KR102591441B1 - 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드 및 이를 포함하는 세포외 소포체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세포외 소포체 내로 목적 폴리펩타이드가 탑재되도록 유도하는 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드 및 이를 포함하는 세포외 소포체에 관한 것이다. 본 발명에 따른 펩타이드는 목적 폴리펩타이드에 결합되어 목적 폴리펩타이드가 세포외 소포체 내에 탑재되도록 유도하고, 또한, 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 결합된 목적 폴리펩타이드가 배출되어 표적 세포 내로 전달하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 목적 폴리펩타이드가 세포외 소포체 내로 탑재되는 것을 유도하는 펩타이드 서열과 이를 포함하는 세포외 소포체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 목적 폴리펩타이드가 세포외 소포체 내로 탑재되도록 유도하고, 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 결합된 목적 폴리펩타이드를 포함하는 세포외 소포체가 표적 세포 내로 전달되도록 하는 펩타이드에 관한 것이다.
세포외 소포체(extracellular vesicle; EV)는 세포에서 유래되는 세포보다 작은 단위의 인지질 이중층으로 둘러싸인 작은 구체를 말하는 것으로 모든 종류의 체액에 존재한다. 세포외 소포체는 세포의 주요 성분인 핵산 및 단백질을 포함하여 세포간 소통의 주요 수단이며 최근에는 새로운 약물 전달 방식으로 이용될 수 있다는 가능성에 주목받고 있다. 다른 약물 전달 방식과 크게 비교되는 장점으로는 개개인의 면역 체계의 저항을 받지 않고, 세포막과 같은 자연적인 장벽들에 크게 영향을 받지 않으며, 특정 세포로의 선택성을 가지게 할 수 있다는 점 등이 있다.
세포외 소포체는 그 명칭이 만들어지는 세포의 기원이나 만들어지는 방법에 따라 매우 다양하다. 세포에서 만들어지는 방법에 따라 엑소좀(exosomes), 미세소포(microvesicles), 엑토좀(ectosomes), 마이크로파티클(microparticles), 막 소포체(membrane vesicles), 나노베시클(nanovesicles), 외막 소포체(outer membrane vesicles) 등으로 분류된다. 세포외 소포체 중에서 엑소좀 및 미세소포는 새로운 약물 전달 수단으로서 주목받고 있으며, 특히 엑소좀을 이용한 연구가 많이 진행되고 있다.
엑소좀은 세포 내로 함입된 세포막으로부터 만들어진다. 세포 내 이입 (endocytosis)을 통하여 세포막이 세포 안 쪽으로 함입되면 초기 엔도좀(early sorting endosome, ESE)이 형성되고, 초기 엔도좀은 소포체(endoplasmic reticulum, ER)나 골지체(trans-golgi network, TGN) 등과 결합할 수 있다. 초기 엔도좀은 후기 엔도좀(late sorting endosome, LSE)을 형성한 후, 다른 세포질 내 물질들을 엔도좀으로 가져오거나 엔도좀 내의 물질을 세포질 내로 내보내면서 강내소포(intraluminal vesicle)를 포함하는 다중소포체(multivesicular bodies, MVB)를 형성한다. 다중소포체는 자가포식소체(autophagosome)와 결합한 후, 리소좀 (lysosome)과 결합하여 분해되거나 세포 막의 안쪽에 결합하여 강내소포를 세포밖으로 내보낸다. 이렇게 내보내진 강내소포를 엑소좀이라 칭한다. 엑소좀을 분리 및 정제하기 위한 표지자로는 CD9, CD37, CD53, CD63, CD81, CD82, Flotillin1, Flotillin2, ALIX, TSG101, Syntenin, HSP70 또는 HSP90 등이 있다. 엑소좀은 세포와 세포사이를 오가며 다양한 기능을 수행한다. 엑소좀은 세포내 다양한 소기관들과 상호작용하는데, 그 결과로 엑소좀은 내부에 단백질, DNA 또는 RNA 등 세포 구성물을 포함할 뿐만 아니라 아미노산이나 기타 대사산물들을 포함하기도 한다. 이를 통해 엑소좀은 세포 간의 상호작용을 통해서 생식, 발생, 면역 반응 또는 암을 포함한 다양한 질병의 발생 등에서 중요한 역할을 한다. 엑소좀의 진단과 치료 목적으로의 이용 방안이 활발하게 연구되고 있고, 엑소좀이 포함하는 DNA, RNA 또는 단백질 등의 분석에 따른 암 진단 가능성은 최근 매우 활발하게 제시되고 있다. 또한, 엑소좀은 새로운 약물 전달 수단으로 주목받고 있다. 엑소좀은 리포좀 (liposome)에 비해 세포내로 더 쉽게 들어갈 수 있고 면역 체계의 저항을 거의 받지 않으며, 엑소좀의 막 표면에 존재하는 풍부한 양의 리간드(ligand)는 수용체를 통한 세포 특이적 전달 가능성을 보여주고 있다.
미세소포는 세포막이 세포의 바깥쪽으로 돌출되어 나오면서 형성된다. 대표적으로는 혈소판과 적혈구에서 만들어지는 미세소포들이 있는데 이들은 세포가 활성화되거나 전단 응력(shear stress)이 가해지거나 세포 사멸이 이루어질 때 만들어진다. 미세소포는 생성되는 위치 및 기작과 크기 등에서 차이점이 있기에 엑소좀과 구별될 수 있으나, 그 생물학적 특성에서 엑소좀과 유사한 부분이 많다. 미세소포 또한 유래한 세포의 세포막과 구성이 비슷하기 때문에 면역체계의 영향을 거의 받지 않고 세포 내로 쉽게 들어갈 수 있으며 세포 특이적 전달의 가능성을 보여주고 있다.
본 발명자들은 세포외 소포체를 약물전달자로 활용하기 위한 여러 방안을 연구한 결과, 목적 폴리펩타이드가 세포외 소포체 내로 탑재되도록 유도하는 11개의 짧은 아미노산 서열로 이루어진 펩타이드를 제작하고 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 아미노산 서열의 3번 위치는 시스테인이고, 6번 위치는 세린이고, 7번 위치는 라이신을 포함한 양전하를 띄는 아미노산 또는 알라닌이며, 목적 폴리펩타이드에 결합하여 목적 폴리펩타이드가 세포외 소포체 내로 탑재되는 것을 유도하는 펩타이드를 제공한다.
본 발명은 또한, 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드 및 목적 폴리펩타이드를 포함하는 융합 단백질을 제공한다. 상기 목적 폴리펩타이드는 그 자체로 활성물질이거나 단백질, 핵산, 합성 화합물 등을 포함하는 활성물질을 전달하기 위한 운반체일 수 있다.
본 발명은 또한, 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 결합된 목적 폴리펩타이드를 포함하는 세포외 소포체를 제공한다.
본 발명은 또한, 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드를 코딩하는 핵산, 상기 핵산을 포함하는 발현 벡터 및 상기 발현 벡터를 포함하는 숙주 세포를 제공한다.
본 발명은 또한, 목적 폴리펩타이드가 세포외 소포체 내로 탑재되는 것을 유도하는 펩타이드 및 목적 폴리펩타이드를 포함하는 세포외 소포체를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 목적 폴리펩타이드를 포함하는 세포외 소포체를 표적 세포 내로 전달하는 방법을 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 아미노산 서열의 3번 위치는 시스테인이고, 6번 위치는 세린이고, 7번 위치는 라이신을 포함한 양전하를 띄는 아미노산 또는 알라닌이며, 목적 폴리펩타이드에 결합하여 목적 폴리펩타이드가 세포외 소포체 내로 탑재되는 것을 유도하는 펩타이드를 제공한다.
또한, 본 발명은 하기 식 (1)의 펩타이드 서열을 포함하는 펩타이드:
식 (1)
Xaa1-Xaa2-Cys-Xaa4-Xaa5-Ser-Xaa7-Xaa8-Xaa9-Xaa10-Xaa11
상기 식(1)에서,
Xaa1는 부재하거나 Met이고;
Xaa7은 Lys, Arg 또는 Ala이고;
여기서 식 (1)의 펩타이드는 목적 폴리펩타이드에 결합하여 목적 폴리펩타이드가 세포외 소포체 내로 탑재되는 것을 유도하는 것인 펩타이드를 제공한다.
바람직하게는, 상기 펩타이드는 상기 식 (1)에서,
Xaa1는 부재하거나 Met이고;
Xaa2는 Gly, Ala, Ser 또는 Asp이고;
Xaa4는 Ile, Val, Leu, Cys, Thr, Ser 또는 Ala이고;
Xaa5는 Lys 또는 Arg이고;
Xaa7은 Lys, Ala, Ser, Gly, Thr, Val, Pro, Glu 또는 Arg이고;
Xaa8은 Glu, Asp 또는 Ala이고;
Xaa9는 Asp, Glu, Asn, Gly 또는 Ser이고;
Xaa10은 Lys 또는 Arg이고;
Xaa11은 Ala, Ser, Gly, Thr, Val, Pro 또는 Glu 인 것일 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 펩타이드는 상기 식 (1)에서,
Xaa1는 부재하거나 Met이고;
Xaa2는 Gly이고;
Xaa4는 Ile, Cys, 또는 Thr이고;
Xaa5는 Lys 또는 Arg이고;
Xaa7은 Lys, Ala 또는 Arg이고;
Xaa8은 Glu이고;
Xaa9는 Asp 또는 Asn이고;
Xaa10은 Lys이고;
Xaa11은 Ala 인 것일 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 펩타이드는 상기 식 (1)에서,
Xaa1는 부재하거나 Met이고;
Xaa2는 Gly이고;
Xaa4는 Ile 또는 Cys이고;
Xaa5는 Lys이고;
Xaa7은 Lys 또는 Ala이고;
Xaa8은 Glu이고;
Xaa9는 Asp 또는 Asn이고;
Xaa10은 Lys이고;
Xaa11은 Ala 일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 구체예에서, 상기 펩타이드는 서열번호1 내지 30으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나의 서열과 70% 이상 상동성을 갖는 서열의 펩타이드인 것이 바람직하며, 75% 이상 상동성을 갖는 서열의 펩타이드인 것이 더욱 바람직하며, 80% 이상 상동성을 갖는 서열의 펩타이드인 것이 더욱 바람직하며, 85% 이상 상동성을 갖는 서열의 펩타이드인 것이 더욱 바람직하며, 90% 이상 상동성을 갖는 서열의 펩타이드인 것이 더욱 바람직하며, 95% 이상 상동성을 갖는 서열의 펩타이드인 것이 더욱 바람직하며, 서열번호 1 내지 30으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나로 표시되는 펩타이드인 것이 가장 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 상기 펩타이드와 목적 폴리펩타이드가 결합된 융합 단백질을 제공하고, 목적 폴리펩타이드는 그 자체로 활성물질이거나 단백질, 핵산, 합성 화합물 등을 포함하는 활성물질을 전달하기 위한 운반체인 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명의 실시예는 상기 융합 단백질을 포함하는 세포외 소포체를 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예는 상기 펩타이드를 코딩하는 핵산, 상기 핵산을 포함하는 발현 벡터 및 상기 발현 벡터를 포함하는 숙주세포를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 a) 목적 폴리펩타이드가 세포외 소포체 내로 탑재되는 것을 유도하는 펩타이드를 코딩하는 핵산 및 목적 폴리펩타이드를 코딩하는 핵산을 포함하는 발현 벡터를 제조하는 단계; b) 상기 발현 벡터를 세포외 소포체 생산 세포에 형질감염하는 단계; c) 상기 세포외 소포체 생산 세포를 배양하는 단계; 및 d) 상기 세포외 소포체 생산 세포로부터 배출된 세포외 소포체를 수득하는 단계를 포함하는, 목적 폴리펩타이드가 세포외 소포체 내로 탑재되는 것을 유도하는 펩타이드 및 목적 폴리펩타이드를 포함하는 세포외 소포체를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 a) 목적 폴리펩타이드가 세포외 소포체 내로 탑재되는 것을 유도하는 펩타이드를 코딩하는 핵산 및 목적 폴리펩타이드를 코딩하는 핵산을 포함하는 발현 벡터를 제조하는 단계; b) 상기 발현 벡터를 세포외 소포체 생산 세포에 형질감염하는 단계; c) 상기 세포외 소포체 생산 세포를 배양하는 단계; d) 상기 세포외 소포체 생산 세포로부터 배출된 세포외 소포체를 수득하는 단계; 및 e) 상기 세포외 소포체를 표적 세포에 처리하는 단계를 포함하는 목적 폴리펩타이드를 포함하는 세포외 소포체를 표적 세포 내로 전달하는 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 펩타이드는 서열번호 1 내지 30으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드는 목적 폴리펩타이드에 결합되어 목적 폴리펩타이드가 세포외 소포체 내에 탑재되도록 유도하고, 또한, 해당 세포외 소포체가 표적 세포에 전달되면서 목적 폴리펩타이드가 세포외 소포체로부터 배출되어 표적 세포 내부에서 활성도를 갖도록 하는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드에 의한 목적 폴리펩타이드의 세포외 소포체 탑재 및 전달 과정을 나타내는 모식도이다.
도 2는 세포외 소포체 탑재 유도 서열이 결합된 EGFP 발현 벡터 제조과정을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 사용된 발현벡터의 모식도이다.
도 4는 본 발명에 사용된 재조합 벡터의 형질감염 및 발현을 나타내는 모식도이다.
도 5 및 6은 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드에 의한 목적 폴리펩타이드의 세포질과 세포내 소기관 상에서 위치 변화 양상을 확인한 결과이다.
도 7은 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드에 의한 목적 폴리펩타이드(NanoLuciferase)의 세포질 위치 유도 효과를 확인한 것이다.
도 8 및 9는 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드에 의한 목적 폴리펩타이드의 탑재 효과를 확인한 결과이다.
도 10 및 11은 목적 폴리펩타이드(EGFP, Nanoluciferase)가 탑재된 세포외 소포체가 표적 세포로 전달되는 것을 확인한 것이다.
도 12는 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드에 의해 탑재 유도된 폴리펩타이드의 기능 유지 검증 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 세포외 소포체 탑재 유도 서열이 결합된 EGFP 발현 벡터 제조과정을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 사용된 발현벡터의 모식도이다.
도 4는 본 발명에 사용된 재조합 벡터의 형질감염 및 발현을 나타내는 모식도이다.
도 5 및 6은 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드에 의한 목적 폴리펩타이드의 세포질과 세포내 소기관 상에서 위치 변화 양상을 확인한 결과이다.
도 7은 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드에 의한 목적 폴리펩타이드(NanoLuciferase)의 세포질 위치 유도 효과를 확인한 것이다.
도 8 및 9는 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드에 의한 목적 폴리펩타이드의 탑재 효과를 확인한 결과이다.
도 10 및 11은 목적 폴리펩타이드(EGFP, Nanoluciferase)가 탑재된 세포외 소포체가 표적 세포로 전달되는 것을 확인한 것이다.
도 12는 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드에 의해 탑재 유도된 폴리펩타이드의 기능 유지 검증 결과를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 의해 본 발명이 한정되지 않는다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 명세서에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명에 있어서 용어 “펩타이드(peptide)”는 펩타이드 결합에 의해 아미노산 잔기들이 서로 결합되어 형성된 선형의 분자를 의미하는 것일 수 있다. 본 발명에서 “융합 단백질”은 둘 이상의 단백질 또는 단백질 내 특정 기능을 담당하는 도메인이 각각의 단백질 또는 도메인이 본연의 기능을 담당하도록 연결된 재조합 단백질을 의미할 수 있다. 상기 둘 이상의 단백질 또는 도메인 사이에는 직접 결합되거나 또는 유연한 구조를 갖는 링커 펩타이드를 통해 결합될 수 있다. 본 발명에서는 표적 세포 내로 전달하고자 하는 목적 폴리펩타이드와 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 결합된 형태일 수 있다.
본 발명에 있어서 용어 “벡터(vector)”는 숙주 세포에서 목적 유전자를 발현시키기 위한 수단을 의미하는 것 일 수 있다. 본 발명에 있어서 벡터는 예를 들어, 플라스미드(plasmid) 벡터, 코즈미드(cosmid) 벡터 및 박테리오파아지(bacteriophage) 벡터, 아데노바이러스(adenovirus) 벡터, 레트로바이러스(retrovirus) 벡터 및 아데노-연관 바이러스(adeno-associated virus, AAV) 벡터와 같은 바이러스 벡터를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 융합단백질을 발현시키기 위한 상기 벡터는 목적 폴리펩타이드가 세포외 소포체 내부에 삽입되었는지의 여부를 확인할 수 있는 태그를 상기 목적 폴리펩타이드에 결합시켜서 발현시킬 수 있다. 상기 태그는 목적 단백질의 존재 여부를 확인하기 위한 것이므로, 목적 폴리펩타이드가 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드와 결합된 반대 부위에 결합시킬 수 있는데, 그 예로서, 형광단백질을 태그로 사용하거나, Flag, Myc, HA, V5 등의 펩타이드 태그를 목적 폴리펩타이드의 C-말단 부위에 결합시킬 수 있다. 이 같이 설계된 목적 폴리펩타이드를 세포외 소포체 생산 세포에서 발현시키고, 세포외 소포체가 생산된 후, 상기 태그가 검출되는지의 여부를 확인함으로써, 상기 목적 폴리펩타이드가 세포외 소포체 내부에 포함되었는지의 여부를 확인할 수 있다.
본 발명에서 용어 “세포외 소포체”는 대부분의 원핵생물 및 진핵생물 세포에서 능동적으로 분비되는 지질 이중층으로 둘러싸인 나노 크기의 막으로 이루어진 소포로서, 엑소좀, 미세소포, 엑토좀, 마이크로파티클, 막 소포체 등을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 목적 폴리펩타이드가 세포외 소포체 내로 탑재되도록 유도하는 펩타이드를 “세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드”라고 정의하고 사용하였고, 또한 “protein localization based EV delivery system(POD)”를 동일한 용어로 사용하였으며, 예를 들어, POD#3은 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드 서열 3을 의미한다.
본 발명에 따르면 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 결합된 목적 폴리펩타이드는 다중소포체 내로 들어간 뒤 다중소포체가 원형질막(plasma membrane)과 융합하여 세포 외 배출에 의해 세포로부터 배출되거나, 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 결합된 목적 폴리펩타이드가 원형질막과 결합한 뒤 원형질막이 세포 밖으로 돌출되면서 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 결합된 목적 폴리펩타이드를 포함하는 미세소포가 형성되어 세포로부터 배출되게 된다. 본 발명에 따른 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드는 목적 폴리펩타이드에 결합되어 다중소포체 또는 원형질막으로의 이동을 유도하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 결합된 목적 폴리펩타이드가 다중소포체 또는 원형질막으로 이동하여 엑소좀 또는 미세소포의 형태로 세포로부터 배출된 후, 배출된 세포외 소포체를 분리 및 정제하여 표적 세포에 처리한 뒤 내포작용(Endocytosis)에 의해 표적 세포 내부로 목적 폴리펩타이드가 전달되고, 목적 폴리펩타이드가 표적 세포 내에서 자유롭게 기능할 수 있음을 확인하였다.
본 발명에서는 목적 폴리펩타이드로 형광단백질인 EGFP를 사용하여 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 EGFP단백질을 세포외 소포체 내로 유도하는 것을 확인하였다. 또한, Luciferase, β-galactosidase 또는 Cre recombinse와 같은 단백질을 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드에 결합하여, 해당 단백질이 세포외 소포체에 탑재되고, 그 이후에도 단백질의 기능이 잘 유지되어 표적 세포로 잘 전달되는지를 확인하였다. 특히, β-galactosidase는 각 100kDa 이상의 갖는 서브유닛 4개로 구성된 매우 큰 단백질이고 Cre recombinase는 핵 내에서 기능을 수행하는 단백질로 자체적으로 핵 안으로 위치하려는 성질을 갖는 단백질임에도 불구하고 본 발명에 따른 소포체 탑재 유도 펩타이드를 이용하면 분자량이 큰 단백질, 자체적으로 핵 내에 위치하려는 성질을 가지는 단백질의 경우에도 세포외 소포체 내로 유도할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
목적 폴리펩타이드는 이에 한정되지 않으며 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드와 N 말단에서 결합하는 형태로 어느 것이든 가능하고, 그 자체로 활성물질이거나 단백질, 핵산, 합성 화합물 등을 포함하는 활성물질을 전달하기 위한 운반체 일 수 있다.
GAP43 펩타이드는 팔미토일화를 이용하여 카르고를 탑재하는 데 사용되는 단백질로 본 발명에서 세포외 소포체 내로 목적 폴리펩타이드의 탑재를 유도하는 효과를 확인하기 위한 양성 대조군으로 사용되었고, 20개의 아미노산 서열로 구성된다. mcherry-CD9 펩타이드는 세포외 소포체 생산 세포로부터 배출되는 세포외 소포체를 확인하기 위하여 함께 사용되었고, CD9은 엑소좀 마커로 알려져 있다.
본 발명에 따른 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드는 11개의 아미노산으로 구성되고, 상기 아미노산 서열의 2번 및 3번 위치는 지질화를 유도하는 아미노산으로 각각 글리신(Glycine, Gly), 시스테인(Cysteine, Cys)일 수 있다. 상기 아미노산 서열의 4 번 위치는 이소류신(Isoleucine, Ile) 또는 시스테인, 5번 위치는 양전하를 띄는 아미노산으로 라이신(Lysine, Lys), 6번 위치는 중성의 극성 아미노산 세린(Serine, Ser)이고, 7번 위치는 라이신 또는 알라닌(Alanine, Ala)이고, 8 번 및 10번 위치는 전하를 띄는 아미노산으로 글루탐산(Glutamic acid, Glu), 아스파르트산(Asparate, Asp), 라이신 또는 아스파라긴산(Asparagine, Asn)이고, 9번 위치는 아스파르트산 또는 아스파라긴(Asparagine, Asn)이며, 11번 위치는 알라닌(Alanine, Ala)일 수 있다.
2번 위치의 Gly, 3번 위치의 Cys 은 각각 지질화(lipidation)를 유도하고 세포막 결합 친화도를 향상시켜 수송을 조절한다. 4번 위치의 Ile는 소수성 아미노산으로 안정한 결합 부위를 제공하고, Cys 일 경우 추가적인 지질화 유도 부위를 제공할 수 있으며, 5번 위치의 Lys은 양전하를 띄는 아미노산으로 단백질-세포막 결합을 돕는 역할을 한다. 6번 위치의 Ser, 7번 위치의 양전하의 아미노산은 3번 위치의 Cys에 지질화가 일어나도록 유도하는 아미노산 서열 패턴을 갖는다. 8번 내지 10번 위치는 전하를 띄는 아미노산이 존재할 수 있고, 결합 친화도를 높이고 안정한 2차 구조를 형성하는 역할을 한다.
아울러, 상기 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드는 이에 포함되는 각 아미노산 서열과 하나 이상의 아미노산 잔기가 상이한 서열을 가지는 폴리펩타이드를 포함할 수 있다. 분자의 활성을 전체적으로 변경시키지 않는 단백질 및 폴리펩타이드에서의 아미노산 교환은 당해 분야에 공지되어 있다. 가장 통상적으로 일어나는 교환은 아미노산 잔기 Ala/Ser, Val/Ile, Asp/Glu, Thr/Ser, Ala/Gly, Ala/Thr, Ser/Asn, Ala/Val, Ser/Gly, Thy/Phe, Ala/Pro, Lys/Arg, Asp/Asn, Leu/Ile, Leu/Val, Ala/Glu, Asp/Gly 간의 교환이다.
본 명세서에서 사용된 용어 "활성물질"은 생체 기능을 증진시키거나 억제시키는 물질로서, 인체의 기능을 조절하는 물질이 결핍되거나 과도하게 분비되어 비정상적인 병태를 보일 때 이의 균형을 유지시켜줄 수 있는 물질을 의미하고, 본 발명에 따른 목적 폴리펩타이드는 그 자체로 활성물질이거나 단백질, 핵산, 합성 화합물 등을 포함하는 활성물질을 전달하기 위한 운반체 일 수 있으며 상기 정의에 부합하는 물질이면 이에 제한되지 않고 가능한 모든 종류의 것을 포함할 수 있다.
이하 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
실시예 1. 세포외 소포체 탑재 유도서열의 제작
Palmitoylation이 일어나는 단백질에 대하여 proteomics적으로 분석한 기존 발표논문(https://doi.org/10.1080/20013078.2020.1764192)을 참고하여 세포 전체 단백질 중 세포내 소기관 별로 발현 정도가 달라지는 단백질들을 목록화하고, 해당 2,133개의 단백질들의 아미노산 서열을 비교분석하여 N-term 펩타이드의 서열에서 공통적으로 나타나는 패턴을 찾아보았다. 그 중에서 1차적으로 30개의 세포외 소포체 탑재 유도서열 후보군을 제작하였고, 최종적으로 8개의 서열(POD#1 내지 POD#8)을 선별하여 실험에 사용하였다.
| 서열번호 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | |
| POD#1 | 1 | M | G | C | I | K | S | K | E | D | K | A |
| POD#2 | 2 | M | G | C | I | K | S | A | E | D | K | A |
| POD#3 | 3 | M | G | C | I | K | S | K | E | N | K | A |
| POD#4 | 4 | M | G | C | I | K | S | A | E | N | K | A |
| 5 | M | G | C | I | R | S | K | E | D | K | A | |
| 6 | M | G | C | I | R | S | K | E | N | K | A | |
| POD#5 | 7 | M | G | C | C | K | S | K | E | D | K | A |
| POD#7 | 8 | M | G | C | C | K | S | K | E | N | K | A |
| 9 | M | G | C | C | R | S | K | E | D | K | A | |
| 10 | M | G | C | C | R | S | K | E | N | K | A | |
| 11 | M | G | C | T | K | S | K | E | D | K | A | |
| 12 | M | G | C | T | K | S | K | E | N | K | A | |
| 13 | M | G | C | T | R | S | K | E | D | K | A | |
| 14 | M | G | C | T | R | S | K | E | N | K | A | |
| POD#6 | 15 | M | G | C | C | K | S | A | E | D | K | A |
| POD#8 | 16 | M | G | C | C | K | S | A | E | N | K | A |
| 17 | M | G | C | C | R | S | A | E | D | K | A | |
| 18 | M | G | C | C | R | S | A | E | N | K | A | |
| 19 | M | G | C | I | K | S | R | E | D | K | A | |
| 20 | M | G | C | I | K | S | R | E | N | K | A | |
| 21 | M | G | C | I | R | S | R | E | D | K | A | |
| 22 | M | G | C | I | R | S | R | E | N | K | A | |
| 23 | M | G | C | C | K | S | R | E | D | K | A | |
| 24 | M | G | C | C | K | S | R | E | N | K | A | |
| 25 | M | G | C | C | R | S | R | E | D | K | A | |
| 26 | M | G | C | C | R | S | R | E | N | K | A | |
| 27 | M | G | C | T | K | S | R | E | D | K | A | |
| 28 | M | G | C | T | K | S | R | E | N | K | A | |
| 29 | M | G | C | T | R | S | R | E | D | K | A | |
| 30 | M | G | C | T | R | S | R | E | N | K | A |
한편, GAP43 펩타이드 서열은 20개의 아미노산으로 구성되고, 본 발명에 따른 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드와 비교할 때 3번 및 4번 위치에 Cys가 위치하는 점을 제외하고는 아미노산 서열의 길이, 위치가 전혀 상이한 것을 확인하였다.
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| GAP43 | M | L | C | C | M | R | R | T | K | Q |
| 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | |
| GAP43 | V | E | K | N | D | E | D | Q | K | I |
실시예 2.
세포외 소포체 탑재 유도서열이 결합된 발현 벡터 제조
2-1 : 세포외 소포체 탑재 유도서열이 결합된 EGFP 발현 벡터
pCCL-MCS_miniCMV_EGFP 벡터(Addgene #134984)로부터 EGFP 유전자 및 세포외 소포체 탑재 유도 단백질이 결합되어 있는 EGFP 유전자 단편을 PCR을 통하여 얻어내었다. 얻어낸 PCR 산물을 정제한 후 Hind III 와 Xho I 제한효소를 이용해 절단하여 점착성 말단(sticky-end)를 형성하였다. EGFP 서열 정보 확인을 위한 임시 벡터인 pcDNA3-MEK5DD-HA 벡터(Addgene #65247)를 동일하게 Hind III 와 Xho I 제한효소를 이용하여 절단하고 DNA를 선형화하였다. 그 후, 두 DNA 단편을 T4 라이게이즈(ligase)를 이용하여 결합하고, 제작된 벡터를 E. coli DH5α 균주에 형질전환(transformation) 시킨 후 정제하고, 시퀀싱을 통하여 서열정보를 확인하였다.
서열정보에 문제가 없는 것이 확인된 벡터를 선별하여 Hind III 와 Xho I 제한효소를 이용해 DNA를 선형화하고 원하는 크기의 DNA 단편을 분리, 정제하였다. pcDNA3.1 ShhN 벡터(Addgene #37680)를 Hind III 와 Xho I 제한효소를 이용해 DNA를 선형화하고 원하는 크기의 DNA 단편을 분리, 정제하였다. 그 후, 두 DNA 단편을 T4 라이게이즈를 이용하여 결합하였다. 제작된 벡터를 E. coli DH5α 균주에 형질전환시킨 후 정제하고, 시퀀싱을 통하여 서열정보를 확인하여 벡터 제작을 완료하였다. 상기 벡터 제작 과정을 도 2에 나타내었다. 도 2에서는 세포외 소포체 유도서열 1을 포함하는 벡터의 제작과정을 나타내었고, 유도서열 2 내지 8의 경우도 동일한 방법으로 벡터를 제작하였다. 이 때 벡터 제작과정에서 사용된 프라이머를 표 3에 나타내었다.
2-2 : 세포외 소포체 탑재 유도서열이 결합된 Nanoluciferase 발현 벡터
pUAS-NanoLuc 벡터 (Addgene #87696)로부터 Nanoluciferase 유전자 및 N-말단에 POD#3 및 POD#7 세포외 소포체 탑재 유도 서열이 결합되어 있는 Nanoluciferase 유전자 단편을 PCR을 통하여 얻어내었다. 유전자 단편의 C-말단에는 단백질의 위치 및 존재 여부 확인용으로 사용할 수 있는 Flag 태그를 결합시켰다. 얻어낸 PCR 산물을 정제한 후 Hind III 와 Xho I 제한효소를 이용해 절단하여 점착성 말단(sticky-end)를 형성하였다. 이후, pcDNA3.1 ShhN 벡터(Addgene #37680)를 Hind III 와 Xho I 제한효소를 이용해 DNA를 선형화하고 원하는 크기의 DNA 단편을 분리, 정제하였다. 그 후, 두 DNA 단편을 T4 라이게이즈를 이용하여 결합하였다. 제작된 벡터를 E. coli DH5α 균주에 형질전환시킨 후 정제하고, 시퀀싱을 통하여 서열정보를 확인하여 벡터 제작을 완료하였다. 벡터 제작과정에서 사용된 프라이머를 표 4에 나타내었다.
2-3 : 세포외 소포체 탑재 유도서열이 결합된 Cre recombinase 발현 벡터
pShuttle-Cre-HA벡터 (Addgene #16583) 로부터 Cre recombinase 유전자 및 N-말단에 POD#3 세포외소포체 탑재 유도 서열이 결합되어 있는 Cre recombinase 유전자 단편을 PCR을 통하여 얻어내었다. 그 이외에는 상기 실시예 2-2에 기재된 것과 동일한 과정으로 벡터를 제작하였고, 사용된 프라이머를 표 5에 나타내었다.
| POD_Cre_Forward primer (서열번호 46) | ||||||
| 서열 번호 |
Additional | Restriction (Hind III) |
POD | Cre | mer | |
| POD#3 | 46 | GAAT | AAGCTT |
ATGGGCTGCATCAAGAGCAAGGAGAACAAGGCC | TCCAATTTACTGACCGTACAC | 64 |
| NO POD_Cre Forward primer (서열번호 47) | ||||||
| 서열 번호 |
Additional | Restriction (Hind III) |
POD blank | Cre | mer | |
| 47 | GAAT | AAGCTT |
ATGTCCAATTTACTGACCGTAC | 32 | ||
| 1XFlag_Cre Reverse primer (서열번호 48) | ||||||
| 서열 번호 |
Additional | Restriction (Xho I) |
STOP + 1X FLAG | Cre | mer | |
| 48 | GGGC | CTCGAG |
TTACTTATCGTCGTCATCCTTGTAATC | ATCGCCATCTTCCAGCAGGCG | 58 | |
2-4 : 세포외 소포체 탑재 유도서열이 결합된 beta-galactosidase발현 벡터
pCMX-βGAL벡터 (doi: 10.1016/0092-8674(91)90020-y)로부터 beta-galactosidase 유전자 및 N-말단에 POD#3 세포외소포체 탑재 유도 서열이 결합되어 있는 beta-galactosidase 유전자 단편을 PCR을 통하여 얻어내었다. 얻어낸 PCR 산물을 정제한 후 Hind III 와 Xho I 제한효소를 이용해 절단하여 점착성 말단(sticky-end)를 형성하였다. 이후, pcDNA3.1 ShhN 벡터(Addgene #37680)를 Hind III 와 Xho I 제한효소를 이용해 DNA를 선형화하고 원하는 크기의 DNA 단편을 분리, 정제하였다. 그 후, 두 DNA 단편을 T4 라이게이즈를 이용하여 결합하였다. 제작된 벡터를 E. coli DH5α 균주에 형질전환시킨 후 정제하고, 시퀀싱을 통하여 서열정보를 확인하여 벡터 제작을 완료하였다. 사용된 프라이머를 표 6에 나타내었다.
| POD_beta-gal _Forward primer (서열번호 49 ) | ||||||
| 서열 번호 |
Additional | Restriction (Hind III) |
POD | Beta-gal(from 10th A.A.) |
mer | |
| POD#3 | 49 | GAAT | AAGCTT |
ATGGGCTGCATCAAGAGCAAGGAGAACAAGGCC | GTCGTTTTACAACGTCGTGAC | 64 |
| NO POD_beta-gal Forward primer (서열번호 50) | ||||||
| 서열 번호 |
Additional | Restriction (Hind III) |
Start codon | Beta-gal(from 10th A.A.) |
mer | |
| 50 | GAAT | AAGCTT |
ATG |
GTCGTTTTACAACGTCGTGAC | 34 | |
| Beta-gal Reverse primer (서열번호 51) | ||||||
| 서열 번호 |
Additional | Restriction (Xho I) |
Beta-gal |
mer | ||
| 51 | GGGC | CTCGAG |
TTATTTTTGACACCAGACCAAC | 32 | ||
실시예 3. 세포외 소포체 생산 세포 제작 및 세포외 소포체의 수득
3-1. 상기 벡터가 형질감염된 세포외 소포체 생산 세포의 제작
앞서 제작된 벡터 및 mcherry-CD9-10(Addgene #55013)를 DNA 1μg/ml의 농도로 폴리에틸렌이민(PEI) 와 1:3 비율의 혼합물을 조합하여 실온에서 20분간 두어 준비한 후, 이를 이용하여 세포외 소포체 생산 세포인 HEK293T 세포에 형질감염(transfection) 하여 동시 발현시켰다. 이후, 조건화된 배양배지는 6시간 동안의 항온처리 후에 DMEM + 10% FBS가 포함된 배지로 교체하고, 20시간 동안 추가로 배양하였다. 배양된 세포를 적정한 크기의 세포 배양용기로 옮겨주고, DMEM + 10% FBS의 배지를 이용하여 72 시간 동안 추가로 배양하여 세포외 소포체가 생성되어 배양액에 존재할 수 있도록 하였다.
3-2. 세포외 소포체 생산 세포를 이용한 세포외 소포체의 수득
배양액을 300g에서 10분간 원심분리하여 배양액에 존재하는 세포를 침전시키고 상층액만을 수거하였다. 상기 수거된 상층액을 2,000g에서 10분간 원심분리하여 죽은 세포들을 추가적으로 침전시킨 다음 상층액만을 수거하였다. 그 후 수거된 상층액을 10,000g에서 40분간 원심분리하여 기타 세포 잔해(cell debris)를 침전시키고 상층액을 수거하였다. 그 후, 수거된 상층액을 100,000g에서 70분간 원심분리하여 세포외 소포체를 침전시킨 다음 상층액을 제거하였다. 침전된 펠릿(pellet)을 Dulbecco's 포스페이트 버퍼드 살린(DPBS: Dulbecco's buffered saline) 10ml를 넣어서 재서스펜션(resuspension) 시킨 뒤 세척하였다. 상기 용액을 100,000g에서 70분간 원심 분리하여 세포외 소포체를 침전시키고, 100μl의 DPBS를 이용하여 침전된 펠릿을 재서스펜션시켜서 세포외 소포체를 최종적으로 수득하였다.
실시예 4. 세포외 소포체 생산 세포 내에서 위치 변화 확인
4-1 : 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 결합된 EGFP의 이동
세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 EGFP 단백질에 결합되어 발현되도록 유도하는 벡터가 형질감염된 HEK293T 생산세포를 glass bottom 35mm confocal dish(#200350, SPL)에 시딩하여 70% 컨플루언시(confluency)가 될 때까지 DMEM + 10% FBS 배지하에서 배양하였다. 배양 배지를 제거한 후, 4% 파라포름알데하이드 세포고정액을 실온에서 20분 동안 처리하여 세포를 고정하였다. 그 후 세포고정액을 제거하고 PBS를 사용하여 세척하였다. 세포의 건조와 형광물질의 발광능력이 떨어지는 것을 방지하기 위하여 Fluoroshield(F6182, Sigma-Aldrich)를 넣어주고 커버글라스를 사용하여 밀봉하였다. 공초점 레이저 주사 현미경(FV3000RS, Olympus)를 사용하여 생산 세포내에서 형광단백질인 EGFP 와 mcherry를 각각 488nm, 561nm 파장의 빛을 이용하여 이미징(imaging)하였다. 이미징한 자료는 이미지 분석 프로그램인 IMARIS software(Oxford instruments)를 사용하여 정량 분석하였다.
그 결과, 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드를 포함하는 경우와 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드를 포함하지 않는 경우를 비교할 때, 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드를 포함하는 경우에 엔도좀 및 원형질막 부위로 목적 폴리펩타이드인 EGFP 단백질이 더 많이 이동한 것을 확인하였다(도 5). 또한, 도 6 및 도 8B에서 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드 서열 3, 4, 7 및 8이 각각 결합된 목적 폴리펩타이드의 세포외 소포체 이동 정도를 확인할 수 있었다. 도 5 및 도 6에서 노란색 화살표는 엔도좀에서 목적 폴리펩타이드의 이동 위치를 나타내고, 하얀색 화살표는 원형질막에서 목적 폴리펩타이드의 이동 위치를 나타낸다.
4-2 : 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 결합된 Nanoluciferase의 이동
세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 Nanoluciferase 단백질에 결합되어 발현되도록 유도하는 벡터가 형질감염된 HEK293T 생산세포를 4well-plate(#30504, SPL)에 시딩하여 70% 컨플루언시(confluency)가 될 때까지 DMEM + 10% FBS 배지하에서 배양하였다. 배양 배지를 제거한 후, 4% 파라포름알데하이드 세포고정액을 실온에서 20분 동안 처리하여 세포를 고정하였다. 그 후 세포고정액을 제거하고 DPBS를 사용하여 세척하였다. 위치를 확인하고자 하는 목적 단백질 특이적인 항체가 세포 내부로 들어갈 수 있도록 하기 위하여, 세포막의 천공을 일으키는 생화학적 방법을 이용하였다. 0.1% Tween-20 계면활성제가 포함된 PBS 용액을 고정완료된 세포에 15분간 처리한 후 제거하고 PBS를 사용하여 세척하였다. 항체의 목적 단백질 이외의 비특이적 결합을 방지하기 위하여, 1% BSA(Bovine Serum Albumin, #A8806, Sigma-Aldrich), 0.1% Tween-20 이 들어있는 PBS용액을 세포에 1시간 동안 처리하였다. 이후 PBS를 사용하여 세척하였다. 1% BSA(Bovine Serum Albumin, #A8806, Sigma-Aldrich), 0.1% Tween-20 이 들어있는 PBS 용액에 Nanoluciferase 특이적인 항체(#MAB-10026, R&D systems)를 100분의 1의 비율로 희석하여 넣어준 뒤 4°C 에서 Overnight(14시간) 처리하였다. 이후 PBS용액을 사용하여 5분씩 3회 세척하였다. 상기 Nanoluciferase 특이적인 항체(#MAB-10026, R&D systems)와 결합할 수 있는 2차 항체(#A-21202, Invitrogen)를 1% BSA가 들어있는 PBS 용액에 1000분의 1의 비율로 희석하여 넣어준 뒤 상온에서 1시간 동안 암처리(in dark condition)하였다가 PBS 용액을 사용하여 5분씩 3회 세척하였다. 이후 모든 과정은 최대한 고정된 세포가 빛에 노출되는 않는 조건 하에서 진행하였으며, 해당 2차 항체는 형광 표지를 위하여 Alexa FlourTM 488이 결합되어 있는 것을 사용하였다.
세포의 핵과 전체적인 모양을 염색하고 형광 관찰하기 위하여 각각 Hoechst 33342(#62249, Thermo ScientificTM) dye를 5000분의 1의 비율로, Alexa FlourTM 647 Phalloidin(#A22287, Thermo ScientificTM)을 100분의 1의 비율로 희석하여 넣어준 PBS 용액을 15분간 처리하였다. 이후 PBS 용액을 사용하여 5분씩 3회 세척하였다. 세포의 건조와 형광물질의 발광능력이 떨어지는 것을 방지하기 위하여 Fluoroshield(F6182, Sigma-Aldrich)를 넣어주고 커버글라스를 사용하여 밀봉하였다. 공초점 레이저 주사 현미경 (FV3000RS, Olympus) 를 사용하여 생산세포내에서 세포핵, Nanoluciferase, mcherry 및 세포의 모양을 각각 405nm, 488nm, 561nm, 640nm 파장의 빛을 이용하여 이미징하였다.
그 결과, 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드를 포함하지 않는 경우(NOPOD-Nanoluciferase)는 그 위치가 세포질에서 확인되는 반면, 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드를 포함하는 경우(POD-Nanoluciferase)에는 그 위치가 엔도좀(CD9-mcherry 가 있는곳)쪽으로 변화한 것을 확인하였다(도 7). 도 7에서 노란색 화살표는 엔도좀에서 Nanoluciferase의 이동 위치를 나타낸다.
실시예 5. 세포외 소포체 내에 EGFP의 탑재율 확인
5-1. 수득한 세포외 소포체의 분석
앞서 수득한 세포외 소포체가 포함된 용액 100 μl 중 10 μl를 따로 빼낸 뒤 DPBS 990 μl를 넣어 희석하였다. 세포외 소포체가 포함된 용액을 희석시켜 준비한 용액을 Zetaview(ParticleMetrix) 장비를 이용해 NTA(Nanoparticle Tracking Analysis) 분석을 수행하여 세포외 소포체의 크기 및 개수에 대한 정량, 정성적 분석을 진행하였다.
5-2. 웨스턴 블롯을 통한 세포외 소포체 내에 탑재된 EGFP, Nanoluciferase, Cre 및 beta-galactosidase 의 탑재율 비교
세포외 소포체 내에 탑재된 목적 폴리펩타이드의 탑재량을 평가하기 위하여, 10% SDS-PAGE 겔을 제작한 뒤, 웰당 6 X 108 및 5μg의 세포외 소포체 용해물을 로딩하였다. SDS-PAGE 겔로부터의 단백질은 제조업자의 지침(Trans-blot turbo transfer system, Bio-Rad)에 따라 PVDF 막으로 이동시켰다. 이후 EGFP(#MA5-15256), Nanoluciferase(#MAB-10026, R&D systems), beta-galactosidase(#A-11132, Invitrogen), Cre(#15036, CST), mcherry(#PA5-34974, Invitrogen), 세포외소포체 단백질 마커 중 하나인 Alix(#SC-53540, Santa Cruz) 그리고 로딩 컨트롤로써 GAPDH(#MA5-15738, Invitrogen)에 대한 항체로 탐침하였다. 각 항체들과 결합할 수 있는 2차 항체로는 goat에서 유래한 Anti-mouse IgG(H+L)(#62-6520, Invitrogen)과 Anti-rabbit IgG(H+L)(#ab97051, abcam)을 사용하였다. 분자 프로브는 ECL Select Western Blotting Detection Reagent/Kit (RPN2235, Cytiva) 및 LAS500을 사용하여 가시화하고 비교 분석하였다.
그 결과, 도 8A에 나타난 바와 같이, 세포외 소포체 내에서 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 결합되지 않은 EGFP단백질(NO-POD) 보다 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 결합된 EGFP 단백질이 더 많은 양으로 확인되었다. 특히, 세포외 소포체 유도 펩타이드 서열 3 및 7이 결합된 EGFP 단백질이 세포외 소포체 내에서 많은 양으로 확인되었다. 이를 통해 세포외 소포체 유도 펩타이드는 목적 폴리펩타이드가 세포외 소포체 내로 탑재되도록 유도하고, 특히, 펩타이드 서열의 7번 위치에 Lys이 존재하는 펩타이드 서열 3 및 7가 우수한 세포외 소포체 탑재 유도 효과를 나타낸다는 것을 알 수 있었다. 도 8B에서 세포외 소포체 내에 탑재된 mchery-CD9 단백질의 양 대비 EGFP 단백질의 양(EGFP/mcherry)을 확인하였을 때 본 발명에 따른 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드 서열 3 및 7이 다른 펩타이드 서열에 비해 목적 폴리펩타이드를 세포외 소포체로 유도하는 더 뛰어난 효과가 있고, GAP43에 비해서도 더 뛰어난 탑재 유도 효과를 나타낸다는 것을 알 수 있었다. 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 결합되지 않은 EGFP 단백질의 양을 1로 할 때 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 결합된 EGFP 단백질의 세포외 소포체 내 탑재량은 각각 3.2배(POD#3), 1.4배(POD#4), 2.9배(POD#7) 및 1.9배(POD#8) 증가하였고, 양성 대조군인 GAP43은 2배 증가한 것이 확인되었다. 또한, 실시예 4에서 확인한 목적 폴리펩타이드의 세포질과 세포내 소기관 상 위치 변화 양상과 비교 분석하였을 때, 엔도좀과 원형질막으로의 위치 변화 정도에 따라 세포외 소포체 내 탑재량이 증가하는 것을 알 수 있었다.
또한, 도 9에 나타난 바와 같이, 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 결합되지 않은 단백질(NO-POD NanoLuc, NO-POD Cre, NO-POD LacZ) 보다 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 결합된 단백질(POD#3 NanoLuc, POD#3 Cre, POD#3 LacZ)이 세포외 소포체 내에서 더 많은 양으로 확인되어 탑재가 더 많이 된다는 것을 알 수 있었다.
실시예 6. 목적 폴리펩타이드가 탑재된 세포외 소포체의 표적 세포로의 전달능력 및 기능 유지 확인
6-1: EGFP가 탑재된 세포외 소포체의 전달능력
HEK293T 세포외 소포체 생산 세포로부터 수득한 세포외 소포체를 통하여 목적 폴리펩타이드가 다른 세포로 전달될 수 있는지를 검증하기 위하여 전달 표적 세포로써 HUVEC 세포를 4웰 세포 배양 슬라이드(#30504, SPL)에 시딩하여 준비하였다. 웰 당 7 X 105 개의 HUVEC 세포를 시딩하고, 내피세포 증식배지(Endothelial cell growth medium)을 500μl씩 넣어 24 시간 동안 항온 배양하였다. 이후 배양배지를 제거하고 웰 당 1.3 X 108 개의 세포외 소포체를 함유한 내피세포 증식배지를 600μl 넣고 6시간 동안 배양하였다. 조건화된 배양배지를 제거하고 4% 파라포름알데하이드 세포고정액을 실온에서 20분간 처리하여 세포를 고정하였다. 0.1% Tween 20 + PBS 용액을 사용하여 세포막을 permeabilization 하고 Hoechst 33342(#62249, ThermoFisher scientific)과 Alexa Flour 647 Phalloidin(A22287, Invitrogen)을 사용하여 각각 핵과 액틴을 형광표지하였다. 준비된 샘플은 공초점 레이저 주사 현미경(FV3000RS, Olympus)를 통하여 각각의 형광물질을 405nm, 488nm, 561nm 및 640nm파장의 빛을 이용하여 이미징하였고, Z 축으로의 이미지 스택(image stack) 기법을 통하여 탑재목적 물질이 세포 내부에 들어가 있는지를 확인하였다.
그 결과, 도 10에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 결합된 EGFP 단백질을 포함하는 소포체가 표적 세포 내로 전달되어 존재하고, 이렇게 전달되는 EGFP의 양은 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 결합되지 않았을 때에 비해 상대적으로 증가하는 것을 확인하였다. 도8A에서 노란색 화살표는 세포 내로 전달된 세포외 소포체 중 EGFP를 포함하고 있는 소포체를 나타낸다. 도 10B에서 노란색 사각형은 세포내에서의 동일한 위치를 각각 X-Y축, X-Z축 및 Y-Z축 상에서 나타낸다.
6-2 : Nanoluciferase가 탑재된 세포외 소포체의 전달능력
HEK293T 세포외소포체 생산세포로부터 수득한 세포외소포체를 통하여 탑재목적 물질이 다른 세포로 전달될 수 있는지를 검증하기 위하여 전달 표적 세포로써 HUVEC 세포를 96-well plat bottom white plate(#30196, SPL) 에 시딩하여 준비하였다. 웰당 2 X 104 개의 HUVEC 세포를 시딩하고, Endothelial cell growth medium을 200μl 씩 넣어 24시간동안 항온배양하였다. 이후 배양배지를 제거하고 웰당 6 X 108 개의 세포외소포체를 함유한 Endothelial cell growth medium을 100μl 넣고 10시간 동안 배양하였다. 조건화된 배양배지를 제거하고 Endothelial cell growth medium 으로 세포에 손상이 가지 않도록 조심하여 3회 용액 교체하였다. Nano-Glo® Live cell assay system kit를 제조업자의 지침에 따라 사용하여 세포를 용해시키지 않은 상태에서의 Nanoluciferase의 활성 정도를 비교 분석하였다. 해당 Kit에서 제공하는 용액 혼합물을 25μl 씩 각 well에 넣고 Flexstation3 Multi-Mode microplate reader 기기를 사용하여 각 시료의 luminescence를 정량분석하였다.
그 결과, 도 11에 나타난 바와 같이, 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 결합되지 않았을 때에 비해 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 결합된 Nanoluciferase 단백질을 포함하는 소포체의 luminescence 강도가 상대적으로 크게 증가한 것을 통해, 본 발명에 따른 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 결합된 Nanoluciferase 단백질을 포함하는 소포체가 표적 세포(HUVEC) 내로 전달되어 존재하고 이렇게 전달되는 Nanoluciferase 의 양은 세포외 소포체 탑재 유도 펩타이드가 결합되지 않았을 때에 비해 상대적으로 증가하는 것을 확인하였다.
실시예 7. 세포외 소포체 생산세포 및 수득한 세포외 소포체에서 Nanoluciferase의 기능 유지 및 활성도 검증
세포외 소포체를 생성하기 위하여 형질전환된 생산 세포 및 상기 실시예를 통해 수득한 세포외 소포체에서 탑재 목적 폴리펩타이드인 Nanoluciferase의 기능이 정상적으로 유지되는지와 POD 서열로 인한 세포외 소포체 탑재율 변화를 분석하기 위하여 Nanoluciferase의 활성도를 Nano-Glo® Luciferase assay system kit(#N1110, Promega)를 사용하여 제조업자의 지침에 따라 측정하였다. RIPA lysis buffer(#89901, Thermo ScientificTM)를 사용하여 세포외 소포체 생산세포와 수득한 세포외 소포체를 용해시켰다. 동량의 세포용해물과 세포외 소포체를 사용하여 분석하기 위하여 세포용해물은 단백질 농도 측정 후 5μg 을 각 분석 당 사용하였고, 세포외 소포체는 NTA분석법을 통하여 정량 분석한 뒤 6 x108 개의 세포외 소포체를 각 분석 당 사용하였다. Nano-Glo® Luciferase assay system kit 의 용액혼합물과 상기 세포용해물을 96-well plat bottom white plate(#30196, SPL)에 넣어준 뒤 3분간 반응시켰다. 이후 Flexstation3 Multi-Mode microplate reader 기기를 사용하여 각 시료의 luminescence를 정량분석하였다.
이와 같은 단백질 활성도 검사 결과, POD 서열이 결합되어 세포외 소포체 내에 탑재된 Nanoliciferase 단백질은 그 본래의 기능이 POD 서열로 인하여 변하지 않고 그대로 유지되는 것을 확인하였다(도 12).
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (12)
- 목적 폴리펩타이드에 결합하여 목적 폴리펩타이드가 세포외 소포체 내로 탑재되는 것을 유도하는 서열번호 1, 3, 7 및 8로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나의 펩타이드.
- 삭제
- 제 1항의 펩타이드와 목적 폴리펩타이드가 결합된 융합 단백질.
- 제 3항에 있어서,
상기 목적 폴리펩타이드는 단백질, 핵산 및 합성 화합물로 구성된 군에서 선택되는 활성물질을 전달하는 것을 특징으로 하는 융합 단백질.
- 제 3항의 융합단백질을 포함하는 세포외 소포체.
- 제 1항의 펩타이드를 코딩하는 핵산.
- 제 6항의 핵산을 포함하는 발현 벡터.
- 제 7항의 발현 벡터를 포함하는 숙주 세포.
- a) 제 1항의 펩타이드를 코딩하는 핵산 및 목적 폴리펩타이드를 코딩하는 핵산을 포함하는 발현 벡터를 제조하는 단계;
b) 상기 발현 벡터를 세포외 소포체 생산 세포에 형질감염하는 단계;
c) 상기 세포외 소포체 생산 세포를 배양하는 단계; 및
d) 상기 세포외 소포체 생산 세포로부터 배출된 세포외 소포체를 수득하는 단계를 포함하는,
목적 폴리펩타이드가 세포외 소포체 내로 탑재되는 것을 유도하는 펩타이드 및 목적 폴리펩타이드를 포함하는 세포외 소포체를 제조하는 방법.
- 삭제
- a) 제 1항의 펩타이드를 코딩하는 핵산 및 목적 폴리펩타이드를 코딩하는 핵산을 포함하는 발현 벡터를 제조하는 단계;
b) 상기 발현 벡터를 세포외 소포체 생산 세포에 형질감염하는 단계;
c) 상기 세포외 소포체 생산 세포를 배양하는 단계;
d) 상기 세포외 소포체 생산 세포로부터 배출된 세포외 소포체를 수득하는 단계; 및
e) 상기 세포외 소포체를 인간을 제외한 포유동물의 표적 세포에 처리하는 단계를 포함하는,
목적 폴리펩타이드를 포함하는 세포외 소포체를 표적 세포 내로 전달하는 방법. - 삭제
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