KR19990040732A - Method of manufacturing human granulocyte colony stimulating factor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 재조합 인간 과립구 콜로니 자극인자의 제조 방법에 관한 것으로서, 이러한 제조 방법은 발현을 조절하는 프로모터로서 T7 프로모터를 사용하고 불필요한 아미노산의 도입이 없이 N-말단부위의 A+T 함량을 높임으로써 대장균에서 rHuG-CSF의 유전자의 높은 발현을 가능케 한다.The present invention relates to a method for producing a recombinant human granulocyte colony stimulating factor, such a production method using a T7 promoter as a promoter for regulating expression and by increasing the A + T content of the N-terminal region without the introduction of unnecessary amino acids E. coli Allows for high expression of the gene of rHuG-CSF.
Description
본 발명은 인간 과립구 콜로니 자극인자(이하, hG-CSF라 함)의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세히는 유전자 재조합 기술을 이용하여 대장균 내에서 재조합 인간 과립구 콜로니 자극인자 (이하, rHuG-CSF라 함)의 높은 발현이 가능케 하는 플라스미드의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing human granulocyte colony stimulating factor (hereinafter referred to as hG-CSF). More specifically, the present invention relates to a method for preparing a plasmid which enables high expression of recombinant human granulocyte colony stimulator (hereinafter, rHuG-CSF) in E. coli using genetic recombination technology.
일반적으로 CSF(colony stimulating factor)라 총칭되는 인자들 (참조 : interleukins, EPO, M-CSF, GM-CSF, G-CSF 등)은 전구 간세포(progenitor stem cell)로부터 혈구 세포의 증식과 분화를 조절하는 역할을 하는데[참조 : Nicola, N. A. Annu. Rev. Biochem. 58, 45-77(1989)], 그 중 G-CSF(granulocyte colony stimulating factor)는 거식세포(macrophage), 활성화 T세포, 섬유아세포, 내피세포에 의해 주로 생산되며 호중구 콜로니의 증식, 전구 세포로부터의 호중구 세포로의 분화 및 성숙 호중구 세포의 활성 자극 등의 역할을 한다고 알려져 있다(참조 : Nagata, S. in Handbook of Experimental Pharmacology :Vol 95, Springer-Verlag, New York, pp699-722).Factors commonly referred to as colony stimulating factor (CSF) (such as interleukins, EPO, M-CSF, GM-CSF, G-CSF, etc.) regulate the proliferation and differentiation of blood cells from progenitor stem cells. Acts as a function of [Nicola: NA Annu. Rev. Biochem. 58, 45-77 (1989)], wherein the granulocyte colony stimulating factor (G-CSF) is produced mainly by macrophage, activated T cells, fibroblasts and endothelial cells and from neutrophil colony proliferation and progenitor cells. Is known to play a role in differentiation into neutrophils and stimulation of activity of mature neutrophils (Nagata, S. in Handbook of Experimental Pharmacology: Vol 95, Springer-Verlag, New York, pp699-722).
또한, hG-CSF 유전자의 제조 방법은 인간 혈관 내피세포의 cDNA 라이브러리(CLONTECK Cat. No. HL1164b)로 부터 hG-CSF 유전자의 염기 서열을 갖는 두 종류의 합성 DNA (Primer I : 5'-CTGCATATGACCCCCCTGGGCCCT-3'와 Primer II : 5'-CTGGGATCCTTATCAGGGCTG-3')를 사용하여 PCR에 의해 rHuG-CSF를 코딩하는 유전자를 합성하였고, 합성된 DNA의 양말단을 Nde I과 BamH I으로 절단하여 Nde I과 BamH I으로 절단한 pET-21b 플라스미드(참조 : Novagen Cat. No. 69762-1)에 접합하는 것이 었다. 이처럼 종래에는 상기의 플라스미드로 대장균 BL21(DE3)(참조 : Stratagene Cat. No. 200131)을 형질전환하여 이소프로필-β-D-티오갈락토피라노시드(이하, IPTG라 함)에 의해 발현을 유도하였으나 발현된 rHuG-CSF를 관찰할 수 없었다. 이는 단백질의 N-말단 부분을 코딩하는 구조 유전자의 G+C 비율이 높아 유전자의 발현이 불가능한 것으로 추정하고 있었다[참조 : Devlin et al., Gene 65:13(1988)]. 이에 따라, 발현된 rHuG-CSF를 쉽게 관찰할 수 있을 정도로 발현율이 높은 플라스미드의 제조 방법이 요구되었다.In addition, the method for producing the hG-CSF gene is synthesized from the cDNA library of human vascular endothelial cells (CLONTECK Cat. No. HL1164b) with two types of synthetic DNA (Primer I: 5'-CTGCATATGACCCCCCTGGGCCCT-) 3 'and Primer II: 5'-CTGGGATCCTTATCAGGGCTG-3') was used to synthesize a gene encoding rHuG-CSF by PCR, and the sock end of the synthesized DNA was cut with Nde I and BamH I to Nde I and BamH. It was conjugated to pET-21b plasmid cut by I (Novagen Cat. No. 69762-1). As described above, E. coli BL21 (DE3) (see Stratagene Cat. No. 200131) is transformed with the above plasmid and expressed by isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside (hereinafter referred to as IPTG). Induced rHuG-CSF was not observed. It was estimated that the expression of the gene was impossible due to the high G + C ratio of the structural gene encoding the N-terminal portion of the protein (Devlin et al., Gene 65:13 (1988)). Accordingly, there is a need for a method for producing a plasmid having a high expression rate such that the expressed rHuG-CSF can be easily observed.
따라서, 본 발명의 목적은 유전자 재조합 기술에 의하여 대장균으로부터 rHuG-CSF를 제조함에 있어서, 전사 능력이 강한 T7 프로모터를 사용하여 불필요한 아미노산의 도입이 없이 rHuG-CSF 유전자 N-말단의 A+T함량을 높임으로써 rHuG-CSF를 높은 발현율로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to prepare the rHuG-CSF from E. coli by gene recombination technology, using the T7 promoter with strong transcription ability to reduce the A + T content of the N-terminal rHuG-CSF gene without introducing unnecessary amino acids. It is to provide a method for producing rHuG-CSF with high expression rate by increasing.
도 1은 인간 과립구 콜로니 자극인자 유전자를 발현할 수 있는 플라스미드 pT7GCSF의 제작도이고,1 is a production diagram of plasmid pT7GCSF capable of expressing human granulocyte colony stimulator genes,
도 2는 본 발명에 의해 제조된 인간 과립구 콜로니 자극인자 유전자의 염기 서열을 나타낸 것이며,Figure 2 shows the nucleotide sequence of the human granulocyte colony stimulator gene produced by the present invention,
도 3은 본 발명에 의해 제조된 인간 과립구 콜로니 자극인자 유전자의 염기 서열을 해독한 아미노산 서열을 나타낸 것이고,Figure 3 shows the amino acid sequence of the nucleotide sequence of the human granulocyte colony stimulator gene prepared by the present invention,
도 4는 본 발명에 의해 제조된 인간 과립구 콜로니 자극인자 단백질의 SDS-PAGE 상에서의 웨스턴블롯 양상을 나타낸 것이고,Figure 4 shows the Western blot pattern on the SDS-PAGE of the human granulocyte colony stimulator protein prepared by the present invention,
도 5는 본 발명에 의해 제조된 인간 과립구 콜로니 자극인자의 최종 정제액의 역상 HPLC 크로마토그램을 나타낸 것이다.Figure 5 shows the reverse phase HPLC chromatogram of the final purified liquid of the human granulocyte colony stimulator prepared by the present invention.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 재조합 인간 과립구 콜로니 자극인자의 제조 방법에 있어서, T7 프로모터에 의해 발현이 조절되는 플라스미드 벡터를 사용하여 대장균으로부터 제조하는 것을 특징으로 하는 재조합 인간 과립구 콜로니 자극인자의 제조 방법에 의하여 달성된다.The above object is, according to the present invention, in the method for producing a recombinant human granulocyte colony stimulator, the production of recombinant human granulocyte colony stimulator, characterized in that the production from E. coli using a plasmid vector whose expression is controlled by the T7 promoter. By the method.
여기서, 재조합 인간 과립구 콜로니 자극인자를 코딩하는 유전자의 N-말단부위의 염기서열이 5'-ATGACACCTTTAGGACCT-3' 인 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the nucleotide sequence of the N-terminal region of the gene encoding the recombinant human granulocyte colony stimulating factor is 5'-ATGACACCTTTAGGACCT-3 '.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 고려하여 아미노산의 변화가 없이 5' 말단의 A+T 함량을 높이고자 새로운 프라이머의 합성 방법을 개발하는 과정에서, 새로 합성한 프라이머 I-a( 5'-CTGCATATGACACCTTTAGGACCT-3')와 프라이머 II로부터 PCR에 의해 본 발명의 유전자의 합성 방법을 개발하게 되었고, 상기의 방법으로 유전자를 클로닝하여 발현을 유도한 결과 rHuG-CSF의 발현을 확인할 수 있었다.The present invention, in consideration of the above-described conventional problems in the process of developing a new primer synthesis method to increase the A + T content of the 5 'terminal without changing the amino acid, the newly synthesized primer Ia (5'-CTGCATATGACACCTTTAGGACCT-3 ') And primers II to develop a method for synthesizing the gene of the present invention by PCR, the expression of the rHuG-CSF was confirmed by cloning the gene by the above method.
본 발명에 사용된 플라스미드의 프로모터로는 T7 박테리오파지로부터 유래된 T7 프로모터와 이 프로모터의 하부에 T7 프로모터를 조절할 수 있는 lac 작동자(operator)가 존재하는 pET-21b 플라스미드 벡터를 사용하였다.As a promoter of the plasmid used in the present invention, a pET-21b plasmid vector having a T7 promoter derived from a T7 bacteriophage and a lac operator capable of regulating the T7 promoter beneath this promoter was used.
조금 더 자세히 설명하면, 박테리오파아지의 RNA 중합 효소는 T7 프로모터 염기 서열에 특이성을 갖으며 이 서열은 대장균에서는 거의 나타나지 않는다. 또한 T7 프로모터 염기 서열은 대장균의 RNA 중합 효소에 의해서는 인식되지 않으므로 발현을 유도하면 박테리오파아지의 RNA 중합 효소에 의해 전사되는 목적 유전자만이 전사된다. 그러나 T7 RNA 중합 효소의 T7 프로모터에 대한 선택성에도 불구하고 목적 단백질이 부분적으로 낮게 발현되는 경우가 많다. 이러한 문제점을 해결하고 발현을 보다 정교하게 조절할 수 있게 하기 위해 lac 작동자를 도입하고 T7 RNA 중합 효소의 효과적인 차단을 위해 lac Iq유전자가 도입된 숙주 세포를 사용하였다. 이때 IPTG에 의해 발현을 유도시키면 숙주 세포의 T7 RNA 중합 효소가 대량으로 발현되고 목적 유전자의 발현이 이루어지게 된다.In more detail, the bacteriophage RNA polymerase has specificity for the T7 promoter sequence, which is rarely seen in E. coli. In addition, since the T7 promoter nucleotide sequence is not recognized by the E. coli RNA polymerase, when the expression is induced, only the target gene transcribed by the RNA polymerase of the bacteriophage is transcribed. However, despite the selectivity of the T7 RNA polymerase to the T7 promoter, the protein of interest is often partially expressed. In order to solve this problem and allow more precise control of expression, a host was introduced with a lac operator and a lac I q gene introduced for effective blocking of T7 RNA polymerase. At this time, when the expression is induced by IPTG, a large amount of T7 RNA polymerase of the host cell is expressed and expression of the target gene is achieved.
이하, 본 발명은 하기의 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through the following examples.
실시예 1 (hG-CSF 유전자의 제조)Example 1 (Preparation of hG-CSF Gene)
인간의 혈관 내피 세포의 cDNA 라이브러리(CLONTECH Cat. No. HL1164b)로부터 hG-CSF 유전자의 염기 서열을 변형한 두종류의 합성 DNA 프라이머(Primer I-a : 5'-CTGCATATGACACCTTTAGGACCT-3' 과 Primer II : 5'-CTGGGATCCTTATCAGGGCTG-3')를 사용한 PCR에 의해 rHuG-CSF을 코딩하는 유전자인 hG-CSF 유전자를 합성하였다. 합성된 hG-CSF 유전자를 순수하게 정제한 후 pET-21b의 T7 프로모터와 접합이 가능하도록 하기 위해 제한효소 Nde I과 BamH I을 사용하여 유전자의 양말단을 절단하여 양말단에 Nde I과 BamH I 절단부위를 갖는 hG-CSF 유전자 DNA 단편을 조제하였다.Two synthetic DNA primers (Primer Ia: 5'-CTGCATATGACACCTTTAGGACCT-3 'and Primer II: 5') modified from the nucleotide sequence of the hG-CSF gene from the cDNA library of human vascular endothelial cells (CLONTECH Cat. No. HL1164b). HG-CSF gene, a gene encoding rHuG-CSF, was synthesized by PCR using -CTGGGATCCTTATCAGGGCTG-3 '). After pure purification of the synthesized hG-CSF gene, the restriction end Nde I and BamH I were cut using the restriction enzymes Nde I and BamH I to enable conjugation with the T7 promoter of pET-21b. HG-CSF gene DNA fragment having a cleavage site was prepared.
실시예 2 (pT7GCSF 플라스미드의 제조)Example 2 (Preparation of pT7GCSF Plasmid)
플라스미드 pET-21b (Novagen 사에서 구입)를 제한 효소 Nde I과 BamH I으로 절단한 후, 절단된 벡터와 실시예 1에서 만든 Nde I과 BamH I 절단 부위를 갖는 hG-CSF 유전자 DNA 단편을 T4 DNA 리가제를 사용하여 접합시켰다. 접합이 완료된 DNA 혼합물을 대장균 NM522 컴펜턴트(competent) 균에 형질전환시키고 앰피실린을 포함하는 LB 고체 배지에서 배양하였다. 형성된 대장균 콜로니로부터 플라스미드를 정제하여 제한 효소 절단 등의 방법으로 확인하여 클로닝된 균주를 선별하였고, 선별된 균주를 앰피실린을 포함하는 LB 액체배지에서 배양하여 다량의 클로닝된 플라스미드를 얻었다. 이 클로닝된 플라스미드를 대장균 BL21(DE3)(Stratagene사)콤펜턴트 균에 형질전환시켰다. 이로써 hG-CSF 유전자는 플라스미드 pET-21b의 T7 프로모터의 조절을 받게 되었고 전사종결 부위를 포함하는 발현벡터인 플라스미드 pT7GCSF가 구성되었다. 도1에 플라스미드 pT7GCSF의 제작도를 나타내었다.The plasmid pET-21b (obtained from Novagen) was digested with restriction enzymes Nde I and BamH I, and then the hG-CSF gene DNA fragment having the cleaved vector and the Nde I and BamH I cleavage sites made in Example 1 was transferred to T4 DNA. Conjugation was performed using ligase. The conjugated DNA mixture was transformed into E. coli NM522 competent bacteria and cultured in LB solid medium containing ampicillin. The plasmids were purified from the formed E. coli colonies and checked by restriction enzyme digestion or the like to select cloned strains, and the selected strains were cultured in an LB liquid medium containing ampicillin to obtain a large amount of cloned plasmids. This cloned plasmid was transformed into E. coli BL21 (DE3) (Stratagene) strain. Thus, the hG-CSF gene was controlled by the T7 promoter of plasmid pET-21b and plasmid pT7GCSF, which is an expression vector containing a transcription termination site, was constructed. 1 shows the preparation of the plasmid pT7GCSF.
실시예 3 (hG-CSF 유전자의 염기 서열 확인)Example 3 (Sequence Check of hG-CSF Gene)
위자드 플러스 미니프렙스 키트(Wizard Plus Minipreps kit ; Promega Cat# A7510)를 사용하여 정제한 pT7GCSF를 디데옥시 사슬 종결방법으로 반응시켜 클로닝된 hG-CSF 유전자의 염기 서열을 분석하였다. 얻어진 hG-CSF 유전자의 염기 서열은 슈자, 엘. 엠.(참조 : Souza, L. M. et al., 1986, Science 232 : 61-65 ; Nagata, S. et al., 1986, Nature 319:415-418 ) 등에 의해 보고된 hG-CSF 유전자의 염기 서열과 비교할 때, N-말단에서 아미노산에는 변화가 없으면서 생성된 mRNA의 어닐링정도를 낮추도록 염기가 변화되었다. hG-CSF 유전자의 전체 염기 서열은 도2에 나타내었고, 그 염기 서열을 해독한 아미노산 서열은 도3에 나타내었다.The base sequence of the cloned hG-CSF gene was analyzed by reacting pT7GCSF purified using the Wizard Plus Minipreps kit (Promega Cat # A7510) with dideoxy chain termination. The base sequence of the obtained hG-CSF gene is Shuza, L. Base sequence of the hG-CSF gene as reported by M. (Souza, LM et al., 1986, Science 232: 61-65; Nagata, S. et al., 1986, Nature 319: 415-418) and the like. In comparison, the base was altered to lower the annealing of the resulting mRNA without altering the amino acid at the N-terminus. The entire base sequence of the hG-CSF gene is shown in FIG. 2, and the amino acid sequence obtained by decoding the base sequence is shown in FIG.
실시예 4 (hG-CSF 유전자의 발현 및 확인)Example 4 Expression and Identification of hG-CSF Genes
상기의 실시예 2에서 제조된 플라스미드 pT7GCSF로 대장균 BL21(DE3)을 형질전환하고, 이 균주를 50 ㎍/㎖ 앰피실린을 포함한 2X YT 배지 (16 g의 박토트립톱, 10 g의 이스트 추출물, 5 g의 NaCl / 1 리터)로 37℃에서 OD600nm=0.6 까지 배양한 후 최종 농도가 1 mM되게 IPTG를 넣고난 다음 4시간 배양함으로써 rHuG-CSF의 발현을 유도하였다. 배양한 박테리아를 원심 분리하여 균체를 회수한 뒤에 이 균체를 파쇄하여 SDS-PAGE [참조 : Lammli, Nature 227, 680-685(1970)]로 단백질의 발현을 확인하였고, rHuG-CSF에 대한 항체를 사용하여 발현 단백질이 rHuG-CSF임을 확인하였으며 그 결과를 도4에 나타내었다.E. coli BL21 (DE3) was transformed with the plasmid pT7GCSF prepared in Example 2 above, and the strain was transformed into 2X YT medium (16 g of bactotriptops, 10 g of yeast extract, 5) containing 50 µg / ml ampicillin. g of NaCl / 1 liter) was incubated at OD 600nm = 0.6 at 37 ° C, followed by 4 hours of incorporation of IPTG to a final concentration of 1 mM, followed by induction of rHuG-CSF. The cells were recovered by centrifugation of the cultured bacteria, and the cells were crushed to confirm the expression of the protein by SDS-PAGE [Lammli, Nature 227, 680-685 (1970)], and the antibody against rHuG-CSF was identified. It was confirmed that the expression protein was rHuG-CSF and the results are shown in FIG.
덴시토미터(densitometer)를 사용하여 SDS-PAGE 겔상에서의 rHuG-CSF의 발현율을 측정한 결과 발현율(대장균 총단백질에 대한 발현된 rHuG-CSF의 비율)이 36%임을 알 수 있었으며, 균체를 파쇄하고 원심분리했을 때 침전물에서 발현된 rHuG-CSF가 발견되는 것으로 보아 rHuG-CSF는 봉입체(inclusion body)로 존재함을 확인하였다.As a result of measuring the expression rate of rHuG-CSF on SDS-PAGE gel using a densitometer, it was found that the expression rate (ratio of expressed rHuG-CSF to E. coli total protein) was 36%. When rHuG-CSF expressed in the precipitate was found by centrifugation, it was confirmed that rHuG-CSF exists as an inclusion body.
실시예 5 (플라스미드 pT7GCSF로 형질전환된 대장균 BL21(DE3)의 배양 및 rHuG-CSF의 정제)Example 5 (Culturing of E. coli BL21 (DE3) transformed with plasmid pT7GCSF and purification of rHuG-CSF)
균주를 50 ㎍/㎖ 앰피실린을 포함한 2X YT 배지 (16 g의 박토트립톤, 10 g의 이스트 추출물, 5 g의 NaCl / 1 리터) 50 ㎖에 접종하여, 37oC의 250 rpm 진탕 배양기에서 16시간 동안 배양하여 종균을 준비하였다.Strains were inoculated into 50 ml of 2X YT medium (16 g bactotrypton, 10 g yeast extract, 5 g NaCl / 1 liter) containing 50 μg / ml ampicillin, in a 37 ° C. 250 rpm shake incubator. The seed was prepared by incubating for 16 hours.
한편, 기본 배지가 들어있는 5L 발효조를 설치하였는데 이때의 온도는 37oC, 교반은 400 rpm, 공기의 유입양은 1 vvm으로 하고, 암모니아수로 pH를 6.75 - 6.85 유지시켰다. 첨가 배지를 연결한 다음, 준비된 종균 50 ㎖을 무균적으로 접종하였다. 배양기간중 일정한 간격으로 OD600과 포도당 농도를 점검함으로써 성장을 조사하였으며 거품 발생시 소포제를 첨가하였다. 배양중에 포도당 농도가 20 ㎎/L 이하가 되면 첨가 배지를 첨가하기 시작하고, 이때에 포도당 농도는 10 - 30 ㎎/L로 유지되도록 하며, OD600= 30 - 40에서 IPTG를 최종 1 mM로 넣어 발현을 유도한 후 포도당의 소모가 중지되고, 더 이상 생산 균주의 성장이 일어나지 않을 때까지 배양하였다.On the other hand, a 5L fermentation tank containing a basal medium was installed, the temperature was 37 ° C, agitation was 400 rpm, the inflow of air was 1 vvm, pH was maintained at 6.75-6.85 with ammonia water. The addition medium was connected and then 50 ml of the prepared seed was inoculated aseptically. Growth was examined by checking the concentration of OD 600 and glucose at regular intervals during the incubation period and defoamer was added when foaming occurred. When the glucose concentration reaches 20 mg / L or less during the incubation, the addition medium is added. At this time, the glucose concentration is maintained at 10-30 mg / L, and the final 1 mM IPTG is added at OD 600 = 30-40. After inducing expression, the consumption of glucose was stopped and cultured until no further growth of the production strain occurred.
발효액을 모아서 마이크로 여과기로 농축한 다음 호모게나이저로 배양한 균체를 파쇄하고 파쇄액을 원심 분리하여(10,000 x g, 30 min) 상등액을 제거함으로써 봉입체를 회수하였다. 회수한 봉입체를 증류수 1.5 L에 현탁시킨 후 2 - 3 시간 방치한 다음 원심분리를 하여 침전물을 회수하므로써 세척하였다.The fermentation broth was collected and concentrated by a micro filter, and then the cells were incubated with a homogenizer, and the supernatant was recovered by centrifugation (10,000 x g, 30 min). The collected inclusion body was suspended in 1.5 L of distilled water, left for 2-3 hours and then washed by centrifugation to recover the precipitate.
봉입체를 8 M의 요소(urea)와 50 mM의 글리신 완충용액(pH 11, 수산화나트륨 용액으로 pH를 조정) 1 L에 완전히 용해시켰다. 원심분리 (10,000 x g, 30 min)후 상등액을 취하고 단백질 정량법(Bradford method)으로 봉입체의 양을 확인하였다. 용해된 단백질의 농도가 최종 0.1 - 0.5 ㎎/㎖ 되고 우레아 농도가 2 M이 되도록 봉입체 용해액에 50 mM의 글리신용액을 첨가한 다음 수산화나트륨 용액으로 pH를 9.0 되게 조정하였다.Inclusion bodies were completely dissolved in 1 L of 8 M urea and 50 mM glycine buffer (pH 11, pH adjusted with sodium hydroxide solution). After centrifugation (10,000 x g, 30 min), the supernatant was taken and the amount of inclusion bodies was confirmed by protein quantification (Bradford method). 50 mM glycine solution was added to the inclusion body lysate so that the final concentration of the dissolved protein was 0.1-0.5 mg / ml and the urea concentration was 2 M, and the pH was adjusted to 9.0 with sodium hydroxide solution.
pH가 조정된 용해액을 상온에서 15 시간 동안 서서히 교반시켜 단백질 재구성(refolding)을 수행하였다. 단백질 재구성(refolding)이 완료된 용액을 pH 5.5로 조정하여 단백질의 침전물을 확인하였다. 0.22 ㎛ 필터로 여과하거나 원심분리로 침전물을 제거하고, 염산으로 pH를 3.0으로 조정한 다음, 다시 분자량 10 kD를 분획하는 필터를 사용하여 단백질 농도가 1 - 5 ㎎/㎖ 되게 농축하였다. 농축된 용액을 양이온 교환 수지를 사용하여 정제하였다. 용출된 단백질은 역상 HPLC로 분석하여 하나의 시료로 모은 다음 염산을 사용하여 pH를 3.0으로 조정하였다.The pH adjusted lysate was slowly stirred at room temperature for 15 hours to perform protein refolding. A solution of protein refolding was adjusted to pH 5.5 to confirm the precipitate of the protein. The precipitate was removed by filtration with a 0.22 μm filter or centrifugation, the pH was adjusted to 3.0 with hydrochloric acid, and then concentrated to a protein concentration of 1-5 mg / ml using a filter that fractionated molecular weight 10 kD. The concentrated solution was purified using cation exchange resin. The eluted protein was analyzed by reverse phase HPLC, collected into one sample, and the pH was adjusted to 3.0 using hydrochloric acid.
이온 교환 수지로 정제된 단백질은 정제 역상 HPLC(부틸실란화된 실리카겔 : C4)를 사용하여 정제를 수행하였다. 분획한 단백질은 역상 HPLC로 분석한 후, 하나의 시료로 모아 분자량 10 kD를 분획하는 멤브레인를 사용하여 최종 단백질 농도가 5 - 10 ㎎/㎖ 되게 농축하였다. 농축된 단백질은 겔여과 크로마토그래피로 최종 정제하였다. 정제된 최종 단백질은 역상 HPLC와 스펙트로포토미터로 단백질 정량(280 nm에서의 흡광도)을 하였다. 최종 정제된 rHuG-CSF의 역상 HPLC 크로마토그램은 도5에 나타내었다.The purified protein with ion exchange resin was purified using purified reverse phase HPLC (butyl silanated silica gel: C4). The fractionated protein was analyzed by reverse phase HPLC, and then collected into a sample and concentrated to a final protein concentration of 5-10 mg / ml using a membrane that fractionated a molecular weight of 10 kD. The concentrated protein was finally purified by gel filtration chromatography. The purified final protein was subjected to protein quantitation (absorbance at 280 nm) by reverse phase HPLC and spectrophotometer. Reverse phase HPLC chromatogram of final purified rHuG-CSF is shown in FIG. 5.
실시예 6 (생체외의 바이오어세이에 의한 rHuG-CSF의 생물학적 활성확인)Example 6 (Confirmation of Biological Activity of rHuG-CSF by In Vitro Bioassay)
시험 동물은 6-15 주령의 건강한 웅성 마우스를 사용하였다.Test animals used healthy male mice, 6-15 weeks of age.
배양 배지는 증류수 100 ㎖에 McCoy 5A 분말 배지 2.4 g에 탄산수소나트륨 0.44 g, 최소필수배지용 아미노산용액(Sigma Cat. No. M7020) 1.6 ㎖, 100 mM 피루빈산나트륨 용액 2 ㎖, 최소필수배지용 비필수 아미노산용액(Sigma Cat. No. M7145) 0.8 ㎖, 7.5% 탄산수소나트륨 1.2 ㎖, 최소 필수배지용 비타민용액(Sigma Cat. No. M6895) 0.8 ㎖, 20 mM 글루타민 용액 2 ㎖, 4.2 ㎍/㎖ 세린 용액 0.4 ㎖, 8 ㎍/㎖ 아스파라긴 용액 0.4 ㎖ 및 50 ㎎/㎖ 겐타마이신 용액 0.2 ㎖을 각각 가하고 증류수를 넣어 최종 부피를 200 ㎖로 하고 제균 여과하였다.The culture medium was 100 ml of distilled water, 2.4 g of McCoy 5A powder medium, 0.44 g of sodium bicarbonate, 1.6 ml of the minimum essential medium (Sigma Cat. No. M7020), 2 ml of 100 mM sodium pyruvate solution, the minimum required medium. 0.8 ml of non-essential amino acid solution (Sigma Cat. No. M7145), 1.2 ml of 7.5% sodium bicarbonate, 0.8 ml of minimum essential medium (Sigma Cat. No. M6895), 2 ml of 20 mM glutamine solution, 4.2 ㎍ 0.4 ml of / ml serine solution, 0.4 ml of 8 µg / ml asparagine solution and 0.2 ml of 50 mg / ml gentamicin solution were added thereto, and distilled water was added to make the final volume 200 ml and filtered.
hG-CSF 표준품[National Institute of Biological Standards and Control (NIBSC : 영국) 제공 국제표준품(1.0 x 108IU/㎎)]에 배양배지를 가하여 1 ㎖ 중에 200 활성 단위를 포함하는 용액을 조제하고 이를 96 평저 마이크로 플레이트를 사용하여 2배 계단희석을 수행하여 표준액열을 조제하였으며, 정제 hG-CSF 시료(250 ㎍/㎖)에 배양배지를 가하여 정확히 67,500 배 희석하고 이를 96 평저 마이크로 플레이트를 사용하여 2배 계단희석을 수행하여 검액열을 조제하였다.Culture medium was added to the hG-CSF standard (National Institute of Biological Standards and Control (NIBSC: UK), International Standard (1.0 x 10 8 IU / mg)) to prepare a solution containing 200 active units in 1 ml and 96 Two-fold step dilution was carried out using a flat bottom microplate to prepare a standard liquid column. The culture medium was added to the purified hG-CSF sample (250 µg / ml) to dilute exactly 67,500 times and doubled using a 96 flat microplate. Step dilution was carried out to prepare a test column.
시험동물에서 대퇴골을 채취하고 대퇴골에 묻은 근육을 잘 닦은 후, 한쪽 끝을 가위로 절개하였다. 주사기를 사용해 배양배지로 골수를 씻어낸 다음 1,000 RPM으로 5분간 원심분리하여 세포를 회수하고 이를 0.5 ㎖의 배양 배지에 부유시킨 다음 미리 준비된 퍼콜(Percoll)용 밀도구배 용액상에 중층하고 2,500 RPM으로 30분간 원심분리하였다. 비중 1.06과 1.074 g/㎖ 퍼콜(Percoll)용 밀도 마커비드(marker bead)의 위치를 지표로 하여 두 마커비드(marker bead) 사이의 분획을 4등분하고 중간의 2개 분획을 회수하였다. 회수한 세포를 인산염 완충 생리식염수로 1,200 RPM에서 6분간 2회 원심분리하여 세척하고 세척한 세포를 배양배지에 현탁시킨 후 75 ㎠ T-프라스크 당 약 1 - 3 x 107개씩 소분하여 37℃ 배양기에서 2시간 동안 정치시켰다. 배양 후 비부착성 세포를 피펫으로 취하고 1,200 RPM으로 6분간 원심분리하여 세포를 회수한 다음, 1 ㎖중에 세포수가 약 1.6x106개가 되도록 배양배지에 현탁시키고 이것을 골수세포 부유액으로 하였다.The femurs were taken from the test animals, the muscles on the femurs were cleaned well, and one end was cut with scissors. Rinse the bone marrow with a culture medium using a syringe and centrifuge at 1,000 RPM for 5 minutes to recover the cells, which are then suspended in 0.5 ml of culture medium, layered on a pre-prepared density gradient solution for Percoll, at 2,500 RPM. Centrifuged for 30 minutes. Fractions between the two marker beads were divided into four and the middle two fractions were recovered using the specific gravity 1.06 and the position of the density marker beads for 1.074 g / ml Percoll. The recovered cells were washed by centrifugation twice at 1,200 RPM for 6 minutes at 1,200 RPM, and the washed cells were suspended in culture medium. About 1-3 x 10 per T-prask7The cells were subdivided into pieces and allowed to stand for 2 hours in a 37 ° C incubator. After incubation, the non-adherent cells were pipetted and centrifuged at 1,200 RPM for 6 minutes to recover the cells, and the cell count was about 1.6x10 in 1 ml.6It was suspended in the culture medium so that the dog was used as a bone marrow cell suspension.
얻어진 골수세포 부유액 50 ㎕를 평저 마이크로 플레이트의 각 구멍에 가한 다음 미리 준비한 표준액과 정제 시료 희석액 50 ㎕ 씩을 각 해당 구멍에 가하였다. 탄산가스 농도 5%의 37℃ 배양기 내에서 44 ± 4시간 동안 배양하고, 피펫으로 세포들을 잘 현탁시킨 다음3H-티미딘용액 20 ㎕씩을 각 구멍에 분주하고 같은 조건으로 다시 4시간 배양한 다음, 각 구멍의 세포를 셀하베스터(cell harvester)로 유리여과지에 모으고 인산염 완충 생리식염수로 3회 세척한 다음, 유리여과지를 바이알에 넣고 신틸레이션(scintillation)액 3 ㎖씩을 가하여 세포에 흡수된3H-티미딘의 방사능(dpm)을 측정하였다.50 μl of the obtained bone marrow cell suspension was added to each hole of the flat microplate, and 50 μl of the prepared standard solution and 50 μl of the purified sample dilution solution were added to each hole. Incubate for 44 ± 4 hours in a 37 ° C incubator with a carbon dioxide concentration of 5%, suspend the cells well with a pipette, dispense 20 µl of 3 H-thymidine solution into each hole and incubate again for 4 hours under the same conditions. , washed three times the cells of each well with phosphate buffered saline solution collected in a glass filter by a cell harvester (cell harvester), and then the filter paper into a glass scintillation vial was added ssikeul (scintillation) 3 ㎖ liquid absorbed by the cell 3 H- The radioactivity (dpm) of thymidine was measured.
이상의 실험결과 표준액에서 얻은 방사능(dpm)과 활성 단위로부터 검량식을 구하고 표준액의 방사능(dpm) 범위에 들어가는 정제 시료 희석액의 방사능(dpm)으로부터 활성 단위를 구하고 그것들의 평균값과 희석 배율을 곱해 정제 시료의 활성 단위를 계산하였다.As a result of the above experiment, the calibration formula is obtained from the radioactivity (dpm) and the active unit obtained from the standard solution, and the active unit is obtained from the radioactivity (dpm) of the purified sample diluent falling within the radioactivity (dpm) range of the standard solution and multiplied by their average value and dilution ratio The active unit of was calculated.
단백질량에 대비한 생물학적 활성(비활성도)을 다음 수학식 1에 따라 계산할 수 있다.Biological activity (inactivity) relative to the amount of protein can be calculated according to the following equation (1).
상기와 같은 방법으로 정제한 시료의 비활성도 결과는 하기표 1에 나타내었다.Inactivation results of the samples purified by the same method as shown in Table 1 below.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 유전자 재조합 기술에 의하여 대장균으로부터 rHuG-CSF를 제조함에 있어서, 전사 능력이 강한 T7 프로모터를 사용하여 불필요한 아미노산의 도입이 없이 rHuG-CSF 유전자 N-말단의 A+T 함량을 높임으로써 rHuG-CSF의 높은 발현율로 제조하는 방법을 제공할 수 있다.As described above, in preparing rHuG-CSF from Escherichia coli by the gene recombination technique according to the present invention, A + T of the rHuG-CSF gene N-terminus without introducing unnecessary amino acids using T7 promoter with strong transcription ability Increasing the content may provide a method for producing a high expression rate of rHuG-CSF.
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