KR20000070582A - Mammalian thioredoxin - Google Patents

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KR20000070582A
KR20000070582A KR1019997006829A KR19997006829A KR20000070582A KR 20000070582 A KR20000070582 A KR 20000070582A KR 1019997006829 A KR1019997006829 A KR 1019997006829A KR 19997006829 A KR19997006829 A KR 19997006829A KR 20000070582 A KR20000070582 A KR 20000070582A
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스피로우지아니스
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오테스코그 페르
카로 바이오 아베
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Abstract

본 발명은 티오레독신 및 이를 사용하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to thioredoxin and methods of using the same.

Description

포유류의 단백질{MAMMALIAN THIOREDOXIN}Mammalian protein {MAMMALIAN THIOREDOXIN}

티오레독신(Trx)은 많은 원핵세포 및 진핵세포에 존재하는 것으로 알려진 12-kDa의 단백질이며, 모든 생세포에 널리 존재하는 것 같다(Holmgren, A. (1984). Methods Enzymol. 107, 295-300, Holmgren, A. (1985)). 진화과정중에 보존서열인 Trp-Cys-Gly-Pro-Cys-Lys-을 갖는 활성자리 서열을 갖는 것이 특징이다. 티오레독신의 활성자리는 3차원 구조중 돌출부에 위치하고 있으며(Jeng. M. F. et al(1994) Structure 2, 853-868), 두 시스테인 잔기는 Trx-의존성 환원활성에 관련된 -SH를 제공한다. 산화된 티오레독신, 즉 Trx-S2는 플라빈 효소 티오레독신 환원효소(TR) 및 NADPH(티오레독신 시스템)에 의해서 Trx-(SH2)로 환원된다(Holmgren, A. (1985)상기와 동일문헌임).Thioredoxin (Trx) is a 12-kDa protein known to be present in many prokaryotic and eukaryotic cells and appears to be widely present in all living cells (Holmgren, A. (1984). Methods Enzymol. 107, 295-300) , Holmgren, A. (1985)). It is characterized by having an active site sequence having the conserved sequence Trp-Cys-Gly-Pro-Cys-Lys- during evolution. The active site of thioredoxin is located at the overhang of the three-dimensional structure (Jeng. MF et al (1994) Structure 2, 853-868), and two cysteine residues provide -SH related to Trx-dependent reductive activity. Oxidized thioredoxin, ie Trx-S 2, is reduced to Trx- (SH 2 ) by the flavin enzymes thioredoxin reductase (TR) and NADPH (thioredoxin system) (Holmgren, A. (1985) Same document as above).

여러 가지 출처(예, 래트 및 송아지 간, 토끼 골수, 및 사람의 태반등)로부터 분리된 포유류 티오레독신은 이들의 원핵세포 형태와 관련하여 구조적 차이점을 가진다. 활성자리 시스테인 잔기에 더하여, 2 또는 3(Trx 출처에 따라 다름)의 추가적인 구조적 시스테인 잔기가 상기 분자의 C-말단쪽에 존재한다. 이들 잔기의 산화로 그의 효소적 활성을 상실하게 된다(Re. X et al. (1993) Biochemistry 32, 9701-9708).Mammalian thioredoxin isolated from various sources (eg, rat and calf liver, rabbit bone marrow, human placenta, etc.) has structural differences with respect to their prokaryotic morphology. In addition to active site cysteine residues, additional structural cysteine residues of 2 or 3 (depending on the Trx source) are present at the C-terminus of the molecule. Oxidation of these residues results in the loss of their enzymatic activity (Re. X et al. (1993) Biochemistry 32, 9701-9708).

하나이상의 티오레독신이 많은 진핵동물, 예를 들면 효모에 존재한다(Muller E.G. (1992) Yeast 8, 117-120). 그러나, 이제까지 단지 하나의 티오레독신만이 포유동물 세포에서 클로닝되었다.One or more thioredoxins are present in many eukaryotes, such as yeast (Muller E.G. (1992) Yeast 8, 117-120). However, so far only one thioredoxin has been cloned in mammalian cells.

포유동물 티오레독신은 리보뉴클레오타이드 환원효소의 수소 공여자(Thelander, L., Reichard, P. (1979) Ann. Rev. Biochen. 48, 133-158) 및 메티오닌 설폭시드 환원효소(Holgren, A. (1985) 전술한 문헌과 동일)로서 작용을 하고, 디설파이드-함유 단백질의 재접힘(refolding)을 가능하게 하고("plasma Membrane oxidoreductases in Control of Animal and Plant Growth", "NATOAST" series, eds, F.L. Grane et al., Plenum Press, New York 295-302), IL-2수용체 또는 글루코코르티코이드를 활성화(Grippo, J.F., Holgren,A., Pratt, W.B. (1985) Biol. Chem. 260, 93-97), Tagaya, et al. (1989) EMBO J. 8, 757-764))하는 등 광범위한 생화학적 기능에 관련되어 있다. 또한, 이 단백질은 티오fp독신에 의해서 교대로 환원되는 뉴클리어 인자(nuclear factor)를 통해서 직접적으로(TFIIIC(9), BZLF1(10) 및 NF-kB(11))이나 간접적으로(AP-1) 몇몇 전사인자의 DNA 결합 활성을 조절할 수 있다. 티오레독신에 의한 전사인자의 산화환원 조절이 중요함은 v-fos 종양유전자(oncogene)에서 알 수 있으며, 이 종양유전자에서 Cys154/Ser에서의 돌연변이로 AP-1복합체가 계속적으로 활성적이게 한다(Lkuno, H. et al(1993) Oncogene 8, 695-701). 리더(leader)가 없는 경로를 사용하는 세포에 의해서 티오레독신이 분비되고(Ericson, M.L., et al(1992) J. Biol. Chem. 267, 24161-24164; rubartelli, A., et al(1995) Cancer Res. 55, 675-680), 그리고, 림프세포, 피브로블라스트 및 사람의 다양한 고체 종양세포주를 자극한다(Wakasugi, N, et al(1990). Proc. Natl. Acad. SCI. USA 87, 8282-8286; Oblong, J.E., et al(1994) J. Biol. Chem 269, 11714-11720; Nakamura, H., et al(1992) Cancer 69, 2091-2097; Gasdaska, U.R., et al(1995) Cell Growth & Differentiation 6, 1643-1650). 더욱이, Trx 는 초기임신인자의 핵심적인 성분이며(Clarke F.M. et al (1991) Reproduction & Fertility 93, 525-539), 이는 대식세포에서 HIV발현을 저해하고(Newman, G.W. et al(1994) J. Experim. Medicine 180, 359-363), H2O2를 유도할 수 있으며(Spector A et al(1988) J. Biol. Chem. 263, 4984-4990), 자유 라디칼(Schallreuter K. U., Wood J. M.(1986) Biochem Biophys. Res. Commun. 136, 630-637)을 이용할 수 있으며, 산화 스트레스로부터 세포를 보호할 수 있다(Nakamura, H. et al(1994) Immunology Letters 42, 75-80).Mammalian thioredoxin is a hydrogen donor of ribonucleotide reductase (Thelander, L., Reichard, P. (1979) Ann. Rev. Biochen. 48, 133-158) and methionine sulfoxide reductase (Holgren, A. ( 1985), the same as the above-mentioned literature, and enable refolding of disulfide-containing proteins ("plasma Membrane oxidoreductases in Control of Animal and Plant Growth", "NATOAST" series, eds, FL Grane) et al., Plenum Press, New York 295-302), activating IL-2 receptors or glucocorticoids (Grippo, JF, Holgren, A., Pratt, WB (1985) Biol. Chem. 260, 93-97), Tagaya, et al. (1989) EMBO J. 8, 757-764), and is involved in a wide range of biochemical functions. In addition, the protein can be directly (TFIIIC (9), BZLF1 (10) and NF-kB (11)) or indirectly (AP-1) through the nuclear factor, which is alternately reduced by thiofpdoxin. Can regulate the DNA binding activity of some transcription factors. The redox regulation of transcription factors by thioredoxin is important in the v-fos oncogene, a mutation in Cys154 / Ser in this oncogene that continually activates the AP-1 complex. (Lkuno, H. et al (1993) Oncogene 8, 695-701). Thioredoxin is secreted by cells using a pathway without a leader (Ericson, ML, et al (1992) J. Biol. Chem. 267, 24161-24164; rubartelli, A., et al (1995) Cancer Res. 55, 675-680) and stimulates lymphoid cells, fibroblasts and various solid tumor cell lines in humans (Wakasugi, N, et al (1990). Proc. Natl. Acad. SCI. USA 87 , 8282-8286; Oblong, JE, et al (1994) J. Biol. Chem 269, 11714-11720; Nakamura, H., et al (1992) Cancer 69, 2091-2097; Gasdaska, UR, et al (1995) ) Cell Growth & Differentiation 6, 1643-1650. Moreover, Trx is a key component of early pregnancy factors (Clarke FM et al (1991) Reproduction & Fertility 93, 525-539), which inhibits HIV expression in macrophages (Newman, GW et al (1994) J. Experim.Medicine 180, 359-363), can induce H 2 O 2 (Spector A et al (1988) J. Biol. Chem. 263, 4984-4990), free radicals (Schallreuter KU, Wood JM (1986) Biochem Biophys. Res. Commun. 136, 630-637) and can protect cells from oxidative stress (Nakamura, H. et al (1994) Immunology Letters 42, 75-80).

본 발명자들은 알려진 포유동물 티오레독신과는 기능적 및 구조적으로 다른 새로운 포유동물 티오레독신을 동정하였다. 이 새로운 티오레독신은 Trx2이다.The inventors have identified a new mammalian thioredoxin that is functionally and structurally different from the known mammalian thioredoxin. This new thioredoxin is Trx2.

따라서, 본 발명의 첫 번째 양상은 Trx2 유전자 산물 또는 기능적으로 Trx2와 유사한 폴리펩타이드를 코딩하는 분리된 핵산을 제공하는 것이다. 바람직하게는, 상기 핵산 분자는 도 1A 또는 도 9에서 나타난 서열을 포함한다.Accordingly, a first aspect of the invention is to provide an isolated nucleic acid encoding a Trx2 gene product or a polypeptide functionally similar to Trx2. Preferably, the nucleic acid molecule comprises the sequence shown in FIG. 1A or 9.

상기 핵산분자는 cDNA일 수 있다.The nucleic acid molecule may be cDNA.

바람직하게도, 상기 핵산은 Trx2 유전자 산물 도는 Trx2와 유사한 기능을 하는 폴리펩타이드을 코딩하는 도 1A 또는 도 9의 핵산서열과 적어도 60, 70 또는 80%의 동질성, 더욱 바람직하게는 90% 서열 동질성을 가진다. 이 것은, 예를 들면, 다양한 서열이 유전자 코드의 퇴화성(degeneracy)에 의해서 여전히 Trx2 산물을 생성할 수 있음을 설명한다.Preferably, the nucleic acid has at least 60, 70 or 80% identity, more preferably 90% sequence identity with the nucleic acid sequence of FIG. 1A or 9 encoding a Trx2 gene product or a polypeptide that functions similar to Trx2. This demonstrates that, for example, various sequences can still produce Trx2 products by degeneracy of the genetic code.

"Trx2에 기능적으로 유사한(functionally similar to Trx2)"이라 함은 지시된대로 예를 들면 Trx1에 비해 산화반응에 내성이 있는 포유류 티오레독신 환원효소의 존재하에 NADPH와 함께 디설파이드 환원이나 인슐린의 촉매작용에 의해 티오레독신 활성을 갖는 폴리펩타이드를 의미하려는 의도이다. 알려진 Trx 1은 시스테인 잔기가 산화되어 그의 효소적 활성을 상실하게 된다(Ren X et al. (1993) Biochemistry 32, 9701-9708). 그러나 Trx 2는 이러한 시스테인 잔기가 없다."Functionally similar to Trx2" refers to catalysis of disulfide reduction or insulin with NADPH, for example, in the presence of mammalian thioredoxin reductase that is resistant to oxidation compared to Trx1, as indicated. By means of a polypeptide having thioredoxin activity. Known Trx 1 oxidizes cysteine residues and loses their enzymatic activity (Ren X et al. (1993) Biochemistry 32, 9701-9708). However, Trx 2 lacks these cysteine residues.

본 발명의 두 번째 양상은 본발명의 첫 번째 양상에 따른 핵산에 의해서 코딩되는 폴리펩타이드, 바람직하게는 성숙 단백질을 제공하는 것이다. 바람직하게는, 상기 폴리펩타이드는 도 1A 또는 도 10에 나타난 핵산 서열을 포함한다.A second aspect of the invention is to provide a polypeptide, preferably a mature protein, encoded by a nucleic acid according to the first aspect of the invention. Preferably, the polypeptide comprises the nucleic acid sequence shown in FIG. 1A or 10.

Trx2의 아미노산 서열의 분석결과, 효소 작용으로 가공되어 성숙단백질이 될 수 있는 것으로 나타났다. 따라서, 본 발명은 또한 Trx2와 적어도 기능적으로 유사한 성숙 단백질, 단편, 동족체 또는 상동물을 제공하는 것이다. 본 발명은 또한 천연 Trx2와 기능적으로 동일하거나 바람직하게는 더 나은 기능을 갖는 재조합 폴리펩타이드 또는 합성 폴리펩타이드을 포함한다.Analysis of the amino acid sequence of Trx2 showed that it can be processed into enzymes to become mature proteins. Accordingly, the present invention also provides for mature proteins, fragments, homologs or homologs that are at least functionally similar to Trx2. The present invention also encompasses recombinant polypeptides or synthetic polypeptides that are functionally identical to, or preferably better than, native Trx2.

바람직하게는, 상기 성숙 단백질은 도 1A 의 아미노산 서열중 Thr 59-Asp166 아미노산 서열, 또는 도 10의 서열중 Leu 59-166을 포함한다.Preferably, the mature protein comprises Thr 59-Asp166 amino acid sequence of the amino acid sequence of Figure 1A, or Leu 59-166 of the sequence of Figure 10.

본 발명의 또다른 양상은 본발명의 첫 번째 양상에 따른 핵산을 포함하는 플라스미드나 다른 벡터를 제공한다. 그러한 플라스미드나 다른 벡터는 바람직하게는 본 발명에 따른 핵산이 삽입될 수 있으며 본 기술분야에서 공지된 발현벡터의 종류일 수 있다.Another aspect of the invention provides a plasmid or other vector comprising a nucleic acid according to the first aspect of the invention. Such plasmids or other vectors may preferably be inserted with the nucleic acid according to the present invention and may be a type of expression vector known in the art.

상기 플라스미드나 벡터를 E.coli와 같은 적합한 미생물 숙주 또는 본발명의 핵산서열의 발현을 위하여 포유동물이나 곤충세포등과 같은 본기술분야에서 알려진 적합한 세포에 삽입할 수도 있다. 따라서, 본 발명은 본발명에 따른 플라스미드나 벡터를 포함하는 박테리아, 포유동물 또는 곤충세포를 제공한다.The plasmid or vector may be inserted into a suitable microorganism host such as E. coli or a suitable cell known in the art such as mammalian or insect cells for expression of nucleic acid sequences of the present invention. Accordingly, the present invention provides a bacterial, mammalian or insect cell comprising a plasmid or vector according to the present invention.

티오레독신 2(Trx 2)의 장점은 산화에 내성이 있고, 미토콘드리아로 이동한다는 것이다. 미토콘드리아는 지질대사 및 호기적 호흡(산화적 인산화)와 같은 세포의 매우 중요한 기능을 갖는 자리이다. 호흡에 있어서, 디옥신(dioxyen)의 불완전한 환원으로 반응성 산소 중간체, ROIs(과산화수소, 스퍼옥시드 음이온 O2및 히드록시 라디칼 OH)을 형성한다. ROIs의 수준이 증가하면(본명세서에서 산화적 스트레스(oxidative stress)라고 함), 지질의 과산화, 단백질의 불활성화, 및 DNA사슬의 절단등이 야기된다. 티오레독신은 항산화 분자로 작용하며 히드록시 라디칼릉 이용하며, 과산화수소를 환원하고, 산화에 의해서 불활성화된 단백질을 재활성화시킬 수 있다.The advantage of thioredoxin 2 (Trx 2) is that it is resistant to oxidation and migrates to mitochondria. Mitochondria are sites with very important functions of cells such as lipid metabolism and aerobic respiration (oxidative phosphorylation). In respiration, incomplete reduction of dioxyen forms reactive oxygen intermediates, ROIs (hydrogen peroxide, spuroxide anion O 2 and hydroxy radical OH). Increased levels of ROIs (called oxidative stress in this specification) result in peroxidation of lipids, protein inactivation, and DNA chain cleavage. Thioredoxin acts as an antioxidant molecule and utilizes hydroxy radicals, reduces hydrogen peroxide and reactivates proteins that are inactivated by oxidation.

따라서, 본발명은 세포독성 및 조직 손상을 유도하는 산화 스트레스로부터 보호하는 것을 포함하는 Trx2의 치료적 적용을 제공하다. 더욱 자세하게는 Trx2는 국소빈혈 손상(ischaemic), 눈 질병, 방사능 및 약물 독성으로을 보호하기 위해서 사용될 수 있다.Thus, the present invention provides a therapeutic application of Trx2 which includes protecting against oxidative stress leading to cytotoxicity and tissue damage. More specifically, Trx2 can be used to protect against ischemic, eye disease, radiation and drug toxicity.

조직의 국소빈혈 손상과 관련하여, 활성 산소 종류들이 국소빈혈 관류손상에 관련된 것으로 생각된다. 많은 심장 발작 및 마비에서, 국소빈혈기간(ischaemic period)후에 재관류 기간(reperfusion)이 이어지며, 재관류기간동안 산소 라디칼이 생성되어 아마도 심장마비나 발작 손상의 진정한 원인이 되는 것 같다. 국소빈혈적 관류 손상을 약화시키기 위한 보호화합물로서 Trx2를 사용할 수 있다.In relation to ischemic injury of tissues, it is believed that reactive oxygen species are involved in ischemic perfusion injury. In many heart attacks and paralysis, reperfusion follows after the ischemic period, and oxygen radicals are produced during the reperfusion period, which is probably the true cause of heart attack or seizure damage. Trx2 can be used as a protective compound to attenuate ischemic perfusion damage.

눈 질병과 관련하여, 백내장을 포함하여 다수의 눈질병은 광-산화적 스트레스에 관련된다. 망막에 산화 스테레스를 받는 동안 생긴 활성산소 종류에 의해서 야기된 손상으로부터 망막세포를 보호하기 위해 Trx2를 사용할 수도 있다.In connection with eye diseases, many eye diseases, including cataracts, are involved in photo-oxidative stress. Trx2 can also be used to protect retinal cells from damage caused by free radical species during oxidative stress in the retina.

방사능 조사와 관련하여, 방사능에 노출은 산소 라디칼 산화의 주요 원인중 하나이다. 방사능 효과를 약화시키기 위한 방사능-보호 화합물로 Trx2를 사용할 수 있다.With regard to radiation investigations, exposure to radiation is one of the main causes of oxygen radical oxidation. Trx2 can be used as a radioprotective compound to weaken the radioactive effect.

마지막으로, 약물 독성과 관련하여, 널리 알려진 수개의 약물(예, 아드리아마이신)은 반응성 산소 종류의 생성으로 야기되는 다양한 바람직하지 못한 부작용을 나타낸다. 예를 들면, 아드리아마이신의 존재하에서는 심장 독성이 손상의 주요한 형태이며, 부작용을 제거하기 위해서 Trx2를 사용할 수도 있다.Finally, with respect to drug toxicity, several well known drugs (eg, adriamycin) exhibit various undesirable side effects caused by the generation of reactive oxygen species. For example, in the presence of adriamycin, cardiac toxicity is a major form of injury, and Trx2 may be used to eliminate side effects.

본 발명은 다음의 실시예에 의해서 자세히 설명될 것이며, 도 1-15를 참고로 한다:The invention will be explained in detail by the following examples, with reference to Figures 1-15:

도 1은 래트 Trx2의 cDNA, 유추된 아미노산 서열 및 예측된 2차구조를 나타낸다. A)에서 단일문자코드로 나타나는 유추된 아미노산 서열은 뉴클레오타이드 서열아래에 있다. 활성자리를 박스로 처리하였고 잠재적인 폴리아데닐화 신호에 밑줄을 그었다. B)에서, DNASTAR 프로그램 및 Garnier-Robson알고리즘을 사용하여 2차 구조를 예측하였다. Trx2 아미노산 서열의 수치법 도표에 Kyte-Doolittle알고리즘을 적용하였다;1 shows the cDNA, inferred amino acid sequence and predicted secondary structure of rat Trx2. The inferred amino acid sequence represented by the single letter code in A) is below the nucleotide sequence. Active sites were boxed and underlined potential polyadenylation signals. In B), the secondary structure was predicted using the DNASTAR program and the Garnier-Robson algorithm. The Kyte-Doolittle algorithm was applied to the numerical plot of the Trx2 amino acid sequence;

도 2는 SP6 RNA폴리머라제, TNT 커플링된 망상적혈구 전사 번역 시스템 및 [35S]메티오닌을 사용하여 Trx2 cDNA의 시험관 번역을 나타낸다. A)는 예측된 Trx2 아미노산 서열의 N-말단 부분의 분석을 나타낸다. 상기 영역의 2차 구조 예측에 의하면 나타난 대로 알파-헬릭스를 제시한다. 화살표는 두 프로테아제 모델에 의해서 절단을 위한 공통 모티브에 의해서 결정된 예측 미토콘드리아 신호 펩타이드 프로테아제 절단 자리를 나타낸다(Hendrick J. P., Hodges, P.E., Rosenberg, L.E. (1989) Proc. Natl. Acad SCI. USA 86, 4056-4060). 진한체중에서 10에 아르기닌; 8위치에 소수성 잔기; 5위치에 S, G 및 T 잔기가 존재한다. B)에서, 이 배열은 E.coli티오레독신의 3차원 구조에 근거한 것이다(Eklund, H., Gleason, F.K., Holmgren, A. (1991) proteins 11, 13-28). 검은 박스는 사람 Trx, 래트 Trx1 및 래트 Trx2에서 보존된 아미노산 잔기를 나타낸다. 상기 구조는 알파-헬릭스, 비틀어진 310헬릭스 및 5 베타-시트을 나타낸다;Figure 2 shows in vitro translation of Trx2 cDNA using SP6 RNA polymerase, TNT coupled reticulocyte transcription translation system and [35S] methionine. A) shows analysis of the N-terminal part of the predicted Trx2 amino acid sequence. Secondary structure prediction of the region suggests alpha-helix as shown. Arrows indicate predicted mitochondrial signal peptide protease cleavage sites determined by the common motif for cleavage by both protease models (Hendrick JP, Hodges, PE, Rosenberg, LE (1989) Proc. Natl. Acad SCI. USA 86, 4056- 4060). Arginine at 10 weight; Hydrophobic residues at position 8; S, G, and T residues are present at position 5. In B) this arrangement is based on the three-dimensional structure of E. coli thioredoxin (Eklund, H., Gleason, FK, Holmgren, A. (1991) proteins 11, 13-28). Black boxes represent amino acid residues conserved in human Trx, rat Trx1 and rat Trx2. The structures represent alpha-helix, twisted 3 10 helix and 5 beta-sheets;

도 4는 계통 발생학 나무를 나타낸다. 계통 발생학적 나무는 PAM 250자기 무게 표를 사용한 Clustal 법으로 작성하였다;4 shows a phylogenetic tree. Phylogenetic trees were prepared by the Clustal method using a PAM 250 magnetic weight table;

도 5는 래트 조직에서Trx1 과 Trx2의 노던 블랏 분석을 나타낸다. 각 레인은 2㎍ 폴리(A)+ RNA를 함유한다. "experimental procedures"에 설명된 대로 상기 블랏을 Trx1 과 Trx2 프로브로 혼성화하였다. 분석을 위해 사용된 조직을 맨위에 나타냈다. mRNA의 추정된 크기는 Trx1 및 Trx2 각각에 대해 0.6kb 및 1.3kb이었다;5 shows Northern blot analysis of Trx1 and Trx2 in rat tissue. Each lane contains 2 μg poly (A) + RNA. The blots were hybridized with Trx1 and Trx2 probes as described in "experimental procedures". The tissue used for analysis is shown at the top. estimated sizes of mRNA were 0.6 kb and 1.3 kb for Trx1 and Trx2, respectively;

도 6은 Trx1및 Trx2를 코딩하는 전사체의 RT-PCR 분석을 나타낸다. 전체 RNA의 1㎍dmf 역전사하였고, 2㎍ 1, 2㎍ 2 및 베타-액틴에 구체적인 프라이머로 PCR를 위한 주형으로서 1㎕을 사용하였다. 상기 산물을 아가로스 겔 전기영동으로 분리하고 막으로 이동시키고, 특이한 올리고뉴클레오타이드 프로브로 탐침화하였다;6 shows RT-PCR analysis of transcripts encoding Trx1 and Trx2. 1 μgdmf reverse transcription of total RNA was used and 1 μl was used as template for PCR with primers specific for 2 μg 1, 2 μg 2 and beta-actin. The product was separated by agarose gel electrophoresis and transferred to the membrane and probed with specific oligonucleotide probes;

도 7은 세포 분획의 이뮤노블랏 분석을 나타낸다. 세포 분획을 SDS/PAGE 로 분석하고 항-Trx 2 항체로서 전개하였다. 레인 1, △-Trx 2(5ng); 레인 2, 전체 래트 간세포 추출물(15㎍); 레인 3, 세포질 분획(15㎍); 레인 4, 미토콘드리아 분획(15㎍); 레인 5, 퍼옥시좀 분획(15㎍); 레인 6, 사람의 Trx1(5 ng).7 shows immunoblot analysis of cell fractions. Cell fractions were analyzed by SDS / PAGE and developed as anti-Trx 2 antibodies. Lane 1, Δ-Trx 2 (5 ng); Lane 2, whole rat hepatocyte extract (15 μg); Lane 3, cytoplasmic fraction (15 μg); Lane 4, mitochondrial fraction (15 μg); Lane 5, peroxysome fraction (15 μg); Lane 6, human Trx1 (5 ng).

도 8은 Trx 활성도를 분석을 나타낸다. DTT가 존재하거나 존재하니 않는 경우에 인슐린을 환원시키는 능력에 대해 산화된 Trx 2및 사람의 티오레독신을 분석하였다. 6M 구아니딘-HCl 및 1mM DTNB의 첨가로 20분후에 상기 반응을 종료하였다;8 shows the analysis of Trx activity. Oxidized Trx 2 and human thioredoxin were analyzed for the ability to reduce insulin in the presence or absence of DTT. The reaction was terminated after 20 minutes with the addition of 6M guanidine-HCl and 1 mM DTNB;

도 9는 사람의 Trx2 cDNA 서열을 나타낸다;9 shows a human Trx2 cDNA sequence;

도 10은 도 9의 cDNA 서열에 기초하여 예상되는 인체의 Trx2 아미노산 서열을 나타낸 것이고;FIG. 10 shows an expected human Trx2 amino acid sequence based on the cDNA sequence of FIG. 9; FIG.

도 11은 Trx2와 상호 작용을 하는 단백질을 코딩하는 인체의 간의 cDNA 서열 두 가지를 나타낸 것이고;FIG. 11 shows two cDNA sequences of the human liver encoding a protein that interacts with Trx2; FIG.

도 12는 Trx2와 상호 작용을 하는 단백질을 코딩하는 래트의 뇌의 cDNA 서열 다섯 가지를 나타낸 것이고;12 shows five cDNA sequences of the brain of rats encoding proteins that interact with Trx2;

도 13은 인체 trx2 유전자를 나타낸 것이고;Figure 13 shows human trx2 genes;

도 14는 염색체 22내 PCR 생성물의 겔 사진을 나타낸 것이고;14 shows a gel photograph of the PCR product in chromosome 22;

도 15는 RNA 마스터 블랏(master blot: Clontech)를 사용하여 분석된 인체 Trx2의 RNA 레벨을 나타낸 것이다.FIG. 15 shows RNA levels of human Trx2 analyzed using RNA master blot (Clontech).

본 발명은 새로운 포유동물 티오레독신을 코딩하는 핵산의 분리 및 특징화와, 상기 핵산으로부터 생산되는 단백질 또는 폴리펩타이드에 관한 것이다.The present invention relates to the isolation and characterization of nucleic acids encoding new mammalian thioredoxin and to proteins or polypeptides produced from such nucleic acids.

1. 래트 티오레독신 2의 클론닝1. Cloning of Rat Thioredoxin 2

전개 전반에 걸쳐 보존되는 티오레독신(VVVDFSATWCGPCK) 활성 부위의 일차 구조를 가32P로 표지된 변성 프라이머(primer)를 고안하는 데 및 신규의 티오레독신 유전자용 래트 심장 cDNA 라이브러리(Clontech)의 스트린용 프로브로서 사용되었다. 약 1×106플라크를 제조사(Amersham)의 지침에 따라 스크린하였으며, 양성 박테리오파지가 동정되었다. 이 박테리오파지로부터 삽입물을 절제하고, TA-벡터(Invitrogen)으로 클론화하고 서열화하였다. 상기 클론의 A 392 bp 부분이 특정 프라이머(trx2리: 5'-AACCTTTATCGTCCAGGATGGAC-3' 및 trx2fl: 5'-GCTGGGAGTTCTACTAGGTTCC-3')로 PCR에 의해 확대되었다(94 ℃에서 1 분 동안, 52 ℃에서 1 분 동안, 72 ℃에서 1 분 동안, 30 회 사이클시킴).To design a denatured primer labeled 32 P with the primary structure of the thioredoxin (VVVDFSATWCGPCK) active site, which is conserved throughout the development, and to test the novel rat heart cDNA library (Clontech) for the novel thioredoxin gene. Used as a lean probe. About 1 × 10 6 plaques were screened according to the manufacturer's instructions (Amersham) and positive bacteriophages were identified. Inserts were excised from this bacteriophage, cloned into a TA-vector (Invitrogen) and sequenced. The A 392 bp portion of the clone was expanded by PCR with specific primers (trx2lee: 5'-AACCTTTATCGTCCAGGATGGAC-3 'and trx2fl: 5'-GCTGGGAGTTCTACTAGGTTCC-3') (1 at 52 ° C for 1 minute, 1 minute at 52 ° C). 30 cycles for 1 minute at 72 ° C.).

이 PCR 생성물은 무작위적인 프라임밍(random priming)에 의해32P로 표지되어, 매우 가혹한 조건(high-stringency conditions) 하에서 동일한 라이브러리를 재스크린하는데 사용되었다. 혼성화는 익스프레스하이브 하이브리디제이션 용액(Expresshyb hybridization solution: Clontech)내에서 60 ℃로 수행된 후에, 실온에서 2×SSC-0.1% SDS(1×SSC는 '0.15 M NaCl + 0.15 M 시트르산나트륨'임)로 10 분 동안 5 회 씻어주고, 60 ℃에서 0.1%SSC-0.1% SDS로 40 분 동안 2 회 씻어주었다. 600,00 이상의 클론들이 스크린되었으며, 5 개의 클론들을 동정하여, TA-벡터로 클론화하고 서열화하였다. 모든 클론들은 중복되었으며, 가장 긴 것인 Trx2는 ATG 개시 코돈으로 시작되고 TGA 말단(terminal) 코돈으로 종결되는 501 bp 오픈 리딩 프레임을 갖는다. 전체 길이 cDNA 5'를 얻기 위하여, 정착(anchor)-특정 프라이머 및 Trx2의 3' 비번역(untranslated) 영역(trx2r2: 5'-GCTGGGAGTTCTACTAGGTTCC-3')에 대해 상보적인 안티센스(antisense) 프라이머의 존재 하에서 올리고뉴클레오티드-정착(anchored) 심장 cDNA 주형을 이용하는 네스트화된(nested) PCR에 의한 cDNA 말단의 고속 확대(RACE: Rapid Aplication of cDNA Ends)를 Clontech 프로토콜에 따라 수행하였다. PCR 생성물들은 TA-벡터로 클론화되고 서열화되었다. cDNA 단편은 확대되어, Trx2를 중복시키고, 서열내에 ATG 개시 코돈 상부의(upstream) TGA 종결 코돈을 포함하는 신규한 5' 서열의 46 bp를 코드화하였다. 전체 복합체 서열은 1276 bp로 이루어지고, 폴리(A) 테일(tail)에 해당하는 20 개 아데노신의 스트레취(stretch) 및 이 폴리(A) 테일로부터의 상부에 18 bp, AATAAAA 동기(motif)를 포함한다. 이 오픈 리딩 프레임은 18.2 kDa의 예상 중량 및 7.9의 pI로 166 개 아미노산의 단백질을 코드화한다(도 1A, 1B).This PCR product was labeled 32 P by random priming and was used to rescreen the same library under high-stringency conditions. Hybridization was performed at 60 ° C. in an Expresshyb hybridization solution (Clontech), followed by 2 × SSC-0.1% SDS at room temperature (1 × SSC being '0.15 M NaCl + 0.15 M sodium citrate'). Rinse 5 times for 10 minutes, and washed twice for 40 minutes with 0.1% SSC-0.1% SDS at 60 ℃. More than 600,00 clones were screened and five clones were identified, cloned and sequenced with a TA-vector. All clones were duplicated and the longest Trx2 had a 501 bp open reading frame starting with the ATG start codon and ending with the TGA terminal codon. To obtain full length cDNA 5 ', in the presence of an anchor-specific primer and antisense primer complementary to the 3' untranslated region of trx2 (trx2r2: 5'-GCTGGGAGTTCTACTAGGTTCC-3 ') Rapid Aplication of cDNA Ends (RACE) by nested PCR using oligonucleotide-anchored cardiac cDNA templates was performed according to the Clontech protocol. PCR products were cloned and sequenced with the TA-vector. The cDNA fragment was expanded to overlap Trx2 and encode 46 bp of a novel 5 'sequence containing the TGA termination codon upstream of the ATG start codon in the sequence. The entire complex sequence consists of 1276 bp and a stretch of 20 adenosines corresponding to the poly (A) tail and 18 bp, AATAAAA motive, on top of the poly (A) tail. Include. This open reading frame encodes a protein of 166 amino acids with an expected weight of 18.2 kDa and a pi of 7.9 (FIGS. 1A, 1B).

Trx2 클론내에 존재하는 오픈 리딩 프레임이 기능적이며, 프로테인을 번역하는데 코드화한다는 것을 확인하기 위하여, cDNA가 TA-Trx2 클론의 SP6 프로모터로부터 전사되었으며, 30 ℃에서 60 분 동안 [35S]메티오닌과 혼합하여 Sp6 RNA 폴리머라제 및 TNT 짝지워진 망상적혈구 용해질 시스템(Promega)을 이용해서 0.5 ㎍이 번역되었다. 이 번역 생성물들은 15% SDS-폴리아크릴아미드 겔 전기영동법에 의해 분석도어, 자동 방사 사진법에 의해 가시화되었다. 이 결과, 번역가능하고 기능적인 코딩 서열의 존재를 나타내는, 20-kDa 번역 생성물이 나타났다(도 2).To confirm that the open reading frame present in the Trx2 clone is functional and codes for protein translation, the cDNA was transcribed from the SP6 promoter of the TA-Trx2 clone and mixed with [ 35 S] methionine at 30 ° C. for 60 minutes. 0.5 μg was translated using Sp6 RNA polymerase and TNT paired reticulocyte lysate system (Promega). These translation products were visualized by analytical doors, autoradiography by 15% SDS-polyacrylamide gel electrophoresis. This resulted in a 20-kDa translation product, indicating the presence of a translatable and functional coding sequence (FIG. 2).

2. 추론된 아미노산 서열의 분석2. Analysis of Inferred Amino Acid Sequences

단백질의 N-말단 영역은 양으로 하전된 잔기들의 함량이 높고, 잠재적인 α-헬릭스 및 후속 β-쉬트를 나타내는 이차 예상 구조를 갖는다(도 1B).The N-terminal region of the protein has a high content of positively charged residues and has a secondary predicted structure, indicating potential α-helices and subsequent β-sheets (FIG. 1B).

이같은 특징들은 미토콘드리아성 분자내 위치를 나타내는 부분 아미노산 조성물의 알고리즘(algorithm) 분석(Newman, G.W. etal (1994). J. Experim. Medicine 180, 359-363) 및 대부분의 미토콘드리아 표적 시그날 펩티드(Neupert, W. (1994). Clinical Investigator, 72, 251-261)에 통상적인 것이다. 미토콘드리아성 펩티드 프로테아제의 동기 또한 Ser 58 및 Thr 59 사이의 분해 부위(cleavage site)로 발견되었다(도 3A). 이같이 추정되는 절단은 12.2 kDa 숙성(mature) 프로테인을 생성시키며, 이는 기존에 알려진 티오레독신과 비슷한 크기를 갖는다.These features are characterized by algorithmic analysis of partial amino acid compositions showing mitochondrial intramolecular position (Newman, GW etal (1994). J. Experim. Medicine 180, 359-363) and most mitochondrial target signal peptides (Neupert, W). (1994) Clinical Investigator, 72, 251-261). Motives of mitochondrial peptide proteases were also found as cleavage sites between Ser 58 and Thr 59 (FIG. 3A). This presumed cleavage produces a 12.2 kDa mature protein, which is similar in size to thioredoxin known in the art.

프로테인의 절반이 되는 C-말단은 특징적인 아미노산 서열, Trp-Cys-Gly-Pro-Cys-Lys를 갖는 티오레독신에에서 발견되는 활성 부위를 포함하였다. 이 분자는 다른 포유류의 티오레독신과 35% 상동성을 나타내었으며, 포유류 티오레도신에 보존되는 다수의 구조적 아미노산들, 즉 Phe-12, Pro-40, Asp-59, Lys-82 또한 Trx2내에 보존되었다(도 3B). 그러나, 단백질-단백질 상호작용에 관련된 아미노산들, 예컨대 Ala-93 및 Glu-57은 각각 Ile 및 Lys로 변환된다. Trx2 및 포유류 티오레독신 사이에서 한 가지 주요 차이점은 모든 포유류 티오레독신내에 존재하는 잔기인, 구조적 시스테인(cysteins)가 없다는 것이다.The C-terminal half of the protein contained the active site found in thioredoxin with the characteristic amino acid sequence, Trp-Cys-Gly-Pro-Cys-Lys. The molecule was 35% homologous to thioredoxin in other mammals, and a number of structural amino acids conserved in mammalian thioredocin, Phe-12, Pro-40, Asp-59 and Lys-82, were also found in Trx2. Conserved (FIG. 3B). However, amino acids involved in protein-protein interactions, such as Ala-93 and Glu-57, are converted to Ile and Lys, respectively. One major difference between Trx2 and mammalian thioredoxin is the absence of structural cysteines, residues present in all mammalian thioredoxin.

Trx2는 기존의 포유류 단백질보다는, E.coli 티오레독신과의 상동성이 좀더 큰고, 계통발생적 분석에 따르면, Trx2는 이 계통 트리의 다른 가지라고 여겨지는데, 포유류 프로테인과는 멀고 원핵 생물 및 하위 진핵 세포 것에 가까다고 보여진다.Trx2 is more homologous to E. coli thioredoxin than conventional mammalian proteins and, according to phylogenetic analysis, Trx2 is considered to be a different branch of this phylogenetic tree, far from mammalian protein and prokaryotic and subeukaryotic. It seems to be close to the cell thing.

서열 동족성은 도 4에 약술하였다.Sequence homology is outlined in FIG. 4.

3. Trx1 및 Trx2 mRNA 발현의 노오쓰런 블럿 및 RT-PCR 분석3. Northrun Blot and RT-PCR Analysis of Trx1 and Trx2 mRNA Expression

다양한 래트 조직들(Clontech)로부터의 고순도 폴리(A) + RNA의 2 ㎍/lane에 의한 래트 다중 조직 노던 블럿(northern blot)은 2 개의 프로브들로 혼성화 되었는데(hybridized), 하나는 Spyrou 등의 J. Biol Chem 272, 2936-2941 (1996)에 기재된 바와 같이 하나는 래트 Trx2에 특정적인 392 bp이고 다른 하나는 래트 티오레독신(Trx1)에 특정적인 360 bp이다. 래트 Trx1 및 Trx2 오픈 리딩 프레임 프로브들은 무작위적인 프라임밍 방법(random priming prcedure)에 의해 [32P]dCTP로 표지되고, 익스프레스하이브 용액(Clontech)으로 혼성화되었다. 이 Trx1 프로브는 폐에서 매우 높은 레벨의 0.6 kb RNA로 혼성화되었다. 이 Trx2 mRNA는 cDNA(1.276 bp)의 크기에 따라 1.3 kb 대역으로서 검측되고, 심장, 폐, 골격근 및 신장에서 매우 크게 발현되었다. RT-PCR은 이 프로테인들의 발현히 매우 낮을 수도 있는 조직내에서 Trx1 및 Trx2의 상대적인 발현 정도를 비교하는 데 사용되었다(도 6). RT-PCR 분석은, 수컷 및 암컷 래트(6∼8 주령)를 경부 탈구를 통해 치사시켜, 조직을 모으고, 샘플을 즉시 산 구아니듐 티오시아네이트-페놀-클로로포름 단일 단계 추출 프로토콜(Chomczymski, P., Sacchi, N.(1987). J. Biol. Chem. 162, 156-159)에 따라 총 RNA 동정 공정을 수행하는 것으로 이루어졌다. 정제된 RNA의 동정성 및 질은 포르알데히드 변성 아가로스 겔 전기영동법 및 A260/A280비율 측정에 의해 조정되었다.Rat multi-tissue northern blots with 2 μg / lane of high purity poly (A) + RNA from various rat tissues (Clontech) were hybridized with two probes, one of which was Spyrou et al. J. As described in Biol Chem 272, 2936-2941 (1996), one is 392 bp specific to rat Trx2 and the other is 360 bp specific to rat thioredoxin (Trx1). Rat Trx1 and Trx2 open reading frame probes were labeled with [ 32 P] dCTP by random priming methods and hybridized with ExpressHive solution (Clontech). This Trx1 probe hybridized with very high levels of 0.6 kb RNA in the lung. This Trx2 mRNA was detected as a 1.3 kb band depending on the size of cDNA (1.276 bp) and expressed very largely in the heart, lung, skeletal muscle and kidney. RT-PCR was used to compare the relative expression levels of Trx1 and Trx2 in tissues that may be very low in expression of these proteins (FIG. 6). RT-PCR analysis was performed by killing male and female rats (6-8 weeks old) through cervical dislocation to collect the tissues and immediately sample the guanidium thiocyanate-phenol-chloroform single step extraction protocol (Chomczymski, P.). , Sacchi, N. (1987). J. Biol. Chem. 162, 156-159). The identity and quality of the purified RNA were adjusted by formaldehyde modified agarose gel electrophoresis and A 260 / A 280 ratio measurement.

첫 번째 스트랜드 합성의 경우, 총 RNA(1 ㎍)을 물 10 μL에 용해시키고, 70 ℃에서 5 분 동안 가열한 후에 얼음상에서 냉각시켰다. 부피가 20 μL로 증가되어, 각각 1mM의 dATP, dGTP, dCTP, dTTP, 10 mM의 DTT, 5 pmol의 랜덤 헥사머류(random hexamers)/L(Promega), 1 U RNAsin/μL, 200 U 수퍼스크립트(Superscript) RT (GIBCO-BRL) 및 공급체로부터 추천된 배양 완충액의 최종 농도가 주어졌다. PCR 확대의 경우, cDNA의 1 μL(총 20 μL)를 PCR에 적용하고, PCR9600 써모사이클러(thermocycler: Perkin-Elmer, Norwalk, CT)에서 10 초 동안 94 ℃, 30 초 동안 54 ℃, 60 초 동안 72 ℃로 배양함으로써 24 회 사이클 동안 확대시켰다. 올리고뉴클레오티드 trx2fl: 5'-AACCTTTATCGTCCAGGATGGAC-3' 및 trx2rl: 5'-GCTGGGAGTTCTACTAGGTTCC-3'은 Trx2 mRNA의 392 bp 단편을 확대시키는 데 사용되었다. 올리고뉴클레오티드 trx1fl: 5'-CCAAAATGGTGAAGCTGATCGAGAG-3' 및 trx1rl: 5'-TGATTAGGCAAACTCCGTAATAGTG-3'은 Trx1 mRNA의 360 bp 단편을 확대시키는 데 사용되었다. 올리고뉴클레오티드 Act 5', CTGGCACCACACCTTCTA 및 Act3', GGGCACAGTGTGGGTGAC는 β-액틴 mRNA로부터의 238 bp 단편을 확대시키는 데 사용되었다. 아가로스 겔 전기영동법 및 니트로셀룰로스 필터에 대한 블럿팅 이후에, PCR 생성물은 다음과 같은32P-표지된 내부 올리고뉴클레오티드로 혼성화되었다: Trx2에 대한 trx2r2: 5'-CACCACCTTCCCGTGCTGTTT-GGCTACCATCTTCTCTAACCGAGGTCC-3', Trx1에 대한 trx1r2: 5'-CTGGAATGTT-GGCGTGCATTTGACTTCACACTCTGAAGCAACATCCTG-3' 및 액틴 프라이머 5'-GATGACCCAGATCATGTTTGA-3'.For the first strand synthesis, total RNA (1 μg) was dissolved in 10 μL of water, heated at 70 ° C. for 5 minutes and then cooled on ice. Volume increased to 20 μL, 1 mM dATP, dGTP, dCTP, dTTP, 10 mM DTT, 5 pmol random hexamers / L (Promega), 1 U RNAsin / μL, 200 U superscript, respectively (Superscript) RT (GIBCO-BRL) and the final concentration of recommended culture buffer from the feed were given. For PCR amplification, 1 μL of cDNA (20 μL total) was applied to the PCR, followed by 94 ° C. for 10 seconds, 54 ° C. for 30 seconds, and 60 seconds in a PCR9600 thermocycler (Perkin-Elmer, Norwalk, CT). Incubation at 72 ° C. for 24 cycles. Oligonucleotides trx2fl: 5'-AACCTTTATCGTCCAGGATGGAC-3 'and trx2rl: 5'-GCTGGGAGTTCTACTAGGTTCC-3' were used to amplify the 392 bp fragment of Trx2 mRNA. Oligonucleotides trx1fl: 5'-CCAAAATGGTGAAGCTGATCGAGAG-3 'and trx1rl: 5'-TGATTAGGCAAACTCCGTAATAGTG-3' were used to amplify the 360 bp fragment of Trx1 mRNA. Oligonucleotides Act 5 ', CTGGCACCACACCTTCTA and Act3', GGGCACAGTGTGGGTGAC were used to augment the 238 bp fragment from β-actin mRNA. After blotting on agarose gel electrophoresis and nitrocellulose filters, the PCR product hybridized to the following 32 P-labeled internal oligonucleotides: trx2r2 for Trx2: 5'-CACCACCTTCCCGTGCTGTTT-GGCTACCATCTTCTCTAACCGAGGTCC-3 ', Trx1 Trx1r2 for: 5'-CTGGAATGTT-GGCGTGCATTTGACTTCACACTCTGAAGCAACATCCTG-3 'and actin primer 5'-GATGACCCAGATCATGTTTGA-3'.

혼성화을 익스프레스하이브 하이브리디제이션 용액에서 50 ℃로 수행한 후에, 2×SSC-0.1%SDS로 실온에서 10 분 동안 5 회 씻어주고, 최종적으로 0.1%SSC-0.1%SDS로 50 ℃에서 40 분 동안 2 회 씻어 주었다. Trx1이 결장 및 간에서 좀더 크게 발현되는 β-액틴 발현을 따르는 것으로 알려진 반면에, Trx2는 완전히 다른 패턴을 나타내었는데, 소뇌, 심장, 골격근, 신장, 부신 및 고환에서 크게 발현되었다. Trx1 및 Trx2 사이의 교차 혼성화는 관찰되지 않았다.Hybridization was performed at 50 ° C. in the ExpressHive Hybridization Solution, then washed 5 times at room temperature with 2 × SSC-0.1% SDS for 10 minutes, and finally at 40 ° C. for 40 minutes at 50 ° C. with 0.1% SSC-0.1% SDS. Washed once. While Trx1 is known to follow β-actin expression, which is more expressed in colon and liver, Trx2 exhibited a completely different pattern, which was largely expressed in the cerebellum, heart, skeletal muscle, kidney, adrenal gland and testes. No cross hybridization between Trx1 and Trx2 was observed.

4. 재조합 티오레독신 2의 발현 및 아세포 위치4. Expression and Subcellular Location of Recombinant Thioredoxin 2

일부 래트 Trx2(aa 60-166y, Trx2)를 코드화하는 cDNA C-말단부는, 각각의 폴리펩티드 N-말단 및 C-말단에서 NdeI(trx2pl: 5'-ACCACCAGAGTCCATATGACAACCTTTAAACGTC-3') 및 BamHI(trx2p2: 5'-CTGGCCGGATCCCTGCTTATCAGCCAATTAGC-3') 부위를 유도하는 두 가지의 돌연변이 프라이머를 이용하여 TA-Trx2 플라스미드로부터의 PCR에 의해 확대되었다. 확대된 DNA는 T7 프로모터의 조정 하에서 pET-15b 발현 벡터(Novagen)의 NdeI-BamHI 부위로 클론화되어, 생성된 플라스미드, pET-trx는 E.coli 균주 BL21(DE3)로 전환되었다. 단일 양성 콜로니가 L-배양액 1L에 암피실린 50 ㎍/mL로 접종되고, 37 ℃에서 OD600= 0.5까지 배양되었다. 그 후에, 융해 프로테인 발현이 0.5 mM IPTG를 첨가함으로써 유도되었으며, 계속해서 3.5 h 동안 추가 배양하였다.The cDNA C-terminus, which encodes some rat Trx2 (aa 60-166y, Trx2), contains NdeI (trx2pl: 5'-ACCACCAGAGTCCATATGACAACCTTTAAACGTC-3 ') and BamHI (trx2p2: 5') at each polypeptide N-terminus and C-terminus. -CTGGCCGGATCCCTGCTTATCAGCCAATTAGC-3 ') site was expanded by PCR from the TA-Trx2 plasmid using two mutant primers. The expanded DNA was cloned into the NdeI-BamHI site of the pET-15b expression vector (Novagen) under the control of the T7 promoter, so that the resulting plasmid, pET-trx, was converted to E. coli strain BL21 (DE3). Single positive colonies were inoculated in 1 L of L-culture at 50 μg / mL of ampicillin and incubated at 37 ° C. up to OD 600 = 0.5. Thereafter, fusion protein expression was induced by addition of 0.5 mM IPTG, followed by further incubation for 3.5 h.

세포들을 10,000×g에서 10 분 동안 원심분리하여 모으고, 펠릿을 50 mL의 20 mM 트리스-HCl pH 8.0, 100 mM NaCl 및 1mM PMSF에 재현탁액화하였다. 리소자임을 얼음위에서 30 분 도안 교반하여 최종 농도 0.5 mg/mL까지 첨가하였다. 그후에, MgCl2(10 mM), MnCl2(1mM), DNAxe I(10 ㎍/mL) 및 RNAse(10 ㎍/mL)를 첨가하고, 배양을 얼음상에서 추가 45 분 동안 계속하였다. 세포들을 8 분 동안의 초음파를 이용하여 분쇄하고, 15,000×g에서 30 분 동안의 원심분리를 통해 상등액을 제거하고, Talon 레진 컬럼(Clontech)에 로딩하고 프로테인을 20 mM 이미다졸로 용리시켰다. 용리된 프로테인의 크기 및 순도는 15% 겔상의 SDS-PAGE로 측정되었다. Talon 크로마토그래피후에 15kD의 단일 밴드가 관찰되었다(데이타 미첨부).Cells were collected by centrifugation at 10,000 × g for 10 minutes and the pellet was resuspended in 50 mL of 20 mM Tris-HCl pH 8.0, 100 mM NaCl and 1 mM PMSF. Lysozyme was stirred for 30 minutes on ice and added to a final concentration of 0.5 mg / mL. Thereafter, MgCl 2 (10 mM), MnCl 2 (1 mM), DNAxe I (10 μg / mL) and RNAse (10 μg / mL) were added and the culture continued on ice for an additional 45 minutes. Cells were ground using 8 minutes of ultrasound, centrifuged at 15,000 × g for 30 minutes to remove supernatant, loaded onto Talon resin column (Clontech) and eluted with 20 mM imidazole. The size and purity of the eluted protein was determined by SDS-PAGE on a 15% gel. After Talon chromatography, a single band of 15 kD was observed (without data).

본 발명자들은 다음에 친화도 면역화된 래빗으로부터 얻어진 정제된 폴리클론성 항체(Zeneca Research Biochemicls, England)를 이용하여 Trx2의 아세포 위치(subcellular localization)를 분석하였다. 6 회의 접종 후에, 래빗으로부터의 혈청을 암모늄 설페이트 침전물로 정제하였다.We next analyzed the subcellular localization of Trx2 using purified polyclonal antibodies (Zeneca Research Biochemicls, England) obtained from affinity immunized rabbits. After six inoculations, serum from rabbits was purified with ammonium sulfate precipitate.

시아노겐-브로마이드-활성화된 세파로스 4B 컬럼을 이용하여 친화-정제된 항체들을 제조하고 제조업체 (Pharmacia사)의 권장에 따른 방법을 이용하여 여기에 Trx2 0.5mg을 커플링시켰다. 재조합 Trx2와 총 세포 추출물을 이용하여 웨스턴 블로팅에 의해 항체의 특이성을 시험하였다. Svensson, L.T., Alexsohn, S.E.H., Hiltunen, J.K. (1995) J. Biol. Chem. 270, 12177-12183에 설명된 바에 따라 래트의 간으로부터 미토콘드리아, 퍼옥시좀 및 세포질 분획을 제조하였다. 면역블로팅 분석을 위해 샘플들을 15% SDS-PAGE로 처리하고, 분리된 단백질을 니트로셀룰로스막 (Hybond-C Super, Amersham)으로 전기영동에 의해 이동시켰다. 막을 5% 건조 탈지유 분말 및 0.05% Tween 80을 함유하는 PBS로 블로킹시킨다음 친화-정제된 항-trx2 항체와 함께 추가 인큐베이션시켰다. 1:5000배로 희석된 호스래디쉬 퍼옥시다제-컨쥬게이트된 염소의 항 토끼 IgG (Amersham)를 이용하여 면역검색을 수행한다음 ECL 프로토콜 (Amersham)에 의해 과산화수소에 의해 촉매된 루미놀 산화시켰다. 도 7에 도시된 바와 같이, trx2는 미토콘드리아 분획에만 존재하고 세포질 분획과 퍼옥시좀 분획에는 아무런 신호도 나타나지 않았다. 래트의 Trx1은 trx2에 대한 친화 정제된 항체와 교차반응하지 않았다. 사진농도계 분석에 의해 래트의 간으로부터 얻은 총 무세포 추출물 중의 trx2 함량은 약 0.1μg/mg 단백질인 것으로 평가되었다 (데이타 나타내지 않음). 미토콘드리아의 전좌(translocation) 펩타이드를 갖는 과도기적 예비단백질 (transient preprotein)은 검색되지 않았는데 이는 전좌 과정이 매우 신속함을 가리키는 것이다. 레인 1의 재조합 trx2은 His-tag이 트롬빈에 의해 제거되지 않았으므로 분자량이 더 높았다.Affinity-purified antibodies were prepared using a cyanogen-bromide-activated Sepharose 4B column, and 0.5 mg of Trx2 was coupled thereto using a method recommended by the manufacturer (Pharmacia). The specificity of the antibody was tested by western blotting using recombinant Trx2 and total cell extracts. Svensson, L. T., Alexsohn, S. E. H., Hiltunen, J. K. (1995) J. Biol. Chem. Mitochondria, peroxysomes and cytoplasmic fractions were prepared from the livers of rats as described in 270, 12177-12183. Samples were treated with 15% SDS-PAGE for immunoblotting analysis and the separated proteins were electrophoresed to nitrocellulose membranes (Hybond-C Super, Amersham). The membrane was blocked with PBS containing 5% dry skim milk powder and 0.05% Tween 80 and then further incubated with affinity-purified anti-trx2 antibody. An immunoassay was performed using anti-rabbit IgG (Amersham) of horseradish peroxidase-conjugated goat diluted 1: 5000 fold and then luminol catalyzed by hydrogen peroxide by ECL protocol (Amersham). As shown in FIG. 7, trx2 was present only in the mitochondrial fraction and no signal appeared in the cytoplasmic fraction and the peroxysome fraction. Rat Trx1 did not cross react with affinity purified antibodies to trx2. The photoximeter analysis evaluated the trx2 content in the total cell free extract obtained from the liver of the rat to be about 0.1 μg / mg protein (data not shown). Transient preproteins with mitochondrial translocation peptides were not detected, indicating that the translocation process is very rapid. Recombinant trx2 in lane 1 had a higher molecular weight because His-tag was not removed by thrombin.

5. 티오레독신 촉매된 인슐린 환원5. Thioredoxin Catalyzed Insulin Reduction

재조합 trx2의 특이성을 확인하기 위해, 본 발명자들은 인슐린의 환원을 실험하였다. 이 실험은 포유동물의 티오레독신 리덕타제 (TR: thioredoxin reductase)의 존재시, NADPH에 의한 인슐린의 디설파이드 환원을 티오레독신이 촉매하는 고전적인 분석법이다. 실험결과를 재조합 trx2와 인간의 티오레독신의 활성과 비교하였다. 환원에 의해 Trx1 및 trx2을 활성화시키기 위해, 기본적으로는 Holgrem, A. BjUrnstedt, M. (1995) Methods Enzymol 252, 199-208에 설명된 대로 인슐린 디설파이드 환원 분석을 수행하되 단지 약간만 변형시켰다. Trx1 및 trx2의 분주액을 37℃에서 20분간 70μl의 총 부피중 2μldml 50mM Hepes pH 7.6, 100 μg/ml BSA 및 2mM DTT와 함께 예비인큐베이션시켰다. 이어서, 200 μl Hepes (1M) pH 7.6, 40μl EDTA (0.2M), 50μl NADPH (40 mg/ml) 및 500 μl 인슐린 (10 mg/ml)으로 이루어진 반응 혼합물 40 μl을 첨가하였다. 송아지 흉선으로부터 얻은 10 μl의 TR (3.0 A412단위)을 첨가시켜 반응을 개시하고 37℃에서 20분간 계속 인큐베이션시켰다. 1mM DTNB, 6M 구아니딘-HCl 0.5 ml를 첨가하여 반응을 중지시키고 412 nm에서의 흡수도를 측정하였다. 송아지-흉선 TR과 인간의 티오레독신은 스웨덴 카롤린스카 인스티튜트 (Karolinska Institute, Sweden)의 Holmgren 교수로부터 얻었다. 도 8에 도시된 바와 같이, DTT와 함께 샘플을 미리 인큐베이션시킨 경우에는 trx2와 인간의 Trx는 TR에 대해 동등하게 우수한 기질로 작용하였다. 그러나, 산화된 인간의 Trx는 현저한 지연기 (lag phase)를 가지며 인슐린의 환원 능력이 감소된 것으로 나타났다. trx2의 활성은 산화에 의해 영향받지 않았다. 비록 trx2가 원핵세포의 티오레독신과 상동성이긴 하지만, E. coli TR에 대한 기질로는 작용할 수 없었다 (데이타 제시하지 않음).To confirm the specificity of recombinant trx2, we tested the reduction of insulin. This experiment is a classical assay in which thioredoxin catalyzes the disulfide reduction of insulin by NADPH in the presence of thioredoxin reductase (TR) in mammals. The experimental results were compared with the activity of recombinant trx2 and human thioredoxin. In order to activate Trx1 and trx2 by reduction, basically an insulin disulfide reduction assay was performed with only minor modifications as described in Holgrem, A. BjUrnstedt, M. (1995) Methods Enzymol 252, 199-208. Aliquots of Trx1 and trx2 were preincubated with 2 μldml 50 mM Hepes pH 7.6, 100 μg / ml BSA and 2 mM DTT in a total volume of 70 μl at 37 ° C. for 20 min. Then 40 μl of the reaction mixture consisting of 200 μl Hepes (1M) pH 7.6, 40 μl EDTA (0.2M), 50 μl NADPH (40 mg / ml) and 500 μl insulin (10 mg / ml) were added. The reaction was initiated by the addition of 10 μl of TR (3.0 A 412 units) obtained from the calf thymus and incubated at 37 ° C. for 20 minutes. 0.5 ml of 1 mM DTNB, 6 M guanidine-HCl was added to stop the reaction and the absorbance at 412 nm was measured. Calf-thymus TR and human thioredoxin were obtained from Professor Holmgren of the Karolinska Institute, Sweden. As shown in FIG. 8, when the samples were previously incubated with DTT, trx2 and human Trx served as equally superior substrates for TR. However, oxidized human Trx has a significant lag phase and has been shown to reduce insulin's ability to reduce. The activity of trx2 was not affected by oxidation. Although trx2 is homologous to thioredoxin in prokaryotic cells, it could not act as a substrate for E. coli TR (data not shown).

6. 인간의 cDNA의 분리6. Isolation of Human cDNA

폴리머라제 연쇄반응을 이용하여, trx2를 코딩하는 인간의 cDNA를 분리하였다. 이를 도 9에 나타내었다. 이것은 래트의 trx2 cDNA와 87.4% 상동성을 나타냈다.Using polymerase chain reaction, human cDNA encoding trx2 was isolated. This is shown in FIG. 9. This showed 87.4% homology with the trx2 cDNA of rats.

도 10에 인간 trx2의 예상된 아미노산 서열을 나타내었다. 이것은 또한 Ser58과 Leu59 사이의 추정적인 미토콘드리아 프리펩타이드 프로테아제 절단부위도 함유한다.10 shows the expected amino acid sequence of human trx2. It also contains the putative mitochondrial prepeptide protease cleavage site between Ser58 and Leu59.

7. 티오레독신 2 상호반응 단백질7. Thioredoxin 2 Interacting Protein

trx2가 어떤 단백질과 상호반응하는지 알아보기 위해, 인간의 간 cDNA 라이브러리를 이용하여 효모 2 하이브리드 시스템으로 trx2 상호반응 단백질을 분리하였다. trx2를 pGBT9y 벡터 (Clontech)에 클로닝시키고, trx2와 융합된 GAL4 전사 활성화제의 DNA 결합 대역을 발현시켰다. GAL4의 DNA 활성화 대역과 융합된 클로닝된 cDNA를 발현하는 pGAD10 벡터 (Clontech)내로 간의 cDNA 라이브러리를 클로닝시켰다. 이들 2개의 벡터들을 트립토판과 류신에 대한 영양요구성 균주이면서 업스트림 활성화 서열 (UAS) 및 GAL1 프로모터의 TATA 부분의 조절 하에 리포터 유전자로서 히스티딘을 갖는, HF7c 효모 균주에 공동-형질전환시켰다. pGAD10 벡터에서 클로닝된 단백질과 trx2와의 상호반응후 GAL4의 전사 활성화가 복구되어 히스티딘이 발현되고 따라서 히스티딘이 결여된 플레이트상에서의 성장이 이루어진다. 대략 16 x 106개의 클론을 시험하였으며 2000개의 콜로니들이 Leu/Trp/His 결여 플레이트상에서 성장할 수 있었다. 추가 분석을 위해 110개의 양성 (성장하는) 클론을 선택하였다.To determine which proteins interact with trx2, we isolated trx2 interacting proteins in a yeast two hybrid system using human liver cDNA libraries. trx2 was cloned into the pGBT9y vector (Clontech) and expressed the DNA binding zone of the GAL4 transcriptional activator fused with trx2. The liver cDNA library was cloned into pGAD10 vector (Clontech) expressing cloned cDNA fused with the DNA activation band of GAL4. These two vectors were co-transformed to an HF7c yeast strain that was a trophogenic strain for tryptophan and leucine and had histidine as a reporter gene under the control of the upstream activating sequence (UAS) and the TATA portion of the GAL1 promoter. Transcriptional activation of GAL4 is restored after interaction of trx2 with the protein cloned in the pGAD10 vector, resulting in histidine expression and thus growth on histidine-deficient plates. Approximately 16 × 10 6 clones were tested and 2000 colonies could be grown on Leu / Trp / His lacking plates. 110 positive (growing) clones were selected for further analysis.

분리된 단백질은 피브리노겐 β-사슬 전구체, 플라스미노겐, 비트로넥틴, PDI, γ-액틴, 세린 히드록시메틸트랜스퍼라제, NF-kB p65 및 단백질 서열 데이타 베이스 중의 공지 단백질과 아무런 상동성을 갖지 않는 단백질들을 코딩하는 2개의 cDNA 서열이었다 (도 11).Isolated proteins have no homology with known proteins in fibrinogen β-chain precursors, plasminogen, vitronectin, PDI, γ-actin, serine hydroxymethyltransferase, NF-kB p65, and protein sequence databases Were two cDNA sequences encoding them (FIG. 11).

상기와 동일한 방식으로 스크리닝된 래트의 뇌 cDNA 라이브러리를 이용하여, 다음 클론들을 분리하였다: 시토크롬 c 옥시다제, 래트의 리보좀 단백질 S17, c-myc 인트론 결합 단백질 (아연 핑거 단백질), 및 데이타베이스 중 명백한 상동성을 나타내지 않는 단백질들을 코딩하는 5개의 cDNA 서열. cDNA 서열은 도 12에서 볼 수 있다.Using the brain cDNA library of rats screened in the same manner as above, the following clones were isolated: cytochrome c oxidase, ribosomal protein S17 of rats, c-myc intron binding protein (zinc finger protein), and apparent in database 5 cDNA sequences encoding proteins that do not exhibit homology. The cDNA sequence can be seen in FIG. 12.

8. trx2의 게놈 조직8. Genome organization of trx2

인간 게놈 중의 trx2 유전자 내의 인트론의 수와 위치를 알아내기 위해 (도 13), trx2 유전자 부분들의 PCR 증폭에 사용하기 위해 2세트의 프라이머를 제조하였다. 제 1 세트는 aa1 내지 aa7에 해당하는 전방향 프라이머와 aa110 내지 aa117의 역방향 프라이머로 이루어지고 제 2 세트는 aa88 내지 aa96의 전방향 프라이머와 정지 코돈의 하류로부터의 역방향 프라이머로 이루어진다. 제 1 세트는 인간의 게놈 DNA로부터의 증폭에 이용될 경우 약 4.2kb의 생성물을 생산하였고 제 2 프라이머는 약 96kb의 생성물을 생산함에 따라 총 약 13.2kb의 결합 인트론이 얻어졌다. 이들 두가지 산물을 모두 pGEMT 이지 벡터 (Promega)내로 클로닝시켜 서열분석하였다. 제 1 PCT 증폭 산물에서는 4kb의 오직 하나의 인트론만이 존재했는데 이것은 trx2의 aa87과 aa88 사이에 위치하였다. 9kb PCR 증폭 역시 오직 하나의 인트론만을 생산했는데 이것은 trx2의 aa129와 aa130 사이에 위치하였다. 두개 모두의 스플라이스 정션은 GT/AG 규칙과 잘 들어맞았다. trx2 유전자는 따라서 2개의 인트론을 갖는 것으로 나타났다.To determine the number and location of introns in the trx2 gene in the human genome (FIG. 13), two sets of primers were prepared for use in PCR amplification of trx2 gene portions. The first set consists of the forward primers corresponding to aa1 to aa7 and the reverse primers of aa110 to aa117 and the second set consists of the forward primers of aa88 to aa96 and reverse primers downstream of the stop codon. The first set produced about 4.2 kb of product when used for amplification from human genomic DNA and the second primer produced about 96 kb of product, resulting in a total of about 13.2 kb of binding intron. Both of these products were sequenced by cloning into the pGEMT easy vector (Promega). There was only one intron of 4 kb in the first PCT amplification product, which was located between aa87 and aa88 of trx2. 9kb PCR amplification also produced only one intron, which was located between aa129 and aa130 of trx2. Both splice junctions fit well with GT / AG rules. The trx2 gene has therefore been shown to have two introns.

9. 인간의 PAC 클론 분리 및 염색체 로컬라이제이션9. Human PAC Clone Isolation and Chromosome Localization

인간 남성 섬유아세포의 세포주로부터 구축되고, pCYPAC-2 (Lehrach 외, (1990); Loannou 외 (1994)와 접합된 인간의 PAC 라이브러리 (German Human Genome Project, Berlin의 Resource Center/Primary Database로부터 구입. No. 704)를 게놈 DNA 프로브 H6-2를 이용하여 스크리닝하였다. 인간의 trx2 유전자로부터의 trx2. 무작위적인 프라이밍에 의해32P로 4.2kb 단편을 표지시키고 가혹 조건 (45% 포름아미드, 42℃)하에서 밤새 PAC 클론과 결합된 필터에 하이브리다이즈시켰다. 하이브리다이제이션 후 필터를 2XSSC, 0.1% SDS에서 20분간, 0.1XSSC, 0.1% SDS에서 20분간 실온에서 세정한다음 65℃에서 0.1XSSC, 0.1% SDS 중에 3회 30분간 세척하였다. 4일 후 오토라디오그래피 (FUJI Medical X-ray)를 분석하였다. trx2 유전자를 함유하는 130kb의 클론 한개가 발견되었고 이것으로부터 Qiagen 제조에 의해 DNA를 분리하였다. 이 클론이 진짜 양성인지 확인하기 위해, 상기 사용한 바 있는 프라이머 세트를 이용하여 PCR을 수행하자 동일한 증폭 산물이 얻어졌다.Human PAC library (German Human Genome Project, Berlin Resource Center / Primary Database) constructed from cell lines of human male fibroblasts and conjugated with pCYPAC-2 (Lehrach et al. (1990); Loannou et al. (1994). 704) was screened using genomic DNA probe H6-2 trx2 from the human trx2 gene Labeling 4.2 kb fragment at 32 P by random priming and under harsh conditions (45% formamide, 42 ° C.) After overnight hybridization to the filter combined with the PAC clone, the filter was rinsed for 20 minutes at 2XSSC, 0.1% SDS, 20 minutes at 0.1XSSC, 0.1% SDS at room temperature and then 0.1XSSC, 0.1% at 65 ° C. Wash 30 times in SDS three times for 30 minutes Autoradiography (FUJI Medical X-ray) was analyzed 4 days later One 130kb clone containing the trx2 gene was found, from which DNA was isolated by Qiagen preparation. Cle In order to ensure that the real-positive, let perform PCR using a primer set used in the bar, the same amplified products was obtained.

10. 체세포 하이브리드 패널 형광 in situ 혼성화 (FISH: Fluorescence in situ Hybridization)10. Somatic Hybrid Panel Fluorescence in situ Hybridization (FISH)

인간의 어떤 염색체가 trx2 유전자를 지니고 있는지 동정하기 위해, 각 개인의 염색체를 유지하는 체세포 하이브리드 세포주 (햄스터/인간 및 마우스/인간)로부터 고분자량의 DNA를 분리하엿다. 개시 코돈 및 정지 코돈에 해당하는 프라이머를 이용하여 각각의 염색체에 대해 PCR 증폭을 실시하였다. 예상된 산물의 크기는 약 130kb였다. 염색체 22는 PCR 증폭에 의 해 예상되는 산물을 생산한 염색체였으므로 trx2 유전자를 함유하는 염색체인 것으로 밝혀졌다 (도 14).To identify which chromosomes in humans carry the trx2 gene, high molecular weight DNA was isolated from somatic hybrid cell lines (hamster / human and mouse / human) that maintain the chromosomes of each individual. PCR amplification was performed for each chromosome using primers corresponding to the start codon and stop codon. The expected product size was about 130 kb. Chromosome 22 was a chromosome that produced the product expected by PCR amplification and was found to be a chromosome containing the trx2 gene (FIG. 14).

닉-번역 (nick-translation)에 의해 바이오틴-16-UTPtrx2로 표지시킨 후 trx2의 PAC 클론을 프로브로서 사용하였다. trx2 유전자의 보다 상세한 국소화 분석결과를 얻기 위해, 표준 기술을 이용하여 인간의 메타상 염색체와의 슬라이드를 제조하였다. 슬라이드를 후고정시키고 RNase로 처리한다음 전술한 바와 같이 변성시켰다 (Pinkel외, (1986) Proc. Natl. Acad. Sci USA 83, 2934-2938). trx2에 대한 PAC 클론을 닉-번역에 의해 바이오틴-16-dUTP로 표지시킨 후 프로브로서 사용하였다. 프로브 (50ng, 100ng)를 68℃에서 10분간 변성시킨 후 37℃에서 30-60분간 Cot-1 DNA (2.5-3.5 (g)로 예비-어닐링시켰다. 37℃의 습실에 밤새 50% 포름아미드 중에서 하이브리다이제이션을 수행하였다. 이어서 이 슬라이드를 50% 포름아미드 중에서 5분씩 3회, 42℃에서 2XSSC, 60℃에서 0.1XSSC로 ㄷ회씩 세척하였다. 세척 후, 하이브리다이즈된 프로브를 형광-이소티오시아네이트-아비딘 D에 커플링시키고 형광 시그날을 형광-이소티오시아네이트-아비딘 D (Vector Lab)로 변형시킨 바이오티닐화 항-아비딘 항체로 3회 연속 처리하여 증폭시켰다. 탈수처리 후, 슬라이드를 안티페이드 (antifade)로서 2.3% DABCO (1,4-디아자비시클로-(2,2,2) 옥탄), 및 카운터스테인으로서 DAPI (4,6-디아미노-2-페닐-인돌) 0.5 g/ml를 함유하는 글리세롤상에 마운트시켰다. Power macintosh Quadra 950 컴퓨터에 의해 제어된 냉각 CCD-카메라 (Photometrics Synsys)가 장착된 Zeiss Axioskop 형광 현미경을 이용하여 시그날을 가시화시켰다. 회색 스케일의 영상이 포착되었고, 의사 착색 (pseudocolored)시키고 SmartCapture 소프트웨어 (Vysis)를 이용하여 병합시켰다. 하이브리다이제이션 시그날이 q131.1에서 상동적인 염색체 22의 두가지 모두의 크로마티드에서 대칭적인 스폿으로서 이 검색되었다.PAC clones of trx2 were used as probes after labeling with biotin-16-UTPtrx2 by nick-translation. To obtain more detailed localization analysis of the trx2 gene, slides with human meta-chromosomes were prepared using standard techniques. The slides were postfixed and treated with RNase and then denatured as described above (Pinkel et al. (1986) Proc. Natl. Acad. Sci USA 83, 2934-2938). PAC clones for trx2 were labeled with biotin-16-dUTP by nick-translation and used as probes. Probes (50 ng, 100 ng) were denatured at 68 ° C. for 10 minutes and then pre-annealed with Cot-1 DNA (2.5-3.5 (g) for 30-60 minutes at 37 ° C. in 37 ° C. overnight in 50% formamide Hybridization was carried out The slides were then washed three times in 50% formamide for 5 minutes each at 2 × SSC at 42 ° C. and 0.1 × SSC at 60 ° C. After washing, the hybridized probes were fluorescent-isothio. Amplification by three successive treatments with a biotinylated anti-avidin antibody that was coupled to cyanate-avidin D and modified with fluorescence-isothiocyanate-avidin D (Vector Lab). 2.3% DABCO (1,4-diazabicyclo- (2,2,2) octane) as antifade, and 0.5 g / of DAPI (4,6-diamino-2-phenyl-indole) as counterstain Mounted on glycerol containing ml Controlled by Power macintosh Quadra 950 computer Signals were visualized using a Zeiss Axioskop fluorescence microscope equipped with a cooled cooling CCD-camera (Photometrics Synsys) Gray scale images were captured, pseudocolored and merged using SmartCapture software (Vysis). The redidation signal was retrieved as a symmetrical spot on both chromatids of chromosome 22 homologous at q131.1.

11. trx2 발현의 노던 분석11. Northern analysis of trx2 expression

인간의 세포 종류에서 trx2 mRNA 분자가 존재하는지 검색하기 위해,32P dUTP로 표시된 trx2 cDNA 프로브를 인간의 mRNA 마스터 블롯 (Clontech)와 하이브리다이즈시켰다. 이 블롯을 오토라디오그래피 필름에 노출시킨 후, 필름상에 나타나는 도트에 대해 사진농도 측정을 수행하였다. 이어서 측정된 값들을 G3PDH (글리세랄데히드-3-포스페이트 데히드로게나제)를 이용하여 보정하였다. 최고치를 100%로 설정하고 나머지는 상기 설정치의 상대값으로서 평가하였다. 도 15에 블로팅된 다양한 조직의 mRNAs의 상대치를 도시하였다.To detect the presence of trx2 mRNA molecules in human cell types, trx2 cDNA probes labeled with 32 P dUTP were hybridized with human mRNA master blot (Clontech). After exposing this blot to an autoradiographic film, photographic concentration measurements were performed on the dots appearing on the film. The measured values were then corrected using G3PDH (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase). The highest value was set to 100% and the rest was evaluated as a relative value of the set value. Figure 15 shows the relative values of mRNAs of various tissues blotted.

12. 서브미토콘드리아 국소화 및 면역조직학적 분석12. Submitochondrial Localization and Immunohistochemical Analysis

미토콘드리아에서의 trx2의 기능을 좀 더 잘 이해하고, 2가지 하이브리드 스크리닝에서 분리된 몇몇 단백질들과 trx2의 상호작용을 평가하기 위해서는, trx2의 서브미토콘드리아 국소화를 조사할 필요가 있다. 살수된 래트의 신장과, 전자현미경과 함께 면역조직화학을 이용하여, 본 발명자들은 trx2가 미토콘드리아의 내막에 위치함을 발견하였다.To better understand the function of trx2 in mitochondria and to assess the interaction of trx2 with several proteins isolated in two hybrid screenings, it is necessary to investigate the submitochondrial localization of trx2. Using immunohistochemistry with the kidneys of the sprinkled rats and electron microscopy, we found that trx2 was located in the inner membrane of the mitochondria.

면역세포화학Immunocytochemistry

광현미경에 의한 면역세포화학분석을 위해 래트를 펜토바르비탈로 마취시키고 먼저 식염수 100ml를 심장관통하여 살포하고, 이어서 0.1M 인산염 완충식염수 (PBS; pH 7.3) 중 0.1% 피크린산과 4% 파라포름알데히드의 혼합물을 4-5분간 살포하였다. 살포후 조직을 절개하여 동 용액에서 60분간 침지에 의해 고정시켰다. 이 샘플을 저온유지장치에 섹셔닝시키기 전에 PBS 중 15% 수크로스로 동결방지시켰다. ABS-법을 이용하여 면역세포화학을 수행하였다. 상기 섹션들을 먼저 trx2에 대한 토끼의 항혈청 (1% BSA아 0.3% Triton X-100을 함유하는 PBS 중 1:250 희석물)과 함께 12-24시간 동안 인큐베이션시켰다. 수차례 세척한 후 섹션들을 30분씩 바이오티닐화된 염소-항-토끼 (Vector Labs, 1:300 희석) 및 ABS-복합체와 함께 인큐베이션시켰다. 색소원으로서 디아미노벤지딘을 사용하여 trx2-면역반응성을 나타내는 부위를 가시화시켰다. 이 섹션들을 탈수시키고 Nikon Microphot-FXA 현미경에 마운트시켜 관찰하였다.Rats were anesthetized with pentobarbital for immunocytochemical analysis by light microscopy and first sparged with 100 ml of saline, followed by 0.1% picric acid and 4% paraformaldehyde in 0.1 M phosphate buffered saline (PBS; pH 7.3). The mixture was sprayed for 4-5 minutes. After sparging, the tissues were dissected and fixed by immersion in the solution for 60 minutes. This sample was cryopreserved with 15% sucrose in PBS before sectioning on the cryostat. Immunocytochemistry was performed using the ABS-method. The sections were first incubated with rabbit antiserum against trx2 (1: 250 dilution in PBS containing 1% BSA and 0.3% Triton X-100) for 12-24 hours. After washing several times the sections were incubated with biotinylated goat-anti-rabbit (Vector Labs, 1: 300 dilution) and ABS-complexes for 30 minutes. Diaminobenzidine was used as the pigment source to visualize the site showing trx2-immunoreactivity. These sections were dehydrated and observed by mounting on a Nikon Microphot-FXA microscope.

면역전자 현미경 분석Immunoelectron Microscopy Analysis

면역전자 현미경 분석을 위해 마취된 동물들에게 PBS 중 4% 파라포름알데히드, 0.1% 피크린산 및 0.2% 글루타르알데히드를 5분간 살수시켰다. 조직을 5-6시간 침지시켜 후고정시켰다. 조직을 PBS 중 10% 글리세롤과 50% 수크로스를 이용하여 동결방지시켰다. 조직을 액체 질소에서 급속냉동시키고 50um의 냉동 분획을 저온유지장치내에서 잘던하엿다. 섹션들을 자유롭게 플로팅시켰다. trx2 항체를 1% BSA와 0.2% 사포닌을 함유하는 PBS로 희석 (1:50)하고 섹션들을 항체와 함께 4-6일간 인큐베이션시켰다. 수차례 세척한 후 섹션들을 2차 항체 및 ABS-복합체와 함께 각각 12시간씩 인큐베이션시켰다. 색소원으로는 디아미노벤지딘을 사용하였다. 이어서 섹션들을 2% 글루타르알데히드, 1% 오스뮴 테트라옥사이드 및 1% 우라닐 아세테이트로 각각 30분씩 고정시켰다. 조직들을 에탄올을 이용하여 탈수시키고 Epon에 심었다. 샘플을 전자 현미경으로 관찰하고 얇은 섹션을 Jeo 1200 전자 현미경으로 관찰하였다.Animals anesthetized for immunoelectron microscopic analysis were sprinkled with 4% paraformaldehyde, 0.1% picric acid and 0.2% glutaraldehyde in PBS for 5 minutes. Tissues were post-fixed by soaking for 5-6 hours. Tissues were cryoprotected with 10% glycerol and 50% sucrose in PBS. Tissue was rapidly frozen in liquid nitrogen and 50 μm frozen fractions were sieved in a cryostat. Sections were freely floated. The trx2 antibody was diluted (1:50) with PBS containing 1% BSA and 0.2% saponin and sections were incubated with the antibody for 4-6 days. After washing several times the sections were incubated with the secondary antibody and ABS-complex for 12 hours each. Diaminobenzidine was used as the dye source. Sections were then fixed for 30 minutes each with 2% glutaraldehyde, 1% osmium tetraoxide and 1% uranyl acetate. Tissues were dehydrated with ethanol and planted in Epon. Samples were observed with an electron microscope and thin sections were observed with a Jeo 1200 electron microscope.

질산 (NO)은 생체내에서 단백질의 S-니트로실화를 비롯하여 다양한 생리적 역할을 하는, 수명이 짧은 자유 래디칼 가스이다. 티오레독신 1은 자유 래디칼을스캐빈지시키는 것으로 널리 알려져 있고 (Schallreuter, K.V., Wood J.M. (1986) Biochem Biophys. Res. Commum 136, 630-637), 생체외에서 AP1중 NO의 작용을 가역화시킬 수 있으므로 (Nikitorite 외 (1998) Biochem. Biophys Res. Commun. 242, 109-112), 미토콘드리아내에 위치한 trx2는 trx1과 유사한 기능을 가질 가능성이 있고Nitric acid (NO) is a short-lived free radical gas that plays various physiological roles, including S-nitrosylation of proteins in vivo. Thioredoxin 1 is widely known for scavenging free radicals (Schallreuter, KV, Wood JM (1986) Biochem Biophys. Res. Commum 136, 630-637) and reversible the action of NO in AP1 in vitro. (Nikitorite et al. (1998) Biochem. Biophys Res. Commun. 242, 109-112), trx2 located in the mitochondria is likely to have a similar function to trx1.

13. 성인 암컷 및 수컷 쥐의 다른 조직에서의 면역 세포 화학 및 in situ 혼성화(in situ hybridization)13. Immunocytochemistry and in situ hybridization in other tissues of adult female and male mice

in situ 혼성화in situ hybridization

in situ 혼성화을 상기에 상세히 기술(Kononen 및 Pelto-Huikko, 1997, TIPS online)한 바와 같이 수행하였다. 말단 데옥시누클레오티드 트란스퍼라제(Amersham)를 사용하여 쥐 Trx2에 특이한 2개의 올리고누클레오티드(누클레오티드 trx2r2: CACCACCTTCCCGTGCTGTTTGGCTACCATCTTCTCTAACCGAGGTCC 및 trx2r3: GACAACTCTGTCTTGAAAGTCAGGTCCATCCTGGACGTTAAAGGTTGT)의 3'-종말을 33P-dATP(NEN, Boston, MA)로 1 × 109 cpm/mg의 비활성(specific activity)으로 라벨링하였다. 시그널의 강도를 증가시키기 위해 혼성화에 개별적으로 사용할 때와 통상 함께 사용할 때, 2개 프로브 모두 유사한 결과를 야기하였다. 혼성화의 특이성을 확인하게 위해 유사한 CG-함량 및 비활성을 가진 몇몇 제어 프로브를 사용하였다. 라벨되지 않은 프로브를 100 몰 과다 첨가하면 혼성화 시그널이 없어졌다. 쥐를 죽이고 조직을 절개하고 드라이아이스에서 동결시켰다. 저온 섹션(14um)을 Micron HM 500 저온장치를 사용하여 섹션화하고, 프로브-온 글라스 슬라이드 (Fisher Scientific, Philadelpia, PA) 상에서 녹인다. 사용할 때까지 상기 섹션을 -20℃에 저장하였다. 상기 섹션을 혼성화 칵테일(hybridization coctail) 내의 5 ng/ml의 라벨링된 프로브와 함께 42℃의 습기 조절된 박스에서 18시간 동안 배양하고, 세척·건조하고 및 Amersham B-max 방사선 사진 필름으로 30-60일 동안 덮었다. 선택적으로 상기 섹션을 Kodak NTB2 핵 비적 에멀젼(nuclear track emulsion) (Rochester, NY)에 담그고, 4℃에서 90일 동안 노출시켰다. 상기 섹션을 다크-필드(dark-field) 및 에피폴라리제이션(epipolarization) 현미경을 장착한 Nikon Microphot-FXA 현미경에서 조사하였다. 마지막으로, 상기 섹션을 크레졸 바이오레트로 착색하고 브라이트필드 조건하에서 분석하였다.In situ hybridization was performed as described in detail above (Kononen and Pelto-Huikko, 1997, TIPS online). Two oligonucleotides specific for murine Trx2 (terminal trx2r2: CACCACCTTCCCGTGCTGTTTGGCTACCATCTTCTCTAACCGAGGTCC and trx2r3) with terminal deoxynucleotide transferases (Amersham) (3) AAGGGA of TCNAPGGG Labeled as specific activity of 109 cpm / mg. Both probes produced similar results when used individually and in combination with hybridization to increase signal strength. Several control probes with similar CG-content and inactivity were used to confirm the specificity of hybridization. An excess of 100 moles of unlabeled probe disappeared the hybridization signal. Mice were killed, tissues were excised and frozen in dry ice. The cold section (14 um) is sectioned using a Micron HM 500 cryostat and thawed on a probe-on glass slide (Fisher Scientific, Philadelpia, PA). The section was stored at −20 ° C. until use. The sections were incubated for 18 hours in a humidified box at 42 ° C. with 5 ng / ml labeled probes in a hybridization coctail, washed, dried and 30-60 with Amersham B-max radiographic film. Covered for days. Optionally the sections were immersed in Kodak NTB2 nuclear track emulsion (Rochester, NY) and exposed at 4 ° C. for 90 days. The sections were examined on a Nikon Microphot-FXA microscope equipped with dark-field and epipolarization microscopes. Finally, the sections were stained with cresol bioret and analyzed under Brightfield conditions.

면역 세포화학 및 연구의 결과는 인-시투 하이브리디제이션다음과 같다.The results of immunocytochemistry and studies are following in-situ hybridization.

수컷 생식 기관:Male Reproductive Organs:

고환:testicle:

in situ: 정액생성관에서 고 수준의 trx2 mRNA, 생식주기 동안 변동.in situ: High levels of trx2 mRNA in the seminal ducts, fluctuate during the reproductive cycle.

면역: 세르톨리 세포, 제1 정자세포 에서의 강한 라벨링, 레이디그(Leidig) 세포에서의 약간의 라벨링.Immunity: Sertoli cells, strong labeling in primary sperm cells, slight labeling in Leidig cells.

부정소:Negation:

in situ: 상피에서의 시그널in situ: signal from epithelium

면역: 상피 세포는 명확하게 라벨링된다.Immunity: Epithelial cells are clearly labeled.

전립선:prostate:

in situ: 상피에서의 명확한 시그널in situ: clear signal in the epithelium

면역: 대부분의 상피 세포가 라벨링된다.Immunity: Most epithelial cells are labeled.

암컷 생식 기관:Female Reproductive Organs:

in situ: 난소에서의 강한 시그널. 황체가 가장 강하고, 여포 및 간질에서 또한 라벨링된다. 자궁 상피 및 근육층에서의 시그널.in situ: Strong signal in the ovary. The corpus luteum is the strongest and is also labeled in the follicles and epilepsy. Signals in the uterine epithelium and muscle layer.

면역: 쇠퇴한 여포에서 강한 라벨링. 황체에서 약간의 라벨링. 원시 여포내의 난모세포에서 라벨링. 자궁 내의 상피에서 명확한 시그널 및 자궁근충의 평활근 세포에서 착색.Immunity: Strong labeling in decaying follicles. Some labeling in the corpus luteum. Labeling in oocytes in primitive follicles. Clear signal from the epithelium in the uterus and pigmentation in the smooth muscle cells of the myometrium.

피부skin

면역: 기저 표피 내의 각질세포에서 라벨링. 모포 내의 몇몇 세포에서 라벨링. 한선 내의 상피 세포에서 라벨링.Immunity: Labeling in keratinocytes in the basal epidermis. Labeling on some cells in follicles. Labeling on epithelial cells within the gland.

내분비 기관Endocrine organs

뇌하수체: 많은 세포에서 면역에서의 중간 라벨링, in situ에서 낮은 시그널.Pituitary: Intermediate labeling in immunity in many cells, low signal in situ.

부신: 부신피질에서 인-시투의 강한 시그널, 골수에서 낮은 시그널. 부신피질, 특히 구상대 및 속상대에서 강한 시그널. 골수 내의 크롬친화성 세포에서 착색 없음.Adrenal Glands: Strong signal of in-situ in the adrenal cortex, low signal in bone marrow. Strong signal in the adrenal cortex, especially in globules and upsets. No pigmentation in the chromocompatible cells in the bone marrow.

소화관:alimentary canal:

침샘: 분비 기포 내의 몇몇 라벨링된 세포.Salivary glands: several labeled cells in secretory bubbles.

위: 점막, 위선의 체벽 세포 및 점막의 상피 세포에서 강한 라벨링.Stomach: strong labeling on mucous membranes, body wall cells of the gastric gland and epithelial cells of the mucosa.

십이지장: 점막 내의 상피 세포에서 강한 라벨링.Duodenum: strong labeling on epithelial cells within the mucosa.

간: in situ에 균일하고 명확한 시그널. 간세포의 대부분에서 명확한 라벨링, 몇몇은 매우 강하게 착색된다.Liver: Uniform and clear signal in situ. Clear labeling in most of the hepatocytes, some very strongly colored.

눈:Eye:

각막; 상피, 간질 섬유아세포 및 내피에서 명확한 착색.cornea; Clear pigmentation in epithelium, stromal fibroblasts and endothelial.

수정체: 수정체의 서브캡슐(subcapsule)의 상피에서 매우 강한 라벨링.Lens: Very strong labeling in the epithelium of the subcapsule of the lens.

망막: 신경 뉴유런 및 양극 뉴우런[라드(rod) 및 콘(cones) 음성]에서 착색. 색소 상피에서 라벨링.Retina: pigmentation in neuronal and bipolar neurons (rod and cones negative). Labeling in the pigmented epithelium.

호흡기:Respiratory:

폐포층에 몇몇 세포에서 착색. 지역 신경절에 있는 부교감신경 뉴우런은 면역반응적이다.Pigmentation in some cells on the alveolar layer. Parasympathetic neurons in local ganglia are immunoreactive.

신장:kidney:

신장의 골수(이 부위의 헨레의 루프)에서 in situ에 강한 시그널 작은 돌기(이 부위의 집합 세관)에서 보다 낮은 라벨링. 또한 피질에서의 라벨링. 골수 내의 세관과 집합 세관에서 면역에 명확한 시그널. 또한 신사구체에서 라벨링.Stronger labeling in situ in the bone marrow of the kidney (Henre's loop in this area), lower labeling in small bumps (aggregation tubules in this area). Also labeling in the cortex. Clear signal to immunity in tubules and aggregates within the bone marrow. Also labeled in the new district.

면역계:Immune system:

림프절, 비장, 흉선 및 골수에서 in situ에 명확한 시그널. 림프절 내의 복수의 림프구(배중추 내의 증식 세포)에서 면역에 강한 착색. 비장 및 흉선 내의 많은 세포가 착색된다. 골수 몇몇 세포유형에 있어서, 거핵세포가 쉽게 식별된다.Clear signal to in situ in lymph nodes, spleen, thymus and bone marrow. Immunity-resistant pigmentation in multiple lymphocytes (proliferating cells in the ventral center) in lymph nodes. Many cells in the spleen and thymus are pigmented. Bone Marrow For some cell types, megakaryocytes are easily identified.

갈색 지방:Brown fat:

특히 어린 동물에서 면역에 강한 라벨링.Immunity-resistant labeling, especially in young animals.

뼈:bone:

연골 내의 연골세포에서 라벨링. 세포 관벽 뼈에서 라벨링. 성장중인 뼈 주위의 몇몇 세포에서 강한 라벨링. 성장중인 뼈 주위의 몇몇 세포에서 인-시투에 매우 강한 라벨링.Labeling on chondrocytes in cartilage. Labeling in cell wall wall bones. Strong labeling on some cells around growing bones. Very strong labeling for in-situ in some cells around the growing bone.

근육:muscle:

근육의 많은 세포에서 라벨링.Labeling in many cells of muscles.

말초 신경계:Peripheral Nervous System:

교감신경, 수반세포(신경) 내의 많은 라벨링된 뉴우런이 음성인다. 경동맥체(화학 수용체)의 일부 세포가 면역반응적이다. 척수의 운동성 뉴우런은 라벨링된다. 많은 지각 뉴우런(고통과 관계된)은 라벨링되고, 작은 뉴우런 및 중간-크기의 뉴우런이 가장 강하게 라벨링된다.Sympathetic nerves, many labeled neurons in the accompanying cell (nerve) are negative. Some cells of the carotid body (chemical receptor) are immunoreactive. The motor neurons of the spinal cord are labeled. Many perceptual neurons (associated with pain) are labeled, with small neurons and medium-sized neurons most strongly labeled.

중추신경계:Central nervous system:

Trx2는 주로 특이한 일련의 뉴우런(후각근 내의 주교관세포, 수프라옵틱 핵, 흑질, 푸르키니에 세포 내의 거대세포)에 위치한다.Trx2 is primarily located in a specific series of neurons (meteor cells in the olfactory muscles, supraoptic nucleus, melanoma, giant cells in Purkinie cells).

순환계:Circulatory system:

심장: 인-시투: 심방 및 심실 모두 강한 시그널.Heart: In-Sight: Strong signal in both atria and ventricles.

면역: 대부분의 근육 세포에서 강한 착색.Immunity: Strong pigmentation in most muscle cells.

혈관: 평활근 세포 및 작은 혈관에서 명확한 착색.Blood vessels: clear pigmentation in smooth muscle cells and small blood vessels.

위의 연구에 의해 평활근 세포가 Trx1을 함유하고 있지 아니하다는 것을 알 수 있다. 티오레독신(thioredoxin)의 산화 방지 특성을 고려할 때, trx2 발현 및 아테리오스클레로시스(artheriosclerosis)의 연관 가능성은 매우 흥미롭다.The above study shows that smooth muscle cells do not contain Trx1. Given the antioxidant properties of thioredoxin, the possibility of the association of trx2 expression and artheriosclerosis is very interesting.

이들 결과는 성인 암컷 및 수컷 쥐의 조직 내에 있는 trx2 mRNA 및 번역 생성물의 다산성을 증명한다.These results demonstrate the fertility of trx2 mRNA and translation products in the tissues of adult female and male mice.

티오레독신이 산화적 스트레스에 대해 세포를 보호하는 것이 알려져 있기 때문에(Nakamura, H. et. al (1994). immunology Letters 42, 75-80), 특히, 눈의 수정체의 서브캡슐의 상피에서의 가장 강한 착색은 활성 산소에 의해 야기된 눈의 보호에 있어서 Trx2의 중요한 역할을 암시한다.Because thioredoxin is known to protect cells against oxidative stress (Nakamura, H. et. Al (1994). Immunology Letters 42, 75-80), particularly in the epithelium of the subcapsule of the lens of the eye. The strongest pigmentation suggests an important role of Trx2 in the protection of the eyes caused by free radicals.

유사하게, 뉴우런에서의 고수준의 Trx2 발현은 산화적 손상으로부터 이러한 세포를 보호하는 데 있어서 Trx의 중요한 역할을 암시한다. 예를 들면, 자유 라디칼을 잠식하고 손상 단백질을 재생하는 티오레독신의 능력과 함께, 뉴우런에서의 Trx2의 고발현은 Trx2가 뉴우런 손상의 제한 및/또는 회복에 있어서 중요한 역할을 담당하는 것을 암시하는 데, 그 이유는 다양한 신경퇴행성 질환의 공통 인자가 자유 라디칼의 생성과 관련되어 있기 때문이다.Similarly, high levels of Trx2 expression in neurons suggest an important role of Trx in protecting these cells from oxidative damage. For example, high expression of Trx2 in neurons, along with thioredoxin's ability to encroach free radicals and regenerate damaging proteins, suggests that Trx2 plays an important role in limiting and / or repairing neuronal damage. This is because common factors in various neurodegenerative diseases are associated with the production of free radicals.

Trx2는 또한 고통의 제어에 중요한 역할을 담당하는 데, 그 이유는 trx2 항체에 강하게 라벨링되는 말초신경계의 고통과 관련된 많은 지각 뉴우런이 있기 때문이다.Trx2 also plays an important role in the control of pain because there are many perceptual neurons associated with pain in the peripheral nervous system that are strongly labeled with trx2 antibodies.

14. 알려진 Trx1 단백질과 Trx2의 비교14. Comparison of Known Trx1 Proteins with Trx2

사람 게놈의 서던 혼성화 분석은 적어도 하나의 불활성 슈도유전자을 포함하는 수개의 티오레독신 유전자를 제시하였다(Tonissen, K.F., Wells, J.R. (1991) Gene 102, 221-228).Southern hybridization analysis of the human genome has revealed several thioredoxin genes including at least one inactive pseudogene (Tonissen, K.F., Wells, J.R. (1991) Gene 102, 221-228).

Trx2의 코딩된 단백질 서열은 12.1의 가정적인 pI를 갖는 염기성 아미노산이 풍부한 60 아미노산의 N-말단부와, 4.8의 pI를 갖는 티오레독신에 상동적인 C-말단부로 이루어지는 두 도메인 구조를 나타낸다. Trx2의 N-말단은 미토콘드리아의 이동 펩타이드 및 12.2 kD의 성숙 단백질을 만들 수 있는 추정 프로테아제 절단 자리의 특성을 가진다. 사실상, 세포질 Trx에 비하여 Trx의 약간 더 큰 미토콘드리아 형태는 전기연동상의 움직임에 근거하여 돼지 심장에 존재한다고 보고되었다(Bodenstein, J., Follman, H. (1990) Z. Naturforsch 46??, 270-279). 실험관내 전사-번역 커플링에 의해 Trx2 클론에서 추정적인 오픈리딩프레임이 존재함을 확인하였다. SDS-폴리아크릴아미드 겔 전기영동 분석에서 번역산물의 크기는 계산된 크기보다 약각 더 크나(20kDa 대 18.2kDa), 이것은 단백질의 1차 특성(예, 전하)때문일 것이다. 물론, 천연 단백질은 전사후 변형으로 인해 여전히 다른 크기를 가진다.The encoded protein sequence of Trx2 shows a two domain structure consisting of the N-terminus of 60 amino acids enriched with basic amino acids with a hypothetical pi of 12.1 and the C-terminus homologous to thioredoxin with a pi of 4.8. The N-terminus of Trx2 has the properties of putative protease cleavage sites capable of producing mitochondrial migrating peptides and 12.2 kD mature protein. In fact, slightly larger mitochondrial forms of Trx compared to cytoplasmic Trx have been reported to exist in the pig heart based on electrokinetic movements (Bodenstein, J., Follman, H. (1990) Z. Naturforsch 46 ??, 270-). 279). In vitro transcription-translational coupling confirmed the presence of putative open reading frames in the Trx2 clone. In SDS-polyacrylamide gel electrophoresis analysis, the size of the translation product is slightly larger than the calculated size (20 kDa vs 18.2 kDa), which may be due to the primary properties (eg charge) of the protein. Of course, natural proteins still have different sizes due to post-transcriptional modifications.

비록 Trx2가 포유류의 티오레독신보다 원핵의 것에 계통발생적으로 더 근접할 지라도, Trp-28과 같이 모든 원핵에서 보존된 몇몇 아미노산은 Trx2에 보존되지 않는다. 또한 Ala093 및 Glu-57과 같은 단백질 상호작용에 관련된 아미노산상의 차이는 아마도 Trx1에 비해 Trx2에 다른 특이성을 부여할 것이다. 이전에 기술한 모든 포유류 티오레독신은 활성자리에 위치한 두 개의 시스테인에 더하여 2-3 추가적 시스테인 잔기를 가진다. 이러한 구조적 또는 비-촉매적 시스테인 잔기는 불활성화를 초래하는 산화를 거칠수 있다. 환원된 사람 티오레독신의 구조로부터, Cys-72가 활성자리에 근접한 루프에 위치한다. Xilin 등은 (Ren, X. et al(1993)Biochemistry 32, 9701-9708)Cys-72가 이량체 형성 및 후속적인 활성의 상실의 원인이 됨을 보여준다. Trx2에 대응하는 구조적인 시스테인이 없음은 산화에 대한 내성을 부여한다. 이러한 특성은 Trx2의 역할과 중요한 생리적 관련을 가질 수 있다.Although Trx2 is phylogenetically closer to prokaryotic than mammalian thioredoxin, some amino acids that are conserved in all prokaryotes, such as Trp-28, are not conserved in Trx2. In addition, amino acid differences related to protein interactions such as Ala093 and Glu-57 will probably impart different specificities to Trx2 compared to Trx1. All previously described mammalian thioredoxins have 2-3 additional cysteine residues in addition to the two cysteines located in the active site. Such structural or non-catalyzed cysteine residues may undergo oxidation resulting in inactivation. From the structure of reduced human thioredoxin, Cys-72 is located in a loop close to the active site. Xilin et al. (Ren, X. et al (1993) Biochemistry 32, 9701-9708) show that Cys-72 is responsible for dimer formation and subsequent loss of activity. The absence of structural cysteine corresponding to Trx2 confers resistance to oxidation. These properties may have important physiological relationships with the role of Trx2.

포유류 Trx는 핵, 소포체, 미토콘드리아 및 세포막을 포함하는 다른 여러 가지 세포 분획에서 발견될 수 있다(Martin, H., Dean, M. (1991) Biochem. Biophys. Res. Commun 175, 123-128), (Holgrem, A., Luthman, M. (1978) Biochemistry 17, 4071-4077)). 또한, Trx는 분화적으로 조절되며, 전사인자 활성화로 세포성장의 촉진 및 라티칼 제거 활성을 포함하는 별개의 기능을 갖는다. Trx2는 심장 및 골격근과 같은 조직에서 높게 발현되며, 이곳엔는 Trx1 단백질은 탐지되지 않는다(Fujii, S. et al(1991) Virchows Archiv A, Pathological Anatomy & Histopathology 419, 317-427). 과산화수소, 히드록시 라디칼 및 수퍼옥시드 음이온으로 이루어진 반응성 산소 중간체(ROI)는 산화적 대사에 필수적인 성분이다(Halliwell, B., Gutteridge, J.M.C.(1990) Methods Enzymol 186, 1-85). ROI의 중요한 출처는 미토콘드리아이다(Turens, J. F., Boveris, R. (1980) Biochem. J. 191, 421-427). 일반적으로, ROI는 세포독성이 있으며, TNT-유도 유전자 발현의 신호 변환자로서 작용하는 것으로 보고되었다(Schulze, O.K.et al(1993) EMBO, J. 12, 3095-3104). 티오레독신은 과산화수소를 환원하고 자유 라디칼를 제거할 수 있다(23-25). Trx2의 친화성 정제된 항체를 사용하여, 본 발명자들은 티오레독신이 미토콘드리아에 존재하고 성숙 단백질은 분자량 13kD을 가짐을 증명하였다. 미토콘드리아에 존재하는 Trx2는 Trx1보다 산화에 대한 내성이 크며, 높은 대사활성을 갖는 심장 및 골격근조직에서의 높은 발현을 설명하고 중요한 조절 및/또는 보호기능을 부여할 수 있다.Mammalian Trx can be found in many other cell fractions, including the nucleus, endoplasmic reticulum, mitochondria and cell membranes (Martin, H., Dean, M. (1991) Biochem. Biophys. Res. Commun 175, 123-128), (Holgrem, A., Luthman, M. (1978) Biochemistry 17, 4071-4077). In addition, Trx is differentially regulated and has distinct functions including activation of transcription factors and promotion of cell growth and radical removal activity. Trx2 is highly expressed in tissues such as heart and skeletal muscle, where no Trx1 protein is detected (Fujii, S. et al (1991) Virchows Archiv A, Pathological Anatomy & Histopathology 419, 317-427). Reactive oxygen intermediates (ROIs) consisting of hydrogen peroxide, hydroxy radicals and superoxide anions are essential components for oxidative metabolism (Halliwell, B., Gutteridge, J.M.C. (1990) Methods Enzymol 186, 1-85). An important source of ROI is mitochondria (Turens, J. F., Boveris, R. (1980) Biochem. J. 191, 421-427). In general, ROI is cytotoxic and has been reported to act as a signal transducer of TNT-induced gene expression (Schulze, O. K. et al (1993) EMBO, J. 12, 3095-3104). Thioredoxin can reduce hydrogen peroxide and remove free radicals (23-25). Using the affinity purified antibody of Trx2, we demonstrated that thioredoxin is present in the mitochondria and the mature protein has a molecular weight of 13 kD. Trx2 present in mitochondria is more resistant to oxidation than Trx1 and may explain high expression in cardiac and skeletal muscle tissue with high metabolic activity and impart important regulatory and / or protective functions.

[서열][order]

Claims (40)

도 1A 또는 도 9에 나타난 핵산서열의 적어도 일부분을 포함하는 분리된 핵산 분자.An isolated nucleic acid molecule comprising at least a portion of the nucleic acid sequence shown in FIG. 1A or 9. 제 1 항에 있어서, 상기 핵산분자가 cDNA인 핵산분자.The nucleic acid molecule of claim 1, wherein the nucleic acid molecule is cDNA. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 핵산분자와 87.4%이상의 서열 상동성을 갖는 핵산분자.The nucleic acid molecule according to claim 1 or 2, wherein the nucleic acid molecule has a sequence homology of 87.4% or more. 제 1항 내지 3항중 어느 한항에 있어서, 상기 분리된 핵산분자가 포유류에서 유래된 핵산분자.The nucleic acid molecule according to any one of claims 1 to 3, wherein the isolated nucleic acid molecule is derived from a mammal. 제 4 항에 있어서, 상기 포유류가 래트인 핵산분자.The nucleic acid molecule of claim 4, wherein the mammal is a rat. 제 4 항에 있어서, 상기 포유류가 사람인 핵산분자.The nucleic acid molecule of claim 4, wherein the mammal is a human. 제 1항 내지 5항에 따른 핵산분자를 사용하여 얻어진 분리된 사람핵산분자.An isolated human nucleic acid molecule obtained by using the nucleic acid molecule according to claim 1. 전술한 항중 어느 한항에 따른 핵산분자에 의해 코딩되는 단백질 또는 폴리펩타이드.Protein or polypeptide encoded by the nucleic acid molecule according to any one of the preceding claims. 제 8 항에 있어서, 도 1A 또는 도 10에 나타난 아미노산서열의 적어도 일부분을 포함하는 단백질 또는 폴리펩타이드.The protein or polypeptide of claim 8 comprising at least a portion of the amino acid sequence shown in FIG. 1A or 10. 8항 또는 9항에 따른 단백질 또는 폴리펩타이드를 포함하는 조성물로서, 상기 단백질 또는 폴리펩타이드가 자유 라디칼을 없앨 수 있는 것인 조성물.A composition comprising a protein or polypeptide according to claim 8 or 9, wherein said protein or polypeptide is free of free radicals. 제 8항 내지 10항중 어느 한항에 따른 단백질 또는 폴리펩타이드로 이루어지는 조성물로서, 상기 단밸질 또는 폴리펩타이드가 손상된 단백질을 재생할 수 있는 것인 조성물.A composition comprising the protein or polypeptide according to any one of claims 8 to 10, wherein said protein or polypeptide is capable of regenerating a damaged protein. 제 8항 내지 11항중 어느 한항에 따른 단백질 또는 폴리펩타이드로 이루어진 조성물로서, 상기 단백질 또는 폴리펩타이드가 생물체내 통증의 조절에 관여하는 것인 조성물.A composition comprising the protein or polypeptide according to any one of claims 8 to 11, wherein said protein or polypeptide is involved in the control of pain in an organism. 제 8항 내지 12항중 어느 한항에 따른 단백질 또는 폴리펩타이드로 이루어진 조성물로서, 상기 단백질 또는 폴리펩타이드가 세포독성과 조직 손상을 유도하는 산화 스트레스(oxidative stress)에 대한 보호를 제공하는 것인 조성물.A composition consisting of the protein or polypeptide according to any one of claims 8 to 12, wherein said protein or polypeptide provides protection against oxidative stress leading to cytotoxicity and tissue damage. 제 8항 내지 13항중 어느 한항에 따른 단백질 또는 폴리펩타이드로 이루어진 조성무로서, 상기 단백질 또는 폴리펩타이드가 기관에 대한 국소빈혈적 손상에 대한 보호를 제공하는 것인 조성물.A composition consisting of the protein or polypeptide according to any one of claims 8 to 13, wherein said protein or polypeptide provides protection against ischemic damage to organs. 제 14항에 따른 단백질 또는 폴리펩타이드로 이루어지는 조성물로서, 상기 단백질 또는 폴리펩타이드가 국소빈혈적 재관류 손상(ischaemic reperfusion injury)을 약화시키는 것인 조성물.A composition comprising the protein or polypeptide according to claim 14, wherein the protein or polypeptide attenuates ischemic reperfusion injury. 제 8항 내지 15항중 어느 한항에 따른 단백질 또는 폴리펩타이드로 이루어지는 조성물로서, 상기 단백질 또는 폴리펩타이드가 심장 마비나 심장 발작에 대한 보호 화합물로 이루어지는 것인 조성물.A composition comprising the protein or polypeptide according to any one of claims 8 to 15, wherein the protein or polypeptide consists of a protective compound against heart attack or heart attack. 제 8항 내지 16항에 따른 단백질 또는 폴리펩타이드로 이루어진 조성물로서, 상기 단백질 또는 폴리펩타이드가 망막에 대한 산화 스트레스를 받는 동안 활성산화 종류에 의해서 야기되는 손상으로부터 망막 세포를 보호하는 것인 조성물.A composition consisting of the protein or polypeptide according to claim 8, wherein the protein or polypeptide protects the retinal cells from damage caused by active oxidation species during oxidative stress on the retina. 제 8항 내지 17항중 어느 한항에 따른 단백질 또는 폴리펩타이드로 이루어지는 조성물로서, 상기 단백질 또는 폴리펩타이드가 방사능(radiation) 효과를 약화시키는 방사능-보호 화합물로 이루어지는 것인 조성물.18. A composition comprising the protein or polypeptide according to any one of claims 8 to 17, wherein the protein or polypeptide consists of a radio-protecting compound that attenuates the radiation effect. 제 8항 내지 18항중 어느 한항에 따른 단백질 또는 폴리펩타이드로 이루어지는조성물로서, 상기 단백질 또는 폴리펩타이드가 산화적 손상으로부터 뉴런 세포를 보호하는 것인 조성물.A composition comprising the protein or polypeptide according to any one of claims 8 to 18, wherein said protein or polypeptide protects neuronal cells from oxidative damage. 제 8항 내지 19항중 어느 한항에 따른 단백질 또는 폴리펩타이드로 이루어지는조성물로서, 상기 단백질 또는 폴리펩타이드가 반응성 산소 종류(reactive oxygen species)의 생성으로 인한 의약품의 부작용을 제한하거나 제거할 수 있는 것인 조성물.20. A composition comprising the protein or polypeptide according to any one of claims 8 to 19, wherein the protein or polypeptide is capable of limiting or eliminating the side effects of a medicament due to the generation of reactive oxygen species. . Trx2에 적어도 기능적으로 유사한, 제 8항 내지 20항중 어느 한항에 따른 단백질의 성숙 단백질, 단편, 상동물 또는 동족체.A mature protein, fragment, mole or homologue of a protein according to claim 8, which is at least functionally similar to Trx2. 제 21 항에 있어서, 도 1A 의 Thr 59 내지 아미노산 166인 아미노산 서열을 포함하는 성숙 단백질.The mature protein of claim 21 comprising an amino acid sequence of Thr 59 to amino acid 166 of FIG. 1A. 제 21 항에 있어서, 도 10의 Leu59 내지 아미노산 166인 아미노산 서열을 포함하는 성숙 단백질.The mature protein of claim 21 comprising an amino acid sequence of Leu59 to amino acid 166 of FIG. 10. 제 1항 내지 7항중 어느 한항에 따른 핵산분자를 포함하는 플라스미드 또는 다른 벡터.A plasmid or other vector comprising the nucleic acid molecule according to any one of claims 1 to 7. 제 24항에 따른 플라스미드 또는 다른 벡터를 갖는 숙주세포.A host cell having a plasmid according to claim 24 or another vector. 제 25 항에 있어서, 상기 숙주세포가 포유류 세포, 박테리아세포 또는 곤충세포인 숙주세포.The host cell according to claim 25, wherein said host cell is a mammalian cell, a bacterial cell or an insect cell. 제 8항 내지 23항중 어느 한항에 따른 단백질 또는 폴리펩타이드에 대한 항체.An antibody against a protein or polypeptide according to any one of claims 8 to 23. 제 8항 내지 23항중 어느 한항에 따른 단백질 또는 폴리펩타이드의 어느 일부분으로 이루어지는 진단용 프로브.A diagnostic probe comprising any portion of a protein or polypeptide according to any one of claims 8 to 23. 제 8항 내지 23항중 어느 한항에 따른 단백질 또는 폴리펩타이드나, 이들의 단편을 사용하는 진단 테스트, 분석 또는 모니터 방법.24. A diagnostic test, assay or monitor method using the protein or polypeptide according to any one of claims 8 to 23 or fragments thereof. 제 1항 내지 7항중 어느 한항에 따른 핵산분자의 적어도 일부분으로 이루어지는 프로브를 사용한 진단 테스트, 분석 또는 모니터 방법.A diagnostic test, analysis or monitoring method using a probe consisting of at least a portion of a nucleic acid molecule according to any one of claims 1 to 7. 제 29항 또는 30항에 있어서, 상기 테스트 방법, 분석 및 모니터 방법은 미생물의, 동물세포의 또는 생물진단의 테스트, 분석, 및 모니터방법.31. The method according to claim 29 or 30, wherein the test method, assay and monitor method is for testing, analyzing and monitoring microorganisms, animal cells or biodiagnosis. 화학적 또는 생물학적 방법에 의한 제 8항 내지 23항중 어느 한항에 따른 단백질 또는 폴리펩타이드의 제조.Preparation of a protein or polypeptide according to any one of claims 8 to 23 by chemical or biological methods. 제 8항 또는 23항중 어느 한항에 따른 단백질 또는 폴리펩타이드를 포함하거나 과발현(overexpress)하도록 가공된 생물체.An organism comprising or overexpressing a protein or polypeptide according to any of claims 8 or 23. 제 1항 또는 7항중 어느 한항에 따른 핵산분자에 의해 코딩되는 Trx2을 제조하도록 가공된 생물체.An organism that has been processed to produce Trx2 encoded by the nucleic acid molecule according to claim 1. 제 33항 또는 34항에 있어서, 상기 생물체가 박테리아 또는 사람인 생물체.The organism of claim 33 or 34, wherein the organism is a bacterium or a human. 제 33항 또는 34항에 있어서, 상기 생물체는 래트 또는 사람종인 생물체.The organism of claim 33 or 34, wherein the organism is a rat or human species. 제 8항내지 23항중 어느 한항에 따른 단백질 또는 폴리펩타이드로 이루어지는 약학 조성물을 대상에게 공급하는 것으로 이루어지는, 국소빈혈 손상 또는 망막 손상을 가진 환자를 치료하는 방법.A method of treating a patient with ischemia injury or retinal injury, which comprises feeding a subject a pharmaceutical composition consisting of the protein or polypeptide according to any one of claims 8 to 23. 제 8항내지 23항중 어느 한항에 따른 단백질 또는 폴리펩타이드로 이루어지는 약학 조성물을 대상에게 공급하는 것으로 이루어지는, 세포독성 및 조직 손상을 유도하는 산화적 스트레스를 가진 환자를 치료하는 방법.A method of treating a patient with oxidative stress that induces cytotoxicity and tissue damage, comprising feeding to a subject a pharmaceutical composition comprising a protein or polypeptide according to any one of claims 8 to 23. 제 8항내지 23항중 어느 한항에 따른 단백질 또는 폴리펩타이드로 이루어지는 약학 조성물을 대상에게 공급하는 것으로 이루어지는, 환자에서 통증을 조절하는 방법.A method of controlling pain in a patient, comprising feeding to a subject a pharmaceutical composition comprising a protein or polypeptide according to any one of claims 8 to 23. 제 8항내지 23항중 어느 한항에 따른 단백질 또는 폴리펩타이드로 이루어지는 약학 조성물을 대상에게 공급하는 것으로 이루어지는, 환자에서 심장마비나 심장발작에 의한 손상에 대한 보호방법.A method of protecting against heart attack or heart attack damage in a patient, comprising feeding a pharmaceutical composition comprising the protein or polypeptide according to any one of claims 8 to 23 to a subject.
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