KR20080105735A - A process for preparing an additionally glycosylated recombinant alpha-galactosidase and an additionally glycosylated recombinant alpha-galactosidase prepared therewith - Google Patents

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KR20080105735A
KR20080105735A KR1020070053712A KR20070053712A KR20080105735A KR 20080105735 A KR20080105735 A KR 20080105735A KR 1020070053712 A KR1020070053712 A KR 1020070053712A KR 20070053712 A KR20070053712 A KR 20070053712A KR 20080105735 A KR20080105735 A KR 20080105735A
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이정미
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손영수
박흥록
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Abstract

A method for preparing a recombination human alpha-galactosidase where a sugar chain is added, a recombination human alpha-galactosidase prepared by the method, and a composition for treating the Fabry disease containing the recombination human alpha-galactosidase are provided to improve stability and therapeutic effect. A method for preparing a recombination human alpha-galactosidase where a sugar chain is added comprises the steps of separating and purifying the recombination human alpha-galactosidase prepared by the gene recombination method; and adding a sugar chain to the purified recombination human alpha-galactosidase in vitro.

Description

재조합 알파-갈락토시다아제의 당쇄 부가 방법 및 이에 의해 제조된 당쇄 부가된 알파-갈락토시다아제{A process for preparing an additionally glycosylated recombinant alpha-galactosidase and an additionally glycosylated recombinant alpha-galactosidase prepared therewith}Process for preparing an additionally glycosylated recombinant alpha-galactosidase and an additionally glycosylated recombinant alpha-galactosidase prepared therewith}

도 1은 재조합 인간 알파-갈락토시다아제를 발현시키기 위한 재조합 발현벡터의 모식도이다. 1 is a schematic diagram of a recombinant expression vector for expressing recombinant human alpha-galactosidase.

도 2는 파브라자임(Fabrazyme)과 ISU303의 등정점(pI) 및 분자량 비교 결과를 나타내는 것으로, 도2A는 IEF(isoelectrofocusing)를 통한 등정점 비교 결과이며, 도 2B는 SDS-PAGE(SDS-polyacrylamide gel electrophoresis)를 이용하여 파브라자임과 ISU303의 분자량을 비교한 결과를 나타낸다(M; pI marker, SM; size marker, Fz; fabrazyme). FIG. 2 shows the results of comparing peaks (pI) and molecular weights of Fabrazyme and ISU303. FIG. 2A is a result of comparing peaks through IEF (isoelectrofocusing), and FIG. 2B shows SDS-PAGE (SDS-polyacrylamide). Gel electrophoresis) was used to compare the molecular weight of pabrazyme with ISU303 (M; pI marker, SM; size marker, Fz; fabrazyme).

도 3은 당쇄 부가 반응조건을 탐색하기 위한 실험결과로서, 도3A는 SDS-PAGE 실험결과이고, 도 3B는 2D 젤 전기영동실험(two-dimensional gel electrophoresis)을 통한 당쇄 부가 정도 분석결과이다. 3 is a result of navigating the glycosylation reaction conditions, Figure 3 A is a SDS-PAGE result, FIG. 3B is a glycosylation level analysis via 2D gel electrophoresis experiment (two-dimensional gel electrophoresis).

도 4는 IEF을 이용한 당쇄 부가 반응조건을 탐색한 결과로서, 도 4A는 2배 시알산 화 및 2배 조합 반응 결과의 비교를 보이고, 도 4B는 2배 조합 반응 조건에서 반응 시간별 시알산 부가 정도의 비교를 보인다. Figure 4 shows the results of the sugar chain addition reaction conditions using IEF, Figure 4A shows the comparison of the two-fold sialic acid and two-fold combination reaction results, Figure 4B shows the degree of sialic acid addition by reaction time in the two-fold combination reaction conditions Seems to compare.

도 5는 파브라자임, ISU303 및 ISU303-1의 당쇄 부가 정도 비교 결과로서, 도 5A는 SDS-PAGE 결과이고, 도 5B는 젤 전기영동법을 이용한 당쇄 부가 정도 비교 결과이다. 5 is a comparison result of the degree of sugar chain addition of Fabrazyme, ISU303, and ISU303-1, FIG. 5A is a result of SDS-PAGE, and FIG. 5B is a result of comparison of sugar chain addition using gel electrophoresis.

도 6은 Maldi-TOF(matrix-assisted laser desorption/ionization -time of flight)을 이용한 ISU303(도 6A) 및 ISU303-1(도 6B)의 당쇄 프로파일 분석 결과이다. FIG. 6 shows sugar chain profile analysis results of ISU303 (FIG. 6A) and ISU303-1 (FIG. 6B) using Maldi-TOF (matrix-assisted laser desorption / ionization-time of flight).

도 7은 알파-갈락토시다아제의 당쇄부가에 따른 체내활성을 보인다. Figure 7 shows the body activity according to the sugar chain addition of alpha-galactosidase.

성염색체 열성 유전질환인 파브리병은 대표적인 라이소좀 저장질환(LSD; Lysosomal Storage Disease)의 하나이다. 알파-갈락토시다아제는 당지질의 말단 부위에 있는 알파-갈락토사이드(α-galactoside) 연결 부위를 가수분해 시키는 역할을 한다. 이 효소의 결핍은 체내에 Gb3(globotriaosyceramide) 혹은 CTH(ceramide trihexoside)로 알려진 지질의 축적을 야기한다. Gb3는 주로 신장, 심장, 간, 비장 등의 혈관 내피세포에 침착되거나 환자의 혈장(plasma)에서 증가하게 된다. 점진적인 당지질의 축적은 선단지각 이상증(acroparesthesia), 땀 저하증(hypohidrosis), 혈관각화 종(angiokeratoma), 각막혼탁(corneal opacities), 자율신경기능이상(autonomic dysfunction)을 야기하고 점차 심장, 뇌, 신장의 혈관질환으로 발전하여 사망에 이르게 된다. 환자의 평균 수명은 40세 전후로 보고되고 있으며 현재 치료법으로는 증상 완화를 위한 대증요법과 함께 결핍된 알파-갈락토시다아제를 재조합하여 주사하는 효소 대체법(ERT; Enzyme Replacement Therapy)이 있는데, 이를 위한 치료용 효소 제품 2종이 출시되어 있다. 발병빈도는 1/40,000 정도이며 미국 환자 수만 5,000명 정도로 전 세계 환자는 15,000명 선으로 추정되며 국내 잠재 환자 수는 약 300명 이상으로 예상된다. Fabry disease, a sex chromosomal recessive genetic disease, is one of the representative Lysosomal Storage Diseases (LSD). Alpha-galactosidase serves to hydrolyze the alpha-galactoside linkage site at the terminal site of glycolipids. Deficiency of this enzyme causes the body to accumulate lipids known as globboriaosyceramide (Gb3) or ceramide trihexoside (CTH). Gb3 is mainly deposited on vascular endothelial cells such as kidney, heart, liver, spleen, or increased in the plasma of the patient. Gradual accumulation of glycolipids leads to acroparesthesia, hypohidrosis, angiokeratoma, corneal opacities, autonomic dysfunction, and gradually to the heart, brain, and kidneys. Developing vascular disease leads to death. The average life expectancy of patients is reported around 40 years of age, and current treatments include enzymatic replacement therapy (ERT), which involves recombination of a deficient alpha-galactosidase with symptomatic therapy for symptomatic relief. Two therapeutic enzyme products are available. The incidence rate is about 1 / 40,000, the number of patients in the US is estimated at 15,000, and the number of patients around the world is estimated at 15,000.

알파-갈락토시다아제는 당지질에 부착된 당쇄 말단의 알파-D-갈락토스를 절단하는 효소로서, 3개의 N -연결 당쇄를 지닌 당단백질이며 호모다이머(homodimer)로 작용한다. 1986년에 최초로 cDNA가 동정되고 클로닝되었다(Bishop et al. (1986) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 83, 4859).Alpha-galactosidase is an enzyme that cleaves alpha-D-galactose at the end of sugar chains attached to glycolipids. It is a glycoprotein with three N -linked sugar chains and acts as a homodimer. CDNA was first identified and cloned in 1986 (Bishop et al. (1986) Proc. Natl. Acad. Sci. USA , 83 , 4859).

현재 미국 젠자임사(Genzyme)와 유럽의 TKT사(TransKaryotic Therapeutics, Inc.)가 각각 파브라자임(Fabrazyme) 및 레플라갈(Replagal)이라는 제품명으로 재조합 알파-갈락토시다아제를 파브리병 치료용 의약품으로 개발하여 미국과 유럽에서 판매하고 있는데, 상기 제품은 각각 유전자 재조합 기술을 이용하여 동물세포인 CHO(Chinese Hamster Ovary) 세포와 인간 세포에서 발현시켜 생산한 단백질들이다. 이들 단백질의 아미노산 서열은 동일하나 부착된 당쇄의 구조와 성분에 차이가 있 으며, 이에 따라 생체 분포와 약동력학에서 차이점이 관찰되었다(Lee K. et al. (2003) Glycobiol. 13, 305).Genzyme and TKT (TransKaryotic Therapeutics, Inc.) in Europe currently use recombinant alpha-galactosidase to treat Fabry disease under the trade names Fabrazyme and Replagal. It is developed as a medicine and sold in the United States and Europe. These products are proteins produced by expression in animal cells, CHO (Chinese Hamster Ovary) cells and human cells, respectively, using genetic recombination technology. Although the amino acid sequences of these proteins are identical, there are differences in the structure and composition of the attached sugar chains. Accordingly, differences in biodistribution and pharmacokinetics were observed (Lee K. et al. (2003) Glycobiol . 13 , 305).

알파-갈락토시다아제도 다른 의약용 당단백질들과 마찬가지로 부착되어 있는 당쇄의 구조와 성분에 의해서 효능, 체내 안정성 및 조직 분포 등이 크게 좌우된다. 이 중에서도 세포내 라이소좀으로의 타겟팅(targeting)에서 매우 중요한 역할을 하는 만노스-6-인산(mannose-6-phosphate)과 체내 반감기에서 중요한 역할을 하는 시알산의 함량이 알파-갈락토시다아제의 치료제로서의 성능에 큰 영향을 미친다. 특히, 부착되어 있는 당쇄 말단이 시알산으로 캐핑(capping)되어 있는 정도는 체내 반감기에 큰 영향을 미친다고 알려져 있다(Goochee et al.(1991) BioTechnology 9, 1347). 보통 세포는 시알산이 캐핑된 당쇄가 부착된 당단백질을 분비할 수 있는 능력을 가지나, 분비되는 당단백질의 종류와 세포의 생리적인 상태에 따라서는 시알산 캐핑이 일어나지 않은 상태인 갈락토스나 N-아세틸글루코사민으로 끝난 당쇄를 가진 채로 분비되는 경우가 발생한다. 시알산 대신에 갈락토스 또는 N-아세틸글루코사민으로 끝나는 당쇄가 부착된 단백질이 혈액 내로 주입될 경우, 이들은 간에 있는 비시알산 당단백질 수용체(asialoglycoprotein receptor) 등에 의해서 비특이적으로 인식되어 제거된다(Weigel et al. (2002) Bioch. Biophy. Acta 1572, 341). 이 경우 시알산으로 캐핑된 당쇄를 가지는 당단백질과 비교하여 체내 반감기가 줄어드는 문제가 발생하게 된다.Alpha-galactosidase, like other medicinal glycoproteins, depends greatly on the structure and components of the attached sugar chains, and the efficacy, body stability, and tissue distribution are greatly influenced. Among these, mannose-6-phosphate, which plays a very important role in the targeting of intracellular lysosomes, and sialic acid, which plays an important role in the half-life of the body, are found in alpha-galactosidase. It has a big impact on performance as a therapeutic agent. In particular, the extent to which the sugar chain ends attached are capped with sialic acid is known to have a great influence on the half-life of the body (Goochee et al. (1991) BioTechnology 9 , 1347). Normally, cells have the ability to secrete glycoproteins with sialic acid-capped sugar chains, but galactose or N-acetyl, which do not occur with sialic acid capping, depending on the type of glycoprotein secreted and the physiological state of the cells. Occurs with glucosamine-terminated sugar chains. When sugar-attached proteins that end with galactose or N-acetylglucosamine instead of sialic acid are injected into the blood, they are nonspecifically recognized and eliminated by the bisialic acid glycoprotein receptor in the liver (Weigel et al. 2002) Bioch.Biophy.Acta 1572 , 341). In this case, there is a problem that the half-life in the body is reduced compared to the glycoprotein having a sugar chain capped with sialic acid.

동물세포에서 생산된 재조합 단백질 의약품은 일반적으로 매우 고가이다. 특히 파브리병의 효소치료제의 경우, 환자 1인당 1년에 약 2억원의 엄청난 치료 비용이 소모되어 환자 및 환자 가족 뿐 아니라 국가의 경제적 손실을 가져오고 있다. 동물세포에서의 생산 단가를 낮추기 위해서는 재조합 단백질을 과발현하여 대량 생산하는 것이 필수적이다. 그러나, 재조합 단백질을 일정 수준 이상으로 과발현시킬 경우, 세포의 당쇄 부가 능력이 당단백질의 분비 발현 능력을 따라가지 못하여 시알산 캐핑이 완성되지 못한 채 분비되는 경우가 많다 (Goochee et al. (1994) Curr. Opin. Biotechnol. 5, 546). 이러한 문제들을 해결하기 위하여 시알산을 부가하는 공정들이 개발되고 있으나(US6399336, Raju et al. (2001) Biochemistry 40, 8868), 파브리병 치료제인 알파-갈락토시다아제에 대해 구체적으로 응용하여 성공하였다는 보고는 아직 없었다.Recombinant protein products produced in animal cells are generally very expensive. In particular, enzyme treatment for Fabry's disease costs about 200 million won per patient per year, resulting in economic loss not only for patients and their families but also for the country. In order to reduce the production cost in animal cells, it is essential to overexpress the recombinant protein and mass produce it. However, overexpression of recombinant proteins above a certain level often results in cells secreting their sialic acid capping incompletely, since their ability to add sugar chains cannot keep up with the secretory expression of glycoproteins (Goochee et al. (1994). Curr. Opin. Biotechnol. 5, 546). Processes to add sialic acid have been developed to solve these problems (US6399336, Raju et al. (2001) Biochemistry 40, 8868), but succeeded by applying concretely to alpha-galactosidase, a treatment for Fabry disease. There was no report yet.

본 발명자들은 고생산성 세포주에서 생산되어 당쇄부가 반응이 불완전하게 일어난 알파-갈락토시다아제를 대상으로 시알산 및 갈락토스 부가 효소 등을 이용하여 시알산 캐핑을 증가시키는 반응 공정을 확립하고, 이와 같이 당쇄 부가된 재조합 알파-갈락토시다아제가 체내 안정성 및 치료효능에 있어 기존의 알파-갈락토시다아제에 비해 개선된 효과를 가짐을 확인하여 본 발명을 완성하였다.The inventors have established a reaction process for increasing sialic acid capping by using sialic acid and galactose addition enzymes to alpha-galactosidase produced in a highly productive cell line and in which sugar chain addition is incompletely reacted. The present invention was completed by confirming that the added recombinant alpha-galactosidase had an improved effect on the stability and therapeutic efficacy in the body compared to the existing alpha-galactosidase.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽 입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.Throughout this specification, many papers and patent documents are referenced and their citations are indicated. The disclosures of cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety, and the level of the technical field to which the present invention belongs and the contents of the present invention are more clearly explained.

본 발명은 당쇄부가 반응이 불완전하게 일어난 재조합 알파-갈락토시다이아제에 시알산 캐핑을 증가시켜 안정성 및 치료 효능이 개선된 당쇄 부가된 알파-갈락토시다아제를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a sugar chain-added alpha-galactosidase having improved stability and therapeutic efficacy by increasing sialic acid capping to a recombinant alpha-galactosidase in which a sugar chain addition reaction is incomplete.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 당쇄 부가된 알파-갈락토시다아제를 파브리병 치료용 조성물로 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide the sugar chain-added alpha-galactosidase as a composition for treating Fabry disease.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 알파-갈락토시다아제 및 치료용조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a method for preparing the alpha-galactosidase and a therapeutic composition.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description, claims and drawings.

상기 목적을 달성하기 위한 첫 번째 양태로서, 본 발명은 파브리병 치료제로 사용되는 알파-갈락토시다아제의 당쇄 구조를 변형하여 당쇄 말단에 많은 시알산(sialic acid, N-acetylneuraminic acid)이 부가되도록 함으로써 체내 안정성 및 치료 효능이 증가된 당쇄 변이체를 제조하는 방법을 제공한다. As a first aspect to achieve the above object, the present invention is to modify the sugar chain structure of alpha-galactosidase used as a Fabry disease treatment agent to add a lot of sialic acid (sialic acid, N-acetylneuraminic acid) to the sugar chain terminal Thereby providing a method for preparing a sugar chain variant having increased body stability and therapeutic efficacy.

본 발명에서 "알파-갈락토시다아제"(α-galactosidase)라 함은 갈락토스 올리고당(galactose oligosaccharides), 갈락토만노스(galactomannans) 및 갈락토지질(galactolipids) 등을 포함하는 알파-갈락토시드(alpha-galactosides)에서 비환원 알파-디-갈락토스 잔기(alpha-d-galactose residues)인 말단의 가수분해(hydrolysis)를 촉매하는 효소이다. In the present invention, "alpha-galactosidase" (α-galactosidase) refers to alpha-galactoside including galactose oligosaccharides, galactomannans, galactolipids, and the like. It is an enzyme that catalyzes the hydrolysis of the ends of non-reducing alpha-d-galactose residues in -galactosides.

본 발명에서 "당쇄"라 함은 포도당과 같은 다양한 당이 고리처럼 연결된 분자를 의미한다. 당쇄는 어떠한 당들이 붙어 있느냐에 따라 세포의 특성과 기능을 조절하거나 물질을 인식, 수용 및 전달하는 등 생체 내 여러 가지 단백질이나 생리 활성 물질의 기능을 발휘하는데 열쇠가 된다. 최근 단백질이나 지질에 붙어있는 이러한 당쇄가 많은 질병과 연결되고 있다고 알려지면서, 당쇄의 기능을 해명해 구성하고 있는 당의 조합을 바꾸는 약품을 개발할 수 있으면 질병의 조기발견과 치료가 가능할 것으로 기대하고 있다. 따라서 세계 각국에서 지노믹스(genomics)에 이어 당쇄생물학, 당쇄공학으로 이어지는 기초와 응용연구가 활발하게 진전되고 있다.As used herein, the term "sugar chain" refers to a molecule in which various sugars such as glucose are linked like a ring. Sugar chains are key to the function of various proteins or bioactive substances in vivo, such as regulating the properties and functions of cells or recognizing, accepting and delivering substances, depending on which sugars are attached. Recently, the sugar chains attached to proteins and lipids are known to be linked to many diseases, and if it is possible to develop a drug that changes the combination of sugars that make up the function of sugar chains, it is expected that early detection and treatment of the diseases will be possible. Therefore, the basic and applied researches leading to sugar chain biology and sugar chain engineering following genomics are actively progressing in various countries around the world.

본 발명의 알파-갈락토시다아제도 다른 당단백질들과 마찬가지로 부착되어 있는 당쇄의 구조와 성분에 의해서 효능, 체내 안정성 및 조직 분포 등이 크게 좌우된다. 이 중에서도 최근 세포 내 라이소좀으로의 타겟팅(targeting)에서 매우 중요한 역할을 하는 만노스-6-인산(mannose-6-phosphate)이 알파-갈락토시다아제의 치료제로 서의 성능에 큰 영향을 미친다는 연구 결과가 보고되었다(Sakuraba et al., 2006). 또한, 다른 당단백질과 마찬가지로 특히 당쇄 말단이 시알산으로 캐핑(capping)되어 있는 정도가 체내 반감기에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되고 있다 (Goochee et al. (1991) Biotechnology 9, 1347).The alpha-galactosidase of the present invention, like other glycoproteins, is greatly influenced by the structure and components of the attached sugar chains, such as efficacy, stability and tissue distribution. Among these, mannose-6-phosphate, which plays a very important role in the targeting of intracellular lysosomes, has a great effect on the performance of alpha-galactosidase as a therapeutic agent. The results of the study have been reported (Sakuraba et al., 2006). In addition, as with other glycoproteins, in particular, the degree to which the sugar chain ends are capped with sialic acid is expected to have a great influence on the half-life of the body (Goochee et al. (1991) Biotechnology 9 , 1347).

본 발명에서 "시알산"(sialic acids)은 시알린산이라고도 하며, 특히 악하선(顎下腺)의 뮤신에 많이 함유되어 있다. 화학구조는 피루브산과 만노사민의 알돌 축합체인 노이람산이 n-아세틸 또는 n-글리콜, 때로는 o-아세틸화한 것이다. 인플루엔자 바이러스에 의한 혈구응집 작용은 당단백질인 시알산에 의하여 저해된다는 것이 밝혀졌다. 시알산은 이들 당단백질의 비환원성 말단에 존재한다. 시알산은 케토기·글리코시드 결합에 관여하고 있으므로, 카르복시기가 유리상태에 있다. 생체 내의 pH에서는 이 카르복시기는 거의 해리하여 음전하를 가지고 있다. 이 사실이 앞에서 말한 혈구응집 작용 등 시알산의 중요한 생리적 의의를 가져온다고 여겨지고 있다.In the present invention, "sialic acids" are also referred to as sialic acid, and are particularly contained in mucin of the submandibular gland. The chemical structure is n-acetyl or n-glycol, sometimes o-acetylated, by noiramic acid, the aldol condensate of pyruvic acid and mannosamine. Hemagglutination by influenza viruses has been found to be inhibited by the glycoprotein sialic acid. Sialic acid is present at the non-reducing end of these glycoproteins. Since sialic acid is involved in keto-glycosidic bonds, the carboxyl group is in a free state. At pH in vivo, this carboxyl group dissociates almost and has a negative charge. This fact is believed to bring about the important physiological significance of sialic acid, such as hemagglutination.

시알산은 알파-갈락토시다아제의 체내 반감기에 중요한 역할을 한다. 특히 알파-갈락토시다아제에 부착되어 있는 당쇄 말단이 시알산으로 캐핑(capping)되어 있는 정도는 체내 반감기에 큰 영향을 미친다고 알려져 있다(Goochee et al. (1991) Biotechnology 9, 1347). 본 발명에서는 당단백질의 발현능력에 비하여 세포의 당쇄부가 능력이 부족한 과발현 재조합 단백질인 알파-갈락토시다아제(코드명: ISU303)에 시알산 캐핑을 증가시키는 반응공정을 확립하여 재조합 알파-갈락토시다 아제의 체내 안정성 및 활성 시알산 캐핑 및 치료 효능을 증가시켰다.Sialic acid plays an important role in the half-life of alpha-galactosidase. In particular, the degree to which the sugar chain terminal attached to alpha-galactosidase is capped with sialic acid is known to have a great influence on the half-life of the body (Goochee et al. (1991) Biotechnology 9 , 1347). In the present invention, recombinant alpha-galacto is established by establishing a reaction process for increasing sialic acid capping to alpha-galactosidase (code name: ISU303), an overexpressed recombinant protein in which the sugar chain of the cell lacks the capacity of glycoprotein. Increased body stability and active sialic acid capping and therapeutic efficacy of sidase.

구체적으로, 본 발명에 따른 당쇄 부가 공정은 유전자 재조합 방식에 의해 생산된 알파-갈락토시다아제(α-galactosidase) 1 mg 당 35 mU 이상 45 mU 이하의 알파-2,3-시알일트랜스퍼라아제(α-2,3-sialyltransferase), 35 mU 이상 45 mU 이하의 베타-1,4-갈락토실트랜스퍼라아제(β-1,4-galactosyltransferase), 15 μmol 이상 25 μmol 이하의 UDP-갈락토스(UDP-Galactose), 15 μmol 이상 25 μmol 이하의 CMP-NANA(N-acetylneuramic acid, sialic acid) 및 15 μmol 이상 25 μmol 이하의 MnCl2를 동시 처리하여 반응시키는 것을 특징으로 하는 알파-갈락토시다아제의 당쇄 부가 방법이다. Specifically, the sugar chain addition process according to the present invention is at least 35 mU and at most 45 mU of alpha-2,3-sialyltransferase per mg of alpha-galactosidase produced by genetic recombination. (α-2,3-sialyltransferase), beta-1,4-galactosyltransferase (between 35 mU and 45 mU or less), beta-1,4-galactosyltransferase (UD-1,4-galactosyltransferase) and UDP-galactose (15 or more and 25 μmol or less) Alpha-galactosidase, characterized by the simultaneous treatment of UDP-Galactose), 15 μmol or more and 25 μmol or less CMP-NANA (N-acetylneuramic acid, sialic acid) and 15 μmol or more and 25 μmol or less of MnCl 2 . Is a sugar chain addition method.

바람직하게는, 상기 본 발명에 따른 당쇄 부가 공정은 상기 처리 반응을 한 번 더 추가하여 진행하는 것을 특징으로 한다. 즉, (i) 유전자 재조합 방식에 의해 생산된 알파-갈락토시다아제(α-galactosidase) 1 mg 당 35 mU 이상 45 mU 이하의 알파-2,3-시알일트랜스퍼라아제, 35 mU 이상 45 mU 이하의 베타-1,4-갈락토실트랜스퍼라아제, 15 μmol 이상 25 μmol 이하의 UDP-갈락토스, 15 μmol 이상 25 μmol 이하의 CMP-NANA 및 15 μmol 이상 25 μmol 이하의 MnCl2를 동시 처리하여 37℃에서 1시간 이상 반응시킨 후, (ii) 상기 반응 용액에 상기한 바와 각각 동일한 농도의 알파-2,3-시알일트랜스퍼라아제, 베타-1,4-갈락토실트랜스퍼라아제, UDP-갈락토 스, CMP-NANA 및 MnCl2 를 추가 첨가하여 37℃에서 추가로 1 시간 이상 더 반응시키는 것을 특징으로 하는 알파-갈락토시다아제의 당쇄 부가 방법을 제공한다. Preferably, the sugar chain addition process according to the present invention is characterized in that it proceeds by adding the treatment reaction once more. That is, (i) more than 35 mU or more and 45 mU or less alpha-2,3-sialyltransferase, 35 mU or more and 45 mU per mg of alpha-galactosidase produced by genetic recombination. Co-treatment with up to beta-1,4-galactosyltransferase, from 15 μmol to 25 μmol UDP-galactose, from 15 μmol to 25 μmol CMP-NANA, and from 15 μmol to 25 μmol MnCl 2 After the reaction at 37 DEG C for at least 1 hour, (ii) alpha-2,3-sialyltransferase, beta-1,4-galactosyltransferase, UDP at the same concentration as described above in the reaction solution, respectively. It provides a method for adding a sugar chain of alpha-galactosidase, characterized by further adding galactose, CMP-NANA and MnCl 2 for further 1 hour or more at 37 ° C.

더욱 바람직하게, 상기 본 발명에 따른 당쇄 부가 공정은 각 단계에서 알파-갈락토시다아제(α-galactosidase) 1 mg 당 38 mU 이상 42 mU 이하의 알파-2,3-시알일트랜스퍼라아제(α-2,3-sialyltransferase), 38 mU 이상 42 mU 이하의 베타-1,4-갈락토실트랜스퍼라아제(β-1,4-galactosyltransferase), 18 μmol 이상 22 μmol 이하의 UDP-갈락토스(UDP-Galactose), 18 μmol 이상 22 μmol 이하의 CMP-NANA(N-acetylneuramic acid, sialic acid) 및 18 μmol 이상 22 μmol 이하의 MnCl2를 동시 처리하는 것을 특징으로 하는 당쇄 부가 방법이다.More preferably, the sugar chain addition process according to the present invention is at least 38 mU to 42 mU alpha-2,3-sialyltransferase (α) per mg of alpha-galactosidase at each step. -2,3-sialyltransferase), 38 mU or more, 42 mU or less beta-1,4-galactosyltransferase (β-1,4-galactosyltransferase), 18 μmol or more and 22 μmol or less UDP-galactose (UDP- Galactose), CMP-NANA (N-acetylneuramic acid, sialic acid) of 18 μmol or more and 22 μmol or less and MnCl 2 of 18 μmol or more and 22 μmol or less are simultaneously treated.

상기 각 단계의 반응은 각각 37℃에서 1 시간 이상, 바람직하게는 7-10 시간, 더욱 바람직하게는 12 시간 이상 반응시키는 것을 특징으로 한다.The reaction in each of the above steps is characterized in that for each reaction at 37 ℃ 1 hour or more, preferably 7-10 hours, more preferably 12 hours or more.

상기 본 발명에 따른 당쇄 부가 공정을 적용하기 위한 당쇄 부가가 불완전하게 일어난 재조합 인간 알파-갈락토시다아제는 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자에게 잘 알려진 임의의 유전자 재조합 방식을 통해 얻어진 재조합 인간 알파-갈락토시다아제일 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 그러한 재조합 인간 알파-갈락토시다아제를 제조하기 위하여, (i) 인간 알파-갈락토시다아제를 코딩하 는 폴리뉴클레오타이드 및 dhfr(디하이드로폴레이트 리덕테이즈: dihydrofolate reductase)을 코딩하는 폴리뉴클레오타이드를 각각 또는 함께 발현하는 발현 벡터를 dhfr 유전자가 결핍된 CHO(Chinese hamster ovary) 세포에 형질전환시킨 후, (ii) MTX(methotrexate)를 이용한 유전자 증폭을 통해 인간 알파-갈락토시다아제를고발현하는 세포주를 얻고, (iii) 상기 고발현 세포주를 배양하여 그 배양액으로부터 재조합 인간 알파-갈락토시다아제를 분리 정제하고, 이렇게 분리된 재조합 인간 알파-갈락토시다아제를 코드명 ISU303으로 명명하였다. 즉, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 이렇게 제조, 분리된 재조합 인간 알파-갈락토시다아제 ISU-303에 상기한 본 발명의 방법에 따라 당쇄를 부가하였으며, 그에 따라 당쇄가 부가된 새로운 재조합 인간 알파-갈락토시다아제(ISU-303-1)를 얻었다. 그러나, 당쇄 부가가 불완전하게 일어나 본 발명에 따른 인 비트로(in vitro) 당쇄 부가 공정을 적용하기 위한 재조합 인간 알파-갈락토시다아제의 제조 방법은 상기한 본 발명의 바람직한 실시예의 방법으로 제한되지 않으며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면, 이러한 당쇄 부가가 충분히 일어나지 않은 재조합 인간 알파-갈락토시다아제를 제조하기 위하여 당해 분야에서 공지된 다양한 방법을 적용할 수 있음을 이해할 수 있을 것이며, 이는 본원 발명의 범위에 속함이 당업자에게 자명하다.Recombinant human alpha-galactosidase, in which the sugar chain addition is incompletely applied for applying the sugar chain addition process according to the present invention, is obtained through any genetic recombination method well known to those skilled in the art. May be galactosidase. In a preferred embodiment of the invention, in order to prepare such recombinant human alpha-galactosidase, (i) polynucleotides encoding human alpha-galactosidase and dhfr (dihydrofolate reductase) ), The expression vector expressing the polynucleotides encoding each or together is transformed into CHO (Chinese hamster ovary) cells lacking the dhfr gene, and then (ii) human alpha-gal via gene amplification using MTX (methotrexate). Obtaining a cell line high expressing lactosidase, (iii) culturing the high expressing cell line to isolate and purify the recombinant human alpha-galactosidase from the culture, and code the recombinant human alpha-galactosidase thus separated. It was named ISU303. That is, in a preferred embodiment of the present invention, sugar chains were added to the recombinant human alpha-galactosidase ISU-303 thus prepared and separated according to the method of the present invention, and thus new recombinant human alpha- with sugar chains added thereto. Galactosidase (ISU-303-1) was obtained. However, the method of preparing recombinant human alpha-galactosidase for applying the in vitro sugar chain addition process according to the present invention due to incomplete sugar chain addition is not limited to the method of the preferred embodiment of the present invention described above. It will be understood by those skilled in the art that various methods known in the art can be applied to prepare recombinant human alpha-galactosidase in which such sugar chain addition has not occurred sufficiently. It is apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is included.

따라서, 본 발명은 또 하나의 양태로, 상기 제조 방법에 따라 제조되어 당쇄 말단에 보다 많은 시알산(sialic acid, N-acetylneuraminic acid)이 부가됨으로써 체내 안정성 시알산 캐핑 및 치료 효능이 증가된 알파-갈락토시다아제를 제공한다. 본원 명세서의 도 5를 참조하면, 유전자 재조합 방식에 따라 과발현 세포주에서 생산된 재조합 인간 알파-갈락토시다아제(ISU303)(도 5A)에 비하여, 이를 본 발명의 방법에 따라 당쇄를 더 부가하여 제조한 알파-갈락토시다아제(ISU303-1)(도 5B)의 당쇄 구조가 변경되었으며 보다 많은 당쇄의 부가 및 시알산 캐핑이 일어났음을 알 수 있다. 또한, 이와 같이 당쇄 부가된 ISU-303-1의 당쇄 구조는 현재 시판되고 있는 재조합 인간 알파-갈락토시다아제 제품인 파브라자임이나 레플라갈 보다 높은 시알산 함량을 가지고 있음을 확인할 수 있다(표2).Accordingly, the present invention is another embodiment, alpha- which is prepared according to the above production method to add more sialic acid (N-acetylneuraminic acid) to the sugar chain terminal to increase the stability sialic acid capping and therapeutic efficacy in the body Provides galactosidase. Referring to FIG. 5 of the present specification, compared to recombinant human alpha-galactosidase (ISU303) (FIG. 5A) produced in an overexpressing cell line according to a genetic recombination method, it is prepared by further adding a sugar chain according to the method of the present invention. It can be seen that the sugar chain structure of one alpha-galactosidase (ISU303-1) (FIG. 5B) was altered and more sugar chain addition and sialic acid capping occurred. In addition, the sugar chain structure of the sugar chain-added ISU-303-1 can be confirmed to have a higher sialic acid content than Fabrazyme or Reflagal, a recombinant human alpha-galactosidase product currently on the market (Table 2).

본 발명의 또 다른 양태에서는, 상기와 같이 당쇄 구조가 변형된 알파-갈락토시다아제를 포함하는 파브리병 치료용 조성물을 제공한다. 본 발명에 따라 표2와 같이 당쇄 부가된 알파-갈락토시다아제는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 시판되는 기존의 파브리병 치료제인 파브라자임보다 훨씬 개선된 치료 효능을 보이며 체내 안정성 또한 우수하다. In another aspect of the present invention, there is provided a composition for treating Fabry disease comprising alpha-galactosidase in which the sugar chain structure is modified as described above. As shown in Table 2, the sugar chain-added alpha-galactosidase according to the present invention, as shown in Figure 6, exhibits much improved therapeutic efficacy and commercial stability, compared to the existing Fabry disease, a commercially available Fabry disease treatment. .

본 발명의 치료용 조성물은 본 발명의 화합물 또는 이의 약제학적으로 허용가능한 염을 경구, 비경구 또는 국소 투여하기에 적합한 불활성 약제학적 담체 또는 희석제와 혼합하여 당 분야의 통상의 기술을 이용하여 다양한 제형으로 제제화할 수 있다.The therapeutic compositions of the invention may be formulated in various formulations using conventional techniques in the art, by incorporating a compound of the invention or a pharmaceutically acceptable salt thereof with an inert pharmaceutical carrier or diluent suitable for oral, parenteral or topical administration. It can be formulated as.

비경구 투여용 제형의 대표적인 것은 주사형 제형으로 등장성 수용액 또는 현탁액 이 바람직하다. 경구 투여용 제형으로는 예를 들면 정제, 캅셀제 등이 있는데, 이들 제형은 유효성분 이외에 희석제(락토스, 덱스트로스, 수크로즈, 만니톨, 솔비톨, 셀룰로스 및/또는 글리신 등), 활탁제(실리카, 탈크, 스테아르산 및 그의 마그네슘 또는 칼슘염 및/또는 폴리에틸렌 글리콜 등)를 함유할 수 있다. 정제 또는 마그네슘 알루미늄 실리케이트, 전분페이스트, 젤라틴, 트라가칸스, 메틸셀룰로스, 나트륨 카복시메틸셀룰로스 및/또는 폴리비닐피롤리딘과 같은 결합제를 함유할 수 있으며, 경우에 따라 전분, 한천, 알긴산 또는 그의 나트륨 염과 같은 붕해제 또는 비등 혼합물 및/또는 흡수제, 착색제, 향미제 및 감미제를 함유할 수 있다. Representative of parenteral formulations are injectable formulations, preferably aqueous isotonic solutions or suspensions. Formulations for oral administration include, for example, tablets, capsules, and the like, which include diluents (lactose, dextrose, sucrose, mannitol, sorbitol, cellulose and / or glycine, etc.), lubricants (silica, talc) in addition to the active ingredients. , Stearic acid and its magnesium or calcium salt and / or polyethylene glycol). Tablets or may contain binders such as magnesium aluminum silicate, starch paste, gelatin, tragacanth, methylcellulose, sodium carboxymethylcellulose and / or polyvinylpyrrolidine, optionally starch, agar, alginic acid or its sodium Disintegrating or boiling mixtures such as salts and / or absorbents, colorants, flavors and sweeteners.

투여되는 활성 화합물의 양은, 처리되는 대상, 병의 중증도, 투여방식, 성별, 의사의 처방 등 다양한 요인에 따라 변화될 수 있으며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 용이하게 그 유효량이 결정될 수 있다. 본 발명의 화합물은 파브리병의 치료를 위하여 그 목적에 따라 0.0001 내지 10 mg/kg/day를 경구 투여하거나0.1 내지 10 mg/kg의 양으로 일 단위, 주 단위, 또는 월 단위로 주사제의 형태로 투여할 수 있다.The amount of the active compound to be administered may vary depending on various factors such as the subject to be treated, the severity of the disease, the mode of administration, the sex, the doctor's prescription, etc., and the effective amount can be easily determined by those skilled in the art. Can be. The compounds of the present invention can be administered orally in the form of injections on a daily basis, weekly basis or monthly basis in an amount of 0.1 to 10 mg / kg for the purpose of treating Fabry disease. May be administered.

상기 본 발명에 따른 당쇄 부가된 알파-갈락토시다아제의 체내 안정성 및 효능에 관하여 시험한 결과, 기존의 재조합 알파-갈락토시다아제 보다 안정성 및 효능이 개선된 결과를 보였다. As a result of the test on the stability and efficacy of the sugar chain-added alpha-galactosidase according to the present invention, the stability and efficacy was improved than the conventional recombinant alpha-galactosidase.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples in accordance with the gist of the present invention. .

<실시예 1> 유전자 재조합 방식을 이용한 재조합 인간 알파-갈락토시다아제(ISU303)의 제조 Example 1 Preparation of Recombinant Human Alpha-Galactosidase (ISU303) Using Genetic Recombination Method

실시예 1-1) 알파-갈락토시다아제 발현 벡터 제조Example 1-1) Preparation of Alpha-galactosidase Expression Vector

사람의 알파-갈락토시다아제 유전자 cDNA를 얻기 위하여 섬유모세포(fibroblast , WI38 cell line)의 cDNA 라이브러리를 이용하였다. 먼저 cDNA 라이브러리를 증폭시켜 DNA를 분리정제하고 이를 사용하여 PCR을 수행하였다. Pharge DNA는 Wizard Lambda Preps DNA Purification System (Promega)를 사용하여 분리 정제하였고, 발현 플라스미드의 제작 과정에서 제반 DNA 조작 및 대장균의 형질전환 등은 Sambrook 등의 방법(Molecular Cloning, 1989, Cold Spring Harbor Laboratory Press)의 방법에 따라 수행하였다.CDNA library of fibroblast (WI38 cell line) was used to obtain human alpha-galactosidase gene cDNA. First, DNA was isolated and purified by amplifying the cDNA library and PCR was performed using the same. Pharge DNA was isolated and purified using Wizard Lambda Preps DNA Purification System (Promega) .In the process of constructing the expression plasmid, DNA manipulation and transformation of E. coli were performed by Sambrook et al. (Molecular Cloning, 1989, Cold Spring Harbor Laboratory Press). Was carried out according to the method of.

PCR 프라이머는 이미 보고된 알파-갈락토시다아제의 cDNA 염기서열(Gene Bank BC002689)을 토대로 단백질을 암호화하는 부분 전체가 합성되도록 제조하였다. 먼저 1차 PCR을 통하여 라이브러리 DNA를 주형으로 하여 알파-갈락토시다아제 유전자를 증폭하고, 2차 PCR을 통하여 발현벡터에 삽입용 NheI 및 XhoI 제한효소의 인식서열을 5'말단 및 3' 말단에 각각 도입하였다. 또한 단백질 합성을 증가시키기 위 하여 단백질 합성이 시작되는 개시 코돈의 5'상위에 Kozac 서열(GCCACC)을 포함시켰다. PCR primers were prepared such that the entirety of the protein encoding portion was synthesized based on the previously reported cDNA sequence of alpha-galactosidase (Gene Bank BC002689). First, amplify the alpha-galactosidase gene using the library DNA as a template by the first PCR, and recognize the recognition sequences of NheI and XhoI restriction enzyme for insertion into the expression vector by the second PCR at the 5 'and 3' ends. Each was introduced. In addition, to increase protein synthesis, the Kozac sequence (GCCACC) was included 5 'above the start codon at which protein synthesis begins.

1차 PCR Primer 1 : 5'-TCCGG TCACC GTGAC AATGC AGC-3' (서열번호-1)1st PCR Primer 1: 5'-TCCGG TCACC GTGAC AATGC AGC-3 '(SEQ ID NO-1)

Primer 2 : 5'-GTCTT TTAAT GACAT CTGCA TAGTC C-3' (서열번호-2)         Primer 2: 5'-GTCTT TTAAT GACAT CTGCA TAGTC C-3 '(SEQ ID NO-2)

2차 PCR Primer 3 : 5'-CTA GCT AGC CAC CAT GCA GCT GAG GAA CCC AG-3' (서열번호-3)2nd PCR Primer 3: 5'-CTA GCT AGC CAC CAT GCA GCT GAG GAA CCC AG-3 '(SEQ ID NO-3)

Primer 4 : 5'-CCG CTC GAG TTA AAG TAA GTC TTT TAA TG-3' (서열번호-4)         Primer 4: 5'-CCG CTC GAG TTA AAG TAA GTC TTT TAA TG-3 '(SEQ ID NO-4)

2차 PCR 산물을 NheI과 XhoI 제한효소로 처리하고 아가로스젤 전기영동을 거쳐 DNA 단편을 정제한 후, NheI과 XhoI 제한효소로 개환한 pMSG벡터(대한민국 특허출원 10-2000-0043996, PCT 출원 PCT/KR01/01285)와 접합하여 재조합 인간 알파-갈락토시다아제 발현 벡터 pMSG-α-gal을 얻었다(도 1 참조).The second PCR product was treated with NheI and XhoI restriction enzymes, purified by DNA fragments through agarose gel electrophoresis, and then pMSG vector (opened by NheI and XhoI restriction enzymes) (Korean Patent Application No. 10-2000-0043996, PCT application PCT / KR01 / 01285) to obtain a recombinant human alpha-galactosidase expression vector pMSG-α-gal (see FIG. 1).

25℃에서 2시간 동안 라이게이션(ligation) 반응시킨 다음 대장균 JM109에 형질전환시켰다. 형질전환제는 X-gal이 포함된 LB 배지에 평판 배양하여 흰색을 띠는 콜로니를 선별하였다. 염기서열 분석을 통하여 사람의 알파-갈락토시다아제 cDNA가 올바르게 클로닝 되었음을 확인하였다.After ligation for 2 hours at 25 ° C., E. coli JM109 was transformed. The transformants were plated in LB medium containing X-gal to select white colonies. Sequencing confirmed that human alpha-galactosidase cDNA was cloned correctly.

실시예 1-2) 알파-갈락토시다아제 고발현 세포주 구축Example 1-2 Alpha-galactosidase High Expression Cell Line Construction

디하이드로폴레이트 리덕테이즈 효소를 코딩하는 유전자가 결핍된 CHO 세 포(CHO/DHFR-(DG44), 출처 Dr. Lawrence Chasin, columbia University)를 숙주세포로 하여 2ug의 재조합 플라스미스(pMSG-α-gal), 16 ng의 pDCHIP(DHFR 유전자를 가지고 있는 플라스미드)와 5.3 ul의 Dosper(Roche)를 첨가해 형질전환시켰다. 형질전환에 대한 전반 과정은 Dosper(Roche) 프로토콜에 따라 진행하였다.2ug recombinant plasmid (pMSG-α) using CHO cells (CHO / DHFR- (DG44), source Dr. Lawrence Chasin, columbia University) lacking the gene encoding the dihydrofolate reductase enzyme as a host cell -gal), 16 ng of pDCHIP (plasmid with DHFR gene) and 5.3 ul of Dosper (Roche) were added for transformation. The overall process for transformation was done according to the Dosper (Roche) protocol.

2일 후 형질전환된 세포들을 6 웰 플레이트(well plate)에 접종하고(6~7X105 cells/well), α-MEM(w/o)+10% dFBS 배지를 사용하여 배양함으로써 초기 적응된 세포주를 얻었다. 또한, 발현량 증폭을 위해 배지의 MTX(methotrexate) 농도를 초기 10 nM 부터 1 uM 까지 증가시킴으로써 적응 세포주를 선별하였고, 효소활성 측정법을 통해 발현량을 측정하였다. 발현 효율이 높은 단일 세포주 선별을 위하여 한계희석법(limiting dilution)으로 96 웰 플레이트에서 0.5 cell/well의 농도로 분주, 배양함으로써 단일 클론을 분리하였고, 효소활성 측정법을 통해 고생산성 클론을 선별하였다. 본 과정을 통하여 선별된 클론의 생산성은 150mg/L/day 이상으로 기존 치료제인 파브라자임의 5배 이상의 높은 생산성을 가지고, 선행특허(EP01020528)에 개시된 세포주 보다 30배 이상의 높은 생산성을 가졌다.After 2 days the transformed cells were initially inoculated into 6 well plates (6-7 × 10 5 cells / well) and incubated with α-MEM (w / o) + 10% dFBS medium to initially adapt cell lines. Got. In addition, adaptive cell lines were selected by increasing the concentration of MTX (methotrexate) in the medium from the initial 10 nM to 1 uM to amplify the expression level, and the expression level was measured by enzyme activity measurement. In order to select single cell lines with high expression efficiency, single clones were isolated by culturing at 0.5 cell / well in 96 well plates by limiting dilution, and high productivity clones were selected by enzyme activity assay. The productivity of the clones selected through this procedure was 150 mg / L / day or more, more than five times higher than that of the existing therapeutic drug, pabrazyme, and more than 30 times higher than the cell lines disclosed in the prior patent (EP01020528).

실시예 1-3) 알파-갈락토시다아제 정제Example 1-3) Alpha-Galactosidase Purification

알파-갈락토시다아제가 발현된 배양액에서 세포 부스러기(cell debris)및 불순물을 제거하기 위하여 원심분리를 한 후, 0.45um 필터로 여과하여 불용성 입자(insoluble particles)를 제거하였다. 회수된 용액을 UF 시스템을 사용하여 완충 용액교환(buffer change)을 하면서 농축하여 음이온교환크로마토그래피 컬럼을 사용하여 정제할 시료를 준비하였다.After centrifugation to remove cell debris and impurities in the culture medium with alpha-galactosidase, the insoluble particles were removed by filtration with a 0.45 um filter. The recovered solution was concentrated with buffer change using the UF system to prepare a sample to be purified using an anion exchange chromatography column.

음이온교환크로마토그래피 방법을 사용하여 알파-갈락토시다아제를 컬럼에 흡착시켜 배지(media)에 포함되어 있는 성분과 불순물 및 발열원(pyrogen) 등을 제거하고, NaCl 구배용리(gradient elution)를 시켜 알파-갈락토시다아제를 분리하였다. 그 다음 연마단계(polishing step)로 소수성 크로마토그래피 컬럼을 이용하여 HCP, HCD 등 불순물을 제거하여 고순도의 알파-갈락토시다아제를 분리 정제하고, 양이온교환 크로마토그래피 컬럼으로 통과(flow through) 방법을 사용하여 추가 정제를 실시하여 실험에 적합한 고순도의 알파-갈락토시다아제를 분리 정제하였다. 마지막으로 젤여과 크로마토그래피 컬럼으로 중합체(multimer)와 단편(fragments) 등을 제거하여 최종 정제 원액을 분리 정제한 후, 원하는 농도의 원액으로 만들기 위하여 UF-시스템을 사용하여 포뮬레이션 완충용액(formulation buffer)으로 교환하고, 농축하여 최종 알파-갈락토시다아제 원액을 만들었다.Alpha-galactosidase is adsorbed on the column using anion exchange chromatography to remove components, impurities, pyrogen, etc. contained in the media, and NaCl gradient elution -Galactosidase was isolated. In the polishing step, HCP, HCD and other impurities are removed using a hydrophobic chromatography column to separate and purify high-purity alpha-galactosidase, and a flow through method is performed through a cation exchange chromatography column. Further purification was carried out to separate and purify high purity alpha-galactosidase suitable for the experiment. Finally, the final purification stock solution is separated and purified using a gel filtration chromatography column to remove the polymers and fragments, and then the formulation buffer is prepared using the UF-system to produce the desired concentration stock solution. ) And concentrated to form the final alpha-galactosidase stock solution.

<실시예 2> 파브라자임(Fabrazyme)과 ISU303 의 등정점 및 분자량 비교Example 2 Comparison of Isometric and Molecular Weights of Fabrazyme and ISU303

현재까지 보고된 알파-갈락토시다아제 생산 세포주들보다 5 배 이상의 높은 생산성을 지닌 실시예 1-2)의 세포주로부터 얻어진 실시예 1-3)의 알파-갈락토시다아제(ISU303)와 파브라자임(젠자임, 미국)의 등정점 및 분자량을 비교하기 위하여 IEF(Isoelectrofocusing), SDS-PAGE 및 2D 젤 전기영동 실험을 수행하였다. SDS- PAGE는 선행방법(Molecular Cloning, 1989, Cold Spring Harbor Laboratory Press)에 따라 수행하였다. Alpha-galactosidase (ISU303) and Fabra of Examples 1-3) obtained from the cell lines of Examples 1-2) which are five times more productive than alpha-galactosidase producing cell lines reported to date. Isoelectrofocusing (IEF), SDS-PAGE and 2D gel electrophoresis experiments were performed to compare the peaks and molecular weights of Zymeim (Zenzyme, USA). SDS-PAGE was performed according to the preceding method (Molecular Cloning, 1989, Cold Spring Harbor Laboratory Press).

ISU303의 등정점 측정을 위한 IEF를 수행하여, 5 내지 10 ug의 단백질을 IEF 젤(Invitrogen)에 로딩한 후, 처음 1 시간은 100 V, 그 다음 1 시간은 200 V, 마지막 30 분은 500 V의 전압을 걸었다. IEF가 끝난 젤은 12% TCA 용액을 사용하여 단백질을 고정한 후 쿠마시 블루(Coomassie Blue) 용액을 사용하여 염색하고, 메탄올과 초산 혼합 용액으로 탈염색하여 단백질 밴드를 확인하였다(도 2A). After performing IEF for isotopic determination of ISU303, 5-10 ug of protein was loaded into an IEF gel (Invitrogen), followed by 100 V for the first hour, then 200 V for the first hour, and 500 V for the last 30 minutes. I put the voltage on. The IEF finished gel was fixed with protein using 12% TCA solution, stained using Coomassie Blue solution, and destained with methanol and acetic acid mixed solution to identify protein bands ( FIG. 2A ).

등정점과 분자량을 함께 비교하기 위한 2D 젤 전기영동 실험은 아래와 같은 방법으로 수행하였다. 약 30 ug의 단백질을 동결건조한 후 리하이드레이션(rehydration) 버퍼(8 M Urea, 2% CHAPS, 0.01% 브로모 페놀 블루, 0.28% DTT) 350 ul에 녹이고, 여기에 IPG(Immobilized pH gradient) 버퍼 pH 3-10(Amersham Biosciences) 5 ul를 첨가하여 홀더에 넣었다. 그 위에 IPG immobiline DryStrip(pH 3-10 또는 3-7)을 기포가 생기지 않도록 얹고, 오일을 떨어뜨린 후 덮개를 덮는다. 제작된 홀더를 Ettan IPGphor 시스템(Amersham Biosciences)에 올려 놓고 20℃ 에서 12 시간 동안 리하이드레이션을하고, 200 V 1시간, 500 V 1 시간, 100 V 1 시간, 8,000 V에서 80,000 V로 전압을 올리면서 포커싱되도록 하였으며, 최종적으로는 한 개의 스트립 당 최대 50 uA가 걸리도록 하였다. Isoelectrofocusing이 끝난 스트립을 첫번째 버퍼(50 mM Tris-HCl pH 8.8, 6 M Urea, 30 % 글리세롤, 2 % SDS, 브로모 페놀 블루, 1 % DTT)와 두번째 버퍼(50 mM Tris-HCl pH8.8, 6 M Urea, 30 % 글리세롤, 2 % SDS, 브로모 페놀 블루, 2.5 % iodoacetamide)에서 각각 15분간 평 형(equilibration)시킨 후 12 % SDS-폴리아크릴아미드 젤(200·200·1.5 mm) 위에 올렸다. 그리고, 1 % 아가로스로 그 위를 덮고 200 V로 약 5 시간 동안 전기영동을 수행한 후, 쿠마시 브릴리언트 블루(Coomassie Brilliant Blue) 혹은 실버 나이트레이트로 염색하였다.2D gel electrophoresis experiment for comparing the peak and the molecular weight was performed by the following method. After lyophilization of about 30 ug of protein, it is dissolved in 350 ul of rehydration buffer (8 M Urea, 2% CHAPS, 0.01% bromo phenol blue, 0.28% DTT), which is immobilized pH gradient (IPG) buffer. 5 ul of pH 3-10 (Amersham Biosciences) was added and placed in the holder. Place IPG immobiline DryStrip (pH 3-10 or 3-7) on top of it without bubbles, drop the oil and cover it. The prepared holder was placed on an Ettan IPGphor system (Amersham Biosciences) and rehydrated at 20 ° C. for 12 hours, and the voltage was increased from 200 V 1 hour, 500 V 1 hour, 100 V 1 hour, and 8,000 V to 80,000 V. In the end, it takes up to 50 uA per strip. Isoelectrofocusing strips were treated with first buffer (50 mM Tris-HCl pH 8.8, 6 M Urea, 30% glycerol, 2% SDS, bromophenol blue, 1% DTT) and second buffer (50 mM Tris-HCl pH8.8, Equilibration in 6 M Urea, 30% Glycerol, 2% SDS, Bromophenol Blue, 2.5% iodoacetamide for 15 minutes and then placed on 12% SDS-polyacrylamide gel (200, 200, 1.5 mm) . Then, electrophoresis was performed at 200 V for about 5 hours, and then stained with Coomassie Brilliant Blue or silver nitrate.

CHO에서 고발현한 알파-갈락토시다아제 ISU303은 기존의 파브라자임(Fabrazyme)과 비교할 때 조금 적은 분자량을 가졌다(도 2B). 부착된 N-연결 당쇄를 절단하는 PNGase F(peptide:N-glycanse F)를 처리한(PNGase F 반응 조건은 뉴잉글랜드 바이오랩 사에서 함께 제공한 매뉴얼을 따라 수행) 후 비교하면, 같은 크기로 나타나 분자량의 차이가 부착된 당쇄의 차이로부터 기인하는 것으로 확인되었다. 또한, 파브라자임은 pI가 5.0에서 3.5까지 산성 영역에 위치하는 반면 ISU303은 3가지 배양 조건을 테스한 결과 모두 pI가 5.5에서 4.0까지 보다 중성 영역에 위치하였다. 이러한 차이는 ISU303의 경우 단백질의 과발현에 의하여 시알산 등의 당쇄 부가가 완전히 이루어지 못했기 때문인 것으로 판단된다(도 2A).Alpha-galactosidase ISU303, which is highly expressed in CHO, had a slightly lower molecular weight when compared to conventional Fabrazyme ( FIG. 2B ). PNGase F (peptide: N-glycanse F) cleavage of attached N-linked sugar chains (PNGase F reaction conditions were carried out according to the manual provided by New England Biolabs) and compared to the same size. It was confirmed that the difference in molecular weight is due to the difference in attached sugar chains. In addition, pabrazyme was located in the acidic region from pi to 5.0 to 3.5, while ISU303 was located in the neutral region from pI to 5.5 to 4.0 in all three culture conditions. This difference is judged to be due to the inability of sugar chains such as sialic acid to be completely made due to overexpression of proteins in the case of ISU303 ( FIG. 2A ).

<실시예 3> 당쇄 부가 반응 조건 탐색<Example 3> Searching for sugar chain addition reaction conditions

실시예 1에서 생산된 알파-갈락토시다아제(ISU303)의 당 함량을 조절하기 위해 시험관 내에서 당쇄 부가 반응을 수행하였다.A sugar chain addition reaction was performed in vitro to control the sugar content of the alpha-galactosidase (ISU303) produced in Example 1.

먼저, 최적의 시알산 부가 조건을 탐색하기 위해 다양한 조건에서 시알산과 갈락토스 부가 반응을 수행한 후, 실시예 2와 같이 Isoelectrofocusing, SDS-PAGE 및 2D 젤 전기영동법 등을 수행하여 당쇄 부가 정도를 확인하였다(도 3-4). 당쇄 부가 반응 용액으로 50 mM MES 버퍼(pH 6.4)를 사용하였으며, 이를 위하여 ISU303을 밀리포어(Millipore) 사의 YM-10 멤브레인을 이용하여 50 mM MES 버퍼(pH 6.4)로 교환하여 사용하였다. 1 ml의 반응 용액에 0.5 mg의 단백질을 넣고, 10 mU/ul 베타-1,4-갈락토실트랜스퍼라아제(beta-1,4-galactosyltransferase, GT), 0.5 mU/ul alpha-2,3-sialylltransferase(ST)의 당쇄부가 효소와 2 mM UDP-갈락토스(UDP-galactose), 2 mM CMP-NANA(N-acetylneuraminic acid, sialic acid)의 당전구체 및 2 mM MnCl2의 코팩터 (cofactor)를 표 1에 기술된 최종량이 되도록 넣어 37℃에서 12 시간씩 2 번 반응시켜 총 24 시간 동안 반응시켰다.First, the sialic acid and galactose addition reactions were performed under various conditions in order to search for the optimal sialic acid addition condition, and then the degree of sugar chain addition was confirmed by performing Isoelectrofocusing, SDS-PAGE and 2D gel electrophoresis as in Example 2. ( FIG. 3-4 ). 50 mM MES buffer (pH 6.4) was used as the sugar chain addition reaction solution. For this purpose, ISU303 was exchanged with 50 mM MES buffer (pH 6.4) using a YM-10 membrane manufactured by Millipore. 0.5 mg of protein was added to 1 ml of reaction solution, 10 mU / ul beta-1,4-galactosyltransferase (GT), 0.5 mU / ul alpha-2,3 The sugar chain portion of -sialylltransferase (ST) was added to the enzyme, 2 mM UDP-galactose, 2 mM CMP-NANA (N-acetylneuraminic acid, sialic acid), and a cofactor of 2 mM MnCl 2 . The final amount described in Table 1 was added and reacted twice for 12 hours at 37 ° C. for a total of 24 hours.

[표 1] 시알산 및 갈락토스 부가 효소 반응 조건에 관한 것이다. Table 1 shows Sialic acid and galactose addition enzyme reaction conditions.

반응조건Reaction condition 첫 번째 반응 (12 시간)First reaction (12 hours) 두번째 반응 (12 시간)Second reaction (12 hours) GT (mU)GT (mU) UDP- Galactose (umol)UDP- Galactose (umol) ST (mU)ST (mU) CMP- NANA (umol)CMP- NANA (umol) MnCl2 (umol)MnCl 2 (umol) GT (mU)GT (mU) UDP- Galactose (umol)UDP- Galactose (umol) ST (mU)  ST (mU) CMP- NANA (umol)CMP- NANA (umol) MnCl2 (umol)MnCl 2 (umol) 시알산화 (Sialylation)Sialylation -- -- 1010 55 55 -- -- 1010 55 55 연속순차 (Sequential)Sequential 2020 1010 -- -- 55 -- -- 2020 1010 55 조합 (Combined)Combined 10 10 55 1010 55 55 1010 55 1010 55 55 2배 시알산화 (2x Sialylation)2x Sialylation -- -- 2020 1010 1010 -- -- 2020 1010 1010 2배 조합 (2x Combined)2x Combined 2020 1010 2020 1010 1010 2020 1010 2020 1010 1010

다양한 반응들을 시뮬레이션하기 위해 상기 표 1에서와 같은 5 가지 반응 조건을 선정하였다. 우선, 첫 번째 시알산화(Sialylation) 반응 조건은 시알산 부가효소인 알파-2,3-시알일트랜스퍼라아제(alpha-2,3-sialylltransferase)와 기질인 시알산 전구체 CMP-NANA를 넣어 12 시간 동안 반응시키고, 소진된 효소와 기질을 보충하기 위해 추가로 알파-2,3-시알일트랜스퍼라아제와 CMP-NANA를 넣고 다시 12 시간 동안 반응시켜 총 24 시간 동안 반응을 시키는 조건이다. Five reaction conditions were selected as in Table 1 to simulate various reactions. First, Sialylation reaction conditions were 12 hours with sialic acid addition enzyme alpha-2,3-sialylltransferase and sialic acid precursor CMP-NANA as substrate. In order to replenish the spent enzyme and substrate, additional alpha-2,3-sialyltransferase and CMP-NANA are added and reacted for 12 hours to react for a total of 24 hours.

두 번째, 연속순차(Sequential) 반응 조건은 먼저 12 시간 동안 갈락토스 부가효소인 베타-1,4-갈락토실트랜스퍼라아제(beta-1,4-galactosyltransferase)와 UDP-갈락토스를 이용하여 N-아세틸글루코자민으로 끝나있는 당쇄들에 갈락토스를 부가한 후, 다시 시알산 부가 효소인 알파-2,3-시알일트랜스퍼라아제와 CMP-시알일트랜스퍼라아제(CMP-sialylltransferase)를 넣고 12 시간 동안 반응시켜 갈락토스로 끝나 있는 모든 당쇄들에 시알산을 캐핑하는 반응 조건이다. Second, the sequential reaction conditions were first treated with N-acetyl using galactose addition enzymes beta-1,4-galactosyltransferase and UDP-galactose for 12 hours. After adding galactose to sugar chains terminated with glucosamine, reaction was performed for 12 hours with sialic acid addition enzymes alpha-2,3-sialyltransferase and CMP-sialylltransferase. This is a reaction condition for capping sialic acid to all sugar chains ending with galactose.

세 번째, 조합(combined) 반응 조건은 갈락토스 부가와 시알산 부가를 동시에 하는 조건으로서, 베타-1,4-갈락토실트랜스퍼라아제와 알파-2,3-시알일트랜스퍼라아제 및 UDP-갈락토스와 CMP-NANA를 동시에 넣어 갈락토스 부가 반응과 시알산 부가 반응이 동시에 일어나도록 하는 조건이며, 12 시간 반응 후 동일한 효소와 기질을 넣고 다시 12 시간 동안 반응시키는 조건이다. Third, the combined reaction condition is a condition for adding galactose and sialic acid at the same time, beta-1,4-galactosyltransferase, alpha-2,3-sialyltransferase and UDP-galactose. It is a condition that the galactose addition reaction and the sialic acid addition reaction occur at the same time by putting CMP-NANA at the same time, and reacting for 12 hours after adding the same enzyme and substrate after 12 hours.

네 번째와 다섯 번째, 2배 시알산화 반응 및 2배 조합반응 조건은 각각 시알산화 조건과 조합반응 조건에 효소와 기질을 2 배씩 넣어 보다 과량으로 공급한 상태에서 반응을 수행하는 조건이다. 상기 모든 반응 조건들에서, 코팩터인 MnCl2도 충분한 양을 넣기 위하여 12 시간 반응 후 다시 동일한 양을 넣어 주었다(도 4A 및 4B).Fourth and fifth, two-time sial oxidation reaction and two-time combination reaction conditions are the conditions under which the reaction is carried out in a state in which excess amounts of enzyme and substrate are added to the sial oxidation conditions and the combination reaction conditions, respectively. Under all the reaction conditions, the same amount was added again after 12 hours reaction to add a sufficient amount of cofactor MnCl 2 ( FIGS. 4A and 4B ).

상기 표 1과 같은 다양한 조건에서 반응을 수행한 결과, 효소와 기질을 과량으로 넣어준 상태에서 갈락토스와 시알산 부가 반응을 동시에 수행하는 2배 조합반응 조건이 시알산 부가가 가장 많이 일어나는 최적의 조건임을 알 수 있었다(도 3 및 도 4A). 2배 조합반응 조건에서 분자량은 제일 컸고 pI 값도 제일 낮아서(pI 5 이하), 기존의 파브라자임과 동등한 정도로 시알산이 부가된 것을 확인할 수 있었다. 최적의 조건으로 밝혀진 2배 조합반응 조건에서 시간을 달리하여 반응을 수행한 결과, 1 시간 반응 후 동일한 양의 효소와 기질을 넣고 1 시간 동안 추가 반응하여 총 2시간 이상 반응하면 파브라자임과 동등한 정도로 시알산 부가가 일어남을 알 수 있었다(도 4B). 시알산 부가가 충분히 일어난 당쇄변이체 알파-갈락토시다아제를 ISU303-1으로 명명하였으며, SDS-PAGE와 2DE 방법들을 통해 ISU303-1은 ISU303보다 분자량이 증가하고 pI 값이 감소하여 파브라자임과 유사한 정도의 분자량과 pI 값을 갖는 것을 확인할 수 있었다(도 5). Bio-LC를 이용하여 NANA와 갈락토스의 양을 비교한 결과, ISU303-1은 ISU303 대비하여 NANA의 함량이 2.3배 수준으로 증가한 것을 확인하고, NANA와 갈락토스의 비율이 거의 1에 가까운 값을 가지는 것을 확인할 수 있었다(표 2).As a result of carrying out the reaction under various conditions as shown in Table 1 , the optimum condition under which the sialic acid addition occurs most frequently is a two-fold combination reaction condition in which galactose and sialic acid addition reactions are simultaneously performed in a state in which an enzyme and a substrate are added in excess. It was found that ( Fig. 3 and 4A ). Molecular weight was the highest in the two-fold combination reaction conditions and pI value was also the lowest (pI 5 or less), it was confirmed that the sialic acid added to the same degree as the conventional fabrazyme. As a result of the reactions performed at different times under the two-fold combination reaction conditions found to be optimal, after one hour of reaction, the same amount of enzyme and substrate were added, followed by an additional reaction for one hour, which was equivalent to Fabrazyme. It was found that sialic acid addition occurred to an extent ( FIG. 4B ). The sugar chain variant alpha-galactosidase with sufficient sialic acid addition was named ISU303-1. ISU303-1, similar to fabrazyme, has increased molecular weight and reduced pI value than ISU303 through SDS-PAGE and 2DE methods. It was confirmed that the molecular weight and pI value of the degree ( Fig. 5 ). As a result of comparing the amount of NANA and galactose by using Bio-LC, it was confirmed that the content of NANA increased 2.3 times compared to ISU303, and that the ratio of NANA and galactose was nearly 1 It could be confirmed ( Table 2 ).

[표 2] 는 Bio-LC를 이용한 NANA 및 갈락토스 함량 분석에 관한 것이다. Table 2 relates to NANA and galactose content analysis using Bio-LC.

AGA 분자당 함량 (Mol ratio)Mol ratio per AGA molecule NANA/갈락토스 비율NANA / galactose ratio NANANANA 갈락토스Galactose 파브라자임* Fabrazyme * 7.0ㅁ1.07.0 8.0ㅁ0.48.0 0.880.88 레프라갈* Repragal * 6.9ㅁ0.66.9 W0.6 12.2ㅁ1.012.2 0.560.56 ISU303ISU303 2.7ㅁ0.52.7 W0.5 5.3ㅁ0.65.3 0.510.51 ISU303-1ISU303-1 6.2ㅁ0.86.2 5.7ㅁ1.05.7 W1.0 1.091.09

* 선행문헌 데이터 (Karen et al. (2003) Glycobiology 13, 305)* Literature data (Karen et al. (2003) Glycobiology 13, 305)

<실시예 4> 당쇄변이체의 당쇄 프로파일 분석Example 4 Analysis of Sugar Chain Profiles of Sugar Chain Variants

실시예 3에서 얻어진 ISU303-1의 당쇄를 경쟁사 제품인 파브라자임 및 당쇄 부가 반응 전의 단백질인 ISU303의 당쇄와 비교하기 위해 당쇄를 분리하여 MALDI-TOF를 이용한 당쇄 프로파일 구조 분석을 수행하였다.In order to compare the sugar chains of ISU303-1 obtained in Example 3 with the sugar chains of ISU303, which is a protein before the competitor's fabrazyme and the sugar chain addition reaction, sugar chains were separated and a sugar chain profile structure analysis using MALDI-TOF was performed.

우선, 당쇄를 얻기 위하여, 당단백질을 변성 완충용액(denaturation buffer,5 % SDS, 10 % β-mercaptoethanol)과 섞어 100 ℃에서 10 분간 끓이고, 상온으로 식힌 후 최종 0.05 M 인산 나트륨(Sodium Phosphate , pH 7.5)과 1 % NP-40이 되도록 맞추어 37℃에서 16 시간 PNGase F를 넣어 반응시켰다. 이렇게 절단된 당쇄는 150 mg의 PGC 컬럼(Alltech Associates, Deerfield, IL)을 사용하여 정제하였다. 이 컬럼은 1 M NaOH, 탈염수(deionized water), 80 %(v/v) 아세토니트릴(acetonitrile)/0.10 %(v/v) 트리플로아세트 산(trifluoroacetic acid, TFA), 25 %(v/v) 아세토니트릴/0.05 %(v/v) TFA, 25 %(v/v) 아세토니트릴, 및 탈염수(deionized water) 순으로 2 ml 씩 3 차례 전세척(prewashing) 후에, 25 % 아세토니트릴, 0.075 % TFA로 글리칸(glycans)을 분리(elution)하였다(Urs et. al). PGC 컬럼을 이용하여 정제된 당쇄는 SpeedVac 증발기(evaporator)로 건조시켰다. 건조된 당쇄에 무수(anhydrous) DMSO와 메틸 요오드화물(methyl iodide)을 각각 50 μl와 10 μl 첨가한 후 잘 섞어 상온에서 2 시간 방치한 후, 100 μl의 무수(anhydrous) DMSO을 섞었다. 이 시료를 SpeedVac 증발기(evaporator)로 건조시켜 (약 6 시간 소요) MALDI-TOF 분석을 수행하였다. First, to obtain a sugar chain, the glycoprotein is mixed with denaturation buffer (5% SDS, 10% β-mercaptoethanol), boiled at 100 ° C. for 10 minutes, cooled to room temperature, and finally 0.05 M sodium phosphate (pH). 7.5) and 1% NP-40 were added and reacted with PNGase F for 16 hours at 37 ° C. This cleaved sugar chain was purified using 150 mg PGC column (Alltech Associates, Deerfield, IL). This column contains 1 M NaOH, deionized water, 80% (v / v) acetonitrile / 0.10% (v / v) trifluoroacetic acid (TFA), 25% (v / v) ) Acetonitrile / 0.05% (v / v) TFA, 25% (v / v) acetonitrile, and 3 ml of pre-washing 2 ml each in deionized water, 25% acetonitrile, 0.075% Glycans were isolated by TFA (Urs et. Al). Sugar chains purified using a PGC column were dried with a SpeedVac evaporator. 50 μl and 10 μl of anhydrous DMSO and methyl iodide were added to the dried sugar chains, and then mixed well. The mixture was left at room temperature for 2 hours, and then mixed with 100 μl of anhydrous DMSO. This sample was dried with a SpeedVac evaporator (takes about 6 hours) to perform MALDI-TOF analysis.

시알산이 부가된 당쇄의 프로파일링 분석을 위해서는 상기와 같이 준비된 당쇄에 메틸에스터피케이션(metylesterfication) 또는 극메틸화(permethylation)반응을 수행하였다. 메틸에스터피케이션(Methylesterficatioin)을 위해 건조된 당쇄에 무수 DMSO와 메틸 요오드화물을 각각 50 μl와 10 μl 첨가한 후 잘 섞어 상온에서 2 시간 방치한 후, 100 μl의 무수 DMSO을 섞었다. 이 시료를 SpeedVac 증발기로 건조시켜(약 6 시간 소요) MALDI-TOF 분석을 수행하였다. 극메틸화를 위해서는, 먼저 무수 DMSO 4 ml에 NaOH 1g을 첨가하여 잘 섞어 흐린(cloudy) 상태가 되도록 준비하였다. 이를 건조된 당쇄에 2 내지 100 μl을 첨가하여 잘 섞고, 상온에서 30 분간 방치하였다(이 때, 간헐적으로 votexing을 수행하였다). 1.5 배의 CH3I를 첨가하여 동일한 방법으로 상온에서 1 시간 방치하고, 다시 동량의 DMSO/NaOH와 CH3I를 첨가하여 상온에서 1 시간 더 방치하였다. 그리고 5 배의 부피에 해당하는 CHCl3을 첨가하고, 2배 부피의 증류수를 이용하여 세척하였다. 염기성을 없애기 위해 증류수 세척을 반복해서 수행하고, 마지막으로 유기용매 층을 건조시켜 MALDI-TOF 분석을 수행하였다.For profiling analysis of sugar chains to which sialic acid was added, methylesterfication or permethylation reaction was performed on the sugar chains prepared as described above. 50 μl and 10 μl of anhydrous DMSO and methyl iodide were added to the dried sugar chains for methylesterfication, and then mixed well and left at room temperature for 2 hours, followed by mixing 100 μl of anhydrous DMSO. This sample was dried on a SpeedVac evaporator (takes about 6 hours) to perform MALDI-TOF analysis. For polar methylation, first, NaOH 1g was added to 4 ml of anhydrous DMSO, and the mixture was prepared to be cloudy. 2-100 μl was added to the dried sugar chains, mixed well, and allowed to stand at room temperature for 30 minutes (at this time, votexing was performed intermittently). 1.5 times of CH 3 I was added and left at room temperature for 1 hour in the same manner, and the same amount of DMSO / NaOH and CH 3 I were further added and left at room temperature for 1 hour. And CHCl 3 corresponding to 5 times the volume was added, and washed with 2 times the volume of distilled water. Distilled water washing was repeated to remove basicity, and finally, the organic solvent layer was dried to perform MALDI-TOF analysis.

MALDI-TOF을 이용한 당쇄 프로파일링을 위해서는 DHB(2,5-dihydroxybenzoic acid)와 6ATT(6-aza-2-thiothymine)의 두 매트릭스를 25% 아세토니트릴, 0.1% TFA로 포화 용액을 만들어 1 대 1의 비율로 섞어 준비하였다. 건조된 당쇄를 위와 동일한 용액으로 녹인 후, 준비된 매트릭스 용액과 1 대 1 의 비율로 섞어 준비하였다. 이때, TFA를 첨가함으써 시료와 매트릭스가 크리스탈을 형성하는 동안 산성 pH를 유지하도록 하였다. 준비된 시료를 타겟(target)에 올려 건조시킨 후 Microflex TOF (Bruker Daltonik GmbH. Bremen, Gemany)을 이용하여 분석하였다. For sugar chain profiling using MALDI-TOF, two matrices of DHB (2,5-dihydroxybenzoic acid) and 6ATT (6-aza-2-thiothymine) were saturated with 25% acetonitrile and 0.1% TFA, creating a 1: 1 solution. The mixture was prepared at the ratio of. The dried sugar chains were dissolved in the same solution as above, and then mixed with the prepared matrix solution in a ratio of 1 to 1 to prepare. At this time, TFA was added to maintain the acidic pH during the crystal formation of the sample and the matrix. The prepared samples were placed on a target and dried and analyzed using Microflex TOF (Bruker Daltonik GmbH. Bremen, Gemany).

MALDI-TOF을 이용한 당쇄 프로파일링 분석 결과, 경쟁사 제품인 파브라자임과 비교하여 ISU303은 시알산이 부가된 바이안테나리(biantennary) 및 트리안테나리(triantennary)의 당쇄들이 부족하나, 시알산이 충분히 부가된 당쇄 변이체인 ISU303-1은 파브라자임과 마찬가지로 시알산이 부가된 바이안테나리(biantennary) 및 트리안테나리(triantennary)의 당쇄 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다(도 6).According to the sugar chain profiling analysis using MALDI-TOF, ISU303 lacks biantenary and triantennary added sugar chains compared to its competitor, Pabrazyme, but has sufficient added sialic acid. It was confirmed that the variant ISU303-1 had a sugar chain structure of biantennary and triantennary to which sialic acid was added, similar to fabrazyme ( FIG. 6 ).

<실시예 5> ISU303-1의 효능 확인Example 5 Confirmation of Efficacy of ISU303-1

실시예 3에서 얻어진 ISU303-1의 파브리병 치료 효과를 확인하기 위해 파브리병 질환에 대한 동물 모델로서 미국 NIH의 Dr. Roscoe O. Brandy 팀에 의해 개발된 알파-갈락토시다아제 넉아웃 마우스(knockout mouse, 파브리 마우스)를 사용하였다(Ohshima et al., PNAS. 18, 2540-4, 1997). 파브리 마우스에 재조합 알파-갈락토시다아제를 투여한 후, 알파-갈락토시다아제 효소 투여에 의해 생체 내 세라마이드 트리헥소시드(ceramide trihexoside, CTH)의 잔존량이 감소하는지를 확인하고, 주요 조직별로 알파-갈락토시다아제 효소 활성을 측정하였다. In order to confirm the treatment effect of Fabry disease of ISU303-1 obtained in Example 3, Dr. Alpha-galactosidase knockout mice developed by Roscoe O. Brandy team were used (Ohshima et al., PNAS. 18, 2540-4, 1997). After administration of recombinant alpha-galactosidase to Fabry mice, it was confirmed whether the residual amount of ceramide trihexoside (CTH) in vivo was reduced by administration of alpha-galactosidase enzyme, and alpha- Galactosidase enzyme activity was measured.

실시예 5-1) 세라마이드 트리헥소시드(CTH)의 조직 내 분해능력 시험Example 5-1) Tissue Degradability Test of Ceramide Trihexoxide (CTH)

CTH는 파브리병 환자에서 알파-갈락토시다아제 효소의 결핍으로 인해 체내에 누적되는 중간산물로서 알파-갈락토시다아제 효소 처리에 의해 CTH 잔존량이 감소하게 된다. 따라서 알파-갈락토시다아제 효소 처리 후 CTH의 양을 측정함으로써 생체 내에서 알파-갈락토시다아제가 제대로 작용하는지를 확인할 수 있다. 조직을 완충용액 A(28mM 구연산(citric acid), 44 mM 인산이나드륨(disodium phosphate), 및 5 mg/ml 타우로콜레이트 나트륨(sodium taurocholate), pH4.4)에 넣고 균질화(homogenize)하고, 이소프로파놀(isopropanol)로 지질(lipid)을 추출(extraction)하였다. 추출된 지방은 클로로폼(chloroform)과 메탄올(methanol)로 사포닌화(saponification)시킨 후 클로로폼/메탄올/물/암모니아(66:30:3.5:0.5)로 희석한다. 희석된 당지질은 증기화 광산란 검출기(evaporative light scattering detector)를 이용하여 분석하였다. 이때 온도는 50℃, 질소압(nitrogen pressure)은 2.4 bar이고 CTH 는 10 bar에서 얻었다.CTH is an intermediate that accumulates in the body due to a deficiency of alpha-galactosidase enzyme in Fabry disease patients, and CTH residual amount is decreased by alpha-galactosidase enzyme treatment. Therefore, by measuring the amount of CTH after alpha-galactosidase enzyme treatment it can be confirmed whether the alpha-galactosidase function properly in vivo. Tissues are homogenized in buffer A (28 mM citric acid, 44 mM indium phosphate, and 5 mg / ml sodium taurocholate, pH 4.4), Lipids were extracted with isopropanol. The extracted fat is saponified with chloroform and methanol and diluted with chloroform / methanol / water / ammonia (66: 30: 3.5: 0.5). Diluted glycolipids were analyzed using an evaporative light scattering detector. At this time, the temperature was 50 ℃, nitrogen pressure (nitrogen pressure) was 2.4 bar and CTH was obtained at 10 bar.

실시예 5-2) 알파-갈락토시다아제의 체내 분포 측정Example 5-2) Measurement of In vivo Distribution of Alpha-galactosidase

주요 장기별로 알파-갈락토시다아제의 활성을 측정하여 투입한 재조합 알파-갈락토시다아제의 체내 분포를 분석하였다. 조직 샘플을 완충용액 A(28 mM 구연산(citric acid), 44 mM 인산이나트륨(disodium phosphate), 및 5 mg/ml 타우로콜레이트 나트륨(sodium taurocholate), pH4.4)에 넣고 균질화한 후, 초음파처리(sonication)하고 20,000 g로 30 분간 원심분리하여 단백질을 추출하였다. 알파-갈락토시다아제 활성도의 측정은 추출된 단백질을 완충용액 B(28 mM 구연산 , 44 mM 인산이나트륨, 5 mM 4-메틸움벨리페릴-a-D-갈락토피라노시드( 4-methylumbelliferyl-a-D-galactopyranoside), 4 mg/ml BSA, 및 0.1 M N-아세틸갈락토스아민(N-acetylgalactosamine))에서 1 시간 동안 반응시킨 후, 형광측정기(Fluorometer)를 이용하여 형광을 측정하여 효소 활성을 계산하였다.The distribution of recombinant alpha-galactosidase in the body was analyzed by measuring the activity of alpha-galactosidase by major organs. Tissue samples were homogenized in Buffer A (28 mM citric acid, 44 mM disodium phosphate, and 5 mg / ml sodium taurocholate, pH 4.4), followed by ultrasound Proteins were extracted by sonication and centrifugation at 20,000 g for 30 minutes. The measurement of alpha-galactosidase activity was determined by extracting the extracted protein from buffer B (28 mM citric acid, 44 mM disodium phosphate, 5 mM 4-methylumbelliferyl-aD-galactopyranoside (4-methylumbelliferyl-aD). -galactopyranoside), 4 mg / ml BSA, and 0.1 M N-acetylgalactosamine (N-acetylgalactosamine) for 1 hour, and then the fluorescence was measured using a fluorimeter to calculate the enzyme activity.

상기와 같이 파브리 마우스를 이용한 효능 평가 결과, 조직별로 타겟팅된 효소의 활성이 기존 치료제인 파브라자임과 비교하여 ISU303과 ISU303-1에서 더 높게 나타났으며, 특히 주요 타겟 장기인 신장에서의 효소 활성이 당 구조를 변형한 ISU303-1에서 가장 높게 나타나 파브리병 치료에 월등한 효능을 보임을 확인할 수 있었다(도 7). As a result of the efficacy evaluation using Fabry mouse, the activity of the enzyme targeted by tissue was higher in ISU303 and ISU303-1 than in the existing therapeutic drug, Fabrazyme, and especially in the kidney, the main target organ It was confirmed that the sugar structure was the highest in the modified ISU303-1 showing superior efficacy in the treatment of Fabry disease ( FIG. 7 ).

이상 본 발명의 특정 실시예를 상세히 기술하였으나, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 이러한 구체적인 기술은 단지 본 발명의 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아님은 명백할 것이다. 즉, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 특허청구범위 및 그 등가물에 의하여 정의된다 할 것이다.While specific embodiments of the present invention have been described in detail, it will be apparent to those skilled in the art that such specific descriptions are merely preferred embodiments of the present invention, and thus the scope of the present invention is not limited thereto. . In other words, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and equivalents thereof.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 단백질 고생산성 세포주에서 생산되어 당단백질의 발현 능력에 비하여 세포의 당쇄 부가 능력이 부족한 과발현 재조합 단백질인 알파-갈락토시다아제를 시알산 및 갈락토스 부가 효소 등을 이용하여 시알산 캐핑을 증가시키는 반응 공정을 확립함으로써, 기존의 파브리병 치료제에 비해 체내 안정성 및 파브리병 치료 효능이 증가된 당쇄 부가된 재조합 알파-갈락토시다아제를 제공할 수 있게 되었다.As described above, alpha-galactosidase, an overexpressed recombinant protein produced in a high protein cell line of protein according to the present invention and lacking the sugar chain addition ability of the cell as compared to the glycoprotein expression ability, is used for sialic acid and galactose addition enzymes. By establishing a reaction process that increases sialic acid capping, it is possible to provide a sugar chain-added recombinant alpha-galactosidase with increased body stability and Fabry disease treatment efficacy compared to existing Fabry disease treatments.

<110> ISU ABXIS Inc. <120> A process for preparing an additionally glycosylated recombinant alpha-galactosidase and an additionally glycosylated recombinant alpha-galactosidase prepared therewith <130> PA9609-656 <160> 4 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for first PCR <400> 1 tccggtcacc gtgacaatgc agc 23 <210> 2 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer for first PCR <400> 2 gtcttttaat gacatctgca tagtc 25 <210> 3 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for second PCR <400> 3 ctagctagcc accatgcagc tgaggaaccc ag 32 <210> 4 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer for second PCR <400> 4 ccgctcgagt taaagtaagt cttttaatg 29 <110> ISU ABXIS Inc. <120> A process for preparing an additionally glycosylated recombinant          alpha-galactosidase and an additionally glycosylated recombinant          alpha-galactosidase prepared therewith <130> PA9609-656 <160> 4 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for first PCR <400> 1 tccggtcacc gtgacaatgc agc 23 <210> 2 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer for first PCR <400> 2 gtcttttaat gacatctgca tagtc 25 <210> 3 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for second PCR <400> 3 ctagctagcc accatgcagc tgaggaaccc ag 32 <210> 4 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer for second PCR <400> 4 ccgctcgagt taaagtaagt cttttaatg 29  

Claims (10)

(a) 유전자 재조합 방식에 의해 제조된 재조합 인간 알파-갈락토시다아제를 분리, 정제하는 단계, 및 (a) isolating and purifying recombinant human alpha-galactosidase produced by genetic recombination, and (b) 상기 정제된 재조합 인간 알파-갈락토시다아제를 시험관 내에서 당쇄를 부가하는 단계를 포함하는, 당쇄 부가된 재조합 인간 알파-갈락토시다아제의 제조 방법.(b) adding sugar chains in vitro to the purified recombinant human alpha-galactosidase, wherein the method for producing sugar chain added recombinant human alpha-galactosidase. 제 1 항에 있어서, 단계 (a)의 유전자 재조합 방식은The method of claim 1, wherein the genetic recombination method of step (a) (i) 인간 알파-갈락토시다아제를 코딩하는 폴리뉴클레오타이드 및 dhfr(디하이드로폴레이트 리덕테이즈: dihydrofolate reductase)을 코딩하는 폴리뉴클레오타이드를 각각 또는 함께 발현하는 발현 벡터를 dhfr 유전자가 결핍된 CHO(Chinese hamster ovary) 세포에 형질전환시킨 후, (i) Expression vectors expressing polynucleotides encoding human alpha-galactosidase and polynucleotides encoding dhfr (dihydrofolate reductase), respectively or together, are expressed as CHO (deficient in dhfr genes). Chinese hamster ovary) cells were transformed into (ii) MTX(methotrexate)를 이용한 유전자 증폭을 통해 재조합 인간 알파-갈락토시다아제를 고발현하는 세포주를 얻고, 그리고(ii) obtaining a cell line highly expressing recombinant human alpha-galactosidase by gene amplification using MTX (methotrexate), and (iii) 상기 고발현 세포주를 배양하여 그 배양액으로부터 재조합 인간 알파-갈락토시다아제를 분리, 정제하는 단계를 포함하는 것인, 당쇄 부가된 재조합 인간 알파-갈락토시다아제의 제조 방법.(iii) culturing the high-expressing cell line and isolating and purifying recombinant human alpha-galactosidase from the culture medium, the method for producing a sugar chain-added recombinant human alpha-galactosidase. 제 1 항에 있어서, 단계 (b)에서 당쇄를 부가하는 단계는 알파-갈락토시다아제(α-galactosidase) 1 mg 당 35 mU 이상 45 mU 이하의 알파-2,3-시알일트랜스퍼라아제(α-2,3-sialyltransferase), 35 mU 이상 45 mU 이하의 베타-1,4-갈락토실트랜스퍼라아제(β-1,4-galactosyltransferase), 15 μmol 이상 25 μmol 이하의 UDP-갈락토스(UDP-Galactose), 15 μmol 이상 25 μmol 이하의 CMP-NANA(N-acetylneuramic acid, sialic acid) 및 15 μmol 이상 25 μmol 이하의 MnCl2를 동시 처리하여 반응시키는 단계를 포함하는 것인 당쇄 부가된 재조합 인간 알파-갈락토시다아제의 제조 방법.The method of claim 1, wherein adding the sugar chain in step (b) comprises at least 35 mU and at most 45 mU of alpha-2,3-sialyltransferase per mg of alpha-galactosidase. α-2,3-sialyltransferase), 35 mU or more and 45 mU or less beta-1,4-galactosyltransferase (β-1,4-galactosyltransferase), 15 μmol or more and 25 μmol or less UDP-galactose (UDP) -Galactose), a sugar chain-added recombinant human, comprising the step of reacting simultaneously with 15 μmol to 25 μmol of CMP-NANA (N-acetylneuramic acid, sialic acid) and 15 μmol to 25 μmol of MnCl 2 . Method for preparing alpha-galactosidase. 제 1 항에 있어서, 단계 (b)에서 당쇄를 부가하는 단계는 제 3 항에 기재된 반응을 두 번 반복하는 것을 특징으로 하는 당쇄 부가된 재조합 인간 알파-갈락토시다아제의 제조 방법.The method for producing a sugar chain-added recombinant human alpha-galactosidase according to claim 1, wherein the step of adding the sugar chain in step (b) is repeated twice. 제 4 항에 있어서, 상기 반응은 각각 37℃에서 1 시간 이상 반응시키는 것을 특징으로 하는 당쇄 부가된 재조합 인간 알파-갈락토시다아제의 제조 방법.The method of claim 4, wherein the reaction is performed at 37 ° C. for at least 1 hour. 6. 제 5 항에 있어서, 상기 반응은 각각 12 시간씩 반응시키는 것을 특징으로 하는 당쇄 부가된 재조합 인간 알파-갈락토시다아제의 제조 방법. The method of claim 5, wherein the reaction is performed for 12 hours each. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 알파-갈락토시다아제(α-galactosidase) 1mg 당 38 mU 이상 42 mU 이하의 알파-2,3-시알일트랜스퍼라아제(α-2,3-sialyltransferase), 38 mU 이상 42 mU 이하의 베타-1,4-갈락토실트랜스퍼라아제(β-1,4-galactosyltransferase), 18 μmol 이상 22 μmol 이하의 UDP-갈락토스(UDP-Galactose), 18 μmol 이상 22 μmol 이하의 CMP-NANA(N-acetylneuramic acid, sialic acid) 및 18 μmol 이상 22 μmol 이하의 MnCl2를 동시 처리하여 반응시키는 것을 특징으로 하는 당쇄 부가된 재조합 인간 알파-갈락토시다아제의 제조 방법. The method according to any one of claims 3 to 6, wherein the alpha-2,3-sialyltransferase (α-2, not less than 38 mU and not more than 42 mU per mg of alpha-galactosidase) 3-sialyltransferase), beta-1,4-galactosyltransferase of 38 mU or more and 42 mU or less, β-, 4-galactosyltransferase, UDP-Galactose of 18 or more and 22 μmol or less, A sugar chain-added recombinant human alpha-galactosidase characterized by reacting at least 18 μmol and not more than 22 μmol of CMP-NANA (N-acetylneuramic acid, sialic acid) and at least 18 μmol and 22 μmol of MnCl 2 . Method of preparation. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 방법에 따라 당쇄 부가되어 갈락토스 대비 시알산의 함량이 0.9 이상인 재조합 인간 알파-갈락토시다아제.Recombinant human alpha-galactosidase, wherein the sugar chain is added according to the method of any one of claims 1 to 7, wherein the content of sialic acid to galactose is 0.9 or more. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 방법에 따라 당쇄 부가되어 Maldi-TOF 으로 측정한 결과 도 6B에서와 같은 당쇄 프로파일을 갖는 재조합 인간 알파-갈락토시다아제.Recombinant human alpha-galactosidase having a sugar chain profile as shown in FIG. 6B as determined by Maldi-TOF by sugar chain addition according to any one of claims 1 to 7. 제 8 항 또는 제 9 항의 재조합 인간 알파-갈락토시다아제를 포함하는 체내 안정성 및 치료효능이 개선된 파브리병 치료용 조성물.A composition for treating Fabry disease having improved stability and therapeutic efficacy in the body, comprising the recombinant human alpha-galactosidase of claim 8 or 9.
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