KR20020046293A - Novel heparinases derived from Bacteroides stercoris HJ-15 which hydrolyze glycosaminoglycan, a preparing method and a use thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A novel heparinase capable of decomposing glycosaminoglycans(GAG), derived from human intestinal microorganism, a producing method thereof and the use thereof are provided, therefore the heparinase having improved substrate specificity and stability can be produced. CONSTITUTION: The heparinase capable of decomposing glycosaminoglycans(GAG) is isolated from Bacteroides stercoris HJ-15(KCCM-10096), wherein glycosaminoglycans(GAG) are heparin, heparan sulfate and acharan sulfate; the heparinase has 45 or 70 kDa of molecular weight and optimal NaCl concentration of 200 to 900 mM, optimal pH of 6.0 to 7.5 and optimal temperature of 35 to 55 deg. C or 40 to 45 deg. C; and the activity of heparinase is catalyzed by EDTA, Co2+, Cu2+, Ni2+, Ba2+ and Zn2+. The method for producing heparinase comprises the steps of: culturing Bacteroides stercoris in an appropriate medium; recovering the cultured cells and preparing cell extract; and subjecting the cell extract to chromatography, wherein the chromatography is selected from QAE-cellulose, DEAE-cellulose, CM-sephadex C-50, hydroxyapatite, CM-sephadex C-25 and Hi-Trap SP.

Description

글리코사미노글리칸을 분해하는 인간 장내 미생물 유래 신규 헤파리네이즈, 그의 제조 방법 및 용도{Novel heparinases derived from Bacteroides stercoris HJ-15 which hydrolyze glycosaminoglycan, a preparing method and a use thereof}Novel heparinases derived from Bacteroides stercoris HJ-15 which hydrolyze glycosaminoglycan, a preparing method and a use according to human intestinal microorganisms that degrade glycosaminoglycans

본 발명은 글리코사미노글리칸(glycosaminoglycan, 이하 "GAG"라고 약칭함)류 분해효소를 생산하는 박테로이드 스테르코리스 HJ-15(Bacteroides stercorisHJ-15)로부터 유래한 신규한 헤파리네이즈(heparinase), 그의 제조방법 및 용도에 관한 것으로, 구체적으로 인간의 장내 미생물인 박테로이드 스테르코리스 HJ-15로부터 분리·정제되고 헤파린과 헤파란 황산을 각각 특이적으로 분해하는 두 종류의 신규한 헤파리네이즈, 그의 제조방법 및 용도에 관한 것이다.The present invention is a novel heparinase derived from bacteroids Stechoris HJ-15, which produces glycosaminoglycans (abbreviated as "GAG") degrading enzymes. , And a method for using the same, and specifically, two novel heparines that are isolated and purified from human intestinal microorganisms, bacteroids Sterchoris HJ-15, and specifically decompose heparin and heparan sulfuric acid, respectively. It relates to an ease, a production method and a use thereof.

글리코사미노글리칸은 생합성 과정에서 부분적인 변화를 통해 구조적으로 다양하고 복잡한 형태를 지니게 된다. GAG류는 우론산과 글루코사민의 반복되면서 부분적으로 황산화가 이루어져 있는 기본적인 골격을 가지고 있으며, 이러한 복잡한 화학구조에 의해 여러 종류의 생물활성을 나타낼 수 있게 된다. 현재까지 알려진 바에 의하면, 이와같이 다양한 생물활성은 고유의 특정서열이 존재함에 기인한 것으로 보인다.Glycosaminoglycans are structurally diverse and complex through partial changes in the biosynthesis process. GAGs have a basic backbone that is partially sulfated with uronic acid and glucosamine, and these complex chemical structures enable them to exhibit a variety of biological activities. As is known to date, these various biological activities appear to be due to the presence of specific sequences of their own.

동물류의 GAG류로는 하이알우론산(hyaluronic acid), 콘드로이틴 황산(chondroitin sulfate), 케라틴 황산(keratin sulfate), 헤파란 황산(heparan sulfate), 헤파린(heparin) 등이 알려져 있으며, 최근 본 발명자가 새로운 GAG류인 아카란 황산을 발견하고 이를 특허출원한 바 있다(대한민국 특허 제 1995-46690호). 이들 GAG류 중 헤파린은 간, 허파, 피부 점막내의 동맥을 따라서 있는 마스트(mast) 세포내에 고립되어 존재하고 그 외 나머지 GAG류는 연결조직에 분포한다. 의약품으로 사용되는 콘드로이틴 황산은 상어의 척추 연골 및 소의 기관지에서 얻어지고 있다. 또한, 하등동물인 연체동물에서도 GAG류가 발견되고 있는데, 그 예로서 조개류에서 3-0-황산기를 가지면서 항트롬빈(antithrombin) 결합부위가 있는 GAG류의 존재가 보고되었고(Pejler 등,J. Biol. Chem., 262;11413-11421, 1986), 해삼, 성게류에서도 황산기가 치환된 콘드로이틴 황산류가 발견되었다(Mourao 등,TIGG, 7;235-246, 1995). 그리고 오징어의 각막에서도 콘드로이틴 황산이 존재함이 알려졌으며(Karamanos 등,Int. J. Biochem., 23;67-72, 1991), 아카란 황산은 아프리카산 왕달팽이에 풍부하게 존재함이 밝혀졌다 (Kim 등,J. Biol. Chem. ,271;170-175, 1996). Animal GAGs include hyaluronic acid, chondroitin sulfate, keratin sulfate, heparan sulfate, heparin, and the like. Akaran sulfuric acid was found and patented (Korean Patent No. 1995-46690). Among these GAGs, heparin is isolated in mast cells along the arteries in the liver, lungs, and skin mucosa, and the other GAGs are distributed in connective tissue. Chondroitin sulfate, used as a medicine, is obtained from shark cartilage and bovine bronchus. In addition, GAGs are also found in molluscs, which are inferior, such as the presence of GAGs with antithrombin binding sites with 3-0-sulfuric acid groups in shellfish (Pejler et al., J. Biol. Chem ., 262; 11413-11421, 1986), chondroitin sulfates substituted with sulfuric acid have also been found in sea cucumbers and sea urchins (Mourao et al., TIGG , 7; 235-246, 1995). It is also known that chondroitin sulfate is present in the cornea of squid (Karamanos et al ., Int. J. Biochem ., 23; 67-72, 1991), and acaran sulfate is found to be abundant in African king snails ( Kim et al. , J. Biol. Chem., 271; 170-175, 1996) .

GAG류는 생체 내에서 프로테오글리칸(proteoglycan)의 형태로 존재하며, 이러한 프로테오글리칸은 프로테아제(protease)와 글리코시다아제(glycosidase)에 의해 분해되어 당부분이 유리된다. GAG류의 생리적 역할에 대해서 아직까지 많이 밝혀져 있지 않으나 생체 내의 단백질들과 결합하여 생리활성을 나타내는 것으로 보인다. 생체 내에서 GAG류와 결합하는 단백질은 프로테아제 저해제(protease inhibitor), 혈장의 지질단백질(lipoprotein), 성장인자, 지질분해효소, 외피세포결합체(extracelluar matrix) 단백질 등 크게 5가지로 나눌 수 있다. 이들 단백질은 GAG류와 결합하여 각각의 특이한 생리활성에 작용한다.GAGs exist in the form of proteoglycans in vivo, and these proteoglycans are cleaved by protease and glycosidase to release glycosides. The physiological role of GAGs is not known yet, but it seems to show physiological activity by binding to proteins in vivo. Proteins that bind GAGs in vivo can be largely classified into five types, such as protease inhibitors, plasma lipoproteins, growth factors, lipolytic enzymes, and extracelluar matrix proteins. These proteins bind to GAGs and act on their specific biological activities.

첫번째 GAG류는 프로테아제 저해제와 결합하여 생리 활성을 나타내는데, GAG류와 결합하는 대표적인 프로테아제 저해제로는 안티트롬빈 III(antithrombin III)와 헤파린 코팩터 II(heparin cofactor II)가 있다. 헤파린은 항트롬빈 III와 결합하여 혈액인자 Xa와 트롬빈의 작용을 억제하고, 헤파린 보조인자 II와 결합하여트롬빈의 작용을 저해하여 혈액응고를 막는다.The first GAGs exhibit physiological activity in combination with protease inhibitors. Representative protease inhibitors that bind GAGs include antithrombin III and heparin cofactor II. Heparin binds with antithrombin III to inhibit the action of blood factors Xa and thrombin, and binds to heparin cofactor II to inhibit the action of thrombin to prevent blood coagulation.

두번째 GAG류는 혈장의 지질단백질과 결합하는 것으로서, GAG류와 결합하는 대표적인 혈장 지질단백질에는 아포지질단백질 E와 아포지질단백질 B가 있다. 혈장 지질단백질과 결합하는 GAG류에는 헤파린과 콘드로이틴이 있으며, 이러한 헤파린과 콘드로이틴은 아포지단백질 E와 아포지단백질 B의 산성 및 염기성 아미노산이 몰려 있는 부위와 상호작용을 하여 동맥경화의 발생을 조절한다.The second GAG class binds to lipoproteins of plasma. Representative plasma lipoproteins that bind to GAG class are apolipoprotein E and apolipoprotein B. GAGs that bind to plasma lipoproteins include heparin and chondroitin, and these heparin and chondroitin interact with sites in which the acid and basic amino acids of apolipoprotein E and apolipoprotein B are concentrated to regulate the occurrence of atherosclerosis.

세번째 GAG류는 성장인자와 결합하는데 GAG류와 결합하는 성장인자에는 염기성 섬유아세포 성장인자(bFGF)가 있으며, 성장인자와 결합하는 GAG류에는 헤파린과 헤파란 황산이 있다. 헤파린과 헤파란 황산은 bFGF와 결합하여 bGFG가 분해되는 것을 방지함으로써 세포성장 및 분화에 중요한 역할을 담당한다.The third GAG class binds to the growth factor, and the growth factor that binds to the GAG class is basic fibroblast growth factor (bFGF), and the GAG class that binds to the growth factor includes heparin and heparan sulfate. Heparin and heparan sulfate play an important role in cell growth and differentiation by binding to bFGF and preventing the degradation of bGFG.

네번째 GAG류는 지질분해 효소와 결합하는 것으로, 헤파린과 헤파란 황산을 정맥으로 주사하면 지질분해 효소인 저밀도 지질단백질(low density lipoprotein) 분해효소와 중성지방 분해효소를 혈장세포 내로 유리시키게 되는데, 이와 같이 유리된 지질분해 효소가 혈중의 지방을 분해시키기 때문에 동맥경화 예방에 큰 역할을 한다.The fourth GAG binds to lipolytic enzymes. Intravenous injection of heparin and heparan sulfate releases lipolytic low density lipoproteinases and triglycerides into plasma cells. Likely, free lipolytic enzymes break down fat in the blood and play a major role in preventing atherosclerosis.

다섯번째 GAG류는 외피세포 결합체와 결합하는데, GAG류와 상호작용을 하는 외피세포 결합체의 단백질로는 피브로넥틴(fibronectin), 비트로넥틴(vitronectin), 라미닌(laminin), 트롬보스폰딘(thrombospondin)이 있다. 이들 GAG류와 결합하는 단백질은 세포부착, 세포간의 정보전달, 세포분화, 세포성장 등에 주요하다.Fifth GAGs bind to enveloped cell conjugates, and proteins of the enveloped cell conjugates that interact with GAGs include fibronectin, vitronectin, laminin, and thrombospondin. . Proteins that bind to these GAGs are important for cell adhesion, information transfer between cells, cell differentiation, and cell growth.

전술한 바와 같이, GAG류는 생체내의 단백질과 결합하여 여러 가지 생리활성을 나타내므로 다양한 용도로 사용될 수 있다. GAG류가 약물로 쓰이는 예로서, 콘드로이틴 황산은 점안제, 관절염 치료제, 최근에는 강장 드링크류 등에도 사용되고 있다. 임상에서 글리칸 의약품으로 널리 사용되는 것은 헤파린으로, 헤파린은 항혈액응고제로서 혈전 치료제, 수술후, 신장투석, 인공혈관, 체외순환(extracorporeal circulation) 저해, 염기성 섬유모세포(fibroblast) 성장인자의 상호작용, 항바이러스 작용 등 다양한 생물활성이 보고되고 있다. 헤파린은 GAG류의 생물학적 물질로서 동물조직으로부터 추출되며, 그들의 항응고성 및 항트롬빈성을 이용하여 상기와 같은 용도로 사용되는데, 특히 헤파린은 수술후 정맥혈전증의 치료에 유용하다. 그러나, 천연형의 헤파린은 사용조건이 매우 제한적인 결점을 보이는데, 특히 항응고 활성은 출혈을 야기할 수 있으며 PF4와 같은 혈청인자에 대한 민감성은 비교적 대량의 투여량을 사용하게 한다. 그러므로, 항트롬빈 효과에 기인한 항응고 활성이 없을 때, 특히 항트롬빈 분해효소 활성에 기인한 항트롬빈 활성을 촉진해야만 한다.As described above, GAGs can be used for various purposes because they show various physiological activities in combination with proteins in vivo. As an example in which GAGs are used as drugs, chondroitin sulfate is also used in eye drops, arthritis treatment agents, and recently, tonic drinks. Heparin is widely used as a glycan drug in the clinic, and heparin is an anticoagulant drug. Various biological activities, including antiviral action, have been reported. Heparin is extracted from animal tissues as a biological substance of GAG class, and is used for such use by using their anticoagulant and antithrombinability, and heparin is particularly useful for the treatment of postoperative venous thrombosis. However, heparin in its natural form has drawbacks with very limited conditions of use, in particular anticoagulant activity can cause bleeding and sensitivity to serum factors such as PF4 leads to the use of relatively large doses. Therefore, in the absence of anticoagulant activity due to antithrombin effect, in particular antithrombin activity due to antithrombinase activity must be promoted.

한편, 아카란 황산은 전술한 GAG류의 생리활성을 포함하여 다양한 생리활성을 나타낸다. 아카란 황산은 탈아세틸화, 황산화, 새로운 올리고 GAG화와 같은 구조적 변형에 의해 부작용이 적은 항혈액응고제로 사용될 가능성이 있으며, 이중 아카란 황산의 황산화된 올리고당은 섬유아세포 성장인자와의 결합에 필요한 구조적특징을 제공하므로 세포성장 및 분화에도 중요한 역할을 담당한다. 실제적으로 탈아세틸 후 -NH2에 황산화가 이루어진 화합물이 대조군에 비해 6배 정도 세포 성장을 촉진하는 것으로 보아 황산화된 아카란 황산의 상처 치유 효과를 기대할 수 있을 것이다(Wang 등,Biochem. Biophy. Res. Commun., 235;369-373). 또한, 아카란 황산은 반복적인 이당류의 단순한 구조를 지니기 때문에 황산기 전이효소를 이용한 반응의 모델 화합물로서도 이상적이다. 이외에도 아카란 황산은 건강식품으로서 이용되고 있는 달팽이로부터 유래된 것이기 때문에 골다공증을 포함하여 간 기능저하 및 갱년기 장애에도 매우 효과적이다.On the other hand, acaran sulfate exhibits various physiological activities including the physiological activities of the aforementioned GAGs. Acaran sulfate is likely to be used as an anticoagulant with less side effects due to structural modifications such as deacetylation, sulfate, and new oligo GAG. Among these, sulfated oligosaccharides of acaran sulfate bind to fibroblast growth factors. It also plays an important role in cell growth and differentiation as it provides the structural features necessary for. In fact, the desulfated compound -NH 2 after deacetylation promotes cell growth about 6 times as compared to the control group, and thus the wound healing effect of sulfated acaran sulfate can be expected (Wang et al. , Biochem. Biophy. Res. Commun ., 235; 369-373). Acaran sulfate is also ideal as a model compound for reactions using sulfate group transferase because of its simple structure of repeating disaccharides. In addition, since acaran sulfate is derived from a snail used as a health food, it is very effective for liver deterioration and menopausal disorders including osteoporosis.

GAG류가 상기와 같은 다양한 약리 작용을 나타내고 있으나, 이들의 분자량이 너무 큰 관계로 다루기가 쉽지 않고, 또한 부작용이 유발되는 문제점이 있어서 저분자량의 GAG류를 제조할 필요성이 크게 대두되었다.Although GAGs exhibit various pharmacological effects as described above, their molecular weight is too large, so it is not easy to deal with them, and there is a problem of causing side effects.

상기 목적을 달성하기 위하여, 헤파린을 저평균 분자량의 분자로 단편을 내는 것이 제안되어 왔다. 특히, 유럽 특허 출원 제 40,122호는 헤파린을 구성하는 다당류의 일반적인 구조로 이루어지면서 그의 비환원성 말단에 에틸렌형 이중결합을 가지며 중량 평균 분자량이 2,000-10,000 달톤인 황산과 다당류의 혼합물을 제시하고 있다. 이러한 혼합물들은 헤파린 에스테르의 중합 및 비누화에 의해 얻어지는데, 헤파린보다 더 낮은 항트롬빈 활성 및 전체 항응고 활성을 보이는 것으로 보고되었다. 그러나, 상기 기술이 직면한 주된 문제는 이와 같이 얻어진 헤파린이매우 불균일한 생성물이라는 것이다.In order to achieve the above object, it has been proposed to fragment heparin into molecules of low average molecular weight. In particular, European Patent Application No. 40,122 discloses a mixture of sulfuric acid and polysaccharides, consisting of the general structure of the polysaccharides constituting heparin, having an ethylenic double bond at its non-reducing end and having a weight average molecular weight of 2,000-10,000 Daltons. These mixtures are obtained by polymerization and saponification of heparin esters, which have been reported to show lower antithrombin activity and total anticoagulant activity than heparin. However, the main problem faced by this technique is that the heparin thus obtained is a very heterogeneous product.

또한, 유럽 특허 출원 제 40,144호에 서술된 방법은 개선된 작용에 대한 필수의 약리학적 특성, 즉 충분하게 긴 혈장내의 반감기, 상당히 높은 흡수율을 가진 화합물을 얻을 수는 없다는 문제점이 제기되고 있다. 그 외에도, 트롬빈 형성시 헤파린 작용의 메카니즘에 대한 최근 연구는 시험관 내 실험에서 헤파린의 평균 분자량이 헤파린의 활성에 미치는 영향을 설명하였다(Beguin 등,Thromb. Haemost.,61:30, 1989). 여기에서 저분자량 헤파린은 트롬빈 저해 활성이 감소되며, 고분자량의 헤파린은 트롬빈 저해 활성을 가지는 경향이 있다는 것이 보고되었다.In addition, the method described in European Patent Application No. 40,144 raises the problem that it is not possible to obtain compounds with the essential pharmacological properties for improved action, namely half-life in sufficiently long plasma, significantly high absorption rate. In addition, recent studies on the mechanism of heparin action in thrombin formation have demonstrated the effect of heparin's average molecular weight on heparin activity in in vitro experiments (Beguin et al . , Thromb. Haemost., 61:30, 1989). It has been reported that low molecular weight heparin has a decreased thrombin inhibitory activity, and high molecular weight heparin has a tendency to have thrombin inhibitory activity.

이와 동시에, 유럽 특허 출원 제 337,327호에는 좀 더 균질한 평균 분자량의 혼합물들을 추출하기 위하여 헤파린을 분별하는 방법이 제안되었는데, 이는 평균 분자량이 훨씬 감소된 분산을 갖는 혼합물을 얻을 수 있게 하며, 헤파린으로부터 유래된 소당류 단편을 제조하는 방법을 기술하고 있다. 상기 방법에 따르면 3,000 달톤 이하 분자량의 분액이 먼저 제거된 후, 최종 생성물로부터 10-16 당류 이하를 함유한 단편이 제거되어 7,000 달톤 이상 분자량의 헤파린 분액만이 남게된다. 이러한 최종 혼합물의 균질화에 의해 바람직한 항혈전 활성은 보존되는 반면 항응고 활성은 감소된 헤파린을 제조하였다.At the same time, European Patent Application No. 337,327 proposed a method for fractionating heparin to extract mixtures of more homogeneous average molecular weight, which makes it possible to obtain mixtures with dispersions with much lower average molecular weight, from heparin Described are methods for preparing the derived small sugar fragments. According to this method, an aliquot of molecular weight of 3,000 Daltons or less is first removed, followed by the removal of fragments containing 10-16 sugars or less from the final product, leaving only heparin aliquots of molecular weight of 7,000 Daltons or more. Homogenization of this final mixture produced heparin with reduced anticoagulant activity while preferred antithrombotic activity was preserved.

이러한 저분자량의 GAG류를 제조하는 방법에는 화학적인 방법과 효소를 이용하는 방법이 있다. GAG류를 분해하는 효소에는 가수분해 하여 물이 빠지면서 이중결합의 화합물이 생기는 라이에즈(lyase, eliminase)와 가수분해하여 단일결합물의화합물이 생기는 하이드롤레이즈(hydrolyase)가 있으며, 라이에즈로는 헤파리네이즈 I, II, III 및 콘드로이틴 분해효소 A, B, C등이 있다. 헤파리네이즈 I은 헤파린의 주요 결합구조인 -〉4)-α-D-GlcNS(6S 또는 OH)(1-〉4)-α-L-IdoA2S(1-〉에 특이적으로 작용하여 분해시킨다. 때문에 최근에는 헤파린 치료에서 과잉의 헤파린 투여시 이를 중화시킬 목적으로 헤파리네이즈 I을 사용하는 임상 일상이 진행되고 있으며(Zimmerman, 미국 특허 출원 제 5,262,325호), 미국 FDA에서는 헤파린의 농도를 측정하는데 이를 사용하는 것을 허가하였다(Tejidor 등,Thrombo. Haemost., 69:866, 1993). 헤파리네이즈 II는 -4)-α-D-GlcNS(6S 또는 OH)(1-〉4)-α-L-IdoA(2S 또는 OH) 또는 -β-D-GlcA( -〉1에 작용하여 헤파린과 아카란황산을 분해시킨다. 헤파리네이즈 III는 헤파란 황산의 주결합인 -〉4)-α-D-GlcNS(또는 Ac)(1-〉4)-α-L-GlcA(또는-〉IdoA)(1-〉에 특이적으로 작용하여 헤파린 황산을 분해시킨다(Steffen E.,Critic. Rev. in Biochem. and Mol. Biol., 30(5):387-444, 1995).There are two methods for producing low molecular weight GAGs, chemical methods and methods using enzymes. Enzymes that decompose GAGs include lyases and eliminases, which are hydrolyzed to release water and double-bond compounds, and hydrolyases, which hydrolyze to form compounds of single bonds. Is I, II, III and chondroitin degrading enzymes A, B, C and the like. Heparinase I specifically cleaves and degrades heparin's main binding structure-> 4) -α-D-GlcNS (6S or OH) (1-> 4) -α-L-IdoA2S (1->). Recently, clinical routines using Heparinase I have been underway for the purpose of neutralizing excess heparin in heparin therapy (Zimmerman, U.S. Patent Application No. 5,262,325). It was licensed for use (Tejidor et al., Thrombo. Haemost ., 69: 866, 1993). Heparinase II is -4) -α-D-GlcNS (6S or OH) (1-> 4) -α- Decomposes heparin and acaran sulfate by acting on L-IdoA (2S or OH) or -β-D-GlcA (-> 1. Heparinase III is the main bond of heparan sulfate-> 4) -α- Acts specifically on D-GlcNS (or Ac) (1-> 4) -α-L-GlcA (or-> IdoA) (1->) to degrade heparin sulfate (Steffen E., Critic. Rev. in Biochem. And Mol. Biol. , 30 (5): 387-444, 1995) .

전술한 헤파리네이즈들은 대부분 플라보박테리움 헤파리눔(Flavobacterium heparinum)으로부터 분리되었으며, 플라보박테리움 속 이외에 내열성 균주인 바실러스 속(Bacillus sp.)(Bellamy 등, 미국 특허 출원 제 5,145,778호)과 혐기성 균주인 박테로이드 속(Bacteroides sp.)에서도 헤파린 분해효소가 발견된 바 있다. 혐기성 균주인 박테로이드 속에 대하여서는 Gesner 등이 처음으로 보고하였으며(Gesner 등,J. Bacteriol., 81:595-604, 1961), 구강에서 발견된 박테로이드 헤파리노라이티쿠스(Bacteroides heparinolyticus)(Nakamura 등,J. Clin. Microbiol.,26:1070-1071, 1988), 장내에 존재하고 있는 박테로이드 오바타(Bacteroides ovata)와 박테로이드 쎄타이오타오미크론(Bacteroides thetaiotaomicron)등이 보고된 바 있다(Riley, T. V. 등,Microbios Lett.,25:141-148, 1984; Riley,J. Clin. Pathol.,40:384-386, 1987). 이와 같이 사람의 장내에 서식하는 박테로이드 쎄타이오타오미크론(B. thetaiotaomicron),박테로이드 오바타(B. ovata) 박테로이드 유니포미스(B. uniformis)와 같은 균주들에서 헤파리네이즈가 존재한다고 보고되었으나(Riley, T.V.,Microb. Lett.,25:141-149, 1984; Riley,J.Clin. Path., 40:384-386, 1987) 아직까지 박테로이드 헤파리네이즈를 정제한 보고는 없었다. 따라서, 새로운 헤파리네이즈에 대한 연구는 아카란 황산 뿐만 아니라 헤파린이나 헤파란 황산 등과 같은 GAG류의 구조분석 및 저분자량 헤파린의 제조에 유용하게 사용될 것이다.Most of the above heparinases are Flavobacterium heparinum (Flavobacterium heparinum)Isolated from Flavobacterium spp.Bacillus sp(Bellamy et al., U.S. Patent Application No. 5,145,778) and the genus of the anaerobic bacteroid genus (Bacteroides sp.)Heparin degrading enzyme has also been found in. For the first time in the genus anaerobic bacteroid, Gesner et al. (Gesner et al.,J. Bacteriol, 81: 595-604, 1961), the bacteroid Heparinoraiticus found in the oral cavity (Bacteroides heparinolyticus)(Nakamura et al.,J. Clin. Microbiol.,26: 1070-1071, 1988), the bacteroid obata in the gut (Bacteroides ovata)And bacteroid thetaotaomicron (Bacteroides thetaiotaomicron)Has been reported (Riley, T. V. et al.,Microbios Lett.,25: 141-148, 1984; Riley,J. Clin. Pathol.,40: 384-386, 1987). Thus, bacteroid thetaotao micron (inhabiting intestine of person)B. thetaiotaomicron),Bacteroid Obata(B. ovata)And Bacterial Uniformis(B. uniformis)Heparinase has been reported to exist in strains such as (Riley, T.V.,Microb. Lett.,25: 141-149, 1984; Riley,J. Clin. Path.40: 384-386, 1987) There have been no reports of purified bacteroid heparinase. Therefore, the study of the new heparinase will be useful for the structural analysis of GAGs such as heparin and heparan sulfuric acid as well as acaran sulfuric acid and the production of low molecular weight heparin.

본 발명자들 역시 최근에 사람의 장내에서 GAG류 분해효소를 합성하는 미생물인 박테로이드 스테르코리스(Bacteroides stercoris)HJ-15를 분리·동정하였으며 특허출원하여 등록받은 바 있다(대한민국 특허 출원 제 10-0257168호). 상기 균주는 헤파린, 헤파란 황산, 콘드로이틴 황산 A 및 콘드로이틴 황산 C를 분해한다.The present inventors have also recently isolated, identified and patented Bacteroides stercoris HJ-15, a microorganism that synthesizes GAG degrading enzymes in the human intestine (Korean Patent Application No. 10- 0257168). The strain degrades heparin, heparan sulfuric acid, chondroitin sulfate A and chondroitin sulfate C.

이에 본 발명자들은 GAG류 분해효소를 생산하는 미생물로서 본 발명자들에 의해 사람의 장내에서 분리??동정된 박테로이드 스테르코리스 HJ-15(KCCM-10096)로부터 각각 헤파린, 헤파란 황산 및 아카란 황산을 분해하는 헤파리네이즈를 정제하여 그 생화학적 특성을 밝히고 상기 헤파리네이즈가 GAG류의 구조분석 및 저분자량 헤파린 제조에 유용하게 이용될 수 있음을 밝힘으로써 본 발명을 완성하였다.Therefore, the present inventors have identified and identified bacteroids stecoris which have been identified in the human intestine by the present inventors as microorganisms producing GAG-like enzymes. Purification of heparinase from HJ-15 (KCCM-10096) to decompose heparin, heparan sulfuric acid and acaranic acid, respectively, to reveal its biochemical properties The present invention has been completed by revealing that it can be usefully used.

본 발명의 목적은 GAG류의 구조분석 및 저분자량의 헤파린 제조에 유용하게 사용될 수 있는, 사람의 장내 미생물로부터 분리??정제된 GAG류 분해 신규 헤파리네이즈를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a novel heparinase digested GAGs isolated from human intestinal microorganisms, which can be usefully used for structural analysis of GAGs and production of low molecular weight heparin.

도 1a는 본 발명에서 박테로이드 스테르코리스 HJ-15의 세포 추출액을 CM-세파덱스 C-50(CM-Sephadex C-50) 이온 교환 컬럼 크로마토그래피(ion exchange column chromatography)에 걸어 정제한 용출 프로파일(profile)을 나타낸 것이고, 1A is an elution profile obtained by purifying the cell extract of bacteroid Stercoris HJ-15 according to CM-Sephadex C-50 ion exchange column chromatography. (profile),

● : 아카란 황산 분해 헤파리네이즈 활성●: Acaran Sulfate Heparinase Activity

△ : 헤파린 분해 헤파리네이즈 활성△: heparin degrading heparinase activity

― : 280 nm에서의 흡광도-Absorbance at 280 nm

도 1b도 1a에서 얻은 헤파린 분해 헤파리네이즈 활성 분획을 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite) 컬럼 크로마토그래피로 정제한 용출 프로파일을 나타낸 것이고, Figure 1b shows the elution profile of the heparin decomposed heparinase active fraction obtained in Figure 1a purified by hydroxyapatite column chromatography,

도 1c도 1a에서 얻은 헤파린 분해 헤파리네이즈 활성 분획을 CM-Sephadex C-25 이온 교환 크로마토그래피로 정제한 용출 프로파일을 나타낸 것이고, Figure 1c shows the elution profile of the heparin decomposed heparinase active fraction obtained in Figure 1a purified by CM-Sephadex C-25 ion exchange chromatography,

도 2a도 1a에서 얻은 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈 활성 분획을 CM-세파덱스 C-50 이온 교환 컬럼 크로마토그래피에 걸어 정제한 용출 프로파일을 나타낸 것이고, FIG. 2A shows the elution profile of the heparan sulfate-dissolved heparinase active fraction obtained in FIG. 1A purified by CM-Sephadex C-50 ion exchange column chromatography.

도 2b도 2a에서 얻은 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈 활성 분획을 하이드록시아파타이트 컬럼 크로마토그래피에 걸어 정제한 용출 프로파일을 나타낸 것이고, FIG. 2B shows the elution profile of the heparan sulfate decomposed heparinase active fraction obtained in FIG. 2A purified by hydroxyapatite column chromatography.

도 2c도 2b에서 얻은 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 활성 분획을 SP 하이트랩(Hi-Trap) 컬럼 크로마토그래피에 걸어 정제한 용출 프로파일을 나타낸 것이고, FIG. 2C shows the elution profile of the active fraction of heparan sulfate decomposed heparinase obtained from FIG. 2B subjected to SP Hi-Trap column chromatography.

● : 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 활성●: Activity of Heparan Sulfate Heparinase

― : 280 nm에서의 흡광도-Absorbance at 280 nm

도 3도 1에서 얻은 효소 활성 분획의 아카란 황산, 헤파린 및 헤파란 황산에 대한 기질 특이성을 나타낸 것이고, Figure 3 shows the substrate specificity for acaran sulfate, heparin and heparan sulfuric acid of the enzyme active fraction obtained in Figure 1 ,

도 4는 본 발명에서 분리·정제된, 헤파린 분해 헤파리네이즈의 SDS-PAGE 결과를 나타낸 것이고, Figure 4 shows the SDS-PAGE results of heparin decomposed heparinase isolated and purified in the present invention,

레인 1 : 표준 분자량Lane 1: standard molecular weight

레인 2 : CM-세파덱스(Sephadex) C-25 컬럼에서 용출된 효소액Lane 2: enzyme solution eluted from CM-Sephadex C-25 column

도 5는 본 발명의 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 정제 단계별 SDS-PAGE 결과를 나타낸 것이고, Figure 5 shows the SDS-PAGE results of the purification step of heparan sulfate decomposition heparinase of the present invention,

레인 1 : CM-세파덱스 C-50 컬럼에서 용출된 효소액Lane 1: enzyme solution eluted from a CM-Sepadex C-50 column

레인 2 : 하이드록시아파타이트 컬럼에서 용출된 효소액Lane 2: enzyme solution eluted from the hydroxyapatite column

레인 3 : 하이트랩 SP 컬럼에서 용출된 효소액Lane 3: enzyme solution eluted from the high trap SP column

레인 4 : 표준 분자량Lane 4: standard molecular weight

도 6은 본 발명에서 분리·정제된 헤파린 분해 헤파리네이즈의 최적 pH를 나타낸 것이고, Figure 6 shows the optimal pH of heparin decomposed heparinase isolated and purified in the present invention,

도 7은 본 발명에서 분리·정제된 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 최적 pH를 나타낸 것이고, Figure 7 shows the optimal pH of heparan sulfate disintegrated heparinase isolated and purified in the present invention,

도 8은 본 발명에서 분리·정제된 헤파린 분해 헤파리네이즈의 온도에 대한 안정성을 나타낸 것이고, Figure 8 shows the stability to the temperature of heparin decomposed heparinase isolated and purified in the present invention,

도 9는 본 발명에서 분리·정제된 헤파린 분해 헤파리네이즈에 NaCl 농도가 미치는 영향을 나타낸 것이고, Figure 9 shows the effect of NaCl concentration on heparin decomposed heparinase isolated and purified in the present invention,

도 10은 본 발명에서 분리·정제된 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 카이네틱 상수(kinetic constants)를 결정하기 위한 헤인즈 플랏(Hanes plot)을 나타낸 것이다. FIG. 10 shows a Hanes plot for determining kinetic constants of heparan sulfate decomposed heparinase isolated and purified in the present invention.

a : 헤파린 b : 헤파란 황산a: heparin b: heparan sulfate

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 사람의 장내 미생물인 박테로이드 스테르코리스(Bacteroides stercoris)HJ-15로부터 분리·정제된, 헤파린, 헤파란 황산 및 아카란 황산을 분해하는 신규한 헤파리네이즈 및 그의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a novel heparinase that decomposes heparin, heparan sulfate and acaran sulfate, isolated and purified from Bacteroides stercoris HJ-15, which is a human intestinal microorganism. And a method for producing the same.

또한, 본 발명은 상기 신규한 헤파리네이즈를 GAG류의 제조 및 구조분석 또는 저분자량의 헤파린 제조에 사용하는 용도를 제공한다.In addition, the present invention provides the use of the novel heparinase in the production and structural analysis of GAGs or the production of low molecular weight heparin.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 박테로이드 스테르코리스(Bacteroides stercoris)HJ-15로부터 분리·정제된, 헤파린, 헤파란 황산 및 아카란 황산을 분해하는 신규한 헤파리네이즈및 그의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a novel heparinase for decomposing heparin, heparan sulfuric acid and acaran sulfuric acid separated and purified from Bacteroides stercoris HJ-15, and a method for producing the same.

본 발명에서 사용한 박테로이드 스테르코리스는 다음과 같이 분리·동정되었다. 사람 및 흰쥐의 장내 세균총을 혐기성 상태에서 배양한 후 균체액을 얻어 상기 균체액으로부터 헤파린, 아카란 황산 및 콘드로이틴을 분해하는 활성을 가진 균주를 선택한 후 일반적인 균주 판별법에 따라 동정하고 버기스 매뉴얼(Bergey's manual of systemic bacteriology, 1991)과 비교하였다. 그 결과, 상기 균주는 박테로이드(Bacteroid) 속으로 판명되어 박테로이드 스테르코리스 HJ-15라고 명명하였으며 1997년 2월 19일 사단법인 한국종균협회에 기탁하였다(수탁번호 KCCM-10096). 박테로이드 스테르코리스 HJ-15의 GAG 분해효소는 라이에즈로서 헤파리네이즈 I, II 및 콘드로이티나아제 활성을 나타내므로 저분자량 헤파린 제조에 사용될 수 있으며, 더욱이 플라보박테리움 속에서 유래된 GAG 분해효소와 유사한 성질을 나타낼 뿐만 아니라 대장내 미생물에 의해 생성된 것이므로 GAG류의 투여시 주사제 뿐 아니라 경구투여가 가능하다는 잇점이 있다.Used in the present invention The bacteroids were identified and identified as follows. After culturing human and rat intestinal bacterial guns in anaerobic condition, they obtained a cell solution, and then selected a strain having the activity of decomposing heparin, acaran sulfate and chondroitin from the cell solution, and identified according to the general strain identification method and Burgy's Manual (Bergey's). manual of systemic bacteriology, 1991). As a result, the strain is a bacteroid (BacteroidIt was identified as Bacterial Stechoris HJ-15, and it was deposited on February 19, 1997 with the Korean spawn association (accession number KCCM-10096). GAG degrading enzymes of bacteroids Stechoris HJ-15 show heparinase I, II and chondroitinase activity as lyases and can be used for the preparation of low molecular weight heparin, moreover, derived from Flavobacterium In addition to exhibiting similar properties to GAG degrading enzymes, it is produced by microorganisms in the intestine, and thus can be administered orally as well as injections when administering GAGs.

이에 본 발명자들은 상기 장내 미생물인 박테로이드 스테르코리스 HJ-15로부터 GAG 분해효소인 신규 헤파리네이즈를 하기와 같이 분리·정제하였다.Therefore, the present inventors isolated and purified a novel heparinase, a GAG degrading enzyme, from the bacteroid Stercoris HJ-15 which is the intestinal microorganism as follows.

본 발명의 신규 헤파리네이즈의 제조방법은The method for producing a novel heparinase of the present invention

1) 박테로이드 스테르코리스를 적절한 배지에서 배양하는 단계;1) culturing the bacteroids stericis in a suitable medium;

2) 상기 배양된 균체를 회수하고 세포 추출액을 제조하는 단계; 및2) recovering the cultured cells and preparing a cell extract; And

3) 상기 세포 추출액을 크로마토그래피로 정제하여 효소활성을 얻는 단계로구성된다.3) purification of the cell extract by chromatography to obtain enzymatic activity.

상기 제조방법을 보다 자세히 설명하면, 단계 1에서는 박테로이드 스테르코리스 HJ-15 균주로부터 헤파리네이즈를 분리하기 위하여 우선 상기 균주를 글루코스(glucose) 대신 헤파린(heparin)을 함유한 트립틱 쏘이 배지(tryptic soy broth)를 이용하여 혐기성 조건에서 배양한다(Can. J. Microbiol.,44:423-429, 1998). 단계 2에서 배양된 세포를 원심분리하여 회수하고 완충용액으로 세포를 세척한 후 현탁한다. 현탁한 세포에 소니케이션(sonication)을 수행하여 원심분리로 세포 파쇄물을 제거한다. 단계 3에서는 효소활성을 나타내는 분획을 얻기 위하여, 단계 2의 세포 추출액만을 DEAE-셀룰로오즈 컬럼(cellulose column)과 QAE-셀룰로오즈 컬럼, CM-세파덱스(Sephadex) C-50 컬럼으로 정제하고, 이로부터 얻어진 모든 분획(fraction)에 대해 헤파린(heparin)과 헤파란 황산(heparan sulfate)을 분해하는 효소 활성을 측정한다. 이러한 과정을 통하여 본 발명자들은 효소 활성을 나타내는 세 개의(a, b, c) 분획을 확보하였고 이들의 GAG류에 대한 기질 특이성을 조사한 결과 분획 a는 아카란 황산을 우선적으로 분해하고 분획 b는 헤파린 보다는 헤파란 황산을 우선적으로 분해하며 분획 c는 헤파란 황산보다는 헤파린에 대해 우선적으로 작용함을 확인하였다(도 3참조).In more detail, in the step 1, in order to separate the heparinase from the bacteroid Stercoris HJ-15 strain, the strain was first used in a tryptic shoot medium containing heparin (heparin) instead of glucose (glucose). culture in anaerobic conditions using tryptic soy broth ( Can. J. Microbiol., 44: 423-429, 1998). Cells cultured in step 2 are recovered by centrifugation, washed with buffer and suspended. Sonication is performed on the suspended cells to remove cell debris by centrifugation. In step 3, only the cell extract of step 2 was purified by a DEAE-cellulose column, a QAE-cellulose column, and a CM-Sephadex C-50 column to obtain a fraction showing enzymatic activity. Enzyme activity to degrade heparin and heparan sulfate for all fractions is measured. Through this process, the present inventors secured three (a, b, c) fractions showing enzymatic activity, and examined the substrate specificity for GAGs. As a result, fraction a preferentially decomposes acaran sulfate and fraction b is heparin. Rather, heparan sulfuric acid was preferentially decomposed and fraction c was found to act preferentially on heparin rather than heparan sulfuric acid (see FIG. 3 ).

이들 중 헤파린 분해 활성을 나타내는 분획 c를 투석한 후 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite) 컬럼과 CM-세파덱스 C-25 컬럼으로 정제하여 헤파린을 특이적으로 분해하는 헤파리네이즈(이하 "헤파린 분해 헤파리네이즈"라 약칭함) 활성을 나타내는 분획을 얻었다(도 1a, 1b, 1c, 표 1도 4참조).Heparinase which specifically decomposes heparin by dialysis of fraction c showing heparin degrading activity and then purified by hydroxyapatite column and CM-Sephadex C-25 column (hereinafter referred to as "heparin decomposed heparinase"). Fractions showing “abbreviated” activity were obtained (see FIGS. 1A, 1B, 1C, Table 1 and FIG. 4 ).

또한, 헤파란 황산 분해 활성을 나타내는 분획 b를 하이드록시아파타이트 컬럼으로 정제하고 투석한 후 하이트랩(Hi-Trap) SP 컬럼으로 정제하여 헤파란 황산을 특이적으로 분해하는 헤파리네이즈(이하 "헤파란 황산 분해 헤파리네이즈"라 약칭함) 활성을 나타내는 분획들을 얻었다(도 2a, 2b, 2c, 표 2도 5참조).In addition, heparanese (hereinafter referred to as "hepa") is used to purify fraction b showing heparan sulfate activity using a hydroxyapatite column, and then dialyzed and purified by a Hi-Trap SP column. Fractions exhibiting activity (hereinafter abbreviated as "lan sulfate sulfate heparinase") were obtained ( see FIGS. 2A, 2B, 2C, Table 2 and FIG. 5 ).

또한, 본 발명은 상기와 같이 분리·정제된 헤파린 분해 헤파리네이즈와 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 생화학적 및 이화학적 특성을 제공하다.In addition, the present invention provides the biochemical and physicochemical properties of heparin decomposed heparinase and heparan sulfate decomposed heparinase isolated and purified as described above.

1) 헤파린 분해 헤파리네이즈의 생화학적 특성1) Biochemical Properties of Heparin-Degraded Heparinase

헤파린 분해 헤파리네이즈의 분자량은 48 kDa으로 측정되었고(도 4참조), pH 7.0에서 최적의 효소 활성을 나타냈다(도 6참조). 상기 효소는 50℃ 까지 안정적인 효소 활성을 나타내다가 50℃ 이상에서는 효소활성이 급격히 감소하였으며(도 8참조), 500 mM의 염화 나트륨(NaCl, sodium chloride)에서 최적의 활성을 나타냈다(도 9참조). 본 발명의 헤파린 분해 헤파리네이즈의 기질 특이성을 조사한 결과, 상기 헤파리네이즈는 헤파란 황산보다는 헤파린에 대해 상당히 특이적으로 작용하였으며(표 5참조), 2가 양이온 중 Co2+, Ba2+, EDTA에 의해 효소활성이 촉진되었다(표 3참조).The molecular weight of heparin degraded heparinase was measured to be 48 kDa (4) Showed optimal enzyme activity at pH 7.0 (see6Reference). The enzyme showed a stable enzyme activity up to 50 ℃, the enzyme activity was sharply reduced above 50 ℃ (8And optimal activity at 500 mM sodium chloride (NaCl, sodium chloride).9Reference). As a result of examining the substrate specificity of the heparin-degraded heparinase of the present invention, the heparinase was more specific for heparin than heparan sulfate (Table 5Co) in divalent cations2+, Ba2+, EDTA promoted enzymatic activity (TABLE 3Reference).

2) 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 생화학적 특성2) Biochemical Properties of Heparan Sulfate Decomposed Heparinase

헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 분자량은 70 kDa으로 플라보박테리움 헤파리네이즈(Flavobacteriumheparinase) III와 유사한 분자량을 나타냈으며(도 5참조), 최적 pH는 7.2로 나타났다(도 7참조). 상기 헤파리네이즈는 40℃까지는 효소활성이 안정적으로 증가하였고 그 이상의 온도에서는 활성이 감소하였으며, 최적 반응 온도는 45℃로 나타났다. 본 발명의 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈는 2가 양이온 중 Mg2+, Ca2+, Ba2+은 효소 활성을 약간 증가시켰고 Cu2+, Pb2+는 효소 활성을 저해하였으며(표 4참조), 헤파린과 헤파란 황산에 대해서는 높은 기질 특이성을 나타낸 반면 아카란 황산 유도체에 대해서는 매우 낮은 활성을 보이거나 전혀 활성을 보이지 않았다(표 6참조). 또한, 상기 헤파리네이즈는 디띠오뜨레이톨(dithiothreitol)이나 2-멀캅토에탄올(2-mercaptoethanol)과 같은 환원제에 의해서 효소 활성이 증가하였으며(표 7참조), 아미노산 조성 분석 결과 라이신(lysine)을 큰 비율로 포함하고 있었는데 이는 측정된 pI값 8.7과 일치하는 결과였다(표 8참조). 내부 아미노산 서열을 분석한 결과, 본 발명의 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 내부 아미노산 서열은 플라보박테리움 헤파리네이즈 II 보다는 플라보박테리움 헤파리네이즈 III와 73%의 높은 동일성(homology)을 보였다(표 9참조). 아울러, 상기 헤파리네이즈 효소 활성의 초기 속도(initial rate)를 측정하여 미카엘리스-맨텐(Michaelis-Menten) 상수를 결정한 결과 헤파린에 대한 Vm값과 Kmax 값은 각각 9.05 × 10-5M, 38.2 μmol/min/mg이었고 헤파란 황산에 대한 Vm과 Km은 각각 1.53 × 10-5M, 58.4 μmol/min/mg 으로 측정되었다(표 10도10참조).The molecular weight of heparan sulfated heparinase was 70 kDa, showing a molecular weight similar to that of Flavobacterium heparinase III (see FIG. 5 ), and the optimum pH was 7.2 (see FIG. 7 ). The heparinase stably increased the enzyme activity up to 40 ℃ and decreased activity above that temperature, the optimum reaction temperature was 45 ℃. Heparan sulfate decomposed heparinase of the present invention, Mg 2+ , Ca 2+ , Ba 2+ among divalent cations slightly increased the enzyme activity and Cu 2+ , Pb 2+ inhibited the enzyme activity (see Table 4 ). ), Heparin and heparan sulfuric acid showed high substrate specificity, while acaran sulfate derivatives showed very low activity or no activity at all (see Table 6 ). In addition, the heparinase enzyme activity was increased by a reducing agent such as dithiothreitol or 2-mercaptoethanol (see Table 7 ), and amino acid composition analysis showed lysine (lysine). A large proportion was included, which was consistent with the measured pI value of 8.7 (see Table 8 ). As a result of analyzing the internal amino acid sequence, the internal amino acid sequence of the heparan sulfated heparinase of the present invention showed 73% higher homology with Flavobacterium heparinase III than Flavobacterium heparinase II. (See Table 9 ). In addition, as a result of determining the Michaelis-Menten constant by measuring the initial rate of the heparinase enzyme activity, the Vm and Kmax values for heparin were 9.05 × 10 -5 M and 38.2 μmol, respectively. / min / mg and Vm and Km for heparan sulfuric acid were measured at 1.53 × 10 −5 M and 58.4 μmol / min / mg, respectively (see Table 10 and FIG. 10 ).

아울러, 본 발명은 상기 신규한 헤파리네이즈를 GAG류의 제조 및 구조분석 또는 저분자량의 헤파린 제조에 사용하는 용도를 제공한다.In addition, the present invention provides a use of the novel heparinase in the production and structural analysis of GAGs or the production of low molecular weight heparin.

종래 기술에 기술한 바와 같이, GAG류는 생체내 단백질과 결합하여 여러 가지 생리 활성을 나타내므로 다양한 용도로 사용될 수 있는데 특히, 콘드로이틴 황산은 점안제, 관절염 치료제, 최근에는 강장 드링크류 등에도 사용되고 있으며 헤파린은 항혈액응고제로서 혈전 치료제, 인공 혈관, 항바이러스 작용 등 다양한 생물 활성이 보고되어 있다. 그러나, 천연형의 헤파린은 임상적으로 사용하는 경우 이들의 항응고 활성이 출혈을 야기할 수 있으며 특정 혈청 인자에 대한 민감성이 비교적 대량의 투여량을 필요로 하는 문제점이 지적되고 있다. 따라서, 저평균 분자량의 헤파린을 제조하는 방법이 개발되었으나 유럽 특허 출원 제 40,122호에 기재된 저분자량의 황산과 다당류의 혼합물 제조방법에 의해 생산된 헤파린은 매우 불균일한 생성물이라는 단점이 있으며, 유럽 특허 출원 제 40,144호에 기재된 제조방법은 높은 흡수율과 생체 적합성을 가진 혼합물을 얻을 수 없다는 문제점이 있다.As described in the prior art, GAGs can be used in various applications because they bind to proteins in vivo and exhibit various physiological activities. In particular, chondroitin sulfate is also used in eye drops, arthritis treatment agents, and recently, tonic drinks. Is an anticoagulant, and various biological activities have been reported, such as thrombolytic agents, artificial blood vessels, and antiviral action. However, it has been pointed out that natural type heparin may cause bleeding when used clinically and its sensitivity to certain serum factors requires relatively large doses. Therefore, a method for producing a low average molecular weight heparin has been developed, but heparin produced by the method for preparing a mixture of low molecular weight sulfuric acid and polysaccharide described in European Patent Application No. 40,122 has the disadvantage that it is a very non-uniform product, the European patent application The manufacturing method described in No. 40,144 has a problem in that a mixture having high absorption and biocompatibility cannot be obtained.

그러나, 본 발명의 신규한 헤파리네이즈는 상기와 같은 문제점을 해결하면서 효소 활성이 보다 안정적이고 기질 특이성이 뛰어나기 때문에 GAG류의 제조 및 구조분석 또는 저분자량의 헤파린 제조에 유용하게 사용될 수 있다.However, the novel heparinase of the present invention can be usefully used for the preparation and structural analysis of GAGs or for the preparation of low molecular weight heparin, because the enzyme activity is more stable and substrate specificity is solved while solving the above problems.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are merely to illustrate the invention, but the content of the present invention is not limited to the following examples.

<실시예 1> 장내세균 박테로이드 스테르코리스로부터 분리한 신규 헤파리네이즈Example 1 Novel Heparinase Isolated from Enterobacteriaceae Bacterial Stecoris

<1-1> 세포 배양 및 세포 추출액의 제조<1-1> Cell Culture and Preparation of Cell Extract

우선, 박테로이드 스테르코리스(Bacteroides stercoris)HJ-15 균주(수탁번호 : KCCM-10096)를 글루코스(glucose) 대신 헤파린(heparin) 0.15 g/ℓ와 쏘디움 띠오글라이콜레이트(sodium thioglycolate) 0.01 w/v% 및 아스코르브산(ascorbic acid) 0.1 w/v%을 함유하고 있는 트립틱 쏘이 배지(tryptic soy broth, pH 7.2) 100 ℓ에 접종한 후 37℃, N2(g) 90%와 CO2(g) 10%인 혐기성 조건에서 배양하였다. 배양액을 5,000 rpm으로 4℃에서 30분간 원심분리하여 회수한 후, 이를 50 mM 인산나트륨 완충용액(sodium phosphate buffer, pH 7.0)으로 세척하였다. 상기 균체를 동일한 완충용액에 현탁한 후 울트라쏘닉 프로세서(ultrasonic processor, Cole-Parmer Instruments, II. USA)를 이용하여 80% 출력으로 1초씩 30 분간 열을 가하면서 세포를 파쇄하였다. 세포 파쇄물을 4℃에서 18,000 rpm으로 60분간 원심분리하여 제거하고 세포 추출액만을 분리하였다.First, bacteroid Bacteroides stercoris HJ-15 strain (Accession No .: KCCM-10096) was substituted for glucose (heparin) 0.15 g / L and sodium thioglycolate (sodium thioglycolate) 0.01 w inoculated in 100 l of tryptic soy broth (pH 7.2) containing / v% and ascorbic acid 0.1 w / v%, 37 ° C., N 2 (g) 90% and CO 2 (g) incubated in anaerobic conditions of 10%. The culture solution was collected by centrifugation at 5,000 rpm for 30 minutes at 4 rpm, and then washed with 50 mM sodium phosphate buffer (pH 7.0). After the cells were suspended in the same buffer solution, cells were disrupted by applying heat for 1 minute at 80% power for 30 minutes using an ultrasonic processor (Col-Parmer Instruments, II.USA). Cell debris was removed by centrifugation at 18,000 rpm for 60 minutes at 4 ° C. and only cell extracts were separated.

<1-2> 세포 추출액의 정제<1-2> Purification of Cell Extract

상기 세포 추출액을 50 mM 인산나트륨 완충용액으로 평형화된 DEAE-셀룰로오즈 컬럼(DEAE-cellulose column, 5 × 30 cm)에 통과시키고 헤파리네이즈의 활성이 측정되지 않을때까지 동일한 완충용액으로 컬럼을 세척하였다. 상기 컬럼을 통과한 분획을 모아 동일한 완충용액으로 평형화된 QAE-컬럼(QAE-column, 5 × 40 cm)을 통과시킨 후 동일한 완충용액으로 컬럼을 세척하였다. 상기 컬럼을 통과한 분획을 모아 CM-세파덱스 C-50 컬럼(CM-Sephadex C-50, 3 × 30 cm)을 통과시키고 동일한 완충용액으로 컬럼을 세척한 후 동일한 완충용액에 KCl을 녹여 0 - 0.6 M로 선형농도구배를 주어 105 ml/h의 유속으로 효소를 용출시켰다.The cell extract was passed through a DEAE-cellulose column (DEAE-cellulose column, 5 x 30 cm) equilibrated with 50 mM sodium phosphate buffer and the column was washed with the same buffer until the activity of heparinase was not measured. . The fractions passed through the column were collected and passed through a QAE-column (QAE-column, 5 × 40 cm) equilibrated with the same buffer, followed by washing the column with the same buffer. The fractions passed through the column were collected and passed through a CM-Sephadex C-50 column (CM-Sephadex C-50, 3 × 30 cm), the column was washed with the same buffer solution, and KCl was dissolved in the same buffer solution. Enzyme was eluted at a flow rate of 105 ml / h with a linear concentration of 0.6 M.

용출된 모든 분획에 대해 헤파린과 헤파란 황산을 분해하는 효소 활성을 측정한 결과, 효소 활성을 나타내는 a, b, c 세 개의 분획을 얻었고(도 1a, 1b1c) 이들 각각의 헤파린과 헤파란 황산을 분해하는 효소 활성을 측정하였다.As a result of measuring the enzymatic activity of decomposing heparin and heparan sulfuric acid on all the eluted fractions, three fractions a, b, and c representing enzymatic activity were obtained ( FIGS. 1A, 1B and 1C ). Enzyme activity to degrade sulfuric acid was measured.

효소 활성은 다음과 같은 방법으로 측정하였다(Linhardt, R.J.,Current Protocols in Molecular Biology.,17.13.17 - 17.13.32, 1994). 헤파린 기질 또는 헤파란 황산 등의 기질 1 ㎎과 500 mM NaCl을 포함하는 50 mM 인산나트륨 완충용액(pH 7.0) 700 ㎕를 1 ㎖ 수정 큐벳(cuvette)에 넣고 반응 혼합액의 온도를 40℃로 평형화시킨 후 상기와 같이 용출된 분획 시료 50 ㎕를 첨가하여 섞어주고 바로 자외선 분광기(spectrophotometer)에 넣어 232 nm에서의 흡광도 변화를 측정하였다. 효소 활성의 계산은 헤파리네이즈에 의해 생성되는 불포화 다당류(unsaturated oligosaccharide)에 대한 몰라 흡광 계수(molar absorptioncoefficient) 3,800-1·cm-1을 사용하여 계산하였다(1 U=1 μmole of ΔUA containing product formed/min).Enzyme activity was measured by the following method (Linhardt, RJ, Current Protocols in Molecular Biology., 17.13.17-17.13.32, 1994). 700 μl of 50 mM sodium phosphate buffer (pH 7.0) containing 1 mg of a substrate such as heparin substrate or heparan sulfuric acid and 500 mM NaCl was added to a 1 ml quartz cuvette, and the reaction mixture was equilibrated to 40 ° C. Then, 50 μl of the fraction sample eluted as described above was added to the mixture and immediately mixed into an ultraviolet spectrophotometer to measure the change in absorbance at 232 nm. Enzyme activity was calculated using a molar absorption coefficient of 3,800 −1 · cm −1 for unsaturated oligosaccharides produced by heparinase (1 U = 1 μmole of ΔUA containing product formed / min).

그 결과도 3에 나타낸 바와 같이 분획 a는 아카란 황산을 우선적으로 분해하고 분획 b는 헤파린 보다는 헤파란 황산을 우선적으로 분해하며 분획 c는 헤파란 황산보다는 헤파린에 대해 우선적으로 작용함을 알 수 있다.As a result , as shown in FIG . 3 , fraction a preferentially decomposes acaran sulfate, fraction b preferentially decomposes heparan sulfuric acid rather than heparin, and fraction c preferentially acts on heparin rather than heparan sulfuric acid. .

<1-3> 헤파린 분해 헤파리네이즈의 정제<1-3> Purification of heparin-decomposed heparinase

상기 실시예 <1-2>로부터 얻은 헤파린을 특이적으로 분해하는 분획 (86.5 ㎖)를 50 mM 인산나트륨 완충용액(pH 7.0)으로 투석한 후 동일한 완충용액으로 평형화시킨 하이드록시아파타이트 컬럼(Hydroxyapatite column, 2.5 × 10 cm)을 통과시켰다. 동일한 완충용액으로 컬럼을 세척한 후 동일한 완충용액에 NaCl을 녹여 0 - 0.5 M 농도로 선형농도구배를 주어 120 ㎖/h의 유속으로 효소를 용출시켰다(도 2a). 효소 활성을 나타내는 분획을 모아 투석한 후 CM-세파덱스 C-25 컬럼(CM-Sephadex C-25, 3 × 30 cm)을 통과시키고 상기와 동일한 완충용액으로 컬럼을 세척하고 NaCl을 0 - 1.0 M로 선형농도구배를 주어 100 ㎖/h로 효소를 용출시켰다. 효소 활성을 나타내는 분획을 모아 SDS-PAGE를 수행하여 단백질의 순도를 확인하였다. 이와 같이 정제된 헤파린 분해 헤파리네이즈의 단백질 농도, 효소 활성, 기질 특이성 등을 하기표 1에 나타내었다.Fraction which specifically degrades heparin obtained from Example <1-2> (86.5) Ml) was dialyzed with 50 mM sodium phosphate buffer (pH 7.0) and passed through a hydroxyapatite column (2.5 x 10 cm) equilibrated with the same buffer. After washing the column with the same buffer solution, NaCl was dissolved in the same buffer solution, and the enzyme was eluted at a flow rate of 120 mL / h by giving a linear concentration tool at a concentration of 0-0.5 M (Figure 2a). After collecting and dialysis the fraction showing the enzyme activity through a CM-Sephadex C-25 column (CM-Sephadex C-25, 3 × 30 cm), wash the column with the same buffer as above and NaCl 0-1.0 M The enzyme was eluted at 100 mL / h by using a linear thickener. Fractions showing enzymatic activity were collected and SDS-PAGE was performed to confirm protein purity. The protein concentration, enzyme activity, substrate specificity, and the like of the purified heparin-decomposed heparinase were as follows.Table 1Shown in

헤파린 분해 헤파리네이즈의 정제Purification of Heparin Degraded Heparinase 단계step 총단백질 (㎎)Total protein (mg) 총활성(U)Total activity (U) 특이적 활성(U/㎎)Specific activity (U / mg) 생산도Production degree 배수Drainage 세포 추출액CM-Sephadex C-50HydroxyapatiteCM-Sephadex C-25Cell extract CM-Sephadex C-50HydroxyapatiteCM-Sephadex C-25 7636.819.045.480.08347636.819.045.480.0834 223.417.2212.344.83223.417.2212.344.83 0.0290.92.2557.970.0290.92.2557.97 1007.75.52.21007.75.52.2 131781999131781999

표 1에 의해 헤파린 분해 헤파리네이즈의 특이적 활성은 0.013 U/㎎에서 57.97 U/㎎으로 약 2000배 정제되었음을 알 수 있다. 특히, 하이드록시아파타이트 컬럼 통과 후 양이온 크로마토그래피에서 총단백질의 감소가 있었지만 특이적 활성은 약 25배 이상의 증가가 있었다. 상기와 같이 두 종류의 양이온 크로마토그래피에 의해 정제가 이루어진 점으로부터 헤파린 분해 헤파리네이즈의 등전점이 염기성임을 예측할 수 있다. 또한, 헤파린이 산성당이기 때문에 충분히 가능한 일이다. It can be seen from Table 1 that the specific activity of heparin decomposed heparinase was purified about 2000-fold from 0.013 U / mg to 57.97 U / mg. In particular, there was a decrease in total protein in cation chromatography after passing through the hydroxyapatite column, but the specific activity increased by about 25 times or more. As described above, it is possible to predict that the isoelectric point of heparin decomposed heparinase is basic from the fact that purification is performed by two kinds of cation chromatography. Moreover, since heparin is an acidic sugar, it is fully possible.

<1-4> 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 정제<1-4> Purification of Heparan Sulfate Heparinase

상기 실시예 <1-2>에서 얻은 분획 중 헤파란 황산을 특이적으로 분해하는 분획 b(149.5 ㎖)를 50 mM 인산나트륨 완충용액으로 평형화시킨 후 하이드록시아파타이트 컬럼(2.5×10 cm)에 통과시켰다. 동일한 완충용액에 KCl을 0.5 M로 녹여 300 ㎖로 컬럼을 세척한 후 동일한 완충용액에 KCl을 0.5 M과 1.3 M로 녹여 800 ㎖의 선형농도구배를 주어 120 ㎖/hr의 유속으로 효소를 용출시켰다(도 2b). 효소 활성을 나타내는 분획을 모아 상기와 동일한 완충용액으로 평형화시킨 하이트랩(Hi-Trap) SP 칼럼을 통과시키고 상기와 동일한 완충용액으로 컬럼을 세척한 후 KCl을 동일한 완충액에 녹여 0 - 0.5 M로 300 ㎖의 선형농도구배를 주어 효소를 용출시켰다(도 2c). 효소 활성을 나타내는 분획을 모아 SDS-PAGE를 수행하여 단백질의 순도를 조사하였다. 이와 같이 정제된 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 단백질 농도, 효소 활성, 기질 특이성 등을 하기표 2에 나타내었다.The fraction b (149.5 ml) that specifically degrades heparan sulfuric acid among the fractions obtained in Example <1-2> was equilibrated with 50 mM sodium phosphate buffer, and then passed through a hydroxyapatite column (2.5 × 10 cm). I was. KCl was dissolved in 0.5 M in the same buffer, and the column was washed with 300 ml. KCl was dissolved in 0.5 M and 1.3 M in the same buffer, and 800 ml of linear thickener was added to elute the enzyme at a flow rate of 120 ml / hr. ( FIG. 2B ). Collect the fractions showing the enzyme activity and pass the Hi-Trap SP column equilibrated with the same buffer as above, wash the column with the same buffer as above, and dissolve KCl in the same buffer to 300 with 0-0.5 M. The enzyme was eluted with mL of linear thickener ( FIG. 2C ). Fractions showing enzymatic activity were collected and SDS-PAGE was performed to investigate protein purity. The protein concentration, enzyme activity, substrate specificity, and the like of the purified heparan sulfate decomposed heparinase are shown in Table 2 below.

헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 정제Purification of Heparan Sulfate Heparinase 단계step 총단백질(㎎)Total protein (mg) 총활성 (U/min)Total activity (U / min) 특이적 활성(U/㎎)Specific activity (U / mg) 생산도Production degree 배수Drainage 세포 추출액CM-Sephadex C-50HydroxyapatiteHiTrap SP(SP-Sepharose)Cell extract CM-Sephadex C-50Hydroxyapatite HiTrap SP (SP-Sepharose) 7,63732.98.52.47,63732.98.52.4 223.483.558.646.7223.483.558.646.7 0.0292.546.8919.5a54.1b 0.0292.546.8919.5 a 54.1 b 10037.426.220.910037.426.220.9 188238672188238672

a : 헤파린을 기질로 사용하여 측정한 헤파리네이즈 활성a: Heparinase activity measured using heparin as a substrate

b : 헤파란 황산을 기질로 사용하여 측정한 헤파리네이즈 활성b: Heparinase activity measured using heparan sulfuric acid as a substrate

표 2에 의해 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 특이적 활성은 0.029 U/㎎에서 54.1 U/㎎로 672배 정제되었음을 알 수 있다. It can be seen from Table 2 that the specific activity of heparan sulfate decomposed heparinase was 672-fold purified from 0.029 U / mg to 54.1 U / mg.

분획 b에서 나타나는 헤파리네이즈 활성은 플라보박테리움 헤파리네이즈 II와 매우 유사하며 하이드록시아파타이트 컬럼과 하이트랩 SP 컬럼을 통과한 후에는 훨씬 더 정제된 형태로 존재하게 되었다.The heparinase activity seen in fraction b is very similar to Flavobacterium heparinase II and is present in much more purified form after passing through hydroxyapatite column and Hytrap trap column.

<실시예 2> 신규한 헤파리네이즈의 생화학적 특성 조사Example 2 Investigation of Biochemical Properties of Novel Heparinase

<2-1> 분자량 측정<2-1> molecular weight measurement

상기 실시예 1로부터 분리·정제된 본 발명의 신규한 헤파리네이즈의 분자량을 결정하기 위해, Laemmli 방법(Nature,227:680-685, 1970)으로 SDS-PAGE(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis)를 수행하여 쿠마시 블루(Coomassie brilliant blue R-250)로 염색하였다.Sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) by Laemmli method ( Nature, 227: 680-685, 1970) to determine the molecular weight of the novel heparinase of the present invention isolated and purified from Example 1 And stained with Coomassie brilliant blue R-250.

헤파린 분해 헤파리네이즈의 분자량은 48 kDa으로 측정되었고 IEF로 측정한 등전점(isoelectric point)은 9.0으로 나타났다(도 4). 또한, 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 분자량은 70 kDa으로 측정되었으며, IEF로 측정한 등전점은 8.7이었는데, 이는 84.1 kDa의 플라보박테리움 헤파리네이즈 II에 비하여 훨씬 작았고 71kDa인 플라보박테리움 헤파리네이즈 III의 분자량과는 매우 유사하였다(도 5).The molecular weight of heparin decomposed heparinase was measured at 48 kDa and the isoelectric point measured at IEF was 9.0 ( FIG. 4 ). In addition, the molecular weight of heparan sulfated heparinase was measured to be 70 kDa, and the isoelectric point measured by IEF was 8.7, which was much smaller than Flavobacterium heparinase II of 84.1 kDa, and Flavobacterium hepa of 71 kDa. Very similar to the molecular weight of Linease III ( FIG. 5 ).

헤파린 분해효소는 플라보박테리움 헤파리나제 I 보다 분자량이 크고 등전점도 약간 컸으며, 헤파란 황산 분해효소는 플라보박테리움 헤파리나제 III와 분자량은 비슷하였으나 등전점에서 상당한 차이를 보였는데 이러한 결과는 헤파린 분해효소와 헤파란 황산 분해효소가 기존에 알려진 효소와는 전혀 다른 효소임을 나타낸다.Heparin degrading enzyme has a higher molecular weight and slightly higher isoelectric point than Flavobacterium heparinase I. Heparan sulfate degrading enzyme has a similar molecular weight to flavobacterium heparinase III but shows a significant difference in isoelectric point. Indicates that heparin degrading enzyme and heparan sulfate degrading enzyme are completely different from known enzymes.

<2-2> 최적 반응 pH 조사<2-2> Optimal reaction pH investigation

본 발명의 신규한 헤파리네이즈의 최적 반응 pH를 조사하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다. 구체적으로, 헤파린 분해 헤파리네이즈는 pH 5.8에서8.0에 이르는 다양한 pH의 50 mM 인산나트륨 완충용액을 사용하였고, 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈는 pH 6.0에서 pH 8.5까지의 50 mM 인산나트륨 완충용액을 사용하여 상기 실시예 <1-2>에서와 동일한 방법으로 효소 반응을 측정하여 최적 pH를 결정하였다.In order to investigate the optimum reaction pH of the novel heparinase of the present invention, the following experiment was performed. Specifically, heparin-degraded heparinase used 50 mM sodium phosphate buffer at various pH values ranging from pH 5.8 to 8.0, and heparan sulfate-dissolved heparinase used 50 mM sodium phosphate buffer solution at pH 6.0 to pH 8.5. The enzyme reaction was measured in the same manner as in Example <1-2> to determine the optimum pH.

그 결과, 헤파린 분해 헤파리네이즈는 pH 6.0에서 pH 7.0 사이에서 효소 활성이 점차로 증가하다가 pH 7.0에서 최대의 효소 활성을 나타내었고 그 이상의 pH에서는 활성이 점차로 감소하였다(도 6). 상기 헤파린 분해 헤파리네니즈의 최적 pH는 기존에 보고된 효소보다는 약간 낮았으며 이러한 특성 역시 기존의 효소와는 차이점이 있었다..As a result, heparin-degraded heparinase gradually increased the enzyme activity between pH 6.0 and pH 7.0, and showed the maximum enzyme activity at pH 7.0, and gradually decreased the pH at higher pH ( Fig. 6 ). The optimum pH of the heparin degrading heparinese was slightly lower than the previously reported enzymes, and these properties were also different from the existing enzymes.

또한, 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈는 pH 6.0에서 pH 7.25 사이에서 효소 활성이 점차로 증가하다가 pH 7.0 내지 7.25에서 최대의 효소 활성을 나타낸 반면, pH 6.0 이하와 pH 8.4 이상에서는 효소 활성이 최대 효소 활성의 10% 이하로 감소하였다(도 7). 상기 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 최적 pH는 기존의 플라보박테리움 헤파리네이즈 II와는 비슷하였으나 헤파리네이즈 III와는 전혀 달랐다. 이러한 특성 역시 기존의 효소와는 다른 새로운 효소임을 나타낸다.In addition, heparan sulfate-decomposed heparinase showed an increase in enzyme activity gradually between pH 6.0 and pH 7.25, but showed maximum enzyme activity at pH 7.0 to 7.25, whereas enzyme activity was the maximum enzyme activity at pH 6.0 and above pH 8.4. Decreased to below 10% ( FIG. 7 ). The optimal pH of the heparan sulfate decomposed heparinase was similar to that of the conventional Flavobacterium heparinase II but was completely different from heparinase III. These properties also indicate that the enzyme is different from the existing enzyme.

<2-3> 온도에 대한 안정성 조사<2-3> Stability investigation with temperature

본 발명의 신규한 헤파리네이즈의 온도에 대한 안정성을 조사하기 위하여, 상기 효소를 25℃에서 60℃까지의 다양한 온도에서 기질 없이 각 온도에서 50 mM 인산나트륨 완충용액(pH 7.0)으로 미리 3분간 반응시킨 후 기질을 첨가하여 실시예<1-2>와 동일한 방법으로 효소 반응을 측정하여 최적 온도를 결정하였다.In order to investigate the stability of the novel heparinase of the present invention to the temperature, the enzyme was preliminarily 3 minutes in 50 mM sodium phosphate buffer (pH 7.0) at each temperature without substrate at various temperatures from 25 ℃ to 60 ℃ After the reaction, the substrate was added to determine the optimum temperature by measuring the enzyme reaction in the same manner as in Example <1-2>.

그 결과, 헤파린 분해 헤파리네이즈는 25℃에서 50℃까지는 효소 활성이 매우 안정적으로 나타났고 그 이상의 온도에서는 활성이 급격히 감소함을 알 수 있었다(도 8). 상기 헤파린 분해 헤파린네이즈의 최적 온도는 35℃인 플라보박테리움 헤파린 헤파리네이즈에 비해서 최적 온도가 10-15℃ 정도 높게 나타났다.As a result, heparin decomposed heparinase was found to be very stable enzyme activity from 25 ℃ to 50 ℃ and the activity was rapidly reduced at higher temperatures ( Fig. 8 ). The optimum temperature of the heparin-decomposed heparinase was about 10-15 ° C higher than that of Flavobacterium heparin heparinase, which is 35 ° C.

또한, 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈는 40℃에서 가장 높은 활성을 나타냈고 50℃ 이상에서는 활성을 나타내지 않았다. 상기 효소의 최적 반응 온도는 45℃로 나타냈는데, 이는 플라보박테리움 헤파리눔 헤파리네이즈(F.heparinumheparinase) II의 최적 반응 온도인 40℃ 보다는 약간 높고 플라보박테리움 헤파리네이즈 III와는 비슷한 온도였다. 이와 같은 특징은 헤파리네이즈 III와 유사하다고 생각되며 비교적 높은 농도에서도 반응성을 갖고 있으므로 반응 생성물을 쉽게 다량 생산할 수 있을 것으로 생각된다.In addition, heparan sulfate decomposed heparinase exhibited the highest activity at 40 ° C and no activity above 50 ° C. The optimum reaction temperature of the enzyme was 45 ° C., which was slightly higher than the optimum reaction temperature of F. heparinum heparinase II, 40 ° C., and was different from Flavobacterium heparinase III. It was a similar temperature. This feature is thought to be similar to Heparinase III, and because it is reactive even at relatively high concentrations, it is thought that the reaction product can be easily produced in large quantities.

<2-4> 2가 양이온이 미치는 영향<2-4> Effect of Divalent Cation

본 발명의 신규한 헤파리네이즈의 효소 활성에 2가 양이온이 미치는 영향을 조사하기 위하여, 상기 효소에 다양한 2가 양이온을 최종 농도 100 μM로 첨가하여 실시예 <1-2>와 동일한 방법으로 효소 활성을 측정하였고, 그 결과를 하기표 3표 4에 나타내었다.In order to investigate the effect of divalent cations on the enzyme activity of the novel heparinase of the present invention, various divalent cations were added to the enzyme at a final concentration of 100 μM and enzymes were prepared in the same manner as in Example <1-2>. Activity was measured and the results are shown in Tables 3 and 4 below.

2가 양이온이 헤파린 분해 헤파리네이즈의 효소 활성에 미치는 영향Effect of Divalent Cation on Enzyme Activity of Heparin-Degraded Heparinase 2가 양이온Divalent cation 농도(mM)Concentration (mM) 상대적인 활성a(%)Relative activity a (%) 대조군EDTACo2+Cu2+Ni2+Ba2+Zn2+Pb2+Mg2+Ca2+Cd2+Mn2+ EDTACo 2+ Cu 2+ Ni 2+ Ba 2+ Zn 2+ Pb 2+ Mg 2+ Ca 2+ Cd 2+ Mn 2+ 0.10.10.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.10.10.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 100203.5222.8 114.1 106.3 111.1 108.5 93.9 83.3 99 77.7 90.5 100203.5222.8 114.1 106.3 111.1 108.5 93.9 83.3 99 77.7 90.5

a: 효소 활성의 0.03 유닛(unit)을 100%로 간주하였다.a: 0.03 unit of enzyme activity was considered 100%.

2가 양이온이 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 효소 활성에 미치는 영향Effect of Divalent Cation on Enzyme Activity of Heparan Sulfate Heparinase 2가 양이온Divalent cation 농도(mM)Concentration (mM) 상대적인 활성a(%)Relative activity a (%) 대조군Mg2+Ca2+Ni2+Co2+Cu2+Pb2+Mn2+Zn2+Cd2+Ba2+EDTAMg 2+ Ca 2+ Ni 2+ Co 2+ Cu 2+ Pb 2+ Mn 2+ Zn 2+ Cd 2+ Ba 2+ EDTA 0.10.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.10.10.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 100106 111 88 104 8 22 91 73 93 107 96100106 111 88 104 8 22 91 73 93 107 96

a : 효소 활성의 0.03 유닛(unit)을 100%로 간주하였다.a: 0.03 unit of enzyme activity was considered 100%.

상기표 3에 나타낸 바와 같이, 헤파린 분해 헤파리네이즈의 효소 활성은 2가 양이온 중 EDTA, Co2+, Cu2+, Ni2+, Ba2+ Zn2+에 의해 증가하였고, Pb2+, Mg2+, Ca2+, Cd2+및 Mn2+에 의해 감소하였다. 상기 결과로부터 이가 양이온은 효소 활성에 영향을 미치는 것으로 보인다.remindTABLE 3As shown in the figure, the enzymatic activity of heparin decomposed heparinase was determined by EDTA, Co2+, Cu2+, Ni2+, Ba2+And Zn2+Increased by Pb2+, Mg2+, Ca2+, Cd2+And Mn2+Decreased by. From these results, divalent cations seem to affect enzyme activity.

또한, 상기표 4에 나타낸 바와 같이, 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈는 2가 양이온 중 Ca2+, Mg2+및 Ba2+에 의해서 효소 활성이 약간 증가한 반면 Cu2+와 Pb2+에 의해서는 효소 활성이 강하에 저해되었다. Cu2+는 보고된 바에 의하면 모든 헤파리네이즈의 활성에 대해 저해 작용을 나타내는 것으로 알려 있는데(J. Biol. Chem., 267:24347-24355, 1992), 본 발명의 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 효소활성 역시 Cu2+에 의해 저해되었다. 이와 같은 결과는 상기 효소의 활성부위에 시스테인(cysteine)과 같은 아미노산이 존재하여 2가 금속이온의 킬레이트(chelate) 결합이 용이하고 활성부위의 크기가 Cu2+가 결합하기에 적당하기 때문인 것으로 판단된다. Ca2+ Ba2+는 플라보박테리움 헤파리네이즈 II와 III의 활성은 저해하는 것으로 보고되어 있으나, 본 발명의 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 활성은 촉진시켰다.Also, theTable 4As shown in, heparan sulfate decomposed heparinase is a Ca2+, Mg2+And Ba2+Slightly increased enzyme activity2+And Pb2+Enzyme activity was inhibited by strong. Cu2+Has been reported to inhibit the activity of all heparinases (J. Biol. Chem, 267: 24347-24355, 1992), the enzymatic activity of the heparan sulfate decomposed heparinase of the present invention2+Inhibited by These results indicate that amino acids such as cysteine are present in the active site of the enzyme, so that chelate binding of divalent metal ions is easy and the size of the active site is Cu.2+It is considered that it is because is suitable to combine. Ca2+and Ba2+Although it has been reported to inhibit the activity of Flavobacterium heparinase II and III, it promoted the activity of heparan sulfate decomposition heparinase of the present invention.

<2-5> 기질 특이성 조사<2-5> Substrate Specificity Investigation

본 발명의 신규한 헤파리네이즈의 기질 특이성을 조사하기 위하여, 상기 실시예 <2-2>내지 <2-4>로부터 얻은 상기 효소의 최적 반응 조건에서 헤파리네이즈와 다양한 기질을 반응시킨 후 실시예 <1-2>와 동일한 방법으로 효소 활성을 측정하였고 그 결과를 하기표 5표 6에 나타내었다. 이때, 헤파린 분해 헤파리네이즈의 황산화 다당류(sulfated oligosaccharides)에 대한 기질 특이성 조사에 사용한 기질로는 헤파린(돼지 내장 점막, 12 kDa), 헤파란 황산(돼지 내장 점막, 11.7kDa), 콘드로이틴 황산 A(소 기관지), 콘드로이틴 황산 B(소 내장 점막), 콘드로이틴 황산 C(상어 연골) 및 아카란 황산(왕달팽이)을 사용하였다. 또한, 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 황화 다당류에 대한 기질 특이성 조사에 사용한 기질로는 헤파린, 헤파란 황산, 아카란 황산, 탈황산화 아카란 황산, 엔-설포아카란 황산 (N-sulfoacharan sulfate), 콘드로이틴 황산 A, 콘드로이틴 황산 B, 콘드로이틴 황산 C를 사용하였다. 상기 기질 중 아카란 황산(acharan sulfate), 탈황산화 아카란 황산(de-O-sulfated acharan sulfate) 및 N-설포아카란 황산(N-sulfoacharan sulfate)은 낮은 용해도 때문에 100 ㎍을 효소 활성 측정에 사용하였고 나머지 기질들은 1 mg 씩을 사용하였다.In order to investigate the substrate specificity of the novel heparinase of the present invention, it is carried out after the reaction of heparinase and various substrates under the optimum reaction conditions of the enzymes obtained in Examples <2-2> to <2-4>. Example Enzyme activity was measured in the same manner as in <1-2>, and the results are shown in Tables 5 and 6 below. At this time, the substrates used to investigate the substrate specificity of sulfated oligosaccharides of heparin-decomposed heparinase were heparin (pork intestinal mucosa, 12 kDa), heparan sulfate (pork intestinal mucosa, 11.7kDa), chondroitin sulfate A (Bronchial bronchus), chondroitin sulfate B (bovine intestinal mucosa), chondroitin sulfate C (shark cartilage), and acaran sulfate (snail) were used. In addition, the substrates used to investigate the specificity of heparan sulfated heparinase for sulfidated polysaccharides include heparin, heparan sulfate, acaran sulfate, desulfurized acaran sulfate, and N-sulfoacharan sulfate. , Chondroitin sulfate A, chondroitin sulfate B, chondroitin sulfate C were used. Acharan sulfate, de-O-sulfated acharan sulfate and N-sulfoacharan sulfate in the substrate were used for measuring the enzyme activity because of low solubility. The remaining substrates were used in 1 mg increments.

헤파린 분해 헤파리네이즈의 기질 특이성Substrate Specificity of Heparin Degrading Heparinase 기질temperament 상대적인 활성a(%)Relative activity a (%) 본 발명의헤파린 분해 헤파리네이즈Heparin Degradation Heparinase of the Invention 플라보박테리움 유래헤파리네이즈b(Flavobacterialheparinase)Rhine Flavobacterium derived HEPA Izu b (Flavobacterial heparinase) I II IIII II III 헤파린(heparin)헤파란 황산(heparan sulfate)콘드로이틴 황산(chondroitin sulfate) A콘드로이틴 황산(chondroitin sulfate) B콘드로이틴 황산(chondroitin sulfate) C아카란 황산(acharan sulfate) Heparin heparan sulfate chondroitin sulfate A chondroitin sulfate B chondroitin sulfate C acharan sulfate 10017.10000 10017.10000 100 100 10025 167 900 0 00 0 00 0 00 100c0100 100 10025 167 900 0 00 0 00 0 00 100 c 0

a :기질로 헤파린(또는 플라보박테리움 유래 헤파리네이즈 III에서는 헤파란 황산)에 대한 활성을 100%로 정하였다.a: The activity for heparin (or heparan sulfate in Flavobacterium-derived Heparinase III) was set to 100% by substrate.

b :J. Biol. Chem., 267:24347-24355, 1992;Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol.,30:387-444, 1995;J. Biol. Chem., 271:11750-11755, 1996;Glycobiology,8: 869-877, 1998 로부터 얻은 결과b: J. Biol. Chem ., 267: 24347-24355, 1992; Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol., 30: 387-444, 1995; J. Biol. Chem ., 271: 11750-11755, 1996; Results from Glycobiology, 8: 869-877, 1998

c : 발표되지 않은 결과c: unpublished results

헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 기질 특이성Substrate Specificity of Heparan Sulfate Heparinase 기질temperament 상대적인 활성a(%)Relative activity a (%) 본 발명의 헤파란 황산 분해헤파리네이즈Of the present invention Heparan Sulfate Decomposition 플라보박테리움 유래헤파리네이즈(Flavobacterialheparinase)b Flavobacterium-derived heparinaseFlavobacterialheparinase)b I II IIII II III 헤파린헤파란 황산(porcine) 헤파란 황산(bovine)아카란 황산 탈황산화 아카란 황산N-설포아카란 황산콘드로이틴 황산 A콘드로이틴 황산 B콘드로이틴 황산 CHeparin Heparan Sulfate (porcine) Heparan Sulfate (bovine) Desulfurized Acaran Sulfate N-Sulfocaran Sulfate Chondroitin Sulfate A Chondroitin Sulfate B Chondroitin Sulfate C 100262 6100 32000100262 6100 32000 100 100 0ndcnd nd30 172 1000 100d0nd nd ndnd nd nd0 0 00 0 00 0 0100 100 0nd c nd nd30 172 1000 100 d 0nd nd ndnd nd nd0 0 00 0 00 0 0

a : 기질로 헤파린(또는 플라보박테리움 유래 헤파리네이즈 III에서는 헤파란 황산)에 대한 활성을 100%로 정하였다.a: Activity for heparin (or heparan sulfate in Flavobacterium-derived heparinase III) was set to 100% as a substrate.

b :J. Bio. Chem., 267:24347-24355, 1992;Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol.,30:387-444, 1995,J. Biol. Chem., 271:11750-11755, 1996;Glycobiology,8: 869-877, 1998)로부터 얻은 데이터b: J. Bio. Chem ., 267: 24347-24355, 1992; Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol., 30: 387-444, 1995, J. Biol. Chem ., 271: 11750-11755, 1996; Data from Glycobiology, 8: 869-877, 1998)

c : 결정되지 않았음.c: not determined.

d : 발표되지 않은 데이터d: unpublished data

그 결과, 상기표 5에 나타낸 바와 같이, 헤파린 분해 헤파리네이즈는 헤파린과 헤파란 황산 이외의 기질에 대해서는 활성을 나타내지 않았으며, 헤파란 황산보다는 헤파린에 대해 매우 높은 기질 특이성을 나타내는 엘리미네이즈(eliminase)임을 알 수 있었다. 상기 헤파린 분해 헤파리네이즈는 헤파린의 기본적 구조인 삼황화 서열(trisulfated sequences) ->4)-α-D-GlcNS6S(1->4)-α-L-IdoA2S(1->을 포함하는 헤파린에 월등하게 높은 기질 특이성을 보여주었다. 또한, 헤파란 황산을헤파린 분해 활성과 비교해 38% 정도 분해 시켰는데, 이는 헤파란 황산의 구조중 일부가 헤파린과 유사하기 때문이다. 반면, 상기 헤파린 분해 헤파리네즈는 아카란 황산을 거의 분해하지 않았다. 따라서, 본 발명의 박테로이드 유래 헤파리네이즈는 헤파란 황산 또는 아카란 황산 보다는 헤파린에 월등히 높은 기질 특이성을 가지고 있음을 알 수 있다.As a result, as shown in Table 5 , heparin-decomposed heparinase did not show activity against substrates other than heparin and heparan sulfate, and showed very high substrate specificity for heparin rather than heparin sulfate. eliminase). The heparin-decomposed heparinase is a heparin containing a trisulfated sequence-> 4) -α-D-GlcNS6S (1-> 4) -α-L-IdoA2S (1->) which is a basic structure of heparin. Heparan sulfate was also degraded by 38% compared to heparin-degrading activity, because some of the structure of heparan sulfate was similar to heparin, whereas the heparin-degraded heparin Nezu hardly decomposed acaran sulfate, therefore, the bacteroid-derived heparinase of the present invention has a much higher substrate specificity for heparin than heparan sulfate or acaran sulfate.

또한,표 6에 나타낸 바와 같이, 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈는 탈황산화 아카란 황산(de-2-O-sulfated acharan sulfate)과 N-설포아카란 황산(N-sulfoacharan sulfate)을 포함하는 아카란 황산 유도체에 느리게 반응하였다. 반면, 상기 효소는 불포화된 비황화 이당류(unsulfated disaccharide, ΔUA-GlcNAc)와 단황화 이당류(monosulfated disaccharide, ΔUA-GlcNS와 ΔUA-GlcNAc6S)를 제공하는 헤파란 황산을 포함하는 비황화 서열(undersulfated sequences) ->4)-α-D-GlcNAc(1->4)-β-D-GlcA(1->, ->4)-α-D-GlcNS(1->4)-β-D-GlcA(1-> 및 ->4)-α-D-GlcNAc6S(1->4)-β-D-GlcA(1->에 더 잘 작용하였다. 본 발명의 헤파리네이즈는 불포화 이당류를 제공하는 삼황화 서열(trisulfated sequences) ->4)-α-D-GlcNS6S(1->4)-α-L-IdoA2S(1->을 포함하는 헤파린에도 기질 특이성을 나타내었는데, 이는 본 발명의 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈가 결합을 포함하는 아이두론산(iduronic acid) 또는 글루크로산(glucuronic acid)에 대해, 그리고 황산화가 많이 이루어진 도메인(domain)에 대해 넓은 기질 특이성을 가지고 있음을 보여준다. 또한, 상기 헤파리네이즈는 N-설포아카란 황산과 탈황산화 아카란 황산에 대해서도 약한 기질 특이성을 나타내었는데, 이는 본 발명의 헤파리네이즈가 ->4)-α-D-GlcNS(1->4)-α-L-IdoA2S(1-> 및 ->4)-α-L-IdoA(1-> 결합에도 각각 작용함을 나타낸다. 비교군으로 사용한 플라보박테리움 헤파리네이즈 II도 또한 이런 모든 기질에 대한 활성을 나타내었는데, 그 중 ->4)-α-D-GlcNAc(1->4)-α-L-IdoA2S(1-> 결합을 포함하는 아카란 황산은 플라보박테리움 헤파리네이즈 II의 훌륭한 기질임에도 불구하고 본 발명의 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈는 전혀 아카란 황산에 대한 기질 특이성을 나타내지 않았다.In addition, as shown in Table 6 , heparan sulfate decomposed heparinase contains aca containing de-2-O-sulfated acharan sulfate and N-sulfoacharan sulfate. Reacted slowly to the lan sulfate derivatives. On the other hand, the enzyme is an unsulfated sequence comprising heparan sulfuric acid, which provides unsaturated unsulfated disaccharides (ΔUA-GlcNAc) and monosulfated disaccharides (ΔUA-GlcNS and ΔUA-GlcNAc6S). -> 4) -α-D-GlcNAc (1-> 4) -β-D-GlcA (1->,-> 4) -α-D-GlcNS (1-> 4) -β-D-GlcA ( Better acting on 1->and-> 4) -α-D-GlcNAc6S (1-> 4) -β-D-GlcA (1-> Heparinase of the present invention is trisulfide which provides unsaturated disaccharides The substrate specificity was also shown for heparin including the trisulfated sequences-> 4) -α-D-GlcNS6S (1-> 4) -α-L-IdoA2S (1->), which is a heparan sulfate decomposition of the present invention. It has been shown that heparinase has broad substrate specificity for iduronic acid or glucuronic acid including binding and for highly sulfated domains. Izu is N-sulfo acaran sulfate It also showed weak substrate specificity for desulfurized acaran sulfate, which indicates that the heparinase of the present invention is-> 4) -α-D-GlcNS (1-> 4) -α-L-IdoA2S (1-> and -> 4) -α-L-IdoA (1-> also act on binding. Flavobacterium heparinase II used as a comparative group also showed activity against all these substrates, among which-> 4) Acaran sulfate containing α-D-GlcNAc (1-> 4) -α-L-IdoA2S (1-> bond) is a hepatic agent of the present invention, despite being an excellent substrate for Flavobacterium heparinase II. Ran sulfate disintegrated heparanases showed no substrate specificity for acaran sulfate.

<실시예 3> 헤파린 분해 헤파리네이즈에 미치는 NaCl 농도의 영향Example 3 Effect of NaCl Concentration on Heparin Degraded Heparinase

NaCl 농도가 본 발명의 헤파린 분해 헤파리네이즈에 미치는 영향을 조사하기 위하여, 0.1 부터 1.0 M 까지 다양한 농도의 NaCl을 효소 반응액에 첨가하여 상기 실시예 <1-2>와 동일한 방법으로 효소 활성을 측정하였다.In order to investigate the effect of NaCl concentration on the heparin decomposed heparinase of the present invention, various concentrations of NaCl from 0.1 to 1.0 M were added to the enzyme reaction solution, and the enzyme activity was measured in the same manner as in Example <1-2>. Measured.

그 결과, 100 mM 부터 500 mM까지의 NaCl 농도에서는 효소 활성이 점차 증가하여 500 mM에서 최적의 효소 활성을 나타냈고 그 이상의 농도에서는 점차로 효소 활성이 감소하였다(도 9). 이로부터 NaCl이 헤파리네이즈의 안정화에 영향을 주는 것을 알 수 있다.As a result, the enzyme activity gradually increased at NaCl concentrations from 100 mM to 500 mM, indicating the optimum enzyme activity at 500 mM, and the enzyme activity gradually decreased at higher concentrations ( FIG. 9 ). It can be seen from this that NaCl affects the stabilization of heparinase.

<실시예 4> 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 활성에 대한 아미노산 변환시약의 영향Example 4 Effect of Amino Acid Conversion Reagent on the Activity of Heparan Sulfate Decomposed Heparinase

아미노산 변환시약(amino acid modifying agents)이 헤파란 황산을 특이적으로 분해하는 본 발명의 헤파리네이즈에 미치는 영향을 조사하기 위하여,표 7에 나타낸 페닐메틸설포닐 플로라이드 (PMSF), 다이에틸 파라-니트로페닐 인산염(diethylp-nitrophenyl phosphate), TPCK, dl-디띠오뜨레이톨(dl-dithiothreitol), 이오도아세트산(iodoacetic acid), 카르보디이미드(carbodiimide), 부탄디올(butanediol),p-클로로머큐리페닐 설폰산(p-chloromercuryphenyl sulfonic acid), TLCK 및 2-멀캅토에탄올(2-mercaptoethanol) 등을 첨가한 후 상기 실시예 <1-2>와 동일한 방법으로 효소 활성을 측정하였고 그 결과를 하기표 7에 나타내었다.In order to investigate the effect of amino acid modifying agents on the heparinase of the present invention that specifically degrades heparan sulfate, phenylmethylsulfonyl fluoride (PMSF), diethyl para, shown in Table 7 -nitrophenyl phosphate (diethyl p -nitrophenyl phosphate), TPCK , dl- ditti haute ray Tall (dl-dithiothreitol), Io FIG acetate (iodoacetic acid), carbodiimide (carbodiimide), butane diol (butanediol), p-chloro Mercury phenyl sulfonic acid (p-chloromercuryphenyl sulfonic acid), TLCK , and 2-mercaptoethanol Merlin (2-mercaptoethanol) was measured the enzymatic activity in the same manner followed by the addition of such as the above example <1-2> and the results table 7 is shown.

아미노산 변환시약이 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈에 미치는 영향Effect of Amino Acid Conversion Reagent on Heparan Sulfate-Decomposed Heparinase 아미노산 변환시약Amino Acid Conversion Reagent 농도(mM)Concentration (mM) 상대적인 활성a(%)Relative activity a (%) 대조군PMSF다이에틸 파라-니트로패닐 포스패이트TPCKdl-디띠오뜨레이톨이오도아세트산카르보이미드부탄디올p-클로로머큐리패닐 설폰TLCK2-멀캅토에탄올Control PMSF diethyl para-nitrofanyl phosphate TPCKdl-dithiotratol iodoacetic acid carbodiimbutanediol p-chloromercurifanyl sulfoneTLCK2-mercaptoethanol 0.10.10.10.10.10.10.10.10.050.050.050.10.10.10.10.10.10.10.10.050.050.05 100959894209969594071193100959894209969594071193

a : 효소 활성의 0.03 유닛(unit)을 100%로 간주하였다.a: 0.03 unit of enzyme activity was considered 100%.

상기표 7에서 보면, PMSF와 같은 세린 프로티아제 저해제(serin protease inhibitor)와 이오도아세트산과 같은 시스테인 프로티아제 저해제(cystein protease inhibitor)는 본 발명의 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 효소 활성에거의 영향을 미치지 않았다. 반면, 다른 시스테인 유래 시약p-클로로머큐리패닐설포네이트는 상기 효소의 활성을 크게 저해하였고, 디띠오뜨레이톨과 멀캅토에탄올은 효소 활성을 증가시켰다. 아울러, 트립신 저해제인 TPCK는 효소 활성에 영향을 미치지 않았으나 또 다른 저해제인 TLCK는 효소 활성을 약간 저해하였다.In Table 7 , the serine protease inhibitors such as PMSF and the cysteine protease inhibitors such as iodoacetic acid are used for the enzymatic activity of heparan sulfate decomposed heparinase of the present invention. Little effect. On the other hand, other cysteine-derived reagent p -chloromercuryfanylsulfonate significantly inhibited the activity of the enzyme, while dithiotratol and mercaptoethanol increased the enzyme activity. In addition, trypsin inhibitor TPCK did not affect the enzyme activity, while another inhibitor TLCK slightly inhibited the enzyme activity.

<4-2> 아미노산 조성 분석<4-2> Amino Acid Composition Analysis

본 발명의 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 아미노산 조성을 분석하기 위하여, 먼저 효소를 6 N 염산으로 155oC에서 1시간 동안 분해한 후 페닐이소티오시아네이트(phenylisothiocyanate)를 이용하여 유도체를 형성하였다. 이와 같이 형성된 아미노산 유도체를 아미노산 분석기기(Amino acid Analyzer, Applied Biosystem model 420/130 Derivatizer)로 분석하여 그 결과를 하기표 8에 나타내었다.In order to analyze the amino acid composition of the heparan sulfate decomposed heparinase of the present invention, the enzyme was first decomposed with 6 N hydrochloric acid at 155 ° C. for 1 hour to form a derivative using phenylisothiocyanate. The amino acid derivative thus formed was analyzed by an amino acid analyzer (Amino acid Analyzer, Applied Biosystem model 420/130 Derivatizer) and the results are shown in Table 8 below.

아미노산 조성 분석Amino Acid Composition Analysis 아미노산amino acid pmolpmol Mol%Mol% CysAsxaGlxaSerGlyHisArgThrAlaProTyrValMetIleLeuPheTrpLysCysAsx a Glx a SerGlyHisArgThrAlaProTyrValMetIleLeuPheTrpLys N.D.b368.56439.19127.62162.00110.28173.72196.72278.25214.34209.24294.53113.59158.99378.59321.02N.D.b423.15ND b 368.56439.19127.62162.00110.28173.72196.72278.25214.34209.24294.53113.59158.99378.59321.02ND b 423.15 0.009.2811.063.214.082.784.384.967.015.405.277.422.864.009.548.090.0010.660.009.2811.063.214.082.784.384.967.015.405.277.422.864.009.548.090.0010.66 gun 3,969.793,969.79 100.00100.00

Asxa; 아스파라진(asparagine)과 아스팔트산(aspartic acid)Asx a ; Asparagine and Aspartic Acid

Glxa; 글루타민(glutamine)과 글루탐산(glutamic acid)Glx a ; Glutamine and Glutamic Acid

b ; 결정되지 않음b; Not determined

상기표 8에 나타낸 바와 같이, 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 아미노산 조성 분석 결과, 상기 효소는 라이신(lysin)을 다량 포함하고 있는 것으로 나타났는데 이는 pI값 8.7과 일치하는 결과로 플라보박테리움 헤파리네이즈의 pI값 8.9 내지 10.1과 비교했을 때 조금 낮은 값이었다(J. Biol. Chem., 267:24347-24355, 1992).As shown in Table 8 , the amino acid composition analysis of heparan sulfate-dissolved heparinase showed that the enzyme contains a large amount of lysin, which is consistent with the pI value of 8.7, which results in flavobacterium hepa. It was slightly lower compared with the pI value of Linease 8.9-10.1 ( J. Biol. Chem ., 267: 24347-24355, 1992).

<4-3> 내부 아미노산 서열 분석<4-3> Internal Amino Acid Sequence Analysis

본 발명의 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 내부 아미노산 서열을 결정하기 위하여, 트립신(trypsin)으로 효소를 분해하여 펩타이드의 내부 아미노산 서열을 분석하였고, 그 결과를 하기표 9에 나타내었다.In order to determine the internal amino acid sequence of heparan sulfate decomposed heparinase of the present invention, the enzyme was digested with trypsin to analyze the internal amino acid sequence of the peptide, and the results are shown in Table 9 below.

내부 아미노산 서열 분석Internal Amino Acid Sequencing 효소enzyme 내부 아미노산 서열Internal amino acid sequence 서열목록Sequence Listing 상동성 (%)Homology (%) 헤파란 황산 헤파리네이즈플라보박테리움 헤파리네이즈 II플라보박테리움 헤파리네이즈 IIIHeparan Sulfate Heparinase Flavobacterium Heparinase II Flavobacterium Heparinase III ----MADEALQHTFFA----329----YKDEYLNYEFLK----98----MADKALVHQFQP-------- MADEALQHTFFA ---- 329 ---- YKDEYLNYEFLK ---- 98 ---- MADKALVHQFQP ---- 123123 48734873

본 발명의 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 N-말단은 블록(block)되어 있어 서열 분석을 할 수 없었는데, 이는 플라보박테리움 헤파리네이즈의 N 말단이 블록된 것과 일치하였다.The N-terminus of the heparan sulfate decomposed heparinase of the present invention was blocked and could not be sequenced, which is consistent with that of the N terminus of Flavobacterium heparinase.

본 발명의 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 내부 아미노산을 분석한 결과서열번호 1로 기재되는 아미노산으로 구성되어 있었다. 이는서열번호 2로 기재되는 플라보박테리움 II의 아미노산 서열과서열번호 3으로 기재되는 플라보박테리움 III의 아미노산 서열과는 각각 48% 및 73%의 상동성을 나타내어 플라보박테리움 III에 대해 더 높은 유사성을 가지고 있었다.As a result of analyzing the internal amino acid of the heparan sulfate decomposed heparinase of the present invention, it was composed of the amino acid of SEQ ID NO: 1 . It shows 48% and 73% homology with the amino acid sequence of Flavobacterium II as depicted in SEQ ID NO: 2 and the amino acid sequence of Flavobacterium III as depicted in SEQ ID NO: 3 , respectively, for Flavobacterium III. Had a higher similarity.

<4-3> 카이네틱 상수 결정<4-3> Kinetic constant determination

본 발명의 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 카이네틱 상수를 결정하기 위하여, 기질 농도를 200, 400, 600, 1,000, 2,000 및 3,000 ㎍으로 하여 실시예 <1-2>와 동일한 방법으로 효소 활성을 측정한 후 한스 플롯(Hanes plot)을 이용하여 마이켈리스-맨텐(Michaelis-Menten) 상수를 결정하였고 그 결과를 하기표 10도 10에 나타내었다. Of the present invention In order to determine the kinetic constants of heparan sulfate decomposed heparinase, enzyme activity was measured in the same manner as in Example <1-2> with a substrate concentration of 200, 400, 600, 1,000, 2,000 and 3,000 µg. After that, the Micheles-Menten constants were determined using a Hanes plot.Table 10and10Shown in

헤파란 황산 분해 카이네틱 상수(kinetic constants) 결정Determination of Heparan Sulfate Kinetic Constants 효소enzyme Vmax(μM)Vmax (μM) Km(μM)Km (μM) 헤파린 헤파란 황산Heparin Heparan Sulfate 헤파린 헤파란 황산Heparin Heparan Sulfate 헤파란 황산 헤파리네이즈플라보박테리움 헤파리네이즈 Ia플라보박테리움 헤파리네이즈 II플라보박테리움 헤파리네이즈 IIIHeparan Sulfate Heparinase Flavobacterium Heparinase I a Flavobacterium Heparinase II Flavobacterium Heparinase III 38.2 58.4219 -b16.7 28.6- 14138.2 58.4219- b 16.7 28.6- 141 90.5 15.317.8 -57.4 11.2- 29.490.5 15.317.8 -57.4 11.2- 29.4

a :J. Biol. Chem., 267:24347-24355, 1992로부터 얻은 데이터.a: J. Biol. Chem. , 267: 24347-24355, 1992.

b : 결정되지 않았음.b: not determined.

상기표 10에 나타난 바와 같이, 본 발명의 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈의 헤파린에 대한 Km과 Vmax는 각각 9.05 × 10-5M, 38.2 μmol/min/mg이었고 헤파란 황산에 대한 Km과 Vmax는 각각 1.53 × 10-5M, 58.4 μmol/min/mg으로 측정되었다. 이는 플라보박테리움 II의 Km 및 Vmax 값과 비교해 볼 때 모두 높은 값으로본 발명의 헤파란 황산 분해 헤파리네이즈가 기존의 헤파리네이즈 III에 비해 헤파란 황산에 대한 기질 특이성이 우수함을 나타내는 것이다.remindTable 10As shown in the figure, Km and Vmax for heparin of the heparan sulfate decomposed heparinase of the present invention were 9.05 × 10, respectively.-5M, 38.2 μmol / min / mg, and Km and Vmax for heparan sulfuric acid were 1.53 × 10, respectively.-5M, measured at 58.4 μmol / min / mg. This is a high value in comparison with the Km and Vmax values of Flavobacterium II, indicating that the heparan sulfate-dissolved heparinase of the present invention has superior substrate specificity for heparan sulfate compared to the conventional heparinase III. .

헤파란 황산 분해 헤파리네이즈는 플라보박테리움 헤파리네이즈 II보다는 Vmax가 크고 플라보박테리움 헤파리네이즈 III보다는 작다. 그러나, 플라보박테리움 헤파리네이즈 III는 헤파린을 전혀 분해시키지 못하는 반면에 본 연구에서 분리한 헤파린 황산 헤파린네이즈가 분해시키지 못하는 헤파린을 분해시켰다. 이러한 특징은 기존의 헤파리네이즈들과는 전혀 다른 새로운 효소로 생각된다. Heparan sulphate heparinase has a Vmax greater than Flavobacterium heparinase II and smaller than Flavobacterium heparinase III. However, Flavobacterium heparinase III did not degrade heparin at all, whereas heparin sulfate heparin sulfate isolated in this study did not degrade heparin. This feature is thought to be a new enzyme completely different from the existing heparanases.

상기에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명은 인간의 장내 미생물인 박테로이드 스테르코리스 HJ-15로부터 분리·정제되고 헤파린과 헤파란 황산을 각각 특이적으로 분해하는 두 종류의 신규한 헤파리네이즈 및 그의 용도에 관한 것이다. 본 발명의 신규한 헤파리네이즈는 기질 특이성이 뛰어나고 안정적인 효소활성을 나타내어 헤파린, 헤파란 황산, 아카란 황산 등의 올리고당 제조기술 및 이들의 구조적인 특징을 밝히는데 유용하게 사용될 수 있으며 저분자량의 헤파린 제조 및 헤파린의 과다 복용시 이를 중화시키는데 이용될 수 있다.As described above, the present invention provides two novel heparinases, which are isolated and purified from human enteric microorganisms bacteroids Stechoris HJ-15, and specifically decompose heparin and heparan sulfuric acid, respectively, and their It is about a use. The novel heparinase of the present invention has excellent substrate specificity and shows stable enzymatic activity, and thus can be usefully used to reveal oligosaccharide production techniques such as heparin, heparan sulfuric acid, acaran sulfate, and structural features thereof, and to prepare low molecular weight heparin. And at high doses of heparin can be used to neutralize it.

Claims (15)

박테로이드 스테르코리스 HJ-15(Bacteroides stercorisHJ-15)(수탁번호 : KCCM-10096)로부터 분리·정제된 GAG류 분해효소인 신규 헤파리네이즈.A novel heparinase, a GAG degrading enzyme isolated and purified from Bacteroides stercoris HJ-15 (Accession No .: KCCM-10096). 제 1항에 있어서, GAG류는 헤파린, 헤파란 황산 및 아카란 황산인 것을 특징으로 하는 신규 헤파리네이즈.The novel heparinase according to claim 1, wherein the GAGs are heparin, heparan sulfuric acid, and acaran sulfuric acid. 제 1항에 있어서, 헤파린을 특이적으로 분해하고 분자량이 48 kDa인 것을 특징으로 하는 신규 헤파리네이즈.The novel heparinase of claim 1, wherein the heparin is specifically degraded and has a molecular weight of 48 kDa. 제 3항에 있어서, 헤파리네이즈의 효소 반응시 최적 NaCl 농도는 200 - 900 mM이고, 최적 pH는 6.0 - 7.5이고, 최적 반응 온도는 35 - 55℃인 것을 특징으로 하는 신규 헤파리네이즈.According to claim 3, Optimum NaCl concentration in the enzyme reaction of heparinase is 200-900 mM, optimum pH 6.0-7.5, and optimum reaction temperature 35-55 ° C. 제 3항에 있어서, 헤파리네이즈는 EDTA, Co2+, Cu2+, Ni2+, Ba2+및 Zn2+로 구성된 군으로부터 선택되는 2가 양이온에 의해 효소활성이 촉진되는 것을 특징으로 하는 신규 헤파리네이즈.According to claim 3, Heparinase is characterized in that the enzyme activity is promoted by a divalent cation selected from the group consisting of EDTA, Co 2+ , Cu 2+ , Ni 2+ , Ba 2+ and Zn 2+ New heparanaise. 제 1항에 있어서, 헤파란 황산을 특이적으로 분해하고 분자량이 70 kDa인 것을 특징으로 하는 신규 헤파리네이즈.The novel heparinase of claim 1, wherein the heparan sulfuric acid is specifically decomposed and has a molecular weight of 70 kDa. 제 6항에 있어서, 헤파리네이즈의 효소반응시 최적 pH는 6.0 - 7.25이고 최적 반응온도는 40 - 45℃인 것을 특징으로 하는 신규 헤파리네이즈.The novel heparinase of claim 6, wherein the optimum pH of the enzyme reaction of heparinase is 6.0-7.25 and the optimum reaction temperature is 40-45 ℃. 제 6항에 있어서, 헤파리네이즈는 Mg2+, Cu2+및 Co2+로 구성된 군으로부터 선택되는 2가 양이온에 의해 효소활성이 촉진되는 것을 특징으로 하는 신규 헤파리네이즈.The novel heparinase of claim 6, wherein the heparinase is promoted by a divalent cation selected from the group consisting of Mg 2+ , Cu 2+ and Co 2+ . 제 6항에 있어서, 헤파리네이즈는 디띠오뜨레이톨(dithiothreitol) 및 2-멀캅토에탄올(2-mercaptoethanol)로 구성된 군으로부터 선택되는 환원제에 의해 효소활성이 촉진되는 것을 특징으로 하는 신규 헤파리네이즈.The novel heparinase of claim 6, wherein the heparinase is promoted by a reducing agent selected from the group consisting of dithiothreitol and 2-mercaptoethanol. . 제 6항에 있어서, 헤파리네이즈는 아미노산 조성 중 라이신을 다량 함유하고 있고서열번호 1로 기재되는 내부 아미노산 서열을 포함하는 것을 특징으로 하는 신규 헤파리네이즈.The novel heparinase of claim 6, wherein the heparinase contains a large amount of lysine in the amino acid composition and comprises an internal amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 . 1) 박테로이드 스테르코리스를 적절한 배지에서 배양하는 단계;1) culturing the bacteroids stericis in a suitable medium; 2) 상기 배양된 균체를 회수하고 세포 추출액을 제조하는 단계; 및2) recovering the cultured cells and preparing a cell extract; And 3) 상기 세포 추출액을 크로마토그래피로 정제하여 효소활성 분획을 얻는3) Purifying the cell extract by chromatography to obtain an enzyme active fraction 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 제 1항의 신규 헤파리네이즈의 제조방법.Method of producing a novel heparinase of claim 1, characterized in that consisting of steps. 제 11항에 있어서, 단계 3의 크로마토그래피는 QAE-셀룰로오즈(cellulose), DEAE-셀룰로오즈, CM-세파덱스(Sephadex) C-50, 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite), CM-세파덱스 C-25 및 하이트랩(Hi-Trap) SP로 구성된 군으로부터 선택되는 컬럼을 하나 또는 그 이상 사용하는 것을 특징으로 하는 제조방법.The process of claim 11 wherein the chromatography of step 3 is QAE-cellulose, DEAE-cellulose, CM-Sephadex C-50, hydroxyapatite, CM-Sephadex C-25 and high A method for producing one or more of the columns selected from the group consisting of Hi-Trap SP. GAG류 올리고당 제조 및 구조분석에 사용하는 제 1항의 신규 헤파리네이즈.The novel heparinase of claim 1 used in the preparation and structural analysis of GAG oligosaccharides. 저분자량의 헤파린 제조에 사용하는 제 1항의 신규 헤파리네이즈.The novel heparinase of claim 1 used for the production of low molecular weight heparin. 헤파린 과다 복용시 헤파린 중화에 사용하는 제 1항의 신규 헤파리네이즈.The novel heparinase of claim 1, which is used for heparin neutralization during heparin overdose.
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