KR19990044135A - Heterologous protein production system using algae cells - Google Patents
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Abstract
EPO 게놈 DNA와 같은 이종 유전자 DNA, 상기 DNA를 삽입하는 벡터 및 닭 배 또는 메추라기 섬유육종 세포주와 같은, 벡터로 유전자를 발현하는 조류 세포를 포함하는 이종 단백질 발현 시스템은 EPO와 같은 이종 단백질을 생산하는데 효율적으로 사용될 수 있다.A heterologous protein expression system comprising heterologous gene DNA, such as EPO genomic DNA, a vector inserting the DNA and avian cells expressing the gene with a vector, such as a chicken embryo or quail fibrosarcoma cell line, produces a heterologous protein, such as EPO. Can be used efficiently.
Description
의약품에 사용되는 많은 재조합 단백질들은 그 구조가 비교적 작고 간단하며, 생물학적 활성을 갖는 단백질들은 대장균과 같은 원핵생물에서 생산될 수 있다. 그러나 의학적 유용성이 높은 인체 단백질들, 예를 들어 TPA(tissue plasminogen activator), Factor Ⅷ, EPO 등은, 생물학적 활성을 나타내기 위해서 단백질 번역 후 수정(posttranslational modification)이라는 과정을 필요로 하기 때문에 좀 더 복잡하다. 예를 들어 EPO는 분자량의 40%가 탄수화물로, 글리코실화가 많이 되어 있다. 이들 EPO의 탄수화물 부분은 생물학적 활성에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 따라서 대장균, 효모 또는 곤충에서 생산된 EPO는 생체 내에서 불활성을 나타내거나 매우 미미한 활성만을 나타내지만, COS 또는 CHO 세포에서 생산된 EPO는 완전한 활성을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 따라서 이러한 종류의 이종 단백질은 포유류 세포에서만 생산되어 왔다.Many recombinant proteins used in medicine are relatively small and simple in structure, and biologically active proteins can be produced in prokaryotes such as E. coli. However, human proteins with high medical utility, such as tissue plasminogen activator (TPA), Factor VII, and EPO, are more complex because they require a process called posttranslational modification to exhibit biological activity. Do. For example, 40% of the molecular weight of EPO is carbohydrate, and glycosylation is much. Carbohydrate moieties of these EPO are known to play an important role in biological activity. Thus, EPO produced in Escherichia coli, yeast or insects was found to be inactive in vivo or only very insignificant, while EPO produced in COS or CHO cells showed complete activity. Thus, this kind of heterologous protein has only been produced in mammalian cells.
한편 조류 시스템에서 고등 진핵 세포의 유전자 발현에 대한 연구가 오랫동안 진행되어 왔다. 종양과 관련된 바이러스로 가장 처음 밝혀진 것들 중의 하나로서 닭의 로우스 사코마(Rous sarcoma) 바이러스가 있는데, 이 바이러스는 레트로바이러스성 온코진(retroviral oncogene)이 세포 유전자로부터 유래한 것임을 밝히고 프로토온코진(protooncogene)이라는 개념을 확정하는 데 결정적 역할을 하였다. 유전자 발현의 연구는 또한 주로 포유류 세포에서 이종 유전자를 고효율로 발현시키는데 사용되는 RSV LTR 프로모터(promoter)를 사용하여 진행되었다. 게다가 조류 배 세포(avian embryo cells)는 다양한 동물 바이러스 연구에서 광범위하게 사용되어 왔다.Meanwhile, research on gene expression of higher eukaryotic cells in algal systems has been ongoing. One of the earliest known tumor-associated viruses is the chicken Rous sarcoma virus, which reveals that the retroviral oncogene is derived from cellular genes. It played a decisive role in confirming the concept of protooncogene. The study of gene expression has also been conducted using the RSV LTR promoter, which is mainly used for the high efficiency expression of heterologous genes in mammalian cells. In addition, avian embryo cells have been widely used in various animal virus studies.
본 발명은 인간의 에리스로포이틴(erythropoietin, 이하 "EPO"라 함)을 포함하는 생물 의학상으로 중요한 이종 단백질(heterologous protein)을 생산하는 신규한 발현 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 EPO를 코딩하고 있는 게놈 DNA 등과 같이 단백질을 코딩하고 있는 DNA를 조류 세포에 트랜스펙션하여 여러 가지 이종 단백질을 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a novel expression system for producing biomedically important heterologous proteins, including human erythropoietin (hereinafter referred to as "EPO"), and more particularly to encoding EPO The present invention relates to a method for producing a variety of heterologous proteins by transfecting DNA encoding a protein, such as genomic DNA, into an avian cell.
도 1은 조류 세포에서 박테리아 CAT 유전자의 발현을 나타낸 것이다. 이 때 DE 및 CEF 세포는 CAT 서열을 포함 (+) 또는 포함하지 않는 (-) pRc/CMV로 트랜스펙션되었다. CAT 활성은14C-클로람페니콜(14C-chloramphenicol)로부터 생산되는 아세틸화된 클로람페니콜(acetylated chloramphenicol, AC)의 양을 결정하여 측정하였다. 표기된 수치는 5회 이상의 독립된 실험 중 대표적인 것으로 나타내었다. 도 1에 나타난 결과를 얻기 위해서는 10㎍의 단백질을14C-클로람페니콜과 함께 37℃에서 20분간 반응시켰다.1 shows the expression of bacterial CAT genes in algal cells. At this time DE and CEF cells were transfected with (-) pRc / CMV with or without CAT sequences. CAT activity was measured by determining the amount of 14 C- chloramphenicol acetyl produced from (14 C-chloramphenicol) Chemistry chloramphenicol (acetylated chloramphenicol, AC). The numerical values indicated are representative of five or more independent experiments. In order to obtain the results shown in FIG. 1, 10 μg of the protein was reacted with 14 C-chloramphenicol at 37 ° C. for 20 minutes.
도 2는 여러 종류의 세포 형태들 사이 및 다른 프로모터들 사이에 CAT 유전자 발현을 비교하여 나타낸 것이다. 세 개의 프로모터-CAT 융합 구조체를 DE, CEF, CHO-K1 및 HeLa 세포에 트랜스펙션시키고, CAT 활성을 도 1에서처럼 측정하였다. S: SV40 초기 프로모터, C: HCMV MIEP, R: RSV LTR. 표기된 수치는 3회의 독립된 실험 중 대표적인 것으로 나타내었다. 도 2에 나타낸 결과를 얻기 위해서는 10㎍의 단백질을14C-클로람페니콜과 함께 37℃에서 30분간 반응시켰다.Figure 2 shows a comparison of CAT gene expression between different cell types and between different promoters. Three promoter-CAT fusion constructs were transfected into DE, CEF, CHO-K1 and HeLa cells, and CAT activity was measured as in FIG. 1. S: SV40 early promoter, C: HCMV MIEP, R: RSV LTR. Marked values are representative of three independent experiments. To obtain the results shown in FIG. 2, 10 μg of the protein was reacted with 14 C-chloramphenicol at 37 ° C. for 30 minutes.
도 3은 다양한 세포에서 DNA 트랜스펙션의 효율을 나타낸 것이다. pCMV-lacZ 구조체를 DE, CHO, Vero, HeLa 및 293T 세포에 도 2의 실험에서 사용한 조건을 사용하여 칼슘 포스페이트-DNA 공침전시켜 트랜스펙션시켰다. 트랜스펙션하고 2일 후, 세포를 고정하고 X-gal로 염색하였다. 60㎜ 조직 배양 플레이트당 청색 세포의 수를 세었다. 플레이트 사이에 세포의 총수는 1∼3×105정도로 유사하였다. 트랜스펙션 효율은 DE 세포를 기준으로 상대적으로 계산한 것이다.3 shows the efficiency of DNA transfection in various cells. pCMV-lacZ constructs were transfected into DE, CHO, Vero, HeLa and 293T cells by calcium phosphate-DNA coprecipitation using the conditions used in the experiment of FIG. 2. Two days after transfection, cells were fixed and stained with X-gal. The number of blue cells per 60 mm tissue culture plate was counted. The total number of cells between the plates was about 1 to 3 x 10 5 . Transfection efficiency is calculated relative to DE cells.
도 4는 인체 EPO의 클로닝 및 발현 벡터의 구조에 대한 개략적인 다이어그램이다. 다섯 개의 블록은 EPO의 다섯 개 코딩 부위이다. 첫 번째 PCR은 프라이머 25 및 33을 사용하여 실시하였다. 증폭된 DNA 절편을 클로닝하여 프라이머 12 및 9를 사용하여 두 번째 PCR을 실시하였다. 프라이머 12에서 굴곡선은 제일 코딩 부위로부터 뉴클레오티드 서열을 포함한다. 그러므로 두 번째 PCR 후에는 EPO 전체 코딩 서열이 만들어졌는데, 제1과 제2코딩 부위가 합쳐져 그 사이의 인트론이 제거된 형태를 띤다. 프라이머 12 및 9는 5' 말단 후에 HindⅢ 링커를 포함하고, 여러 가지 발현 벡터에서 EPO 게놈 서열이 클로닝된다.4 is a schematic diagram of the structure of cloning and expression vectors of human EPO. Five blocks are five coding regions of EPO. The first PCR was performed using primers 25 and 33. The amplified DNA fragments were cloned and subjected to a second PCR using primers 12 and 9. The curve in primer 12 includes the nucleotide sequence from the first coding site. Therefore, after the second PCR, the entire EPO coding sequence was made, in which the first and second coding sites were combined to form an intron removed therebetween. Primers 12 and 9 contain a HindIII linker after the 5 'end, and the EPO genomic sequence is cloned in various expression vectors.
도 5는 다양한 EPO 게놈 DNA 서열을 나타낸다. SY, SH, HE 및 JM은 본 발명에 따라 클로닝된 EPO 게놈 DNA 서열을 나타내고, AM 및 GI는 이미 보고된 EPO 게놈 서열이다. 제1코딩 부위와 제2코딩 부위 사이에 인트론이 클로닝 동안에 제거되므로 제거된 인트론은 도 5에 도시하지 않았다.5 shows various EPO genomic DNA sequences. SY, SH, HE and JM represent EPO genomic DNA sequences cloned according to the present invention, and AM and GI are already reported EPO genomic sequences. Removed introns are not shown in FIG. 5 because introns are removed during cloning between the first and second coding sites.
도 6은 여러 가지 EPO의 아미노산 서열을 나타낸다. SY, SH, HE 및 JM은 본 발명에 따라 클로닝된 EPO의 아미노산 서열을 나타내고, AM 및 GI는 이미 보고된 EPO의 아미노산 서열이다. 아미노산의 약자는 다음과 같다.6 shows the amino acid sequences of the various EPOs. SY, SH, HE and JM represent amino acid sequences of EPO cloned according to the present invention, and AM and GI are already reported amino acid sequences of EPO. The abbreviations for amino acids are as follows.
A: 알라닌 R: 아르기닌 N: 아스파라긴A: Alanine R: Arginine N: Asparagine
D: 아스파르트산 C: 시스테인 Q: 글루타민D: Aspartic Acid C: Cysteine Q: Glutamine
E: 글루탐산 H: 히스티딘 I: 이소루신E: glutamic acid H: histidine I: isoleucine
L: 루신 K: 리신 M: 메티오닌L: Leucine K: Lysine M: Methionine
F: 페닐알라닌 P: 프롤린 S: 세린F: Phenylalanine P: Proline S: Serine
T: 트레오닌 W: 트립토판 Y: 티로신 V: 발린T: Threonine W: Tryptophan Y: Tyrosine V: Valine
도 7은 QT-VC 및 다른 포유류 세포주 사이에 CAT 유전자 발현을 비교하여 나타낸 것이다. pCMV-CAT를 QT-VC, CHO-K1 및 Vero 세포에 트랜스펙션시키고, CAT 활성을 도 1에서처럼 측정하였다. pCMV-lacZ와 코트랜스펙션(cotransfection) 및 X-gal 염색에 의하여 측정된 트랜스펙션 효율은 모든 경우에서 3∼5% 재생되었다. 본 실험을 위하여 50㎍의 단백질을14C-클로람페니콜과 함께 37℃에서 1시간 동안 배양시켰다.Figure 7 shows a comparison of CAT gene expression between QT-VC and other mammalian cell lines. pCMV-CAT was transfected into QT-VC, CHO-K1 and Vero cells and CAT activity was measured as in FIG. 1. Transfection efficiencies measured by pCMV-lacZ and cotransfection and X-gal staining were regenerated in 3-5% in all cases. For this experiment 50 μg of protein was incubated with 14 C-chloroamphenicol at 37 ° C. for 1 hour.
도 8은 QT 세포에서 EPO를 발현할 때 사용되는 플라스미드의 전형적인 구조를 나타낸다. 인간 글루타민 합성효소(glutamine synthetase, GS)에 대한 유전자를 발현할 수 있는 두 가지 형태의 BamHⅠ 카세트를 제조하였다. 이들 BamHⅠ 카세트에서, GS cDNA 서열은 소의 성장 호르몬 유전자 및 부분 MMTV LTR(RNA 개시 사이트의 -220 내지 +15) 또는 220bp HSV tk 프로모터의 두 프로모터 중 하나의 폴리 A 서열의 측면에 위치하였다. pCl-neo(Promega, Madison, WI, USA)의 BamHⅠ 사이트로 GS를 발현시키는 BamHⅠ 분절을 삽입하여 일련의 pIGA을 생산하였다. SY-EPO cDNA 서열의 HindⅢ 분절을 pIGA의 Smal 사이트로 클론하여 EPO 발현 벡터, pIGA-EPO를 생산하였다.8 shows a typical structure of the plasmid used when expressing EPO in QT cells. Two types of BamH I cassettes were prepared capable of expressing genes for human glutamine synthetase (GS). In these BamHI cassettes, the GS cDNA sequence was flanked by the poly A sequence of either promoter of the bovine growth hormone gene and the partial MMTV LTR (-220 to +15 of the RNA initiation site) or the 220 bp HSV tk promoter. A series of pIGAs were produced by inserting a BamHI segment expressing GS into the BamHI site of pCl-neo (Promega, Madison, Wis., USA). The HindIII segment of the SY-EPO cDNA sequence was cloned into the Smal site of pIGA to produce an EPO expression vector, pIGA-EPO.
도 9는 QT-N4D4를 이용하여 EPO를 생산하는 것을 도시한 것이다. QT-N4D4 세포를 10% FBS 및 1mM MSX를 포함하는 M-199의 10㎝ 배양 접시(0일)에서 융합 성장시켰다. 3일째 되는 날 EPO 레벨을 측정하였다. 그리고 나서 세포를 1:3으로 분할하고 10㎝ 접시에 접종하였다. 6일째 되는 날, 세포를 다시 융합하고, 배지를 2%(●) 또는 10%(○) FBS를 포함하는 10㎖의 새 배지로 교체하였다. EPO 레벨은 ELISA로 결정하였다(R & D system, Minnesota, USA)9 shows the production of EPO using QT-N4D4. QT-N4D4 cells were fused grown in a 10 cm culture dish (day 0) of M-199 containing 10% FBS and 1 mM MSX. EPO levels were measured on the third day. Cells were then split 1: 3 and seeded in 10 cm dishes. On day 6, cells were fused again and the medium was replaced with 10 ml fresh medium containing 2% (•) or 10% (○) FBS. EPO levels were determined by ELISA (R & D system, Minnesota, USA)
도 10은 ELISA 및 인비트로(in vitro) 바이오어세이(bioassay)에 의하여 측정한 DE(●) 및 QT-N4D4(○)에서의 EPO 농도를 비교한 결과를 나타낸다.10 shows the results of comparing EPO concentrations in DE (●) and QT-N4D4 (○) measured by ELISA and in vitro bioassay.
본 발명은 진핵 세포의 이종 단백질을 고효율로 발현시키기 위한 연구이다. 본 발명의 목적은 고등 진핵 세포의 단백질을 생산할 수 있는 새로운 이종 유전자 발현 시스템을 제공하는 것이다. 다른 목적은 포유류 세포에서 생산될 때만 활성이 있는 것으로 알려진 EPO 같은 고등 진핵 세포의 단백질을 효율적으로 생산할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 상기한 진핵 세포 단백질 중, 특히 EPO를 생산할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.The present invention is a study for expressing heterologous proteins of eukaryotic cells with high efficiency. It is an object of the present invention to provide a novel heterologous gene expression system capable of producing proteins of higher eukaryotic cells. Another object is to provide a method for the efficient production of proteins of higher eukaryotic cells, such as EPO, which are known to be active only when produced in mammalian cells. Another object of the present invention is to provide a method for producing EPO, in particular EPO.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 이종 단백질을 코딩하고 있는 DNA, 상기 DNA가 삽입되는 벡터 및 상기 벡터가 발현되는 조류 세포를 포함하는 이종 유전자 발현 시스템을 제공한다.In order to achieve the object of the present invention, the present invention provides a heterologous gene expression system comprising a DNA encoding a heterologous protein, a vector into which the DNA is inserted, and an avian cell in which the vector is expressed.
또한, 본 발명은 상기한 발현 시스템을 배지에 배양하여 이종 유전자를 발현시키고, 상기 이종 단백질을 세포 및 배지로부터 정제하는 공정을 포함하는 이종 단백질의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing a heterologous protein comprising culturing the above-described expression system in a medium to express a heterologous gene and purifying the heterologous protein from cells and the medium.
바람직하게는 본 발명에서 이종 단백질은 포유류 세포에서 발현될 때에만 활성을 갖는 것으로 알려진 단백질(예를 들면, EPO, TPA 및 Factor Ⅷ 등)로 이루어진 군에서 선택되고, 바람직하게는 상기한 벡터는 SV 초기 프로모터, 인간 사이토메갈로바이러스의 주요 최초기 프로모터(human cytomegalovirus의 major immediate early promoter, 이하 "HCMV MIEP"라 함) 및 RSV LTR로 이루어진 군에서 선택된 프로모터를 포함하며, 또한 바람직하게는 조류 세포는 오리 배 세포(duck embryo cell, 이하 "DE"라 함), 닭 배 섬유아세포(chicken embryo fibroblast, 이하 "CEF"라 함) 및 메추라기 섬유육종(quail fibrosarcoma, 이하 "QT"라 함)으로 이루어진 군에서 선택되며, 더욱 바람직하게는 본 발명에서 분리한 QT-VC이다. QT-VC는 국제 기탁 기관인 한국과학기술원 유전자은행(Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology Korean Collection for Type Culture)에 1996년 8월 22일에 수탁번호 KCTC 0277BP로 기탁되었다. 기탁된 QT-VC는 도 8에서처럼 SY-EPO cDNA를 포함하는 발현 벡터에 트랜스펙션되었다.Preferably, the heterologous protein in the present invention is selected from the group consisting of proteins known to have activity only when expressed in mammalian cells (e.g., EPO, TPA and Factor VIII, etc.), preferably the vector described above is SV A promoter selected from the group consisting of an initial promoter, a major immediate early promoter of human cytomegalovirus (hereinafter referred to as "HCMV MIEP") and an RSV LTR, and preferably the avian cell is a duck In the group consisting of duck embryo cells (hereinafter referred to as "DE"), chicken embryo fibroblasts (hereinafter referred to as "CEF") and quail fibrosarcoma (hereinafter referred to as "QT") It is selected, more preferably QT-VC isolated in the present invention. QT-VC was deposited with the accession number KCTC 0277BP on August 22, 1996, at the Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology Korean Collection for Type Culture, an international depository organization. The deposited QT-VC was transfected into an expression vector comprising SY-EPO cDNA as in FIG. 8.
상기한 이종 단백질을 코딩하고 있는 DNA는 게놈 DNA 또는 cDNA인 것이 더욱 바람직하다.More preferably, the DNA encoding the heterologous protein is genomic DNA or cDNA.
또한 본 발명은 EPO를 코딩하고 있는 DNA, 상기 DNA가 삽입되는 벡터 및 상기 벡터가 발현되는 조류 세포를 포함하는 EPO 생산 시스템을 제공한다.The present invention also provides an EPO production system comprising a DNA encoding an EPO, a vector into which the DNA is inserted, and an avian cell in which the vector is expressed.
더욱이, 본 발명은 EPO를 코딩하고 있는 DNA를 벡터에 삽입하고, 상기한 벡터를 조류 세포에 트랜스펙션하고, 상기 트랜스펙션된 조류 세포를 배지에 배양하는 공정을 포함하는 EPO의 제조방법을 제공한다.Furthermore, the present invention provides a method for producing EPO, comprising the step of inserting DNA encoding EPO into a vector, transfecting the vector into algae cells, and culturing the transfected algae cells in a medium. to provide.
바람직하게는 EPO 생산 시스템의 조류 세포는 DE 또는 QT이고, 상기 DNA는 EPO를 코딩하고 있는 게놈 DNA이며, 더욱 바람직하게는 상기한 DNA는 도 5에 도시한 SY, JM, SH 및 HE로 이루어진 군에서 선택되는 DNA이다.Preferably the algal cell of the EPO production system is DE or QT, said DNA is genomic DNA encoding EPO, more preferably said DNA is a group consisting of SY, JM, SH and HE shown in FIG. DNA is selected from.
바람직하게는 상기한 벡터는 SV 초기 프로모터, HCMV MIEP 및 RSV LTR로 이루어진 군에서 선택되는 프로모터를 포함한다.Preferably the vector comprises a promoter selected from the group consisting of SV initial promoter, HCMV MIEP and RSV LTR.
또한 본 발명은 포유류 단백질을 코딩하고 있는 유전자를 발현시키기 위한 숙주로서 조류 세포를 제공한다.The present invention also provides avian cells as a host for expressing a gene encoding a mammalian protein.
더욱이, 본 발명은 도 5에 도시한 SY, JM, SH 및 HE로 이루어진 군에서 선택되는 새로운 EPO 게놈 서열을 제공하며, 또한 도 6에 도시한 JM, SH 및 HE로 이루어진 군에서 선택되는 새로운 EPO 아미노산 서열을 제공한다.Moreover, the present invention provides a new EPO genomic sequence selected from the group consisting of SY, JM, SH and HE shown in FIG. 5, and also a new EPO selected from the group consisting of JM, SH and HE shown in FIG. 6. Provide an amino acid sequence.
본 발명자는 조류 세포를 이종 유전자 발현을 위한 숙주 세포로서 사용할 수 있는가에 대한 연구를 실시하였다. 본 발명자는 닭과 오리의 두개의 배 세포와 메추라기의 한 개의 섬유육종 세포주의 세개의 조류 세포를 택하여 사용하였다. 닭과 오리 배 세포를 사용한 이유는 하기와 같다. 첫째, 이들 배 세포는 알로부터 쉽게 제조할 수 있으며, 이들은 신속하게 분리되어 많은 계대(passage)를 거친다. 둘째, 닭과 오리 세포는 상대적으로 낮은 비용으로 대량 배양이 가능하다. 셋째, 특정 조류 세포, 예를 들면 닭 배로부터 유래된 세포는 이미 의약품으로 사용되고 있다. 예를 들면, 인플루엔자 바이러스는 백신 제조를 위해 계란에서 배양되고 있다. 마지막으로 배지 및 온도를 포함하는, 조류 배 세포에서 요구되는 배양 조건들은 실질적으로 포유류 세포와 동일하고, 이는 조류 및 포유류 세포의 생리학이 유사할 것이라는 것을 나타낸다. 또한, QT 세포주를 선택한 이유는 다양한 종류의 트랜스포메이션된 세포주(transformed line)가 이미 존재하고 있어 이들 세포주로부터 쉽게 이종 단백질을 발현하는 영구 세포주(permanent cell line)를 구성할 수 있으며, 배양 조건 및 배지가 포유류 세포와 유사하기 때문이다.The present inventors conducted a study on whether algal cells can be used as host cells for heterologous gene expression. The present inventors selected and used two germ cells of chicken and duck and three algal cells of one fibrosarcoma cell line of quail. The reason for using chicken and duck embryonic cells is as follows. First, these germ cells can be readily produced from eggs, which are quickly isolated and pass through many passages. Second, chicken and duck cells can be mass cultured at a relatively low cost. Third, certain algal cells, for example cells derived from chicken embryos, are already used as pharmaceuticals. For example, influenza viruses are cultivated in eggs for vaccine production. Finally, the culture conditions required for avian embryonic cells, including medium and temperature, are substantially the same as for mammalian cells, indicating that the physiology of algae and mammalian cells will be similar. In addition, the reason for selecting the QT cell line is that a variety of transformed lines already exist, so that they can form a permanent cell line that expresses heterologous proteins easily from these cell lines, culture conditions and media Is similar to mammalian cells.
Ⅰ. 세포 및 플라스미드I. Cells and plasmids
1. 세포1. Cell
하기한 표 1에 실험에 사용한 세포를 나타내었다.Table 1 below shows the cells used in the experiment.
상기 세포 중 QT 세포주를 제외한 세포들은 DMEM(Dulbecco's modified Eagle's medium)에 10% 우태 혈청(fetal bovine serum, 이하 "FBS"라 함)을 첨가하여 배양하였다. QT 세포주는 DMEM 대신 M199 배지에서 배양하였다. 오리 배(duck embryo)는 ATCC CCL 141로부터 입수하거나 10 내지 13일 되는 디캐피테이션된(decapitated) 오리 배를 트립신 처리하여 제조하였다. 이들 조류 세포들은 비 필수아미노산과 10% FBS를 포함하는 염 용액(Earle's balanced salt solution)을 첨가한 최소 배지(Eagle)에서 배양하였다. 이들 세포들은 약 30회 이상 계대 배양할 수 있었다. 본 발명에서 사용한 각 배지에는 120㎍/㎖의 페니실린 G(Sigma P-3032; 1690units/㎎) 및 200㎍/㎖ 스트렙토마이신(Sigma S-9137; 750units/㎎)을 첨가하였다.Cells except for the QT cell line were cultured by adding 10% fetal bovine serum (hereinafter referred to as "FBS") to DMEM (Dulbecco's modified Eagle's medium). QT cell lines were cultured in M199 medium instead of DMEM. Duck embryos were prepared by trypsinizing decapitated duck embryos obtained from ATCC CCL 141 or 10 to 13 days old. These algae cells were cultured in a minimal medium (Eagle) with the addition of a salt solution (Earle's balanced salt solution) containing non essential amino acids and 10% FBS. These cells could be passaged more than about 30 times. 120 μg / ml penicillin G (Sigma P-3032; 1690 units / mg) and 200 μg / ml streptomycin (Sigma S-9137; 750 units / mg) were added to each medium used in the present invention.
2. 플라스미드2. Plasmid
조류 세포에서 이종 단백질 생산 효율성을 측정하기 위하여, HindⅢ CAT 카세트(Pharmacia, Piscataway, NJ)를 pRc/RSV 및 pRc/CMV(Invitrogen, San Diego, California, USA)에 삽입하여 pRc/RSV-CAT 및 pRc/CMV-CAT를 각각 제조하였다. pSVCAT는 이미 본 발명자에 의하여 제조된 바 있는 플라스미드 p918을 사용하였다. EPO 발현 벡터는 세 가지 벡터를 사용하였다. pCMV-gEPO는 EPO 게놈 서열의 HindⅢ 분절을 pRc/CMV의 HindⅢ 부위에 클로닝하여 제조하였다. pSV-gEPO는 pSV918의 CAT 서열을 게놈 EPO 서열로 대치하여 제조하였다. pIGA-EPO는 HCMV MIEP에 의하여 조절되는 EPO cDNA 및 NEO와 글루타민 합성효소(GS) 유전자를 동시에 가지고 있다. 트랜스펙션의 효율을 측정하기 위하여, 박테리아의 lacZ 분절을 pRc/CMV의 HindⅢ 부위에 삽입하여 플라스미드 pCMV-lacZ를 제조하였다.To measure the efficiency of heterologous protein production in algal cells, a HindIII CAT cassette (Pharmacia, Piscataway, NJ) was inserted into pRc / RSV and pRc / CMV (Invitrogen, San Diego, California, USA) to provide pRc / RSV-CAT and pRc / CMV-CAT was prepared separately. pSVCAT used plasmid p918, which had already been prepared by the present inventors. Three vectors were used as EPO expression vectors. pCMV-gEPO was prepared by cloning the HindIII segment of the EPO genomic sequence to the HindIII site of pRc / CMV. pSV-gEPO was prepared by replacing the CAT sequence of pSV918 with genomic EPO sequences. pIGA-EPO contains both EPO cDNA and NEO and glutamine synthase (GS) genes regulated by HCMV MIEP. To measure the efficiency of transfection, the plasmid pCMV-lacZ was prepared by inserting the bacterium lacZ segment into the HindIII site of pRc / CMV.
Ⅱ. DNA 트랜스펙션 및 유전자 발현 분석 방법II. DNA transfection and gene expression analysis methods
본 발명자는 고효율로 이종 유전자를 발현시키는데 포유류 세포 대신 조류 배 세포가 사용될 수 있는지 실험하였다. 지금까지 조류 배 세포는 바이러스의 배양에 사용되어 오고 있었지만, 고등 진핵 세포의 이종 단백질이 이들 세포에서 발현된다는 것은 보고된 바가 없었다. 이와 같은 실험을 위하여, 조류 세포에서 트랜스펙션을 효율적으로 실시하는 방법을 확립하는 것이 필요하다. 즉, 조류 세포에서 이종 유전자를 발현시키기 위해서는 DNA를 타켓 세포에 트랜스펙션시키는 기술의 개발이 필요하다. 현재까지 조류 배 세포에 DNA를 트랜스펙션시키는 기술에 관해서는 보고되어 있지 않다. 이에 따라 본 발명자는 DNA를 CEF와 DE 세포에 손쉽게 트랜스펙션할 수 있는 방법을 개발하였다.The inventors have tested whether avian embryonic cells can be used instead of mammalian cells to express heterologous genes with high efficiency. To date, algal germ cells have been used for culturing viruses, but no heterologous protein of higher eukaryotic cells is expressed in these cells. For this experiment, it is necessary to establish a method for efficiently performing transfection in algal cells. In other words, in order to express heterologous genes in avian cells, development of a technique for transfecting DNA into target cells is required. To date, no technique for transfecting DNA into avian embryonic cells has been reported. Accordingly, the present inventors have developed a method for easily transfecting DNA into CEF and DE cells.
본 발명자는 사용 가능한 여러 기술 중 칼슘 포스페이트-DNA 공침전을 사용한 방법을 선택하였는데, 왜냐하면 이 방법은 여러 가지 부착 세포에서 성공적으로 사용되어진 바 있고, 영구 세포주를 제조하는데 또한 사용될 수 있기 때문이다. 우리는 다양한 조건으로 실험을 행하여 하기한 방법이 최적임을 알아냈다.We chose a method using calcium phosphate-DNA co-precipitation among the available techniques, since this method has been used successfully in a variety of adherent cells and can also be used to prepare permanent cell lines. We conducted experiments under various conditions and found that the following method was optimal.
100㎜ 배양 접시에서 세포가 50∼70%로 융합되었을 때, HBS 완충용액(140mM NaCl, 5mM KCl, 0.75mM Na2HPO42H2O, 6mM 포도당, 25mM HEPES)에 총 10㎍ DNA를 세포와 함께 상온에서 30분간 배양하였다. FBS를 포함하는 일반적인 배지 10㎖를 첨가하고 37℃에서 20시간동안 배양하였다. 단, CHO-KI는 8시간동안 배양하였다. 세포를 100μM 클로로퀸 10㎖로 처리하고, 37℃에서 3시간동안 배양하였다. 10㎖의 새로운 배지로 교환한 후, 세포를 1 내지 2일 동안 배양하였다. 배양 상등액을 수집하여 1000rpm에서 10분간 원심분리하여 세포와 파편을 제거하였다. 트랜스펙션 효율을 측정하기 위해서는 세포를 pCMV-lacZ으로 트랜스펙션하고, PBS로 1회 세정하고, 트랜스펙션한 3일 후 0.5% 글루탈알데하이드(PBS내)로 10분간 고정하고, 1mM MgCl2를 포함하는 4㎖ PBS로 각각 2 내지 10분동안 2회 세정하였다. X-gal 염색을 위해서는 염색용액[4mM K3Fe(CN)6, 4mM K4Fe(CN)63H2O, 2mM MgCl2및 400㎍/㎖ X-gal(디메틸포름아미드 용액에 녹아 있음)을 포함하는 PBS]을 고정된 세포에 첨가하고, 37℃에서 4시간동안 밤새도록 배양하였다. 반응이 완료되면 세포를 PBS로 1회 세정하였다. 염색된 세포를 PBS에서 유지시켰다.When cells were fused at 50-70% in a 100 mm culture dish, a total of 10 μg DNA was added to HBS buffer (140 mM NaCl, 5 mM KCl, 0.75 mM Na 2 HPO 4 2H 2 O, 6 mM glucose, 25 mM HEPES). Incubated together at room temperature for 30 minutes. 10 ml of normal medium containing FBS was added and incubated at 37 ° C. for 20 hours. However, CHO-KI was incubated for 8 hours. Cells were treated with 10 mL 100 μM chloroquine and incubated at 37 ° C. for 3 hours. After exchange with 10 ml fresh medium, the cells were incubated for 1-2 days. Culture supernatants were collected and centrifuged at 1000 rpm for 10 minutes to remove cells and debris. To measure transfection efficiency, cells were transfected with pCMV-lacZ, washed once with PBS, fixed with 0.5% glutalaldehyde (in PBS) for 10 minutes after 3 days of transfection, and 1 mM MgCl. Wash twice with 4 ml PBS containing 2 for 2 to 10 minutes each. For X-gal staining, staining solution (4 mM K 3 Fe (CN) 6 , 4 mM K 4 Fe (CN) 6 3H 2 O, 2 mM MgCl 2 and 400 μg / ml X-gal (dissolved in dimethylformamide solution) Containing PBS] was added to the fixed cells and incubated overnight at 37 ℃ for 4 hours. When the reaction was completed, the cells were washed once with PBS. Stained cells were kept in PBS.
CAT는 하기한 방법으로 분석하였다.CAT was analyzed by the following method.
트랜스펙션을 수행한 2 내지 3일 후 세포를 수확하여 PBS로 1회 세정하고, 0.25M Tris-HCl(pH 7.5)에서 부유하였다. 총 단백질은 4회의 냉동과 해동을 반복하고 65℃에서 7분동안 가열하여 준비하였다. 동일한 양의 단백질을 37℃에서 30분간 CAT 활성에 대해 분석하였다. 단백질의 양과 반응시간을 실험에 따라 다양하게 변형시켰다. 예를 들면, DE 세포로부터 준비한 세포 추출물의 CAT 활성은 매우 높으므로 단 10㎍ 단백질과 20 내지 30분간의 반응 시간만 사용하여도 되었고, 이와 같은 조건하에서 다른 포유류 세포에서의 CAT 활성은 매우 낮거나 미미하였다. CAT 활성이 다른 세포에서 발견될 때면 실질적으로는 모든14C-클로람페니콜이 전환되었다.14C-클로람페니콜의 아세틸화된 형태로의 전환율은 반응하지 않는 기질과 아세틸화된 형태를 포함하는 부위를 잘라 각각 액체 신틸레이션 측정기로 방사성의 양을 측정하여 결정하였다.Two to three days after transfection, cells were harvested, washed once with PBS and suspended in 0.25M Tris-HCl, pH 7.5. Total protein was prepared by repeating the freezing and thawing four times and heating at 65 ° C. for 7 minutes. The same amount of protein was analyzed for CAT activity at 37 ° C. for 30 minutes. The amount of protein and reaction time were varied according to the experiment. For example, since the CAT activity of cell extracts prepared from DE cells is very high, only 10 μg protein and reaction time of 20 to 30 minutes may be used. Under these conditions, CAT activity in other mammalian cells is very low or It was insignificant. Virtually all 14 C-chloroamphenicol was converted when CAT activity was found in other cells. The conversion of 14 C-chloramphenicol into the acetylated form was determined by cutting the site containing the unreacted substrate and the acetylated form by measuring the amount of radioactivity with a liquid scintillation meter.
Ⅲ. DE 및 CEF에서 유전자 발현III. Gene Expression in DE and CEF
DE 및 CEF의 유전자 발현 정도를 CAT 유전자를 사용하여 측정하였다. 이 때 본 발명자들은 먼저 HCMV의 주요 최초기 부위(major immediate-early region)로부터의 프로모터(HCMV MEIP)를 선택하여 사용하였는데, 이는 이 프로모터가 여러 종류의 세포 형태에서 고효율의 유전자 발현을 유도하는 것으로 알려져 있기 때문이다. 플라스미드 pCMV-CAT에서, 박테리아 CAT 유전자는 HCMV MIEP의 조절을 받는 위치에 있다. 음성 대조구(negative control)로서, 프로모터는 있으나 CAT 서열을 포함하지 않는 플라스미드 Rc/CMV를 사용하였다. 이들 플라스미드는 DE 및 CEF 세포로 트랜스펙션되었고, 트랜스펙션 및 유전자 발현 정도를 평가하기 위해 CAT 활성을 측정하였다. 몇 번의 독립적으로 실시한 트랜스펙션으로부터 대표적인 예 하나를 도 1에 도시하였다. 대조구 플라스미드의 트랜스펙션에서는 두 세포에서 모두 CAT 활성이 나타나지 않았다. 그러나 pCMV-CAT를 트랜스펙션하였을 때에는 두 세포에서 모두 CAT 활성이 쉽게 검출되었다. 5회 이상의 독립적인 트랜스펙션 분석을 행한 결과 CEF 세포에서보다 DE 세포에서 항상 CAT 활성이 높은 것으로 나타났다. 이들 두 세포들 사이에 CAT 활성의 차이는 실험에 따라 10 내지 50배의 차이가 났다. 이와 같은 결과는 조류 세포가 DNA로 쉽게 트랜스펙션되고 이종 유전자가 효율적으로 발현될 수 있음을 나타낸다.Gene expression levels of DE and CEF were measured using CAT genes. At this time, the present inventors first selected and used a promoter (HCMV MEIP) from the major immediate-early region of HCMV, which is to induce high efficiency gene expression in various cell types. Because it is known. In the plasmid pCMV-CAT, the bacterial CAT gene is in position to be regulated by the HCMV MIEP. As negative control, plasmid Rc / CMV with promoter but without CAT sequence was used. These plasmids were transfected with DE and CEF cells and CAT activity was measured to assess the extent of transfection and gene expression. One representative example from several independent transfections is shown in FIG. 1. Transfection of the control plasmid showed no CAT activity in both cells. However, when pCMV-CAT was transfected, CAT activity was easily detected in both cells. Five or more independent transfection assays showed that CAT activity was always higher in DE cells than in CEF cells. The difference in CAT activity between these two cells varied by 10-50 fold depending on the experiment. These results indicate that avian cells can be easily transfected with DNA and heterologous genes can be efficiently expressed.
Ⅳ. 조류 및 포유류 세포 사이 및 서로 다른 프로모터 사이의 유전자 발현 정도 비교Ⅳ. Comparison of gene expression between algae and mammalian cells and between different promoters
세 개의 다른 프로모터를 사용하여 조류 및 포유류 세포 사이의 유전자 발현 정도를 비교하였다.Three different promoters were used to compare gene expression levels between avian and mammalian cells.
(1) SV40 인펙션의 초기 전사상(early transcription phase)동안 사용된 SV40 초기 프로모터(1) SV40 early promoter used during early transcription phase of SV40 infection
(2) HCMV 인펙션 후 즉시 IE1 및 IE2 조절 단백질을 발현시키는 HCMV MIEP(2) HCMV MIEP expressing IE1 and IE2 regulatory proteins immediately after HCMV infection
(3) 조류 레트로바이러스의 RSV LTR(3) RSV LTR of avian retroviruses
상기한 프로모터는 포유류 세포에서 매우 강력한 것으로 알려져 있으며, 또 종종 고효율의 이종 유전자 발현을 위하여 사용되어 왔다.Such promoters are known to be very potent in mammalian cells and have often been used for high efficiency heterologous gene expression.
상기한 프로모터-CAT 융합 구조체(constructs)를 4개의 다른 세포주, DE, CEF, CHO-K1 및 HeLa에 트랜스펙션한 후, CAT 활성을 측정하여 프로모터들 사이 및 세포 형태 사이의 유전자 발현 효율을 비교하였다. 이와 같은 반량적(semi-quantitative) 비교를 위하여, 모든 트랜스펙션과 CAT 분석을 동시에 같은 조건 하에서 실시하였다. 이와 같은 실험 결과의 한 예를 도 2에 도시하였다. CAT 반응에서 세포 추출물 10㎍을 사용하여 30분간 배양하였다. 이와 같은 특정한 조건 하에서, 상기 세 개의 프로모터로부터 유래된 CAT 발현 수준은 CHO 및 HeLa 세포에서는 상대적으로 매우 낮았다(도 2). 매우 많은 양의 단백질을 보다 긴 반응시간동안 반응시켜야만 CAT 활성이 감지되었다. 이와 반대로 조류 세포에서는 CAT 활성이 쉽게 검출되었다(도 2). 다만 CEF 세포에서 SV40 프로모터의 경우는 예외였다. 이상과 같은 결과로 포유류 세포에서보다 조류 세포에서의 발현이 보다 효율적임을 확인하였다.The promoter-CAT fusion constructs were transfected into four different cell lines, DE, CEF, CHO-K1 and HeLa, and then CAT activity was measured to compare gene expression efficiency between promoters and cell types. It was. For this semi-quantitative comparison, all transfection and CAT analyzes were performed simultaneously under the same conditions. One example of such an experimental result is shown in FIG. 2. Incubated for 30 minutes using 10 ㎍ of the cell extract in the CAT reaction. Under these specific conditions, CAT expression levels derived from these three promoters were relatively very low in CHO and HeLa cells (FIG. 2). CAT activity was detected only when a large amount of protein was reacted for a longer reaction time. In contrast, CAT activity was readily detected in algal cells (FIG. 2). The exception was the case of the SV40 promoter in CEF cells. As a result, it was confirmed that expression in avian cells was more efficient than in mammalian cells.
DE 세포에서 HCMV MIEP는 매우 강력하게 작용하였다. 도 2에서, CAT 반응 조건은 다른 샘플에서도 적당한 CAT 활성을 나타내도록 선택한 것이다. CAT 반응이 DE 세포를 pCMV-CAT로 트랜스펙션하여 제조된 단백질 샘플을 사용하여 제한된 조건 하에서 실시될 때(즉 CAT 전환이 50% 미만일 때), 다른 샘플의 CAT 활성은 실질적으로 검출되지 않았다. 그러므로 HCMV-CAT으로 트랜스펙션된 DE 세포로부터의 단백질 샘플과 다른 트랜스펙션으로부터의 샘플들 사이의 CAT 활성 차이는 적어도 100배의 차이가 나는 것이다. 이와 같은 결과는 이종 유전자가 DE 세포내에서 특히 HCMV MIEP의 조절 하에서 매우 효과적으로 발현됨을 의미한다.HCMV MIEP worked very strongly in DE cells. In Figure 2, the CAT reaction conditions were chosen to show adequate CAT activity in other samples. When the CAT reaction was performed under limited conditions using protein samples prepared by transfecting DE cells with pCMV-CAT (ie, when CAT conversion was less than 50%), the CAT activity of the other samples was substantially undetectable. Therefore, the difference in CAT activity between protein samples from DE cells transfected with HCMV-CAT and samples from other transfections is at least a 100-fold difference. These results indicate that heterologous genes are expressed very effectively in DE cells, especially under the control of HCMV MIEP.
DE 세포에서 나타나는 고효율의 CAT 발현은 이들 세포가 강한 유전자 발현을 유도할 수 있기 때문이기보다는 세포 집단으로의 효과적인 트랜스펙션의 결과일 가능성이 있다. 이와 같은 가능성을 구분하기 위하여 본 발명자는 pCMV-lacZ를 DE 및 다른 동물 세포에 트랜스펙션시켰다. 트랜스펙션 후 세포를 X-gal로 염색하고 청색 세포의 수를 측정하여 트랜스펙션 효율을 측정하였다. 도 3에서 도시한 바와 같이 염색된 세포의 수는 DE 및 다른 동물 세포에서 항상 유사하였고, 이는 DE 세포에서 나타나는 고효율의 CAT 발현이 개개의 세포에서의 고효율의 발현에 기인한다는 것을 나타낸다.Highly efficient CAT expression in DE cells is likely the result of effective transfection into the cell population, rather than because these cells can induce strong gene expression. To distinguish this possibility, we transfected pCMV-lacZ into DE and other animal cells. After transfection cells were stained with X-gal and transfection efficiency was measured by measuring the number of blue cells. The number of stained cells as shown in FIG. 3 was always similar in DE and other animal cells, indicating that high efficiency CAT expression seen in DE cells is due to high efficiency expression in individual cells.
Ⅴ. 인체 에리스로포이틴의 클로닝Ⅴ. Cloning of Human Erythropotin
DE 세포를 실제로 의약적으로 유용한 인체 단백질의 발현에 사용할 수 있는가 여부를 확인하기 위하여 본 발명자는 인체 EPO 유전자를 코딩하고 있는 게놈 DNA를 분리하였다. 이 EPO 유전자를 대상으로 한 이유는 이 단백질이 분비형 단백질(secreted protein)이어서 DE 세포가 분비형 단백질을 제대로 분비할 수 있는지 확인할 수 있기 때문이다. 본 발명자는 또한 cDNA 대신 EPO의 게놈 클론을 사용하였는데, 이는 인체의 유전자가 DE 세포에서 제대로 스플라이싱(splicing)되어 기능을 갖는 mRNA를 생산할 수 있는지 검토하기 위함이다.In order to confirm whether DE cells can actually be used for the expression of pharmaceutically useful human proteins, we isolated genomic DNA encoding human EPO genes. The EPO gene is targeted because it is a secreted protein that can help DE cells secrete it. We also used genomic clones of EPO instead of cDNA to examine whether human genes can be properly spliced in DE cells to produce functional mRNAs.
EPO 클로닝을 위하여 사용된 DNA는 네 사람의 혈액세포로부터 만들어졌다. 헤파린으로 처리한 혈액 세포로부터 인간의 말초 혈액 림포사이트(peripheral blood lymphocyte)를 Ficoll-Hypaque 구배 원심분리 방법으로 분리하였다. 이로부터 총 DNA를 제조하고 특정 올리고뉴클레오티드 프라이머(도 4 참조)를 사용하여 유전자 증폭반응(polymerase chain reaction)에 사용하였다. 시작 코돈 주위 부분에는 GC가 매우 많아, 두 개의 다른 쌍의 프라이머를 사용하여 이단계 PCR을 실시하여 EPO 서열을 클로닝하였다.The DNA used for EPO cloning was made from four human blood cells. Human peripheral blood lymphocytes were separated from heparin-treated blood cells by Ficoll-Hypaque gradient centrifugation. Total DNA was prepared from this and used for a polymerase chain reaction using a specific oligonucleotide primer (see FIG. 4). The region around the start codon was very rich in GC, so the EPO sequence was cloned by two-step PCR using two different pairs of primers.
EPO에 대한 게놈 DNA를 얻기 위하여, TES(10mM Tris-HCl pH 7.8; 1mM EDTA; 0.7% SDS)를 사용하여 인간의 말초 혈액 림포사이트를 분해하고 400㎍/㎖ 프로테이나제 K로 50℃에서 1시간동안 처리한 후, 페놀:클로로포름 추출, 에탄올 침전처리하여 전체 DNA를 준비하였다. EPO 유전자에 대하여 특이성을 나타내는 올리고뉴클레오티드 프라이머와 전체 게놈 DNA 0.1㎍을 사용하여 유전자 증폭 반응(PCR)을 수행하였다.To obtain genomic DNA for EPO, TES (10 mM Tris-HCl pH 7.8; 1 mM EDTA; 0.7% SDS) was used to degrade human peripheral blood lymphocytes and at 50 ° C. with 400 μg / ml proteinase K. After treatment for 1 hour, phenol: chloroform extraction, ethanol precipitation treatment to prepare the whole DNA. Gene amplification reactions (PCR) were performed using oligonucleotide primers specific for the EPO gene and 0.1 μg of whole genomic DNA.
프라이머 #25(센스(sense), 5'에서 3'): GAAGCTGATAAGCTGATAACCPrimer # 25 (sense, 5 'to 3'): GAAGCTGATAAGCTGATAACC
프라이머 #33(안티센스(antisense), 5'에서 3'): TGTGACATCCTTAGATCTCAPrimer # 33 (antisense, 5 'to 3'): TGTGACATCCTTAGATCTCA
이 샘플을 하기한 조건, 즉 92℃에서 1분간 변성, 55℃에서 1분간 프라이머 어닐링, 72℃에서 1분간 프라이머 확장(extension)을 30회 반복하여 증폭시켰다. 이와 같은 반응에 의하여 증폭된 DNA 절편들은 N-말단 부위에 처음 13개 뉴클레오티드를 포함하고 있지 않았으므로, 하기한 프라이머를 사용하여 두 번째 PCR을 수행하였다(각각 밑줄친 것은 HindⅢ, 진한 것은 시작 코돈 및 중단 코돈). 이들 프라이머의 상대적 위치는 도 4에 나타낸 것과 같다. DNA 증폭을 위해 Taq DNA 폴리머레이즈(polymerase)(POSCO chem, Korea) 및 pfr 폴리머레이즈(STRATGENE, Califonia, USA)를 사용하였다The sample was amplified by repeating the following conditions: 1 minute denaturation at 92 ° C, primer annealing at 55 ° C for 1 minute, and primer extension at 72 ° C for 1 minute. Since the DNA fragments amplified by this reaction did not contain the first 13 nucleotides at the N-terminal region, a second PCR was performed using the primers described below (HindIII underlined, the dark ones start codon and Stop codon). The relative positions of these primers are as shown in FIG. 4. Taq DNA polymerase (POSCO chem, Korea) and pfr polymerase (STRATGENE, Califonia, USA) were used for DNA amplification.
프라이머 #12(센스, 5'에서 3'):Primer # 12 (sense, 5 'to 3'):
CAAGCTTCGGAGATGGGGTGCACGAATGTCCTGCCTGGCTGTGGCC AAGCTT CGGAG ATG GGGTGCACGAATGTCCTGCCTGGCTGTGGC
프라이머 #9(안티센스, 5'에서 3'):Primer # 9 (antisense, 5 'to 3'):
CAAGCTT TCATCTGTCCCCTGTCCTGCC AAGCTT TCA TCTGTCCCCTGTCCTGC
두 번째 PCR에 의하여 증폭된 DNA를 pCRⅡ(Invitrogene)에 클로닝하였으며, EPO의 게놈 서열을 포함하는 HindⅢ 분절은 상기한 것과 같은 다양한 발현 벡터에 삽입되었다. 본 실험에서는 증폭된 DNA를 HCMV MIEP 또는 SV40 초기 프로모터의 조절 하에 놓아 각각 pCMV-gEPO 및 pSV-gEPO를 제조하였다. 단, Ⅶ항과 Ⅷ항에서 실시한 발현 실험에서는 이미 알려진 EPO와 같은 아미노산 서열을 가지는 SY-EPO를 사용하였다(Ⅵ항).The DNA amplified by the second PCR was cloned into pCRII (Invitrogene), and HindIII segments containing the genomic sequence of EPO were inserted into various expression vectors as described above. In this experiment, amplified DNA was placed under the control of an HCMV MIEP or SV40 early promoter to prepare pCMV-gEPO and pSV-gEPO, respectively. However, in the expression experiments performed in paragraphs (1) and (8), SY-EPO having the same amino acid sequence as that of known EPO was used (section VI).
Ⅵ. 클로닝된 EPO 게놈의 뉴클레오티드 서열 분석Ⅵ. Nucleotide Sequence Analysis of the Cloned EPO Genome
상기한 방법으로 클로닝된 EPO의 게놈 구조는 인비보(in vivo)에서 천연 EPO 게놈과 다르다. 즉 야생형의 EPO 게놈 DNA는 5개의 코딩 부위가 존재하며 그들 사이에 4개의 인트론이 존재한다. 그러나 상기한 공정에서 클로닝한 DNA는 첫 번째 코딩 부위와 두 번째 코딩 부위가 밀착하여 한 개의 코딩 부위를 형성하고 있어 4개의 코딩 부위와 3개의 인트론으로 형성되어 있다(도 4).The genomic structure of EPO cloned in the above manner differs from the native EPO genome in vivo . That is, the wild type EPO genomic DNA has five coding sites and four introns between them. However, the DNA cloned in the above-described process forms one coding site by closely coupling the first coding site and the second coding site, and is formed of four coding sites and three introns (FIG. 4).
네명으로부터 분리한 EPO 유전자 서열을 분석한 결과 인트론 위치에서 이들 부위로부터 클로닝된 EPO의 뉴클레오티드 서열은 종래에 알려진 두 개의 EPO(AM-EPO 및 GI-EPO)로부터의 서열과 심한 차이를 보였다(도 5). 이와 같은 차이는 DNA 증폭 방법을 이용하여 클로닝하는 도중 가끔 보여지는 실험적 잘못에 기인한 것은 아닌 것으로 사료된다. 동일한 사람(그렇지만 다른 시간에)으로부터 준비한 DNA를 사용하여 클로닝과 서열 결정을 반복하였고, 같은 뉴클레오티드 서열을 얻을 수 있었다. 다른 대조구로서, 거의 동일한 조건 하에서 이미 클로닝된 EPO를 증폭하여 뉴클레오티드 서열을 결정하였다. 이때, 다시 동일한 뉴클레오티드 서열을 얻을 수 있었다.Analysis of EPO gene sequences isolated from four individuals showed that the nucleotide sequence of EPO cloned from these sites at the intron position showed a significant difference from the sequences from two known EPOs (AM-EPO and GI-EPO) (FIG. 5). ). This difference may not be due to the experimental error sometimes seen during cloning using DNA amplification methods. Cloning and sequencing were repeated using DNA prepared from the same person (but at different times) and the same nucleotide sequence was obtained. As another control, nucleotide sequences were determined by amplifying already cloned EPO under almost identical conditions. At this time, the same nucleotide sequence was obtained again.
4개의 EPO 유전자와 AM 및 GI의 아미노산 서열은 도 6에서 보여지는 바와 같다. AM, GI 및 SY의 아미노산 서열은 동일하였다. 그러나 세 사람(JM, SH, HE)의 아미노산 서열은 GI- 및 AM-EPO의 2∼3개의 아미노산 서열과 달라 사람들 사이에 폴리모피즘이 존재함을 알 수 있다. AM- 또는 GI-EPO를 비교할 때 HE-EPO는 C-말단 부위에 3개의 아미노산이 다른 반면, SH-EPO는 3개의 다른 아미노산이 전 폴리펩타이드에 걸쳐 분포되어 있었고, JM-EPO는 2개의 아미노산이 폴리펩타이드 중간 부위와 C-말단 부위에서 하나씩 달랐다(도 6 참조). 예를 들면 191개의 EPO 아미노산 중 AM-EPO와 GI-EPO는 36번째, 100번째, 170번째 위치가 각각 세린, 알라닌, 발린인 반면, SH-EPO는 아르기닌, 세린, 티로신이었다. 또한 AM-EPO 및 GI-EPO는 170번째, 177번째, 191번째 위치가 각각 발린, 리신, 아르기닌인 반면, HE-EPO는 티로신, 글루타민, 글라이신이었다. JM-EPO의 경우에는 54번째, 170번째 위치가 리신, 티로신인 반면 대조군들은 트레오닌과 발린이었다. 상기한 실험 결과는 EPO 유전자가 DNA 서열상으로는 물론 아미노산 서열에서도 폴리모피즘을 가지고 있음을 보여주는 것이다.The four EPO genes and the amino acid sequences of AM and GI are shown in FIG. 6. The amino acid sequences of AM, GI and SY were identical. However, the amino acid sequence of the three people (JM, SH, HE) is different from the two to three amino acid sequences of GI- and AM-EPO, indicating that polymorphism exists among people. When comparing AM- or GI-EPO, HE-EPO had three amino acids different at the C-terminal region, while SH-EPO had three different amino acids distributed throughout the polypeptide, and JM-EPO had two amino acids. The polypeptides differed one by one at the intermediate and C-terminal sites (see FIG. 6). For example, among the 191 EPO amino acids, AM-EPO and GI-EPO were serine, alanine, and valine at positions 36, 100, and 170, respectively, while SH-EPO was arginine, serine, and tyrosine. In addition, AM-EPO and GI-EPO were valine, lysine and arginine at the 170th, 177th, and 191th positions, respectively, while HE-EPO was tyrosine, glutamine, and glycine. In the case of JM-EPO, the 54th and 170th positions were lysine and tyrosine, while the controls were threonine and valine. The above experimental results show that the EPO gene has polymorphism on the amino acid sequence as well as on the DNA sequence.
Ⅶ. DE 세포에서 EPO의 발현Iii. Expression of EPO in DE Cells
본 실험에서는 DE 세포 및 다른 세포주 사이에서 EPO 발현 정도를 비교하였다.In this experiment, the degree of EPO expression was compared between DE cells and other cell lines.
EPO 발현 벡터를 DE, CEF, CHO, HeLa, VERO 및 293T를 포함하는 다양한 세포에 트랜스펙션하였다. VERO 세포는 이종 유전자의 발현에 자주 사용되기 때문에 사용하였고, 293T 세포는 DNA 트랜스펙션이 높은 효율로 이루어지고, E1A, E1B 및 큰 T 항원과 같은 강력한 바이러스성 트랜스액티베이터(transactivator)를 가지고 있어 유전자의 발현이 매우 높기 때문에 사용하였다. 트랜스펙션을 실시하고 2 내지 3일 후, 배양 상등액에서 EPO의 양을 효소 결합 면역흡착 방법(enzyme linked immunoadsorbent assay)으로 측정하였고, 트랜스펙션 효율성은 배양 용기에 붙어 있는 세포를 X-gal 염색하여 결정하였다. 트랜스펙션 효율성은 이미 상기한 Ⅱ에서 서술한 바와 같이 lacZ 발현 벡터를 EPO 발현 벡터와 동시에 트랜스펙션하여 실시하였다. 이와 같은 분석의 대표적인 결과는 하기한 표 2에 나타내었다.EPO expression vectors were transfected into various cells, including DE, CEF, CHO, HeLa, VERO and 293T. VERO cells were used because they are frequently used for the expression of heterologous genes, and 293T cells have high efficiency in DNA transfection and have strong viral transactivators such as E1A, E1B and large T antigens. Was used because of its very high expression. 2 to 3 days after transfection, the amount of EPO in the culture supernatant was measured by an enzyme linked immunoadsorbent assay, and the transfection efficiency was measured by X-gal staining of cells attached to the culture vessel. Determined by. Transfection efficiency was performed by transfecting the lacZ expression vector simultaneously with the EPO expression vector as described in II above. Representative results of this analysis are shown in Table 2 below.
SV40 초기 프로모터를 사용하였을 때 세포 형태들 사이에서 EPO 생산량의 차이는 거의 없었다. 그러나 HCMV MIEP를 사용하였을 때는 DE 세포가 실험한 다른 세포주들에 비하여 월등히 높은 EPO를 생산하였다. HCMV MIEP는 거의 모든 실험한 세포들에서 SV40 초기 프로모터에 비하여 높은 활성을 나타냈다. 이와 같은 차이는 특히 DE 세포에서 분명하였는데, 무려 315배나 많은 EPO를 생산하였다. 실험에 사용된 여러 세포 중에서 DE 세포가 항상 가장 많은 양의 EPO를 생산하였다. CHO 세포는 현재 인체에 사용되는 EPO를 생산하는 세포의 모주이다. 그러나 이 일시적인 시스템에서 이들 CHO 세포에서 EPO의 수준은 DE 세포에 비하여 적어도 30배가 낮다. 또한 DE 및 293T 세포 사이의 차이는 괄목할 만한 것으로 사료된다. 293T의 트랜스펙션 효율은 DE 세포를 포함하는 다른 세포보다 약 30배 가량 높다. 게다가 293T 세포는 강력한 바이러스성 전사 트랜스엑티베이터(viral transcription transactivator)를 생산한다. 그럼에도 불구하고 DE가 293T보다 10배 이상의 EPO를 생산할 수 있음은 DE가 유전자 발현을 매우 강력하게 유도하고 있음을 의미한다.There was little difference in EPO production between cell types when using the SV40 early promoter. However, when HCMV MIEP was used, DE cells produced significantly higher EPO than other cell lines tested. HCMV MIEP showed high activity compared to the SV40 early promoter in almost all experimental cells. This difference was particularly evident in DE cells, which produced 315 times as many EPOs. Among the various cells used in the experiment, DE cells always produced the highest amount of EPO. CHO cells are the parent cell of the cells that produce EPO currently used in the human body. However, in this transient system the level of EPO in these CHO cells is at least 30 times lower than in DE cells. The difference between DE and 293T cells is also remarkable. The transfection efficiency of 293T is about 30 times higher than other cells, including DE cells. In addition, 293T cells produce a powerful viral transcription transactivator. Nevertheless, the ability of DE to produce 10 times more EPO than 293T means that DE induces gene expression very strongly.
결론적으로 상기한 결과는 인간의 EPO가 DE 세포에서 효과적으로 생산되어 방출되며 HCMV MIEP가 DE 세포에서 이종 유전자 발현을 매우 효율적으로 유도할 수 있는 프로모터임을 의미한다.In conclusion, the above results indicate that human EPO is effectively produced and released from DE cells, and HCMV MIEP is a promoter capable of inducing heterogeneous gene expression very efficiently in DE cells.
요약하자면, 본 발명자는 DE 세포가 박테리아 및 인체의 단백질을 매우 높은 효율로 생산함을 확인하였다. 실험한 프로모터 모두가 본 발명에 사용된 다른 세포주에서보다 DE 세포에서 유전자의 고율 발현을 유도하는 것임을 확인하였다. 특히 HCMV MIEP는 DE 세포에서 매우 우수한 효과를 나타내었다. 관찰되는 이종 유전자의 높은 발현은 트랜스펙션된 세포 수가 많기 때문이 아니었다. EPO 게놈 DNA 서열을 포함하고 있는 발현 벡터로 DE 세포를 트랜스펙션하는 것은 배양 상등액에 많은 양의 EPO를 생산하므로 DE 세포가 스플라이싱 및 분비를 적절히 수행하였음을 알 수 있다.In summary, we have found that DE cells produce bacteria and human proteins at very high efficiency. It was confirmed that all of the experimented promoters induce higher rate expression of genes in DE cells than in other cell lines used in the present invention. In particular, HCMV MIEP showed a very good effect in DE cells. The high expression of the heterologous genes observed was not due to the large number of transfected cells. Transfecting DE cells with an expression vector containing the EPO genomic DNA sequence produced a large amount of EPO in the culture supernatant, indicating that the DE cells performed splicing and secretion appropriately.
DE 세포를 산업상의 목적으로 사용하기 위해서는 이들 세포를 대규모로 배양하는 기술을 개발하는 것이 필요하다. 두 가지 방법이 있다. 첫째, 최초 세포(primary cell) 자신을 생산주(producer line)로 사용하는 것이 가능하다. 다량의 DE 세포는 생후 10 내지 13일의 오리 배로부터 용이하게 제조할 수 있다. 하나의 배로부터 적어도 15개의 계대(passage)를 거쳐 109내지 1010세포를 용이하게 얻을 수 있다. 그러므로 가능한 초기 단계에 DE 세포를 발현 벡터로 트랜스펙션시키고 트랜스펙션된 세포를 선택하는 것이 가능한데, 이것은 4 내지 7개의 계대가 필요하다. 상기한 세포의 5% 미만이 트랜스펙션되었다할지라도 다량의 트랜스펙션된 세포를 사용할 수 있으며, 이것은 최초 세포로 최초 오리 배세포를 대규모 배양하는 것이 불가능하지 않다는 것을 시사한다. 둘째, 다량의 사용가능한 특정 온코진을 사용하여 오리 배세포를 초기 단계에서 트랜스포메이션(transformed)할 수 있다. 트랜스포메이션된 DE세포로 생산주를 제조할 수 있고, 양질의 단백질 생산을 조절할 수 있다. 트랜스포메이션된 DE 세포가 여전히 고효율의 유전자 발현 능력을 유지할 수 있는지를 관찰해야 한다. 많은 생물학적 문제가 해결되어야 할지라도 다양한 단백질 생산을 위한 이들 세포의 연구는 그만한 가치가 있다.In order to use DE cells for industrial purposes, it is necessary to develop a technique for culturing these cells on a large scale. There are two ways. First, it is possible to use the primary cell itself as a producer line. Large amounts of DE cells can be readily prepared from duck embryos 10-13 days of age. It is easy to obtain 10 9 to 10 10 cells from at least 15 passages from one embryo. It is therefore possible to transfect DE cells with an expression vector and select transfected cells at the earliest possible stage, which requires 4 to 7 passages. Even if less than 5% of the cells described above have been transfected, a large amount of transfected cells can be used, suggesting that it is not impossible to massively culture the original duck germ cells with the original cells. Second, duck embryonic cells can be transformed at an early stage using a large amount of specific oncozin available. Transformed DE cells can be used to make a production strain and to control the production of high quality proteins. It should be observed whether the transformed DE cells can still maintain high efficiency of gene expression ability. Although many biological problems must be solved, the study of these cells for the production of various proteins is well worth it.
Ⅷ. 트랜스포메이션된 조류 세포주에서 이종 유전자의 발현Iii. Expression of Heterologous Genes in Transformed Avian Cell Lines
상기한 실험은 DE 세포가 EPO와 같은 이종 단백질의 생산자로서 큰 잠재력을 가지고 있음을 보여주었다. 그러나 상기 실험들에서 사용된 DE 세포들은 최초 세포이고, 인비트로(in vitro)에서 30∼40 계대 이후에는 더 이상은 세포분열을 하지 않는다. 따라서 DE 세포가 트랜스포메이션되거나 상기한 것과 같은 특정 기술이 개발되지 않는다면, 이들 배 세포를 이종 단백질의 산업적 생산에 사용하기는 어려울 것이다.The above experiments showed that DE cells have great potential as producers of heterologous proteins such as EPO. However, the DE cells used in these experiments are the first cells and in vitro (in vitro)in No more cell division after 30-40 passages. Thus, if DE cells are transformed or no specific techniques such as those described above are developed, these germ cells will be difficult to use for the industrial production of heterologous proteins.
다음 실험에서 본 발명자들은 트랜스포메이션된 조류 세포주, 즉 메추라기 섬유육종주가 EPO 생산에 사용될 수 있는지를 실험하였다. 이 연구에 사용된 메추라기 섬유육종주, QT-VC는 QT6(ATCC CRL1708)로 서브클로닝되었다. 이것은 일본 메추라기(Japanese quail)를 메틸콜안트렌(methylcholanthrene)으로 처리하여 생긴 섬유육종에서 유래된 세포주이다. QT-VC는 최소한 두가지 면에서 그 모주(parent line)와 다르다. 첫째, QT-VC는 본 발명에서 사용한 10% FBS를 포함하는 M199 배지에서 그 모주보다 빠르게 성장한다. QT-VC는 매 12-24시간 마다 분열하고, 그 모주의 배가 시간은 24-36시간이다. 둘째로, AT-VC 세포는 일반적으로 길쭉한 형태로 성장하는 QT6보다 둥근 형태를 나타낸다. 그 모주처럼 QT-VC는 낮은 밀도로 세포를 접종하였을 때는 잘 성장하지 못한다. 따라서, 세포를 계속적으로 배양할 때는 융합한 후, ⅓ 내지 ½ 정도로 분할하여 접종하였다.In the following experiments we examined whether transformed algal cell lines, ie quail fibrosarcoma, could be used for EPO production. The quail fibrosarcoma, QT-VC, used in this study was subcloned into QT6 (ATCC CRL1708). This is a cell line derived from fibrosarcoma produced by treating Japanese quail with methylcholanthrene. QT-VC differs from its parent line in at least two ways. First, QT-VC grows faster than its parent in M199 medium containing 10% FBS used in the present invention. QT-VC splits every 12-24 hours, and its doubling time is 24-36 hours. Second, AT-VC cells are generally rounder than QT6, which grow in elongated form. Like its parent, QT-VC does not grow well when inoculated with low density of cells. Therefore, when the cells were continuously cultured, the cells were fused and then inoculated by dividing the cells into ⅓ to ½.
1) QT-VC 세포주에서의 유전자 발현 분석1) Gene expression analysis in QT-VC cell line
본 발명자들은 QT-VC와 pCMV-CAT를 사용한 포유류 세포 사이의 유전자 발현 정도를 비교하였다. HCMV MIEP가 프로모터로서 조류세포를 포함하는 여러 가지 세포 형태에서 유전자 발현을 높은 정도로 유도하는 것이 밝혀졌기 때문에 HCMV MIEP를 선택하여 사용하였다(Ⅳ항 참조). pCMV-CAT를 3개의 세포주, CHO, HeLa 및 Vero로 트랜스펙션시켰다. 이 비교를 반량적으로 하기 위하여, 모든 트랜스펙션 및 CAT 분석은 같은 시간에 동일한 조건 하에서 시행하였다. 트랜스펙션 효율성은 pCMV-lacZ를 코트랜스펙션시키고, X-gal로 염색하여 측정하였다. 모든 경우에 효율은 약 3%이었다. 이 조건 하에서, QT-VC 세포에서의 CAT 발현 정도는 본 발명에 사용된 포유류 세포주보다 항상 2∼3배 정도 높았다(도 7). QT-VC 세포에서 유전자 발현 정도가 DE 세포에서보다 낮기는 하지만, 메추라기 섬유육종주는 최소한 포유류 세포주만큼 우수하고, 이는 이 섬유육종주가 이종 단백질 생산자로서 사용될 수 있음을 나타낸다.We compared the gene expression levels between mammalian cells using QT-VC and pCMV-CAT. HCMV MIEP was selected and used because it was found that HCMV MIEP induced gene expression in various cell types including algal cells as a promoter (see Section IV). pCMV-CAT was transfected with three cell lines, CHO, HeLa and Vero. To make this comparison quantitative, all transfection and CAT analyzes were performed under the same conditions at the same time. Transfection efficiency was measured by coatfection pCMV-lacZ and staining with X-gal. In all cases the efficiency was about 3%. Under these conditions, the degree of CAT expression in QT-VC cells was always two to three times higher than the mammalian cell line used in the present invention (FIG. 7). Although the level of gene expression in QT-VC cells is lower than in DE cells, quail fibrosarcoma is at least as good as mammalian cell lines, indicating that this fibrosarcoma can be used as a heterologous protein producer.
2) QT-VC 세포용 EPO 발현 벡터 제조2) Preparation of EPO Expression Vector for QT-VC Cells
QT 세포에서 발현되는 이종 단백질의 높은 정도를 시험하기 위하여 다른 EPO 발현 벡터를 제조하였다. 발현 벡터를 제조하는 기본 전략은 다음과 같다.Other EPO expression vectors were prepared to test the high degree of heterologous protein expressed in QT cells. The basic strategy for preparing the expression vector is as follows.
첫째, HCMV MIEP가 포유류 세포뿐만 아니라 조류세포에서도 강력한 프로모터 중의 하나라는 것이 이미 밝혀졌으므로 이종 유전자의 발현을 유도하는데 사용하였다.First, HCMV MIEP was used to induce the expression of heterologous genes because it has already been found to be one of the strong promoters in avian cells as well as mammalian cells.
둘째, 타겟 유전자 증폭을 위하여 인간의 글루타민 합성효소(GS) 유전자를 사용하였다. 일반적으로, 유전자를 증폭시켜 특정 화학 물질 존재 하에서, 어떤 선택된 표지를 사용하여 단백질의 양을 증가시킨다. 가장 좋은 예는 디히드로폴레이트 환원효소(dihydrofolate reductase, DHFR) 유전자이다. 배지에 메토트렉세이트(methotrexate, MTX)의 농도가 서서히 증가함에 따라 이종 유전자의 복제 수 및 각 단백질의 양이 증가하는 것으로 나타났다. 그러나, 이 시스템은 유전자 DHFR에서 숙주 세포가 불완전하여야 하므로, 그러한 돌연변이주를 아직 사용할 수 없는 QT 세포에는 직접 적용할 수 없다. 이러한 이유로 GS 유전자를 선택하여 사용하였다. 이 경우에, GS 유전자의 다중 복제만이 메티오닌 설폭시민(methionine sulfoximine, MSX)에 대한 저항성을 가지므로, 숙주 세포는 GS 유전자를 결핍할 필요가 없다.Second, human glutamine synthase (GS) gene was used for target gene amplification. In general, genes are amplified to increase the amount of protein using any selected label in the presence of certain chemicals. The best example is the dihydrofolate reductase (DHFR) gene. As the concentration of methotrexate (MTX) in the medium was gradually increased, the number of copies of heterologous genes and the amount of each protein were increased. However, this system cannot be directly applied to QT cells where such mutants are not yet available because the host cells must be incomplete in the gene DHFR. For this reason, the GS gene was selected and used. In this case, only multiple copies of the GS gene have resistance to methionine sulfoximine (MSX), so the host cell does not need to lack the GS gene.
QT 세포에서의 사용을 위해 제조된 EPO 발현 벡터의 전체 구조는 도 8에 나타내었다. 이 구조에서, EPO의 cDNA 서열은 HCMV MIEP에 의해 조절되고, 박테리아 Neo 유전자는 첫 번째 선택 표지로서 사용되며, 인간 GS 유전자는 또한 같은 플라스미드에서 두 번째 선택 표지로 존재한다. 이 특정 실험에서 사용된 표현 벡터의 기본은 HCMV MIEP를 사용하는 pCI-neo(Promega, USA) 및 β-글로빈 게놈의 인트론이었다. 본 발명자들은 GS 유전자가 부분적인 MMTV LTR(-220 내지 +15) 또는 220 bp HSV tk 프로모터에 의해 유도되는 한쌍의 다른 구조체를 제조하였다. 두 경우에서, 유전자 증폭 정도는 비교할 만하였다(데이터는 나타내지 않음). 발현 벡터의 제조에 관한 상세한 과정 및 부가의 데이터는 요청에 의하여 사용할 수 있다.The overall structure of the EPO expression vector prepared for use in QT cells is shown in FIG. 8. In this structure, the cDNA sequence of EPO is regulated by HCMV MIEP, the bacterial Neo gene is used as the first selection marker, and the human GS gene is also present as the second selection marker in the same plasmid. The basis of the expression vector used in this particular experiment was the introns of the pCI-neo (Promega, USA) and β-globin genomes using HCMV MIEP. We have prepared a pair of other constructs in which the GS gene is induced by partial MMTV LTR (-220 to +15) or 220 bp HSV tk promoters. In both cases, the degree of gene amplification was comparable (data not shown). Detailed procedures and additional data regarding the preparation of expression vectors are available upon request.
3) EPO를 안정하게 발현하는 QT-VC 세포주의 제조3) Preparation of QT-VC Cell Line Stably Expressing EPO
EPO를 항상적으로 발현하는 QT-VC 세포주를 제조하기 위하여 EPO 발현 벡터를 세포에 Ⅱ항에 서술된 바와 같이 칼슘 포스페이트 침전 방법으로 트랜스펙션하였다. 트랜스펙션 3일 후에 ELISA로 EPO 생산을 확인하고, 트랜스펙션된 세포를 G418(0.8㎎/㎖) 및 MSX(25μM)로 처리하였다. G418에 내성을 가진 세포를 성장시켜 융합시켰을 때, 세포를 희석하여 서브클로닝하였다. QT-VC 세포는 낮은 세포 밀도에서는 효과적으로 성장하지 않으므로, 세포는 10㎝ 배양 접시에 다양한 수(102, 103, 104, 105/접시)로 접종하였다. 그리고나서 다른 군락(colony)들로부터 떨어져 성장한 군락을 플라스틱 O링(plastic O ring)으로 분리하여 96-웰 플레이트에 옮겼다. 세포가 70% 융합하게 되면 EPO 생산량을 측정하였다. 200U/㎖ 이상 생산된 서브클론을 연속적으로 12-웰, 6-웰, 60㎜의 배양 접시로 옮겨가며 세포수를 증가시켰다. 세포가 60㎜ 접시에서 융합되면, 세포는 6-웰 플레이트에 분리되어 다양한 농도의 MSX(100μM, 250μM, 1mM)로 처리하였다. 이 방법을 사용하여 다량의 EPO를 생산하고, 빠르게 성장하는 몇가지 서브클론을 선택하였다.EPO expression vectors were transfected into the cells by calcium phosphate precipitation as described in Section II to prepare QT-VC cell lines that constantly express EPO. EPO production was confirmed by ELISA 3 days after transfection and transfected cells were treated with G418 (0.8 mg / ml) and MSX (25 μΜ). When cells resistant to G418 were grown and fused, the cells were diluted and subcloned. Since QT-VC cells do not grow effectively at low cell densities, cells were seeded in 10 cm culture dishes in various numbers (10 2 , 10 3 , 10 4 , 10 5 / plate). The colonies that grew apart from the other colonies were then separated into plastic O rings and transferred to 96-well plates. EPO production was measured when cells were 70% fused. Subclones produced at 200 U / ml or higher were continuously transferred to 12-well, 6-well, 60 mm culture dishes to increase cell number. Once the cells were fused in 60 mm dishes, cells were separated into 6-well plates and treated with various concentrations of MSX (100 μM, 250 μM, 1 mM). This method was used to produce large amounts of EPO and to select several fast-growing subclones.
이 방법을 통해 얻은 서브클론 중의 하나는 QT-N4D4이다. 도 9에 나타낸 것과 같이 이 서브클론은 융합 후 3일동안 성장하였을 때 1200U/㎖를 생산하였다. 세포가 1:3으로 분할되어 10㎝ 접시에 접종되어 다시 3일간 성장시켰을 때 N4D4는 여전히 1000U/㎖의 생산성을 보였다. 배지를 2% FBS를 포함하는 새로운 배지로 갈아주었을 때 세포는 여전히 400U/㎖ EPO를 생산하였다. 이 결과는 QT 세포가 다량의 EPO를 생산할 수 있음을 나타낸다.One subclone obtained through this method is QT-N4D4. As shown in FIG. 9, this subclone produced 1200 U / ml when grown for 3 days after fusion. N4D4 still showed a productivity of 1000 U / ml when the cells were split 1: 3 and seeded in 10 cm dishes and grown again for 3 days. The cells still produced 400 U / ml EPO when the medium was changed to fresh medium containing 2% FBS. This result indicates that QT cells can produce large amounts of EPO.
결론적으로 상기 실험결과들은 QT 세포가 이종 단백질의 생산자로서 큰 잠재력을 가진다는 것을 나타낸다.In conclusion, these results indicate that QT cells have great potential as producers of heterologous proteins.
Ⅸ. 조류 세포에서 생산된 EPO의 생물학적 활성Iii. Biological Activity of EPO Produced in Algal Cells
EPO는 많이 글리코실화되어 있고, 이러한 글리코실화는 생물학적 활성을 위해 필요하다. 예를 들어, 대장균 또는 효모에서 생산된 EPO는 불활성이거나 생체 내에서 매우 약하게 활성을 나타낸다. DE 또는 QT세포에 발현된 EPO가 생물학적으로 활성인지를 확인하기 위하여 인비트로(in vitro)에서 페닐하이드라진으로 처리한 쥐로부터 분리한 지라 세포를 사용하여 바이오어세이(bioassay)를 실행하였다.EPO is highly glycosylated and this glycosylation is necessary for biological activity. For example, EPO produced in E. coli or yeast is inactive or very weakly active in vivo. Bioassay was performed using spleen cells isolated from rats treated with phenylhydrazine in vitro to determine whether EPO expressed on DE or QT cells was biologically active.
EPO 분석: 다양한 세포의 트랜스펙션 후에, 최근에 인간 혈청(R&D Systems Inc., Minnesota, USA)에서 EPO 레벨을 측정하는데 사용되는 효소 결합 면역흡착 방법으로 EPO 생산의 절대 양을 결정하였다. EPO의 생물학적 활성을 측정하기 위하여 Goldberg 등에 의해 변형된 Krystal 방법으로 인비트로(in vitro)에서 바이오어세이를 실행하였다. 페닐하이드라진(60㎎/몸무게의 ㎏/day)을 이틀간 주사하고, 마지막 주사일로부터 3일 후에 C57BL×C3H의 제1대 잡종 생쥐(F1 hybrid mice)(서울대학교 Laboratory Aminal Center)로부터 지라 세포를 얻었고, LymphoprepTM(NYCOMED PARMA AS, Oslo, Norway)으로 지라 세포 부유물(suspension)을 생산하였다. 24 웰 조직 배양 플레이트에서 지라 세포(최종 농도는 4×106세포수/㎖)를 다양한 표준 용량의 EPO(CILAG AG International, Switzerland; 비(比)활성(specific activity) 2000U/㎖) 또는 미지 샘플로 22시간 동안 배양하였고, 4μCi/well 삼중수소화된 티미딘(Amersham Co.)으로 2-3시간동안 펄스(pulse)하였다. 세포를 수확하고, PBS로 여러번 세정한 후, 0.3N NaOH 및 0.1% SDS로 용해시켰다. LSC 칵테일(cocktail) 용액에서 Pharmacia Wallac 1410 신틸레이션 측정기로 방사능을 계산하였다.EPO Assay: After transfection of various cells, the absolute amount of EPO production was recently determined by the enzyme bound immunosorbent method used to measure EPO levels in human serum (R & D Systems Inc., Minnesota, USA). Bioassays were performed in vitro with the Krystal method modified by Goldberg et al. To measure the biological activity of EPO. Phenylhydrazine (60 mg / kg body weight / day) was injected for two days and splenocytes were obtained from F1 hybrid mice (Seoul National University Laboratory Aminal Center) 3 days after the last injection. , Lymphoprep ™ (NYCOMED PARMA AS, Oslo, Norway) produced splenic cell suspension. Splenocytes (final concentration 4 × 10 6 cells / ml) in 24-well tissue culture plates were collected at various standard doses of EPO (CILAG AG International, Switzerland; 2000 U / ml of specific activity) or unknown samples. Incubated for 22 hours and pulsed with 4 μCi / well tritiated thymidine (Amersham Co.) for 2-3 hours. Cells were harvested, washed several times with PBS, and then lysed with 0.3N NaOH and 0.1% SDS. Radioactivity was calculated on a Pharmacia Wallac 1410 scintillation meter in LSC cocktail solution.
EPO 발현 벡터로 트랜스펙션된 QT-N4D4 세포 또는 DE 세포로부터의 배양 상등액을 사용해 ELISA 및 바이오어세이의 두가지 방법으로 EPO 정도를 측정하였다. ELISA는 절대적인 농도를 측정하고, 최근에 인간 혈청에서 EPO 농도를 결정하는데 사용된다. 반면에, 바이오어세이는 포유류 세포로부터 생산된 대조구 EPO를 사용하여 생물학적 활성을 결정하고, 최근에는 인간에 사용된다. 도 10은 이들 두가지 방법에 의해 결정된 EPO 정도의 차이를 비교하였다. 값(mU)의 비율은 1±0.15이었고, DE 세포로부터 생산된 EPO의 비(比)활성은 105U/㎍으로 측정되었다. 따라서, ELISA에 의해 측정된 EPO 정도는 바이오어세이에 의해서 얻어진 것과 매우 유사하였다. 이 결과는 이들 조류 세포로부터 제조된 EPO가 상업적으로 이용할 수 있는 EPO와 유사한 생물학적 활성을 가진다는 것을 나타내었다.EPO levels were measured by two methods, ELISA and bioassay, using culture supernatants from QT-N4D4 cells or DE cells transfected with EPO expression vectors. ELISA measures absolute concentrations and is recently used to determine EPO concentrations in human serum. Bioassays, on the other hand, use control EPO produced from mammalian cells to determine biological activity and have recently been used in humans. Figure 10 compares the differences in the degree of EPO determined by these two methods. The ratio of values (mU) was 1 ± 0.15, and the specific activity of EPO produced from DE cells was measured at 105 U / μg. Therefore, the degree of EPO measured by ELISA was very similar to that obtained by bioassay. This result indicated that EPO prepared from these algal cells had biological activity similar to EPO commercially available.
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