) 분석Example 4: Analysis of expression efficiency enhancing elements using β-catenin 3'UTR fragment luciferase reporter

β-카테닌 3’UTR mRNA 중에서도 어느 부분이 발현 효율을 증진시키는 데 가장 큰 역할을 하는 조절 요소(element)인지 확인하기 위하여, UTR-1 및 UTR-2을 단편화(fragmentation)하고, 루시페레이스 리포터 발현 컨스트럭트를 제작하였다 (도 4). In order to identify which part of β-catenin 3'UTR mRNA is the regulatory element that plays the greatest role in enhancing expression efficiency, UTR-1 and UTR-2 were fragmented, and luciferase reporter Expression constructs were constructed (FIG. 4).

단편으로는 F1(fragment 1, 서열번호 9, E16A 부위 전체), F2(fragment 2, 서열번호 10, E16B 부위의 일부), F3(fragment 3, 서열번호 11, E16B 부위의 일부) 및 F4(fragment 4, 서열번호 12, E16B 부위의 일부)을 제작하였다.Fragments include F1 (fragment 1, SEQ ID NO: 9, the entire E16A region), F2 (fragment 2, SEQ ID NO: 10, part of the E16B region), F3 (fragment 3, SEQ ID NO: 11, part of the E16B region) and F4 (fragment 4, SEQ ID NO: 12, part of the E16B region) was prepared.

F1, F2, F3 및 F4는 해당 F 및 R 프라이머를 사용하여 DNA를 증폭한 후, XbaI, SalI 효소로 절단하고, 위에서 제작한 pGL3/Luc 클론과 pGL3/Luc β-카테닌 5’UTR 클론에 삽입하였다. DNA 증폭을 위해서 pCS2 β-cat 5’UTR 3xFLAG β-cat CR+3’UTR-3 클론을 주형으로 사용하였다. 사용한 프라이머는 하기 표 4에 나타내었다.For F1, F2, F3, and F4, DNA was amplified using the corresponding F and R primers, digested with XbaI and SalI enzymes, and inserted into pGL3/Luc clone and pGL3/Luc β-catenin 5'UTR clone prepared above did For DNA amplification, the pCS2 β-cat 5'UTR 3xFLAG β-cat CR+3'UTR-3 clone was used as a template. Primers used are shown in Table 4 below.

프라이머primer 제한효소restriction enzyme 서열(5’→3’)Sequence (5'→3') 서열번호sequence number Luc 3’UTR-2 F1 FLuc 3’UTR-2 F1 F XbaⅠXbaⅠ CCCTCTAGACTGTATTGTCTGAACTTGCATTCCC TCTAGA CTGTATTGTCTGAACTTGCATT 3737 Luc 3’UTR-2 F1 RLuc 3’UTR-2 F1 R SalⅠSalⅠ CCCGTCGACGAGAGACTTAAAAAACAGTTACTGCCCC GTCGAC GAGAGACTTAAAAAACAGTTACTGC 3838 Luc 3’UTR-1 F2 FLuc 3’UTR-1 F2 F XbaⅠXbaⅠ CCCTCTAGAGAGTAACAATACAAATGGATTTTGCCC TCTAGA GAGTAACAATACAAATGGATTTTG 3939 Luc 3’UTR-1 F2 RLuc 3’UTR-1 F2 R SalⅠSalⅠ CCCGTCGACTGTTCTACACCATTACTCAATTCTCCC GTCGAC TGTCTACACCATTACTCAATTCT 4040 Luc 3’UTR-1 F3 FLuc 3’UTR-1 F3 F XbaⅠXbaⅠ CCCTCTAGAGTAACTGTTTTTTAAGTCTCTCGTCCC TCTAGA GTAACTGTTTTTTAAGTCTCTCGT 4141 Luc 3’UTR-1 F3 RLuc 3’UTR-1 F3 R SalⅠSalⅠ CCCGTCGACACACCTCTTACTGATTTACCCTACCC GTCGAC ACACCTCTTACTGATTTACCCTA 4242 Luc 3’UTR-1 F4 FLuc 3’UTR-1 F4 F XbaⅠXbaⅠ CCCTCTAGATGGTCCAATTAGTTTCCTTTTTAACCC TCTAGA TGGTCCAATTAGTTTCCTTTTTAA 4343 Luc 3’UTR-1 F4 RLuc 3’UTR-1 F4 R SalⅠSalⅠ CCCGTCGACCAATCGAATGAATTAAAAGTTTACCC GTCGAC CAATCGAATGAATTAAAAGTTTA 4444

HEK293 세포에 상기 단편 발현 컨스트럭트를 형질감염시켜 단백질 발현을 분석한 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에 나타난 바와 같이, 대체로 3'UTR 단편(fragment)들이 존재하는 경우의 번역 효율은 대조군과 유사한 정도로 낮았으나, 3'UTR의 F3가 존재하는 경우에는 발현 효율이 매우 높았음을 알 수 있었다. 반면, 5'UTR이 존재하는 경우에는 3'UTR 단편만이 존재하는 경우보다 발현 효율이 증가하는 것을 알 수 있었다. 특히, 5'UTR; 및 3'UTR의 F2 또는 F3가 같이 존재하는 경우, 발현 효율이 증가하였으며, 특히, 5'UTR과 F3가 같이 존재하는 경우 발현 효율이 매우 높았다. 따라서, 3'UTR 단편 중 F3가 발현 효율 증진에 가장 중요한 요소임을 알 수 있었다. HEK293 cells were transfected with the fragment expression construct and protein expression was analyzed. The results are shown in FIG. 4 . As shown in FIG. 4, the translation efficiency when 3'UTR fragments were present was similar to that of the control group, but the expression efficiency was very high when 3'UTR F3 was present. . On the other hand, it was found that the expression efficiency increased when the 5'UTR was present than when only the 3'UTR fragment was present. In particular, 5'UTR; And when F2 or F3 of the 3'UTR are present together, the expression efficiency is increased. In particular, when the 5'UTR and F3 are present together, the expression efficiency is very high. Accordingly, it was found that among the 3'UTR fragments, F3 is the most important factor in enhancing expression efficiency.

실시예 5: FLAG YFP + 3'UTR 단편(fragment) 리포터를 통한 발현 효율 증진 및 위치 조절 요소(element) 분석Example 5: FLAG YFP + 3'UTR Fragment Expression Efficiency Enhancement and Location Control Element Analysis through a Reporter

상술한 실시예 2에서는 5'UTR + YFP + UTR-2의 경우에 단백질이 세포 끝까지 발현되어 UTR-2가 세포의 형태 및 발현 위치에 가장 중요한 영향을 미치는 요소임을 확인하였으며, 상술한 실시예 3에서는 UTR-2가 발현 효율에도 중요한 역할을 하는 요소임을 확인할 수 있었다. 본 발명자들은, UTR-2는 3'UTR의 이형체 중 유일하게 E16A를 포함하므로, 3' UTR 단편 중 E16A에 해당하는 단편인 F1이 UTR-2과 같이 세포의 형태 및 발현 위치에 중요한 영향을 미칠 것으로 예상하였다.In the above-described Example 2, in the case of 5'UTR + YFP + UTR-2, the protein was expressed to the end of the cell, confirming that UTR-2 is the most important factor influencing the cell shape and expression location. confirmed that UTR-2 is a factor that plays an important role in expression efficiency. The present inventors found that UTR-2 is the only 3'UTR isoform that contains E16A, so F1, a fragment corresponding to E16A among 3'UTR fragments, has an important effect on cell morphology and expression location like UTR-2. expected to go crazy.

이러한 F1과, 실시예 4에서 발현 효율이 높았던 F3을 이용하여 YFP 컨스트럭트를 제작하였다 (도 5a). 해당 Forward 및 Reverse 프라이머를 사용하여 DNA를 증폭한 후, XbaI, ApaI 효소로 절단하고, 실시예 2의 pCS2 β-cat 5'UTR 3xFLAG YFP 클론에 삽입하였다. DNA 증폭을 위해서 pCS2 β-cat 5'UTR 3xFLAG β-cat CR+3'UTR-3클론을 주형으로 사용하였다. 사용한 프라이머는 하기 표 5에 나타내었다.A YFP construct was prepared using F1 and F3, which had high expression efficiency in Example 4 (FIG. 5a). After amplifying the DNA using the corresponding Forward and Reverse primers, it was digested with XbaI and ApaI enzymes, and inserted into the pCS2 β-cat 5'UTR 3xFLAG YFP clone of Example 2. For DNA amplification, the pCS2 β-cat 5'UTR 3xFLAG β-cat CR+3'UTR-3 clone was used as a template. Primers used are shown in Table 5 below.

프라이머primer 제한효소restriction enzyme 서열(5’→3’)Sequence (5'→3') 서열번호sequence number YFP 3’UTR-2 F1 FYFP 3’UTR-2 F1 F XbaⅠXbaⅠ ATATCTAGACTGTATTGTCTGAACTTGCATTATA TCTAGA CTGTATTGTCTGAACTTGCATT 4545 YFP 3’UTR-2 F1 RYFP 3’UTR-2 F1 R ApaⅠApaⅠ ATAGGGCCCGAGAGACTTAAAAAACAGTTACTGCATA GGGCCC GAGAGACTTAAAAAACAGTTACTGC 4646 YFP 3’UTR-1 F3 FYFP 3’UTR-1 F3 F XbaⅠXbaⅠ CCCTCTAGAGTAACTGTTTTTTAAGTCTCTCGTCCC TCTAGA GTAACTGTTTTTTAAGTCTCTCGT 4747 YFP 3’UTR-1 F3 RYFP 3′UTR-1 F3 R ApaⅠApaⅠ CGCGGGCCCTAGGGTAAATCAGTAAGAGGTGTCGC GGGCCC TAGGGTAAATCAGTAAGAGGTGT 4848 YFP 3’UTR-1 F1+F3 FYFP 3’UTR-1 F1+F3 F ApaⅠApaⅠ ATAGGGCCCGTAACTGTTTTTTAAGTCTCTCGTATA GGGCCC GTAACTGTTTTTTAAGTCTCTCGT 4949 YFP 3’UTR-1 F1+F3 RYFP 3’UTR-1 F1+F3 R KpnⅠKpnⅠ ATAGGTACCTAGGGTAAATCAGTAAGAGGTGTATA GGTACC TAGGGTAAATCAGTAAGAGGTGT 5050 ApaⅠ deletion FApaⅠ deletion F .. GTCCTTTTTGGTCGAGGTAACTGTTTTTTAAGGTCCTTTTTGGTCGAGGTAACTGTTTTTTAAG 5151 ApaⅠ deletion RApaⅠ deletion R .. CTTAAAAAACAGTTACCTCGACCAAAAAGGACCTTAAAAAACAGTTACCTCGACCAAAAAGGAC 5252

골육종 U2OS 세포에 상기 단편 발현 컨스트럭트를 형질감염시키고 웨스턴블랏으로 단백질 발현을 분석한 결과, UTR-1의 단편 중 F3이 가장 발현 효율이 높은 것을 확인할 수 있었다(도 5b). Osteosarcoma U2OS cells were transfected with the fragment expression construct, and protein expression was analyzed by western blot. As a result, it was confirmed that among the UTR-1 fragments, F3 had the highest expression efficiency (FIG. 5b).

단백질이 발현되어 세포외 소포를 통해 얼마나 분비되는지 분석하기 위하여, 골육종 U2OS 세포에 상기 단편 발현 컨스트럭트를 형질감염시키고 나서 세포 배지를 모아 센트리콘 필터(centricon filter)를 통해 단백질을 농축하고, 그 결과를 도 5c에 나타내었다. 단백질 발현이 높았던 F3이 세포밖으로도 높은 양의 단백질이 분비되는 것을 관찰하였으며, F1+F3의 경우에도 F3에 비해 양은 적지만 마찬가지의 결과를 관찰하였다 (도 5c).In order to analyze how much protein is expressed and secreted through extracellular vesicles, osteosarcoma U2OS cells are transfected with the fragment expression construct, and then the cell medium is collected and the protein is concentrated through a centricon filter. The results are shown in Figure 5c. It was observed that F3, which had high protein expression, secreted a high amount of protein out of the cells, and in the case of F1+F3, the same result was observed, although the amount was smaller than that of F3 (FIG. 5c).

세포내 단백질의 발현 위치를 분석하기 위하여, U2OS 세포에 상기 단편 발현 컨스트럭트를 형질감염시켜 세포질과 핵의 단백질을 따로 분리하는 세포분획법을 수행하고, 그 결과를 도 5d에 나타내었다. UTR이 없는 경우 (1: YFP), UTR 단편보다 발현이 매우 낮았으며, 도 5b의 결과처럼 F3의 발현이 높은 것을 확인할 수 있었다. 다만, 세포질 추출물(Cytoplasmic extract)에서 F3(3: 5'UTR + YFP + F3)가 아래 밴드가 많이 검출되어, F3의 단백질 분해 활성이 높음을 알 수 있었다. 반면, 세포질 추출물에서 F1(2: 5'UTR + YFP + F1)은 F3 보다 아래 밴드의 검출이 적은 것으로 관찰되어, 단백질 분해 활성이 낮은 것으로 확인되었다. F1+F3의 경우(4: 5'UTR + YFP + F1+F3), F3만 존재하는 경우보다 단백질 분해활성이 감소되는 것이 관찰되었다(도 5d).In order to analyze the expression location of the intracellular protein, U2OS cells were transfected with the fragment expression construct, and cell fractionation was performed to separate cytoplasmic and nuclear proteins separately, and the results are shown in FIG. 5D. In the case of no UTR (1: YFP), the expression was much lower than that of the UTR fragment, and as shown in FIG. 5B , it was confirmed that the expression of F3 was high. However, many bands below F3 (3: 5'UTR + YFP + F3) were detected in the cytoplasmic extract, indicating high proteolytic activity of F3. On the other hand, in the cytoplasmic extract, F1 (2: 5'UTR + YFP + F1) was observed to have less detection of the lower band than F3, confirming that the proteolytic activity was low. In the case of F1 + F3 (4: 5'UTR + YFP + F1 + F3), it was observed that the proteolytic activity was reduced compared to the case where only F3 was present (FIG. 5d).

이와 같이, 본 발명자들은 F3의 단백질 발현 효율이 높다는 점, F1은 세포질에서 단백질 분해 활성이 낮다는 점을 규명하였고, 이는 상술한 두 단백질을 조합한 F1+F3의 단백질이 세포질에서 안정적으로 발현될 가능성을 제시한다.As such, the present inventors have identified that F3 has high protein expression efficiency and F1 has low proteolytic activity in the cytoplasm, which means that the F1 + F3 protein, which is a combination of the above two proteins, can be stably expressed in the cytoplasm. present the possibility

실시예 6: FLAG YFP + 3'UTR 단편(fragment) 리포터를 통한 발현 위치 조절 요소(element) 분석Example 6: Analysis of expression position control elements through FLAG YFP + 3'UTR fragment reporter

상기 실시예 5에서 분석한 결과를 바탕으로 U2OS 세포에 상기 단편 발현 컨스트럭트를 형질감염시켜 YFP 형광을 관찰하는 면역형광 분석을 수행하고, 그 결과를 도 6a에 나타내었다. 도 6a에 나타난 바와 같이, 모든 컨스트럭트가 핵에서 많이 발현되었지만, 세포질에서의 관찰되는 양상은 달랐다. UTR이 없는 경우 (UTR-0)와 F3의 경우, 핵 주변으로 과립(granule)이 관찰되었다. 반면에, F1의 경우, 핵에서 멀리 떨어져 있는 세포질과 세포의 바깥 멤브레인까지 관찰되었으며, F1+F3의 조합의 경우에도 마찬가지로 관찰이 되었다. Based on the analysis results in Example 5, U2OS cells were transfected with the fragment expression construct, and immunofluorescence analysis was performed to observe YFP fluorescence. The results are shown in FIG. 6A. As shown in Figure 6a, all constructs were highly expressed in the nucleus, but the pattern observed in the cytoplasm was different. In the case of no UTR (UTR-0) and F3, granules were observed around the nucleus. On the other hand, in the case of F1, the cytoplasm far from the nucleus and the outer membrane of the cell were observed, and the same was observed in the case of the combination of F1+F3.

핵에서부터 세포질의 과립(granule)까지 YFP 형광 발현의 거리를 정량하였을 때, F1 또는 F1+F3가 존재하는 경우 발현된 단백질의 위치가 가장 핵으로부터 멀었음을 확인할 수 있었다(도 6b). When the distance of YFP fluorescence expression from the nucleus to the cytoplasmic granule was quantified, it was confirmed that the location of the expressed protein was the farthest from the nucleus in the presence of F1 or F1+F3 (FIG. 6b).

이와 같이, 본 발명자들은 상술한 실시예들을 통하여 F1+F3의 경우 목적 단백질의 세포질 또는 세포막으로의 이동이 촉진되고, 이에 따라 안정적으로 세포외까지 분비될 수 있음을 규명 및 입증하였다.As such, the present inventors identified and demonstrated through the above-described examples that in the case of F1+F3, movement of the target protein to the cytoplasm or cell membrane is promoted, and thus it can be stably secreted to the extracellular region.

Claims (10)

다음을 포함하는 mRNA 분자:
(a) 목적 단백질을 코딩하는 코딩 영역;
(b) 상기 코딩 영역의 5'말단에 결합된 β-카테닌의 5'UTR(untranslated region); 및
(c) 상기 코딩 영역의 3'말단에 결합된 β-카테닌의 3'UTR의 단편으로서, 상기 3'UTR의 단편은 서열번호 13의 RNA 서열을 포함하는 것인, 단편.
mRNA molecules including:
(a) a coding region encoding a protein of interest;
(b) a 5' untranslated region (UTR) of β-catenin linked to the 5' end of the coding region; and
(c) a fragment of the 3'UTR of β-catenin linked to the 3'end of the coding region, wherein the fragment of the 3'UTR comprises the RNA sequence of SEQ ID NO: 13.
제1항에 있어서, 상기 5'UTR은 서열번호 1의 RNA 서열을 포함하는 것인, mRNA 분자.
The mRNA molecule according to claim 1, wherein the 5'UTR comprises the RNA sequence of SEQ ID NO: 1.
제1항 또는 제2항의 mRNA 분자를 코딩하는 핵산 분자.
A nucleic acid molecule encoding the mRNA molecule of claim 1 or 2.
제3항의 핵산 분자를 포함하는 발현 컨스트럭트.
An expression construct comprising the nucleic acid molecule of claim 3.
제4항의 발현 컨스트럭트를 포함하는 재조합 벡터.
A recombinant vector comprising the expression construct of claim 4.
제5항의 재조합 벡터를 포함하는 분리된 숙주세포.
An isolated host cell comprising the recombinant vector of claim 5.
목적 단백질을 코딩하는 RNA 서열의 5'말단 및 3'말단에 각각 β-카테닌의 5'UTR 및 β-카테닌의 3'UTR의 단편을 결합시키는 단계를 포함하는, 목적 단백질의 발현 효율이 증진되고 목적 단백질의 세포질 또는 세포막으로의 이동이 촉진되는 mRNA 분자의 제조 방법으로서, 상기 3'UTR의 단편은 서열번호 13의 RNA 서열을 포함하는 것인, 제조 방법.
Linking fragments of the 5'UTR of β-catenin and the 3'UTR of β-catenin to the 5' end and 3' end of the RNA sequence encoding the target protein, respectively, to improve the expression efficiency of the target protein A method for producing an mRNA molecule that promotes the movement of a target protein into the cytoplasm or cell membrane, wherein the 3'UTR fragment comprises the RNA sequence of SEQ ID NO: 13.
제7항에 있어서, 상기 mRNA 분자는 시험관 내 전사(in vitro transcription)를 통하여 제조되는 것인, 목적 단백질의 발현 효율이 증진되고 목적 단백질의 세포질 또는 세포막으로의 이동이 촉진되는 mRNA 분자의 제조 방법.The method of claim 7, wherein the mRNA molecule is prepared by in vitro transcription, and the expression efficiency of the target protein is enhanced and the movement of the target protein to the cytoplasm or cell membrane is promoted. . 삭제delete 삭제delete
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