KR19990086271A - Novel endonucleases of immune cells and immunoadjuvant using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 면역세포로부터 분비되고 박테리아 DNA를 외부의 물질로 인식하고 프로세싱하여 면역반응에 관여하는 CpG motif를 갖는 약 10 bp의 일본쇄 올리고뉴클레오타이드를 생성하는 엔도뉴클레아제, 사람의 B-림프아 IM9 세포주 또는 TPA로 처리된 골수형성 U937 세포주를 엔도뉴클레아제를 생성하기에 적절한 배지에서 배양하고 이 배양액으로부터 상기 면역세포에서 합성되어 분비된 엔도뉴클레아제를 정제함을 포함하는 상기 엔도뉴클레아제의 제조방법 및 본 발명 엔도뉴클레아제로 박테리아 DNA를 처리하여 형성된 CpG motif를 갖는 약 10 bp의 일본쇄 올리고뉴클레오타이드를 포함하는 면역보조제에 관한 것이다.The present invention relates to endonucleases, human B-lymphocytes that generate about 10 bp of single-stranded oligonucleotides with CpG motifs that are secreted from immune cells and recognize and process bacterial DNA as foreign substances and are involved in immune responses. Said endonuclease comprising culturing an IM9 cell line or a myeloid U937 cell line treated with TPA in a medium suitable for producing endonucleases and purifying endonucleases synthesized and secreted from said immune cells from this culture. The present invention relates to a preparation method of an agent and an immunoadjuvant comprising about 10 bp single-chain oligonucleotide having a CpG motif formed by treating bacterial DNA with the endonuclease of the present invention.

Description

면역세포의 신규한 엔도뉴클레아제 및 이를 사용한 면역보조제(Novel Endonuclease of Immune Cell and Immune Adjuvant Using the Same)New Endonuclease of Immune Cells and Novel Endonuclease of Immune Cell and Immune Adjuvant Using the Same

본 발명은 면역세포로부터 분비되고 박테리아 DNA를 외부의 물질로 인식하고 프로세싱(Processing)하여 면역반응에 관여하는 것으로 알려진 CpG motif를 생성하는 신규한 엔도뉴클레아제(endonuclease) 효소 및 이 효소를 사용하여 목적하는 백신 항원별로 특이하게 얻어지는 올리고뉴클레오타이드 유래 면역 보조제에 관한 것이다.The present invention uses novel endonuclease enzymes and enzymes that produce CpG motifs that are secreted from immune cells and are known to be involved in immune responses by processing and processing bacterial DNA as foreign substances. It relates to an oligonucleotide-derived immune adjuvant obtained specifically for each vaccine antigen of interest.

포유동물은 외부 물질의 침입에 대한 방어수단으로 면역체계를 구축하게 되며 선천(비특이성) 면역과 후천성(항원-특이성) 면역이 존재한다. 선천 또는 비특이성 면역은 한 종이 가지고 있는 질병에 대한 일차적인 저항인데 구조적, 생리적, 세포내적(endocytic)과 식세포적(phagocytic), 그리고 염증반응 방어벽 등 네 가지 형태의 방어벽을 형성한다. 구조적 방어벽의 예로는 피부 와 점액의 막을 들 수 있고, 생리적 방어벽으로는 온도, pH, 산소압, 여러 수용성 인자들이 존재한다. 그리고 세포내 및 식세포 방어벽에 의해서는 세포 외부의 거대분자들을 세포내이입(endocytosis)과 식작용(phagocytosis)을 통하여 세포 내부로 끌어 들여 소화하는 체계이며, 염증반응의 방어벽으로는 박테리아의 침입에 의한 조직의 피해 때문에 여러 종류의 혈관작용성이고 주화성인 인자들을 유도하여 일어나는 염증반응이다. 후천성 면역은 특이성, 다양성, 기억, 그리고 자기/비자기 인식을 가지는 특성에서 선천 면역과 차이가 있다. 이러한 후천성 면역의 특성은 B 임파구, T 임파구, 항체, 그리고 사이토카인 등의 작용에 의해 일어나는 체액성 면역(humoral immunity)과 세포성 면역(cellular immunity)에 의해 일어난다.Mammals build an immune system as a defense against invasion of foreign substances, and congenital (nonspecific) and acquired (antigen-specific) immunity exist. Congenital or nonspecific immunity is the primary resistance to a species' disease, forming four types of barriers: structural, physiological, endocytic and phagocytic, and inflammatory barriers. Examples of structural barriers include membranes of skin and mucus, and physiological barriers include temperature, pH, oxygen pressure, and several water-soluble factors. In addition, intracellular and phagocytic barriers induce extracellular macromolecules into the cell through endocytosis and phagocytosis and digestion. Is an inflammatory response caused by the induction of several types of vascular and chemotactic factors. Acquired immunity differs from innate immunity in traits of specificity, diversity, memory, and self / non-magnetic recognition. This acquired immunity is caused by humoral immunity and cellular immunity caused by the action of B lymphocytes, T lymphocytes, antibodies, and cytokines.

미생물의 침입에 대한 면역 방어는 침입 초기에 빠르게 미생물의 특이한 형태의 분자들을 인식하는 선천 메카니즘에 의해 일어난다. 미생물에 존재하는 단백질 그리고 지질은 항원에 특이하게 반응하는 면역체계를 유발하는 물질로 잘 알려져 있고, LPS, 포르밀 메티오닌, 리포아라비노만난(lipoarabinomannan), 그리고 펩티도글라이칸(peptidoglycan) 등은 임파구, 식세포, 그리고 보체 체계를 직접 활성화시키는 물질로 잘 알려져 있다[Marrack, P., and Kapple, J. W. (1994)Cell76, 323-332]. 최근에 많은 연구자들에 의해 포유동물이 박테리아 DNA를 자신의 DNA와 구별하여 외부의 물질로 인식함으로서 체액성 면역과 세포성 면역을 활성화시키고, 또한 선천 면역에도 기여하는 것으로 알려지고 있다.Immune defense against the invasion of microorganisms is caused by innate mechanisms that quickly recognize the specific types of molecules of the microorganism early in the invasion. Proteins and lipids present in microorganisms are well known to elicit an immune system that reacts specifically to antigens. LPS, formyl methionine, lipoarabinomannan, and peptidoglycan are lymphocytes. , Phagocytes, and substances that directly activate the complement system (Marrack, P., and Kapple, JW (1994) Cell 76, 323-332). Recently, many researchers have known that mammals distinguish bacterial DNA from their own DNA as an external substance to activate humoral and cellular immunity and also contribute to innate immunity.

자가면역질환인 전신성홍반성 루프스(SLE)에서 안티-DNA 항체가 많이 생성된다는 사실로부터 DNA를 항원 또는 자가항원(autoantigen)의 관점에서 연구하게 되었다. SLE의 혈청학적인 최대 관심 사항은 안티-DNA 항체들이며, 이러한 자가면역질환에 의해 일어나는 신장의 피해, 피부의 발진, 관절염 등에 중요한 매개체로 작용한다는 것이다[Tan, E. M. (1989) A Textbook in Rheumatology, 11th Ed. D. J. McCarty, ed. Lea and Febiger, Philadelphoa, PA, 1049; Isenberg, D. A. et al (1997) The role of antibodies to DNA in systemic lupus erythematosus - A review and introduction to an international workshop on DNA antibodies held in London, May 1996Lupus6, 290-304; Swaak, A. J. G. et al (1979)Arthritis Rheum.22, 226-235; 및 Isenberg, D. A. et al (1994)Arthritis Rheum.37, 169-180]. 이러한 항체들은 ssDNA와 dsDNA에 존재하는 구조결정 인자에 결합함이 밝혀졌고[Isenberg, D. A. et al (1994)Arthritis Rheum.37, 169-180; Pisetsky, D. S. (1992)Rheum. Dis. Clin. North Am.18, 437-454; 및 Shoenfeld, Y., and Isenberg, D. A. (1989)Immunol. Today10, 123-126] 이 질병의 원인은 정확하게 알려지지 않았지만, 최근의 연구에서 DNA 항원이 중요한 역할을 한다는 강력한 증거들을 제공하였다[Shlomchik, M. J. et al (1987)Proc. Natl. Acad. Sci. USA84, 9150-9154; Shlomchik, M. J. et al (1990)J. Exp. Med.171, 265-292; 및 Tillman, D. M. et al. (1992)J. Exp. Med.176, 761-779]. 연구자들은 박테리아 DNA에 대한 면역반응을 연구하기 위하여 정상인 마우스와 자가면역질환이 있는 마우스를 모델로 이용하였다[Gilkeson, G. S. et al (1989)Clin. Immunol. Immunopathol.51, 1482-1486; Gilkeson, G. S. et al (1993)J. Immunol.151, 1353-1364; 및 Gilkeson, G. S. et al (1995)J. Clin. Invest.95, 1398-1402]. 포유동물의 DNA와는 달리 박테리아 DNA는 폴리클로날 B세포를 활성화시키고 마우스에서 특이성을 가진 항체를 생성시키는 강력한 면역학적인 특성을 가지고 있다[Gilkeson, G. S. et al (1995)J. Clin. Invest.95, 1398-1402; 및 Gilkeson, G. S. et al (1991)Clin. Immunol. Immunopathol.59, 288-300]. 이러한 활성도는 박테리아와 포유동물의 DNA에 존재하는 염기서열 motif의 차이 때문이며, 이들이 외부물질 즉, 비자기로 인식될 수 있기 때문이다[Messina, J. P. et al (1993)Cell. Immunol.147, 148-157; Krieg, A. M. et al (1995)Nature374, 546-549; 및 Halpern, M. D. et al (1996)Cell. Immunol.167, 72-78]. 정상 마우스에 박테리아 DNA를 면역시키면 박테리아의 dsDNA에 대한 항체뿐만 아니라 포유동물과 박테리아의 ssDNA에도 결합할 수 있는 항체가 생성되었다[Gilkeson, G. S. et al (1991)Clin. Immunol. Immunopathol.59, 288-300]. 그러나 포유동물 dsDNA에 교차반응(cross-reactive)한 자가항체는 생성되지 않았다. 정상의 마우스에서와는 달리, 조기자가면역(preautoimmune) (NZB X NZW)F1(NZB/W) 마우스에 박테리아 dsDNA를 면역시키면 포유동물의 dsDNA에 결합하는 교차반응하는 항체가 생성되었다[Gilkeson, G. S. et al (1995)J. Clin. Invest.95, 1398-1402]. 이와 같은 결과에서 자가면역질환이 유발된 마우스는 박테리아 DNA를 면역시킬 때 포유동물 DNA에 교차반응하는 안티-dsDNA 항체를 생성할 수 있는 능력을 가지며, 이것은 NZB/W 마우스에서 면역조절자의 결함으로 박테리아 DNA에 의해 생성된 자가반응한 안티-dsDNA B 세포가 자기 자신의 DNA에 반응하는 잘못된 관용이 나타났고, 따라서 박테리아의 dsDNA 뿐만 아니라 자기 자신의 dsDNA에 반응하는 병원성의 자가항체가 증가했기 때문이다[Whoch, M. K. et al (1997)J. Immunol.158, 4500-4506].From the fact that many anti-DNA antibodies are produced in autoimmune systemic lupus erythematosus (SLE), DNA has been studied in terms of antigen or autoantigen. The primary concern for SLE is that anti-DNA antibodies are important mediators of kidney damage, skin rash and arthritis caused by these autoimmune diseases [Tan, EM (1989) A Textbook in Rheumatology, 11th. Ed. DJ McCarty, ed. Lea and Febiger, Philadelphoa, PA, 1049; Isenberg, DA et al (1997) The role of antibodies to DNA in systemic lupus erythematosus-A review and introduction to an international workshop on DNA antibodies held in London, May 1996 Lupus 6, 290-304; Swaak, AJG et al (1979) Arthritis Rheum. 22, 226-235; And Isenberg, DA et al (1994) Arthritis Rheum. 37, 169-180. These antibodies were found to bind to ssDNA and structural determinants present in dsDNA [Isenberg, DA et al (1994) Arthritis Rheum. 37, 169-180; Pisetsky, DS (1992) Rheum. Dis. Clin. North am. 18, 437-454; And Shoenfeld, Y., and Isenberg, DA (1989) Immunol. Today 10, 123-126] The cause of this disease is not exactly known, but recent studies have provided strong evidence that DNA antigens play an important role [Shlomchik, MJ et al (1987) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84, 9150-9154; Shlomchik, MJ et al (1990) J. Exp. Med. 171, 265-292; And Tillman, DM et al. (1992) J. Exp. Med. 176, 761-779. The researchers used normal mice and mice with autoimmune diseases as models to study the immune response to bacterial DNA [Gilkeson, GS et al (1989) Clin. Immunol. Immunopathol. 51, 1482-1486; Gilkeson, GS et al (1993) J. Immunol. 151, 1353-1364; And Gilkeson, GS et al (1995) J. Clin. Invest. 95, 1398-1402. Unlike mammalian DNA, bacterial DNA has potent immunological properties that activate polyclonal B cells and produce specific antibodies in mice [Gilkeson, GS et al (1995) J. Clin. Invest. 95, 1398-1402; And Gilkeson, GS et al (1991) Clin. Immunol. Immunopathol. 59, 288-300. This activity is due to differences in the sequence motifs present in the DNA of bacteria and mammals, because they can be recognized as foreign substances, i.e. non-magnetic [Messina, JP et al (1993) Cell. Immunol. 147, 148-157; Krieg, AM et al (1995) Nature 374, 546-549; And Halpern, MD et al (1996) Cell. Immunol. 167, 72-78. Immunization of bacterial DNA to normal mice yielded antibodies capable of binding not only to the bacterial dsDNA but also to mammalian and bacterial ssDNA [Gilkeson, GS et al (1991) Clin. Immunol. Immunopathol. 59, 288-300. However, no autoantibodies were cross-reactive with mammalian dsDNA. Unlike in normal mice, immunizing bacterial dsDNA in preautoimmune (NZB X NZW) F 1 (NZB / W) mice produced cross-reactive antibodies that bind to mammalian dsDNA [Gilkeson, GS et al. al (1995) J. Clin. Invest. 95, 1398-1402. These results suggest that mice with autoimmune diseases have the ability to produce anti-dsDNA antibodies that cross-react to mammalian DNA when immunizing bacterial DNA, a defect of immunomodulators in NZB / W mice. This is due to the false tolerance of self-reacted anti-dsDNA B cells produced by DNA to their own DNA, which has resulted in an increase in bacterial dsDNA as well as pathogenic autoantibodies that respond to their own dsDNA [ Whoch, MK et al (1997) J. Immunol. 158, 4500-4506.

단백질 항원에 대하여 B 세포가 자극을 받아 활성화되어 항체가 생성되는 과정은, 항원표현세포(antigen presentation cell: APC)에 의하여 단백질 항원이 프로세싱되어 주요조직적합항원계(major histocompatibility complex: MHC) 분자와 결합하여 항원을 표현해주어 MHC-제한된 T세포가 활성화되고, 활성화된 T 세포가 사이토카인을 분비하여 B 세포를 활성화시키기 때문이라고 잘 알려져 있다[Parker, D. C. (1993)Annu. Rev. Immunol.11, 331-360; 및 Clark, E. A., and Ledbetter, J. A. (1994)Nature367, 425-428]. 또한 단백질 항원과는 다른 마이코박테리아(mycobacteria)의 세포벽 구성 성분의 프로세싱된 형태인 마이콜산 지질, 리포아라비노만 리포글리칸(LAMs)은 hCD1b[Beckman, E. M. et al (1994)Nature372, 691-694; Bendelac, A. (1995)Science269, 185-186; Sieling, P. A. et al (1995)Science269, 227-230; 및 Prigozy, T. I. et al (1997)Immunity6, 187] 와 hCD1c[Beckman, E. M. et al (1996)J. Immunol.157, 2795-2803]가 표현할 수 있다고 알려져 있다. CD1 류는 MHC분자와 다른 위치에 코딩된 비다형성 세포표면 당단백질로 CD1-T 세포 상호 결합은 명확하게 밝혀지지 않았으나, mCD1d1은 CD8+와 CD4+T 세포에 의해 인식되고[Castano A. R. et al (1995)Science269, 223-226; 및 Cardell, S. et al (1995)J. Exp. Med.182, 993-1004], hCD1b는 CD4-CD8-T 세포에 의해 인식된다고[Bendelac, A. (1995)Science269, 185-186] 밝혀진 바 있다. 즉, 병원성 미생물에서 발견되는 단백질이 아닌 여러 항원들의 표현에 CD1이 관여할 것이라고 추정하고 있다. 안티-DNA-특이성 B 세포 자극에 DNA가 관련되어 있다는 단서는 여러 연구 결과에서 관찰되었다. Krishnan 과 Marion은 DNA를 펩타이드와 결합하여 마우스에 면역했을 때 anti-DNA항체가 생산됨을 보여주었다[Krishnaa, M. R., and Marion, T. N. (1993)J. Immunol.150, 4948-4957]. 따라서 여러 자가면역질환에서 안티-DNA항체가 존재한다는 점에서, 이러한 안티-DNA 항체 생산을 위한 B 세포의 활성화가 MHC-제한된 T 세포 자극에 의존하는지를 확인하는 것은 중요한 의미를 가진다. Waisman 등은 DNA가 특이하게 T 세포를 활성화하는 것은 MHC class II 분자에 의한 DNA 표현과 관련이 있다고 제안하였다[Waisman, A. et al (1996)Cell. Immunol.173, 7-14]. 즉, APC의 표면에 있는 MHC class II 분자들과 DNA가 결합하여 T 세포가 DNA에 특이적으로 증식할 수 있다는 사실을 밝혔으며, 이러한 결과로부터 DNA가 자가면역질환에 중요한 역할을 수행할 것이라고 제안하였다. 그러나 DNA 항원의 프로세싱 및 표현 메카니즘에 관한 연구 및 정보는 거의 없는 상태이다. 실제로 박테리아 DNA가 단백질 항원처럼 APC에서 프로세싱되고 MHC 분자들에 의해 표현되는지, 아니면 표현에 관여하는 다른 분자가 존재하는지에 대한 정보는 거의 밝혀져 있지 않다.B cells are stimulated with respect to protein antigens to activate and produce antibodies. The antigens are processed by antigen-presenting cells (APCs) to process protein antigens with major histocompatibility complex (MHC) molecules. It is well known that MHC-restricted T cells are activated by binding to express antigens, and activated T cells secrete cytokines to activate B cells [Parker, DC (1993) Annu. Rev. Immunol. 11, 331-360; And Clark, EA, and Ledbetter, JA (1994) Nature 367, 425-428. In addition, mycoacid lipids, lipoarabinoman lipoglycans (LAMs), a processed form of cell wall components of mycobacteria other than protein antigens, were identified as hCD1b [Beckman, EM et al (1994) Nature 372, 691-. 694; Bendelac, A. (1995) Science 269, 185-186; Sieling, PA et al (1995) Science 269, 227-230; And Prigozy, TI et al (1997) Immunity 6, 187] and hCD1c [Beckman, EM et al (1996) J. Immunol. 157, 2795-2803] is known. The CD1 family is a non-polymorphic cell surface glycoprotein encoded at a different position from the MHC molecule, but CD1-T cell cross-linking is not clearly identified, but mCD1d1 is recognized by CD8 + and CD4 + T cells [Castano AR et al ( 1995) Science 269, 223-226; And Cardell, S. et al (1995) J. Exp. Med. 182, 993-1004, hCD1b has been found to be recognized by CD4 - CD8 - T cells [Bendelac, A. (1995) Science 269, 185-186]. In other words, it is estimated that CD1 may be involved in the expression of various antigens other than proteins found in pathogenic microorganisms. The clues that DNA is involved in anti-DNA-specific B cell stimulation have been observed in several studies. Krishnan and Marion have shown that anti-DNA antibodies are produced when immunized mice by binding DNA to peptides [Krishnaa, MR, and Marion, TN (1993) J. Immunol. 150, 4948-4957. Therefore, in the presence of anti-DNA antibodies in several autoimmune diseases, it is important to confirm whether the activation of B cells for the production of such anti-DNA antibodies depends on MHC-limited T cell stimulation. Waisman et al . Suggested that specific activation of T cells by DNA is associated with DNA expression by MHC class II molecules [Waisman, A. et al (1996) Cell. Immunol. 173, 7-14. In other words, MHC class II molecules on the surface of APC bind DNA and T cells can specifically proliferate in DNA. From these results, we suggest that DNA plays an important role in autoimmune diseases. It was. However, there is little research and information on the processing and expression mechanisms of DNA antigens. In fact, little is known about whether bacterial DNA is processed in APCs and expressed by MHC molecules like protein antigens, or whether there are other molecules involved in expression.

많은 연구자들은 박테리아의 DNA도 척추동물에 의해 자기의 DNA와 구별되어 면역세포를 활성화시키는데 기여한다고 밝혔다. 척추동물에 의해 비자기로 인식되어지는 박테리아 DNA가 가지는 특성은 메틸화되지 않은 CpG 디뉴클레오타이드가 나타날 빈도가 높다는 것이다. 박테리아 DNA와 척추동물의 DNA사이에 존재하는 현저한 차이점을 정리하면 다음과 같다. 첫째로, CpG 디뉴클레오타이드의 발생 빈도가 박테리아 DNA에서는 16개의 디뉴클레오타이드에서 1번으로 높게 나타나는데 척추동물에서는 박테리아와 비교해 약 1/4 정도만 나타난다는 점이다. 즉, 척추동물의 DNA에는 CpG 억제가 존재함을 의미하는 것이다[Bird, A. P. (1995)Trends Genet.11, 94-100]. 둘째로, 박테리아 DNA에 존재하는 CpG 디뉴클레오타이드는 메틸화의 빈도가 낮다는 것이다. 척추동물에서는 약 80%가 메틸화되어 있는 반면에 미생물의 사이토신(cytosine)에는 메틸화가 거의 일어나지 않은 상태로 존재한다[Razin, A., and Friedman, J. (1981)Prog. Nucleic Acid Res. Mol. Biol.25, 33-52]. 세째로, 박테리아의 CpG 디뉴클레오타이드에 두개의 5'-퓨린과 두개의 3'-피리미딘이 양쪽 끝에 나타날 빈도가 척추동물의 DNA에서 보다 높다는 것이다[Razin, A., and Friedman, J. (1981)Prog. Nucleic Acid Res. Mol. Biol.25, 33-52]. 이러한 박테리아 DNA의 특이한 구조를 CpG motif라 부르는데 이 구조가 면역작용을 활성화시키는 것으로 밝혀졌다. 즉, CpG 디뉴클레오타이드 양쪽에 두개의 5'-퓨린과 두개의 3'-피리미딘이 존재할 때가 (미토겐 CpGs) 다른 염기들이 존재할 때(비자극 CpGs) 보다 면역세포 활성화가 훨씬 높게 나타난다.Many researchers found that bacterial DNA also differentiates from its own DNA by vertebrates and contributes to the activation of immune cells. A characteristic of bacterial DNA that is recognized as nonmagnetic by vertebrates is the high frequency of unmethylated CpG dinucleotides. The remarkable differences between bacterial DNA and vertebrate DNA can be summarized as follows. First, the incidence of CpG dinucleotides is 1 in 16 DNAs in bacterial DNA, but only about a quarter in vertebrates compared to bacteria. In other words, CpG inhibition is present in vertebrate DNA [Bird, AP (1995) Trends Genet. 11, 94-100]. Second, CpG dinucleotides present in bacterial DNA have a low frequency of methylation. In vertebrates, about 80% is methylated, whereas micro-cytosine is present with little methylation [Razin, A., and Friedman, J. (1981) Prog. Nucleic Acid Res. Mol. Biol. 25, 33-52]. Third, the incidence of two 5'-purines and two 3'-pyrimidines at both ends of bacterial CpG dinucleotides is higher than in vertebrate DNA [Razin, A., and Friedman, J. (1981). ) Prog. Nucleic Acid Res. Mol. Biol. 25, 33-52]. The unusual structure of this bacterial DNA is called the CpG motif, which has been shown to activate immune function. That is, the presence of two 5'-purines and two 3'-pyrimidines on both sides of the CpG dinucleotide (mitogen CpGs) is much higher than that of other bases (non-stimulating CpGs).

박테리아 DNA의 특징적인 염기서열에 의한 면역세포의 활성화 및 기능을 연구하기 위하여 많은 연구자들이 합성한 올리고데옥시리보뉴클레오타이드(ODN)를 이용하였다. Yamamoto[Yamamoto, S. et al (1992)J. Immunol.148, 4072-4076]와 다른 연구자[Cowdery, J. S. et al (1996)J. Immunol.156, 4570-4575; 및 Ballas, Z. K. et al (1996)J. Immunol.157, 1840-1845]들에 의하면 박테리아 DNA에 의해 NK 세포의 용해활성을 증가시키고 인터페론-γ (IFN-γ)생산을 유도함을 밝혔는데, 이러한 효과는 박테리아 DNA가 가지는 CpG motif의 회귀성(palindromic) 염기서열과 관련이 있는 것으로 보고하였다[Kuramoto, E. et al (1992)Jpn. J. Cancer Res.83, 1128-1131; 및 Kimura, Y. et al (1994)J. Biochem.116, 991-994]. 또한 다른 연구자들은 박테리아 DNA가 DNA-결합 단백질들과 결합하고 B 세포 활성화를 유도한다고 밝혔다[Gilkeson, G. S. et al (1995)J. Clin. Invest.95, 1398-1402; Yamamoto, S. et al (1992)J. Immunol.148, 4072-4076; Gilkeson, G. S. et al (1989)J. Immunol.142, 1482-1486; Messina, J. P. et al (1991)J. Immunol.147, 1759-1764; Field, A. K. et al (1967)Proc. Natl. Acad. Sci. USA58, 1004-1010; 및 Oehler, J. R., and Herverman, R. B. (1978)Int. J. Cancer21, 221-220]. 즉, 박테리아의 6개 염기로 구성된 CpG motif에 의하여 B 세포 활성화가 촉진된다는 것이다. B 세포 활성화와 함께 박테리아의 감염에 의한 면역반응의 특징은 면역조절자인 사이토카인들을 생산한다는 것이다[Van Damme, J. et al (1989)Eur. J. Immunol.19, 163-168; 및 Paul, W. E. et al (1993)Adv. Immunol.53, 1-29]. 또한 CpG motif는 세포성 면역에 관여하는 IL-12와 체액성 면역에 관여하는 IL-6의 분비에도 관여한다고 밝혀졌다[Halpern, M. D. et al (1996)Cell. Immunol.167, 72-78; Yi, A.-K. et al (1996)J. Immunol.157, 5394-5402; 및 Klinman, D. M. et al (1996)Proc. Natl. Acad. Sci. USA93, 2879-2883]. 이렇게 생산된 사이토카인으로는 T 세포와 B 세포를 활성화시키는데 기여하는 IL-6[ Uyttenhove, C. et al (1988)J. Exp. Med.167, 1417-1427; Muraguchi, A. et al (1988)J. Exp. Med.167, 332-344; Le, J. M., and Vilcek, J. (1989)Lab, Invest.61, 588-602; 및 Hirano, T. et al (1990)Immunol. Today11, 443-449]와 세포내부와 외부의 병원균을 제거시키는 역할을 수행하는 대식세포의 기능을 증진 시켜주는 IFN-γ [Murray, H. W. (1990)Diagn. Microbial. Infect. Dis.13, 411-421], 그리고 IFN-γ의 생산을 조절하고 NK 세포의 활성화에 기여하는 IL-12가 있다[Trinchieri, G. (1994)Blood84, 4008-4027; Zhan, Y., and Cheers, C. (1995)Infect. Immun.63, 1387-1390; 및 Bohn, E. et al (1994)Infect. Immun.62, 3027-3032]. IL-12와 IFN-γ는 제1형 사이토카인 생산을 증가시켜[Klinman, D. M. et al (1996)Proc. Natl. Acad. Sci. USA93, 2879-2883; Zhan, Y., and Cheers, C. (1995)Infect. Immun.63, 1387-1390; Bohn, E. et al (1994)Infect. Immun.62, 3027-3032; 및 Heinzel, F. P. et al (1991)Proc. Natl. Acad. Sci. USA88, 7011-7015] 사람의 병원균을 제거시키는데 중요한 역할을 수행한다. IL-6는 제2형 사이토카인으로 T 세포와 B 세포의 성장과 분화를[ Uyttenhove, C. et al (1988)J. Exp. Med.167, 1417-1427; Muraguchi, A. et al (1988)J. Exp. Med.167, 332-344; Le, J. M., and Vilcek, J. (1989)Lab, Invest.61, 588-602; 및 Hirano, T. et al (1990)Immunol. Today11, 443-449] 촉진시켜 항체 생산을 자극한다[ Hirano, T. et al (1986)Nature324, 73-76]. 실제로 IL-6 유전자를 파괴시킨 기절시킨 쥐는 감염이 쉽게 됨을 관찰하였다[Yi, A.-K. et al (1996)J. Immunol.157, 5394-5402; 및 Libert, C. et al (1994)Eur. J. Immunol.24, 2237-2242]. 따라서 박테리아 DNA는 세포성 면역과 체액성 면역에 관여하는 사이토카인의 생산을 유도하는 것으로 이해된다. 또한 박테리아 DNA에 의해서 B 세포의 증식과 항체생산이 유도됨이 최근 들어 지속적으로 보고되고 있다[Krieg, A. M. et al (1995)Nature374, 546-549; Liang, H. et al (1996)J. Clin. Invest.98, 1119-1129; 및 Yi, A.-K. et al (1996)J. Immunol.156, 558-564]. Krieg 등의 연구[Krieg, A. M. et al (1995)Nature374, 546-549]에 의하면 ODN에 존재하는 CpG motif가 B 세포를 활성화시켜 증식이 일어나고 IgM 분비가 유도되는 데에 필수 요건임을 밝혔고, B 세포 활성화때 나타나는 대표적인 현상인 class II MHC분자의 발현이 증가되고 세포주기가 G0에서 G1으로 시작되었음을 보여주었다. Sato 등의 연구[Sato, Y. et al (1996)Science273, 352-354]에 의하면 짧은 CpG motif를 가진 면역자극 DNA 서열(ISS)이 존재하는 플라스미드 DNA를 단핵세포내에 형질감염시켰을 때 IFN-α, IFN-β, 그리고 IL-12의 양이 증가함을 볼 수 있었다. 이 연구의 결과로부터 ISS를 함유하고 있는 플라스미드를 골수 간(stem)세포들로 형질감염시키면 주위의 대식세포와 T 세포를 활성화시켜 생체내에서 간세포의 재배치가 잘못 일어날 수 있다는 사실을 알 수 있다. 그래서 체세포 또는 간세포의 유전자를 교체하는 치료법에 이용하기 위한 벡터는 ISS가 없도록 고안되어야 할 것이다. 반면에 유전자 백신을 위해서는 플라스미드 DNA에 많은 ISS가 반복되어 있도록 만드는 것이 효율을 높일 수 있는 한가지 방법임을 지적할 수 있다.In order to study the activation and function of immune cells by characteristic sequences of bacterial DNA, many researchers used oligodeoxyribonucleotides (ODN). Yamamoto [Yamamoto, S. et al (1992) J. Immunol. 148, 4072-4076 and other researchers [Cowdery, JS et al (1996) J. Immunol. 156, 4570-4575; And Ballas, ZK et al (1996) J. Immunol. 157, 1840-1845] showed that bacterial DNA increases the lytic activity of NK cells and induces production of interferon-γ (IFN-γ). This effect is the palindromic of the CpG motif of bacterial DNA. It was reported to be related to the sequencing [Kuramoto, E. et al (1992) Jpn. J. Cancer Res. 83, 1128-1131; And Kimura, Y. et al (1994) J. Biochem. 116, 991-994. Other researchers have also shown that bacterial DNA binds to DNA-binding proteins and induces B cell activation [Gilkeson, GS et al (1995) J. Clin. Invest. 95, 1398-1402; Yamamoto, S. et al (1992) J. Immunol. 148, 4072-4076; Gilkeson, GS et al (1989) J. Immunol. 142, 1482-1486; Messina, JP et al (1991) J. Immunol. 147, 1759-1764; Field, AK et al (1967) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 58, 1004-1010; And Oehler, JR, and Herverman, RB (1978) Int. J. Cancer 21, 221-220. In other words, B cell activation is promoted by the CpG motif consisting of six bases of bacteria. A characteristic of immune response by bacterial infection along with B cell activation is that it produces cytokines, immunomodulators [Van Damme, J. et al (1989) Eur. J. Immunol. 19, 163-168; And Paul, WE et al (1993) Adv. Immunol. 53, 1-29]. CpG motifs have also been shown to be involved in the secretion of IL-12 involved in cellular immunity and IL-6 involved in humoral immunity [Halpern, MD et al (1996) Cell. Immunol. 167, 72-78; Yi, A.-K. et al (1996) J. Immunol. 157, 5394-5402; And Klinman, DM et al (1996) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 2879-2883. Thus produced cytokines include IL-6 [Uyttenhove, C. et al (1988) J. Exp. Med. 167, 1417-1427; Muraguchi, A. et al (1988) J. Exp. Med. 167, 332-344; Le, JM, and Vilcek, J. (1989) Lab, Invest. 61, 588-602; And Hirano, T. et al (1990) Immunol. Today 11, 443-449] and IFN-γ, which enhances the function of macrophages that act to eliminate intracellular and external pathogens [Murray, HW (1990) Diagn. Microbial. Infect. Dis. 13, 411-421] and IL-12, which regulates the production of IFN- [gamma] and contributes to the activation of NK cells [Trinchieri, G. (1994) Blood 84, 4008-4027; Zhan, Y., and Cheers, C. (1995) Infect. Immun. 63, 1387-1390; And Bohn, E. et al (1994) Infect. Immun. 62, 3027-3032]. IL-12 and IFN- [gamma] increase type 1 cytokine production [Klinman, DM et al (1996) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 2879-2883; Zhan, Y., and Cheers, C. (1995) Infect. Immun. 63, 1387-1390; Bohn, E. et al (1994) Infect. Immun. 62, 3027-3032; And Heinzel, FP et al (1991) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88, 7011-7015] plays an important role in eliminating human pathogens. IL-6 is a type 2 cytokine for the growth and differentiation of T and B cells [Uyttenhove, C. et al (1988) J. Exp. Med. 167, 1417-1427; Muraguchi, A. et al (1988) J. Exp. Med. 167, 332-344; Le, JM, and Vilcek, J. (1989) Lab, Invest. 61, 588-602; And Hirano, T. et al (1990) Immunol. Today 11, 443-449] to stimulate antibody production [Hirano, T. et al (1986) Nature 324, 73-76]. In fact, it was observed that stunned mice that destroyed the IL-6 gene were susceptible to infection [Yi, A.-K. et al (1996) J. Immunol. 157, 5394-5402; And Libert, C. et al (1994) Eur. J. Immunol. 24, 2237-2242. Therefore, bacterial DNA is understood to induce the production of cytokines involved in cellular and humoral immunity. In addition, the induction of B cell proliferation and antibody production by bacterial DNA has been reported recently [Krieg, AM et al (1995) Nature 374, 546-549; Liang, H. et al (1996) J. Clin. Invest. 98, 1119-1129; And Yi, A.-K. et al (1996) J. Immunol. 156, 558-564]. A study by Krieg et al. [Krieg, AM et al (1995) Nature 374, 546-549] revealed that CpG motifs present in ODN are essential for activating B cells to proliferate and to induce IgM secretion. Expression of class II MHC molecules, a typical phenomenon in cell activation, was increased and the cell cycle started from G 0 to G 1 . Sato et al. [Sato, Y. et al (1996) Science 273, 352-354] reported that when plasmid DNA with an immunostimulatory DNA sequence (ISS) with a short CpG motif was transfected into mononuclear cells, IFN- Increasing levels of α, IFN-β, and IL-12 were observed. The results of this study show that transfection of plasmids containing ISS with bone marrow stem cells activates macrophages and T cells in the surroundings, which can lead to misplacement of hepatocytes in vivo. Thus, vectors for use in therapies for replacing genes in somatic or hepatocytes should be devised without ISS. On the other hand, for gene vaccines, it can be pointed out that repeating many ISSs in plasmid DNA is one way to increase efficiency.

박테리아 DNA가 세포를 활성화시키기 위해서는 세포내로 유입되어야 한다. 세포배양 용기에 부착된 ODN은 B 세포를 활성화시키지 못하고[Krieg, A. M. et al (1995)Nature374, 546-549], 올리고뉴클레오타이드를 리포펙션(lipofection)시켰을 때는 세포내로의 유입이 증가하고 NK세포의 활성이 크게 증가된다고 밝혀졌다[Yamamoto, T. et al , (1994)Microbiol. Immunol.38, 831-836]. 그리고 CpG motif를 가졌거나 가지지 않은 올리고뉴클레오타이드 모두가 세포 표면에 결합하는데는 큰 차이가 없음이 밝혀졌다[Krieg, A. M. et al (1995)Nature374, 546-549; 및 Yamamoto, T. et al , (1994)Microbiol. Immunol.38, 831-836]. 단핵세포에 유입된 DNA는 endosomal compartment 안에서 분해되는 것이 확인되었고[Bennett, R. M. et al (1985)J. Clin. Invest.76, 2182-2190], 대식세포에서 박테리아 DNA와 전사인자 핵인자-kB가 결합하고 TNF-α, IL1β 그리고 플라스미노겐 활성화제 억제제-2 mRNA의 발현이 크게 증가함을 보여주었다[Stacey, K. J. et al (1996)J. Immunol.157, 2116-2122]. 세포표면의 수용체를 매개로 한 올리고뉴클레오타이드의 세포내 유입은 세포내이입(endocytosis)에 의해서 일어날 것으로 예상되었으며[Bennett, R. M. et al (1985)J. Clin. Invest.76, 2182-2190], 말초혈액, 골수세포, 그리고 류케미아 세포주에서 형광표지된 포스포로티오에이트 올리고데옥시뉴클레오타이드를 이용하여 연구하여 왔으나[Loke, S. L. et al (1989)Proc. Natl. Acad. Sci. USA86, 3474-3478; Yakubov, L. A. et al (1989)Proc. Natl. Acad. Sci. USA86, 6454-6458; 및 Zhao, Q. et al (1996)Blood88, 1788-1795] 특성 규명과 메카니즘이 밝혀지지는 않았다.Bacteria DNA must enter the cell to activate it. ODN attached to cell culture vessels did not activate B cells (Krieg, AM et al (1995) Nature 374, 546-549), and when lipofection of oligonucleotides resulted in increased influx into cells and NK cells Has been found to increase significantly [Yamamoto, T. et al, (1994) Microbiol. Immunol. 38, 831-836. And it has been found that all oligonucleotides with or without the CpG motif do not differ significantly in binding to the cell surface [Krieg, AM et al (1995) Nature 374, 546-549; And Yamamoto, T. et al, (1994) Microbiol. Immunol. 38, 831-836. DNA entering monocytes was found to be degraded in the endosomal compartment [Bennett, RM et al (1985) J. Clin. Invest. 76, 2182-2190], showed that bacterial DNA and transcription factor nuclear factor-kB bind in macrophages and significantly increase the expression of TNF-α, IL1β and plasminogen activator inhibitor-2 mRNA [Stacey, KJ et al (1996) J. Immunol. 157, 2116-2122. Intracellular influx of oligonucleotides via cell surface receptors was expected to occur by endocytosis [Bennett, RM et al (1985) J. Clin. Invest. 76, 2182-2190], but have been studied using fluorescently labeled phosphorothioate oligodeoxynucleotides in peripheral blood, bone marrow cells, and leuchemia cell lines [Loke, SL et al (1989) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86, 3474-3478; Yakubov, LA et al (1989) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86, 6454-6458; And Zhao, Q. et al (1996) Blood 88, 1788-1795]. No characterization and mechanisms have been identified.

지금까지 박테리아 DNA가 면역체계에서 중요한 역할을 하는 것으로 이해되고 있으며 박테리아 DNA가 안티-DNA 항체 생성의 원인을 제공하여 자가면역질환인 SLE가 발생됨이 알려졌다. 또한 박테리아 DNA의 CpG motif가 면역세포내에 유입되어 세포를 활성화시켜 사이토카인들의 분비 및 IgM분비를 촉진하는 것으로 알려졌다. 그러나 이렇게 중요한 역할을 수행하는 박테리아 DNA가 SLE에서 어떤 메카니즘에 의해 항체를 생성하는데 기여하며, 또한 CpG motif를 가지는 올리고뉴클레오타이드가 세포내에서 어떻게 생성되는지에 대한 연구 결과는 지금까지 보고된 바 없다.To date, bacterial DNA is understood to play an important role in the immune system, and bacterial DNA provides the cause of anti-DNA antibody production, resulting in SLE, an autoimmune disease. In addition, CpG motif of bacterial DNA is introduced into immune cells to activate the cells to promote the release of cytokines and IgM secretion. However, there has been no report on the bacterial DNA that plays such an important role in the mechanism of SLE and how the oligonucleotides with CpG motif are produced in the cell.

본 발명에서는 사람의 B-림프아 IM9 세포주와 분화된 골수발생(myelogeneous) U937 세포주에서 특징적으로 생합성, 분비되는 특이한 엔도뉴클레아제의 존재를 발견하여 그 생화학적 특성을 규명하였고, 이 엔도뉴클레아제가 박테리아 DNA의 항원 프로세싱에 요구된다는 일련의 실험적 결과와 아울러 특히, CpG motif를 갖는 올리고뉴클레오타이드의 생성에 필수적인 효소임을 밝혀내었다.In the present invention, the presence of specific endonuclease characteristically biosynthetic and secreted in human B-lympha IM9 cell line and differentiated myelogeneous U937 cell line was identified and its biochemical characteristics were identified. In addition to a series of experimental results that I required for antigenic processing of bacterial DNA, I found that it is an essential enzyme for the production of oligonucleotides with a CpG motif.

도 1은 DNA-천연-PAGE에 의해 분석된 IM9 세포의 본 발명 엔도뉴클레아제 활성을 보여준다 (IM9 세포 용해물(A), 배지(B) 및 혈청이 없이 배양된 배지(C)에서의 엔도뉴클레아제 활성이 인-겔 시스템에 의해 검출되었으며 소 DNase I(레인 1)과 배양 배지 엔도뉴클레아제 활성(레인 2)이 비교되어 있다(D)).1 shows the inventive endonuclease activity of IM9 cells analyzed by DNA-natural-PAGE (endos in IM9 cell lysate (A), medium (B) and medium cultured without serum (C) Nuclease activity was detected by the in-gel system and bovine DNase I (lane 1) and culture medium endonuclease activity (lane 2) were compared (D).

도 2는 DNA-천연-PAGE에 의해 분석된 DNase I 및 IM9 배양 배지의 본 발명 엔도뉴클레아제 활성을 보여준다.2 shows the present endonucleases activity of DNase I and IM9 culture media analyzed by DNA-natural-PAGE.

도 3은 안티-소 DNase I 항체에 의한 본 발명 엔도뉴클레아제 활성의 면역침강을 보여준다.3 shows immunoprecipitation of the endonuclease activity of the invention by anti-bovine DNase I antibodies.

도 4는 IM9 세포를 액티노마이신 D로 예비처리하고 본 발명 엔도뉴클레아제의 분비를 보여준다 (세포 용해물(A)과 배양 배지(B)의 엔도뉴클레아제 활성이 예비처리후 표시된 배양 기간동안에 분석되었다).Figure 4 shows pretreatment of IM9 cells with actinomycin D and the secretion of endonucleases of the invention (incubation periods where the endonuclease activity of cell lysate (A) and culture medium (B) is indicated after pretreatment Analyzed during).

도 5는 면역 세포주의 본 발명 엔도뉴클레아제 활성을 비교분석한 것이다.5 is a comparative analysis of the present endonuclease activity of immune cell lines.

도 6은 DNA-천연-PAGE에 의해 분석된 IFN-γ or IL-1β 처리된 IM9 세포 배양 배지 및 세포 용해물의 본 발명 엔도뉴클레아제 활성을 보여준다.6 shows the present endonuclease activity of IFN-γ or IL-1β treated IM9 cell culture media and cell lysates analyzed by DNA-natural-PAGE.

도 7은 본 발명 엔도뉴클레아제의 활성을 위한 최적 pH를 보여준다.Figure 7 shows the optimal pH for the activity of the endonuclease of the present invention.

도 8은 본 발명 엔도뉴클레아제 활성을 위한 2가 양이온의 필요요건을 보여준다 (A는 엔도뉴클레아제를 20 mM Tris-HCl, pH 7.0중의 표시된 농도의 Ca2+및/또는 Mg2+의 존재 또는 부재하에 37에서 10분간 100 ng의 플라스미드 DNA와 반응시킨 결과이며 B는 효소반응을 10 mM Mg2+의 존재하에 180분간 실시한 결과이다).FIG. 8 shows the requirements of divalent cations for endonuclease activity of the invention (A shows endonucleases of Ca 2+ and / or Mg 2+ at the indicated concentrations in 20 mM Tris-HCl, pH 7.0. Reaction with 100 ng of plasmid DNA in the presence or absence of 37 to 10 minutes and B is the result of enzymatic reaction for 180 minutes in the presence of 10 mM Mg 2+ ).

도 9는 TPA, LPS 및 CHX 처리된 U937 세포의 증식 곡선을 나타낸 것이다.9 shows proliferation curves of T937, LPS and CHX treated U937 cells.

도 10은 U937 세포에서 TPA-농도 의존성으로 본 발명 엔도뉴클레아제의 합성 및 분비를 DNA-천연-PAGE에 의해 분석한 결과이다 (표시된 TPA 농도에서 24시간 배양하여 세포 용해물(A) 및 배양배지(B)를 얻었다).FIG. 10 shows the results of analysis of the synthesis and secretion of the endonuclease of the present invention by DNA-natural-PAGE with TPA-concentration dependence in U937 cells (cell lysate (A) and culture by incubation at the indicated TPA concentration for 24 hours. Medium (B)).

도 11은 인-겔 시스템에 의해 분석된 TPA 처리된 U937 세포 용해물 및 배양배지의 본 발명 엔도뉴클레아제 활성을 보여준다.Figure 11 shows the present endonuclease activity of TPA treated U937 cell lysates and culture media analyzed by in-gel system.

도 12는 LPS 처리된 U937 세포 용해물 및 배양배지의 본 발명 엔도뉴클레아제 활성을 보여준다 (세포 용해물(A) 및 배지(B)의 엔도뉴클레아제 활성이 DNA-천연-PAGE에 의해 1 ng/ml LPA 처리후 표시된 배양 기간에서 분석되었다).Figure 12 shows the inventive endonuclease activity of L937 treated U937 cell lysate and culture medium (endonuclease activity of cell lysate (A) and medium (B) was determined by DNA-natural-PAGE 1 ng / ml LPA treatment followed for the indicated incubation period).

도 13는 자극 인자로 처리된 U937 세포의 본 발명 엔도뉴클레아제 활성을 보여준다 (레인 1은 48시간동안 10% FBS를 함유한 RPMI1640 배지에서의 U937 세포 배양물, 레인 2는 48시간동안 TPA(10 ng/ml) 처리, 레인 3은 24시간동안 LPS(1 ng/ml) 처리, 레인4는 12시간동안 CHX(10 ug/ml) 처리한 것이다).Figure 13 shows the inventive endonuclease activity of U937 cells treated with stimulating factors (lane 1 is U937 cell culture in RPMI1640 medium containing 10% FBS for 48 hours, lane 2 is TPA (48 hours). 10 ng / ml), lane 3 treated with LPS (1 ng / ml) for 24 hours, lane 4 treated with CHX (10 ug / ml) for 12 hours).

도 14은 자가분해 방법에 의해 IM9 세포로부터 분리된 핵에서의 본 발명 엔도뉴클레아제 활성을 보여준다.14 shows the endonuclease activity of the invention in nuclei isolated from IM9 cells by autolysis methods.

도 15는 CHX 처리에 의한 IM9 세포의 apoptotic 세포사멸을 보여준다.15 shows apoptotic apoptosis of IM9 cells by CHX treatment.

도 16은 DNA-천연-PAGE에 의해 분석된 IM9 세포 용해물 및 핵의 본 발명 엔도뉴클레아제 활성을 보여준다.16 shows the present endonucleases activity of IM9 cell lysates and nuclei analyzed by DNA-natural-PAGE.

도 17은 본 발명 엔도뉴클레아제의 활성을 위한 2가 양이온의 필요요건을 보여준다.Figure 17 shows the requirements of divalent cations for the activity of the endonuclease of the present invention.

도 18은 본 발명 엔도뉴클레아제에 의한 플라스미드 DNA의 시간 경과에 따른 분해를 보여준다.18 shows degradation over time of plasmid DNA by endonucleases of the invention.

도 19는 이. 콜라이 DNA, IM9 세포 DNA 및 연어 정자 DNA에 대한 엔도뉴클레아제의 반응 산물을 보여준다.19 shows this. The reaction products of endonucleases against E. coli DNA, IM9 cell DNA and salmon sperm DNA are shown.

도 20은 IM9 세포내로 도입된 외래 DNA의 써던 블롯 분석 결과이다.20 shows Southern blot analysis of foreign DNA introduced into IM9 cells.

도 21은 본 발명 엔도뉴클레아제 반응에 의해 수득된 DNA 절편의 클로닝 및 서열분석을 위한 구성도이다.Figure 21 is a schematic diagram for cloning and sequencing of DNA fragments obtained by the endonuclease reaction of the present invention.

도 22는 IM9 세포에서 박테리아 DNA의 프로세싱에 의해 생성된 DNA 절편을 보여준다.22 shows DNA fragments produced by processing of bacterial DNA in IM9 cells.

도 23은 U937 세포에서 박테리아 DNA의 프로세싱에 의해 생성된 DNA 절편을 보여준다.23 shows DNA fragments produced by processing of bacterial DNA in U937 cells.

도 24는 본 발명 엔도뉴클레아제의 반응 산물의 검출 결과이다.Figure 24 shows the detection result of the reaction product of the endonuclease of the present invention.

도 25는 박테리아 DNA 또는 올리고뉴클레오타이드내의 CpG motif에 의한 IgM 분비의 유도를 보여준다.25 shows induction of IgM secretion by CpG motif in bacterial DNA or oligonucleotides.

도 26은 기질로서 EC1 PCR 산물을 사용한 본 발명 엔도뉴클레아제 반응의 산물을 보여준다.Figure 26 shows the product of the endonuclease reaction of the invention using the EC1 PCR product as a substrate.

도 27은 기질로서 EC2 PCR 산물을 사용한 본 발명 엔도뉴클레아제 반응의 산물을 보여준다.Figure 27 shows the product of the endonuclease reaction of the invention using the EC2 PCR product as a substrate.

도 28은 기질로서 HC1 PCR 산물을 사용한 본 발명 엔도뉴클레아제 반응의 산물을 보여준다.Figure 28 shows the product of the endonuclease reaction of the invention using HC1 PCR product as substrate.

도 29는 Zn2+및 EDTA에 의한 엔도뉴클레아제 활성의 억제를 보여준다.29 shows inhibition of endonuclease activity by Zn 2+ and EDTA.

도 30은 표시된 IM9 세포 배양 배지 양과 반응된 EC1 PCR 산물로부터 본 발명 엔도뉴클레아제 반응의 산물을 보여준다.30 shows the products of the endonuclease reactions of the present invention from EC1 PCR products reacted with the indicated IM9 cell culture medium amounts.

도 31은 표시된 시간동안 EC1 PCR 산물과 반응된 엔도뉴클레아제로부터의 산물을 보여준다.Figure 31 shows products from endonucleases reacted with EC1 PCR products for the indicated times.

도 32는 본 발명 엔도뉴클레아제 활성이 EC2 PCR 산물(157 bp) 및AluI에 의해 분해된 짧은 DNA 절편을 비교하여 준다.FIG. 32 compares short DNA fragments digested by EC2 PCR product (157 bp) and Alu I of the present endonuclease activity.

도 33은 IM9 세포에서 분비된 본 발명 엔도뉴클레아제의 3'-엑소뉴클레아제의 동정을 보여준다.Figure 33 shows the identification of 3'-exonuclease of the endonuclease of the invention secreted from IM9 cells.

도 34는 본 발명 엔도뉴클레아제 반응 산물, IM9 세포에 의해 프로세싱된 산물 및 DNase I 반응 산물을 비교하여 준다.Figure 34 compares endonuclease reaction products, products processed by IM9 cells, and DNase I reaction products of the invention.

도 35는 S1 뉴클레아제 반응에 의한 엔도뉴클레아제 반응으로부터 유도된 일본쇄 절편의 동정을 보여준다.35 shows the identification of single chain fragments derived from endonuclease reactions by S1 nuclease reactions.

도 36은 모노 S HR5/5 이온 교환 크로마토그래피에 의한 IM9 세포 배양 배지의 크로마토그래피 분획 결과를 보여준다.36 shows the chromatographic fractionation results of IM9 cell culture medium by mono S HR5 / 5 ion exchange chromatography.

도 37은 RESOURCE PHE 소수성 상호작용 크로마토그래피에 의한 엔도뉴클레아제의 정제 결과를 보여준다.37 shows the results of purification of endonucleases by RESOURCE PHE hydrophobic interaction chromatography.

도 38은 이온 교환 크로마토그래피 및 소수성 상호작용 크로마토그래피에 의한 정제된 본 발명 엔도뉴클레아제의 SDS-PAGE 결과를 보여준다.38 shows the SDS-PAGE results of the purified endonuclease of the present invention by ion exchange chromatography and hydrophobic interaction chromatography.

도 39는 SDS-PAGE에 의한 정제된 엔도뉴클레아제의 분자량 결정 결과를 보여준다.39 shows the result of molecular weight determination of purified endonucleases by SDS-PAGE.

도 40은 본 발명 엔도뉴클레아제 활성을 갖는 모노 S 크로마토그래피 분획의 천연-기공 구배 겔 전기영동(4-15%) 결과(B) 및 아가로즈 겔 전기영동에서 패널 B의 겔 밴드로부터 용출된 단백질의 엔도뉴클레아제 활성(B)을 보여준다.FIG. 40 shows the results of natural-pore gradient gel electrophoresis (4-15%) of mono S chromatographic fractions with inventive endonuclease activity (B) and eluted from the gel band of panel B in agarose gel electrophoresis. Show the endonuclease activity (B) of the protein.

도 41은 이온 교환 크로마토그래피에 의해 정제된 본 발명 엔도뉴클레아제의 SDS 폴리아크릴아미드 겔 전기영동 및 활성 밴드의 천연-구배 PAGE 겔 용출 결과를 보여준다.FIG. 41 shows SDS polyacrylamide gel electrophoresis and natural-gradient PAGE gel elution results of the active bands of the present endonucleases purified by ion exchange chromatography.

도 42는 분리된 U937 세포핵내의 정제된 엔도뉴클레아제 활성에 미치는 양이온의 영향을 보여준다.42 shows the effect of cations on purified endonuclease activity in isolated U937 cell nuclei.

한 가지 관점에서, 본 발명은 면역세포로부터 분비되고 박테리아 DNA를 외부의 물질로 인식하고 프로세싱하여 면역반응에 관여하는 CpG motif를 갖는 약 10 bp의 일본쇄 올리고뉴클레오타이드를 생성하는 신규한 엔도뉴클레아제를 제공한다. 본 발명의 엔도뉴클레아제는 SDS-PAGE에 의한 분자량 측정결과 72.4 kD로 확인되었다.In one aspect, the present invention provides a novel endonuclease that is secreted from immune cells and recognizes and processes bacterial DNA as an external substance to produce about 10 bp single stranded oligonucleotides with a CpG motif that is involved in the immune response. To provide. The endonuclease of the present invention was found to be 72.4 kD by molecular weight measurement by SDS-PAGE.

다른 관점에서, 본 발명은 사람의 B-림프아 IM9 세포주 또는 TPA로 처리된 골수형성 U937 세포주를 상기된 엔도뉴클레아제를 생성하기에 적절한 배지에서 배양하고 이 배양액으로부터 상기 면역세포에서 합성되어 분비된 엔도뉴클레아제를 정제함을 포함하는 상기 엔도뉴클레아제의 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention is directed to culturing a human B-lympha IM9 cell line or a myeloid U937 cell line treated with TPA in a medium suitable for producing the endonucleases described above and synthesized and secreted from the cultured immune cells from the culture medium. It provides a method for producing the endonuclease comprising purifying the endonuclease.

또 다른 관점에서, 본 발명은 본 발명의 상기 엔도뉴클레아제로 박테리아 DNA를 처리하여 형성된 CpG motif를 갖는 약 10 bp의 일본쇄 올리고뉴클레오타이드를 포함하는 면역보조제를 제공한다.In another aspect, the present invention provides an adjuvant comprising about 10 bp single chain oligonucleotides having a CpG motif formed by treating bacterial DNA with the endonuclease of the present invention.

본 발명은 이하 실시예를 통하여 상세하게 설명될 것이다.The invention will be explained in detail through the following examples.

실시예 1Example 1

면역세포에서 본 발명 엔도뉴클레아제의 합성 및 분비Synthesis and Secretion of Endonuclease of the Invention in Immune Cells

DNase I의 효소활성은 사람의 조직과 체액에 넓게 분포되어 있으며 이에 따라 소화 기능[Nadano D. et al (1993)Clin. Chem.39, 448-452; 및 Yasuda T. et al (1993)Clin. Chim. Acta.218, 5-16] 이외에 생리적인 생체내 기능이 존재할 것이라고 추정되어왔다. DNase I은 apoptosis 과정중에 뉴클레오좀간(internucleosomal) DNA를 절단하는 것으로 알려진[Peitsch M. C. et al (1993)EMBO J.12, 371-377] 한편 이 효소는 사람의 혈청에도 존재하여 그 생화학적 특성이 보고되었다[Love J. D., and Hewitt R. R. (1979)J. Biol. Chem.254, 12588-12594; 및 Kishi K. et al (1990)Am. J. Hum. Genet.47, 121-126]. 혈청의 DNase I은 췌장에서 분비된다고 밝혀졌으나[Love J. D., and Hewitt R. R. (1979)J. Biol. Chem.254, 12588-12594; 및 Ito K. et al (1984)J. Biochem.95, 1399-1406], 다른 조직에서의 연구는 아직도 계속되고있다. Messina 등의 연구결과[Messina, J. P. et al (1991)J. Immunol.147, 1759-1764]에 의하면 DNase I은 박테리아의 DNA를 완전히 분해하여 B 세포와 대식세포를 활성화시키는 CpG motif를 생성시키지 못함을 밝혔다. 반면에 DNase I을 처리하지 않은 박테리아 DNA는 면역세포들을 활성화시켜 사이토카인과 IgM분비를 촉진시킨다고 발표하였으며 이러한 양상은 CpG motif를 가진 ODN들을 세포에 처리하였을 때와 일치하는 결과를 보였다. 따라서 본 발명에서는 외부의 DNA를 인식하여 프로세싱시켜 CpG motif를 생성시킬 수 있는 새로운 형태의 엔도뉴클레아제가 면역세포에 존재할 수 있다는 가정하에 여러 종류의 면역 세포주들을 사용한 실험에서 이와 같은 효소활성의 존재를 확인하였다.The enzymatic activity of DNase I is widely distributed in human tissues and body fluids and accordingly digestive function [Nadano D. et al (1993)Clin. Chem.39, 448-452; And Yasuda T. et al (1993)Clin. Chim. Acta.218, 5-16] in addition to physiological in vivo It has been assumed that the function will exist. DNase I is known to cleave internucleosomal DNA during apoptosis [Peitsch M. C. et al (1993)EMBO J.12, 371-377] The enzyme is also present in human serum and its biochemical properties have been reported [Love J. D., and Hewitt R. R. (1979).J. Biol. Chem.254, 12588-12594; And Kishi K. et al (1990)Am. J. Hum. Genet.47, 121-126. Serum DNase I was found to be secreted by the pancreas [Love J. D., and Hewitt R. R. (1979)J. Biol. Chem.254, 12588-12594; And Ito K. et al (1984)J. Biochem.95, 1399-1406], research in other organizations is still ongoing. Messina et al. [Messina, J. P. et al (1991)J. Immunol.147, 1759-1764] showed that DNase I did not completely degrade the bacterial DNA to produce CpG motifs that activate B cells and macrophages. On the other hand, bacterial DNA that did not treat DNase I promoted the release of cytokines and IgM by activating immune cells. This pattern was consistent with treatment of ODN cells with CpG motif. Therefore, in the present invention, assuming that a new type of endonuclease capable of recognizing and processing external DNA to generate a CpG motif may exist in immune cells, the presence of such enzymatic activity in experiments using several immune cell lines Confirmed.

1-1 세포배양 및 전처리1-1 Cell Culture and Pretreatment

사람의 B-림프아 (IM9 및 RPMI1788) 세포주, T-림프아 (Molt-4 및 Jurkat) 세포주, 그리고 골수발생 (U937) 세포주는 American Type Culture Collection ([ATCC] Rockville, MD)에서 구입하였다. 세포는 열처리한 우태아혈청(FBS, Gibco BRL) 10%를 함유하는 RPMI1640 배지에서 1ml당 4-5 x 105개의 세포수를 유지하면서 배양하였다. 세포배양은 37oC 에서 5% CO2를 함유한 인큐베이터(Forma)에서 수행하였다. 세포수와 세포배양중 생존율은 혈구계를 이용하여 트리판 블루 배제(trypan blue exclusion) 방법으로 주기적으로 측정 하였다. 모든 실험에서 세포의 생존율은 95% 이상을 유지시켰다. 세포내에서 엔도뉴클레아제가 생합성되는지를 확인하기 위하여 IM9 세포주에 액티노마이신 D (ACD, Sigma)를 0.33 ug/ml로 전처리 하였다[Cooper H. L., and Braverman R. (1977)Nature269, 527-529]. IM9 세포주를 ACD로 처리하여 30분간 배양한 후 세척하고 10% FBS를 함유한 RPMI1640 배지에서 48시간 동안 배양하면서 일정한 시간 간격으로 엔도뉴클레아제 효소활성을 측정하였다.Human B-lympha (IM9 and RPMI1788) cell lines, T-lympha (Molt-4 and Jurkat) cell lines, and myeloid (U937) cell lines were purchased from the American Type Culture Collection ([ATCC] Rockville, MD). Cells were cultured in RPMI1640 medium containing 10% fetal calf serum (FBS, Gibco BRL) while maintaining the number of 4-5 × 10 5 cells per ml. Cell culture was carried out in an incubator (Forma) containing 5% CO 2 at 37 ° C. Cell number and viability during cell culture were measured periodically by trypan blue exclusion using a hemocytometer. Cell viability was maintained at 95% or higher in all experiments. Actinomycin D (ACD, Sigma) was pretreated at 0.33 ug / ml in IM9 cell lines to confirm the endothelial biosynthesis in cells [Cooper HL, and Braverman R. (1977) Nature 269, 527-529 ]. Endonuclease enzyme activity was measured at regular time intervals after treatment with ACD for 30 minutes, treated with ACD, washed, and incubated for 48 hours in RPMI1640 medium containing 10% FBS.

그 결과 여러 종류의 면역반응에 관여하는 세포들의 세포배양액 과 세포용해물에서 엔도뉴클레아제 효소활성이 나타나는지를 분석하기 위하여 DNA-천연-PAGE 뉴클레아제 활성 검정을 수행하였다. 실험한 세포 배양액 중에서 분비된 엔도뉴클레아제 활성은 IM9 세포주에서만 관찰할 수 있었다(도 5B, 레인 2). 그러나, 사람의 T-림프아 세포주인 Molt-4 세포주 배양시 세포 용해물에서는 항상 엔도뉴클레아제 활성이 존재함을(도 5A, 레인 4) 확인할 수 있었으나 세포배양액에서는 관찰할 수 없었다. 골수발생 세포주인 U937 세포주, B-림프아 세포주인 RPMI1788 세포주, 그리고 T-림프아 세포주인 Jurkat 세포주에서는 이 엔도뉴클레아제의 효소활성을 세포배양액, 또는 세포 용해물에서 모두 관찰할 수 없었다. 또한, 도 4에 나타난 것처럼 세포내에서의 엔도뉴클레아제 생합성(도 4A)과 세포배양액으로의 분비(도 4B)는 ACD전처리 후 초기에 현저하게 줄어들었음을 관찰할 수 있었다. 이러한 실험 결과는 IM9 세포주에서 엔도뉴클레아제의 합성과 분비가 밀접하게 관계되어 있음을 보여준다.As a result, DNA-natural-PAGE nuclease activity assay was performed to analyze whether endonuclease enzymatic activity appeared in cell culture medium and cell lysate of cells involved in various immune responses. Endonuclease activity secreted in the tested cell cultures could only be observed in the IM9 cell line (FIG. 5B, lane 2). However, it was confirmed that endonuclease activity was always present in cell lysates in culture of human T-lympha cell line, Molt-4 cell line (FIG. 5A, lane 4), but not in cell culture. The enzymatic activity of this endonuclease could not be observed in cell culture or cell lysates in the myelogenous cell line U937 cell line, B-lymphocyte cell line RPMI1788 cell line, and T-lympha cell line Jurkat cell line. In addition, as shown in FIG. 4, it could be observed that the endonuclease biosynthesis (FIG. 4A) and secretion into the cell culture medium (FIG. 4B) in the cells were markedly reduced initially after ACD pretreatment. These experimental results show that the synthesis and secretion of endonucleases in the IM9 cell line is closely related.

면역반응에 관여하는 사이토카인이 엔도뉴클레아제 합성 및 분비에 어떤 영향을 주는지를 확인하기 위하여 인터페론-γ (IFN-γ, 10 units/ml, Genetech Inc) 와 인터루킨-1β (IL-1β, 10 units/ml, Genetech Inc.)를 처리하였다. 인터루킨을 포함하는 배지에서 24시간 동안 세포를 배양하면서 DNA-천연-PAGE로 분석한 결과, 도 6에서 나타난 바와 같이 이러한 사이토카인들은 엔도뉴클레아제 분비에 크게 영향을 미치지 않음을 볼 수 있었다. 또한, 미토겐인 LPS나 TPA도 엔도뉴클레아제의 분비에 아무런 영향을 미치지 않음이 관찰되었다.To determine how cytokines involved in the immune response affect endonuclease synthesis and secretion, interferon-γ (IFN-γ, 10 units / ml, Genetech Inc) and interleukin-1β (IL-1β, 10 units / ml, Genetech Inc.). As a result of analysis of DNA-natural-PAGE while culturing cells for 24 hours in a medium containing interleukin, as shown in FIG. 6, it was found that these cytokines did not significantly affect endonuclease secretion. In addition, it was observed that mitogen, LPS or TPA, had no effect on the secretion of endonucleases.

단핵세포를 분화시키는 물질인 12-O-테트라데카노일포르볼 13-아세테이트(TPA, Sigma)를 U937 세포에 서로 다른 농도에서 시간에 따라 처리하면서 엔도뉴클레아제의 합성 및 분비를 관찰하였다. 사이클로헥시미드(CHX, 10 mg/ml, Sigma)와 미토겐인 리포폴리삭카라이드(LPS, 1 ng/ml, Sigma)를 U937 세포에 처리하여 TPA를 처리한 세포와 비교하였다. 세포에 여러 물질들을 처리하였을 때 세포 모양을 관찰하기 위하여 세포를 포스페이트-완충된 염수 (PBS, 137 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 10 mM Na2HPO4, 1.8 mM KH2PO4, pH 7.4)로 세척한 다음 세포원심분리 슬라이드(cytocentrifuge slides)를 준비하고 Wright-Giemsa (Sigma)로 염색하여 확인하였다. 시험결과, U937과 같은 사람의 골수성 류케미아 세포주는 TPA 자극에 의해 분화되었을 때 세포 모양이 성숙된 형태를 나타내며 성장이 멈추게 되는 반면에 LPS 자극에 의해서는 세포증식이 일어나게 된다. 이와 같은 미토겐에 의한 세포의 성장곡선을 그려보면 도 9에서와 같이 나타난다. 즉, U937 세포주가 TPA에 의해서 분화되어 세포의 모양이 변하면서 성장이 멈추었음을 알 수 있었고 LPS에 의해서는 세포 증식이 일어남을 관찰할 수 있었다. 반면에 apoptosis를 유발하는 물질중 하나인 CHX를 처리하였을 때는 세포가 죽어가는 결과를 볼 수 있었다. 이와 같은 세포배양 조건에서 엔도뉴클레아제가 생성되고 분비되는지를 관찰하기 위한 실험을 수행하였다. 도 10에서는 TPA 농도 증가에 따라 엔도뉴클레아제의 세포내 생합성이 증가함을(도 10A) 볼 수 있으며 동시에 효소가 세포 외부로 지속적으로 분비됨을 관찰할 수 있었다(도 10B). 엔도뉴클레아제 생합성은 10 pg/ml 의 TPA 농도에서부터 크게 증가됨을 볼 수 있었고(도 10A) 10 ng/ml의 TPA를 U937 세포배양액에 처리하고 일정한 시간 간격으로 엔도뉴클레아제 활성을 관찰하였을 때 도 11과 같은 결과가 나타났다. 엔도뉴클레아제 효소 활성은 TPA 처리 후 6 시간부터 합성되어 분비되기 시작하여 24시간 후에 합성 및 분비가 가장 많이 나타남을 볼 수 있다. 세포를 증식시키는 LPS를 1 ng/ml의 농도로 처리한 후 일정한 시간 간격으로 엔도뉴클레아제의 활성을 측정하였을 경우에는 도 12와 같은 결과를 관찰할 수 있었다. LPS처리 12시간 후부터 세포 용해물에 효소활성이 나타나기 시작하여 24시간 후에는 높은 효소 활성을 관찰할 수 있는 반면에 세포 배양액에서는 이와 같은 효소활성이 24시간 동안 전혀 관찰되지 않았다. Apoptosis를 유도하는 물질인 CHX를 U937 세포주에 처리했을 때 세포가 죽어가는 현상을 현미경으로 관찰할 수 있었고 이때 엔도뉴클레아제 생합성에는 전혀 영향을 미치지 않음을 볼 수 있었다(도 13, 레인 4). U937 세포주에서 TPA, LPS, 그리고 CHX를 처리하였을 때의 효소활성을 도 13에 요약하였다.The synthesis and secretion of endonucleases were observed by treatment of 12-O-tetradecanoyl phorbol 13-acetate (TPA, Sigma) with differentiating monocytes at different concentrations over time in U937 cells. Cycloheximide (CHX, 10 mg / ml, Sigma) and mitogen lipopolysaccharide (LPS, 1 ng / ml, Sigma) were treated with U937 cells and compared with TPA treated cells. The cells were treated with phosphate-buffered saline (PBS, 137 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 10 mM Na 2 HPO 4 , 1.8 mM KH 2 PO 4 , pH 7.4) to observe the cell appearance when the cells were treated with various substances. After washing, cytocentrifuge slides were prepared and confirmed by staining with Wright-Giemsa (Sigma). As a result, human myeloid leuchemia cell lines, such as U937, show a mature morphology and stop growth while differentiated by TPA stimulation, whereas cell proliferation occurs by LPS stimulation. When the growth curve of the cells by the mitogen is drawn as shown in FIG. In other words, U937 cell line was differentiated by TPA and the growth of cells was stopped due to the change of the shape of the cells, and the cell proliferation was observed by LPS. On the other hand, treatment with CHX, one of the apoptosis-inducing substances, resulted in cell death. Experiments were performed to observe whether endonucleases were produced and secreted under these cell culture conditions. In Figure 10 it can be seen that the intracellular biosynthesis of the endonuclease increases with increasing TPA concentration (Fig. 10A) and at the same time it can be observed that the enzyme is continuously secreted outside the cell (Fig. 10B). Endonuclease biosynthesis was seen to increase significantly from the TPA concentration of 10 pg / ml (FIG. 10A), when 10 ng / ml of TPA was treated in U937 cell culture medium and the endonuclease activity was observed at regular intervals. 11 shows the same result. Endonuclease enzyme activity is synthesized and released from 6 hours after TPA treatment, the synthesis and secretion appear the most after 24 hours. When the LPS for proliferating cells was treated at a concentration of 1 ng / ml and the activity of the endonuclease was measured at regular time intervals, the results as shown in FIG. 12 were observed. Enzyme activity appeared in the cell lysate 12 hours after LPS treatment, and high enzyme activity was observed after 24 hours, whereas such enzyme activity was not observed at all in the cell culture for 24 hours. When the CH937, a substance that induces apoptosis, was treated in the U937 cell line, the cell death could be observed under a microscope, and it did not affect the endonuclease biosynthesis at all (FIG. 13, lane 4). Enzyme activity when treated with TPA, LPS, and CHX in the U937 cell line is summarized in FIG. 13.

1-2 세포 용해물의 제조 및 DNA-천연-PAGE에서 엔도뉴클레아제 활성 측정Preparation of 1-2 Cell Lysates and Measurement of Endonuclease Activity in DNA-Natural-PAGE

세포배양액은 1,500 rpm에서 5분간 원심분리하여 상층액을 취하였다. 세포는 차가운 PBS로 두 번 세척한 후 150 mM NaCl, 10 mM Tris-HCl (pH 7.5), 1 mM EDTA 와 1 mM PMSF를 함유하는 0.5% Nonidet P-40 (NP-40) 완충용액(용해 완충용액)에 1 x 107개 세포/ml 되게 재부유시켰다. 4oC 에 15분간 방치하여 세포를 용해시킨 후 4oC 에서 15분 동안 12,000 rpm으로 원심분리하여 상층액을 세포 용해물로 사용하였다.Cell culture was centrifuged for 5 minutes at 1,500 rpm to take the supernatant. Cells were washed twice with cold PBS followed by 0.5% Nonidet P-40 (NP-40) buffer containing 150 mM NaCl, 10 mM Tris-HCl (pH 7.5), 1 mM EDTA and 1 mM PMSF (lysis buffer). Solution) was resuspended to 1 x 10 7 cells / ml. 4 o C then allowed to stand for 15 minutes to dissolve the cells by centrifugation at 12,000 rpm for 15 min at 4 o C and the supernatant was used as cell lysates.

엔도뉴클레아제 활성을 측정하고 특성을 규명하기 위하여 변형된 천연 폴리아크릴아미드 겔 검정 시스템을 사용하였다. Hoefer Tall Mighty Small (0.75 mm x 8 cm x 11 cm) 수직형 전기영동 장치를 이용하여, SDS가 없는 7% 폴리아크릴아미드 겔을 초나선형(supercoiled) 플라스미드 DNA(pGEM-T 벡터, 3.0 kb, Promega)를 최종농도 150 ug/ml 되게 공중합화시켰다. 세포배양액 또는 세포 용해물의 단백질 시료를 각 웰당 10 ug 씩 로딩한 후에 4oC에서 전기영동을 수행하였다. 전기영동 후 겔을 증류수로 세 번 세척하고 20 mM Tris-HCl (pH 7.0), 1 mM CaCl2그리고 10 mM MgCl2(TCM buffer)로 구성된 반응 완충용액에서 37oC에서 4 시간 동안 흔들어 주면서 반응시켰다. DNA-천연-PAGE 상에서 엔도뉴클레아제의 반응 특이성을 규명하기 위하여 반응시간을 변화시켰을 때의 효소 활성을 관찰하였다. 반응시킨 겔은 37oC의 1 ug/ml의 에티듐 브로마이드를 함유하는 TCM 완충용액에서 30분 동안 염색하고 302 nm 트랜실루미네이터(transilluminator)로 사진을 찍었다. 겔에서 뉴클레아제 활성이 나타나는 위치는 오렌지색의 바탕에 검정색의 밴드로 관찰할 수 있었다. 엔도뉴클레아제 활성의 표준물질로 소 췌장의 DNase I (RNase-없는 10-50 x 103units/ml, Boehringer Mannheim)를 사용하였다.A modified natural polyacrylamide gel assay system was used to measure and characterize endonuclease activity. Using a Hoefer Tall Mighty Small (0.75 mm x 8 cm x 11 cm) vertical electrophoresis device, a 7% polyacrylamide gel without SDS was used to supercoiled plasmid DNA (pGEM-T vector, 3.0 kb, Promega). ) Was copolymerized to a final concentration of 150 ug / ml. Protein samples of cell culture or cell lysate were loaded at 10 ug per well, followed by electrophoresis at 4 ° C. After electrophoresis, the gel was washed three times with distilled water and reacted by shaking at 37 o C for 4 hours in a reaction buffer consisting of 20 mM Tris-HCl (pH 7.0), 1 mM CaCl 2 and 10 mM MgCl 2 (TCM buffer). I was. In order to elucidate the reaction specificity of the endonuclease on DNA-natural-PAGE, the enzyme activity was observed when the reaction time was changed. Reaction in which the gel is 37 o staining in TCM buffer containing ethidium bromide in 1 ug / ml of C for 30 min and photographed with 302 nm transfected room Lumi-ordinator (transilluminator). The location of nuclease activity in the gel was observed as a black band on an orange background. Bovine pancreatic DNase I (RNase-free 10-50 × 10 3 units / ml, Boehringer Mannheim) was used as a standard for endonuclease activity.

본 발명에서 고안한 DNA-천연-PAGE 뉴클레아제 검정 시스템에 의해서 세포배양액 과 세포용해물에서 효소활성을 민감성과 함께 선택적으로 측정할 수 있음을 보여주고 있다(도 1). 10 ug의 단백질을 함유하고 있는 세포배양액 과 세포 용해물에서 엔도뉴클레아제 활성이 나타나는 부위에 강한 활성띠를 관찰할 수 있었다. IM9 세포주의 배양시간에 따른 엔도뉴클레아제의 생합성 및 분비를 분석한 결과는 도 1과 같다. 세포 용해물에서의 엔도뉴클레아제 효소활성 정도는 48시간 동안 배양할 경우 거의 일정하게 관찰되었으나(도 1A), 세포배양액에서는 같은 실험 조건에서 상당히 많은 엔도뉴클레아제 활성이 축적됨을(도 1B) 관찰할 수 있었다. 배양한 IM9 세포주를 여러 차례 PBS로 세척한 다음 혈청-없는 배지로 옮겨 배양했을 때, 도 1B에서 관찰되었던 주된 엔도뉴클레아제 활성띠는 그대로 관찰할 수 있었으나 DNase I 효소활성은 전혀 존재하지 않는 것으로 나타났다(도 1C). 이러한 결과에서 IM9 세포배양액 과 세포 용해물에서 관찰된 엔도뉴클레아제는 세포가 배양된 배지 성분인 FBS에서 유래된 것이 아니라 세포에서 합성되어 배지로 분비되었다는 것을 알 수 있다. 도 1B의 세포배양액중 전기영동 상에서 빠르게 이동한 약한 뉴클레아제 활성띠는 DNase I임을 Boehringer Mannheim에서 구입한 소의 DNase I 과 비교하여 확인할 수 있었다(도 1D).The DNA-natural-PAGE nuclease assay system designed in the present invention shows that the enzyme activity in cell culture medium and cell lysate can be selectively measured with sensitivity (FIG. 1). A strong activity band was observed at the site of endonuclease activity in cell culture and cell lysate containing 10 ug of protein. As a result of analyzing the biosynthesis and secretion of the endonuclease according to the culture time of the IM9 cell line is shown in FIG. The degree of endonuclease enzyme activity in the cell lysate was almost constant when incubated for 48 hours (FIG. 1A), but in the cell culture medium, a considerable amount of endonuclease activity was accumulated under the same experimental conditions (FIG. 1B). It could be observed. When the cultured IM9 cell line was washed several times with PBS and then transferred to a serum-free medium, the major endonuclease activity bands observed in FIG. 1B were observed, but there was no DNase I enzyme activity. Appeared (FIG. 1C). These results indicate that the endonucleases observed in IM9 cell culture medium and cell lysate were not derived from FBS, which is a culture medium component, but were synthesized in cells and secreted into the medium. The weak nuclease activity band rapidly shifted on electrophoresis in the cell culture of FIG. 1B was confirmed to be DNase I compared to DNase I of a cow purchased from Boehringer Mannheim (FIG. 1D).

도 2에서는 DNA-천연-PAGE에서 서로 다른 반응용액의 조건에서 1 시간과 4시간 동안 효소활성을 측정한 결과이다. 10 mM Mg2+을 포함하는 20 mM Tris-HCl (pH 7.0) 완충용액에서 1시간 반응시켰을 때, 도 2A에서 나타나는 바와 같이 IM9 세포주에서 분비된 엔도뉴클레아제만 효소활성을 보였다. 그러나 동일 반응조건에서 반응시간을 연장하여 4시간 동안 반응시킨 결과(도 2B) 구입한 DNase I 과 함께 FBS에 존재하는 DNase I도 동일한 위치에서 효소활성을 나타냄이 관찰되었다. 이상과 같은 결과로부터 IM9 세포주에서 생성되고 분비되는 엔도뉴클레아제는 천연-PAGE상에서 DNase I과 서로 다른 이동거리를 보여 주었고, 주어진 반응조건에서 효소의 반응성도 각기 상이함을 확인하였다.In FIG. 2, enzyme activity was measured for 1 hour and 4 hours under different reaction solutions under DNA-natural-PAGE. When reacted in 20 mM Tris-HCl (pH 7.0) buffer containing 10 mM Mg 2+ for 1 hour, only the endonuclease secreted from the IM9 cell line showed enzymatic activity as shown in FIG. 2A. However, when the reaction time was extended for 4 hours under the same reaction conditions (FIG. 2B), DNase I present in FBS together with the purchased DNase I also showed enzymatic activity at the same position. From the above results, the endonuclease produced and secreted in the IM9 cell line showed a different migration distance from DNase I on the natural-PAGE, and it was confirmed that the reactivity of the enzymes was different under the given reaction conditions.

1-3 DNase I에 대한 항체생산 및 면역침강1-3 Antibody Production and Immunoprecipitation for DNase I

면역전 혈청을 얻기 위하여 Sprague-Dawley (SD, 150-200 g) 쥐의 꼬리에서 혈액을 채취하였다. 소의 췌장 DNase I (Sigma)를 7% 천연-PAGE 상에서 DNase I에 해당하는 위치의 단백질 띠를 멸균한 PBS에서 작은 조각으로 잘라 면역하는데 이용하였다. SD 쥐에 단백질 100 ug을 표준 방법[Harlow, E., and Lane, D. (1988) Antibodies, A laboratory manual, Cold Spring Harbor, New York]에 따라 면역하였다. 4회 접종하고 10일 후에 쥐에서 혈액을 채취하여 항체 역가와 특이성을 측정하였다. DNase I을 함유하고 있는 혈청에서 안티-DNase I 항체를 ImmunoPureplusprotein A/G IgG 정제 키트(Pierce) 와 소의 DNase I이 결합된 Sepharose-CL 4B를 이용하여 정제하였다. 정제한 안티-DNase I 항체 와 프로테인 A-Sepharose CL 4B를 결합한 비드로 50 ml 의 세포배양액 또는 PBS에 10배 희석한 사람 혈장 50 ml를 면역침강시켰다. 면역침강은 4oC에서 6시간동안 서서히 흔들어 주면서 수행하였다. 면역침강한 상층액을 취하여 DNA-천연-PAGE 상에서 엔도뉴클레아제 효소활성을 측정하였다.Blood was collected from the tails of Sprague-Dawley (SD, 150-200 g) mice to obtain pre-immune sera. Bovine pancreatic DNase I (Sigma) was used to immunize the protein bands corresponding to DNase I on 7% native-PAGE in small pieces in sterile PBS. 100 ug of protein in SD mice was immunized according to standard methods [Harlow, E., and Lane, D. (1988) Antibodies, A laboratory manual, Cold Spring Harbor, New York]. Ten days after four inoculations, blood was collected from rats to determine antibody titer and specificity. Anti-DNase I antibodies were purified from serum containing DNase I using ImmunoPure plus protein A / G IgG Purification Kit (Pierce) and Sepharose-CL 4B conjugated with bovine DNase I. 50 ml of cell culture medium or 50 ml of human plasma diluted 10-fold in PBS were immunoprecipitated with beads combining the purified anti-DNase I antibody and protein A-Sepharose CL 4B. Immunoprecipitation was performed by shaking slowly at 4 o C for 6 hours. Immunoprecipitated supernatants were taken to measure endonuclease enzyme activity on DNA-natural-PAGE.

도 3A는 제조한 항체가 FBS에서 유래한 DNase I을 인식함을 보여주고, 또한 사람 혈청에 존재하는 DNase I과 교차반응성을 가짐을 볼 수 있었다. 물론, 면역전 혈청은 FBS와 사람 혈청의 DNase I은 인식할 수 없었다. 이와 같이 제조된 DNase I 항체를 이용하여 분비되는 엔도뉴클레아제와 DNase I 각각에 대한 교차반응성을 분석하였다. IM9 세포주 배양액을 안티-DNase I 항체로 면역침강한 상층액에서는 빠르게 이동하는 DNase I 효소활성이 나타나지 않았으나, 분비된 엔도뉴클레아제의 효소 활성은 면역침강되지 않고 그대로 회수됨을(도 3B) 관찰할 수 있었다. 이러한 결과로부터 IM9 세포주에서 분비된 엔도뉴클레아제는 DNase I과 면역학적으로 확연히 구분된다는 또 하나의 증거를 확보하였다.FIG. 3A shows that the prepared antibody recognizes DNase I derived from FBS, and also has cross-reactivity with DNase I present in human serum. Of course, preimmune serum did not recognize DNase I in FBS and human serum. The cross-reactivity of each secreted endonuclease and DNase I was analyzed using the prepared DNase I antibody. The supernatant immunized with the IM9 cell line culture with anti-DNase I antibody did not show rapidly moving DNase I enzyme activity, but the enzyme activity of the secreted endonuclease was recovered as it was without immunoprecipitation (FIG. 3B). Could. These results provide further evidence that the endonuclease secreted from the IM9 cell line is clearly distinguished from DNase I immunologically.

1-4 엔도뉴클레아제 활성의 부분 정제 및 특성 규명Partial Purification and Characterization of 1-4 Endonuclease Activity

IM9 세포주의 배양액으로부터 엔도뉴클레아제를 부분 정제하기 위하여, 제조실시예 1-2와 같이 전기영동한 후 효소활성이 있는 부위의 단백질 띠를 용출하였다. 뉴클레아제 활성이 있는 부위의 단백질띠를 자르고 작게 조각을 내어 에펜도르프 마이크로튜브(eppendorf microtubes)에 옮긴 후 20 mM Tris-HCl (pH 7.0) 완충용액으로 4oC에서 10 시간 동안 흔들어 주어 단백질 용출을 수행하였다. 이 시료를 4oC에서 14,000 rpm으로 10 분간 원심분리한 후 상층액을 20 ul 씩 분주하여 실험에 이용하였다. 용출한 20 ng의 회수한 단백질 시료를 여러 농도의 양이온을 함유하는 20 mM Tris-HCl 완충용액(pH 7.0)에서 초나선 플라스미드 DNA와 37oC에서 10분 동안 반응시켰다. 효소활성에 대한 pH의 효과를 측정하기 위해서는 서로 다른 pH의 1 mM CaCl2와 10 mM MgCl2를 함유하는 20 mM MOPS 완충용액에서 효소활성을 측정하였다. 반응시간에 따른 엔도뉴클레아제의 효소활성을 분석하기 위하여, 효소반응을 37oC에서 180분 동안 10 mM MgCl2를 함유하고 있는 20 mM Tris-HCl 완충용액(pH 7.0)에서 일정한 시간 간격으로 관찰하였다. 반응은 DNA 시료 완충용액(30% 글리세롤, 0.5% 브로모페놀 블루, 그리고 0.5% 크실렌 사이놀)을 함유한 TE (10 mM Tris-HCl, pH 7.6, 1 mM EDTA) 완충용액을 첨가한 후에 얼음에 넣어 반응을 정지시켰다. 반응산물은 에티듐 브로마이드(0.5 ug/ml)을 함유하고 있는 1% 아가로즈 겔에서 전기영동을 수행하여 확인하였다.In order to partially purify the endonuclease from the culture medium of the IM9 cell line, the protein band of the enzyme-activated region was eluted after electrophoresis as in Preparation Example 1-2. Protein strips of nuclease-activated sites were cut into small pieces, transferred to eppendorf microtubes, and shaken for 10 hours at 4 o C with 20 mM Tris-HCl (pH 7.0) buffer. Was performed. The sample was centrifuged at 14,000 rpm for 10 minutes at 4 o C, and the supernatant was dispensed by 20 ul for the experiment. The eluted 20 ng of recovered protein sample was reacted with ultra plasmid DNA at 37 ° C. for 10 minutes in 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0) containing various concentrations of cations. To measure the effect of pH on enzyme activity, enzyme activity was measured in 20 mM MOPS buffer containing 1 mM CaCl 2 and 10 mM MgCl 2 at different pH. To analyze the enzymatic activity of endonucleases according to the reaction time, the enzyme reaction was carried out at regular intervals in 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0) containing 10 mM MgCl 2 for 180 minutes at 37 ° C. Observed. The reaction was followed by the addition of TE (10 mM Tris-HCl, pH 7.6, 1 mM EDTA) buffer containing DNA sample buffer (30% glycerol, 0.5% bromophenol blue, and 0.5% xylene cynol). To stop the reaction. The reaction product was confirmed by electrophoresis on a 1% agarose gel containing ethidium bromide (0.5 ug / ml).

분리된 효소가 최적 활성을 갖는 pH는 7.0으로 관찰 되었으나 비교적 넓은 범위의 pH에서 촉매활성이 나타남을 관찰할 수 있었다(도 7). 20 mM Tris-HCl (pH 7.0) 완충용액에서 엔도뉴클레아제의 효소 활성은 Mg2+의존적이고, Ca2+에 의해서는 영향을 받지 않음을 알 수 있다(도 8A). 1-10 mM범위의 Ca2+농도 구간에서는 효소활성이 발현되지 않았으나, Mg2+농도에 의존하여 효소활성에 의해 플라스미드로부터 선형 DNA가 형성됨을 볼 수 있었다. 이와 병행하여 엔도뉴클레아제의 반응시간에 따른 Mg2+-의존적인 선형 DNA 형성을 관찰하였다. 초나선 플라스미드 DNA가 선형 DNA로 전환되는 반응은 10분 동안 반응시켰을 때 나타나기 시작하여 60분까지 점차 증가하였으며 이와 같은 실험 조건에서 뉴클레아제 활성은 180분 이상 지속되었다(도 8B). 따라서, 이 효소는 초나선 플라스미드 DNA를 선형 DNA로 전환시킨 후 계속해서 분해시킴을 알 수 있으며, 이러한 결과들로부터 IM9 면역세포가 분비하는 엔도뉴클레아제의 활성은 Mg2+-의존성임을 확인하였다.The pH of the isolated enzyme with the optimum activity was observed at 7.0, but it was observed that the catalytic activity appeared in a relatively wide range of pH (Fig. 7). It can be seen that the enzymatic activity of the endonuclease in 20 mM Tris-HCl (pH 7.0) buffer is Mg 2+ dependent and not affected by Ca 2+ (FIG. 8A). In the Ca 2+ concentration range of 1-10 mM range, the enzyme activity was not expressed, but linear DNA was formed from the plasmid by the enzyme activity depending on the Mg 2+ concentration. In parallel, Mg 2+ -dependent linear DNA formation was observed according to the reaction time of the endonuclease. The reaction of the conversion of the ultra plasmid DNA into the linear DNA began to appear after 10 minutes of reaction and gradually increased to 60 minutes, and the nuclease activity lasted more than 180 minutes under these experimental conditions (FIG. 8B). Therefore, it can be seen that the enzyme converts the super plasmid DNA into linear DNA and then continues to digest it. From these results, it was confirmed that the activity of endonuclease secreted by IM9 immune cells is Mg 2+ -dependent. .

본 발명에서는 Mg2+-의존성인 엔도뉴클레아제 활성이 IM9 세포주에서 일정한 양으로 생성되고 지속적으로 세포배양액으로 분비됨을 보여 주었다. 또한 이 엔도뉴클레아제는 FBS와 사람 혈청에 존재하는 DNase I과 다르다는 것을 천연-PAGE에서 이동거리의 차이와 안티-DNase I항체를 이용한 면역침강의 결과로 확인할 수 있었다. 지금까지 apoptosis 과정중 DNA 절단에 작용하는 것으로 보고되어 있는 엔도뉴클레아제와 비교하여 볼 때 효소활성의 양이온 의존도, 천연-PAGE에서의 이동거리 그리고 활성에 요구되는 최적 pH 등 여러 생화학적 특성에서 구분되는 차이점을 보여주고 있다. 또한 U937 세포주가 분화하면서 엔도뉴클레아제가 생성되고 분비된다는 사실로부터 면역반응에서 엔도뉴클레아제가 외부의 DNA를 인식하여 적절한 크기로 분해할 수 있는 매우 중요한 생물학적 기능을 가지고 있음을 규명하였다. 즉, 세포밖으로 분비되는 엔도뉴클레아제가 외부 DNA에 대한 방어체계에 밀접한 관련성을 가지고 중요한 역할을 수행할 수 있다는 가정은 매우 흥미로운 것이다. 이러한 엔도뉴클레아제의 기능은 Stacey 등이 최근에 제시한 바와 같이 대식세포가 박테리아 DNA를 받아들인 결과 세포가 활성화된다는 연구 결과[Stacey, K. J. et al (1996)J. Immunol.157, 2116-2122]와 Higashi 등이 밝힌 실험 결과[Higashi, N. et al (1993)Cell. Immunol.150, 333-342]로서 단핵세포/대식세포에 의해 매개되는 세포독성이 뉴클레아제에 의해서 일어날 수 있다는 사실을 뒷받침하고 있다.In the present invention, Mg 2+ -dependent endonuclease activity was produced in a constant amount in the IM9 cell line and was continuously secreted into the cell culture fluid. In addition, the endonuclease was different from DNase I in FBS and human serum as a result of the difference in the distance traveled in natural-PAGE and immunoprecipitation using anti-DNase I antibody. Compared to endonucleases, which have been reported to affect DNA cleavage during the apoptosis process, they are distinguished from various biochemical properties such as cation dependence of enzymatic activity, migration distance in natural-PAGE, and optimal pH required for activity. Shows the difference. In addition, from the fact that differentiation of U937 cell line produces and secretes endonucleases, it has been found that the endonuclease has a very important biological function in the immune response to recognize and degrade the appropriate DNA. In other words, the hypothesis that endonuclease secreted out of the cell can play an important role in close association with the defense against foreign DNA is very interesting. The function of these endonucleases has been shown by Stacey et al . Recently that macrophages accept bacterial DNA, resulting in cell activation [Stacey, KJ et al (1996) J. Immunol. 157, 2116-2122] and Higashi et al . [Higashi, N. et al (1993) Cell. Immunol. 150, 333-342, which supports the fact that cytotoxicity mediated by monocytes / macrophages can be caused by nucleases.

실시예 2Example 2

뉴클레오좀간 DNA 절단을 유도하는 Mg2+-의존성 엔도뉴클레아제의 특성 확인Characterization of Mg 2+ -dependent Endonuclease Inducing DNA Cleavage Between Nucleosomes

apoptosis는 염색질 응집, membrane blebbing, 그리고 엔도뉴클레아제의 작용에 의해 여러 종류의 뉴클레오좀 크기로 염색질의 절단이 일어나는 세포사멸의 특징적인 형태로 정의된다[ Wyllie, A. H. et al (1984)J. Pathol.142, 67-77; Wyllie, A. H. (1980)Nature284, 555-556; 및 Kerr, J. F. R. et al (1972)Br. J. Cancer.26, 239-257]. 엔도뉴클레아제의 활성화는 apoptosis 과정의 중요한 부분을 차지하며[Arends, M. J., and Wyllie, A. H. (1990)Am. J. Pathol.136, 593-608], 많은 연구자들에 의해 여러 종류의 뉴클레오좀 절단에 관여하는 효소들이 제안되었다. DNA의 뉴클레오좀간 절단에 관여하는 효소로는 DNase I[Peitsch M. C. et al (1993)EMBO J.12, 371-377], DNase II[Torriglia A. et al (1995)J. Biol. Chem.270, 28579-28585; 및 Barry M. A., and Eastman A. (1993)Arch. Biochem. Biophys.300, 440-450], 그리고 NUC-18[Kawabata, H. et al (1997)Biochem. Biophys. Res. Commun.233, 133-138]이 작용할 것이라고 제안되었다. 또한, 많은 연구자들은 Ca2+/Mg2+-의존성[Stratling W. H. et al (1984)J. Biol. Chem.259, 5893-5898; Pandey S. et al (1997)Biochemistry36, 711-720; 및 Ribeiro J. M., and Carson D. A. (1993)Biochemistry32, 9129-9136] 또는 Mg2+-의존성의[Anzai N. et al (1995)Blood86, 917-923; Kawabata H. et al (1993)Biochem. Biophys. Res. Commun.191, 247-254; Sun X. M., and Cohen G. M. (1994)J. Biol. Chem.269, 14857-14860; 및 Kawabata, H. et al (1997)Biochem. Biophys. Res. Commun.233, 133-138] 엔도뉴클레아제가 여러 종류의 조직과 세포들에서 뉴클레오좀간 DNA를 절단할 수 있다고 제안하였다. 그러나, 여러 종류의 다른 엔도뉴클레아제들이 서로 다른 세포체계에 관련되어 있는지 또는 모든 종류의 세포에서 세포의 사멸이 활발하게 일어날 때 염색질 절단을 유도하는 알려지지 않은 효소가 존재하는지는 아직까지 명확한 증거가 제시되지 않고 있다. 따라서 apoptosis에 작용하는 엔도뉴클레아제를 확인하고 효소가 활성화되는 정확한 메카니즘을 규명하는 연구가 최근 들어 지대한 관심의 대상이 되고 있다.Apoptosis is defined as a characteristic form of apoptosis in which chromatin cleavage occurs at various nucleosome sizes by the action of chromatin aggregation, membrane blebbing, and endonucleases [Wyllie, AH et al (1984) J. Pathol. 142, 67-77; Wyllie, AH (1980) Nature 284, 555-556; And Kerr, JFR et al (1972) Br. J. Cancer. 26, 239-257. Activation of endonucleases is an important part of the apoptosis process [Arends, MJ, and Wyllie, AH (1990) Am. J. Pathol. 136, 593-608, many researchers have proposed enzymes involved in the cleavage of several nucleosomes. Enzymes involved in internucleosome cleavage of DNA include DNase I [Peitsch MC et al (1993) EMBO J. 12, 371-377], DNase II [Torriglia A. et al (1995) J. Biol. Chem. 270, 28579-28585; And Barry MA, and Eastman A. (1993) Arch. Biochem. Biophys. 300, 440-450, and NUC-18 [Kawabata, H. et al (1997) Biochem. Biophys. Res. Commun. 233, 133-138]. In addition, many researchers have found that Ca 2+ / Mg 2+ -dependent [Stratling WH et al (1984) J. Biol. Chem. 259, 5893-5898; Pandey S. et al (1997) Biochemistry 36, 711-720; And Ribeiro JM, and Carson DA (1993) Biochemistry 32, 9129-9136 or Mg 2+ -dependent [Anzai N. et al (1995) Blood 86, 917-923; Kawabata H. et al (1993) Biochem. Biophys. Res. Commun. 191, 247-254; Sun XM, and Cohen GM (1994) J. Biol. Chem. 269, 14857-14860; And Kawabata, H. et al (1997) Biochem. Biophys. Res. Commun. 233, 133-138] It has been suggested that endonucleases can cleave DNA between nucleosomes in various tissues and cells. However, there is still clear evidence that different types of different endonucleases are involved in different cellular systems or that there is an unknown enzyme that induces chromatin cleavage when cell death occurs actively in all types of cells. It is not presented. Therefore, researches to identify endonucleases that act on apoptosis and to identify the exact mechanism by which enzymes are activated have been of great interest in recent years.

제조실시예1에서는 DNA-천연-PAGE를 이용하여 사람의 B-림프아 IM9 세포주가 엔도뉴클레아제를 합성하고 세포배양액으로 분비함을 밝혀내었다. 그리고 이 효소가 지금까지 규명된 다른 엔도뉴클레아제들과 천연-PAGE에서의 이동거리, 최적 효소활성을 나타내는 pH, 효소활성을 위해 요구되는 2가 이온등의 특성이 서로 다르다는 것을 보여 주었다.In Preparation Example 1, it was found that human B-lympha IM9 cell line synthesized endonucleases and secreted into cell culture medium using DNA-natural-PAGE. The enzyme showed different characteristics from other endonucleases that have been identified so far, such as movement distance in natural-PAGE, pH for optimal enzymatic activity, and divalent ions required for enzymatic activity.

본 발명에서는 제조실시예1 에서 밝힌 세포배양액 및 세포 용해물에 존재하는 엔도뉴클레아제와 동일한 것으로 추정되는 효소활성이 세포의 핵에도 존재함을 밝혔으며 apoptosis 과정중 이 효소가 핵에 축적됨을 관찰할 수 있었다. 이러한 엔도뉴클레아제가 핵에 작용하여 뉴클레오좀 절단을 유도한다는 사실은 아마도 사멸에 이르도록 되어 있는 세포를 없앤다는 의미에서 방어 작용이라 말할 수 있을 것이다. IM9 세포주에 CHX를 처리하였을 때 apoptosis의 생화학적 현상의 정점으로 알려진 DNA의 올리고뉴클레오좀 절편형성을 아가로즈 겔 전기영동에서 확인할 수 있었다. IM9 세포주에서 분리한 핵을 Mg2+존재하에서 반응시켰을 때도 전형적인 DNA 절단을 볼 수 있었다. 자가분해에 의한 DNA 절단은 명확하게 Mg2+-의존성이고 Ca2+-비의존성임을 확인할 수 있었다. 또한 핵에 존재하는 엔도뉴클레아제 효소활성을 DNA-천연-PAGE 검정 시스템에서 관찰할 수 있었다. 이 효소의 활성을 위한 최적 pH 역시 6.5-7.5로 밝혀졌다. 이와 같은 결과는 제조실시예1에서 밝힌 IM9 세포주에 의해 합성되고 분비되는 엔도뉴클레아제와 핵에 존재하는 효소가 동일함을 입증하는 실험적 증거로 제시될 수 있다. 또한 IM9 세포의 핵에 존재하는 이 엔도뉴클레아제는 많은 연구자들에 의해 여러 조직과 세포들에 존재하는 것으로 알려진 Mg2+-의존성 엔도뉴클레아제[Anzai N. et al (1995)Blood86, 917-923; Kawabata H. et al (1993)Biochem. Biophys. Res. Commun.191, 247-254; Sun X. M., and Cohen G. M. (1994)J. Biol. Chem.269, 14857-14860; 및 Kawabata, H. et al (1997)Biochem. Biophys. Res. Commun.233, 133-138]와 깊은 관계가 있을 것으로 추정된다. 그러나 아직까지 apoptosis에 관여하는 엔도뉴클레아제를 보고한 연구 결과에서 Mg2+-의존성 엔도뉴클레아제를 전기영동 분석에서 단백질띠나 효소활성띠로 규명한 연구자는 없었다.In the present invention, the enzyme activity presumed to be the same as the endonuclease present in the cell culture solution and cell lysate disclosed in Preparation Example 1 was also present in the nucleus of the cell, and the accumulation of this enzyme was observed in the nucleus during the apoptosis process. Could. The fact that these endonucleases act on the nucleus and induce nucleosome cleavage is probably a protective action in the sense of eliminating cells that are supposed to be killed. CH9 treatment with IM9 cell line confirmed agarose gel electrophoresis of oligonucleosome fragmentation of DNA, known as the apex of biochemical phenomena of apoptosis. When the nuclei isolated from the IM9 cell line were reacted in the presence of Mg 2+ , typical DNA cleavage was observed. DNA cleavage by autolysis was clearly Mg 2+ -dependent and Ca 2+ -independent . Endonuclease enzymatic activity in the nucleus was also observed in the DNA-natural-PAGE assay system. The optimum pH for the activity of this enzyme was also found to be 6.5-7.5. This result can be presented as experimental evidence that the endonuclease synthesized and secreted by the IM9 cell line identified in Preparation Example 1 and the enzyme present in the nucleus are identical. This endonuclease, which is present in the nucleus of IM9 cells, is also known to be present in many tissues and cells by Mg 2+ -dependent endonucleases [Anzai N. et al (1995) Blood 86, 917-923; Kawabata H. et al (1993) Biochem. Biophys. Res. Commun. 191, 247-254; Sun XM, and Cohen GM (1994) J. Biol. Chem. 269, 14857-14860; And Kawabata, H. et al (1997) Biochem. Biophys. Res. Commun. 233, 133-138]. However, there are no researchers who have identified Mg 2+ -dependent endonucleases as protein bands or enzyme activity bands in the electrophoretic analysis of the endonucleases involved in apoptosis.

본 발명에서 관찰한 엔도뉴클레아제는 지금까지 밝혀진 DNA의 뉴클레오좀간 절단에 관여하는 효소인 Ca2+/Mg2+-의존성 엔도뉴클레아제[Stratling W. H. et al (1984)J. Biol. Chem.259, 5893-5898; Pandey S. et al (1997)Biochemistry36, 711-720; 및 Ribeiro J. M., and Carson D. A. (1993)Biochemistry32, 9129-9136], DNase I[Peitsch M. C. et al (1993)EMBO J.12, 371-377], DNase II[Torriglia A. et al (1995)J. Biol. Chem.270, 28579-28585; 및 Barry M. A., and Eastman A. (1993)Arch. Biochem. Biophys.300, 440-450], NUC-18[Kawabata, H. et al (1997)Biochem. Biophys. Res. Commun.233, 133-138]들과 칼슘 의존성, 천연-PAGE에서의 이동거리 차이, 그리고 최적활성 pH 면에서 구분될 수 있다. 본 발명에서 밝힌 Mg2+-의존성 엔도뉴클레아제의 생리적인 중요성은 명확하게 규명되지 않았으나, apoptosis 과정중 세포의 핵에서도 관찰된다는 사실로부터 apoptosis 과정에서 중요한 역할을 수행할 것으로 추정할 수 있다. 따라서 엔도뉴클레아제의 활성화 메카니즘과 명확한 기능을 효소학적 측면에서 밝힌다면 apoptosis 과정을 이해하는 데에 유용한 정보를 제공할 수 있다.The endonucleases observed in the present invention are Ca 2+ / Mg 2+ -dependent endonucleases, enzymes involved in internucleosome cleavage of DNA, which have been discovered so far [Stratling WH et al (1984) J. Biol. Chem. 259, 5893-5898; Pandey S. et al (1997) Biochemistry 36, 711-720; And Ribeiro JM, and Carson DA (1993) Biochemistry 32, 9129-9136], DNase I [Peitsch MC et al (1993) EMBO J. 12, 371-377], DNase II [Torriglia A. et al (1995) J Biol. Chem. 270, 28579-28585; And Barry MA, and Eastman A. (1993) Arch. Biochem. Biophys. 300, 440-450, NUC-18 [Kawabata, H. et al (1997) Biochem. Biophys. Res. Commun. 233, 133-138], and calcium dependence, differences in distance traveled in natural-PAGE, and optimal activity pH. Although the physiological significance of the Mg 2+ -dependent endonuclease disclosed in the present invention is not clearly identified, it can be assumed that it plays an important role in the apoptosis process from the fact that it is also observed in the nucleus of cells during the apoptosis process. Therefore, enzymatically identifying the activation mechanism and specific function of the endonuclease can provide useful information for understanding the apoptosis process.

2-1 Apoptosis 유도2-1 Induction of Apoptosis

사람 B-림프아 (IM9) 세포주를 배양한 다음에 apoptosis는 10 ug/ml의 CHX(Sigma)를 처리하고 24 시간동안 배양하여 유도하였다[Chow, S. C. et al ,(1995)Exp. Cell. Res.216, 149-159]. CHX에 의해 apoptosis가 유도된 세포의 모양 변화는 세포원심분리 슬라이드를 준비한 후 Wright-Giemsa (Sigma)로 염색하여 확인하였다.After culturing human B-lympha (IM9) cell line, apoptosis was induced by treatment with 10 ug / ml CHX (Sigma) and incubation for 24 hours [Chow, SC et al, (1995) Exp. Cell. Res. 216, 149-159. Changes in the shape of apoptosis-induced cells by CHX were confirmed by staining with Wright-Giemsa (Sigma) after preparing a cell centrifuge slide.

도 15A에서 CHX(10 ug/ml)를 IM9 세포주에 24 시간 동안 처리하였을 때 특징적인 뉴클레오좀간 DNA 절단의 형태인 DNA 조각 형성을 볼 수 있었다. CHX의 효과는 12시간 후부터 나타나기 시작하여 24 시간 후에는 많은 양의 DNA 조각이 형성되는 현상을 관찰하였다. Apoptosis에 의해 세포가 죽을 때 일어나는 세포의 형태를 관찰하기 위하여 Wright-Giemsa로 염색해 본 결과는 도 15C와 같다. CHX를 처리한 세포에서는 apoptosis가 일어나는 세포가 많이 존재하였으며, 세포가 쭈그러지고 염색질이 모이며 핵이 조각나는 특징적인 세포모양 변화가(도 15C) 정상적으로 성장하는 세포(도 15B)와 비교되었다.In FIG. 15A, when CHX (10 ug / ml) was treated with IM9 cell line for 24 hours, DNA fragmentation was observed, which is a form of characteristic internucleosome DNA cleavage. The effect of CHX began to appear after 12 hours and after 24 hours, a large amount of DNA fragments were formed. Staining with Wright-Giemsa in order to observe the morphology of the cells that occurs when the cells die by apoptosis is shown in Figure 15C. In the cells treated with CHX, many apoptosis-producing cells were present, and the characteristic cell-like changes in which the cells collapsed, chromatin collected, and nucleus fragmented (FIG. 15C) were compared with normal growing cells (FIG. 15B).

2-2 CHX를 처리한 IM9 세포주의 엔도뉴클레아제에 의한 DNA 절단 확인2-2 Confirmation of DNA Cleavage by Endonuclease of IM9 Cell Line Treated with CHX

IM9 세포주를 5 x 105개 세포/ml의 세포수로 배양하면서10 ug/ml의 CHX(Sigma)를 처리하고 24 시간 동안 배양하면서 일정한 시간 간격으로 1 x 106개의 세포를 취하여 Blin 과 Stafford의 방법[Blin, N., and Stafford, D. W. (1976)Nucleic Acids Res.3, 2303-2308]을 변형한 방법에 따라 DNA를 추출하였다. 1 x 106개의 세포를 PBS로 2회 세척하고 TE 완충용액으로 재부유시킨 후 DNA 추출 완충용액(10 mM Tris-HCl, pH 7.6, 10 mM EDTA, 100 mM NaCl, 0.2% SDS, 그리고 100 ug/ml 프로테인아제 K) 1 ml을 첨가하여 50oC에서 8 시간 동안 반응시킨 후 시료를 페놀/클로로포름으로 2회 처리하여 단백질을 제거하고 0.3 M 아세트산 나트륨(pH 5.2)를 첨가한 다음 차가운 에탄올로 침전시켰다. 이 침전물을 TE (10 mM Tris-HCl, pH7.6, 1 mM EDTA) 완충용액으로 녹인 후 RNase A를 처리하고 1.8% 아가로즈 겔에서 전기영동을 수행하였다. 전기영동한 겔을 0.5 ug/ml의 에티듐 브로마이드가 들어 있는 용액에 30분 동안 방치한 후 UV에서 사진을 찍었다.Incubated IM9 cell line with 5 x 10 5 cells / ml cell number, treated with 10 ug / ml CHX (Sigma) and incubated for 24 hours, taking 1 x 10 6 cells at regular time intervals. Method [Blin, N., and Stafford, DW (1976) Nucleic Acids Res. 3, 2303-2308] DNA was extracted according to the modified method. 1 x 10 6 cells were washed twice with PBS and resuspended in TE buffer followed by DNA extraction buffer (10 mM Tris-HCl, pH 7.6, 10 mM EDTA, 100 mM NaCl, 0.2% SDS, and 100 ug). 1 ml / ml proteinase K) was added and reacted at 50 o C for 8 hours, then the sample was treated twice with phenol / chloroform to remove protein, 0.3 M sodium acetate (pH 5.2) was added, followed by cold ethanol. Precipitated. This precipitate was dissolved in TE (10 mM Tris-HCl, pH7.6, 1 mM EDTA) buffer, treated with RNase A, and electrophoresed on a 1.8% agarose gel. The electrophoretic gel was left in a solution containing 0.5 ug / ml of ethidium bromide for 30 minutes and photographed under UV light.

CHX를 처리한 IM9 세포를 일정한 시간 간격으로 취하여 세포 용해물과 핵을 준비하고 용해시킨 다음, 핵에 존재하는 엔도뉴클레아제의 효소활성을 확인하기 위하여 DNA-천연-PAGE 뉴클레아제 활성 겔 검정을 수행하였다. 도 16A의 결과에서 IM9 세포주를 24시간 동안 배양할 때 세포 용해물에 엔도뉴클레아제 효소활성이 일정하게 나타남을 볼 수 있다. 그러나 CHX를 처리한 세포의 세포 용해물에서는 6-12 시간 동안 효소 활성이 감소함을 볼 수 있고(도 16B), 반면에 그 핵에서는 효소활성이 축적되는(도 16C) 현상을 관찰하였다.CH9 treated IM9 cells were taken at regular time intervals to prepare and lyse cell lysates and nuclei, followed by DNA-natural-PAGE nuclease activity gel assay to confirm enzymatic activity of endonucleases in the nucleus. Was performed. In the results of FIG. 16A, it can be seen that the endonuclease enzyme activity is uniformly expressed in the cell lysate when the IM9 cell line is incubated for 24 hours. However, the cell lysate of CHX-treated cells showed a decrease in enzyme activity for 6-12 hours (FIG. 16B), whereas the accumulation of enzyme activity in the nucleus (FIG. 16C) was observed.

2-3 세포핵의 분리 및 자가분해2-3 Isolation and Autolysis of Cell Nuclei

세포의 핵을 분리하기 위해 1 x 107개의 세포를 차가운 PBS로 3회 세척한 다음 50 mM Tris-HCl (pH 8.0), 5 mM MgCl2그리고 0.9 M 수크로즈를 포함하는 차가운 완충용액 0.5 ml로 4oC에서 20분 동안 용해시켰다. 준비된 세포 용해물을 1.2 M 수크로즈 용액 0.5 ml 위에 올려놓고 800 xg에서 40분 동안 원심분리하였다. 침전물에 존재하는 핵을 20 mM Tris-HCl (pH 7.0) 완충용액으로 현탁하여 얻었다.To isolate the nuclei of the cells, 1 x 10 7 cells were washed three times with cold PBS and then with 0.5 ml of cold buffer containing 50 mM Tris-HCl (pH 8.0), 5 mM MgCl 2 and 0.9 M sucrose. Dissolve for 20 min at 4 o C. The prepared cell lysate was placed on 0.5 ml of 1.2 M sucrose solution and centrifuged at 800 x g for 40 minutes. The nucleus present in the precipitate was obtained by suspending with 20 mM Tris-HCl (pH 7.0) buffer.

분리한 핵의 자가분해는 Mg2+와 Ca2+의 농도를 변화시키면서 37oC에서 일정한 시간 간격으로 반응시켜 수행하였다. 반응은 10 mM Tris-HCl(pH 7.5), 100 mM NaCl, 1 mM EDTA, 1% SDS 그리고 프로테이나제 K를 포함하는 DNA 추출 완충용액 0.5 ml을 넣어 종결시켰다. 이 혼합물을 50oC에서 3 시간 동안 반응시킨 후 시료를 페놀/클로로포름으로 2회 처리하여 단백질을 제거하고 0.3 M 아세트산 나트륨(pH 5.2)를 첨가한 다음 차가운 에탄올로 침전시켰다. 이 침전물을 TE 완충용액으로 녹인 후 RNase A를 처리하고 1.8% 아가로즈 겔에서 전기영동을 수행하였다. 전기영동한 겔을 0.5 ug/ml의 에티듐 브로마이드가 들어 있는 용액에 30분 동안 방치한 후 UV에서 사진을 찍었다.The autolysis of the isolated nuclei was carried out by reacting at constant time intervals at 37 o C with varying concentrations of Mg 2+ and Ca 2+ . The reaction was terminated by adding 0.5 ml of DNA extraction buffer containing 10 mM Tris-HCl (pH 7.5), 100 mM NaCl, 1 mM EDTA, 1% SDS and proteinase K. After the mixture was reacted at 50 ° C. for 3 hours, the sample was treated twice with phenol / chloroform to remove the protein, 0.3 M sodium acetate (pH 5.2) was added, and then precipitated with cold ethanol. The precipitate was dissolved in TE buffer, treated with RNase A, and electrophoresed on a 1.8% agarose gel. The electrophoretic gel was left in a solution containing 0.5 ug / ml of ethidium bromide for 30 minutes and photographed under UV light.

분리한 세포의 핵을 자가분해시키는 방법을 이용하여 IM9 세포주의 핵에 존재하는 엔도뉴클레아제 효소활성을 측정한 결과 Mg2+농도(1 mM, 10 mM)에 의존적으로 DNA의 조각들이 생성되는 현상을 관찰하였다. 그러나 동일한 실험 조건에서 Mg2+을 Ca2+로 대체하였을 경우에는 이와 같은 DNA 절단이 관찰되지 않았으며 Ca2+과 Mg2+이 같이 존재하는 조건에서는 Mg2+만 존재할 때와 같은 유형으로 DNA 조각 형성이 나타났다(도 14A). 즉, Mg2+의 농도에 의존하는 엔도뉴클레아제 효소활성에 의하여 DNA가 분해되는 결과로 해석할 수 있다. 1 mM Zn2+와 5 mM EDTA 존재하에서는 핵에서 DNA 조각 형성이 일어나지 않았으며(도 14B) Mg2+(10 mM) 와 Ca2+(10 mM)의 고정된 농도 조건에서 0-4시간 동안 DNA 조각 형성을 관찰한 결과, Mg2+단독으로 존재할 때는 반응 30분 후부터 DNA조각 형성이 시작되었으며 60-240분 동안에는 절단된 DNA 조각이 축적됨을 관찰하였다(도 14C). 그러나 Ca2+존재시는 4시간 동안에 DNA 조각 형성이 관찰되지 않았다(도 14D). 이상과 같은 실험 결과를 통하여 IM9 세포핵에 존재하는 엔도뉴클레아제 활성에는 DNA 조각 형성을 위해 Mg2+이 절대적으로 요구됨을 확인하였다.As a result of measuring the endonuclease enzyme activity in the nucleus of the IM9 cell line using a method of autolyzing the nuclei of isolated cells, fragments of DNA were generated depending on the concentration of Mg 2+ (1 mM, 10 mM). The phenomenon was observed. However, when Mg 2+ was replaced with Ca 2+ under the same experimental conditions, such DNA cleavage was not observed. Under conditions where Ca 2+ and Mg 2+ are present, the same type of DNA as Mg 2+ is present. Fragment formation appeared (FIG. 14A). In other words, it can be interpreted as a result of DNA degradation due to endonuclease enzyme activity depending on the concentration of Mg 2+ . DNA fragmentation did not occur in the nucleus in the presence of 1 mM Zn 2+ and 5 mM EDTA (Fig. 14B) for 0-4 hours at fixed concentrations of Mg 2+ (10 mM) and Ca 2+ (10 mM). As a result of observing DNA fragmentation, DNA fragmentation began 30 minutes after the reaction when Mg 2+ alone was present, and the digested DNA fragments accumulated for 60-240 minutes (FIG. 14C). However, DNA fragmentation was not observed for 4 hours in the presence of Ca 2+ (FIG. 14D). Through the above experimental results, it was confirmed that Mg 2+ is absolutely required for DNA fragment formation for endonuclease activity in IM9 cell nucleus.

2-4 세포의 핵에 존재하는 엔도뉴클레아제의 부분 정제 및 특성 연구Partial Purification and Characterization of Endonucleases in 2-4 Cell Nuclei

세포의 핵에 존재하는 엔도뉴클레아제의 부분 정제는 핵을 용해시킨 후 제조실시예 1-4의 방법으로 활성이 있는 부위의 단백질띠에서 용출하여 수행하였다. 초나선 플라스미드 DNA를 기질로 이용하여 효소 활성을 측정하면서 제조실시예 1-4의 방법으로 2가 이온 의존성을 관찰하였다. 또한, apoptosis의 저해물질로 알려진 ZnCl2와 킬레이트화제인 EDTA를 처리하였을 때 효소활성의 변화도 관찰하였다.Partial purification of the endonuclease present in the nucleus of the cell was performed by dissolving the nucleus and eluting from the protein band of the active site by the method of Preparation Examples 1-4. The bivalent ion dependence was observed by the method of Preparation Example 1-4 while measuring the enzyme activity using the ultra plasmid DNA as a substrate. In addition, changes in enzyme activity were observed when ZnCl 2 , an inhibitor of apoptosis, and EDTA, a chelating agent, were treated.

DNA-천연-PAGE에서 확인한 IM9 세포의 핵에 존재하는 엔도뉴클레아제 효소 활성의 특성을 규명하기 위하여 효소를 천연-PAGE로 분리하여 용출하였다. 엔도뉴클레아제의 양이온-의존성을 관찰한 결과 세포배양액에 존재하는 효소와 같이 Mg2+-의존성임을 확인하였다(도 17). Apoptosis 저해물질인 Zn2+와 킬레이트화제인 EDTA에 의해서는 엔도뉴클레아제 효소활성이 완전히 저해됨을 볼 수 있다. 이러한 결과들로부터 초나선 플라스미드 DNA가 선형 DNA로 전환되는데 Mg2+가 요구됨을 알 수 있으며 이는 도 8에서 밝힌 결과와 일치하는 것으로 해석할 수 있다.To characterize the endonuclease enzyme activity present in the nucleus of IM9 cells identified in DNA-natural-PAGE, the enzyme was isolated and eluted by native-PAGE. As a result of observing the cation-dependency of the endonuclease, it was confirmed that Mg 2+ -dependent like the enzyme present in the cell culture solution (FIG. 17). Endonuclease enzyme activity was completely inhibited by Zn 2+ , an apoptosis inhibitor, and EDTA, a chelating agent. From these results, it can be seen that Mg 2+ is required for the conversion of the ultra plasmid DNA into the linear DNA, which can be interpreted to be consistent with the results shown in FIG. 8.

실시예 3Example 3

면역세포에서 외부 DNA에 대한 엔도뉴클레아제 작용 및 반응산물의 특성 규명Characterization of endonuclease action and reaction products on immune DNA in immune cells

지금까지 외부물질로 인식되는 박테리아 DNA는 포유동물의 DNA에는 존재하지 않는 여러 가지 구조 결정인자가 존재한다고 밝혀져있으며, 이 인자가 면역세포를 활성화시킨다고 알려졌다[Gilkeson, G. S. et al (1995)J. Clin. Invest.95, 1398-1402; Gilkeson, G. S. et al (1991)Clin. Immunol. Immunopathol.59, 288-300; Messina, J. P. et al (1993)Cell. Immunol.147, 148-157; Krieg, A. M. et al (1995)Nature374, 546-549; 및 Halpern, M. D. et al (1996)Cell. Immunol.167, 72-78]. 포유동물과 박테리아 DNA의 특징적인 차이점중 하나는 포유동물은 상당한 CpG 억제와 CpG 디뉴클레오타이드의 사이토신(cytosine)에 선택적으로 메틸화되어 있다는 사실이다[Bird, A. P. (1995)Trends Genet.11, 94-100; Razin, A., and Friedman, J. (1981)Prog. Nucleic Acid Res. Mol. Biol.25, 33-52; 및 Han, J. et al (1994)Antisense Res. Dev.4, 53-65]. 최근에 연구자들은 박테리아 DNA에 존재하는 CpG motif가 폴리클로날 B 세포를 빠르게 활성화시켜 IgM 분비를 촉진하며[Krieg, A. M. et al (1995)Nature374, 546-549; Liang, H. et al (1996)J. Clin. Invest.98, 1119-1129; 및 Yi, A.-K. et al (1996)J. Immunol.156, 558-564], 안티-IgM 항체에 의해 세포주기가 멈추게 되고, 박테리아의 CpG motif는 apoptosis가 일어나는 B 세포의 c-myc발현을 저해하며myn,blc 2 , 그리고bcl-X L mRNA 발현을 증가시켜 apoptosis로부터 세포를 보호해준다고 제안하였다[Y, A.-K. et al (1996)J. Immunol.157, 4918-4925]. 또 다른 연구에서는 CpG motif가 직접 B 세포를 활성화시켜 짧은 시간 안에 IL-6 와 IL-12 분비를 촉진시킨다고 보고하였다[Halpern, M. D. et al (1996)Cell. Immunol.167, 72-78; Yi, A.-K. et al (1996)J. Immunol.157, 5394-5402; 및 Klinman, D. M. et al (1996)Proc. Natl. Acad. Sci. USA93, 2879-2883]. 또한 CpG motif는 NK 세포에 작용하여 약하게 CD4+세포에서 IFN-γ를 유도하는 것으로 밝혀졌다[Bird, A. P. (1995)Trends Genet.11, 94-100; 및 Yamamoto, S. et al (1992)Microbiol. Immunol.36, 983-997]. 따라서 CpG DNA에 의한 면역세포의 활성화는 IL-6의 유도에 의해 체액성 면역을 증가시키고 IFN-γ의 분비로 세포성 면역이 증가된다. 또한 박테리아 DNA를 대식세포가 소화하면서 활성화되어 TNF-α, IL-1β, 그리고 플라스미노겐 활성화제 억제제-2 mRNA 생성을 유발 시킨다고 알려졌다[Stacey, K. J. et al (1996)J. Immunol.157, 2116-2122].To date, bacterial DNA, which is recognized as an external substance, has been shown to have a number of structural determinants that do not exist in mammalian DNA, and this factor is known to activate immune cells [Gilkeson, GS et al (1995) J. Clin . Invest. 95, 1398-1402; Gilkeson, GS et al (1991) Clin. Immunol. Immunopathol. 59, 288-300; Messina, JP et al (1993) Cell. Immunol. 147, 148-157; Krieg, AM et al (1995) Nature 374, 546-549; And Halpern, MD et al (1996) Cell. Immunol. 167, 72-78. One of the characteristic differences between mammalian and bacterial DNA is the fact that mammals are significantly methylated in the cytosine of CpG dinucleotides with significant CpG inhibition [Bird, AP (1995) Trends Genet. 11, 94-100; Razin, A., and Friedman, J. (1981) Prog. Nucleic Acid Res. Mol. Biol. 25, 33-52; And Han, J. et al (1994) Antisense Res. Dev. 4, 53-65. Recently, researchers have found that CpG motifs present in bacterial DNA rapidly activate polyclonal B cells to promote IgM secretion [Krieg, AM et al (1995) Nature 374, 546-549; Liang, H. et al (1996) J. Clin. Invest. 98, 1119-1129; And Yi, A.-K. et al (1996) J. Immunol. 156, 558-564], the cell cycle is stopped by anti-IgM antibodies, and the bacterial CpG motif inhibits c- myc expression in B cells where apoptosis occurs and inhibits the expression of myn , blc 2 , and bcl-X L mRNAs. It has been suggested to protect cells from apoptosis by increasing [Y, A.-K. et al (1996) J. Immunol. 157, 4918-4925. Another study reported that CpG motif directly activates B cells to promote IL-6 and IL-12 secretion in a short time [Halpern, MD et al (1996) Cell. Immunol. 167, 72-78; Yi, A.-K. et al (1996) J. Immunol. 157, 5394-5402; And Klinman, DM et al (1996) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 2879-2883. CpG motifs have also been shown to act on NK cells and induce IFN-γ in weakly CD4 + cells [Bird, AP (1995) Trends Genet. 11, 94-100; And Yamamoto, S. et al (1992) Microbiol. Immunol. 36, 983-997]. Therefore, activation of immune cells by CpG DNA increases humoral immunity by induction of IL-6 and cellular immunity is increased by secretion of IFN-γ. It is also known that bacterial DNA is activated as macrophages digest, causing TNF-α, IL-1β, and plasminogen activator inhibitor-2 mRNA production [Stacey, KJ et al (1996) J. Immunol. 157, 2116-2122.

본 발명에서는 면역세포에서 박테리아 DNA를 인식하여 분해시키는 역할을 수행하는 엔도뉴클레아제의 효소활성 특성 및 효소반응 최종산물의 특성을 규명하였다. 또한 세포배양액에서 적절하게 프로세싱된 DNA 조각이 세포에 유입되어 세포내에서 엔도뉴클레아제의 작용에 의해 프로세싱됨을 확인하였다. 면역세포내로 유입된 외부의 DNA는 세포내에서 엔도뉴클레아제의 작용에 의해 최종적으로 약 10개 염기의 일본쇄 조각으로 분해됨을 확인하였고, 엔도뉴클레아제에 의해서 세포내에서 분해된 DNA 조각에는 5'-말단에 두개의 퓨린 염기 그리고 3'-말단에 두 개의 피리미딘 염기로 구성된 CpG motif가 존재함을 규명하였다. 또한 CpG motif가 존재하는 올리고뉴클레오타이드나 PCR로 증폭된 DNA의 자극에 의해 B 세포인 IM9 세포주가 IgM을 분비함을 관찰할 수 있었다. 그러나 CpG motif가 메틸화된 DNA나 진핵세포의 DNA에 의해서는 IgM의 분비가 촉진 되지 않음을 아울러 확인하였다. 이러한 결과들은 CpG motif가 B 세포와 대식세포 등에 작용하여 IgM과 사이토카인의 분비를 촉진시킨다는 기존의 연구 결과와도 일치하였다. 그러나 박테리아 DNA를 분해하여 CpG motif를 생성하는 과정과 이에 수반되는 효소에 대하여는 본 발명에서 최초로 규명하였다.In the present invention, the enzymatic activity and end product of the endonuclease which performs the role of recognizing and digesting bacterial DNA in immune cells were identified. In addition, it was confirmed that the appropriately processed DNA fragments in the cell culture were introduced into the cells and processed by the action of endonucleases in the cells. External DNA introduced into immune cells was finally broken down into fragments of about 10 bases of Japanese chains by the action of endonucleases in the cells. The CpG motif consisted of two purine bases at the 5'-end and two pyrimidine bases at the 3'-end. In addition, it was observed that IM9 cell line, B cell, secretes IgM by stimulation of oligonucleotide or PCR amplified DNA with CpG motif. However, it was also confirmed that secretion of IgM was not promoted by DNAs in which the CpG motif was methylated or DNA in eukaryotic cells. These results are consistent with previous findings that CpG motifs act on B cells and macrophages to promote secretion of IgM and cytokines. However, the process of decomposing bacterial DNA to generate CpG motifs and accompanying enzymes was first identified in the present invention.

3-1 엔도뉴클레아제에 의한 박테리아 DNA 프로세싱Bacterial DNA Processing by 3-1 Endonuclease

엔도뉴클레아제의 효소활성 특이성과 최종 반응산물의 특성을 연구하기 위한 효소원으로 IM9 세포주의 배양액을 이용하였다. IM9 세포주를 10% FBS를 함유하는 RPMI1640 배지에서 37oC, 5% CO2인큐베이터에서 48시간 배양하여 효소원으로 사용하였다. 또한 DNase I이 없는 IM9 세포주에서 분비된 엔도뉴클레아제만 존재하는 효소원은 FBS가 없는 배지에서 세포를 36 시간 배양하여 세포배양액을 이용하였다.The culture medium of the IM9 cell line was used as an enzyme source to study the specific activity of the endonuclease and the characteristics of the final reaction product. The IM9 cell line was incubated for 48 hours in 37 ° C., 5% CO 2 incubator in RPMI1640 medium containing 10% FBS and used as enzyme source. In addition, the enzyme source containing only the endonuclease secreted from the IM9 cell line without DNase I was cultured for 36 hours in a medium without FBS, and the cell culture solution was used.

효소의 기질로 사용한 플라스미드(pGEM-T 벡터, 3.0 kb)는 대장균에서 알카리 용해방법[Birboim, H. C., and Doly, J. (1979)Nucleic Acids Res.7, 1513-1523]으로 파쇄, 페놀/클로로포름으로 2회 추출한 후, 에탄올 침전반응을 수행하여 획득하였다. 대장균의 게놈성 DNA 와 IM9 세포의 DNA는 Blin 과 Stafford의 방법[Blin, N., and Stafford, D. W. (1976)Nucleic Acids Res.3, 2303-2308]을 변형한 방법에 따라 추출하였다. 세포를 PBS로 2회 세척한 후 TE 완충용액으로 재부유시킨 후 DNA 추출 완충용액(10 mM Tris-HCl, pH 7.6, 10 mM EDTA, 50 mM NaCl, 0.2% SDS, 20 ug/ml RNase A)을 첨가하여 37oC에서 10분간 처리한 뒤 프로테이나제 K를 100 ug/ml 되게 첨가하여 50oC에서 8시간 반응시켰다. 이 반응액을 페놀/클로로포름으로 3회 추출하여 단백질을 제거한 후 에탄올 침전반응을 통하여 게놈성 DNA를 얻었다. 연어 정자 DNA도 상기와 같은 방법으로 추출하여 사용하였다. DNA에 존재하는 LPS의 양은 Limulus amebocyte 용해물 검정[Sullivan, J. D. et al (1976) InMechanisms in Bacterial Toxicology,A. W. Bernheimer, ed. Wiley, New York, p. 217] 방법에 의해 결정하여 2.5 ng/ml 이하임을 확인하였다..Plasmids (pGEM-T vector, 3.0 kb) used as substrates of enzymes were analyzed for alkaline lysis in Escherichia coli [Birboim, HC, and Doly, J. (1979) Nucleic Acids Res. 7, 1513-1523], and extracted twice with phenol / chloroform, followed by ethanol precipitation. The genomic DNA of E. coli and the DNA of IM9 cells are described by Blin and Stafford [Blin, N., and Stafford, DW (1976) Nucleic Acids Res. 3, 2303-2308] was extracted according to the modified method. The cells were washed twice with PBS and then resuspended in TE buffer followed by DNA extraction buffer (10 mM Tris-HCl, pH 7.6, 10 mM EDTA, 50 mM NaCl, 0.2% SDS, 20 ug / ml RNase A). After 10 minutes of treatment at 37 o C was added to the proteinase K 100 ug / ml and reacted at 50 o C for 8 hours. The reaction solution was extracted three times with phenol / chloroform to remove proteins and genomic DNA was obtained by ethanol precipitation. Salmon sperm DNA was also extracted and used in the same manner as above. The amount of LPS present in DNA was determined by Limulus amebocyte lysate assay [Sullivan, JD et al (1976) In Mechanisms in Bacterial Toxicology, AW Bernheimer, ed. Wiley, New York, p. It was determined by the method to determine that the content was 2.5 ng / ml or less.

10% FBS를 함유한 배지와 FBS가 없는 배지에서 배양한 IM9 세포배양액에서의 효소활성을 비교하기 위하여 100 ng의 플라스미드 DNA에 배양액을 20 ul를 혼합한 후 37oC에서 일정한 시간 간격으로 반응시켰다. 이후의 세포배양액을 이용한 엔도뉴클레아제 활성 측정은 FBS에 존재하는 DNase I의 효과를 배제하기 위하여 FBS가 없는 배지에서 배양한 세포 배양액을 이용하였다. 또한 DNA 종류에 대해 엔도뉴클레아제의 반응성이 차이 나는지를 관찰하기 위하여 대장균, IM9 세포주, 그리고 연어 정자 게놈성 DNA 100 ng에 대하여 위와 같은 조건에서 반응시켜 효소활성을 1% 아가로즈 겔 전기영동상에서 확인하였다.To compare enzymatic activity in IM9 cell culture medium cultured in medium containing 10% FBS and in medium without FBS, 20 ul of the culture medium was mixed with 100 ng of plasmid DNA and reacted at 37 ° C. at regular time intervals. . Subsequent determination of endonuclease activity using the cell culture solution was performed using cell culture cultured in a medium without FBS in order to exclude the effect of DNase I present in the FBS. In order to observe the difference in the reactivity of the endonuclease against DNA types, 100 ng of E. coli, IM9 cell line, and salmon sperm genomic DNA were reacted under the above conditions, and the enzyme activity was observed on 1% agarose gel electrophoresis. Confirmed.

일차로 10% FBS를 함유한 RPMI1640배지 및 IM9 세포배양액을 직접 취하여 각각 박테리아의 DNA를 분해시키는 정도를 생체외(in vitro) 반응으로 관찰하였다. 도 18A의 결과에서는 10% FBS를 함유하는 RPMI1640배지에서 플라스미드 DNA의 분해 정도를 나타내고 있다. 이 결과는 도 1D에서 나타난 결과와 다르게 배지에 DNase I이 존재하는 데도 효소활성이 크게 나타나지 않음을 보여주었다. 이는 배지의 조성이 DNase I활성에 영향을 줄 수 있는 이온이나 저해물질을 포함하는 것으로 생각할 수 있다. 반면에 세포배양 후 FBS가 없는 배양액과 10% FBS 함유 배양액에서는 플라스미드 DNA가 반응시간에 따라 분해됨을 볼 수 있었다(도 18B 및 18C). 즉, IM9 세포주에 의하여 분비된 엔도뉴클레아제에 의하여 플라스미드 DNA가 분해됨을 알 수 있는데, 도 18B 와 18C를 비교해보면 10% FBS를 함유한 배지에서의 세포 배양액에서 효소활성이 더 높게 나타남을 지적할 수 있다. 이는 세포수를 2 x 105/ml로 동일하게 세포배양을 시작했어도 FBS를 함유한 조건에서 세포의 성장이 활발하게 일어나고 엔도뉴클레아제도 많이 분비됨을 알 수 있다. 또한 세포배양액에 존재하는 엔도뉴클레아제의 작용이 서로 다른 종의 DNA에 어떻게 작용하는지를 시험한 결과는 도 19에서 볼 수 있듯이 대장균 DNA, 진핵세포인 IM9 세포주 DNA, 그리고 연어 정자 DNA 모두를 엔도뉴클레아제가 분해하는 것으로 나타났다.First, RPMI1640 medium and IM9 cell culture medium containing 10% FBS were directly taken and the extent of degradation of bacteria DNA was observed in vitro. The results of FIG. 18A show the degree of degradation of plasmid DNA in RPMI 1640 medium containing 10% FBS. This result showed that, unlike the results shown in FIG. 1D, the enzyme activity was not significantly increased even though DNase I was present in the medium. It can be considered that the composition of the medium contains ions or inhibitors that may affect DNase I activity. On the other hand, in the culture medium without FBS and the culture medium containing 10% FBS after cell culture, the plasmid DNA could be seen to be degraded according to the reaction time (FIGS. 18B and 18C). In other words, it can be seen that the plasmid DNA is degraded by endonucleases secreted by the IM9 cell line. Comparing FIGS. 18B and 18C, the enzyme activity is higher in the cell culture medium containing 10% FBS. can do. This indicates that even if the cell number was started to be the same as 2 x 10 5 / ml, the growth of cells occurs actively and the endonuclease is secreted much under the conditions containing FBS. In addition, as a result of testing how the endonuclease action in the cell culture fluid acts on DNA of different species, as shown in FIG. 19, E. coli DNA, eukaryotic IM9 cell line DNA, and salmon sperm DNA were all ended. Clease has been shown to degrade.

3-2 박테리아 DNA의 세포내 유입 및 DNA 염기서열 분석3-2 Intracellular Inflow and DNA Sequence Analysis of Bacterial DNA

열처리한 10% FBS를 함유한 RPMI1640 배지와 IM9 세포주를 48시간 배양한 세포배양액을 1:1로 혼합한 배지에서 IM9 세포주를 배양하였다. 박테리아 DNA (25 ug/ml)를 준비한 배양액에 넣어주고 IM9 세포주를 1 x 106/ml 의 세포수로 배양하면서 일정한 시간 간격으로 세포를 취하여 세포에 유입된 DNA를 추출하였다.IM9 cell lines were cultured in a 1: 1 mixture of RPMI1640 medium containing heat-treated 10% FBS and a cell culture medium incubated for 48 hours with an IM9 cell line. Bacterial DNA (25 ug / ml) was added to the prepared culture medium and the IM9 cell line was cultured in a cell number of 1 x 10 6 / ml to take the cells at regular intervals to extract the DNA introduced into the cells.

박테리아 DNA를 IM9 세포주에 처리한 후 일정한 시간 간격으로 세포를 취하여 PBS로 3회 세척하였다. 이 세포를 차가운 용해 완충용액(10 mM Tris-HCl, pH 7.5, 1 mM EDTA, 150 mM NaCl, 1 mM PMSF, 그리고 0.5% NP-40)에 재부유시킨 후 제조실시예 1-2의 방법에 따라서 세포 용해물을 얻었다. 세포 용해물에 DNA 추출 완충용액을 동등한 부피로 첨가하여 42oC에서 3시간 동안 방치한 후 페놀/클로로포름을 2회 처리하여 단백질을 제거시키고 에탄올로 침전시켜 세포 용해물에 존재하는 DNA를 추출하였다. 침전물을 TE 완충용액으로 녹인 후 RNase A를 처리하여 써던 블롯팅(southern blotting)의 시료로 이용하였다.After bacterial DNA was treated with the IM9 cell line, cells were taken at regular time intervals and washed three times with PBS. The cells were resuspended in cold lysis buffer (10 mM Tris-HCl, pH 7.5, 1 mM EDTA, 150 mM NaCl, 1 mM PMSF, and 0.5% NP-40), followed by the method of Preparation Example 1-2. Thus cell lysate was obtained. DNA extraction buffer was added to the cell lysate in an equal volume and left at 42 o C for 3 hours, followed by two treatments with phenol / chloroform to remove proteins and precipitated with ethanol to extract the DNA present in the cell lysate. . The precipitate was dissolved in TE buffer and treated with RNase A to use as a sample for southern blotting.

세포 용해물에서 추출한 DNA를 1.8% 아가로즈 겔에서 전기영동한 후 써던 이동을 실시하였다. 전기영동한 아가로즈 겔을 알칼리 용액(1.5 M NaCl, 0.5 M NaOH)200 ml정도에 20분 동안 흔들어 주고 증류수로 씻은 후, 중성화 용액(1.5 M NaCl, 0.5 M Tris-HCl, pH7.5)200 ml 정도에 20분 동안 방치한 후 다른 중성화 용액에 담그어 흔들어 주었다. 20X SSC 용액 (175.3 g의 NaCl, 88.2 g의 나트륨 시트레이트 그리고 0.5 M EDTA를 2 ml 넣고 증류수를 첨가하여 1 ℓ 되게한 후 121oC에서 멸균하여 사용)이 담긴 용기에 또 다른 네모진 용기를 거꾸로 뒤집어 놓아 용액의 수면 위로 바닥이 올라와 있게 하였다. 그 바닥 위에 20X SSC로 포화된 폭이 2 mm 정도 큰 Whatman No.3 페이퍼를 공기방울이 없게 올려놓아 양쪽의 20X SSC를 연결시켰다. 페이퍼위에 아가로즈 겔을 뒤집어 올려놓고, Hybond+나일론 막을 공기방울이 생기지 않게 올려놓았다. Hybond+나일론 막위에 4변 모두가 아가로즈 겔보다 2 mm작은 Whatman No.3 페이퍼 3장을 공기방울이 생기지 않게 올려놓은 후, 종이타올을 그 위에 10-20 cm 높이로 쌓고 약 500g 정도의 무게를 위에 올려 놓았다. 파라필름을 겔 주변의 바닥을 두르고 모세관 이동을 8시간 동안 수행하였다. DNA가 이동된 막은 UV를 120,000 uJ/cm의 에너지로 2분 동안 쬐어 주어서 UV-가교시켰다.DNA extracted from the cell lysate was electrophoresed on 1.8% agarose gel, followed by Southern migration. Shake the electrophoretic agarose gel in about 200 ml of alkaline solution (1.5 M NaCl, 0.5 M NaOH) for 20 minutes, wash with distilled water, and then neutralize the solution (1.5 M NaCl, 0.5 M Tris-HCl, pH7.5) After standing for about 20 minutes in ml and shaken by dipping in another neutralization solution. Place another square container in a container containing 20X SSC solution (175.3 g NaCl, 88.2 g sodium citrate and 2 ml of 0.5 M EDTA, add 1 liter of distilled water and sterilize at 121 o C). Turn upside down so that the bottom is above the surface of the solution. On the bottom, Whatman No. 3 paper, 2 mm wide, saturated with 20X SSC, was placed without air bubbles to connect both 20X SSCs. The agarose gel was placed upside down on the paper and the Hybond + nylon membrane was placed without bubbles. On the Hybond + nylon membrane, all four sides of the Whatman No. 3 paper, which is 2 mm smaller than the agarose gel, were placed without air bubbles.Then, the paper towels were stacked 10-20 cm high and weighed about 500g. Put on top. Parafilm was run around the gel and capillary transfer was performed for 8 hours. The DNA-transferred membrane was UV-crosslinked by UV exposure at 120,000 uJ / cm for 2 minutes.

박테리아 DNA를 엔도뉴클레아제로 37oC에서 30분간 반응하여 생성된 100-200 bp의 반응 생성물을 1% 아가로즈 겔 전기영동 후에 진 클린 키트(Gene Clean Kit, Promega, Inc.)로 gel에서 DNA를 회수하여 DNA 탐침으로 이용하였다. 이 DNA 50-100 ng을 100oC 물에서 3분 동안 끓이고 급속히 얼음에 식혀 DNA 가닥을 분리시킨 후32P로 표지하였다. DNA 표지 반응은 랜덤 프라이머 10 ng, 4 ul의 완충용액(50 mM Tris-HCl, pH8.0, 5 mM MgCl2, 2 mM DTT, 0.5 mM HEPES, pH 6.6), 25 uM dATP, 25 uM dGTP, 25 uM dTTP, 60 uCi [α-32P] dCTP, 그리고 클레노우 효소 5 unit를 넣은 혼합액 20 ul를 37oC에서 2 시간동안 반응시키는 랜덤 프라이밍 방법을 이용하였다. 여기에 0.5 M EDTA 2 ul를 넣어 반응을 정지시킨 다음 같은 부피의 3 M 아세트산 나트륨 (pH 5.2), 보조첨가제로 20 ug의 연어 정자 DNA를 넣고 2배 부피의 에탄올을 첨가하여 침전시켰다. 이 침전물을 TE 완충용액으로 녹인 후 100oC에서 끓이고 얼음속에서 급속히 냉각시켰다.The reaction product of 100-200 bp generated by reacting bacterial DNA with an endonuclease at 37 ° C. for 30 minutes was subjected to 1% agarose gel electrophoresis, followed by DNA clean gel (Gene Clean Kit, Promega, Inc.). Was recovered and used as a DNA probe. 50-100 ng of this DNA was boiled in 100 ° C. water for 3 minutes and rapidly cooled to separate DNA strands and labeled with 32 P. DNA labeling reaction was performed with 10 ng of random primer, 4 ul of buffer (50 mM Tris-HCl, pH8.0, 5 mM MgCl 2 , 2 mM DTT, 0.5 mM HEPES, pH 6.6), 25 uM dATP, 25 uM dGTP, A random priming method was used in which 20 ul of the mixed solution containing 25 uM dTTP, 60 uCi [α- 32 P] dCTP, and 5 units of Klenow enzyme were reacted at 37 ° C. for 2 hours. 2 ul of 0.5 M EDTA was added thereto to stop the reaction. Then, the same volume of 3 M sodium acetate (pH 5.2) and 20 ug of salmon sperm DNA were added as co-additives. The precipitate was dissolved in TE buffer, boiled at 100 ° C. and rapidly cooled in ice.

UV-가교시킨 Hybond+나일론 막을 68oC로 미리 중탕시킨 예비하이브리드화 용액(6X SSC, 5X Denhardt's 용액, 0.05% 피로인산나트륨, 0.5% SDS, 그리고 100 ug/ml의 연어 정자 DNA)에 넣고 68oC에서 최소한 1시간 이상 흔들어 주었다. 그 후 얼음에서 식힌 랜덤 프라이밍 방법에 의해 준비된 표지된 탐침을 넣고 12시간 정도 하이브리드화시켰다. 이 필터를 세척용액 I (2X SSC, 0.1% SDS)에 옮긴 다음 상온에서 10분 정도 씻어주었다. 68oC에서 미리 중탕시킨 세척용액 I로 필터를 옮겨 25분 정도 흔들면서 씻어주고, 역시 68oC에서 미리 중탕시킨 세척용액 II(0.2X SSC, 0.1% SDS)로 옮겨 Geiger 계수기로 측정하여 방사능이 감지되는 정도를 측정하면서 씻어 주었다. 이 필터를 X-선 필름과 함께 intensifying screen이 포함되어 있는 카세트에 넣고 -70oC에서 12-24 시간 방치한 다음 현상하였다.The UV-crosslinked Hybond + Nylon membrane was placed in a prehybridized solution (6X SSC, 5X Denhardt's solution, 0.05% sodium pyrophosphate, 0.5% SDS, and 100 ug / ml salmon sperm DNA) pre-bathed at 68 ° C. o Shake at least one hour at C. Thereafter, labeled probes prepared by a random priming method cooled on ice were added and hybridized for about 12 hours. The filter was transferred to Washing Solution I (2X SSC, 0.1% SDS), and then washed for 10 minutes at room temperature. Transfer the filter to wash solution I pre-heated at 68 o C and shake for 25 minutes to wash. Also transfer to wash solution II (0.2X SSC, 0.1% SDS) pre-heated at 68 o C and measure radioactivity with Geiger counter. Rinse while measuring the degree of detection. The filter was placed in a cassette containing an intensifying screen together with the X-ray film and left for 12-24 hours at -70 o C and then developed.

박테리아 DNA 또는 플라스미드 DNA를 세포 배양시 넣어 주고서 1시간 동안 37oC 에서 배양한 후 세포 용해물에 존재하는 DNA 조각을 1.8% 아가로즈 겔 전기영동 후, 써던 이동에 의해서 확인된 50-200 bp위치에 해당하는 겔을 진 클린 키트(Promega Inc.)로 회수하였다. 이 DNA조각들을 도 21에서와 같은 방법으로 pGEM-T 벡터 (Promega Inc.)에 넣어 대장균에서 클로닝하여 Sanger의 디데옥시리보뉴클레오타이드 쇄 종결방법[Sanger, F. et al (1977)Proc. Natl. Acad. Sci. USA74, 5463-5467]을 시퀘나제(Sequenase) TM 버전 2.0 DNA 서열분석 키트(USB)를 사용하여 염기서열을 확인하였다. 서열분석 프라이머는 하기 표 1에 나타낸 M13 전방/역전 프라이머를 이용하였다. 클로닝된 DNA 서열을 BLAST (Basic Local Alignment Search Tools) 프로그램을 이용하여 박테리아 또는 플라스미드 DNA의 잘려진 조각임을 확인하였다.Bacterial DNA or plasmid DNA was incubated at 37 o C for 1 hour, and then the DNA fragments present in the cell lysate were subjected to 1.8% agarose gel electrophoresis, followed by 50-200 bp confirmed by Southern migration. The gel corresponding to the site was recovered with Gin Clean Kit (Promega Inc.). These DNA fragments were cloned in Escherichia coli in the pGEM-T vector (Promega Inc.) in the same manner as in FIG. 21 to terminate Sanger's dideoxyribonucleotide chain [Sanger, F. et al (1977) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74, 5463-5467] was sequenced using the Sequenase ™ version 2.0 DNA sequencing kit (USB). Sequencing primers were used with the M13 forward / reverse primers shown in Table 1 below. The cloned DNA sequence was identified as a truncated piece of bacterial or plasmid DNA using the BLAST (Basic Local Alignment Search Tools) program.

올리고뉴클레오타이드Oligonucleotides 이용Use ABCDEFGHABCDEFGH TTAAAACGTTCACAAGTGAACGTTTTAGCAGCGCTAAAATTAGCGCTGCTCCCGGCCGCCATGTTGGGAGCTCTCCCGTTTTCCCAGTCACGACCAGGAAACAGCTATGACTTAAAACGTTCACAAGTGAACGTTTTAGCAGCGCTAAAATTAGCGCTGCTCCCGGCCGCCATGTTGGGAGCTCTCCCGTTTTCCCAGTCACGACCAGGAAACAGCTATGAC CpG motifCpG motifCpG motifCpG motifPCR 프라이머PCR 프라이머서열분석(pUC/M13 전방)서열분석(pUC/M13 역전)CpG motifCpG motifCpG motifCpG motifPCR primer PCR primer sequencing (pUC / M13 forward) Sequencing (pUC / M13 inversion)

시험결과 25 ug/ml의 박테리아 DNA와 함께 IM9 세포를 배양했을 때, 세포 배양액에서 DNA가 적절하게 프로세싱되어 세포내로 유입됨을 써던 하이브리드화를 통하여 확인하였다(도 20). 세포배양 30분 후부터 100-200 bp의 DNA 유입을 관찰하였으며 배양 시간에 따라 세포내에서 100-200 bp의 DNA의 양이 감소함을 볼 수 있었다. 이 결과로부터 IM9 세포주는 외부에서 적절하게 프로세싱시킨 DNA를 세포내로 유입하게 되며 세포내에서 프로세싱을 지속적으로 진행함을 암시한다.As a result, when IM9 cells were incubated with 25 ug / ml of bacterial DNA, DNA was properly processed in the cell culture solution and confirmed through the hybridization that used to enter the cells (FIG. 20). After 30 minutes of cell culture, DNA inflow of 100-200 bp was observed, and the amount of DNA of 100-200 bp was decreased in the cell according to the culture time. These results suggest that the IM9 cell line enters the cell with appropriately processed DNA from the outside and continues processing in the cell.

또한 엔도뉴클레아제 효소활성에 의한 생성물의 특성을 규명하기 위하여 세포내에 유입된 박테리아의 DNA를 추출하여 도 21에 설명된 방법으로 DNA 염기서열을 분석하였다. 염기서열 분석 결과는 하기 표 2에 제시된 바와 같이 특징적인 염기서열로 5' 쪽에 두개의 퓨린 염기와 3' 쪽에 두개의 피리미딘 염기가 존재하는 CpG motif가 엔도뉴클레아제 반응 생성물에 나타난 것을 볼 수 있다. 특징적인 CpG motif는 면역체계에서 B 세포 또는 대식세포를 활성화시켜 사이토카인과 IgM 분비를 촉진시키는 것으로 알려져 있으며 박테리아 DNA에 높은 빈도로 나타나는 것으로 알려져 있다. 이 결과로부터 IM9 세포배양액의 엔도뉴클레아제 및 세포내에서의 효소활성에 의한 DNA 프로세싱이 면역세포를 활성화시키는 역할을 수행하는 CpG motif를 생성한다는 새로운 사실을 밝혀내었다.In addition, in order to characterize the product by the endonuclease enzyme activity, the DNA of bacteria introduced into the cell was extracted and the DNA sequence was analyzed by the method described in FIG. 21. The sequencing results show that the CpG motif, which has two purine bases on the 5 'side and two pyrimidine bases on the 3' side, is shown in the endonuclease reaction product as a characteristic sequence as shown in Table 2 below. have. The characteristic CpG motif is known to stimulate cytokine and IgM secretion by activating B cells or macrophages in the immune system and appearing at high frequency in bacterial DNA. From these results, it was revealed that DNA processing by endonuclease and intracellular enzymatic activity of IM9 cell culture media produced CpG motifs that play a role in activating immune cells.

상기 표 2에서 각 서열의 기원은 다음과 같다:The origin of each sequence in Table 2 is as follows:

EC1-완전한 게놈의 이.콜라이 염기 2874223 내지 2885223(5416-5614)E. coli bases 2874223 to 2885223 of the EC1-complete genome (5416-5614)

EC2-완전한 게놈의 이.콜라이 염기 4067762 내지 4083201(4741-4852)E. coli bases of EC2-complete genome 4067762 to 4083201 (4741-4852)

EC3-완전한 게놈의 이.콜라이 염기 2244905 내지 2255428(2027-2108)E. coli bases 2244905 to 2255428 (2027-2108) of the EC3-complete genome

EC4-완전한 게놈의 이.콜라이 염기 2244905 내지 2255428(2064-2109)E. coli bases 2244905 to 2255428 (2064-2109) of the EC4-complete genome

EC5-이.콜라이 플라스미드 합성 클로닝 벡터 pET31F(258 376)EC5-E.coli plasmid synthesis cloning vector pET31F (258 376)

EC6-이.콜라이로부터의 플라스미드 pKF3(2004-2066)Plasmid pKF3 from EC6-E.coli (2004-2066)

EC7-클로닝 벡터 pGEM-5Zf(-)(75-170)EC7-cloning vector pGEM-5Zf (-) (75-170)

EC8-미국특허 제4921698호의 서열Sequence of EC8-US Patent No. 4921698

PD1-pGEM-T 벡터(401-519)PD1-pGEM-T vector (401-519)

PD2-pGEM-T 벡터(1130-1306)PD2-pGEM-T vector (1130-1306)

PD3-pGEM-T 벡터(2513-2610)PD3-pGEM-T vector (2513-2610)

PD4-pGEM-T 벡터(1685-1795)PD4-pGEM-T vector (1685-1795)

EC9-완전한 게놈의 이.콜라이 염기 220025 내지 231029(829-872)E. coli bases 220025 to 231029 (829-872) of the EC9-complete genome

HC1-호모 사피엔스 새텔라이트 2 반복 요소 DNAHC1- Homo sapiens satelite 2 repeat element DNA

3-3 세포내에 유입된 DNA의 프로세싱 확인3-3 Confirm the processing of DNA introduced into the cell

세포내로 프로세싱되어 유입된 50-200 bp의 클로닝된 DNA조각이 세포내에서 프로세싱이 얼마나 더 진행되는지와 DNA 염기서열의 종류에 따라 세포에 미치는 영향을 확인하기 위하여 PCR 증폭을 수행하였다. PCR 반응액은 0.2 mM dNTP, 각각 10 pmole의 프라이머, 10 mM Tris-HCl (pH 8.3), 50 mM KCl, 1.5 mM MgCl2, 그리고 2.5 units의Taq폴리머라제를 포함하고 있다. PCR 프라이머로는 5'-CTCCCGGCCGCCATG-3' 및 5'-TTGGGAGCTCTCC-3' (표 1)을 합성하여 이용하였다. PCR반응은 다음과 같은 조건에서 35회 반복하였다: 변성(30초간 94oC); 프라이머 어닐링(30초간 42oC); 프라이머 연장(50초간 72oC). PCR 생성물은 TBE 완충용액에서 8% 천연-PAGE를 수행한 후 에티듐 브로마이드로 염색한 후 PCR반응 생성물을 겔에서 DNA를 추출하였다. 추출한 DNA를 엔탄올로 침전시킨 후 세포 배양에 이용하기 위해서는 PBS로 녹였고 엔도뉴클레아제의 활성을 측정하기 위해서는 TE 완충용액에 녹였다.PCR amplification was performed to determine the effect of 50-200 bp cloned DNA fragments processed and introduced into the cells on the cells according to the processing and intracellular processing. The PCR reaction solution contained 0.2 mM dNTP, 10 pmole primer, 10 mM Tris-HCl (pH 8.3), 50 mM KCl, 1.5 mM MgCl 2 , and 2.5 units of Taq polymerase. As PCR primers, 5'-CTCCCGGCCGCCATG-3 'and 5'-TTGGGAGCTCTCC-3' (Table 1) were synthesized and used. The PCR reaction was repeated 35 times under the following conditions: denaturation (94 ° C. for 30 seconds); Primer annealing (42 ° C. for 30 seconds); Primer extension (72 ° C. for 50 seconds). PCR products were subjected to 8% native-PAGE in TBE buffer, stained with ethidium bromide, and PCR products were extracted from the gel with DNA. The precipitated DNA was precipitated with entanol and then dissolved in PBS for cell culture, and dissolved in TE buffer to measure endonuclease activity.

엔도뉴클레아제의 작용에 의해 절단된 100-200bp의 박테리아 DNA를 클로닝한 벡터에서 PCR 증폭하여 획득한 생성물이 세포내에 유입되어 최종 산물이 어떠한 형태로 존재하는지 확인하기 위하여 PCR 생성물인 EC1, EC2, 그리고 HC1 DNA 조각을 랜덤 프라이머와 클레노우 효소를 이용한 랜덤-프라이밍 방법으로 DNA를32P로 표지하였다.32P로 표지된 DNA조각을 IM9 세포주와 U937 세포주 그리고 TPA를 처리한 U937 세포주에 100 ng/ml로 넣고, 일정한 시간 간격으로 DNA가 세포에 유입되는지를 확인하였다. 세포내에서 엔도뉴클레아제의 효소활성을 저해시키기 위해서는 0.2 mM ZnSO4(Sigma)를 처리하였다. 세포내로 유입된 DNA는 세포 용해물에서 다시 DNA를 회수한 다음 TBE 완충용액에서 20% 천연-PAGE를 수행하고 겔을 말려서 방사선 사진 촬영(autoradiography)을 수행하여 세포내에서 DNA가 프로세싱되는 과정과 엔도뉴클레아제 작용에 의한 최종 반응산물을 확인하였다.PCR products, EC1, EC2, which were obtained by PCR amplification of 100-200 bp bacterial DNA cleaved by the action of endonuclease, were introduced into the cell to confirm the final product. The DNA was labeled with 32 P using a random priming method using a random primer and a cleno enzyme. DNA fragments labeled with 32 P were placed in IM9 cell line, U937 cell line, and T937-treated U937 cell line at 100 ng / ml, and DNA was introduced at regular intervals. To inhibit the enzymatic activity of endonucleases in cells, 0.2 mM ZnSO 4 (Sigma) was treated. Intracellular DNA is recovered from the cell lysate, followed by 20% natural-PAGE in TBE buffer solution, and autoradiography by drying the gel to process DNA within the cell and endo The final reaction product by nuclease action was identified.

32P로 표지된 EC1 DNA 조각을 IM9 세포주에 유입시킨 후 세포에 유입된 DNA를 세포 용해물에서 추출하여 20% 천연-PAGE를 수행한 후, 프로세싱된32P로 표지된 DNA를 겔에서 추출하여 표 1에 나타난 합성한 여러 종류의 올리고뉴클레오타이드들과 어닐링시켜 염기서열을 비교하였다. 세포내에서 추출한32P로 표지된 DNA 일정량과 각각의 올리고뉴클레오타이드 10 ng을 6X SSC에서 혼합한 다음 100oC에서 5분간 끓인 후 온도를 30초에 1oC씩 Tm 이하로 낮추어 어닐링시켰다. 어닐링시킨 반응물을 TBE 완충용액에서 20% 천연-PAGE를 4oC에서 수행한 후 방사선 촬영을 통해서 세포내에 유입된 DNA와 상보적으로 결합하는 올리고뉴클레오타이드를 확인하였다. 표준으로는 DNA와 올리고뉴클레오타이드를 어닐링시키지 않은 혼합물과 세포내에 유입된 DNA 단독으로 변성, 어닐링시킨 DNA를 이용하였다. 합성한 올리고뉴클레오타이드들의 염기서열들은 EC1 DNA조각에 존재하는 올리고 A, B 와 EC1 DNA에 존재하지 않는 올리고 C, D, E를 이용하였다(표 1). A 32 P-labeled EC1 DNA fragment was introduced into an IM9 cell line, followed by 20% natural-PAGE by extracting DNA from the cell from the cell lysate, followed by extracting the processed 32 P-labeled DNA from the gel. The nucleotide sequences were compared by annealing with various kinds of oligonucleotides synthesized in Table 1. A predetermined amount of 32 P labeled DNA extracted from the cells and 10 ng of each oligonucleotide were mixed in 6X SSC, boiled at 100 ° C. for 5 minutes, and then annealed by lowering the temperature to 1 ° C or less in 30 seconds. The annealed reactants were subjected to 20% native-PAGE at 4 ° C. in TBE buffer and confirmed oligonucleotides complementarily bound to the DNA introduced into the cells by radiographic imaging. As a standard, a mixture in which DNA and oligonucleotides were not annealed, and DNA denatured and annealed by DNA introduced into cells were used. The base sequences of the synthesized oligonucleotides were used oligos A, B, and oligos C, D, and E, which are not present in the EC1 DNA fragment (Table 1).

사람의 B-림프아 IM9 세포주 와 골수발생 U937 세포주 그리고 TPA를 처리하여 분화가 유도된 U937 세포주에 의한 외부 DNA의 유입 및 세포주내에서의 프로세싱을 확인하였다. 실험 결과, 앞에서 염기서열을 밝힌 100-200 bp를 PCR 증폭하여32P로 표지시킨 박테리아 DNA 조각으로 확인할 수 있었다. IM9 세포주에서 외부 DNA 유입 및 세포내에서 프로세싱은 도 22의 결과에 나타난 바와 같다. 157 bp(EC1)의 DNA 조각이 4oC에서는 세포내로 유입되지는 않고 세포막에 결합되어 있음을 알 수 있고, 37oC에서의 배양 시간에 따라 세포내에서 프로세싱이 일어나며 24시간 후에는 20% 천연-PAGE 상에서 약 10 bp의 DNA 조각이 최종산물로 생성됨을 알 수 있었다. 10 bp로 판단되었던 이 DNA 조각은 이후의 실험에서 일본쇄 구조인 것으로 밝혀졌으며 20% 변성-PAGE (8.3 M urea)에서도 일본쇄 DNA임을 확인할 수 있었다. U937 세포주와 TPA 처리로 분화된 U937 세포주에서 관찰한 외부 DNA 유입 및 세포내에서의 프로세싱은 도 23에서와 같다. TPA를 처리하지 않은 U937세포주에서는 도 23A의 결과로 외부 DNA가 세포에 결합하거나 또는 유입은 되지만 전혀 프로세싱이 일어나지 않음을 알 수 있었다. 그러나 도 23의 B에서는 TPA를 처리하여 분화된 U937세포주에 의하여 외부 DNA의 유입과 세포내 프로세싱을 확인할 수 있었다. 한편, 도 23의 B에서 볼 수 있는 바와 같이 0.2 mM Zn2+에 의해 세포내에서 DNA 프로세싱이 저해 받았음을 알 수 있었다.Human B-lympha IM9 cell line, myeloid U937 cell line and TPA were treated to confirm foreign DNA influx and processing in the cell line by differentiation-induced U937 cell line. As a result, 100-200 bp of the nucleotide sequence identified above was identified by PCR amplification of bacterial DNA fragments labeled with 32 P. External DNA influx and intracellular processing in the IM9 cell line is shown in the results of FIG. 22. The DNA fragment of 157 bp (EC1) is bound to the cell membrane at 4 o C but not into the cell, and processing occurs within the cell depending on the incubation time at 37 o C and 20% after 24 hours. It was found that about 10 bp of DNA fragment was produced as the final product on the natural-PAGE. This DNA fragment, which was judged to be 10 bp, was found to be a Japanese chain structure in subsequent experiments, and was confirmed to be a Japanese chain DNA even at 20% denaturation-PAGE (8.3 M urea). External DNA uptake and intracellular processing observed in U937 cell line and U937 cell line differentiated with TPA treatment are as in FIG. 23. In the U937 cell line not treated with TPA, as a result of FIG. 23A, it could be seen that external DNA binds to or enters the cell but no processing occurs. However, in FIG. 23B, foreign DNA influx and intracellular processing were confirmed by the U937 cell line differentiated by TPA treatment. On the other hand, it can be seen that DNA processing was inhibited intracellularly by 0.2 mM Zn 2+ as shown in FIG. 23B.

지금까지의 실험 결과에서 면역세포가 외부의 DNA를 프로세싱하여 10개 염기의 최종 반응산물을 생성하는 것으로 밝힌데 이어 이 DNA 조각의 염기서열 특성을 확인하였다. PCR반응에 의해 증폭된 EC1 DNA 생성물을32P로 표지하여 세포내로 유입시킨 후, 세포내 엔도뉴클레아제에 의해 프로세싱된 10개 염기의 DNA 조각을 EC1의 부분 서열과 일치하는 여러 종류의 합성 올리고뉴클레오타이드들과 어닐링시켜 상보적으로 결합되는 염기서열을 확인할 수 있었다(도 24). 어닐링 결과 가장 많이 상보적으로 결합한 올리고뉴클레오타이드는 표 1의 Oligo A로서 EC1 DNA에 존재하는 염기서열이며 AACGTT motif를 가진 서열이었다. 이 결과로 부터 엔도뉴클레아제의 효소활성에 의해 세포 내부에서 면역세포를 활성화시키는 박테리아 DNA의 염기서열로 알려진 CpG motif가 생성되었다는 사실을 구체적으로 확인하였다.The results of the experiments so far indicate that the immune cells process the external DNA to produce the final reaction product of 10 bases, and then confirm the sequence characteristics of the DNA fragments. Labeled with 32 P of EC1 DNA product amplified by PCR reaction and introduced into the cell, the DNA fragments of 10 bases processed by intracellular endonuclease were synthesized with several kinds of synthetic oligonucleotides matching the partial sequence of EC1. Annealing with the nucleotides was able to confirm the nucleotide sequence that is complementarily bonded (Fig. 24). Oligonucleotides that bind the most complementary results from annealing were Oligo A of Table 1, the nucleotide sequence present in EC1 DNA, and the sequence having the AACGTT motif. From this result, the enzyme activity of the endonuclease specifically confirmed that the CpG motif known as the base sequence of bacterial DNA that activates immune cells inside the cell was generated.

3-4 박테리아 DNA에 의한 IM9 세포주의 IgM분비 확인3-4 IgM Secretion of IM9 Cell Lines by Bacterial DNA

B 세포를 활성화시켜 사이토카인들과 IgM을 분비시키는 것으로 알려진 CpG motif를 가진 올리고뉴클레오타이드들을 합성하였다. 엔도뉴클레아제 작용에 의해 생성된 DNA 조각중 EC1에 존재하는 올리고 A, EC2에 존재하는 올리고 B 그리고 CpG motif가 없는 올리고 E를 합성하였다(표 1). 또한 CpG motif를 여러 개 함유하고 있는 EC1, EC2 PCR 생성물 그리고 여러 종류의 DNA를 실험에 이용하였다. CpG motif를 메틸화시키기 위해서 박테리아 DNA를 엔도뉴클레아제로 처리하여 얻은 100-200 bp 조각을 준비하였다. 메틸화 반응은 30 ug의 DNA를 15 unit의 CpG 메틸라제와 160 uM S-아데노실메티오닌이 함유된 완충용액(10 mM Tris-HCl, pH 7.9, 10 mM MgCl2, 50 mM NaCl, 그리고 1 mM DTT)을 혼합하여 37oC에서 3시간 동안 반응시켰다. CpG 메틸화는HpaII를 처리하여 확인하였다.Oligonucleotides with CpG motifs known to activate B cells to secrete cytokines and IgM were synthesized. In the DNA fragments produced by the endonuclease action, oligo A present in EC1, oligo B present in EC2, and oligo E without CpG motif were synthesized (Table 1). In addition, EC1, EC2 PCR products containing several CpG motifs, and various types of DNA were used in the experiment. In order to methylate the CpG motif, 100-200 bp fragments prepared by treating bacterial DNA with endonucleases were prepared. The methylation reaction was performed using 30 ug of DNA in 15 units of CpG methylase and 160 uM S-adenosylmethionine buffer (10 mM Tris-HCl, pH 7.9, 10 mM MgCl 2 , 50 mM NaCl, and 1 mM DTT). ) Was reacted at 37 ° C. for 3 hours. CpG methylation was confirmed by treatment of Hpa II.

사람의 B-림프아 세포주인 IM9 세포주를 10% FBS를 함유한 RPMI 1640 배지에서 배양 초기에 세포수를 2 x 105/ml로 하였으며, 미리 확보된 여러 종류의 올리고뉴클레오타이드와 DNA를 25 ug/ml로 처리하고 24시간 배양 후 세포배양액을 획득하였다.The IM9 cell line, a human B-lympha cell line, was set to 2 × 10 5 / ml at the beginning of culture in RPMI 1640 medium containing 10% FBS, and 25 ug / of various oligonucleotides and DNA obtained in advance were obtained. Cell cultures were obtained after treatment with ml and incubation for 24 hours.

평저 평판을 0.1 M 카보네이트 완충용액(pH 9.6)에 있는 안티-사람μ-쇄-특이적 IgM (5 ug/ml, Sigma)을 100 ul/웰로 4oC에서 16시간 동안 방치하였다. 이 평판을 PBS로 3회 세척한 다음 1% BSA로 실온에서 2시간 동안 방치하고 TPBS (0.05% Tween-20 in PBS)로 3회 세척하였다. 적당히 희석한 세포배양액 또는 정제한 사람의 IgM (Sigma)을 100 ul/well씩 넣어주고 실온에서 2시간 동안 방치한 후 TPBS로 3회 세척하였다. 여기에 1% BSA를 함유한 PBS에 1/4,000로 희석한 고추냉이 퍼옥시다제-연결된 안티-사람 Ig를 1시간 동안 실온에서 방치한 후 TPBS로 세척하였다. 여기에 0.05 M 포스페이트 완충용액(pH 5.0)에 녹아 있는o-페닐렌디아민 디하이드로클로라이드를 30분 동안 처리하여 발색시켰다. 발색반응을 0.67 N H2SO4를 처리하여 멈추고 마이크로플레이트 판독기를 이용하여 IgM을 정량하였다.From μ- chain - the plate pyeongjeo 0.1 M carbonate buffer solution in the anti (pH 9.6) of specific IgM (5 ug / ml, Sigma ) was allowed to stand at 100 ul / well of 4 o C for 16 hours. This plate was washed three times with PBS, then left for 2 hours at room temperature with 1% BSA and three times with TPBS (0.05% Tween-20 in PBS). Appropriately diluted cell culture medium or purified human IgM (Sigma) was put in 100 ul / well and left at room temperature for 2 hours, and washed three times with TPBS. Wasabi peroxidase-linked anti-human Ig diluted to 1 / 4,000 in PBS containing 1% BSA was left at room temperature for 1 hour and then washed with TPBS. It was developed by treating with o -phenylenediamine dihydrochloride dissolved in 0.05 M phosphate buffer (pH 5.0) for 30 minutes. The color reaction was stopped by treatment with 0.67 NH 2 SO 4 and the IgM was quantified using a microplate reader.

합성한 올리고뉴클레오타이드들로 IM9 세포주를 처리하여 48시간 후에 분비된 IgM의 양을 측정하였을 때, CpG motif를 가진 올리고 A 와 올리고 C에서는 2-3 ng/ml로 분비되는 것을 확인할 수 있었으나, CpG motif가 없는 올리고 E에 의해서는 0.5 ng/ml로 합성된 것을 확인할 수 있었다(도 25). 또한 박테리아 DNA와 CpG motif를 여러 개 가진 박테리아 DNA의 PCR 생성물(Table 1. EC1, EC2 DNA)들에 의해서도 2-3 ng/ml로 IgM을 분비하였으나, 박테리아 DNA의 CpG motif를 메틸화한 다음 세포주 배양액에 처리하였을 경우에는 IgM의 분비가 일어나지 않음을 관찰하였다(도 25). 박테리아의 DNA와 비교하여 연어정자 DNA에 의해서도 IgM의 분비는 증가되지 않았다. 이상의 결과로부터 박테리아 DNA의 CpG motif가 IM9 세포주를 활성화시켜 IgM의 분비를 증가시켰다는 사실을 확인하였고, 이전의 여러 연구자들이 합성한 CpG motif를 사용하여 밝힌 연구 결과들과 일치하였다.When the amount of secreted IgM was measured after 48 hours by treating IM9 cell line with synthesized oligonucleotides, it was confirmed that CpG motif was secreted at 2-3 ng / ml in oligo A and oligo C. It was confirmed that the oligo E without the synthesis at 0.5 ng / ml (Fig. 25). IgM was also secreted at 2-3 ng / ml by PCR products (Table 1. EC1, EC2 DNA) of bacterial DNA with multiple bacterial DNAs and CpG motifs, but after methylation of CpG motifs of bacterial DNA, cell line cultures It was observed that the secretion of IgM did not occur when the treatment was in (Fig. 25). Compared with bacterial DNA, salmon sperm DNA did not increase IgM secretion. From the above results, it was confirmed that the CpG motif of bacterial DNA increased the secretion of IgM by activating the IM9 cell line, which is consistent with the findings of the previous studies using the synthesized CpG motif.

3-5 외부 DNA 프로세싱에 관여하는 엔도뉴클레아제 효소활성의 특성3-5 Characterization of Endonuclease Enzyme Activity Involved in External DNA Processing

PCR로 증폭된 EC1, EC2, HC1 DNA를 랜덤 프라이머와 클레노우 효소를 이용한 랜덤-프라이밍방법에 의하여32P로 표지하였다. 또한 더 짧은 DNA를 얻기 위하여 EC2 DNA를AluI으로(Promega Inc) 처리하여 조각내어 5'-말단을32P로 표지하여 기질로 이용하였다. 엔도뉴클레아제의 효소활성의 특성을 연구하기 위하여 EC1 DNA를 5'-말단 표지 또는 3'-말단 표지하여 이용하였다. 5'-말단 표지는 10 ng EC1 DNA, [γ-32P] ATP 50 uCi, 키나제 완충용액 그리고 5 unit의 폴리뉴클레오타이드 키나제 (Promega Inc.)를 섞고 37oC에서 1시간 반응시켜 수행하였다. 3'-말단 표지는 10 ng EC1 DNA, [α-32P] CTP 50 uCi, TdT 완충용액 그리고 5 unit의 터미널 데옥시트랜스퍼라제(Boehringer mannheim)를 혼합하여 37oC에서 1시간 동안 반응시켜 기질로 이용하였다.EC1, EC2, HC1 DNA amplified by PCR was labeled with 32 P by random-priming method using random primers and Klenow enzyme. In addition, to obtain shorter DNA, EC2 DNA was treated with Alu I (Promega Inc), fragmented, and the 5'-end was labeled with 32 P and used as a substrate. In order to study the characteristics of the enzymatic activity of the endonuclease, EC1 DNA was used by 5'-end labeling or 3'-end labeling. 5'-terminal labeling was performed by mixing 10 ng EC1 DNA, [γ- 32 P] ATP 50 uCi, kinase buffer and 5 units of polynucleotide kinase (Promega Inc.) and reacting at 37 ° C. for 1 hour. The 3'-terminal label was mixed with 10 ng EC1 DNA, [α- 32 P] CTP 50 uCi, TdT buffer and 5 units of terminal deoxytransferase (Boehringer mannheim) for 1 hour at 37 o C. Used as.

위에서 준비한 랜덤-프라이밍 방법으로 표지한 5 ng의 EC1, EC2, HC1 DNA 그리고AluI으로 처리하고 5'-말단 표지한 EC2 DNA를 20 ul의 FBS가 없는 IM9 세포배양액과 혼합하여 37oC에서 일정한 시간 간격으로 반응시켰다. 또한 세포배양액의 양을 증가시켜서도 효소활성을 측정하였다. 이 반응액을 페놀/클로로포름으로 처리하여 단백질을 제거하고 차가운 에탄올로 침전시켜 TBE 완충용액에서 20% 천연-PAGE와 20% 변성-PAGE (8.3 M 우레아)로 전기이동 시키고 겔을 건조시킨 후 방사선 사진 촬영을 해서 효소활성에 대한 반응산물을 분석하였다. FBS에 존재하는 DNase I의 효소활성과도 비교하기 위하여 10% FBS가 포함된 RPMI1640 배지 20 ml 와 여러 기질들과도 반응시켰다. 또한 엔도뉴클레아제의 저해물질인 Zn2+(1 mM) 과 킬레이트화제인 EDTA (10 mM)이 효소활성에 어떠한 영향을 미치는지 확인하였다. 이때 분자량의 표준 물질로는 브로모페놀 블루(BPB)와 크실렌 사이놀(XC)을 이용하였다. 변성-PAGE에서 BPB는 8개 염기에 위치하고 XC는 28개 염기에 위치하며, 천연-PAGE에서는 각각 12 bp 와 45 bp에 위치하였다.Treated with 5 ng of EC1, EC2, HC1 DNA and Alu I labeled by the random-priming method prepared above, 5'-terminal labeled EC2 DNA was mixed with 20 ul of FBS-free IM9 cell culture solution at 37 ° C. The reaction was carried out at time intervals. In addition, enzyme activity was also measured by increasing the amount of cell culture. The reaction solution was treated with phenol / chloroform to remove proteins, precipitated with cold ethanol, electrophoresed in 20% natural-PAGE and 20% modified-PAGE (8.3 M urea) in TBE buffer, and the gel dried and radiographed. Photographing was performed to analyze the reaction products for enzymatic activity. In order to compare the enzyme activity of DNase I in FBS, 20 ml of RPMI1640 medium containing 10% FBS was reacted with various substrates. In addition, it was confirmed how Zn 2+ (1 mM), an inhibitor of endonuclease, and EDTA (10 mM), a chelating agent, affect the enzyme activity. At this time, bromophenol blue (BPB) and xylene cynol (XC) were used as standard materials of molecular weight. In denaturation-PAGE, BPB was located at 8 bases, XC at 28 bases, and 12 bp and 45 bp, respectively, in natural-PAGE.

엔도뉴클레아제 효소활성의 특성 및 최종 반응생성물의 특성을 연구하기 위하여 표 2에 제시된 EC1 과 EC2 그리고 HC1 DNA를 랜덤-프라이밍 방법을 이용하여32P로 표지한 후 기질로 이용하였다. 이러한 기질들을 FBS가 없는 배지에서 배양한 IM9 세포배양액으로 반응시킨 결과 도 26과 도 27 그리고 도 28에 제시된 바와 같이 약 10개 염기의 DNA 최종 반응물이 생성되었음을 볼 수 있었다. 이 결과에서 엔도뉴클레아제는 DNA의 염기서열을 특이적으로 인식하지는 못한다는 것을 알 수 있었으며, 염기서열에 관계없이 외부의 DNA에 작용하여 약 10 염기의 DNA 조각을 만들어 냄을 알 수 있다. 그리고 엔도뉴클레아제의 저해물질인 Zn2+와 킬레이트화제인 EDTA에 의해서 효소활성이 저해되는 결과를 볼 수 있었다(도 26, 27, 28, 29). 또한 10% FBS를 함유한 RPMI1640 배지에 의해서도 DNA의 분해가 발생되지 않음을 알 수 있었다(도 26, 27, 28, 29). 이상과 같은 결과들은 세포내에서 엔도뉴클레아제 작용에 의해 유입된 DNA의 프로세싱으로 형성되는 반응생성물과 동일함을 생체외(in vitro) 실험으로 확인한 것이다. 지금까지 연구한 엔도뉴클레아제 효소활성의 최종 반응생성물이 약 10개 염기의 DNA조각으로 이루어짐을 확인할 수 있었는데, 엔도뉴클레아제의 양을 증가시키고(도 30) 반응시간을 24시간까지 지속시켰을 경우에도(도 31) 효소반응에 의해 형성된 최종산물인 약 10개 염기의 DNA조각은 더 이상 분해되지 않음을 알 수 있었다. 즉, 본 발명에서 밝힌 엔도뉴클레아제는 약 10개 염기 이하의 DNA 조각에는 활성을 나타내지 않음을 알 수 있었다.In order to study the properties of endonuclease enzyme activity and the final reaction product, EC1, EC2 and HC1 DNA shown in Table 2 were labeled with 32 P using a random-priming method and used as a substrate. As a result of the reaction of these substrates with IM9 cell culture cultured in a medium without FBS, it could be seen that the DNA final reaction product of about 10 bases was generated as shown in FIGS. 26, 27, and 28. From these results, it was found that the endonuclease does not specifically recognize the nucleotide sequence of the DNA, and it can be seen that the DNA fragment of about 10 bases is produced by acting on the external DNA regardless of the nucleotide sequence. In addition, Zn 2+ , an inhibitor of endonuclease, and EDTA, a chelating agent, resulted in inhibition of enzymatic activity (FIGS. 26, 27, 28, and 29). In addition, it could be seen that the degradation of DNA was not caused by RPMI1640 medium containing 10% FBS (FIGS. 26, 27, 28, and 29). These results confirm in vitro experiments that the reaction product is formed by the processing of the DNA introduced by the endonuclease action in the cell. The final reaction product of the endonuclease enzyme activity studied so far was composed of DNA fragments of about 10 bases, which increased the amount of endonuclease (FIG. 30) and continued the reaction time up to 24 hours. Even in the case (Fig. 31), the DNA fragment of about 10 bases, which is the final product formed by the enzymatic reaction, was found to be no longer degraded. In other words, the endonuclease disclosed in the present invention was found to have no activity on DNA fragments of about 10 bases or less.

또한, 도 32에서는 PCR로 증폭한 EC2 DNA 생성물을AluI으로 처리하여 생성된 DNA 조각을 엔도뉴클레아제로 반응시킨 결과 최종 생성물이 생성되기 이전에 형성되는 엔도뉴클레아제 반응산물들인 여러 DNA 조각들을 볼 수 있었다. 이 실험에서 이용한 기질은AluI으로 반응시킨 DNA의 5'-말단에32P로 표지하여 사용했는데, 표지된 효소반응 최종산물이 약 10개 염기로 나타난 결과로부터 일본쇄 DNA를 생성하기 위한 5'-엑소뉴클레아제 효소활성은 존재하지 않는 것으로 확인하였다.In addition, in FIG. 32, DNA fragments generated by treating the DNA fragments amplified by PCR with Alu I and endonucleases are formed before the final product is produced. Could see. The substrate used in this experiment was labeled with 32 P at the 5'-end of the Alu I-reacted DNA, and the 5 'to generate single-stranded DNA was generated from the result of about 10 bases of the labeled end product. -Exonuclease enzyme activity was confirmed to not exist.

IM9 세포주의 엔도뉴클레아제가 3'-엑소뉴클레아제 또는 5'-엑소뉴클레아제 효소활성을 가지는지 확인하기 위하여 5'- 또는 3'-말단에 각각32P로 표지된 EC2 DNA를 기질로 이용하여 엔도뉴클레아제로 37oC에서 1시간 동안 반응시킨 후 상기와 동일한 방법으로 방사선 사진 촬영하여 반응생성물을 비교하였다. 또한 일본쇄 DNA에는 엔도뉴클레아제 효소활성이 어떻게 나타나는지 확인하기 위하여 표지된 DNA를 100oC에서 5분간 끓인 후 얼음에서 급속히 냉각시키고 엔도뉴클레아제와 위에서처럼 반응시키고 반응생성물을 확인하였다.In order to confirm that the endonuclease of the IM9 cell line has 3'-exonuclease or 5'-exonuclease enzymatic activity, EC2 DNA labeled with 32 P at the 5'- or 3'-end, respectively, was used as a substrate. The reaction product was reacted with an endonuclease at 37 ° C. for 1 hour, and then radiographed in the same manner as above to compare reaction products. In addition, in order to confirm how the endonuclease enzyme activity is expressed in the single-stranded DNA, the labeled DNA was boiled at 100 ° C. for 5 minutes, cooled rapidly on ice, reacted with the endonuclease as above, and the reaction product was confirmed.

도 33의 결과에서 5'-말단에 표지한 기질에 엔도뉴클레아제가 작용하여 약 10개 염기의 DNA 조각이 형성(5'-말단 표지, 레인 2)되는 것을 보여 주었는데, 이 결과는 도 32에 나타난 결과와 같다. 즉, 엔도뉴클레아제에 5'-엑소뉴클레아제 활성이 존재하지 않음을 확인하였다. 그러나 3'-말단에32P로 표지한 기질에서는 효소반응 최종 생성물인 약 10개 염기의 DNA 조각이 방사선 사진 촬영에서 형성되지 않음을 보여 주는데, 이는 3'-엑소뉴클레아제 효소활성이 작용하여32P로 표지된 3'-말단이 모노뉴클레아타이드로 분해되었음을 보여준다. 그러나32P로 표지한 기질을 100oC에서 10분간 끓여준 후 얼음에서 급속히 온도를 낮춰 일본쇄로 전환시킨 후, 엔도뉴클레아제를 반응시키면 5'- 또는 3'-말단에 표지된 DNA 기질에서 모두 효소반응 생성물로 약 10개 염기의 표지된 DNA 조각을 형성하였다. 이상의 실험 결과에 근거하여 3'-엑소뉴클레아제 효소활성이 일본쇄에는 작용하지 않음을 알 수 있었다.33 shows that the endonuclease acts on the substrate labeled at the 5′-end to form a DNA fragment of about 10 bases (5′-terminal label, lane 2), which is shown in FIG. 32. Same results as shown. That is, it was confirmed that there is no 5'-exonuclease activity in the endonuclease. However, the substrate labeled with 32 P at the 3'-end shows that the DNA fragment of about 10 bases, the end product of the enzymatic reaction, was not formed on the radiograph, which acts as a 3'-exonuclease enzyme. It is shown that the 3'-terminus labeled with 32 P has been degraded into mononucleotides. However, the substrate labeled with 32 P was boiled at 100 o C for 10 minutes, then rapidly cooled down on ice, converted to a Japanese chain, and the endonuclease was reacted with the DNA substrate labeled at the 5'- or 3'-end. All of the enzymatic products formed labeled DNA fragments of about 10 bases. Based on the above experimental results, it was found that the 3'-exonuclease enzyme activity did not act on the Japanese chain.

세포배양액에 존재하는 엔도뉴클레아제의 효소활성에 의해 생성된 최종 반응산물과 세포내에서 프로세싱되어 생성된 최종 생성물 그리고 DNase I의 작용에 의해 생성된 반응생성물을 비교하기 위하여, 소의 췌장 DNase I (Beohringer Mannheim) 5 unit 과 랜덤-프라이밍 방법에 의해32P로 표지한 EC1 DNA를 10 mM Tris-HCl, pH 7.6, 10 mM MgCl2완충용액에서 37oC에서 1 시간 동안 반응시켰다. 이 반응생성물을 20% 천연-PAGE 와 20% 변성-PAGE (8.3 M urea)를 수행한 후 방사선 사진 촬영을 해서 엔도뉴클레아제의 효소활성 최종 반응산물과 비교하였다. 또한 엔도뉴클레아제 효소활성의 최종 생성물이 일본쇄로 존재한다는 것을 확인하기 위하여 S1 뉴클레아제로 처리하여 확인하였다. S1 뉴클레아제 효소활성은 랜덤-프라이밍 방법에 의해32P로 표지된 기질에 작용하여 생성된 엔도뉴클레아제 반응 최종 생성물 과 S1 뉴클레아제 반응 완충용액(7X 완충용액, 0.3 M 아세트산 칼륨, pH 4.6, 2.5 M NaCl, 10 mM ZnSO4, 50% 글리세롤)에 포함된 3 unit의 S1 뉴클레아제와의 혼합물을 37oC에서 1시간 동안 반응시켜서 확인하였다. 최종 반응생성물은 동일한 실험 방법으로 방사선 사진 촬영하여 확인하였다.In order to compare the final reaction product produced by the enzymatic activity of the endonuclease in the cell culture, the final product produced by intracellular processing and the reaction product produced by the action of DNase I, the pancreatic DNase I of bovine Beohringer Mannheim) 5 units and EC1 DNA labeled with 32 P by the random-priming method were reacted at 37 ° C. in 10 mM Tris-HCl, pH 7.6, 10 mM MgCl 2 buffer for 1 hour. The reaction product was subjected to 20% natural-PAGE and 20% denaturation-PAGE (8.3 M urea) and radiographed to compare the final product of the enzymatic activity of the endonuclease. In addition, it was confirmed by treatment with S1 nuclease to confirm that the final product of the endonuclease enzyme activity is present in the Japanese chain. The S1 nuclease enzymatic activity was determined by the random-priming method and the end product of the endonuclease reaction produced by acting on the 32 P-labeled substrate and the S1 nuclease reaction buffer (7X buffer, 0.3 M potassium acetate, pH). 4.6, 2.5 M NaCl, 10 mM ZnSO 4 , 50% glycerol) and the mixture with 3 units of the S1 nuclease was confirmed by reacting for 1 hour at 37 ° C. The final reaction product was confirmed by radiographic imaging in the same experimental method.

엔도뉴클레아제의 효소활성에 의해 생성된 최종 생산물 과 DNase I의 작용에 의해 생성된 반응생성물을 비교한 결과, 도 34에 나타난 것과 같이 세포 배양액의 엔도뉴클레아제(레인 2)와 세포 내부의 엔도뉴클레아제(레인 3)에 의해 프로세싱된 DNA 반응산물은 모두 약 10개 염기의 DNA 조각 이었으나, DNase I의 작용(레인 4)에 의해서는 10개 염기 이하로 분해된 DNA 조각이 나타나며 계속 분해되어 모노뉴클레오타이드로 분해됨을 볼 수 있었다. 또한 엔도뉴클레아제반응에 의한 최종 생성물이 일본쇄로 존재한다는 것을 확인하기 위하여 S1 뉴클레아제로 처리하여 효소반응 생성물을 관찰하였다. 엔도뉴클레아제의 최종산물인 약 10개 염기의 반응산물을 S1 뉴클레아제와 다시 반응시켰을 때 도 35에서처럼 완전히 모노뉴클레오타이드로 분해되었음을 볼 수 있었다. 즉, 엔도뉴클레아제의 효소활성에 의해 생성된 약 10개 염기의 DNA 조각은 일본쇄로 존재한다는 명확한 증거를 제시하였다.Comparing the final product produced by the enzymatic activity of the endonuclease and the reaction product produced by the action of DNase I, as shown in Figure 34, the endonuclease (lane 2) of the cell culture and the inside of the cell The DNA reaction products processed by the endonucleases (lane 3) were all DNA fragments of about 10 bases, but the action of DNase I (lane 4) resulted in fragments of DNA degraded to 10 bases or less and continued degradation. Can be seen to degrade to mononucleotide. In addition, in order to confirm that the final product by the endonuclease reaction is present in the Japanese chain, the enzymatic reaction product was observed by treatment with S1 nuclease. When the reaction product of about 10 bases, the end product of the endonuclease, was reacted with the S1 nuclease again, it could be seen that it was completely decomposed into mononucleotides as shown in FIG. 35. In other words, there is clear evidence that the DNA fragment of about 10 bases produced by the enzymatic activity of the endonuclease is present in the Japanese chain.

실시예 4Example 4

IM9 세포주에서 분비되는 엔도뉴클레아제 의 정제 및 특성 규명Purification and Characterization of Endonuclease from IM9 Cell Line

IM9 세포주가 지금까지 규명된 뉴클레아제들과 구분되는 Mg2+-의존성 엔도뉴클레아제를 생합성하고 분비한다는 사실을 밝혔다. 또한 IM9 세포주의 핵에도 이 효소가 존재하여 apoptosis 과정에 관여하고 있음을 제시하였다. Apoptosis에 관여하는 엔도뉴클레아제들은 Mg2+-의존성 엔도뉴클레아제[Anzai N. et al (1995)Blood86, 917-923; Kawabata H. et al (1993)Biochem. Biophys. Res. Commun.191, 247-254; Sun X. M., and Cohen G. M. (1994)J. Biol. Chem.269, 14857-14860; 및 Kawabata, H. et al (1997)Biochem. Biophys. Res. Commun.233, 133-138], Ca2+/Mg2+-의존성 엔도뉴클레아제[Stratling W. H. et al (1984)J. Biol. Chem.259, 5893-5898; Pandey S. et al (1997)Biochemistry36, 711-720; 및 Ribeiro J. M., and Carson D. A. (1993)Biochemistry32, 9129-9136], DNase I[Peitsch M. C. et al (1993)EMBO J.12, 371-377], 그리고 NUC18[Kawabata, H. et al (1997)Biochem. Biophys. Res. Commun.233, 133-138] 등이 있으나, 이들 엔도뉴클레아제의 정제 및 생화학적 특성 그리고 생리적인 기능에 대하여는 명확히 규명되지 않고 있다. 또한 박테리아 DNA를 외부 물질로 인식하여 프로세싱하는 기능에 관여하는 엔도뉴클레아제도 보고된 바 없다. 따라서 본 발명에서는 IM9 세포주에서 합성되고 분비되는 엔도뉴클레아제를 세포배양액에서 정제하여 그 특성을 규명하였다.It was found that the IM9 cell line biosynthesizes and secretes Mg 2+ -dependent endonucleases that are distinct from the nucleases identified to date. The enzyme also exists in the nucleus of the IM9 cell line, suggesting its involvement in the apoptosis process. Endonucleases involved in apoptosis include Mg 2+ -dependent endonucleases [Anzai N. et al (1995) Blood 86, 917-923; Kawabata H. et al (1993) Biochem. Biophys. Res. Commun. 191, 247-254; Sun XM, and Cohen GM (1994) J. Biol. Chem. 269, 14857-14860; And Kawabata, H. et al (1997) Biochem. Biophys. Res. Commun. 233, 133-138], Ca 2+ / Mg 2+ -dependent endonucleases [Stratling WH et al (1984) J. Biol. Chem. 259, 5893-5898; Pandey S. et al (1997) Biochemistry 36, 711-720; And Ribeiro JM, and Carson DA (1993) Biochemistry 32, 9129-9136], DNase I [Peitsch MC et al (1993) EMBO J. 12, 371-377], and NUC18 [Kawabata, H. et al (1997) Biochem. Biophys. Res. Commun. 233, 133-138], but the purification, biochemical properties and physiological functions of these endonucleases are not clearly identified. In addition, no endonucleases involved in the function of recognizing and processing bacterial DNA as foreign substances have been reported. Therefore, in the present invention, the endonuclease synthesized and secreted in the IM9 cell line was purified from the cell culture medium and its characteristics were characterized.

4-1 단백질원 및 엔도뉴클레아제 효소활성 측정4-1 Determination of protein source and endonuclease enzyme activity

엔도뉴클레아제를 분비하는 IM9 세포주를 열처리한 10% FBS를 함유하는 RPMI1640 배지에서 대량 배양하여 세포배양액을 효소원으로 사용하였다. 세포배양액과 IM9 세포주를 분리하기 위하여 1,500 x g에서 5분간 원심분리하여 세포배양액을 수득하였다. 총 10 ℓ의 세포배양액을 4oC에서 30분간 14,000 xg로 원심분리하여 상층액을 효소원으로 사용하였다.The cell culture fluid was used as an enzyme source by culturing the IM9 cell line secreting endonuclease in RPMI1640 medium containing 10% FBS after heat treatment. In order to separate the cell culture medium and IM9 cell line, centrifugation was carried out at 1,500 × g for 5 minutes to obtain a cell culture solution. A total of 10 L of cell culture solution was centrifuged at 14,000 x g for 30 minutes at 4 o C to use the supernatant as the enzyme source.

엔도뉴클레아제 정제과정에서 효소 활성은 초나선 플라스미드 DNA를 기질로 이용하여 선형 DNA 형성과 분해되는 정도로 측정하였다. 10 mM MgCl2를 함유한 20 mM Tris-HCl (pH7.0) 완충용액에 100 ng의 플라스미드 DNA를 넣고 단백질 정제 과정중의 시료 20 ul와 혼합하여 37oC에서 10분간 반응시켰다. 효소반응은 DNA 시료 완충용액으로 정지시키고 1% 아가로즈 겔에서 전기영동하여 효소활성을 확인하였다.In the endonuclease purification process, enzymatic activity was determined to the extent that linear DNA formation and degradation were carried out using the ultra plasmid DNA as a substrate. 100 ng of plasmid DNA was added to 20 mM Tris-HCl (pH 7.0) buffer containing 10 mM MgCl 2 , and mixed with 20 ul of the sample in the protein purification process for 10 minutes at 37 ° C. Enzyme reaction was stopped with DNA sample buffer and electrophoresed on 1% agarose gel to confirm enzyme activity.

4-2 엔도뉴클레아제의 정제4-2 Purification of Endonucleases

세포배양액에 황산암모늄을 서서히 가하여 80% 포화되도록 한 후 14,000 xg에서 원심분리 하여 침전물을 20 mM 아세트산 나트륨(pH 5.2) 완충용액에 하룻밤 동안 투석하였다. 이 효소용액중 5 ml을 동일한 완충용액으로 미리 평형시킨 모노 S 컬럼(0.5 x 5.0 cm, Pharmacia LKB)에 주입하였다. 동일한 완충용액에서 0 -0.08 M NaCl 직선 농도구배(15 ml)를 형성하여 단백질을 1차로 용출하였고, 0.08 M NaCl이 포함된 동일 완충용액 15 ml를 더 통과시켰다. 이어서 0.08 -0.2 M NaCl 직선 농도구배(20 ml)를 형성하여 2차로 단백질을 용출하였다. 각 분획의 부피는 1 ml이고 유속은 0.5 ml/min 이었다. 이상의 과정을 반복하여 엔도뉴클레아제를 가진 분획을 모아 센트리콘으로 농축한 후 1.5 M (NH4)2SO4를 함유한 50 mM 인산나트륨(pH 7.0) 완충용액으로 평형시켰다. 이 효소원을 동일한 완충용액으로 평형시킨 RESOURCE PHE 컬럼(0.64 x 30 mm, 1 ml, Pharmacia LKB)에 주입하여 소수성 상호작용 크로마토그래피를 수행하였다. 동일한 완충용액 15 ml로 씻어 준 후, 1.5-0 M (NH4)2SO4직선 농도구배를(25 ml) 형성하여 단백질을 용출하였다. 효소활성이 있는 분획을 센트리콘으로 농축한 후 20 mM Tris-HCl (pH 7.0) 완충용액으로 평형시켰다.Ammonium sulfate was slowly added to the cell culture solution to allow 80% saturation, followed by centrifugation at 14,000 x g , and the precipitate was dialyzed in 20 mM sodium acetate (pH 5.2) buffer overnight. 5 ml of this enzyme solution was injected into a mono S column (0.5 × 5.0 cm, Pharmacia LKB) previously equilibrated with the same buffer. Protein was eluted first by forming a 0 -0.08 M NaCl linear gradient (15 ml) in the same buffer, and further passed through 15 ml of the same buffer containing 0.08 M NaCl. Then a 0.08 -0.2 M NaCl linear concentration gradient (20 ml) was formed to elute the protein secondly. The volume of each fraction was 1 ml and the flow rate was 0.5 ml / min. The above procedure was repeated to collect fractions with endonucleases, concentrated to centricon, and equilibrated with 50 mM sodium phosphate (pH 7.0) buffer containing 1.5 M (NH 4 ) 2 SO 4 . This enzyme source was injected into a RESOURCE PHE column (0.64 x 30 mm, 1 ml, Pharmacia LKB) equilibrated with the same buffer to perform hydrophobic interaction chromatography. After washing with 15 ml of the same buffer, a 1.5-0 M (NH 4 ) 2 SO 4 linear gradient was formed (25 ml) to elute the protein. Enzyme-rich fractions were concentrated to centricon and equilibrated with 20 mM Tris-HCl (pH 7.0) buffer.

IM9 세포배양액을 황산암모늄으로 농축하여 정제에 이용하였다. 황산암모늄 분별침전을 농도차이를 두고 수행하였으나 효소분리에 많은 영향을 미치지 않아 80%의 농도로 처리하여 단백질을 침전시켜 정제를 실행하였다. 모노 S 컬럼을 통과시킨 시료에서 효소활성은 0.08-0.2 M NaCl 직선 농도구배에서 회수되었다(도 36). 양이온 교환수지에서 효소활성이 있는 분획을 소수성 상호작용 크로마토그래피인 RESOURCE PHE 컬럼을 통과시켰다. 1.5-0 M (NH4)2SO4직선 농도구배로 단백질을 용출하였을때 직선 농도구배중 0.7 M (NH4)2SO4농도구배에 나타난 단백질 분획에서 엔도뉴클레아제 효소활성을 관찰할 수 있었다(도 37). 약 10 g의 단백질을 포함하는 10 리터의 IM9 세포주 배양액에서 정제된 엔도뉴클레아제를 정량한 결과 약 10 ug이 회수된 것으로 나타났다.IM9 cell culture was concentrated to ammonium sulfate and used for purification. Fractional precipitation of ammonium sulfate was carried out with a difference in concentration, but the purification was performed by precipitating the protein by treating it at a concentration of 80% because it did not affect much on the enzyme separation. Enzyme activity in the sample passed through the mono S column was recovered in a 0.08-0.2 M NaCl linear gradient (Fig. 36). The enzymatic fraction in the cation exchange resin was passed through a RESOURCE PHE column, hydrophobic interaction chromatography. When the protein was eluted with a 1.5-0 M (NH 4 ) 2 SO 4 linear gradient, the endonuclease enzyme activity was observed in the protein fraction shown in the 0.7 M (NH 4 ) 2 SO 4 concentration gradient in the linear gradient. (FIG. 37). Purified endonucleases were quantified in 10 liter IM9 cell line cultures containing about 10 g of protein, indicating that about 10 ug was recovered.

4-3 천연 기공 구배 PAGE 및 SDS-PAGE에 의한 분자량 측정4-3 Molecular weight measurement by natural pore gradient PAGE and SDS-PAGE

양이온 교환수지 크로마토그래피에서 효소활성이 있는 분획을 모아 센트리콘으로 농축한 용액을 4-15% 직선 농도구배의 아크릴아미드 구배 겔에 주입하여 4oC에서 4 -5 mA로 18 시간 전기영동을 수행하였다. 전기이동 후 쿠마시 브릴리언트 블루 R-250으로 염색하여 단백질띠를 확인하였다. 단백질 띠에 해당하는 부위를 염색하기 전에 잘라내어 작은 조각으로 만든 후 20 mM Tris-HCl (pH7.0) 완충용액에서 4oC에서 8시간 동안 용출하였다. 용출된 단백질 분획중 엔도뉴클레아제 효소활성이 있는 부위를 초나선 플라스미드 DNA를 기질로 이용하여 확인하였다. 효소활성이 있는 분획을 농축하여 SDS-폴리아크릴아미드 겔 전기영동을 수행하였다. 이때 사용한 stacking gel은 4%이고 running gel은 7%였다. 천연 기공 구배 PAGE의 표준 단백질은 페리틴(ferritin)(440 kD), 카탈라제(232 kD), 락테이트 데하이드로게나제(140 kD) 그리고 소혈청알부민(67 kD)의 혼합액을 사용하였고, SDS-PAGE의 표준 단백질로는 마이오신(myosin)(200 kD), β-갈락토시다제(116.3 kD), 포스포릴라제 B (97.4 kD), 소혈청알부민(66.2 kD) 그리고 난알부민(45 kD)의 혼합물을 사용하였다.In the cation exchange resin chromatography, fractions with enzymatic activity were collected and concentrated into centricon and injected into a 4-15% linear gradient acrylamide gradient gel, followed by electrophoresis at 4 o C at 4 -5 mA for 18 hours. It was. After electrophoresis, the protein band was confirmed by staining with Coomassie Brilliant Blue R-250. Before staining the region corresponding to the protein band was cut into small pieces and eluted for 8 hours at 4 ° C in 20 mM Tris-HCl (pH 7.0) buffer solution. The site with endonuclease enzymatic activity in the eluted protein fraction was identified using ultra-stranded plasmid DNA as a substrate. Enzyme-activated fractions were concentrated to perform SDS-polyacrylamide gel electrophoresis. The stacking gel used was 4% and the running gel was 7%. The standard protein of the natural pore gradient PAGE was a mixture of ferritin (440 kD), catalase (232 kD), lactate dehydrogenase (140 kD) and bovine serum albumin (67 kD), and SDS-PAGE Standard proteins of myosin (200 kD), β-galactosidase (116.3 kD), phosphorylase B (97.4 kD), bovine serum albumin (66.2 kD) and egg albumin (45 kD) A mixture of was used.

모노 S 컬럼에서 용출된 효소활성이 있는 단백질 분획을 농축하여 4-15% 천연 기공 구배 겔 전기영동을 수행한 결과, 효소활성이 있는 단백질띠를 확인할 수 있었다(도 40). 효소활성이 나타난 단백질 띠는 명확하게 단일띠를 형성하지 않고 표준 단백질과 비교하여 140 kD 주위에 약간 퍼져 있음을 관찰할 수 있었다. 효소활성이 나타난 부위의 단백질을 용출하고 농축하여 SDS-PAGE를 수행한 결과(도 41) 크로마토그래피에 의해 정제된 엔도뉴클레아제(도 38)와 동일한 위치에서 순수하게 정제된 단백질띠를 확인하였고, 분자량이 약 72.4 kD임을 확인하였다(도 39). 천연 기공 구배 겔 전기영동의 결과와 SDS-PAGE의 결과를 비교하였을 때 엔도뉴클레아제는 호모다이머 형태로 존재하여 효소활성을 갖는 것으로 확인할 수 있었다.The protein fraction with enzymatic activity eluted from the mono S column was concentrated and 4-15% natural pore gradient gel electrophoresis was performed to confirm the protein band with enzymatic activity (FIG. 40). Protein bands showing enzymatic activity did not clearly form a single band but were slightly spread around 140 kD compared to standard protein. As a result of eluting and concentrating the protein at the site where the enzyme activity appeared, SDS-PAGE was performed (FIG. 41), and the purified protein band was confirmed at the same position as the endonuclease (FIG. 38) purified by chromatography. It was confirmed that the molecular weight was about 72.4 kD (FIG. 39). When comparing the results of natural pore gradient gel electrophoresis with the results of SDS-PAGE, it was confirmed that the endonuclease was present in the homodimer form and had enzymatic activity.

4-4 정제한 효소의 특성 확인4-4 Characterization of Purified Enzyme

엔도뉴클레아제 효소활성이 4시간 동안 나타나지 않는 U937 세포주에서 분리한 핵을 기질로 사용하였다. 20 mM Tris-HCl (pH 7.0) 완충용액에 함유된 분리한 핵에 1 mM Ca2+, 1 mM Mg2+, 1 mM Zn2+그리고 EDTA를 첨가해 효소활성 특이성을 37oC에서 10분간 반응시켜 확인하였다.Nuclei isolated from the U937 cell line in which the endonuclease enzyme activity was not shown for 4 hours were used as a substrate. 1 mM Ca 2+ , 1 mM Mg 2+ , 1 mM Zn 2+ and EDTA were added to the isolated nucleus contained in 20 mM Tris-HCl (pH 7.0) buffer for 10 minutes at 37 o C. Reaction was confirmed.

U937 세포주에서 분리한 핵을 기질로 이용하여 정제한 효소의 이온 요구성을 관찰한 결과 Mg2+존재하에 효소활성이 나타남을 확인하였고, apoptosis의 저해물질인 Zn2+와 킬레이트화제인 EDTA에 의해서 효소활성이 완전히 저해되었음을 볼 수 있었다(도 42). 이러한 효소활성의 특성은 상기한 효소활성 특성과 일치하는 것이다.Using the nucleus isolated from the U937 cell line as a substrate, the ion requirement of the purified enzyme was observed. The enzyme activity was observed in the presence of Mg 2+ , and Zn 2+ , an inhibitor of apoptosis, and EDTA, a chelating agent, were observed. It could be seen that the enzyme activity was completely inhibited (FIG. 42). Such enzymatic activity is consistent with the enzymatic activity.

본 발명의 엔도뉴클레아제는 외부의 박테리아 DNA를 적절하게 분해하여 세포가 DNA를 유입하는 기능을 가지고 있으며 또한 세포에 유입된 DNA는 세포 내부의 엔도뉴클레아제에 의해 프로세싱이 일어나고 프로세싱된 외부 DNA의 CpG motif에 의하여 면역세포가 활성화되어 항체의 분비를 촉진하는 특징을 지니고 있다. 따라서, 본 발명의 엔도뉴클레아제는 면역보조제로서 그 산업상 이용가치가 있는 것이다.The endonuclease of the present invention has a function of properly digesting external bacterial DNA so that cells can introduce DNA, and the DNA introduced into the cell is processed by an endonuclease inside the cell and processed external DNA. Immune cells are activated by the CpG motif to promote the secretion of antibodies. Therefore, the endonuclease of the present invention is of industrial value as an adjuvant.

Claims (8)

면역세포로부터 분비되고 박테리아 DNA를 외부의 물질로 인식하고 프로세싱하여 면역반응에 관여하는 CpG motif를 갖는 약 10 bp의 일본쇄 올리고뉴클레오타이드를 생성하는 엔도뉴클레아제.An endonuclease that is secreted from immune cells and recognizes and processes bacterial DNA as an external substance to produce about 10 bp single-chain oligonucleotides with a CpG motif that is involved in an immune response. 제1항에 있어서, 면역세포가 사람의 B 림프아 IM9 세포주 또는 12-O-테트라데카노일포르볼 13-아세테이트 처리된 U937 세포주인 엔도뉴클레아제.The endonuclease of claim 1, wherein the immune cells are human B lymphoblastic IM9 cell line or 12-O-tetradecanoylphorball 13-acetate treated U937 cell line. 제1항 또는 2항에 있어서, SDS-PAGE에 의한 분자량이 72.4 kD인 엔도뉴클레아제.The endonuclease according to claim 1 or 2, wherein the molecular weight by SDS-PAGE is 72.4 kD. 제1항 또는 2항에 있어서, 효소활성이 Mg2+의존성인 엔도뉴클레아제.The endonuclease according to claim 1 or 2, wherein the enzymatic activity is Mg 2+ dependent. 제1항 또는 2항에 있어서, 반응의 최적 pH가 6.6 내지 7.6인 엔도뉴클레아제.The endonuclease according to claim 1 or 2, wherein the optimum pH of the reaction is from 6.6 to 7.6. 제1항 또는 2항에 있어서, DNase I과는 천연-PAGE에서 효소활성의 이동 거리가 뚜렷하게 구분되는 엔도뉴클레아제.The endonuclease according to claim 1 or 2, wherein DNase I is distinct from the moving distance of enzymatic activity in native-PAGE. 사람의 B-림프아 IM9 세포주 또는 TPA로 처리된 골수형성 U937 세포주를 엔도뉴클레아제를 생성하기에 적절한 배지에서 배양하고 이 배양액으로부터 상기 면역세포에서 합성되어 분비된 엔도뉴클레아제를 정제함을 포함하는, CpG motif를 갖는 약 10 bp의 일본쇄 올리고뉴클레오타이드를 생성하는 엔도뉴클레아제의 제조방법.Human B-lympha IM9 cell line or myeloid U937 cell line treated with TPA was cultured in a medium suitable for producing endonuclease and purified from this culture synthesized and secreted endonucleases from said immune cells. A method of making an endonuclease comprising a single chain oligonucleotide of about 10 bp having a CpG motif. 제1항의 엔도뉴클레아제로 박테리아 DNA를 처리하여 형성된 CpG motif를 갖는 약 10 bp의 일본쇄 올리고뉴클레오타이드를 포함하는 면역보조제.An adjuvant comprising about 10 bp of single stranded oligonucleotide having a CpG motif formed by treating bacterial DNA with the endonuclease of claim 1.
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