KR20030097036A - Recombinant enterokinase by modifying N-terminus or C-terminus of enterokinase light chain - Google Patents

Recombinant enterokinase by modifying N-terminus or C-terminus of enterokinase light chain Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A recombinant enterokinase of which N-terminal or C-terminal of light chain is modified is provided, thereby easily recovering and removing the enterokinase after its reaction, and easily mass-producing the enterokinase in Escherichia coli. CONSTITUTION: A recombinant enterokinase is characterized by having modified N-terminal or C-terminal of light chain, wherein the modification is carried out by adding an affinity tag to the carboxy-terminal of enterokinase light chain; the affinity tag is selected from the group consisting of histidine(His) tag, haemagglutinin(HA) tag, poly arginine tag, poly lysine tag, flag tag and myc tag; the recombinant enterokinase protein comprises the amino acid sequence of SEQ ID NO: 9; the modification is carried out by substituting isoleucine of amino terminal of enterokinase light chain by valine; and the recombinant enterokinase comprises the amino acid sequence of SEQ ID NO: 17.

Description

엔테로키나제 경사슬의 아미노말단 또는 카르복실말단이 변형된 재조합 엔테로키나제{Recombinant enterokinase by modifying N-terminus or C-terminus of enterokinase light chain}Recombinant enterokinase by modifying N-terminus or C-terminus of enterokinase light chain}

본 발명은 엔테로키나제(enterokinase) 경사슬(light chain) 단백질의 아미노말단 또는 카르복실말단을 변형시킨 재조합 엔테로키나제 단백질에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 엔테로키나제 경사슬의 카르복실말단에 친화 태그를 삽입하거나 아미노말단의 이소루이신을 발린으로 치환한 재조합 엔테로키나제 단백질, 그의 유전자, 상기 유전자를 포함하는 발현벡터, 상기 발현벡터가 형질전환된 형질전환체 및 상기 재조합 엔테로키나제 단백질을 이용하여 목적단백질을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a recombinant enterokinase protein wherein the amino or carboxyl terminus of an enterokinase light chain protein is modified, and more specifically, an affinity tag is attached to the carboxyl terminus of an enterokinase light chain. A recombinant enterokinase protein inserted with or substituted with an amino-terminal isoleucine with valine, a gene thereof, an expression vector containing the gene, a transformant transformed with the expression vector, and the target protein using the recombinant enterokinase protein It relates to a manufacturing method.

유전자 재조합 기술이 발달되면서 동물세포, 효모(yeast) 또는 대장균과 같은 원핵생물(prokaryote) 등을 이용한 유용한 외래 단백질이 많이 생산되고 있으며 이들 단백질이 의약품 등으로 생물공학 산업에 널리 이용되고 있다. 특히 대장균은 세포의 성장 속도가 빠르고 그의 유전자에 대한 규명이 다른 생물체에 비하여 잘 연구되어 있으므로, 유전자 재조합 기술에서 외래 단백질을 생산하기 위한 숙주세포 등으로 많이 이용되고 있다. 그러나 대장균은 진핵생물(eukaryote)에서 단백질을 성숙시키는데 필요한 다양한 세포내 요소를 갖추고 있지 못하는 결정적인 단점이 있다. 구체적으로, 대장균에는 진핵생물이 가지고 있는 번역 후 변형(post-translational modification), 이중 황 결합(disulfide bond formation), 글리코실레이션(glycosylation) 및 구획(compartment) 등의 기능이 수행되지 않는다. 또한, 대장균에서 외래 단백질이 과량으로 발현되는 경우 이들 단백질이 응집체(inclusion body = insoluble aggregate) 형태로 세포질 내에 축적되는 경우가 많다. 따라서 외래 단백질이 응집체 형태로 생산될 때 유발되는 상기 문제점을 개선하기 위하여, 대장균에서 외래 단백질을 수용성 단백질 형태로 발현시키는 것은 중요한 의미가 있다. 대장균에서 외래단백질을 수용성 발현하는데 가장 효과적인 것은 단백질 융합발현기술(fusion protein technology)이다. 이 기술은 포스트 게놈학 이후에 많은 단백질의 기능 게놈믹스(functional genomics)과 구조 게놈믹스(structural genomics)에서 중요성이 증가하고 있다. 융합단백질에서 목표단백질을 얻기 위하여 특정 단백질 서열을 특이적으로 절단하는 엔테로키나제, 트롬빈 및 인자 Xa 등과 같은 효소가 필수적이다. 그런데 이들 절단 효소 가격은 비싸서 융합단백질 기술의 많은 장점에도 불구하고 이 기술이 산업화에 사용되는데 가장 큰 방해요인으로 작용하고 있다. 따라서 성능이 향상된 재조합 엔테로키나제를 개발하는 것은 융합단백질 기술에 크게 기여하리라 예상된다.With the development of genetic recombination technology, a lot of useful foreign proteins using prokaryotes such as animal cells, yeast or E. coli have been produced, and these proteins are widely used in the biotechnology industry as medicines. In particular, E. coli has a rapid growth rate of cells and its genes have been well studied compared to other organisms, and thus are widely used as host cells for producing foreign proteins in gene recombination technology. Escherichia coli, however, has a critical disadvantage in that it does not have the various intracellular elements necessary for the maturation of proteins in eukaryotes. Specifically, E. coli does not perform functions such as post-translational modification, disulfide bond formation, glycosylation and compartmentalization of eukaryotes. In addition, when foreign proteins are excessively expressed in Escherichia coli, these proteins are often accumulated in the cytoplasm in the form of an inclusion body (insoluble aggregate). Therefore, in order to improve the above problems caused when the foreign protein is produced in aggregate form, it is important to express the foreign protein in water-soluble protein form in E. coli. The most effective in water soluble expression of foreign proteins in E. coli is fusion protein technology. This technique has increased in post-genomics in the functional genomics and structural genomics of many proteins. Enzymes such as enterokinase, thrombin, and factor Xa, which specifically cleave specific protein sequences, are essential for obtaining the target protein in the fusion protein. However, these cleavage enzymes are expensive, and despite the many advantages of the fusion protein technology, it is the biggest obstacle to the industrial use. Therefore, the development of improved performance of recombinant enterokinase is expected to contribute significantly to the fusion protein technology.

엔테로키나제는 트립시노겐의 아미노 말단 펩티드인서열번호 1로 기재되는 아미노산 서열 Val-(Asp)4-Lys을 절단하여 트립신으로 변환시키고 많은 췌장(pancreatic) 자이모겐(zymogen)을 활성화시킨다(Kunitz,J. Gen. physiol.,1939, 22:429-446; Yamshina,Acta Chem. Scand., 1956, 10:739:743).서열번호 2로 기재되는 아미노산 서열 (Asp)4-Lys는 많은 척추동물에서 엔테로키나제의 인식부위로서 보존된 부위인데, 상기 서열은 트립신에 의한 트립시노겐의 자동활성(auto-activation)을 저해한다(Maroux et al.,J. Biol. Chem., 1971, 246:5031-39). 따라서, 엔테로키나제는서열번호 2로 기재되는 아미노산 서열에 대한 높은 특이성으로 융합단백질의 위치-특이적 절단을 위한 용도로 많이 쓰이고 있다(LaVallie et al.,J. Biol. Chem., 1993, 268:23311-17).Enterokinase cleaves the amino acid sequence Val- (Asp) 4 -Lys, described as SEQ ID NO: 1 , the amino terminal peptide of trypsinogen, converts it to trypsin and activates many pancreatic zymogens (Kunitz , J. Gen. physiol ., 1939, 22: 429-446; Yamshina, Acta Chem. Scand ., 1956, 10: 739: 743). The amino acid sequence (Asp) 4 -Lys, set forth in SEQ ID NO: 2 , is a site conserved as a recognition site for enterokinase in many vertebrates, which inhibits auto-activation of trypsinogen by trypsin (Maroux et al., J. Biol. Chem ., 1971, 246: 5031-39). Thus, enterokinase has been widely used for the location-specific cleavage of fusion proteins with high specificity for the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 (LaVallie et al., J. Biol. Chem. , 1993, 268: 23311-17).

소 엔테로키나제는 단일 가닥의 전구체에서 유래한 35 kDa 경사슬과 115 kD의 중사슬의 구성으로 이중 황결합으로 이어진 헤테로다이머(heterodimer)이다(Kitamoto et al.,Proc. Natl. Acad, Sci. USA, 1994, 91:7588-92). 이중에서 엔테로키나제 경사슬(이하 "EKL"이라 약칭한다)는 전효소(holoenzyme)의 부분 환원에 의해 분비되어 단백질 분해능을 나타내며(Light and Fonseca,J. Biol. chem., 1984, 259:13195-98), 중사슬은 트립시노겐의 인식과 막 결합에 관여한다(Fonseca and Light,J. Biol. Chem., 1983, 258:14516-20). 두오데나제(duodenase)는 전-엔테로키나제(pro-enterokinase)를 활성화시키는 역할을 하는 것으로 여겨진다(Zamolodchikaba et al.,FEBS Lett., 2000, 466:295-299). 소 EKL을 인코딩하는 cDNA를 분리하여 포유류 COS 세포(LaVallie et al.,J. Biol. Chem. 1993, 268:23311-17), 융합파트너로 DsbA를 사용한 대장균(Collins-Racie et al.,Bio/technology, 1995, 13:982-987) 및 메틸로트로픽 효소 피치아파스도리스(Pichia pastoris)(Vozza et al.,Bio/technology,1996, 14:77-81) 등의 숙주에서 발현시킨 연구결과가 보고되고 있다.Small enterokinase is a heterodimer that is a double-sulfur bond consisting of a 35 kDa light chain and a 115 kD heavy chain derived from a single stranded precursor (Kitamoto et al., Proc. Natl. Acad, Sci. USA , 1994, 91: 7588-92). Among them, enterokinase light chain (abbreviated as "EK L ") is secreted by partial reduction of the homoenzyme and shows protein resolution (Light and Fonseca, J. Biol. Chem. , 1984, 259: 13195). -98), the heavy chain is involved in trypsinogen recognition and membrane binding (Fonseca and Light, J. Biol. Chem ., 1983, 258: 14516-20). Duodenase is believed to play a role in activating pro-enterokinase (Zamolodchikaba et al., FEBS Lett ., 2000, 466: 295-299). CDNA encoding bovine EK L was isolated and isolated from mammalian COS cells (LaVallie et al., J. Biol. Chem . 1993, 268: 23311-17), E. coli using DsbA as a fusion partner (Collins-Racie et al., Bio / technology , 1995, 13: 982-987) and the results of expression of the host in the host such as methylotropic enzyme Pichia pastoris (Vozza et al., Bio / technology, 1996, 14: 77-81) Is being reported.

엔테로키나제의 아미노말단은 이소루이신이어서 대장균에서 직접 생산시에 메티오닌 아미노펩티다제(methionine aminopeptidase)에 의해 메티오닌이 제거가 되지 않아서 활성단백질 생산이 매우 어렵다.Since the amino terminus of enterokinase is isoleucine, the production of active protein is very difficult because methionine is not removed by methionine aminopeptidase when produced directly in E. coli.

엔테로키나제의 인식부위가 매우 특이성이 있다고 알려져 있음에도 불구하고, 절단을 위한 최소의 서열은 P2 위치((Asp)4-Lys에서 마지막 Lys가 P1이고 반대로 처음의 Asp가 P5위치이다)의 산성 아미노산(글루탐산 또는 아스파르트산) 및 P1 위치의 염기성 아미노산(라이신 또는 아르기닌)인 것으로 알려져 있다. 또한, P3-P5 부위에 위치하는 산성 잔기가 증가할수록 가수분해 속도가 증가한다.Although the recognition site for enterokinase is known to be very specific, the minimum sequence for cleavage is the acidic amino acid of the P2 position ((Asp) 4 -Lys at the last Lys is P1 and conversely the first Asp is at the P5 position). Glutamic acid or aspartic acid) and basic amino acids (lysine or arginine) at the P1 position. In addition, the rate of hydrolysis increases as the acidic residues located at the P3-P5 site increase.

융합 단백질을 절단한 후에도 엔테로키나제가 반응액 속에 잔류하면 목적 단백질을 분해할 수 있으므로, 이러한 목적 단백질의 분해를 방지하기 위하여 융합 단백질이 절단되 후에는 엔테로키나제를 제거하는 것이 바람직하다. 그러나 종래에는 값싸게 엔테로키나제를 제거를 하는 방법이 없어서 목적단백질을 분리하는데 많은 어려움이 있었다.Since enterokinase remains in the reaction solution even after cleaving the fusion protein, the target protein can be decomposed. Therefore, in order to prevent degradation of the target protein, it is preferable to remove the enterokinase after the fusion protein is cleaved. However, there is no conventional method for removing enterokinase inexpensively, so there are many difficulties in separating target proteins.

이에, 본 발명자들은 융합단백질의 절단 동안에 엔테로키나제가 목표 단백질을 분해하여 최종 산물의 수율을 떨어뜨린다는 것을 알고 엔테로키나제 경사슬의효율적인 정제와 제거를 위하여 친화 태그를 엔테로키나제 경사슬의 카르복실말단 또는 카르복실말단에 삽입시킨 재조합 엔테로키나제를 제조하고, 상기 재조합 엔테로키나제가 쉽게 정제될 수 있고, 이를 이용하여 융합단백질의 절단 과정 후 재조합 엔테로키나제를 용이하게 제거하여 원하는 목적 단백질의 수득률을 높일 수 있음을 밝히고 아미노말단의 체계적인 돌연변이(mutagenesis)를 수행하여 대장균에서 재접힘하여 대량생산함으로써 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors know that enterokinase degrades the target protein and degrades the final product yield during cleavage of the fusion protein. Alternatively, the recombinant enterokinase prepared at the carboxyl terminal may be prepared, and the recombinant enterokinase may be easily purified. The recombinant enterokinase may be easily purified after cleavage of the fusion protein, thereby increasing the yield of a desired protein. The present invention was completed by mass production by refolding in Escherichia coli by performing systematic mutation of amino terminus (mutagenesis).

본 발명의 목적은 재조합 엔테로키나제 경사슬의 아미노말단과 카르복실말단의 변형을 통하여 효소 기능이 향상된 재조합 엔테로키나제, 상기 재조합 엔테로키나제를 이용하여 단백질의 분리, 절단 후 제거와 회수, 고정화 컬럼 등에 응용될 수 있으며 융합단백질기술에서 목표단백질 쉽게 얻을 수 있는 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is a recombinant enterokinase with improved enzyme function through modification of amino and carboxyl ends of a light chain of recombinant enterokinase, and the separation, cleavage and recovery of proteins using the recombinant enterokinase, and the like. It is to provide a way to easily obtain the target protein in the fusion protein technology.

도 1은 소 엔테로키나제 경사슬의 cDNA를 발현 벡터 pIL20GH의 제한효소 XbaI 및 BamHI 위치에 삽입한 벡터 pIL20EKL의 모식도이고, 1 is a schematic diagram of a vector pIL20EK L having a bovine enterokinase light chain cDNA inserted at the restriction enzymes XbaI and BamHI positions of the expression vector pIL20GH,

Ap : 앰피실린 저항 유전자, 2μ: 2μ플라스미드의 복제 오리진,Ap: ampicillin resistance gene, 2μ: replication origin of 2μ plasmid,

GAL4 : 효모에서 갈락토스-유도 유전자 양성 조절 단백질,GAL4: galactose-induced gene positive regulatory protein in yeast,

URA3 : 오로티딘-5-포스페이트 디카르복실라제를 인코딩하는 유전자,URA3: gene encoding orotidine-5-phosphate decarboxylase,

pMFα1 : 효모 메이팅 인자 α1의 프로모터,pMFα1: promoter of yeast mating factor α1,

UASg : GAL1-10 상위 활성 서열, ktl : 킬러 톡신 리더 서열,UASg: GAL1-10 higher active sequence, ktl: killer toxin leader sequence,

tGAPDH : 글리세랄데히드 포스페이트 디하이드로지나제의 전사 종결자,tGAPDH: transcriptional terminator of glyceraldehyde phosphate dehydrogenase,

도 2는 벤자미딘 세파로스 컬럼 크로마토그래피로 정제한 재조합 EKL을 엔도글리코시다제 H로 처리하여 SDS-PAGE로 분석한 전기영동 사진이고, FIG. 2 is an electrophoresis photograph analyzed by SDS-PAGE of recombinant EK L purified by benzamidine sepharose column chromatography with endoglycosidase H.

레인 1 : 사이즈 마커,Lane 1: size marker,

레인 2 : 벤자미딘 세파로스 컬럼 크로마토그래피로 정제한 재조합 EKL, Lane 2: recombinant EK L purified by benzamidine sepharose column chromatography ,

레인 3 : 엔도글리코시다제 H로 처리한 재조합 EKL, Lane 3: recombinant EK L treated with endoglycosidase H ,

도 3a는 재조합 EKL을 이용한 융합단백질 T2GH의 절단 반응을 SDS-PAGE로 분석한 전기영동 사진이고, Figure 3a is an electrophoresis picture of SDS-PAGE analysis of cleavage reaction of fusion protein T2GH using recombinant EK L ,

레인 1 : 사이즈 마커, 레인 2 및 레인 5 : 융합단백질 T2GH,Lane 1: size marker, lane 2 and lane 5: fusion protein T2GH,

레인 3 : 재조합 EKL로 2시간 반응, 레인 4 : 재조합 EKL로 4시간 반응,Lane 3: reaction for 2 hours with recombinant EK L , lane 4: reaction for 4 hours with recombinant EK L ,

레인 6 : 재조합 EKL로 8시간 반응,Lane 6: reaction for 8 hours with recombinant EK L ,

도 3b는 소 엔테로키나제 및 다른 재조합 엔테로키나제의 효모 배양 상등액으로 융합 단백질 T2GH의 절단 반응을 SDS-PAGE로 분석한 전기영동 사진이고, Figure 3b is an electrophoresis picture of SDS-PAGE analysis of cleavage reaction of the fusion protein T2GH with yeast culture supernatant of bovine enterokinase and other recombinant enterokinase,

레인 1 : 사이즈 마커, 레인 2 : 융합단백질,Lane 1: size marker, lane 2: fusion protein,

레인 3 : 소 엔테로키나제로 0.5 ㎍으로 처리,Lane 3: treatment with bovine enterokinase at 0.5 μg,

레인 4 : 소 엔테로키나제 0.5 ㎍ 및 배지 배양액 10 ㎕로 처리,Lane 4: treated with 0.5 μg bovine enterokinase and 10 μl medium culture,

레인 5 : pIL20X 벡터가 도입된 형질전환체의 배양 상등액으로 처리,Lane 5: treatment with the culture supernatant of the transformants into which the pIL20X vector was introduced,

레인 6 : pIL20XΔEKL벡터가 도입된 형질전환체의 배양 상등액으로 처리,Lane 6: treatment with the culture supernatant of the transformants into which the pIL20XΔEK L vector was introduced,

레인 7 : pIL20XGH 벡터가 도입된 형질전환체의 배양 상등액으로 처리,Lane 7: treatment with the culture supernatant of the transformant into which the pIL20XGH vector was introduced,

레인 8 : pIL20XEKL벡터가 도입된 형질전환체의 배양 상등액으로 처리,Lane 8: treatment with the culture supernatant of the transformants into which the pIL20XEK L vector was introduced,

도 4는 재조합 EKL-Ca-His를 니켈 친화 크로마토그래피로 한번에 정제한 것을 SDS-PAGE로 분석한 전기영동 사진이고, 4 is an electrophoresis photograph of SDS-PAGE analysis of purified EK L -Ca-His at once by nickel affinity chromatography;

레인 1 : 사이즈 마커,Lane 1: size marker,

레인 2 : 버퍼 B로 세척한 컬럼으로부터 추출,Lane 2: extraction from the column washed with buffer B,

레인 3 : 정제된 재조합 EKL-Ca-His,Lane 3: purified recombinant EK L -Ca-His,

도 5는 EKL, 재조합 EKL-Ca-His 및 재조합 N-His-EKL의 엔테로키나제 활성을 형광을 내는 기질을 이용하여 비교한 그래프이고, 5 is a graph comparing enterokinase activity of EK L , recombinant EK L -Ca-His and recombinant N-His-EK L using a fluorescing substrate,

△ : EKL, O : 재조합 EKL-Ca-His, □ : 재조합 N-His-EKL,△: EK L , O: recombinant EK L -Ca-His, □: recombinant N-His-EK L ,

도 6은 엔테로키나제 경사슬의 아미노말단을 돌연변이시킨 돌연변이 발현벡터의 모식도이고, Figure 6 is a schematic diagram of a mutant expression vector mutated amino terminal of the enterokinase light chain,

도 7은 I1V 돌연변이와 와일드 타입 엔테로키나제의 효소활성을 비교한 그래프이고, 7 is a graph comparing the enzyme activity of the I1V mutation and wild type enterokinase,

■ : I1V 돌연변이, ▲ : 와일드 타입 엔테로키나제(EKL),■: I1V mutation, ▲: wild type enterokinase (EK L ),

△ : 인간 성장호르몬(hGH)(대조군)△: human growth hormone (hGH) (control)

도 8은 I1V 돌연변이와 와일드 타입 엔테로키나제의 온도에 따른 효소활성을 측정한 그래프이고, 8 is a graph measuring the enzyme activity according to the temperature of the I1V mutation and wild type enterokinase,

A : 45℃, B : 65℃,A: 45 ° C, B: 65 ° C,

■ : I1V 돌연변이, ▲ : 와일드 타입 엔테로키나제(EKL),■: I1V mutation, ▲: wild type enterokinase (EK L ),

도 9는 니켈 NTA 스핀 컬럼으로 EKL및 재조합 EKL-Ca-His을 제거한 것을 비교한 그래프이다. 9 is a graph comparing removal of EK L and recombinant EK L -Ca-His with a nickel NTA spin column.

△ : EKL, O : 재조합 EKL-Ca-HisΔ: EK L , O: recombinant EK L -Ca-His

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 엔테로키나제 경사슬의 아미노말단 또는 카르복실말단이 변형된 재조합 엔테로키나제 단백질 및 이를 코딩하는 유전자를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a recombinant enterokinase protein modified amino or carboxyl terminal of the enterokinase light chain and a gene encoding the same.

또한, 본 발명은 상기 재조합 엔테로키나제를 코딩하는 유전자를 포함하는 발현벡터 및 상기 발현벡터로 형질전환시킨 형질전환체를 제공한다.The present invention also provides an expression vector comprising the gene encoding the recombinant enterokinase and transformants transformed with the expression vector.

또한, 본 발명은 상기 재조합 엔테로키나제 단백질을 이용하여 융합단백질을 절단하고 반응액 내에서 재조합 엔테로키나제 단백질을 회수하여 목적단백질을 분리하는 목적단백질의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for preparing a protein of interest by cleaving a fusion protein using the recombinant enterokinase protein and recovering the recombinant enterokinase protein in the reaction solution to separate the protein of interest.

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

본 발명은 엔테로키나제 경사슬의 아미노말단 또는 카르복실말단이 변형된 재조합 엔테로키나제 단백질 및 이를 코딩하는 유전자를 제공한다.The present invention provides a recombinant enterokinase protein modified at the amino or carboxyl terminus of an enterokinase light chain and a gene encoding the same.

본 발명의 재조합 엔테로키나제 단백질은 엔테로키나제 경사슬의 카르복실말단에 친화 태그를 추가할 수 있고, 친화 태그로는 히스티딘 태그, 헤마글루티닌 (HA) 태그, 폴리 아르기닌(poly Arginine) 태그, 폴리 라이신(poly Lysine) 태그, 플래그 (flag) 태그 및 myc 태그 등을 사용할 수 있고, 반드시 상기 친화태그에 한정되는 것은 아니며, 분리, 정제가 용이한 친화태그는 모두 사용할 수 있다. 본 발명의 재조합 엔테로키나제 단백질은 상기 친화태그를 이용한 공지의 분리 방법에 의해 반응액 내에서 재조합 엔테로키나제 단백질은 용이하게 회수 또는 제거할 수 있으며, 친화태그를 사용하여 고정화시켜 사용할 수도 있다.The recombinant enterokinase protein of the present invention may add an affinity tag to the carboxyl terminus of the enterokinase light chain, and the affinity tag may be a histidine tag, a hemagglutinin (HA) tag, a poly arginine tag, a poly Lysine (poly Lysine) tag, flag (flag) tag and myc tag and the like can be used, and not necessarily limited to the affinity tag, affinity tag that can be easily separated and purified can be used. The recombinant enterokinase protein of the present invention can be easily recovered or removed in the reaction solution by a known separation method using the affinity tag, or can be immobilized using an affinity tag.

또한, 본 발명은 재조합 엔테로키나제 단백질은 엔테로키나제 경사슬의 아미노말단 이소루이신을 발린으로 치환한 재조합 엔테로키나제 단백질을 제공한다. 상기와 같이 아미노말단 이소루이신을 발린으로 치환한 재조합 엔테로키나제 단백질은 대장균에서 대량 발현되어 대량 생산이 가능하므로 산업적으로 유용하게 사용할 수 있다.The present invention also provides a recombinant enterokinase protein wherein the recombinant enterokinase protein is substituted with valine for the amino-terminal isoleucine of the enterokinase light chain. As described above, the recombinant enterokinase protein substituted with valine for the amino-terminal isoleucine is expressed in E. coli, which can be mass-produced, and thus industrially useful.

또한, 본 발명의 재조합 엔테로키나제 단백질은 엔테로키나제 경사슬의 카르복실말단이 친화태그가 추가되고, 아미노말단 이소루이신을 발린으로 치환된 재조합 엔테로키나제 단백질인 것이 바람직하다.The recombinant enterokinase protein of the present invention is preferably a recombinant enterokinase protein in which the carboxyl terminus of the light chain of the enterokinase is added with an affinity tag and the amino terminus isoleucine is substituted.

본 발명의 재조합 엔테로키나제 단백질에서 친화태그는 아미노말단 또는 카르복실말단에 위치할 수 있으나 카르복실말단에 위치하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 친화 태그의 수는 용이하게 변경될 수 있으며, 예를 들어 His-태그에서 히스티딘의 수는 용도에 맞게 변할 수 있다. 또한, 엔테로키나제 경사슬의 카르복실 말단과 친화태그 사이에 스페이서(spacer)를 삽입할 수 있다. 예를 들어, 중간에 글리신-세린-글리신-세린-글리신 스페이서를 삽입하여도 효소의 활성에는 변화가 없다.In the recombinant enterokinase protein of the present invention, the affinity tag may be located at the amino terminus or the carboxyl terminus, but more preferably at the carboxyl terminus. In addition, the number of affinity tags can be easily changed, for example the number of histidines in His-tags can be varied to suit the application. In addition, a spacer can be inserted between the carboxyl terminus of the light chain of the enterokinase and the affinity tag. For example, inserting a glycine-serine-glycine-serine-glycine spacer in the middle does not change the activity of the enzyme.

본 발명의 바람직한 실시예에서 엔테로키나제 경사슬의 카르복실말단에 His-태그된 재조합 엔테로키나제 단백질은서열번호 9로 기재되는 아미노산 서열을 가지며, 이를 코딩하는 유전자는서열번호 10으로 기재되는 염기서열을 가진다. 그러나, 상기 염기서열 이외에도 번역되었을 때 상기 아미노산 서열을 제조할 수 있는 모든 염기서열이 본 발명의 범주에 포함되는 것은 당업자에 있어서는 당연하다. 이러한 염기서열은 상기서열번호 10으로 기재되는 염기서열의 치환, 결실 또는 삽입 등으로 제조될 수 있다.In a preferred embodiment of the invention, the recombinant enterokinase protein His-tagged at the carboxyl terminus of the enterokinase light chain has an amino acid sequence as set out in SEQ ID NO: 9 , and the gene encoding the base sequence as set forth in SEQ ID NO: 10 Have However, it is natural for those skilled in the art that all base sequences capable of producing the amino acid sequence when included in addition to the base sequences are included in the scope of the present invention. Such nucleotide sequences may be prepared by substitution, deletion or insertion of the nucleotide sequences set forth in SEQ ID NO: 10 .

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서 엔테로키나제 경사슬의 아미노말단 이소루이신을 발린으로 치환한 재조합 엔테로키나제 단백질은서열번호 17로 기재되는 아미노산 서열을 가지며, 이를 코딩하는 유전자는서열번호 18로 기재되는 염기서열을 가진다.In a preferred embodiment of the present invention, the recombinant enterokinase protein substituted with valine for the amino-terminal isoleucine of the enterokinase light chain has an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 17 , and the gene encoding the same is represented by SEQ ID NO: 18 . Has a nucleotide sequence

본 발명의 바람직한 실시예에서, 카르복실말단에 His-태그된 본 발명의 rEKL-Ca-His의 활성은 재조합 EKL과 비슷하게 시간에 따라 활성이 증가하였으나, 카르복실말단에 His-태그된 His-N-rEKL은 EKL활성이 없다(도 5참조). 이는 카르복실말단 보다는 재조합 EKL의 아미노말단 잔기의 성질이 엔테로키나제 활성에 중요한 역할을 한다는 것을 의미한다. 이는 재조합 EKL의 아미노말단 아미노산 이소루이신이 구조내에서 결정적인 염 브리지(salt bridge)에 관여하고 따라서 아미노말단 연장은 효소의 활성을 억제한다는 이런 기술과 일치한다(Fehlhammer et al.,J. Mol. Biol., 1977, 11:415-438; Collins-Racie et al.,Bio/technology, 1995, 13:982-987). 또한, 재조합 EKL의 3차원적 구조는 아미노말단 이소루신 잔기가 염 브리지를 위한 단백질의 내부에 위치해 있고, 반면 카르복실말단 부위는 외부로 나와 있다(Lu et al.,J. Mol., Biol., 1999, 292:361-373).In a preferred embodiment of the invention, the activity of the rEK L- Ca-His of the present invention His-tagged at the carboxyl terminus increased with time similar to recombinant EK L , but His-tagged at the carboxyl terminus -N-rEK L lacks EK L activity (see FIG. 5 ). This means that the nature of the amino terminal residues of the recombinant EK L rather than the carboxyl terminal plays an important role in enterokinase activity. This is consistent with this technique in which the amino-terminal amino acid isoleucine of recombinant EK L is involved in salt bridges that are crucial in structure and thus amino-terminal extension inhibits enzyme activity (Fehlhammer et al., J. Mol. Biol ., 1977, 11: 415-438; Collins-Racie et al., Bio / technology , 1995, 13: 982-987). In addition, the three-dimensional structure of the recombinant EK L shows that the amino-terminal isoleucine residues are located inside the protein for the salt bridge, while the carboxyl-terminal sites are external (Lu et al., J. Mol., Biol). , 1999, 292: 361-373).

또한, 본 발명은 상기 재조합 엔테로키나제 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 발현벡터 및 상기 발현벡터로 형질전환시킨 형질전환체를 제공한다.The present invention also provides an expression vector comprising the gene encoding the recombinant enterokinase protein and a transformant transformed with the expression vector.

본 발명은 재조합 엔테로키나제 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하고, 상기 재조합 엔테로키나제 단백질을 대량 생산할 수 있는 발현벡터를 제공한다.The present invention includes a gene encoding a recombinant enterokinase protein, and provides an expression vector capable of mass production of the recombinant enterokinase protein.

본 발명자들은 이전에 분비 촉진제로 인간 IL-1β의 아미노말단 서열을 사용하여 재조합 사카로마이세스 세레비지(Saccharomyces cerevisiae)에서 새로운 분리 시스템을 제조한 바 있다. 기존의 분비 리더(reader)와 촉진 펩타이드의 조합은 여러 단백질의 분비를 증가시켰다(Lee et al.,Biotechnol. Prog., 1999, 15:884-890).We have previously produced a new separation system in recombinant Saccharomyces cerevisiae using the amino terminal sequence of human IL-1β as a secretagogue. The combination of existing secretion readers and facilitating peptides increased the secretion of several proteins (Lee et al., Biotechnol. Prog. , 1999, 15: 884-890).

본 발명의 바람직한 실시예에서, 발현벡터는 킬러톡신 리더서열, 인터루킨 1β의 아미노말단 24 잔기의 유전자, KEX2 단백질 분해효소 절단 위치에 해당하는 유전자 및서열번호 10으로 기재되는 유전자를 포함하는 발현벡터(pIL20XEKL-Ca-His)를 제공한다. 또한, 상기 발현벡터(pIL20XEKL-Ca-His)를 효모에 형질전환시킨 형질전환체를 제조하고, 이를 2002년 5월 21일 부로 국제기탁기관인 한국미생물보존센터에 기탁하였다(수탁번호: KCCM 10381).In a preferred embodiment of the present invention, the expression vector is a killer toxin leader sequence, the gene of the amino terminal 24 residues of interleukin 1β, the gene corresponding to the KEX2 protease cleavage site and the expression vector comprising the gene described in SEQ ID NO: 10 ( pIL20XEK L -Ca-His). In addition, a transformant transformed with the expression vector (pIL20XEK L- Ca-His) into yeast was prepared and deposited on May 21, 2002, at the Korea Microorganism Conservation Center (Accession No .: KCCM 10381). ).

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서 발현벡터는 킬러톡신 리더서열, 인터루킨 1β의 아미노말단 24 잔기의 유전자, KEX2 단백질 분해효소 절단 위치에 해당하는 유전자 및서열번호 18로 기재되는 유전자를 포함하는 발현벡터(pIL20-I1V-EKL)를 제공한다. 또한, 상기 발현벡터(pIL20-I1V-EKL)를 효모에 형질전환시킨 형질전환체를 제조하고, 이를 2002년 5월 21일 부로 국제기탁기관인 한국미생물보존센터에 기탁하였다(수탁번호: KCCM 10382).In addition, in a preferred embodiment of the present invention, the expression vector comprises a killer toxin leader sequence, a gene of the amino terminal 24 residue of interleukin 1β, a gene corresponding to the KEX2 protease cleavage site, and an expression vector comprising the gene of SEQ ID NO: 18 . (pIL20-I1V-EK L ). In addition, a transformant transformed with the expression vector (pIL20-I1V-EK L ) into yeast was prepared, and deposited on May 21, 2002, at the Korea Microorganism Conservation Center (accession number: KCCM 10382). ).

또한, 본 발명은 재조합 단백질을 생산하는 방법에 있어서, 친화 태그를 이용하여 재조합 엔테로키나제 단백질을 분리하는 방법을 제공한다. 본 발명에서는 본 발명의 재조합 엔테로키나제를 발현하는 형질전환체를 배양하고, 상기 배양액으로부터 친화 태그를 이용하여 재조합 엔테로키나제를 분리한다. 친화태그는 재조합 엔테로키나제에 결합되어 있는 결합태그를 사용하여 분리하고, 친화태그로는 히스티딘 태그, 헤마글루티닌 (HA) 태그, 폴리 아르기닌(poly Arginine) 태그, 폴리 라이신(poly Lysine) 태그, 플래그 (flag) 태그 및 myc 태그 등을 사용할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 대량 배양된 효모 배양액으로부터 EBA(Expanded bed adsorption) 방법을 이용하여 재조합 엔테로키나제를 대량으로 분리하여 재조합 엔테로키나제를 생산하였다.The present invention also provides a method for producing a recombinant protein, wherein the recombinant enterokinase protein is separated using an affinity tag. In the present invention, a transformant expressing the recombinant enterokinase of the present invention is cultured, and the recombinant enterokinase is separated from the culture solution using an affinity tag. Affinity tags are separated using binding tags bound to recombinant enterokinase, and affinity tags include histidine tags, hemagglutinin (HA) tags, poly arginine tags, poly lysine tags, You can use flag tags, myc tags, and so on. In a preferred embodiment of the present invention, recombinant enterokinase was separated from the mass cultured yeast broth using an expanded bed adsorption (EBA) method to produce a recombinant enterokinase.

또한, 본 발명은 상기 재조합 엔테로키나제 단백질을 이용하여 융합단백질을 절단하고 반응액 내에서 재조합 엔테로키나제 단백질을 회수하여 목적단백질의 분해를 방지함으로써 목적단백질의 수득률을 높일 수 있는 목적단백질의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing a target protein that can increase the yield of the target protein by cutting the fusion protein using the recombinant enterokinase protein and recovering the recombinant enterokinase protein in the reaction solution to prevent degradation of the target protein to provide.

본 발명의 재조합 엔테로키나제를 융합단백질의 절단에 이용하여 목적 단백질의 수득률을 높이는 방법은By using the recombinant enterokinase of the present invention in the cleavage of the fusion protein to increase the yield of the target protein

1) 융합단백질에 본 발명의 재조합 엔테로키나제를 첨가하여 절단하는 단계;1) cleaving by adding the recombinant enterokinase of the present invention to the fusion protein;

2) 절단 반응이 끝난 후, 상기 절단 반응액으로부터 재조합 엔테로키나제를 제거하는 단계로 구성된다.2) after the cleavage reaction is completed, removing the recombinant enterokinase from the cleavage reaction solution.

상기 단계 2에 있어서, 재조합 엔테로키나제의 제거는 재조합 엔테로키나제의 친화태그와 결합하는 리간드가 고정된 크로마토그래피를 이용하여 용이하게 분리될 수 있다.In step 2, the removal of the recombinant enterokinase can be easily separated using a chromatography immobilized ligand binding to the affinity tag of the recombinant enterokinase.

친화태그는 특정 리간드와 친화성을 가지는 성질을 가지고 있다. 친화성이 있는 리간드가 붙어있는 레진을 이용한 액체 크로마토그래피를 이용하여 재조합 엔테로키나제를 간단하게 분리해 낼 수 있다. 또한 재조합 융합단백질의 절단에 상기 재조합 엔테로키나제를 사용할 경우 절단 후 융합 파트너와 목적 단백질, 그리고 엔테로키나제의 혼합액을 친화성 리간드가 있는 액체 크로마토그래피를 통과시키면 엔테로키나제는 리간드에 흡착하므로 통과액에는 융합파트너와 목적단백질만 남게 된다. 특히 엔테로키나제가 가진 태그와 같은 친화성 태그를 갖는 융합파트너의 경우에는 한번 크로마토그래피를 통과시킴으로 목적단백질만을 얻을 수도 있다. 또한 대장균을 이용한 엔테로키나제의 제조에 있어서 활성이 없는 응집체 형태로 발현되는 엔테로키나제를 친화성 태그를 이용하여 크로마토그래피 컬럼에 고정시키고 재접힘함으로써 활성단백질을 고농도로 얻어낼 수 있다.Affinity tags have the property of having affinity with specific ligands. Recombinant enterokinase can be isolated easily by liquid chromatography using a resin with an affinity ligand. In addition, when the recombinant enterokinase is used for cleavage of the recombinant fusion protein, after the cleavage of the mixed solution of the fusion partner, the target protein, and the enterokinase after the cleavage, the enterokinase is adsorbed to the ligand, so the fusion fluid is fused to the flow. Only the partner and the target protein remain. In particular, in the case of a fusion partner having an affinity tag such as that of enterokinase, only the target protein can be obtained by passing through chromatography once. In addition, in the production of enterokinase using Escherichia coli, enterokinase expressed in the form of inactive aggregates can be obtained by high concentration of the active protein by immobilization and refolding on a chromatography column using an affinity tag.

본 발명자들은 융합단백질의 절단 반응에 재조합 EKL을 제거하지 않고 계속해서 방치하면 목표단백질보다 작아진 단백질이 생성되고 목표 단백질의 수득률이 떨어지는 것을 관찰하고, 상기의 원인이 엔테로키나제를 준비할 때 오염된 단백질 분해효소에 의한 것인지 또는 엔테로키나제의 폭넓은 기질 특이성에 의한 것인지 확인한 결과, 융합단백질의 추가로 진행되는 절단은 오염된 단백질 분해효소에 의한 것이 아니라 엔테로키나제 자체에 의한 것임을 확인하였다. 또한, 재조합 EKL과 천연 엔테로키나제(이하 "bEK"라 약칭한다)는 기질 특이성이 다르다는 것도 알 수 있었다. 전효소(holoenzyme)의 촉매 소단위를 나타내는 rEKL은 크기가 작기 때문에 접근이 어려운 위치에 접근하기에 더욱 좋은 가능성이 있다. 종래 기술에서 엔테로키나제를 융합단백질의 절단을 위해 사용할 때 목표 단백질의 추가적인 분해가 관찰되었고 이것은 엔테로키나제를 분리하는 과정에 오염된 단백질 분해효소에 의한 것이라고 여겨져 왔다(Dykes et al.,Eur.J. Biochem., 1988, 174:411-416). 그러나, 본 발명에서는 상기의 추가로 분해되는 것이 오염된 단백질 분해효소에 의한 것이 아니라 엔테로키나제 자체의 폭넓은 기질 특이성에 기인한 것이라는 것을 증명하였다. 상기 결과로부터, 목표단백질의 추가적인 분해를 막기 위해서는 절단 반응이 끝난 후 엔테로키나제를 제거하는 것이 필수적임을 알 수 있었다.The present inventors observe that if left unremoved in the cleavage reaction of the fusion protein without removing the recombinant EK L , a smaller protein than the target protein is produced and the yield of the target protein is decreased, and the cause is contaminated when preparing enterokinase. As a result of confirming whether it is due to the proteolytic enzyme or the broad substrate specificity of enterokinase, it was confirmed that the further cleavage of the fusion protein is not by the contaminated protease but by the enterokinase itself. It was also found that recombinant EK L and natural enterokinase (hereinafter abbreviated as "bEK") differ in substrate specificity. Because of its small size, rEK L, which represents the catalytic subunit of the homoenzyme, is more likely to access difficult locations. In the prior art, further degradation of the target protein was observed when enterokinase was used for cleavage of the fusion protein, which has been considered to be due to contaminated protease in the separation of enterokinase (Dykes et al., Eur.J. Biochem ., 1988, 174: 411-416). However, the present invention demonstrates that this further degradation is not due to contaminated proteases but due to the broad substrate specificity of enterokinase itself. From the above results, it was found that it is essential to remove enterokinase after the cleavage reaction to prevent further degradation of the target protein.

본 발명의 재조합 엔테로키나제 단백질은 형질전환체로부터 배양하여 이를 니켈 친화 크로마토그래피, 배치 흡착(batch adsoption)등의 방법으로 단일 단계로 정제할 수 있고 정제된 재조합 엔테로키나제는 완전한 활성을 나타낸다.The recombinant enterokinase protein of the present invention can be cultured from a transformant and purified in a single step by nickel affinity chromatography, batch adsoption, etc. The purified recombinant enterokinase exhibits complete activity.

이런 단일 단계 정제 절차는 또한 목적 단백질의 원하지 않는 절단을 방지하기 위하여 융합단백질을 절단한 후 엔테로키나제의 제거에도 사용되어진다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 rEKL-Ca-His은 니켈-NTA 스핀 컬럼으로 간단한 원심분리를 통하여 쉽게 효과적으로 제거되었으나 친화태그가 없는 재조합 EKL은 쉽게 제거되지 않았다(도 9참조). rEKL-Ca-His는 또한 배치 흡착(batch adsorption)에 의해서 쉽게 제거될 수 있다. His-태그 EKL을 제거하기 위해서는 니켈 친화 크로마토그래피가 벤자미딘 또는 콩 트립신 저해 크로마토그래피보다 장점이 많다. 레진은 안정적이고, 경제적이며 또한 매우 특이적이다(Porath et al.,Nature, 1975, 258:598-599). 게다가 히스티딘 태그는 고염, 계면활성제 및 변성제와 같은 넓은 범위의 조건하에서 금속-킬레이팅 매트릭스에 단단히 결합한다. 따라서 절단 반응은 원하는 단백질에 맞는 조건의 넓은 범위에서 사용이 가능하다. 또한, 효소는 투석 또는 젤 투과 등과 같은 하위 공정이 필요없이 반응액으로부터 직접 제거할 수 있다. 히스티딘 태그는 가장 잘 알려진 친화 태그로 원핵 또는 진핵세포에서 융합단백질에 많이 쓰인다(Porath et al.,Protein Expr. Purif., 1992, 3:263-281). His-태그 EKL은 His-태그 융합단백질로부터 목적단백질을 얻을 수 있고, 니켈 친화 컬럼에서 단일 단계로 EKL을 제거할 수 있기 때문에 His-태그 융합 단백질의 절단을 위해 보다 유익하다.This single step purification procedure is also used to remove enterokinase after cleaving the fusion protein to prevent unwanted cleavage of the protein of interest. In a preferred embodiment of the present invention rEK L -Ca-His was easily removed by simple centrifugation with a nickel-NTA spin column, but recombinant EK L without an affinity tag was not easily removed (see Figure 9 ). rEK L -Ca-His can also be easily removed by batch adsorption. Nickel affinity chromatography has many advantages over benzamidine or soybean trypsin inhibition chromatography to remove His-tagged EK L. Resins are stable, economical and very specific (Porath et al., Nature , 1975, 258: 598-599). In addition, histidine tags bind tightly to the metal-chelating matrix under a wide range of conditions such as high salts, surfactants and denaturants. Thus, cleavage reactions can be used in a wide range of conditions to suit the desired protein. In addition, enzymes can be removed directly from the reaction solution without the need for subprocesses such as dialysis or gel permeation. Histidine tags are the most well known affinity tags and are widely used for fusion proteins in prokaryotic or eukaryotic cells (Porath et al., Protein Expr. Purif ., 1992, 3: 263-281). His-tag EK L is more beneficial for cleavage of His-tag fusion protein because it can obtain the desired protein from His-tag fusion protein and can remove EK L in a single step in a nickel affinity column.

따라서, 본 발명의 카르복실말단 His-태그 EKL은 배양액으로부터 단백질을 생산하고 정제하는 하류 공정(downstream process) 및 반응하는 동안의 효소의 회수 및 재활용에 사용되어 산물의 수득률을 극대화시키는데 유용하게 사용될 수 있다. 또한, rEKL-Ca-His가 니켈 친화 컬럼에 고정되는 것은 공유결합이 아니고 가역적인 작용이다. 게다가 본 발명의 rEKL-Ca-His는 친화 태그의 특이 방향이 컬럼 매트리스를 향하여 효소 활성 부위의 입체제한(steric hindrance)을 최소화함으로써 효소가 완전한 활성을 나타내는 것을 가능하게 한다. 따라서, 본 발명의 카르복실말단 친화 태그 엔테로키나제는 융합단백질 기술에서 매우 유용하게 사용될 수 있으며 여러 재조합 단백질의 생산 비용을 절감할 수 있다.Accordingly, the carboxyl terminal His-tag EK L of the present invention can be used in downstream processes for producing and purifying proteins from cultures and for recovery and recycling of enzymes during the reaction to be useful for maximizing product yield. Can be. In addition, the immobilization of rEK L- Ca-His to the nickel affinity column is not a covalent bond but a reversible action. In addition, the rEK L- Ca-His of the present invention enables the enzyme to exhibit full activity by minimizing the steric hindrance of the enzyme active site towards the column mattress with the specific orientation of the affinity tag. Therefore, the carboxyl terminal affinity tag enterokinase of the present invention can be very useful in fusion protein technology and can reduce the production cost of various recombinant proteins.

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.

<참고예 1> 재조합 EKReference Example 1 Recombinant EK LL 의 발현 및 특성 조사Expression and Characterization of

<1-1> EK<1-1> EK LL 을 포함하는 발현벡터의 제조Preparation of expression vector comprising

본 발명자들은 EKL을 포함하는 발현벡터를 제조하기 위하여, EKLcDNA를 PCR을 수행하여 클로닝하였다The inventors have cloned by performing, PCR the EK L cDNA in order to prepare an expression vector containing the EK L

구체적으로, 올리고텍스 RNA 키트(Qiagen Oligotex RNA kit, Qiagen)를 사용하여 제조사의 지침에 따라 수행하여 소 십이지장(duodenal) 조직으로부터 모든 RNA를 분리하였다. 모든 RNA로부터 소 EKL의 아미노말단과 카르복실말단에 해당하는서열번호 3서열번호 4로 기재되는 프라이머를 사용하여 RT-PCR을 수행하여 소 EKL을 코딩하는 cDNA를 얻었다. PCR 산물을 제한효소 KpnI 및 HindⅢ를 사용하여 절단하고 프로퓨즈(ProFuse) 벡터 pGE-lysN(프로테온, 한국)에 클로닝하였고, 소 EKL의 염기서열은 생거의 디데옥시 방법(Sanger et al., Proc. Natl. Acad, Sci. USA, 1977, 74:5463-67)으로 분석하였다.Specifically, all RNA was isolated from bovine duodenal tissue using an oligotex RNA kit (Qiagen) using the manufacturer's instructions. And from all RNA using the primers described in SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4 corresponding to the amino terminus and carboxyl terminus of bovine EK L perform RT-PCR to obtain cDNA encoding a bovine EK L. PCR products were cleaved using restriction enzymes KpnI and HindIII and cloned into the ProFuse vector pGE-lysN (Proteon, Korea), and the base sequence of bovine EK L was determined by Sanger et al., Proc. Natl. Acad, Sci. USA, 1977, 74: 5463-67).

상기에서 EKL의 염기서열을 분석해 본 결과 엔테로키나제는 두가지 종류의 cDNA가 있음이 확인되었는데, 이중 하나는서열번호 11로 기재되는 235 아미노산 잔기를 코딩하고 있었으며 다른 하나는 전체 235 부분 중 107-138 부분의 32 아미노산이 결손된 203 아미노산 잔기를 코딩하고 있었다. EKL의 cDNA 염기서열은 이전의 문헌(LaVallie et al.,J. Biol. Chem., 1993, 268:23311-17)에서 보고된 클론과 매우 유사하였으나, 615 위치가 A에서 G로 바뀌고 669 위치에서 G가 C로 바뀐 두 부분이 차이가 있었다.As a result of analyzing the base sequence of EK L , it was confirmed that enterokinase had two types of cDNA, one of which encodes the 235 amino acid residue represented by SEQ ID NO: 11 and the other of 107-138 32 amino acids of the portion were coding for the missing 203 amino acid residue. The cDNA sequence of EK L was very similar to the clone reported in the previous literature (LaVallie et al., J. Biol. Chem ., 1993, 268: 23311-17), but the 615 position changed from A to G and the 669 position. There was a difference between the two parts where G changed to C.

상기와 같이 PCR 방법으로 두가지 형태의 엔테로키나제 유전자 EKL및 EKL의 아미노산 107-138 부분에 해당하는 32개의 잔기가 결실된 ΔEKL을 얻었다. 상기 엔테로키나제 유전자를서열번호 5서열번호 6으로 기재되는 프라이머를 사용하여 두 번째 PCR을 수행하고 상기 PCR 산물을 제한효소 XbaI 및 BamHI으로 절단하여 효모 발현벡터인 SecHancer 벡터 pIL20GH(프로테온, 한국)에 삽입하여 pIL20EKL플라스미드 및 pIL20ΔEKL플라스미드를 얻었다. 상기 플라스미드에서 엔테로키나제 유전자는 킬러 톡신 리더 서열 다음에 분비 촉진자로 인간 인터루킨-1β의 카르복실말단 24 잔기가 연결되어 있다(Lee et al.,Biotechnol. Prog., 1999, 15:884-890). KEX2 단백질 분해효소 절단 위치는 상기 분비 촉진자와 EKL사이에 위치한다(도 1). 유전자 발현은 S. 세레비지에(S. cerevisiae) α-메이팅 인자 프로모터의 상위에 있는 Gal-10 활성 서열에 의해 조절되고 2% 갈락토스(galactose)에 의해 유도된다.To give the 32-residues deletion ΔEK L corresponding to amino acids 107-138 parts of two forms of the enterokinase gene by PCR EK L and L EK as described above. The enterokinase gene was subjected to a second PCR using the primers described in SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6 , and the PCR product was cleaved with restriction enzymes XbaI and BamHI to express the SecHancer vector pIL20GH (proteon, Korea). Was inserted into a pIL20EK L plasmid and a pIL20ΔEK L plasmid. In the plasmid, the enterokinase gene is linked to the carboxy terminal 24 residue of human interleukin-1β as a secretion promoter following the killer toxin leader sequence (Lee et al., Biotechnol. Prog. , 1999, 15: 884-890). The KEX2 protease cleavage site is located between the secretion promoter and EK L ( FIG. 1 ). Gene expression is regulated by the Gal-10 active sequence on top of the S. cerevisiae α-Mating Factor promoter and induced by 2% galactose.

<1-2> EK<1-2> EK LL 을 포함하는 발현벡터로 형질전환시킨 형질전환체의 제조Preparation of a transformant transformed with an expression vector comprising a

본 발명자들은 상기 참고예 <1-1>에서 제조한 EKL을 포함하는 발현벡터로 형질전환시킨 형질전환체를 제조하였다. 구체적으로, 상기 참고예 <1-1>에서 제조한 발현벡터 pIL20EKL플라스미드 및 pIL20ΔEKL플라스미드를 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces. cerevisiae)2805(pep4::HIS3, pro1-δ, can1, Gal2, his3δ, ura3-52)에 형질전환시켰다. 상기 효모 형질전환체를 이전의 기술(Lee et al.,Biotechnol. Prog., 1999, 15:884-890)과 동일한 방법으로 SD Ura 배지(0.8 g/L 완전 보충 배지(BIO101), 아미노산이 없는 6.7 g/L 효모 질산염(DIFCO), 2% 글루코스) 10 ㎖에서 30℃, 250 rpm으로 밤새도록 배양하였다. 배양액을 원심분리하여 YPGal 배지(1% 효모추출물, 2% 박토-펩톤, 2% 갈락토스)에서 세포 침전물을 현탁하여 발현을 유도하였다. 발현 유도는 30℃에서 250 rpm으로 20시간 동안 계속하였다.The present inventors prepared a transformant transformed with an expression vector comprising EK L prepared in Reference Example <1-1>. Specifically, the expression vector pIL20EK L plasmid and pIL20ΔEK L plasmid prepared in Reference Example <1-1> were transferred to Saccharomyces cerevisiae 2805 (pep4 :: HIS3, pro1-δ, can1, Gal2). , his3δ, ura3-52) were transformed. The yeast transformants were prepared in the same manner as in the previous technique (Lee et al., Biotechnol. Prog ., 1999, 15: 884-890) in SD Ura medium (0.8 g / L complete supplement medium (BIO101), without amino acids. 6.7 g / L yeast nitrate (DIFCO), 2% glucose) was incubated overnight at 30 ° C., 250 rpm. The culture was centrifuged to induce expression by suspending the cell precipitate in YPGal medium (1% yeast extract, 2% bacto-peptone, 2% galactose). Expression induction continued at 30 ° C. at 250 rpm for 20 hours.

<1-3> EK<1-3> EK LL 의 발현 및 정제Expression and Purification

본 발명자들은 상기 참고예 <1-2>에서 제조한 형질전환체를 배양하여 재조합 EKL을 발현시켰으며, 상기 재조합 EKL단백질을 벤자미딘 세파로스 컬럼으로 한번에 정제하였다. 구체적으로, 분비된 엔테로키나제를 포함하는 효모 배양액을 버퍼 A(50 mM 트리스-HCl, pH8.4)에서 투석하였고, 버퍼 A로 미리 충진시킨 벤자미딘 세파로스 컬럼(benzamidine Sepharose column, Phamacia, 1.6 ㎝ X 5 ㎝)에 적용(load)하였다. 이때, 유속은 20 ㎖/h로 조정하였다. 컬럼을 버퍼 A 100 ㎖로 세척한 후, 다시 100 mM 트리스-HCl(pH 8.4) 50 ㎖로 세척하였다. 재조합 EKL를 1 M NaCl이 포함된 pH 5.6의 0.5 M 트리스/아세테이트 버퍼에서 50 부피% 에틸렌 글리콜로 용출하였다. 엔테로키나제 활성을 갖는 분획을 선별하여 검 아라빅(Gum Arabic, Sigma)으로 투석 튜브에서 농축시켰으며, 마지막 분획을 pH 8.0인 50 mM 트리스-HCl 4리터로 밤새 투석하였다.The present inventors cultured the transformant prepared in Reference Example <1-2> to express recombinant EK L , and purified the recombinant EK L protein at once with a benzamidine sepharose column. Specifically, the yeast culture containing the secreted enterokinase was dialyzed in buffer A (50 mM Tris-HCl, pH8.4) and pre-filled with buffer A (benzamidine Sepharose column, Phamacia, 1.6). Cm x 5 cm). At this time, the flow rate was adjusted to 20 ml / h. The column was washed with 100 mL buffer A and then again with 50 mL 100 mM Tris-HCl, pH 8.4. Recombinant EK L was eluted with 50 vol% ethylene glycol in 0.5 M Tris / Acetate buffer at pH 5.6 with 1 M NaCl. Fractions with enterokinase activity were selected and concentrated in dialysis tubes with gum Arabic, Sigma, and the last fraction was dialyzed overnight with 50 mM Tris-HCl 4 liters at pH 8.0.

그 결과, 배양액 1리터로부터 약 1 ㎎의 EKL을 얻을 수 있었다. 정제된 단백질의 서열을 분석한 결과 분비되는 동안 KEX2 단백질 분해효소에 의해 카르복실말단이 정확히 절단된 것을 확인하였다. 예상되는 EKL의 분자량은 26.3 kDa이었으나 SDS-PAGE에서 측정한 EKL의 분자량은 44 kDa이었고, 이는 글리코실레이션(glycosylation) 되었기 때문이다. 재조합 EKL을 만노스 글리칸을절단하는 엔도글리코시다제 H(endoglycosidase H)로 처리하면 44 kDa보다 낮은 위치의 EKL을 얻을 수 있었다(도 2).As a result, about 1 mg of EK L was obtained from 1 liter of culture medium. As a result of analyzing the sequence of the purified protein, it was confirmed that the carboxyl terminal was correctly cleaved by KEX2 protease during secretion. The expected molecular weight of EK L was 26.3 kDa, but the molecular weight of EK L measured on SDS-PAGE was 44 kDa because it was glycosylated. Treatment of the recombinant EK L with endoglycosidase H cutting mannose glycans yielded EK L at a position lower than 44 kDa ( FIG. 2 ).

<1-4> EK<1-4> EK LL 을 이용한 융합단백질의 절단Fusion protein cleavage using

본 발명자들은 융합단백질(T2GH)(Shin et al, 1998,J. Biotechnol.62: 143-151)을 재조합 EKL로 절단하여 벤자미딘 세파로스 컬럼에서 정제하였다.We digested the fusion protein (T2GH) (Shin et al, 1998, J. Biotechnol. 62: 143-151) with recombinant EK L and purified on a benzamidine sepharose column.

그 결과, 22 kDa을 갖는 hGH(human growth hormone) 산물을 SDS-PAGE에서 확인할 수 있었다. 절단 산물의 아미노말단을 서열분석하면 융합단백질의서열번호 2로 기재되는 아미노산 서열 (Asp)4-Lys 인식 서열에서 정확히 절단된 것을 알 수 있었다. 그러나, 반응 혼합물을 계속해서 반응시키면 hGH 단백질의 감소와 함께 원래보다 분자량이 작아진 단백질이 관찰되었다(도 3a).As a result, a human growth hormone (hGH) product having 22 kDa could be identified on SDS-PAGE. Sequencing the amino terminus of the cleavage product showed that the amino acid sequence (Asp) 4 -Lys recognition sequence described in SEQ ID NO: 2 of the fusion protein was correctly cleaved. However, by continuing to react the reaction mixture, a protein of lower molecular weight than the original was observed with the decrease of the hGH protein ( FIG. 3A ).

<1-5> 재조합 EK<1-5> recombinant EK LL 의 기질 특이성 조사Substrate specificity

본 발명자들은 상기 참고예 <1-4>에서 융합단백질의 절단 후에 재조합 EKL을 제거하지 않고 계속해서 방치하면 목표단백질보다 작아진 단백질이 생성되고 목표 단백질의 수득률이 떨어지는 것을 관찰하였다. 본 발명자들은 상기의 원인이 엔테로키나제를 분리할 때 오염된 단백질 분해효소에 의한 것인지 또는 엔테로키나제의 폭넓은 기질 특이성에 의한 것인지 확인하기 위하여, 융합단백질을 여러 가지 형태의 효모 형질전환체 발효 상등액 또는 소 십이지장으로부터 유래한 천연 엔테로키나제(이하 "bEK"라 약칭한다)로 처리하였다.In the reference example <1-4>, the present inventors observed that if the recombinant EK L was continuously removed after cleavage of the fusion protein, a protein smaller than the target protein was produced and the yield of the target protein was decreased. In order to determine whether the cause is caused by contaminating proteolytic enzymes or by the broad substrate specificity of enterokinase when separating enterokinase, the fusion protein may be used in various forms of yeast transformant fermentation supernatant or Treatment with natural enterokinase derived from bovine duodenum (hereinafter abbreviated as "bEK").

먼저, 벤자미딘 세파로스 컬럼을 이용하여 정제한 재조합 EKL을 준비하는 과정에서 다른 단백질 분해효소가 오염되어 있을 가능성이 있으므로, 본 발명자들은 엔테로키나제를 배양한 발효 상등액을 사용하였다. 음성 대조구로 사용한 3개의 다른 발효 상등액, y(pIL20X), y(pIL20GH) 또는 y(pIL20ΔEKL)은 각각 아무런 단백질도 생산하지 못하거나, hGH 또는 아무런 활성이 없는 내부가 결손된 EKL을 생산하였다.First, since there is a possibility that other protease is contaminated in the process of preparing a recombinant EK L purified using a benjamidine sepharose column, the present inventors used a fermentation supernatant cultured enterokinase. Three different fermentation supernatants, y (pIL20X), y (pIL20GH) or y (pIL20ΔEK L ), used as negative controls, each produced no protein or internally deficient EK L without hGH or no activity. .

그 결과, bEK에 의한 융합단백질의 절단으로 인간 hGH에 해당하는 22 kD 분자량의 산물과 더 작은 사이즈의 절편 A가 생겼다(도 3b, 레인 3 및 레인 4). 재조합 EKL이 포함된 발효 상등액으로 상기와 동일하게 처리하면 절편 A 및 절편 B를 생산하였다(도 3b, 레인 8). 상기 3가지 음성 대조구에서는 절단된 산물을 관찰할 수 없었다(도 3b, 레인 5-7). 상기 결과는 융합단백질의 추가로 진행되는 절단은 오염된 단백질 분해효소에 의한 것이 아니라 엔테로키나제 자체에 의한 것임을 알 수 있었다. 또한, 절편 B는 bEK로 처리한 것에는 검출되지 않고 재조합 EKL로 절단한 것에서만 검출되었다. 상기 결과로부터, 재조합 EKL과 bEK는 기질 특이성이 다르다는 것을 알 수 있었다.As a result, cleavage of the fusion protein by bEK resulted in a product of 22 kD molecular weight corresponding to human hGH and fragment A of smaller size ( FIG. 3B , lane 3 and lane 4). The same treatment as above with the fermented supernatant containing recombinant EK L produced fragment A and fragment B ( FIG. 3b , lane 8). No cleaved product was observed in the three negative controls ( FIG. 3B , lanes 5-7). The results indicate that the further cleavage of the fusion protein is not by contaminated protease but by enterokinase itself. In addition, fragment B was not detected by treatment with bEK but only by cleavage with recombinant EK L. From the above results, it was found that recombinant EK L and bEK had different substrate specificities.

전효소(holoenzyme)의 촉매 소단위를 나타내는 rEKL가 크기가 작기 때문에 접근이 어려운 위치에 접근하기에 더욱 좋을 가능성이 있는데, 본 발명의 결과는 트립시노겐을 활성화하는데 있어서 rEKL보다 bEK의 활성이 100배 정도 높고 반면 rEKL은 bEK보다 융합단백질을 절단하는 활성이 높다는 이전의 기술(LaVallie et al.,J. Biol. Chem., 1993, 268:23311-17)과 일치한다. 이전 기술에서 엔테로키나제를 융합단백질의 절단을 위해 사용할 때 목표 단백질의 추가적인 분해가 관찰되었고 이것은 엔테로키나제를 분리하는 과정에 오염된 단백질 분해효소에 의한 것이라고 여겨져 왔다(Dykes et al.,Eur.J. Biochem., 1988, 174:411-416). 그러나, 본 발명에서는 상기의 추가로 분해되는 것이 오염된 단백질 분해효소에 의한 것이 아니라 엔테로키나제 자체의 폭넓은 기질 특이성에 기인한 것이라는 것을 증명하였다.Because of the small size of rEK L , which represents the catalytic subunit of the homoenzyme, it is more likely to access difficult locations. The results of the present invention indicate that the activity of bEK is higher than that of rEK L in activating trypsinogen. Consistent with the previous technique (LaVallie et al., J. Biol. Chem ., 1993, 268: 23311-17), which is about 100 times higher and rEK L has a higher activity of cleaving fusion proteins than bEK. In the previous technique, further degradation of the target protein was observed when enterokinase was used for cleavage of the fusion protein, which has been considered to be due to contaminated protease in the separation of enterokinase (Dykes et al., Eur.J. Biochem ., 1988, 174: 411-416). However, the present invention demonstrates that this further degradation is not due to contaminated proteases but due to the broad substrate specificity of enterokinase itself.

상기 결과로부터, 목표단백질의 추가적인 분해를 막기 위해서는 절단 반응이 끝난 후 엔테로키나제를 반드시 제거해야 한다는 것을 알 수 있었다.From the above results, it was found that enterokinase must be removed after the cleavage reaction to prevent further degradation of the target protein.

<실시예 1> His-태그 EKExample 1 His-Tag EK LL 을 포함하는 발현벡터의 제조Preparation of expression vector comprising

본 발명자들은 융합 단백질의 절단 후 재조합 EKL의 정제와 제거를 쉽게 하기 위하여, 재조합 EKL의 아미노말단 또는 카르복실말단에 히스티딘 태그를 삽입하여 아미노말단 His-태그 EKL(이하 "His-N-rEKL"라 칭한다) 또는 카르복실말단 His-태그 EKL(이하 "rEKL-Ca-His"라 칭한다)을 제조하였다.In order to facilitate the purification and removal of recombinant EK L after cleavage of the fusion protein, the present inventors inserted a histidine tag into the amino or carboxyl terminus of the recombinant EK L , and thus the amino-terminal His-tag EK L (hereinafter referred to as "His-N- rEK L "is called or carboxyl terminal His-tag EK L (hereinafter" rEK L -Ca-His ") was prepared.

구체적으로, 상기 참고예 <1-1>에서 제조한 pIL20EKL벡터를서열번호 6서열번호 7로 기재되는 프라이머를 이용하여 PCR을 수행한 후, 아미노말단 His-태그 EKL유전자를 pIL20GH 벡터의 XbaI/BamHI 위치에 클로닝하여 pIL20X-N-His-EKL플라스미드를 제조하였다. 또한,서열번호 5서열번호 8로 기재되는 프라이머를 이용하여 PCR을 수행한 후, 카르복실말단 His-태그 EKL유전자를 pIL20GH 벡터에 클로닝하여 pIL20XEKL-Ca-His플라스미드를 제조하였다. N-His-EKL및 EKL-Ca-His는 각각 His6-D4K-EKL및 EKL-His5과 같이 발현된다. 히스티딘 태그의 수는 용도에 맞게 변경될 수 있고 상기 실험에 국한된 것은 아니다.Specifically, PCR was performed on the pIL20EK L vector prepared in Reference Example <1-1> using the primers described in SEQ ID NO: 6 and SEQ ID NO: 7 , and then the amino-terminal His-tagged EK L gene was converted into the pIL20GH vector. The pIL20X-N-His-EK L plasmid was prepared by cloning at the XbaI / BamHI position. In addition, PCR was performed using primers described in SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 8 , and then the carboxyl His-tag EK L gene was cloned into the pIL20GH vector to prepare pIL20XEK L -Ca-His plasmid. N-His-EK L and EK L -Ca-His are expressed as His 6 -D 4 K-EK L and EK L -His 5 , respectively. The number of histidine tags may vary depending on the application and is not limited to the experiment.

<실시예 2> 상기 발현벡터로 형질전환시킨 형질전환체의 제조<Example 2> Preparation of transformants transformed with the expression vector

본 발명자들은 상기 실시예 1에서 제조한 발현벡터를 이용하여 상기 참고예 <1-2>와 동일한 방법으로 형질전환체를 제조하였다. 구체적으로, 상기 실시예 1에서 제조한 발현벡터 N-His-EKL및 rEKL-Ca-His 플라스미드를 S. 세레비지에 2805(pep4::HIS3, pro1-δ, can1, Gal2, his3δ, ura3-52)에 형질전환시켰다. 효모세포를 이전의 기술(Lee et al.,Biotechnol. Prog., 1999, 15:884-890)과 동일한 방법으로 SD Ura 배지(0.8 g/L 완전 보충 배지(BIO101), 아미노산이 없는 6.7 g/L 효모 질산염(DIFCO) 및 2% 글루코스) 10 ㎖에서 30℃에서 250 rpm으로 밤새도록 배양하였다. 배양액을 원심분리하여 YPGal 배지(1% 효모추출물, 2% 박토-펩톤 및 2% 갈락토스)에서 세포 침전물을 현탁하여 발현을 유도하였다. 이때, 발현 유도는 30℃에서 250 rpm으로 20시간 동안 계속하였다.The present inventors prepared a transformant in the same manner as in Reference Example <1-2> using the expression vector prepared in Example 1. Specifically, the expression vectors N-His-EK L and rEK L- Ca-His plasmids prepared in Example 1 were prepared in S. cerevisiae 2805 (pep4 :: HIS3, pro1-δ, can1, Gal2, his3δ, ura3). -52). Yeast cells were prepared in the same manner as in the previous technique (Lee et al., Biotechnol. Prog ., 1999, 15: 884-890) in SD Ura medium (0.8 g / L complete supplement medium (BIO101), 6.7 g / without amino acids. Incubated overnight in 10 ml L yeast nitrate (DIFCO) and 2% glucose) at 30 ° C. at 250 rpm. The culture was centrifuged to induce expression by suspending the cell precipitate in YPGal medium (1% yeast extract, 2% bacto-peptone and 2% galactose). At this time, expression induction was continued for 20 hours at 30 ° C. and 250 rpm.

본 발명자들은 카르복실말단 His-태그 EKL유전자를 포함하는 형질전환체를 2002년 5월 21일 부로 국제기탁기관인 한국미생물보존센터에 기탁하였다(수탁번호 : KCCM 10381).The present inventors deposited a transformant containing the carboxyl terminal His-tag EK L gene with the Korea Microorganism Conservation Center, an international depository institution, on May 21, 2002 (Accession No .: KCCM 10381).

<실시예 3> rEKExample 3 rEK LL -Ca-His의 정제-Ca-His Purification

본 발명자들은 rEKL-Ca-His의 카르복실말단에 위치한 His-태그를 이용하여 니켈 킬레이팅 세파로스 크로마토그래피에서 단일 스텝으로 본 발명의 rEKL-Ca-His를 정제하였다. 구체적으로, 발현액을 20 mM 소듐 포스페이트(pH 7.5), 300 mM NaCl(buffer B로 약칭)에 투석을 하고, 이것을 니켈 킬레이팅 세파로스 컬럼(1.6 cm X 5 cm) 에 흘려 보낸 다음 버퍼 B로 세척을 하고 위의 버퍼 B에 50 mM 이미다졸이 첨가된 용액으로 다시 세척을 한 다음 단백질을 100 mM 이미다졸이 첨가된 버퍼 B로 용출하였다. 상기 용출된 용액을 단백질 활성을 조사하여 활성이 있는 것만 모아 센트리프렙 10(Centriprep 10; Amicon)으로 농축을 하여 단백질을 분리하였다.The present inventors have found that by using a His- tag located in the carboxyl terminal of rEK -Ca L-His was purified rEK -Ca L-His of the present invention in a single step from Nickel chelating Sepharose chromatography. Specifically, the expression solution was dialyzed in 20 mM sodium phosphate (pH 7.5), 300 mM NaCl (abbreviated as buffer B), which was flowed into a nickel chelating Sepharose column (1.6 cm X 5 cm), and then to buffer B. Washing was performed again with a solution of 50 mM imidazole added to the above buffer B, and the protein was eluted with buffer B added with 100 mM imidazole. The eluted solution was collected by only investigating protein activity and concentrated with Centriprep 10 (Amicon) to isolate proteins.

그 결과, 정제 수득률은 1리터의 발효 상등액당 1 ㎎ 이었다. 엔테로키나제 활성은 100 mM 이미다졸을 포함한 버퍼에서 추출한 분획에서 관찰되었다. 50 mM 이미다졸을 포함하는 버퍼로 우선 세척하면 엔테로키나제의 대부분은 추출되지 않고 약 47-50 kDa 크기의 숙주유래 단백질이 추출되었다(도 4, 레인 2). His-N-rEKL는 같은 조건하에서 EKL-Ca-His와 같이 효율적으로 정제되지는 않았으므로, 본 발명자들은 부분적으로 정제한 것을 절단 반응에 사용하였다. 상기 결과로 엔테로키나제 경사슬의 카르복실 말단이 히스티딘 친화 태그된 재조합 엔테로키나제는 산업적으로 매우 유용함을 알았다. 그러나 본 연구가 카르복실말단이 효소의 활성에 영향을 주지 않고 외부로 노출되어 있음을 밝힌 것이기 때문에 히스티딘 태그에 국한된 것이 아니고 지금까지 밝혀진 모든 친화 태그의 사용이 가능하다.As a result, the tablet yield was 1 mg per liter of fermentation supernatant. Enterokinase activity was observed in fractions extracted from buffer containing 100 mM imidazole. First washing with a buffer containing 50 mM imidazole did not extract most of the enterokinase but extracted a host-derived protein of about 47-50 kDa size ( FIG. 4 , lane 2). Since His-N-rEK L was not purified as efficiently as EK L- Ca-His under the same conditions, the present inventors used the partially purified product for cleavage reaction. As a result, it was found that recombinant enterokinase whose carboxyl terminus of the enterokinase light chain is histidine-affinity tagged is industrially useful. However, this study revealed that the carboxyl terminal is exposed to the outside without affecting the activity of the enzyme, so it is possible to use all of the affinity tags identified so far, not limited to histidine tags.

<실시예 4> rEKExample 4 rEK LL -Ca-His의 특성 조사Characterization of -Ca-His

본 발명자들은 rEKL-Ca-His를 이용하여 융합단백질을 절단하고 또한 EKL의 카르복실말단 또는 카르복실말단의 변형이 효소 활성에 영향을 미치는지 확인하기 위하여, 형광을 내는 기질을 사용하여 재조합 EKL,His-N-rEKL및 rEKL-Ca-His 세가지 플라스미드의 활성을 비교하였다.We used rEK L -Ca-His to cleave the fusion protein and also to determine whether carboxyl or carboxyl modification of EK L affects enzymatic activity. The activities of L, His-N-rEK L and rEK L- Ca-His plasmids were compared.

효소 활성은 형광 분석법으로 측정하였고(Grant and Herman-Taylor,Biochim. Biophys. Acta., 1979, 16:207-215), 재조합 EKL용액에서의 단백질 농도는 마이크로 BSA(bovine serum albumin) 분석으로 측정하였다. 구체적으로 70 mM Tris-HCl 및 10% DMSO의 혼합액(pH 8.0)에 용해시킨 50 uM 농도의 형광 기질 Gly-(Asp)4-Lys-β-나프틸아미드 용액에 상기 효소를 첨가하였다. 형광은 337 nM에서 여기(excitation)되는 정도와 420 nM에서 방출되는 정도로 측정하였고 효소의 활성은 시간이 경과함에 따른 형광의 변화로부터 계산하였다Enzyme activity was determined by fluorescence assay (Grant and Herman-Taylor, Biochim. Biophys. Acta ., 1979, 16: 207-215), and protein concentration in recombinant EK L solution was determined by micro bosa serum albumin (BSA) assay. It was. Specifically, the enzyme was added to a 50 uM concentration of the fluorescent substrate Gly- (Asp) 4 -Lys-β-naphthylamide solution dissolved in a mixture of 70 mM Tris-HCl and 10% DMSO (pH 8.0). Fluorescence was measured at excitation at 337 nM and emission at 420 nM, and enzyme activity was calculated from changes in fluorescence over time.

그 결과, rEKL-Ca-His의 활성은 재조합 EKL과 비슷하게 시간에 따라 증가하였으나, His-N-rEKL은 감지할만한 활성을 검출할 수 없었다(도 5). 상기 결과에서 카르복실말단 보다는 아미노말단 잔기의 성질이 엔테로키나제 활성에 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있었다. 재조합 EKL의 아미노말단 아미노산 이소루이신이 단백질 구조내에서 결정적인 염 브리지(salt bridge)에 관여하고 따라서 아미노말단을 연장하는 것은 단백질의 활성을 억제하였다(Fehlhammer et al.,J. Mol. Biol., 1977, 11:415-438; Collins-Racie et al.,Bio/technology, 1995, 13:982-987). 사실 재조합 EKL의 3차원적 구조는 카르복실말단 이소루이신 잔기가 염 브리지를 위한 단백질의 내부에 위치해 있고, 반면 카르복실말단 부위는 외부로 나와 있다(Lu et al.,J. Mol., Biol., 1999, 292:361-373). 상기 결과로부터, 이미 알고 있는구조와 아미노말단의 예상되는 역할이 일치함을 확인하였다.As a result, the activity of rEK L -Ca-His increased with time similar to recombinant EK L , but His-N-rEK L could not detect a detectable activity ( Fig. 5 ). From the above results, it was found that the properties of amino-terminal residues rather than carboxyl-terminals play an important role in enterokinase activity. The amino-terminal amino acid isoleucine of recombinant EK L is involved in salt bridges that are crucial in the protein structure and thus extending the amino-terminal inhibited the activity of the protein (Fehlhammer et al., J. Mol. Biol ., 1977, 11: 415-438; Collins-Racie et al., Bio / technology , 1995, 13: 982-987). In fact, the three-dimensional structure of recombinant EK L is that the carboxyl terminal isoleucine residues are located inside the protein for the salt bridge, while the carboxyl terminal sites are external (Lu et al., J. Mol., Biol ., 1999, 292: 361-373). From the above results, it was confirmed that the structure known to the expected role of the amino terminal.

<실시예 5> 아미노 말단이 변형된 엔테로키나제 돌연변이체 제조와 선별Example 5 Preparation and Selection of Enterokinase Mutants with Modified Amino Terminals

His-N-rEKL은 EKL활성이 없어서(도 5참조) 엔테로키나제 경사슬의 아미노말단이 효소에 미치는 영향을 조사하기 위하여 먼저 아미노 말단이 변형된 엔테로키나제 돌연변이체 제조와 선별을 하였다. 엔테로키나제의 아미노 말단에 변형을 준 돌연변이 엔테로키나제 발현 플라스미드를 제조하였다. pIL20EKL-Ca-His를 주형으로 하여 아미노 말단의 아미노산을 다른 아미노산으로 치환한 것, 메티오닌을 덧붙인 것, 5개 아미노산과 (Asp)4-Lys 부위를 삽입한 것, 아미노 말단 아미노산을 제거한 것을 중합효소연쇄반응을 이용하여 제조하였다. 각각의 돌연변이 제조에 사용된 프라이머 염기서열은 다음과 같다.서열번호 12로 기재되는 프라이머 1 은 안티센스 프라이머로 모든 돌연변이 제조에 동일하게 사용되었다. 아미노말단 아미노산(아이소루이신) 치환을 위해서열번호 13으로 기재되는 프라이머 2는 아미노 말단 아미노산의 코돈을 NNN으로 하여 프라이머를 제조하였다.서열번호 12서열번호 13으로 기재되는 프라이머를 이용해 중합효소연쇄반응(PCR)을 실시하여 염기서열 분석을 통해 17가지 서로 다른 아미노산으로 치환된 돌연변이 DNA를 얻었다. 아미노 말단에 메티오닌을 덧붙인 돌연변이는서열번호 12서열번호 14로 기재되는 프라이머, 5개 아미노산과 (Asp)4-Lys 부위를 삽입한 돌연변이는서열번호 12서열번호 15로 기재되는 프라이머, 그리고 아미노 말단 아미노산을 제거한 돌연변이는서열번호 12서열번호 16으로 기재되는 프라이머를 이용해 중합효소 연쇄반응을 실시하여 얻었다.His-N-rEK L was devoid of EK L activity (see FIG. 5 ) . To investigate the effect of the amino terminus of the enterokinase light chain on the enzyme, an amino terminal-modified enterokinase mutant was first prepared and selected. Mutant enterokinase expression plasmids with modifications at the amino terminus of enterokinase were prepared. pIL20EK L -Ca-His as a template for the substitution of amino-terminal amino acids with other amino acids, addition of methionine, insertion of 5 amino acids with (Asp) 4- Lys sites, and removal of amino-terminal amino acids It was prepared using enzyme chain reaction. Primer sequences used for the preparation of each mutation are as follows. Primer 1, set forth in SEQ ID NO: 12 , was an antisense primer and was used identically for all mutation preparations. Primer 2, set forth in SEQ ID NO: 13 for amino terminal amino acid (isoleucine) substitution, prepared a primer using NNN as the codon of amino terminal amino acid. Polymerase chain reaction (PCR) was carried out using primers described in SEQ ID NO: 12 and SEQ ID NO: 13 to obtain mutated DNA substituted with 17 different amino acids through sequencing. Mutants added with methionine at the amino terminus are primers set forth in SEQ ID NO: 12 and SEQ ID NO: 14 ; mutations incorporating five amino acids and the (Asp) 4 -Lys site; primers set forth in SEQ ID NO: 12 and SEQ ID NO: 15 , and amino Mutations from which the terminal amino acids were removed were obtained by polymerase chain reaction using primers described in SEQ ID NO: 12 and SEQ ID NO: 16 .

상기 PCR 수행을 통해 얻어진 DNA를 제한효소 BamHI, XbaI을 처리하여 pIL20 벡터에 T4 리가제를 이용하여 삽입하여서 각각의 돌연변이 발현벡터(pIL20Xi-EKL(i=1-17), pIL20Metα-EKL, pIL20Ex-EKL, pIL20ΔIle-EKL)를 제조하였다(도 6).The DNA obtained by performing the PCR was treated with restriction enzymes BamHI and XbaI and inserted into the pIL20 vector using T4 ligase, thereby expressing each mutant expression vector (pIL20Xi-EK L (i = 1-17), pIL20Metα-EK L , pIL20Ex-EK L , pIL20ΔIle-EK L ) were prepared ( FIG. 6 ).

상기에서 제조한 각 발현벡터로 효모균주(Saccharomyces cerevisiae 2805)를 형질전환시켰다. 형질전환된 효모균주는 10 ㎖ SD Ura-배지(0.8 g/L Complete Supplement Media (BIO101), 6.7 g/L 아미노산이 없는 효모 질소염(DIFCO), 2% glucose)에 접종하여 30 ℃, 24시간동안 200 rpm 속도로 진탕배양 하였다. 배양액을 원심분리하여 펠렛을 다시 유도(induction) 배지(1% yeast extract, 2% Bacto-peptone, 2% galactose)에 다시 현탁시킨 후 30 ℃, 24시간 동안 200 rpm 속도로 진탕배양 하였다. 배양액을 원심분리하여 상층액만 모은 후 이를 이용하여 효소활성을 측정하였고, 웨스턴 블럿팅을 이용하여 발현정도를 알아보았다. 효소활성측정은 형광성 기질 Val-(Asp)4-Lys-β나프틸아미드(naphtylamide, Sigma)를 이용하여 시간에 따라 형광을 띄는 β나프틸아민의 생성되는 정도를 형광 스펙트로포토미터를 이용하여 측정하였다. 25 mM Tris-HCl(pH 8.4), 10 mM CaCl2, 10% DMSO 용액에 0.5 mM 기질을 섞고 여기에 배양 상층액을 넣고 넣는 순간부터 37℃를 유지시키면서 λex = 337 nm, λem = 420 nm 파장의 빛으로 5분간 형광이 증가되는 것을 측정하였다.Yeast strain (Saccharomyces cerevisiae 2805) was transformed with each expression vector prepared above. Transformed yeast strains were inoculated in 10 ml SD Ura-medium (0.8 g / L Complete Supplement Media (BIO101), yeast nitrogen salt without 6.7 g / L amino acid (DIFCO), 2% glucose) at 30 ° C. for 24 hours. Shake culture at 200 rpm speed. The pellet was centrifuged and the pellet was again suspended in induction medium (1% yeast extract, 2% Bacto-peptone, 2% galactose), and then cultured at 30 rpm for 24 hours at 200 rpm. The supernatant was collected by centrifugation of the culture solution, and the enzyme activity was measured using it, and the expression level was examined by Western blotting. Enzyme activity was measured using fluorescent spectrophotometer using fluorescent substrate Val- (Asp) 4 -Lys-β naphthylamide (Sigma) to generate β-naphthylamine that fluoresces with time. It was. 0.5 mM substrate was mixed in 25 mM Tris-HCl (pH 8.4), 10 mM CaCl 2 , 10% DMSO solution, and the culture supernatant was kept at 37 ° C. while maintaining λex = 337 nm and λem = 420 nm wavelength. It was measured that the fluorescence increased for 5 minutes with the light of.

그 결과, 아미노 말단 아미노산을 치환한 17개 돌연변이와 메티오닌을 덧붙인 돌연변이, 5개 아미노산과 (Asp)4-Lys 부위를 삽입한 돌연변이, 아미노 말단 아미노산을 제거한 돌연변이, 총 20개 돌연변이가 발현은 거의 다 되는 것으로 보이나 효소활성은 유전자 변형이 없는 엔테로키나제와 아미노 말단 아미노산이 발린으로 치환된 돌연변이에서만 볼 수 있었다(표 1).As a result, 17 mutants substituted with amino terminal amino acids, mutants added with methionine, 5 amino acids and (Asp) -inserted 4- Lys sites, mutants without amino terminal amino acids, and a total of 20 mutations were almost completely expressed. Enzyme activity was seen only in mutations in which enterokinase and amino terminal amino acids were substituted with valine without genetic modification ( Table 1 ).

본 발명자들은 상기 엔테로키나제 아미노말단이 이소루이신에서 발린으로 치환된 돌연변이 발현벡터를 "pIL20-I1VEKL"이라 명명하고, 상기 발현벡터 pIL20-I1V-EKL를 효모에 형질전환시킨 형질전환체를 제조하고, 이를 2002년 5월 21일 부로 국제기탁기관인 한국미생물보존센터에 기탁하였다(수탁번호: KCCM 10382).The present inventors named the mutant expression vector "pIL20-I1VEK L " in which the enterokinase amino terminus was replaced with valine in isoleucine, and transformed the expression vector pIL20-I1V-EK L into yeast. It was manufactured and deposited on May 21, 2002, to the Korea Microorganism Conservation Center, an international depository institution (Accession No .: KCCM 10382).

컨스트럭트Construct 발현수준Expression level 활성activation 컨스트럭트Construct 발현수준Expression level 활성activation pIL20X1EKL(I1A)pIL20X1EK L (I1A) ++ -- pIL20X11EKL(I1M)pIL20X11EK L (I1M) ++++++++ -- pIL20X2EKL(I1R)pIL20X2EK L (I1R) ++ -- pIL20X12EKL(I1F)pIL20X12EK L (I1F) ++++++++ -- pIL20X3EKL(I1C)pIL20X3EK L (I1C) ++++++ -- pIL20X13EKL(I1P)pIL20X13EK L (I1P) ++++++ -- pIL20X4EKL(I1Q)pIL20X4EK L (I1Q) ++++++ -- pIL20X14EKL(I1S)pIL20X14EK L (I1S) ++ -- pIL20X5EKL(I1E)pIL20X5EK L (I1E) ++++++ -- pIL20X15EKL(I1T)pIL20X15EK L (I1T) ++++++++ -- pIL20X6EKL(I1G)pIL20X6EK L (I1G) ++ -- pIL20X16EKL(I1Y)pIL20X16EK L (I1Y) ++++ -- pIL20X7EKL(I1H)pIL20X7EK L (I1H) ++++ -- pIL20X17EKL(I1V)pIL20X17EK L (I1V) ++++++++ ++++++++++ pIL20X8EKL(WT)pIL20X8EK L (WT) ++++++++ ++++++++++ pIL20Metα-EKL pIL20Metα-EK L ++++ -- pIL20X9EKL(I1L)pIL20X9EK L (I1L) ++++++++ -- pIL20Ex-EKL pIL20Ex-EK L ++++ -- pIL20X10EKL(I1K)pIL20X10EK L (I1K) ++++++ -- pIL20ΔIle-EKL pIL20ΔIle-EK L ++++++++ --

<실시예 6> I1V 돌연변이와 와일드타입 엔테로키나제의 특성 비교Example 6 Comparison of Characteristics of I1V Mutation and Wild Type Enterokinase

본 발명자들은 엔테로키나제 아미노말단이 이소루이신에서 발린으로 치환된 I1V 돌연변이 엔테로키나제와 와일드타입 엔테로키나제의 효소활성을 분석하였다.The present inventors analyzed the enzymatic activity of I1V mutant enterokinase and wild type enterokinase wherein the enterokinase amino terminus was replaced with valine in isoleucine.

그 결과, 동일조건에서 얻은 I1V 돌연변이와 와일드타입 엔테로키나제를 효소활성을 비교하였을 때 거의 비슷한 활성을 나타내었다(도 7). 단백질의 온도에 따른 안정성을 알아보기 위하여 45 ℃, 65 ℃에서 시간에 따른 상대적 효소활성을 측정하여 보니 거의 비슷한 패턴을 보였다(도 8).As a result, I1V mutants and wild type enterokinase obtained under the same conditions showed almost similar activity when compared to enzyme activity ( FIG. 7 ). In order to determine the stability according to the temperature of the protein, the relative enzyme activity was measured with time at 45 ° C. and 65 ° C. and showed a similar pattern ( FIG. 8 ).

카르복실말단에 첨가된 6개의 히스티딘이 니켈과 흡착하는 성질이 있으므로 Ni-NTA 스핀 컬럼(Qiagen)을 사용하여 배양액으로부터 각 효소를 정제하였다. 배양액을 농축시킨 후 50 mM 소듐 포스페이트(pH 8.0) 완충액에 300 mM NaCl, 10 mM 이미다졸을 첨가한 용액에 투석시키고 Ni-NTA 스핀 컬럼에 통과시켰다. 흡착된 단백질을 위의 용액에 250 mM 이미다졸을 첨가한 용액으로 용출하였다. 정제된 두 단백질을 기질의 농도에 따른 활성을 비교하여 각 효소의K m 값 및k cat 값을 구하여 비교하였다(표 2).Since six histidines added to the carboxyl terminal adsorb the nickel, each enzyme was purified from the culture using a Ni-NTA spin column (Qiagen). The culture was concentrated and dialyzed in a solution of 300 mM NaCl, 10 mM imidazole in 50 mM sodium phosphate (pH 8.0) buffer and passed through a Ni-NTA spin column. The adsorbed protein was eluted with a solution of 250 mM imidazole added to the above solution. The two purified proteins were compared with each other by comparing the activity of the substrate with the concentration of K m and k cat for each enzyme ( Table 2 ).

효소enzyme OriginOrigin KM(mM)K M (mM) k cat (s-1) k cat (s -1 ) k cat /KM(M-1s-1) k cat / K M (M -1 s -1 ) 참고문헌references 정제된 엔테로펩티다제 (다이머)Purified Enteropeptidase (Dimer) HumanHuman 0.280.28 28.328.3 101000101000 (1)(One) 정제된 엔테로펩티다제 (다이머)Purified Enteropeptidase (Dimer) BovineBovine 0.220.22 24.024.0 109000109000 (2)(2) 정제된 엔테로펩티다제 (다이머)Purified Enteropeptidase (Dimer) BovineBovine 0.200.20 16.716.7 8300083000 (3)(3) L-BEK대장균에서 발현된 재조합 단백질Recombinant Protein Expressed in L-BEK Escherichia Coli BovineBovine 0.610.61 42.742.7 7040070400 (4)(4) rEKL효모에서 발현된 재조합 단백질Recombinant Protein Expressed in rEK L Yeast BovineBovine 0.780.78 28.028.0 3589735897 본 발명The present invention I1V 돌연변이 rEKL효모에서 발현된 재조합 단백질Recombinant Protein Expressed in I1V Mutant rEK L Yeast BovineBovine 0.690.69 4040 5797157971 본 발명The present invention

참고문헌 (1) Grant, D.A.W., and Hermon-Taylor, K. (1979) Biochim. Biophys. Acta 567; 207-215; (2) Lu, D. et al., (1997)J. Biol. Chem. 272; 31293-31300; (3) Mikhailova, A.G. and Rumsh, L. D. (1999)FEBS Letters442; 226-230; (4) Lu, D. et al., (1999)J. Mol. Biol. 292; 361-373References (1) Grant, DAW, and Hermon-Taylor, K. (1979) Biochim. Biophys. Acta 567; 207-215; (2) Lu, D. et al., (1997) J. Biol. Chem . 272; 31293-31300; (3) Mikhailova, AG and Rumsh, LD (1999) FEBS Letters 442; 226-230; (4) Lu, D. et al., (1999) J. Mol. Biol . 292; 361-373

그 결과, I1V 돌연변이 엔테로키나제는 와일드 타입 엔테로키나제와 비교하여 효소 활성이 거의 유사하였다. 엔테로키나제를 대규모로 생산하기 위해서는 대장균을 이용한 생산이 가능하여야 하는데 대장균을 이용하여 발현할 경우 효소활성에 매우 중요한 아미노말단의 이소루이신이 메티오닌 아미노 펩티다제에 의해 잘 노출되지 않고 메티오닌이 덧붙여져 있어 효소활성을 잃게 된다. 그러나 메티오닌 아미노 펩티다제는 아미노말단에 발린으로 치환할 경우 용이하게 절단을 하는 성질을 가지고 있으므로 I1V 돌연변이 엔테로키나제는 대장균을 이용한 효소 대량 생산에 응용될 수 있다는 장점을 가지고 있다.As a result, the I1V mutant enterokinase was almost similar in enzyme activity compared to wild type enterokinase. In order to produce enterokinase on a large scale, E. coli production should be possible. However, when expressed using E. coli, the amino terminal isoleucine, which is very important for enzyme activity, is not well exposed by methionine amino peptidase and methionine is added. Enzyme activity is lost. However, since methionine amino peptidase has a property of easily cleaving when the amino terminal is substituted with valine, I1V mutant enterokinase has an advantage that it can be applied to mass production of enzymes using E. coli.

<실시예 7> rEKExample 7 rEK LL -Ca-His의 제거Removal of Ca-His

본 발명자들은 rEKL-Ca-His를 이용하여 융합단백질을 절단한 후 더 이상의 목적 단백질의 분해가 이루어지지 않도록 rEKL-Ca-His를 제거하였다. 구체적으로, 분리된 단백질 1 ㎍을 500 ㎕의 버퍼(50 mM NaH2PO4, 300 mM NaCl, 50 mM imidazole, pH 8.0)와 섞은 다음 니켈 NTA-스핀 컬럼에 로딩한 다음 700 g에서 2 분간 원심분리하여 용출액의 효소활성을 비교하였다.The present inventors used rEK L -Ca-His to cut the fusion protein, and then removed rEK L -Ca-His so that no further degradation of the target protein occurred. Specifically, 1 μg of the isolated protein was mixed with 500 μl of buffer (50 mM NaH 2 PO 4, 300 mM NaCl, 50 mM imidazole, pH 8.0), loaded onto a nickel NTA-spin column, and then centrifuged at 700 g for 2 minutes to eluate. The enzyme activity of was compared.

그 결과, 카르복실말단 His-태그 rEKL은 배양액에서 단일 단계로 니켈 친화 크로마토그래피로 제거되어 활성을 거의 보이지 않았으나 재조합 EKL은 제거되지 않아 높은 활성을 보였다(도 9).As a result, carboxyl terminal His-tagged rEK L was removed by nickel affinity chromatography in a single step in the culture medium, but showed little activity, but the recombinant EK L was not removed and showed high activity ( FIG. 9 ).

상기 결과로부터, 본 발명의 카르복실말단 His-태그 EKL은 배양액으로부터 단백질을 생산하고 정제하는 하부과정(downstream process) 및 반응하는 동안의 효소의 회수 및 재활용에 사용되어 산물의 수득률을 극대화시키는데 유용하게 사용될 수 있다. rEKL-Ca-His이 니켈 친화 컬럼에 고정되는 것은 공유결합이 아니고 가역적인 작용이다. 게다가 본 발명의 rEKL-Ca-His은 친화 태그의 특이 방향이 컬럼 매트리스를 향하여 효소 활성 부위의 입체제한(steric hindrance)을 최소화함으로써 효소가 완전한 활성을 나타내는 것을 가능하게 한다.From the above results, the carboxyl terminal His-tag EK L of the present invention is useful for maximizing the yield of the product by being used in the downstream process of producing and purifying proteins from the culture and the recovery and recycling of enzymes during the reaction. Can be used. The fixation of rEK L- Ca-His to the nickel affinity column is not a covalent bond but a reversible action. In addition, the rEK L- Ca-His of the present invention enables the enzyme to exhibit full activity by minimizing the steric hindrance of the enzyme active site towards the column mattress with the specific orientation of the affinity tag.

따라서, 본 발명의 카르복실말단 친화 태그 엔테로키나제는 융합단백질 기술에서 매우 유용하게 사용될 수 있으며 여러 재조합 단백질의 생산 비용을 절감할 수 있다.Therefore, the carboxyl terminal affinity tag enterokinase of the present invention can be very useful in fusion protein technology and can reduce the production cost of various recombinant proteins.

<실시예 8> EBA 방법을 이용한 rEKExample 8 rEK Using EBA Method LL -Ca-His의 정제-Ca-His Purification

본 발명자들은 EBA(Expanded bed adsorption) 방법을 이용하여 대량 배양된 효모 배양액으로부터 빠르고 간편하게 rEKL-Ca-His 및 I1V-EKL을 분리하였다. 구체적으로, 발효기를 이용하여 rEKL-Ca-His 또는 I1V-EKL을 발현하는 형질전환체를 대량으로 배양한 배양액에 20 mM 소듐 포스페이트(pH 8.0)을 첨가하여 pH를 조정한 후 니켈 충전된(charge) 킬레이팅 세파로스 EBA 컬럼(Streamline 25, Amersham-Pharmacia Biotech Inc.)에 아래에서 위방향으로 통과시켰다(flow rate: 300 cm/hr). 50 mM 소듐 포스페이트(pH 8.0), 300 mM NaCl, 10 mM 이미다졸 용액으로 같은 방향으로 세척하고 50 mM 소듐 포스페이트(pH 8.0), 300 mM NaCl, 300 mM 이미다졸 용액을 반대방향으로 흘려주어 용출하였다. 약 87% 수율로 배양액에 있는 단백질을 효과적으로 얻을 수 있었다.The inventors separated rEK L -Ca-His and I1V-EK L from the mass cultured yeast cultures quickly and simply using EBA (Expanded bed adsorption) method. Specifically, the pH was adjusted by adding 20 mM sodium phosphate (pH 8.0) to a culture medium in which a large amount of transformants expressing rEK L -Ca-His or I1V-EK L were cultured using a fermenter, and then nickel-filled. (charge) A chelating Sepharose EBA column (Streamline 25, Amersham-Pharmacia Biotech Inc.) was passed upwards from below (flow rate: 300 cm / hr). Washed in the same direction with 50 mM sodium phosphate (pH 8.0), 300 mM NaCl, 10 mM imidazole solution and eluted by flowing 50 mM sodium phosphate (pH 8.0), 300 mM NaCl, 300 mM imidazole solution in the opposite direction. . The protein in the culture was effectively obtained in about 87% yield.

상기 방법은 배양액으로부터 세포를 침전시켜 제거하고 배양액으로 분비된 단백질을 농축하는데 드는 시간과 비용을 절약하며 농축과정에 있어서의 열 또는 거품 발생으로 인한 단백질 변성을 막을 수 있는 효과적인 방법이다. 이는 단일 단계로 단백질의 농축과 분리를 가능케 하고 또한 스케일 업(scale up)을 쉽게 하여 재조합 엔테로키나제 생산에 획기적인 발전을 한 것으로 판단된다.This method is an effective method to prevent the protein denaturation due to heat or foam generation during the concentration process, saving the time and cost of precipitating and removing cells from the culture medium and concentrating the protein secreted into the culture medium. It is thought that the development and development of recombinant enterokinase by making it possible to concentrate and isolate the protein in a single step and to easily scale up (scale up).

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 엔테로키나제 경사슬의 카르복실말단 또는 아미노말단을 변형시킨 재조합 엔테로키나제 단백질은 단백질의 분리, 융합단백질의 절단 반응 후 쉽게 회수 및 제거될 수 있고 효과적인 컬럼 고정화가 가능할 뿐만 아니라 대장균에서 대량생산이 가능하므로, 융합단백질로부터 목적단백질을 생산하는데 유용하게 사용될 수 있다.As described above, the recombinant enterokinase protein modified by the carboxyl or amino terminus of the enterokinase light chain of the present invention can be easily recovered and removed after protein separation and cleavage of the fusion protein, and effective column immobilization will be possible. In addition, since it is possible to mass-produce in E. coli, it can be usefully used to produce the target protein from the fusion protein.

Claims (14)

엔테로키나제 경사슬(enterokinase light chain)의 아미노말단 또는 카르복실말단이 변형된 재조합 엔테로키나제 단백질.Recombinant enterokinase protein wherein the amino or carboxyl terminus of the enterokinase light chain is modified. 제 1항에 있어서, 상기 카르복실말단이 변형된 재조합 엔테로키나제 단백질은 엔테로키나제 경사슬의 카르복실말단에 친화 태그(tag)를 추가하는 것을 특징으로 하는 재조합 엔테로키나제 단백질.The recombinant enterokinase protein according to claim 1, wherein the recombinant enterokinase protein of which the carboxyl end is modified is added to a carboxyl end of the light chain of the enterokinase. 제 2항에 있어서, 상기 친화 태그는 히스티딘(His) 태그, 헤마글루티닌(HA) 태그, 폴리 아르기닌(poly Arginine) 태그, 폴리 라이신(poly Lysine) 태그, 플래그(flag) 태그 및 myc 태그로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 재조합 엔테로키나제 단백질.The method of claim 2, wherein the affinity tag is a histidine (His) tag, a hemagglutinin (HA) tag, a poly arginine tag, a poly lysine tag, a flag tag, and a myc tag. Recombinant enterokinase protein, characterized in that selected from the group consisting of. 제 3항에 있어서, 상기 재조합 엔테로키나제 단백질은서열번호 9로 기재되는 아미노산 서열을 포함하는 것을 특징으로 하는 재조합 엔테로키나제 단백질.4. The recombinant enterokinase protein of claim 3, wherein said recombinant enterokinase protein comprises an amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 9 . 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아미노말단이 변형된 재조합 엔테로키나제 단백질은 엔테로키나제 경사슬의 아미노말단의 이소루이신이 발린으로 치환된 것을 특징으로 하는 재조합 엔테로키나제 단백질.The recombinant enterokinase protein according to any one of claims 1 to 4, wherein the recombinant enterokinase protein wherein the amino terminus is modified is substituted with valine of isoleucine at the amino terminus of the light chain of enterokinase. 제 5항에 있어서, 상기 재조합 엔테로키나제 단백질은서열번호 17로 기재되는 아미노산 서열을 포함하는 것을 특징으로 하는 재조합 엔테로키나제 단백질.The recombinant enterokinase protein of claim 5, wherein the recombinant enterokinase protein comprises an amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 17. 7 . 제 4항의 재조합 엔테로키나제 단백질을 코딩하는서열번호 10으로 기재되는 염기서열을 포함하는 유전자.A gene comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 10 encoding the recombinant enterokinase protein of claim 4. 킬러 톡신 리더서열, 인터루킨 1β의 아미노말단 24 잔기의 유전자, KEX2 단백질 분해효소 절단 위치에 해당하는 유전자 및 상기서열번호 10으로 기재되는 유전자를 포함하는 발현벡터.An expression vector comprising a killer toxin leader sequence, a gene of an amino terminal 24 residue of interleukin 1β, a gene corresponding to a KEX2 protease cleavage site, and a gene described in SEQ ID NO: 10 . 제 8항의 발현벡터로 형질전환된 형질전환체(수탁번호 : KCCM 10381).A transformant transformed with the expression vector of claim 8 (accession number: KCCM 10381). 제 6항의 재조합 엔테로키나제 단백질을 코딩하는서열번호 18로 기재되는 염기서열을 갖는 유전자.A gene having the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 18 encoding the recombinant enterokinase protein of claim 6. 킬러 톡신 리더서열, 인터루킨 1β의 아미노말단 24 잔기의 유전자, KEX2 단백질 분해효소 절단 위치에 해당하는 유전자 및서열번호 18로 기재되는 유전자를 포함하는 발현벡터.An expression vector comprising a killer toxin leader sequence, a gene of 24 amino terminal residues of interleukin 1β, a gene corresponding to a KEX2 protease cleavage site, and a gene described by SEQ ID NO: 18 . 제 11항의 발현벡터로 형질전환된 형질전환체(수탁번호 : KCCM 10382).A transformant transformed with the expression vector of claim 11 (accession number: KCCM 10382). 융합단백질을 절단하여 목적단백질을 제조하는 방법에 있어서, 제 1항의 재조합 엔테로키나제 단백질을 융합단백질에 첨가하여 반응시키고, 절단 반응이 끝난 후 반응액으로부터 재조합 엔테로키나제 단백질을 제거하여 목적단백질을 분리하는 것을 특징으로 하는 목적단백질의 제조방법.In the method for preparing a target protein by cleaving the fusion protein, the recombinant enterokinase protein of claim 1 is added to the fusion protein and reacted. Method for producing a protein of interest, characterized in that. 제 1항의 재조합 엔테로키나제를 발현하는 형질전환체를 배양하고, 상기 배양액으로부터 친화 태그를 이용하여 재조합 엔테로키나제를 분리하는 방법.A method of culturing a transformant expressing the recombinant enterokinase of claim 1, and separating the recombinant enterokinase from the culture using an affinity tag.
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