KR20010111728A - Recombinant genome of human originated basic fibroblast growth factor having increased extracellular efficiency and expression vector thereof - Google Patents

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KR20010111728A
KR20010111728A KR1020000032374A KR20000032374A KR20010111728A KR 20010111728 A KR20010111728 A KR 20010111728A KR 1020000032374 A KR1020000032374 A KR 1020000032374A KR 20000032374 A KR20000032374 A KR 20000032374A KR 20010111728 A KR20010111728 A KR 20010111728A
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장양수
박현영
손영덕
황기철
임현정
권준혜
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장양수
박현영
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Abstract

본 발명은 인간 유래 염기성 섬유아세포 성장인자(bFGF)의 세포 외부로의 분비 효율을 증가시키기 위한 재조합 유전자 및 재조합 발현벡터에 관한 것이다. 좀더 구체적으로, 본 발명은 천연형 bFGF의 아미노 말단 1번(methionine)에서 9번(leucine) 아미노산에 이르는 9개의 아미노산을 FGF4의 아미노 말단 1번 메티오닌(methionine)에서 8번 알라닌(alanine) 아미노산 까지의 8개 아미노산으로 치환한 재조합 단백질을 코딩하는 재조합 유전자, 상기 재조합 유전자가 포함된 제조한 재조합 발현 벡터, 그로부터 형질전환된 재조합 미생물과 동물세포주에 관한 것이다.The present invention relates to recombinant genes and recombinant expression vectors for increasing the secretion efficiency of human-derived basic fibroblast growth factor (bFGF) to the outside of cells. More specifically, the present invention relates to 9 amino acids ranging from amino terminal 1 (methionine) to leucine amino acid of native bFGF from amino terminal 1 methionine to 8 alanine amino acid of FGF4. The present invention relates to a recombinant gene encoding a recombinant protein substituted with 8 amino acids of, a recombinant expression vector prepared containing the recombinant gene, and a recombinant microorganism and animal cell line transformed therefrom.

본 발명에서 제조된 재조합 bFGF 단백질은 동물세포주에서 천연형 bFGF 단백질의 생물학적 활성을 유지하면서도 천연형의 bFGF 단백질보다 많은 양이 분비될 수 있음으로 인하여, 심혈관 질환에 있어서 동맥경화등으로 인한 허혈성 심혈관 질환에 환자에 대하여 bFGF를 유전자 치료 요법을 통해 폐쇄 혈관 주변에 우회혈관의 형성을 촉진시킬 수 있다.The recombinant bFGF protein prepared in the present invention can be secreted in an animal cell line while maintaining the biological activity of the native type bFGF protein, and thus more than the natural type bFGF protein, and ischemic cardiovascular disease due to atherosclerosis in cardiovascular disease. In patients with bFGF gene therapy therapy can promote the formation of bypass vessels around the closed vessels.

Description

세포외 분비 효율이 증대된 인간 유래 염기성 섬유아세포 성장인자 재조합 유전자, 이의 발현벡터 및 이를 함유하는 치료제{Recombinant genome of human originated basic fibroblast growth factor having increased extracellular efficiency and expression vector thereof}Recombinant genome of human originated basic fibroblast growth factor having increased extracellular efficiency and expression vector

본 발명은 인간 유래 염기성 섬유아세포 성장인자(이하, "bFGF"라 약칭함)의 세포외 분비효율을 증대시키는 것에 관한 것으로, 보다 상세하게는 bFGF 아미노말단이 변형된 변이 bFGF 단백질, bFGF의 5' 말단이 변형된 bFGF 유전자, 그를 포함하는 발현벡터, 상기 발현벡터에 의해 형질전환된 숙주세포 및 상기 발현벡터를 이용하여 인간을 포함한 동물세포내에서 bFGF의 분비효율을 증대시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to enhancing the extracellular secretion efficiency of the human-derived basic fibroblast growth factor (hereinafter abbreviated as "bFGF"), and more specifically, the modified bFGF protein, bFGF 5 'of the bFGF amino terminus, The present invention relates to a method of increasing the secretion efficiency of bFGF in animal cells including humans using the bFGF gene whose terminal is modified, an expression vector including the same, a host cell transformed with the expression vector, and the expression vector.

섬유 아세포 성장인자(FGF)들은 1974년 고스포다로비츠등(Nature 249: 123-127, 1974)에 의하여 소의 뇌와 뇌하수체에서 분리된 단백질로 섬유 아세포와 내피 세포의 상장을 촉진시키는 생물학적 활성을 갖고 있다. 이후로 많은 종류의 섬유 아세포 성장인자들이 발견되었으며 그 중에서도 생물학적 활성과 단백질의 등전점(isoelectric point)으로 구분되는 산성 섬유아세포 성장인자(acidic fibroblast growth factor, 이하 FGF1)와 염기성 섬유아세포 성장인자(basic fibroblast growth factor:FGF2;이하 bFGF로 약칭)에 관하여 많은 연구가 이루어져 있다.Fibroblast growth factors (FGFs) were proteins isolated from bovine brain and pituitary gland by Gospodarowitz et al. (Nature 249: 123-127, 1974) in 1974 and have biological activities that promote fibroblast and endothelial cell listing. have. Since then, many types of fibroblast growth factors have been discovered, and among them, acidic fibroblast growth factor (FGF1) and basic fibroblast growth factor (FGF1), which are classified into biological activity and isoelectric point of protein. Many studies have been done on growth factor (FGF2; hereinafter abbreviated as bFGF).

그중에서 bFGF는 분자량 약 18kDa에 달하는 염기성 단백질(pI 9.58)로서 뇌하수체에서 주로 분비되며 다양한 중배엽 유래 세포에 성장을 촉진시키는 것으로 공지되어 있다. 특히 bFGF는 혈관 내막세포 및 평활근 세포에 성장을 촉진시키는 단백질로서 외상치료 및 맥관 형성에 탁월한 효능을 나타내어 치료약제로 개발이 진행되어 왔다. 또한 최근에는 동맥경화나 혈관 협착으로 인한 허혈성 심혈관 질환 환자에 있어서 신생혈관 형성을 유도할 수 있는 유전자 치료에 사용할 수 있는 후보 물질로 각광 받고 있다.Among them, bFGF is a basic protein having a molecular weight of about 18 kDa (pI 9.58), which is mainly secreted by the pituitary gland and is known to promote growth in various mesodermal derived cells. In particular, bFGF is a protein that promotes growth in vascular endothelial cells and smooth muscle cells has been developed as a therapeutic drug showing excellent efficacy in trauma treatment and vasculature. In recent years, it has been spotlighted as a candidate substance for gene therapy that can induce angiogenesis in patients with ischemic cardiovascular disease due to atherosclerosis or vascular narrowing.

bFGF의 유전자는 아브라함 등(Abraham et al, The EMBO Journal 5:2523-2523, 1986) 쿠로카와 등(Kurokawa et al, FEBS Letter 213:189-194,1987)에 의해 클로닝 되었다. 또한 재조합 단백질 생산 기술에 의하여 효모(The Journal ofBiological Chemistry 263, 16471-16478, 1988), 동물세포(FEBS Letter 213:189-194, 1987) 및 대장균(The Journal of Biological Chemistry 263,16297-1630, 1988)등에서 발현된 바 있다. 또한 유전 공학 기술을 이용하여 bFGF의 최소한 하나 이상의 구성 아미노산을 다른 종류의 아미노산으로 대체한 돌연변이 재조합 단백질들의 제조 방법도 개발된 바 있다(Biochemical and Biophysical Research Communication 151, 701-708, 1988, 유럽 특허 공고 제 281,822호, 미국 특허 공고 5310883A). 이상과 같은 재조합 단백질로 생산된 bFGF는 외상 치료제 및 혈전증 동맥경화증 등의 치료약제로의 개발이 연구중에 있다.The gene of bFGF was cloned by Abraham et al., The EMBO Journal 5: 2523-2523, 1986. Kurokawa et al., FEBS Letter 213: 189-194,1987. In addition, yeast (The Journal of Biological Chemistry 263, 16471-16478, 1988), animal cells (FEBS Letter 213: 189-194, 1987), and E. coli (The Journal of Biological Chemistry 263, 16297-1630, 1988) were produced by recombinant protein production techniques. Has been expressed in. There has also been developed a method for the production of mutant recombinant proteins in which at least one constituent amino acid of bFGF is replaced with another amino acid using genetic engineering techniques (Biochemical and Biophysical Research Communication 151, 701-708, 1988, European Patent Publication). 281,822, US Patent Publication 5310883A). The bFGF produced by the above-mentioned recombinant protein is being studied as a therapeutic agent for trauma and thrombosis atherosclerosis.

한편 최근에 이르러 유전자 치료 개발 기술의 발달로 인하여 암 및 심혈관 질환 치료에 있어서 신생혈관형성(Agiogenesis)과 관련된 평활근 세포(smooth muscle cell) 생장의 억제(Jouranl of Vascular Surgery 25(2), 320-325, 1977) 또는 촉진(Arteiosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology 17(11), 2453-2460,)을 조절할 수 있는 대상 물질로서의 bFGF에 대한 연구와 논의가 활발히 이루어지고 있는 실정이다.In recent years, the development of gene therapy development techniques has resulted in the suppression of smooth muscle cell growth associated with agiogenesis in the treatment of cancer and cardiovascular disease (Jouranl of Vascular Surgery 25 (2), 320-325). , 1977), and research and discussion on bFGF as a target substance that can control or promote (Arteiosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology 17 (11), 2453-2460,) is active.

천연형 bFGF의 성숙된 단백질은 155개의 아미노산으로 구성되어 있다. 일반적으로 각종 성장인자 및 싸이토카인들은 성숙한 단백질의 세포외 분비를 촉진하기 위하여 단백질의 아미노말단에 분비신호 펩타이드를 갖고 있으며 세포질 내에서 합성된 미성숙 단백질 폴리펩타이드가 번역후 변형(postranslational modification)과정을 거친 후에 분비신호 펩타이드에 의하여 세포막으로 이동된 후 성숙된 단백질의 형태로 세포 외부로 분비가 이루어진다. 많은 경우에 이 과정에서 분비 신호펩타이드와 성숙 단백질은 특이한 신호단백질 분해효소(signal peptidase)의 작용에 의하여 절단 분리되어 성숙 단백질이 세포외부로 방출된다. 이러한 일반적인 단백질의 세포외분비에 관하여는 신호 펩타이드의 유형과 작용은 맥거치 등(McGeoch et al Virus Research 3,271,1985)과 하이네 등(Heijnet et al, Nucleic Acid Research., 14,4683, 1986)에 의하여 제안되어 있는데, 이 조건들은 단백질의 아미노말단에 양전하 하전 부위(positively charged region)인 N-부위(region)의 길이 및 총 하전량(net charge), 신호 단백질 중앙부에 소수성 부위(central hydrophobic region)인 H-부위(region)유무와 H-부위하단에 단백질 분해 효소가 특이적으로 인식하여 절단 반응을 일으킬수 있는 절단부위(cleavage site)의 존재 여부 등을 통하여 진핵 생물의 분비 신호 펩타이드를 예측할 수 있다. 한편 FGF들 중에서 bFGF(FGF2)와 산성 섬유아세포 성장인자(acid FGF1)는 특이하게도 앞서 언급한 분비신호 펩타이드의 조건을 충족시키는 아미노말단 부위 서열을 갖고 있지 않는 것으로 판명되어 있다. 이에 비하여 아세포 성장인자 4(FGF4)의 경우는 아미노 말단 부 1-22번 아미노산 서열을 포함하는 부위에서 전형적인 진핵생물의 분비 신호 단백질의 구성을 하고 있다(Cell 50(5), 729-737, 1987). 또한 FGF9의 경우 아미노말단 33개 아미노산 서열이 단백질 절단효소에 의한 절단 반응이 일어나지 않으면서도 효과적으로 단백질을 분비하는데 관여한다는 것이 보고되었다(The Journal of Biological Chemistry 275, 11, 8083-8090, 2000).The mature protein of native bFGF consists of 155 amino acids. In general, growth factors and cytokines have secretory signal peptides at the amino terminus of proteins to promote extracellular secretion of mature proteins. After immature protein polypeptides synthesized in the cytoplasm have undergone posttranslational modification After secretion signal peptide is transferred to the cell membrane, it is secreted out of the cell in the form of mature protein. In many cases, secretory signal peptides and mature proteins are cleaved off by the action of specific signal peptidase, and the mature protein is released to the outside of the cell. As regards the extracellular secretion of such a general protein, the type and function of the signal peptide is determined by McGeoch et al Virus Research 3,271,1985 and Heine et al., Nucleic Acid Research., 14,4683, 1986. These conditions are proposed, which include the length and net charge of the N-region, positively charged region at the amino terminus of the protein, and the central hydrophobic region at the center of the signal protein. Eukaryotic secretion signaling peptides can be predicted by the presence or absence of cleavage sites that can cause cleavage reactions by the presence or absence of H-regions and proteolytic enzymes specifically recognized under the H-regions. . Among the FGFs, bFGF (FGF2) and acid fibroblast growth factor (acid FGF1) have been found to have no amino terminal region sequence that specifically meets the conditions of the secretory signal peptides mentioned above. In contrast, in the case of blast growth factor 4 (FGF4), a typical eukaryotic secretion signal protein is composed at the amino terminal 1-22 amino acid sequence (Cell 50 (5), 729-737, 1987). ). In the case of FGF9, 33 amino-terminal amino acid sequences were reported to be involved in the effective secretion of proteins without the cleavage reaction by protein cleavage enzymes (The Journal of Biological Chemistry 275, 11, 8083-8090, 2000).

한편 FGF1 또는 bFGF에 대하여 세포 외부로의 분비 효율을 증대시키고자 하는 시도가 있었는데 그 중에서 인간 유래 성장 호르몬(human growth hormone)의 분비 신호 단백질을 bFGF에 결합시킨 재조합 형태의 발현을 NIH3T3 세포주에 시도하여 세포배양액으로 bFGF의 분비를 촉진되었다는 연구가 보고된 바 있다(Oncogene 2, 129-136, 1988). 아울러 FGF1 단백질의 아미노 말단에 FGF4의 아미노 말단 22개의 아미노산을 결합시킨 재조합 단백질을 암호화 하는 재조합 유전자 (The Journal of Biological Chemistry 270, 29, 17457-17467)와 bFGF 단백질의 아미노말단에 FGF4의 아미노말단 22개의 아미노산을 결합시킨 재조합 단백질을 암호화 하는 재조합 유전자(Arterosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology 17(11), 2453-2460)를 발현시켜 FGF들의 분비가 천연형에 비하여 증대되었음이 보고된 바 있다.On the other hand, there have been attempts to increase the secretion efficiency of FGF1 or bFGF to the outside of cells, and among them, NIH3T3 cell line expresses recombinant expression of human growth hormone secreted signaling protein to bFGF. It has been reported that cell culture fluids stimulated the release of bFGF (Oncogene 2, 129-136, 1988). In addition, the recombinant gene encoding the recombinant protein combining 22 amino acids of FGF4 with the amino terminal of FGF1 protein (The Journal of Biological Chemistry 270, 29, 17457-17467) and amino terminal 22 of FGF4 at the amino terminal of bFGF protein Expression of recombinant genes (Arterosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology 17 (11), 2453-2460) encoding a recombinant protein conjugated with two amino acids has been reported to increase the secretion of FGFs compared to the natural form.

이와 같은 배경하에서, 본 발명자들은 천연형 bFGF와 동일한 생물학적 활성을 유지하면서도 세포 외부로 분비가 증가된 새로운 bFGF를 제조하기 위하여 연구실험중, 천연형 bFGF 단백질 중 아미노말단부 1-9번 아미노산 서열은 생물학적 활성에 영향이 없는 것임을 밝혀 내었고 이 생물학적 활성에 영향이 없는 부위를 FGF4의 분비 단백질 리더 서열로 치환한 재조합 유전자를 사용함으로써 천연형 bFGF와 생물학적 기능은 동일하면서도 세포외 분비를 증대 시킬 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.Under this background, the inventors of the present invention, in order to prepare a new bFGF with increased secretion to the outside of cells while maintaining the same biological activity as the native bFGF, the amino acid sequence of amino terminus 1-9 of the natural bFGF protein is It was found that there was no effect on the activity, and by using a recombinant gene in which the non-affecting site was replaced with the secreted protein leader sequence of FGF4, it was possible to increase the extracellular secretion while maintaining the same biological function as that of the native bFGF. The present invention has been completed.

따라서, 본 발명의 목적은 세포외 분비효율이 현저히 증가한 변이 bFGF 유전자 및 상기 유전자를 포함하는 발현 벡터를 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a mutant bFGF gene and an expression vector comprising the gene, in which extracellular secretion efficiency is significantly increased.

도 1은 실시예1에 사용된 인간 염기성 섬유아세포 성장인자(bFGF)의 cDNA를 클로닝하는 과정을 나타낸다.Figure 1 shows the procedure for cloning the cDNA of human basic fibroblast growth factor (bFGF) used in Example 1.

도2는 실시예 1의 과정을 통하여 클로닝된 bFGF cDNA의 뉴클레오타이드 염기서열과 이로부터 코딩되는 단백질의 아미노산 서열을 나타낸다.Figure 2 shows the nucleotide sequence of the bFGF cDNA cloned through the process of Example 1 and the amino acid sequence of the protein encoded therefrom.

도3은 실시예 2를 통하여 bFGF 아미노말단을 코딩하는 염기서열을 변형시키는 과정을 나타낸다.Figure 3 shows a process for modifying the nucleotide sequence encoding the bFGF amino terminal through Example 2.

도4는 실시예 2의 bFGF 아미노말단을 치환 과정에서 사용되는 PCR 프라이머들의 염기 서열을 나타낸다.Figure 4 shows the nucleotide sequence of the PCR primers used in the substitution process of the bFGF amino terminal of Example 2.

도 5는 실시예 2의 과정을 통하여 bFGF의 아미노말단을 변형시킨 cDNA의 뉴클레오타이드 염기서열과 이로부터 코딩되는 단백질의 아미노산 서열을 나타낸다.Figure 5 shows the nucleotide sequence of the cDNA nucleotide sequence modified from the amino end of bFGF through the process of Example 2 and the amino acid sequence of the protein encoded therefrom.

도 6은 실시예 3의 과정을 통하여 bFGF의 아미노말단을 변형시킨 cDNA를 동물 세포 주 발현 벡터에 클로닝하는 과정을 나타낸다.FIG. 6 shows a procedure of cloning a cDNA modified with an amino terminal of bFGF into an animal cell line expression vector through the procedure of Example 3.

도7은 실시예 3의 과정을 통하여 bFGF의 아미노말단을 변형시킨 cDNA를 아데노 바이러스용 셔틀 벡터에 클로닝 하는 과정을 나타낸다.FIG. 7 shows a procedure of cloning a cDNA modified with an amino terminus of bFGF into an adenovirus shuttle vector through the procedure of Example 3.

도 8은 실시예 3의 과정을 통하여 bFGF의 아미노말단 치환된 셔틀 벡터와 아데노 바이러스를 이용 재조합 아데노바이러스를 조성하는 과정을 나타낸다.Figure 8 shows the process of forming a recombinant adenovirus using the amino terminal substituted shuttle vector and adenovirus of bFGF through the process of Example 3.

도 9는 실시예 4의 과정을 통하여 완성된 bFGF 벡터들을 동물 세포 주에 감염시킨 후 발현 분비된 bFGF 정량 및 정성분석 과정을 나타낸다.9 shows the quantitative and qualitative analysis of the expression-secreted bFGF after infection of the finished bFGF vectors in the animal cell line through the process of Example 4.

도 10은 실시예 5의 과정을 통하여 분비된 bFGF 의 양을 ELISA 방법으로 정량한 그래프를 나타낸다.10 shows a graph quantifying the amount of bFGF secreted through the process of Example 5 by ELISA method.

도11은 실시예 5의 과정을 통하여 분비된 bFGF를 정제하는 과정과 웨스턴 블롯 결과를 나타낸다.Figure 11 shows the purification of the secreted bFGF through the procedure of Example 5 and Western blot results.

도 12는 실시예 6의 과정을 통하여 정제된 아미노말단 치환 bFGF와 천연형 bFGF를 인간 평활근 세포에 처리하여 성장인자의 생물학적 활성에 의한 유전자 발현 효과를 비교 분석한 결과를 나타낸다.12 shows the results of comparative analysis of gene expression effects of biological activity of growth factors by treating amino terminal substituted bFGF and native bFGF purified through the process of Example 6 to human smooth muscle cells.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 세포외 분비가 향상된 bFGF 단백질을 코딩하는 유전자를 제조하기위해 인간 표피 유래의 섬유 아세포(foreskin fibroblast) 배양체를 이용한다.The present invention utilizes human skin epidermal fibroblast cultures to produce genes encoding bFGF proteins with enhanced extracellular secretion.

구체적으로 인간 표피 유래의 섬유 아세포 배양체로 부터 RNA를 추출하여 cDNA를 합성하고 이를 주형으로 bFGF 유전자 상류에 해당하는 프라이머 : 5'- GGA CCATGGCAGCCGGG-3'(이하, '프라이머1'로 약칭함)와 bFGF 유전자 하류에 해당하는 프라이머 :5'-CCCGTAAAATCAGCTCTTAGCAG-3'(이하, '프라이머2'이라 함)을 합성, 사용하여 중합효소 연쇄반응(Polymerase chain reaction, 이하 'PCR'이라 약칭함)을 수행하여 천연형 bFGF cDNA를 분리하였다.Specifically, cDNA is synthesized by extracting RNA from a human epidermal fibroblast culture, and the primer corresponding to the bFGF gene upstream: 5'-GGA CCATGGCAGCCGGG-3 '(hereinafter, abbreviated as' primer 1') as a template. A primer corresponding to the downstream bFGF gene: 5'-CCCGTAAAATCAGCTCTTAGCAG-3 '(hereinafter referred to as' primer 2') was synthesized and subjected to a polymerase chain reaction (hereinafter, referred to as' PCR '). Native bFGF cDNA was isolated.

상기의 과정으로 얻은 cDNA를 플라스미드 벡터 pGEMT에 삽입하여 제조된 pGEMT/bFGF를 주형으로하여 FGF4의 아미노말단 1-8번에 해당하는 Met Ser Gly Pro Gly Thr Ala Ala 서열로 치환할 수 있으며 bFGF 성숙형 단백질 Pro9-Ser155를 코딩하는 438bp에 PCR 반응을 할 수 있는 올리고 뉴클레오타이드 프라이머(fgN1:5'-GGGACGGCCGCGCCCGCCTTGCCCGAGGATGGCGGC-3'(이하, 'fgN1'이라 약칭함) "5'-ATGTCGGGGCCCGGGACGGCCGCGCCCGCCTTGCCCGA-3'와(이하, 'fgN2' 이라 약칭함) fgC:5'-TTATCAGCTCTTAGCAGACATTGGAAG-3'(이하, 'fgC'이라 약칭함))를 설계, 합성하여 PCR 반응을 수행하여 천연형 bFGF의 5' 부위가 변형된 변이 bFGF의 유전자를 제조하였다.The cDNA obtained by the above process is inserted into the plasmid vector pGEMT, and can be substituted with the Met Ser Gly Pro Gly Thr Ala Ala sequence corresponding to amino terminal 1-8 of FGF4 using pGEMT / bFGF as a template. Oligonucleotide primers (fgN1: 5'-GGGACGGCCGCGCCCGCCTTGCCCGAGGATGGCGGC-3 '(hereinafter abbreviated as' fgN1 ') capable of PCR reaction at 438 bp encoding protein Pro9-Ser155 "5'-ATGTCGGGGCCCGGGACCCGA-3CCTTGCCGGCCCC' fgC: 5'-TTATCAGCTCTTAGCAGACATTGGAAG-3 '(hereinafter, abbreviated as' fgC ') was designed, synthesized, and subjected to a PCR reaction to modify the modified bFGF 5' region of native bFGF. Gene was prepared.

상기의 과정으로 얻은 변이 bFGF의 유전자를 pBluescript KS(+)에 삽입하여 본 발명의 벡터 pK4sbFGF를 제조한다. 본 발명의 벡터 pK4sbFGF를 대장균 XL-1 -Blue 주에 형질 전환시켜 그 대장균 형질전환체를 2000년 5월 26일자로 국제기탁기관인 사단법인 한국종균협회 부설 한국미생물보존센터(KCCM)에 기탁하였다(수탁번호 : KCCM-10189).The vector of pK4sbFGF of the present invention is prepared by inserting the mutant bFGF gene obtained in the above process into pBluescript KS (+). The vector pK4sbFGF of the present invention was transformed into Escherichia coli XL-1 -Blue strain, and the Escherichia coli transformant was deposited on the Korea Microbiological Conservation Center (KCCM), which was established by the Korea Deposit Association of Korea, an international depositing institution, on May 26, 2000 ( Accession No .: KCCM-10189).

또한 본 발명은 변이 bFGF 단백질이 인간을 포함한 포유류에서 안정적으로 생산될 수 있도록 변이 bFGF 유전자를 동물세포용 발현벡터에 삽입한 발현벡터 pcDNA/4sbFGF를 제공한다.The present invention also provides an expression vector pcDNA / 4sbFGF in which the mutant bFGF gene is inserted into an expression vector for animal cells so that the mutant bFGF protein can be stably produced in mammals including humans.

본 발명의 발현벡터 pcDNA/4sbFGF를 동물세포주에 감염시키면 천연형 bFGF와 동일한 생물학적 기능을 지닌 재조합 bFGF 단백질의 분비가 3배이상 높게 나타났다.When the expression vector pcDNA / 4sbFGF of the present invention was infected with an animal cell line, the secretion of recombinant bFGF protein having the same biological function as that of native bFGF was three times higher.

또한 본 발명은 본 발명의 재조합 bFGF 단백질이 인체내 치료제로서 사용이 가능하도록 인체에 무해하며 안정적이라고 알려진 아데노 바이러스와 본 발명의 변이 bFGF 유전자를 상동성 재조합으로 제조한 재조합 아데노바이러스 ad/CMV/4sbFGF를 제공한다.In addition, the present invention is a recombinant adenovirus ad / CMV / 4sbFGF prepared by homologous recombination of the adenovirus known to be harmless and stable to the human body so that the recombinant bFGF protein of the present invention can be used as a therapeutic agent in the human body and the mutant bFGF gene of the present invention. To provide.

본 발명의 재조합 아데노바이러스 발현벡터 ad/CMV/4sbFGF는 pcDNA/4sbFGF를 동물세포주에 감염시킨 경우와 동일하게 인간을 포함한 포유류에서 재조합 bFGF 단백질의 분비가 3배이상 높게 나타났다.In the recombinant adenovirus expression vector ad / CMV / 4sbFGF of the present invention, the secretion of recombinant bFGF protein was more than three times higher in mammals, including humans, as in the case of PCDNA / 4sbFGF infection with animal cell lines.

본 발명의 재조합 bFGF 유전자를 포함하는 벡터 pcDNA/4sbFGF 및 ad/CMV/4sbFGF는 일시적으로 또는 안정하게 배양세포에 형질 감염되어 생물학적 활성 재조합 bFGF 단백질을 생산할 수 있다.Vector pcDNA / 4sbFGF and ad / CMV / 4sbFGF comprising the recombinant bFGF gene of the present invention can be transiently or stably transfected into cultured cells to produce biologically active recombinant bFGF protein.

이하 실시의 예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시의 예는 오로지 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시의 예에 의해 국한 되지 않는 다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. These examples are only for illustrating the present invention, it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples according to the gist of the present invention. .

실시 예Example

실시 예 1. bFGF의 cDNA 클로닝Example 1. cDNA Cloning of bFGF

천연형 bFGF의 cDNA를 클로닝하기 위하여 인간 표피 유래의 섬유아세포(foreskin fibroblast)배양체 2×109세포로부터 울트라스펙 RNA 정체 키트(Ultraspec II RNA Isolation kit, Biotecx, USA) 시약을 처리하여 전체 RNA를 분리 정제한 후 이 RNA 5㎍을 주형으로 하여 올리고 dT 프라이머와 AMV 역전사효소(Promega, USA)를 처리 반응 시켜 mRNA에 대한 상보적인 단일 가닥의 cDNA를 합성하였다(도1). 다시 이 cDNA 5㎍을 주형으로 bFGF 유전자 상류에 해당하는 프라이머 : 5'-GGA CCA TGG CAG CCG GG-3'와 bFGF 유전자 하류에 해당하는 프라이머 : 5'-CCC GTA AAA TCA GCT CTT AGC AG-3'를 Taq DNA 중합효소에 의한 중합효소 연쇄 반응(이하 PCR)을 실시하였다. PCR반응은 열변성(denaturation) 94℃ 1분, 주형과 프라이머 결합(annealing) 55℃ 1분, 프라이머 연장반응 (polymerization) 72℃ 1분을 1주기(cycle)로 하여 30주기를 PCR 반응기인 로보싸이클러(RobocyclerTM, Stratagen USA)를 사용 수행 하였다. 이 반응으로부터 증폭된 약 480 염기쌍(이하 bp)의 DNA절편 1% 아가로스 겔 전기영동을 통하여 확인한후 이 절편을 분리 정제하여 PCR 산물 전용 클로닝 플라스미드인 pGEM-Teasy(3.01kdp, Promega. USA)에 T4 DNA 연결효소(Ligase)와 반응시켜 대장균 균주 XL1Blue에 형질전환 하였다. 항생제 앰피실린 150 ㎍/㎖가 첨가된 루리아 보타니(Luria Botani 이하 LB,) 평판 배지상에서 흰색 콜로니를 형성하는 형질전환 대장균 균주로부터 플라스미드 DNA pGEMT/bFGF(3.5kbp)를 추출하여 이를 제한효소 지도분석과 DNA 염기서열 분석(ALF시스템, Amersham Phamacia Biotech)을 실시한 결과, PCR반응으로 증폭된 480bp의 절편이 인간 염기성 섬유아세포 성장인자의 cDNA(도 2)임을 확인하였다.In order to clone cDNA of native bFGF, the whole RNA was isolated by treatment with Ultraspec II RNA Isolation Kit (Biotecx, USA) reagent from 2 × 10 9 cells from human epidermal fibroblasts. After purification, 5 μg of the RNA was used as a template, and the oligo dT primer was reacted with AMV reverse transcriptase (Promega, USA) to synthesize a single strand of cDNA complementary to mRNA (FIG. 1). Again, the primer corresponding to the bFGF gene upstream with 5 μg of this cDNA template: 5'-GGA CCA TGG CAG CCG GG-3 'and the primer corresponding to the bFGF gene downstream: 5'-CCC GTA AAA TCA GCT CTT AGC AG-3 Polymerase chain reaction by Taq DNA polymerase (hereinafter, referred to as PCR). PCR reactions consisted of 1 cycle of 94 ° C denaturation, 1 minute 55 ° C of primer and primer annealing, and 1 minute primer extension 72 ° C. The cycler (Robocycler , Stratagen USA) was used. DNA fragments of about 480 base pairs (hereinafter bp) amplified from the reaction were identified by 1% agarose gel electrophoresis. The fragments were separated and purified to pGEM-Teasy (3.01 kdp, Promega. USA), a cloning plasmid for PCR products. E. coli strain XL1Blue was transformed by reaction with T4 DNA ligase (Ligase). Plasmid DNA pGEMT / bFGF (3.5kbp) was extracted from transgenic E. coli strains that form white colonies on Luria Botani (LB,) plate medium to which 150 μg / ml of antibiotic ampicillin was added. As a result of DNA sequencing (ALF system, Amersham Phamacia Biotech), it was confirmed that the fragment of 480bp amplified by PCR reaction was cDNA of human basic fibroblast growth factor (FIG. 2).

실시예 2. bFGF cDNA의 변형Example 2. Modification of bFGF cDNA

bFGF 단백질의 아미노 말단을 변형하여 분비 효율을 증가시키기 위한 bFGF 유전자의 변이체를 만들기 위하여 천연형 bFGF의 아미노 말단 1-9번에 해당하는 Met Ala Ala Gly Ser Ile Thr Thr Leu의 아미노산 서열을 FGF4의 아미노 말단 1-8번에 해당하는 Met Ser Gly Pro Gly Thr Ala Ala의 아미노산 서열로 치환 할 수 있는 올리고 뉴클레오타이드 프라이머를 설계하였다. 이 프로이머들은 bFGF의 생물학적 활성을 갖는 성숙형 단백질 Pro9-Ser155을 코딩하는 438bp에 PCR 반응을 할 수 있는 프라이머 fgN1:5'-GGGACGGCCGCGCCCGCCTTGCCCGAGGATGGCGGC-3', 프라이머 fgN2:5'ATGTCGGGGCCCGGGACGGCCGCGCCCGCCTTGCCCGA-3'와 프라이머 fgC:5'-TTATCAGCTCTTAGCAGACATTGGAAG-3'의 3종류이다. 실시예 1로부터 클로닝된 bFGF의 cDNA를 포함하는 벡터 pGEMT/bFGF(3.5kbp)를 주형으로 하여 1차 PCR반응을 프라이머로 fgN1과 fgC를 첨가하여 열변성(denaturation)94℃ 1분, 주형과 프라이머결합(annealing) 52℃ 1분, 프라이머 연장반응(polymerization) 72℃ 1분을 1주기(cyclc)로 하여 30주기의 반응을 수행하였다. 이로부터 증폭된 DNA 절편을 아가로스 저기영동으로 확인 및 분리하였다. 이로부터 분리된 약 423bp DNA 절편을 주형으로 프라이머 fgN2와 fgC를 첨가하여 2차 PCR을 열변성(denaturation) 94℃ 1분, 주형과 프라이머 결합(annealing) 52℃ 1분, 프라이머 연장반응(polymerization) 72℃ 1분을 주기(cycle)로하여 30주기의 반응을 수행하였다. 이로부터 증폭된 DNA 절편을 아가로스 전기영동으로 확인 및 분리하였다. 이로부터 분리된 약 423bp DNA 절편을 주형으로 프라이머 fgN2 와 fgC를 첨가하여 2차 PCR을 열변성(denaturation) 94℃ 1분, 주형과 프라이머 결합(annealing) 52℃ 1분, 프라이머 연장반응(polymerization) 72℃ 1분을 1주기(cycle)로 하여 30 주기의 반응을 수행하였다(도3, 4). 이상과 같은 2차에 걸친 PCR반응으로부터 증폭된 약 465bp의 DNA 절편을 pBluescript KS(+) 벡터의 EcoRV 제한효소 좌위에 T4 DNA 연결효소(Ligase)로 반응시켜 대장균 균주 XL-1-Blue에 형질전환 하였다. 항생제 앰피실린, X-gal과 이소프로필 티오갈락토피라노 사이드(이하 IPTG)를 함유하는 LB평판 배지상에서 흰색 콜로니를 형성하는 형질전환 대장균으로부터 플라스미드 DNA(pK4sbFGF)를 추출하여 이를 제한효소 지도분석과 DNA 염기서열 분석을 실시한 결과 PCR반응으로 증폭된 465bp의 절편은 인간 염기성 섬유 아세포 성장인자의 아미노 말단의 1-9번 서열이 FGF4의 아미노말단 1-8번 서열로 치환된 재조합 DNA(도 5)임을 확인하였다.The amino acid sequence of Met Ala Ala Gly Ser Ile Thr Thr Leu, corresponding to amino terminus 1-9 of the native bFGF, was used to modify the amino terminus of the bFGF protein to increase the secretion efficiency. Oligonucleotide primers designed to be substituted with the amino acid sequence of Met Ser Gly Pro Gly Thr Ala Ala corresponding to terminal 1-8. These primers were PCR primers fgN1: 5'-GGGACGGCCGCGCCCGCCTTGCCCGAGGATGGCGGC-3 ', primer fgN2: 5'ATGTCGGGGCCCGGGACCGGCCGGGCCGCCCC' It is three kinds of: 5'-TTATCAGCTCTTAGCAGACATTGGAAG-3 '. Vector pGEMT / bFGF (3.5kbp) containing the cDNA of bFGF cloned from Example 1 was used as a template for the first PCR reaction by adding fgN1 and fgC as primers. 30 cycles of reaction was carried out using 52 ° C. for 1 minute and primer extension for 72 min. For 1 minute. DNA fragments amplified therefrom were identified and separated by agarose cryophoresis. The secondary PCR was subjected to secondary denaturation at 94 ° C. for 1 minute, template and primer annealing at 52 ° C. for 1 minute, and primer extension by adding primers fgN2 and fgC as a template. 30 cycles of reaction was carried out at 72 ° C. for 1 minute. DNA fragments amplified therefrom were identified and separated by agarose electrophoresis. 2 hr PCR was performed by adding primers fgN2 and fgC to the template from approximately 423 bp DNA fragment isolated therefrom for 1 min of denaturation at 94 ° C for 1 minute, 52 ° C for 1 minute for primer and primer annealing, and primer extension. The reaction of 30 cycles was carried out at 1 cycle (72 ° C.) for 1 minute (FIGS. 3 and 4). The 465 bp DNA fragment amplified from the above-described second PCR reaction was transformed into E. coli strain XL-1-Blue by reacting the EcoRV restriction enzyme locus of the pBluescript KS (+) vector with T4 DNA ligase (Ligase). It was. Plasmid DNA (pK4sbFGF) was extracted from transfected Escherichia coli on LB plated medium containing the antibiotics ampicillin, X-gal and isopropyl thiogalactopyranoside (hereinafter referred to as IPTG). As a result of DNA sequencing analysis, the 465bp fragment amplified by PCR reaction showed that the recombinant DNA in which amino acid sequence 1-9 of human basic fibroblast growth factor was replaced with amino terminal sequence 1-8 of FGF4 (FIG. 5). It was confirmed that.

실시예 3. bFGF 발현 벡터의 조성Example 3. Composition of bFGF Expression Vectors

bFGF변이체의 발현 및 분비효율을 검증하기 위하여 동물세포 발현용 벡터를 조성하기 위해 실시예 2에서 조성한 pK4sbFGF에 치환된 bFGF cDNA를 제한효소 EcoRI과 Xhoi 465bp 절편과 동물세포용 발현벡터 pcDNA3.1(In Vitrogen USA)를 EcoRI과 XhoI로 처리하여 얻어진 제한효소절편인 벡터(5.4kbp)를 각각 분리하고 이들을 혼합하여 T4 DNA 연결 효소 반응과 대장균 형질전환 및 선별과정을 통하여 bFGF 아미노말단이 치환된 동물 세포 발현벡터 pcDNA/4sbFGF(5.9kbp)를 구축하였다(도 6). 아울러 천연형의 bFGF의 발현 및 분비 효율 비교 대조군으로 사용하기 위해 천연형 cDNA를 삽입한 pcDNA/bFGF도 조성하였다.To verify the expression and secretion efficiency of the bFGF variant, bFGF cDNA substituted in pK4sbFGF prepared in Example 2 was prepared using restriction enzymes EcoRI and Xhoi 465bp fragments and animal vector expression vector pcDNA3.1 (In Vitrogen USA) was isolated from the restriction enzyme fragment vector (5.4kbp) obtained by treatment with EcoRI and Xho I , and mixed with each other. Animal cells substituted with bFGF amino terminus through T4 DNA-linking enzyme reaction and E. coli transformation and selection. Expression vector pcDNA / 4sbFGF (5.9kbp) was constructed (FIG. 6). In addition, pcDNA / bFGF containing a natural type of cDNA was prepared for use as a comparative control of expression and secretion efficiency of the natural type of bFGF.

또한 bFGF cDNA를 아데노바이러스 유전자를 부분적으로 갖는 전달체 벡터(sbuttle vector)인 pCA14(6.95kbp, Microbix; Ontario, Canada)에 삽입하여 bFGF의 5'말단부위가 치환된 pCA14/4sbFGF(도7)와 천연형의 bFGF cDNA를 삽입한 pCA14/bFGF도 조성하였다. 이들 벡터들은 아데노바이러스 벡터와 상동성 재조합을 통하여 유전자 치료(Gene Therapy)에 이용할 수 있다.In addition, bFGF cDNA was inserted into pCA14 (6.95kbp, Microbix; Ontario, Canada), which is a vector of a vector containing adenovirus genes, and the natural pCA14 / 4sbFGF (FIG. 7) substituted with the 5 'terminal of bFGF. PCA14 / bFGF into which a type bFGF cDNA was inserted was also prepared. These vectors can be used for Gene Therapy through homologous recombination with adenovirus vectors.

실시예 4. 동물 세포주의 bFGF 발현 벡터 감염Example 4. bFGF Expression Vector Infection of Animal Cell Lines

실시예 3항으로 조성된 bFGF 발현 벡터들을 293 세포주에 각각 감염(transfection)시킨 후 bFGF의 발현 및 분비 효율 비교 분석을 실시하였다.After bFGF expression vectors of Example 3 were transfected into 293 cell lines, bFGF expression and secretion efficiency comparative analysis was performed.

첫째 동물세포 발현 벡터 pcDNA3.1 유래의 벡터들을 효율을 검증하고자 아미노말단 치환형 pcDNA/4sbFGF DNA와 분비 효율 대조군인 천연형 pcDNA/bFGF, 그리고 베타-갈락토시다제를 발현하여 감염 효율을 환산할 수 있는 pcDNA/LacZ DNA들 각각 1㎍을 약 70-80% 포화도(confluency)로 성장한 293세포주에 리포펙타민(Gifco BRL,USA)과 처리하여 감염시켰다. 다음 상온에서 배양, 약 3시간후 둘베코 변형 이글배양액(이하 DMEM)배지를 교체하고 48시간 후에 pcDNA LacZ(베타갈락토시다제) 대조군으로 각 벡터들 종류에 따른 감염 효율을 보정하여 발현 분비되는 bFGF 양의 정량시에 비례 환산하였다.First, to confirm the efficiency of the vector derived from the animal cell expression vector pcDNA3.1, the amino-terminal substitution type pcDNA / 4sbFGF DNA, the secretion efficiency control native pcDNA / bFGF, and beta-galactosidase were expressed. 1 μg of each of the possible pcDNA / LacZ DNAs was infected by treatment with lipofectamine (Gifco BRL, USA) in a 293 cell line grown to about 70-80% confluency. After 3 hours of incubation at room temperature, Dulbecco's modified Eagle culture medium (hereinafter referred to as DMEM) medium was replaced, and after 48 hours, the pcDNA LacZ (betagalactosidase) control was used to correct the infection efficiency according to each vector type. When quantifying bFGF amount, it was converted proportionally.

둘째로는 아데노바이러스에 의한 bFGF의 발현 및 분비를 검증하기 위해 운반체용 벡터로 조성한 아미노말단 치환형 pCA14/4sbFGF와 분비 효율 대조군인 천연형 pCA14/bFGF를 인간 아데노바이러스 5형(Human Adenovirus type5)으로부터 유래된 E1/E3 제거-복제 결손(deleted-replication defective) 아데노바이러스인 pHRLd1324Bst와 상동성 재조합 반응을 일으키기 위하여 제한효소 XmnI과 BastI으로 처리하고 선형화(Iinearize)한 후 대장균 균주 BJ5183에 동시 형질전환(co-transformation)을 시켰다. 이 반응을 통해 새롭게 재조합된 아데노비아러스인 Ad/CMV/4sbFGF는 bFGF Ad/CMV/bFGF는 천연형 bFGF 유전자의 5' 말단을 (아미노말단을) 함유한 재조합 바이러스로 조성되었다(도 8). 또한 감염 효율 대조용으로는 베타 갈락토시다제를 발현할 수 있는 Ad/CMV/LacZ 바이러스를 준비하였다. 이들 재조합 아데노바이러스의 증식 및 정제는 293 세포주에서 히테 등(Hittet et al. 1994)의 표준 방법으로 수행하였다. 293 세포주를 90% 포화도(confluency)로 배양 한 후 재조합 된 아데노바이러스 벡터는 각각 10moi로 감염시키고, 2∼3시간 후에 바이러스 접종을 세포 배양체로부터 제거하고 이를 37℃에서 2∼3일간 배양시킨다. 세포배양체와 배양액을 원심분리하고 바이러스를 유출하기 위해 냉각/해동을 3회 반복하고 얻은 침전물과 다시 섞어 원심분리하여 바이러스를 회수한다. 회수된 바이러스는 293 세포주에 제한희석분석(Limiting dilution assay)에 의하여 결정하였다.Second, amino-terminal substituted pCA14 / 4sbFGF and secretion efficiency control pCA14 / bFGF prepared as a carrier vector to verify the expression and secretion of bFGF by adenovirus from human adenovirus type5 Co-transfection of the E. coli strain BJ5183 after co-transfection and linearization with the restriction enzymes XmnI and BastI to induce a homologous recombination reaction with the derived E1 / E3 deleted-replication defective adenovirus pHRLd1324Bst -transformation). Through this reaction, the newly recombined adenovirus Ad / CMV / 4sbFGF was composed of bFGF Ad / CMV / bFGF was composed of a recombinant virus containing the 5 'end (amino terminus) of the native bFGF gene (Fig. 8). In addition, Ad / CMV / LacZ virus capable of expressing beta galactosidase was prepared for control of infection efficiency. Proliferation and purification of these recombinant adenoviruses was performed by the standard method of Hitte et al. 1994 in 293 cell lines. After incubating the 293 cell line at 90% saturation, the recombinant adenovirus vectors were each infected with 10moi, and after 2 to 3 hours, virus inoculation was removed from the cell culture and cultured at 37 ° C. for 2 to 3 days. Centrifuge the cell culture and the culture and repeat the cooling / thawing three times in order to drain the virus, and again mix with the obtained precipitate to centrifuge to recover the virus. The recovered virus was determined by limiting dilution assay on 293 cell lines.

실시예 5. 동물 세포주에서 발현된 bFGF의 정량 및 정성 분석Example 5. Quantitative and Qualitative Analysis of bFGF Expressed in Animal Cell Lines

실시예 4항으로 감염된 동물 세포주의 배양체로부터 배양액을 호수하여 세포 외부로 분비된 bFGF의 정량 및 정성 분석을 수행하였다(도 9). 이를 위하여 실시예 4와 동일한 방법으로 pcDNA/4sbFGF 벡터 또는 대조군 천연형 벡터를 bFGF를 발현하지 않는 COS 세포주에 감염시키고 이를 배양하여 세포 배양액으로 분비된 bFGF의 양을 효소반응면역분석(이하 ELISA)으로 정량하기 위해 R&D 시스템(USA)의 Quantikine ELISA 키트를 사용, 천연형 bFGF와 아미노말단 치환 4sbFGF 재조합체들의 배양액을 비교 정량 하였다. 그 결과 293 세포주와 COS 세포주 각각에 감염된 bFGF 재조합체들 중 아미노말단이 FGF4 의 아미노 말단으로 치환된 4sbFGF를 암호화하는 DNA들이 동일한 싸이토메갈로 바이러스(이하 CMV) 프로모터의 조절 하에서 천연형에 비하여 약 3배 정도 bFGF의 분비가 증가된 것을 확인하였다(도 10). 또한 COS 세포주에서 분비된 bFGF 단백질의 정성 분석을 하기 위하여 분비된 bFGF를 헤파린 세파로스 칼럼 크로마토그래피로 분리정제를 실시하였다. 세포 배양체로부터 배양액과 배양체를 원심분리하고 배양 상층액을 헤파린세파로스 컬럼에 투여하였다. 다음 이 컬럼을 소듐인산염 완충용액(pH7.4)으로 컬럼 체적의 5배 세척한 후 염화나트륨(이하 NaCl) 0.5에서 1.5M로 농도 구배를 가하여 컬럼에 흡착된 단백질들을 용출 시키고 그 분획들을 각각 분리하였다. 이 분획들을 대조군으로bFGF 표준 시료와 세포 배양 시에 사용된 10% 우혈청, bFGF 벡터를 갖고 있지 않은 동물세포주의 배양액등과 비교하기 위하여 SDS-폴리아크릴아마이드 젤 전기영동(4-12% 농도구배 겔, Novex USA)을 수행하고 겔로부터 단백질을 니트로셀룰로스 용지에 흡착 시킨 후 bFGF에 대한 항체(Upstate Biotechnology USA)를 이용하여 웨스턴 블롯(Westem Blot)을 수행하였다. 그 결과 헤파린 세파로스에 결합한 bFGF는 약 1-1.5M의 NaCl 분획으로 회수하였고 bFGF벡터를 함유하지 않은 배양체에서는 bFGF가 분비되지 않음을 확인하였다. 도 11은 웨스턴 블롯 결과로서 1번 레인은 세포파쇄 상등액, 2번 레인은 세포파쇄 침전물, 3번 레인은 분자량 표준 시료, 4번 레인은 헤파린 용출 염화나트륨 0 M분획, 5번 레인은 헤파린 용출 염화나트륨 0.5 M분획, 6번 레인은 헤파린 용출 염화나트륨 0.75 M분획, 7번 레인은 헤파린 용출 염화나트륨 1.0M분획, 8번 레인은 헤파린 용출 염화나트륨 1.25M분획, 9번 레인은 헤파린 용출 염화나트륨 1.5M분획, 10번 레인은 bFGF표준 시료 100ng, 11번 레인은 COS배양 상등액, 12번 레인은 DMEM 배양액을 나타낸다. 또한 bFGF를 분비한 배양체의 세포를 파쇄한 분획에서도 세포내에서 합성된 bGFG가 있음을 확인하여 bFGF의 아미노말단 치환체가 CMV 프로모터 조절에 의하여 천연형 bFGF에 비교하여 세포 외부로의 분비효율이 증가 했음을 확인하였다. 또한 이때 세포 외부로 분비된 bFGF와 내부에 존재하는 bFGF 단백질의 성상을 비교하고자 bFGF 단백질의 재조합 표준 시료(18kDa)와 비교 분석도 수행하였다. 세포 내에 발현된 bFGF와 세포외부로 분비된 bFGF의 양상이 bFGF 표준시료에 비하여 분자량이 감소하지 않은 것으로 미루어 bFGF의 발현 이후 세포 외부로 분비되는 과정에서 고전적인 유형의 단백질 분해효소에 의한 분비신호 펩타이어의 절단과정을 수반하지 않는 것으로 확인되었다. 이는 FGF 유사체 집단에서 보고되고 있는 비절단성 분비 양식(The Joumal of Biological Chemistry 275(11):8083-90, 2000)을 통해 아미노말단 치환된 bFGF의 세포 외부로의 분비가 이루어짐을 확인해준다. 즉 천연형 bFGF와 아미노말단이 치환된 재조합체 4sbFGF가 천연형의 분자량과 동일한 분자량의 bFGF를 세포 외부로 분비하는 것은 아미노말단에 치환에도 불구하고 분비신호 단백질 분해효소(signal peptidase)에 공격을 받지 않음을 증명하는 것이며, 그럼에도 분비효율이 천연형에 비하여 중대한 것은 치환된 bFGF 아미노 말단의 서열에 따른 단백질의 하전 상태와 bFGF의 구조상에 소수성 패치(patch)의 노출 상태가 단백질 분비 효율을 증가 시킨 것으로 판단된다.Quantitative and qualitative analysis of bFGF secreted out of the cells was carried out by culturing the culture medium from the culture of the animal cell line infected with Example 4 (FIG. 9). To this end, in the same manner as in Example 4, the pcDNA / 4sbFGF vector or a control native vector was infected with a COS cell line not expressing bFGF, and the amount of bFGF secreted into the cell culture was analyzed by enzyme reaction immunoassay (hereinafter, ELISA). To quantitatively, cultures of native bFGF and amino-substituted 4sbFGF recombinants were compared and quantified using Quantikine ELISA kit of R & D system (USA). As a result, among the bFGF recombinants infected with the 293 cell line and the COS cell line, DNAs encoding 4sbFGF in which the amino terminal was substituted with the amino terminal of FGF4 were approximately 3 compared to the native form under the control of the same cytomegalovirus (CMV) promoter. It was confirmed that the secretion of bFGF was increased about twice (FIG. 10). In addition, for qualitative analysis of the bFGF protein secreted from the COS cell line, the purified bFGF was separated and purified by heparin Sepharose column chromatography. The culture and the culture were centrifuged from the cell culture and the culture supernatant was administered to a heparinsepharose column. The column was washed with sodium phosphate buffer (pH7.4) five times the volume of the column, and sodium chloride (hereafter NaCl) was added at a concentration gradient of 0.5 to 1.5 M to elute the adsorbed proteins on the column, and the fractions were separated. . SDS-polyacrylamide gel electrophoresis (4-12% gradient) was used to compare these fractions with a bFGF standard sample and 10% bovine serum used for cell culture and culture of animal cell lines without bFGF vector as a control. Gel, Novex USA) was performed and the protein was adsorbed onto nitrocellulose paper and Western blot was performed using an antibody against bFGF (Upstate Biotechnology USA). As a result, bFGF bound to heparin sepharose was recovered as NaCl fraction of about 1-1.5M, and it was confirmed that bFGF was not secreted in the culture containing no bFGF vector. Figure 11 shows the results of Western blot lane 1 cell disruption supernatant, lane 2 cell disruption precipitate, lane 3 lane molecular weight standard sample, lane 4 heparin elution sodium chloride 0 M fraction, lane 5 heparin elution sodium chloride 0.5 M fraction, lane 6 heparin eluted sodium chloride 0.75 M fraction, lane 7 heparin eluted sodium chloride 1.0M fraction, lane 8 heparin eluted sodium chloride 1.25M fraction, lane 9 heparin eluted sodium chloride 1.5M fraction, lane 10 Silver bFGF standard sample 100ng, lane 11 COS culture supernatant, lane 12 represents the DMEM culture. In addition, it was confirmed that there was bGFG synthesized intracellularly even in the fraction of cells that cultured bFGF-secreting cells, and the amino terminal substituent of bFGF increased the secretion efficiency outside the cell compared to the native bFGF by CMV promoter regulation. Confirmed. In addition, to compare the properties of bFGF secreted outside the cells and the bFGF protein present in the cell was compared with the recombinant standard sample (18kDa) of bFGF protein. Since the expression of bFGF expressed in cells and bFGF secreted outside the cell did not decrease as compared to the bFGF standard sample, the secretion signal peptide by the classical type of protease was released in the process of secretion outside the cell after bFGF expression. It was found not to involve the tire cutting process. This confirms that the amino acid-substituted bFGF is secreted out of cells through the non-cleavable secretion mode reported in the FGF analog population (The Joumal of Biological Chemistry 275 (11): 8083-90, 2000). That is, the recombinant 4sbFGF with a native bFGF and an amino-terminal substitution, secreted bFGF with a molecular weight equal to that of the natural type to the outside of the cell was not attacked by a signal peptidase despite the amino-terminal substitution. Nevertheless, the secretion efficiency is significant compared to the natural form, and the charged state of the protein according to the substituted bFGF amino terminal sequence and the exposure state of the hydrophobic patch on the structure of the bFGF increased the protein secretion efficiency. Judging.

실시예 6. 분비 정제된 bFGF의 평활근 세포에 대한 증식 촉진 효과Example 6 Growth Promoting Effect of Secreted Purified bFGF on Smooth Muscle Cells

실시예 5항으로 정제된 bFGF 단백질들의 생물학적 활성을 확인하기 위하여 평활근 세포에 처리 배양하여 세포 증식(proliferation)유발을 분석하였다. 쥐로부터 분리한 동맥유래 평활근 세포(Rat Aortic Smooth Muscle Cell, 이하 RASMC)를 약 72시간동안 배양액에 우혈청농도를 72시간 고갈 시킨 후 실시예 5항에서 헤파린 세파로스 정제한 COS 유래 bFGF인 아미노 말단 치환 bFGF단백질을 ELISA로 정량하여 동일량의 표준시료인 천연형 재조합 bFGF 단백질을 우혈청을 첨가하지 않은 배지에 20ng/ml의 농도로 각각 첨가하여 배양을 대조군으로 우혈청 첨가 및 비첨가 배지와 함께 실시 관찰하였다. 이 배양을 통하여 아미노말단 치환 bFGF와 천연형 bFGF가 형활근세포 증식 효과를 나타냄을 확인하기 위하여 FGF의 생물학적 활성에의하여 발현되는 유전자의 패턴을 역전사(reverse transcription)PCR반응으로 검증하였다. 성장인자의 자극을 통한 신호전달(signal transducton)기작에 의해 세포증식이 촉진될 때 발현이 유발되는 proto-oncogene의 발현정도를 비교하면 bFGF의 세포증식 효과를 확인이 가능하므로 이를 위하여 평활근 세포 배양체로부터 RNA를 울트라스펙 RNA정제 키트(Ultraspec II RNA Isolation kit, Biotecx, USA) 시약을 처리하여 전체 RNA를 분리 정제한 후 이 RNA 5㎍을 주형으로 하여 올리고 dT프라이머와 AMV 역전사효소(Promega, USA)를 처리 반응 시켜 mRNA에 대한 상보적인 단일 가닥의 cDNA를 합성하였다. 다시 이 cDNA 1㎍을 주형으로 성장인자의 자극으로 발현이 유도되는 c-Myc 유전자의 상류에 해당하는 프라이머: 5'-GTC ACG ACG ATG CCC CTC AAC GTG-3'와 c-Myc 유전자 하류에 해당하는 프라이머: 5'-AAG TCC AAG TTC TGT CAG AAG GAA-3'를 Taq DNA 중합요소에 의한 연쇄 반응(이하 PCR)을 실시하였다. PCR반은은 열변성(denaturation) 94℃ 1분, 주형과 프라이머 결합(annealing) 57℃ 1분, 프라이머 연장반응(polymerization) 72℃ 1분을 1주기(cycle)로 하여 20주기를 PCR반응기인 로보싸이클러(RobocyclerTM, Stratagen USA)를 사용 수행 하였다. 이 반응으로부터 증폭된 약 1.3kbp의 c-Myc 유전자를 증폭하였다. 도12에 나타난 바와 같이 평활근 세포에 COS세포 배양체 상등액을 처리한 대조군 비하여 치환체 4sbFGF와 천연형 bFGF는 c-Myc 유전자의 발현이 높으면서 생물학적 활성이 동일하게 나타냄을 확인하였다.In order to confirm the biological activity of the bFGF proteins purified in Example 5, the cells were treated and cultured in smooth muscle cells to analyze proliferation induction. Rat Aortic Smooth Muscle Cell (RASMC) isolated from rats was depleted in serum for 72 hours in the serum for 72 hours, and then the amino terminal of COF-derived bFGF purified from heparin Sepharose in Example 5 Substituted bFGF protein was quantified by ELISA and the same amount of standard recombinant bFGF protein was added to the medium without bovine serum at a concentration of 20 ng / ml, respectively. Was observed. In order to confirm that the amino-terminal substitution bFGF and the native type bFGF show a proliferative effect on the smooth muscle cell proliferation through this culture, the pattern of genes expressed by the biological activity of FGF was verified by reverse transcription PCR reaction. Comparing the expression level of proto-oncogene that causes expression when cell proliferation is stimulated by signal transducton mechanism through stimulation of growth factor, it is possible to confirm the cell proliferation effect of bFGF. RNA was treated with ultra-spec RNA purification kit (Ultraspec II RNA Isolation kit, Biotecx, USA) reagent to isolate and purify total RNA, and then the oligo-dT primer and AMV reverse transcriptase (Promega, USA) Treatment was performed to synthesize complementary single-stranded cDNA for mRNA. Again, the primer corresponding to the upstream of the c-Myc gene, where 1 μg of this cDNA is expressed as a stimulus of growth factor, is: 5'-GTC ACG ACG ACTG ATG CCC CTC AAC GTG-3 'and downstream of c-Myc gene. Primer: 5'-AAG TCC AAG TTC TGT CAG AAG GAA-3 'was subjected to a chain reaction (hereinafter PCR) by Taq DNA polymerase. The PCR panel was used for 1 cycle of 94 ° C denaturation, 1 ° C for primer and primer annealing, and 1 ° C for primer extension 72 ° C. Robocycler (Stratagen USA) was used. About 1.3 kbp of c-Myc gene amplified from this reaction was amplified. As shown in FIG. 12, the substituents 4sbFGF and the native type bFGF were found to have the same biological activity with high expression of c-Myc gene compared to the control group treated with COS cell culture supernatant.

이상의 결과들로 천연형 bFGF의 아미노말단을 bFGF4의 아미노말단으로 치환한 변이체 bFGF의 유전자는 동물 세포주에서 천연형의 bFGF보다 많은 양의 bFGF 단백질의 분비가 가능하면서도 동일한 생물학적활성을 유지함으로 인해 유전자 치료용 전달체에 이용할 때 생체내에서 신생혈관 형성을 효율적으로 증대 시킬 수 있는 방법을 제공 할 수 있다.As a result, the mutant bFGF gene, which substituted the amino end of native bFGF with the amino end of bFGF4, was able to secrete a higher amount of bFGF protein than that of native bFGF in animal cell lines, while maintaining the same biological activity. When used for a carrier carrier can provide a method that can efficiently increase the neovascularization in vivo.

Claims (8)

인간 염기성 섬유아세포 성장인자(bFGF)를 암호화하는 서열1의 염기서열을 갖는 핵산 또는 이 염기서열에 70% 이상의 서열 상동성을 갖는 핵산Nucleic acid having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 encoding human basic fibroblast growth factor (bFGF) or a nucleic acid having 70% or more sequence homology to the nucleotide sequence 제1항의 핵산과 발현 벡터로 이루어진 재조합 벡터Recombinant vector consisting of the nucleic acid and the expression vector of claim 1 제2항에 있어서, 상기 발현벡터가 동물세포주 발현벡터인 재조합 벡터The recombinant vector of claim 2, wherein the expression vector is an animal cell line expression vector. 제2항에 있어서, 상기 발현벡터가 아데노바이러스 발현 벡터인 재조합 벡터The recombinant vector of claim 2, wherein the expression vector is an adenovirus expression vector. 제2항 내지 제4항중 어느 한항의 재조합 벡터로 형질전환된 형질전환체Transformant transformed with the recombinant vector of any one of claims 2 to 4 제5항에 있어서, 상기 형질 전환체가 동물세포주인 형질전환체The transformant of claim 5, wherein the transformant is an animal cell line. 제5항에 있어서, 상기 형질 전환체가 박테리아인 형질전환체The transformant of claim 5, wherein the transformant is a bacterium. 서열1의 아미노산 서열을 갖는 인간 염기성 섬유 아세포 성장인자 (bFGF) 또는 서열1의 아미노산 서열에 70% 이상의 상동성을 갖는 아미노산 서열을 갖는 그 유사체Human basic fibroblast growth factor (bFGF) having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or an analogue having an amino acid sequence having at least 70% homology to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1
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