KR20100077665A - A preparation method of solubility recombinant protein by use of peptidyl-prolyl cis-trans isomerase b as a fusion expression partner - Google Patents
A preparation method of solubility recombinant protein by use of peptidyl-prolyl cis-trans isomerase b as a fusion expression partner Download PDFInfo
- Publication number
- KR20100077665A KR20100077665A KR1020080135679A KR20080135679A KR20100077665A KR 20100077665 A KR20100077665 A KR 20100077665A KR 1020080135679 A KR1020080135679 A KR 1020080135679A KR 20080135679 A KR20080135679 A KR 20080135679A KR 20100077665 A KR20100077665 A KR 20100077665A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- protein
- gene
- ppib
- expression vector
- expression
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
- C12N15/09—Recombinant DNA-technology
- C12N15/63—Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
- C12N15/67—General methods for enhancing the expression
- C12N15/68—Stabilisation of the vector
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07K—PEPTIDES
- C07K14/00—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
- C07K14/435—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
- C07K14/52—Cytokines; Lymphokines; Interferons
- C07K14/53—Colony-stimulating factor [CSF]
- C07K14/535—Granulocyte CSF; Granulocyte-macrophage CSF
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
- C12N15/09—Recombinant DNA-technology
- C12N15/63—Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
- C12N15/70—Vectors or expression systems specially adapted for E. coli
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
- C12N9/90—Isomerases (5.)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P21/00—Preparation of peptides or proteins
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07K—PEPTIDES
- C07K2319/00—Fusion polypeptide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07K—PEPTIDES
- C07K2319/00—Fusion polypeptide
- C07K2319/95—Fusion polypeptide containing a motif/fusion for degradation (ubiquitin fusions, PEST sequence)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N2511/00—Cells for large scale production
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Y—ENZYMES
- C12Y502/00—Cis-trans-isomerases (5.2)
- C12Y502/01—Cis-trans-Isomerases (5.2.1)
- C12Y502/01008—Peptidylprolyl isomerase (5.2.1.8), i.e. cyclophilin
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plant Pathology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Gastroenterology & Hepatology (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Peptides Or Proteins (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 펩티딜-프롤린 시스-트랜스 이성질화 효소 B(Peptidyl-prolyl cis-trans isomerase B; PpiB)를 융합발현파트너로 이용하는 재조합 단백질의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 1) 융합발현파트너(fusion expression partner)인 PpiB, 및 외래 단백질의 유전자를 연결한 발현벡터를 제조하는 단계, 2) 상기 발현벡터를 숙주세포에 도입하여 형질전환체를 제조하는 단계, 및 3) 상기 형질전환체를 배양하여 재조합 단백질의 발현을 유도하고 이를 수득하는 단계를 포함하는 재조합 단백질의 제조방법, 및 상기 제조방법에 의해 제조된 재조합 단백질에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a recombinant protein using Peptidyl-prolyl cis-trans isomerase B (PpiB) as a fusion expression partner, and more specifically, 1) fusion expression partner (PpiB, which is a fusion expression partner), and preparing an expression vector connecting genes of a foreign protein, 2) introducing the expression vector into a host cell to prepare a transformant, and 3) converting the transformant It relates to a method for producing a recombinant protein comprising the step of culturing to induce expression of the recombinant protein, and to a recombinant protein produced by the method.
인간 과립구 군체 자극인자(granulocyte colony-stimulating factor; hG- CSF)는 약 20 KDa의 당단백질로서 유전자는 17번 염색체(chromosome)에 존재한다. 거식세포(macrophage), 활성화 T세포, 섬유아세포 또는 내피세포에 의해 주로 생산되며 호중구 콜로니의 증식, 전구 세포로부터의 호중구 세포로의 분화 및 성숙 호중구 세포의 활성자극 등의 역할을 한다고 알려져 있다(Nagata et al., EMBO. J. 5(3):575-581, 1986). 실제 hG-CSF는 생체 외에서 호중구의 군집 형성을 자극하고, IL-3와 함께 작용해서 아세포, 지핵세포 및 대식세포의 군체 형성을 자극하며, 일부 백혈병 마이엘로마 세포주(myleoid leukemic line)는 hG-CSF에 의해 성숙되는 것으로 알려져 있다. Human granulocyte colony-stimulating factor (hG-CSF) is a glycoprotein of about 20 KDa and the gene is present on chromosome 17. Produced mainly by macrophage, activated T cells, fibroblasts or endothelial cells, it is known to play a role in proliferation of neutrophil colonies, differentiation from progenitor cells to neutrophil cells, and active stimulation of mature neutrophil cells (Nagata et al., EMBO J. 5 (3): 575-581, 1986). Indeed hG-CSF stimulates neutrophil colonization in vitro, works with IL-3 to stimulate colonization of blasts, eukaryotic cells and macrophages, and some leukemia myeloma lines are hG- It is known to mature by CSF.
hG-CSF의 임상적 용도는 다음과 같다: 1) 혈액 악성 종양 환자의 호중구 감소증에 대해 용량 의존적으로 호중구의 수를 증가시키고, 2) 악성, 임파종, 폐암, 난소암, 고환종양, 요도 상피암 및 급성 백혈병 등 각종 암에 대한 항암치료시에 화학요법으로 인한 호중구 감소증을 신속하게 회복시킬 수 있으며, 3) 골수 이형성 증후군에 의한 호중구 감소증을 신속하게 회복시키며, 4) 급성 비임파성 백혈병 및 만성 골수 백혈병의 골수 이식시 발생하는 호중구 감소증을 회복시키며, 5) 선천성 또는 특발성 호중구 감소증 및 재생 불량성 빈혈에 따른 호중구 감소증을 회복시키며, 6) 항종양 화학요법에 의한 점막염 또는 열성 호중구 감소증의 발생을 방지하거나 감소시킨다(Drug Evaluations Annual 1993, American Medical Associations p.2232-2333).Clinical uses of hG-CSF include: 1) increasing the number of neutrophils dose-dependently against neutropenia in patients with hematologic malignancies, 2) malignant, lymphoma, lung cancer, ovarian cancer, testicular tumor, urethral epithelial cancer, and In chemotherapy for various cancers such as acute leukemia, neutropenia due to chemotherapy can be quickly recovered, 3) neutropenia due to myelodysplastic syndrome, and 4) acute non-lymphatic leukemia and chronic bone marrow. Restoring neutropenia in bone marrow transplantation of leukemia, 5) restoring neutropenia due to congenital or idiopathic neutropenia and aplastic anemia, and 6) preventing the development of mucositis or febrile neutropenia caused by anti-tumor chemotherapy. (Drug Evaluations Annual 1993, American Medical Associations p. 2232-2333).
상기 설명한 바와 같이 의료용으로 매우 유용한 hG-CSF를 다량으로 얻기 위하여 여러 가지 유전공학적 시도가 이루어졌다. 그 중 hG-CSF 유전자를 클로닝하 여 대장균에서 발현시키는 방법이 주로 연구되어 왔다(Misawa and Kumagai 1999, Biopolymers. 51(4):297-307, 1999).As described above, several genetic engineering attempts have been made to obtain large amounts of hG-CSF, which is very useful for medical purposes. Among them, the method of cloning hG-CSF gene and expressing in E. coli has been mainly studied (Misawa and Kumagai 1999, Biopolymers. 51 (4): 297-307, 1999).
융합발현파트너(fusion expression partner)로 사용되기 위해서는 자체 단백질의 높은 가용성 발현률, 효과적인 3차 구조 형성 및 높은 생산량 등의 특징을 가져야 한다. 단백질의 구조적 안정성 및 생산량 증가에 대한 연구는 다양한 방면으로 진행되고 있다. 상기 구조적 안정성은 단백질이 3차 구조를 형성하기 어려운 환경 조건(높은 온도, 낮은 pH, 높은 삼투압 및 단백질 구조 저해 물질이 포함되어 있는 환경)에서 정제된 단백질의 기능 유지 시간을 통해 확인하는 방법이 보고된 바 있으나(Park et al., Appl. Microl. Biotech. 75(2):347-355, 2007) 이는 정제된 단백질에 여러 스트레스를 가하는 것으로 단백질의 구조적 안정성을 분석하는 반면, 본 발명자들은 스트레스에 반응하여 발현되는 세포 내 단백질의 구조적 안정성을 직접분석하는 방법을 최초로 시도하였다.To be used as a fusion expression partner, it has to be characterized by high soluble expression rate, effective tertiary structure formation, and high yield of its own protein. Research into the structural stability and production of proteins has been conducted in various ways. The structural stability is reported by the method of confirming the retention time of the purified protein under environmental conditions (high temperature, low pH, high osmotic pressure, and protein structure inhibitors) difficult to form a tertiary structure protein (Park et al., Appl. Microl. Biotech. 75 (2): 347-355, 2007) It is the application of several stresses to a purified protein that analyzes the structural stability of the protein, while the inventors The first attempt was made to directly analyze the structural stability of proteins expressed in response to cells.
대장균은 다른 숙주세포에 비해 성장 속도가 빠르기 때문에 고농도 배양이 가능하며 전체 유전 정보가 밝혀져 있기 때문에 대량의 재조합 단백질을 생산하기 위한 균주로써 많이 사용되고 있다. 일반적으로 활성형의 3차 구조를 형성하기 위해서는 구조 형성에 도움을 주는 다양한 단백질(molecular chaperone)의 도움이 필요하고 여러 변형과정을 거쳐야 한다. 그러나 대장균은 진핵 세포에서 일어나는 단백질 3차 구조 형성과정을 완벽하게 수행하지 못하기 때문에 인간 유래의 의료용 단백질이나 산업용 효소 등 상대적으로 복잡한 구조를 가지는 단백질들을 직접 생산할 경우 불용성 응집체를 형성할 가능성이 높다(Ding et al., Acta. Crystallogr. D. Biol. Crystallogr. 58:2102-2108, 2002). 따라서 대장균 내에서 목적 단백질의 가용도를 높이기 위해, 대장균의 단백질 발현속도를 낮추어 저온 발현을 실행(Hammarstrom et al., Protein Sci. 11:313-321, 2002)하거나, 다양한 프로모터를 사용하여 유도 조건을 최적화(Qing et al., Nat Biotechnol. 22:877-882, 2004), 분자 샤페론 또는 단백질 접힘 조절자와 목적 단백질의 동시발현(de Marco and De Marco, J Biotechnol. 109:45-52, 2004) 등 많은 방법이 시도되고 있지만, 가장 보편적으로 사용하는 방법은 융합발현파트너와 목적 단백질을 동시에 발현시키는 융합발현시스템의 활용이다. 실제로 대장균 내에서 외래 단백질의 가용성 높은 발현을 유도하는 여러 융합발현파트너가 지난 수년 동안 연구되고 보고되어 왔다(Esposito and Chatterjee, Curr. Opin. Biotechnol. 17:353-358, 2006; Kapust and Waugh, Protein Sci. 8:1668-1674, 1999; Sachdev and Chirgwin, Biochem. Biophys. Res. Commun. 244:933-937, 1998). Escherichia coli has a high growth rate compared to other host cells, and thus high concentration culture is possible, and since the entire genetic information is revealed, it is widely used as a strain for producing a large amount of recombinant protein. In general, the formation of an active tertiary structure requires the assistance of various proteins (molecular chaperone) to assist in the formation of the structure and undergo a number of modifications. However, because E. coli is not able to perform the complete protein tertiary structure formation process in eukaryotic cells, it is highly likely to form insoluble aggregates by directly producing relatively complex structures such as human-derived medical proteins or industrial enzymes. Ding et al., Acta.Crystallogr.D . Biol.Crystallogr . 58: 2102-2108, 2002). Therefore, in order to increase the availability of the target protein in Escherichia coli, it is possible to lower the protein expression rate of Escherichia coli to perform low temperature expression (Hammarstrom et al., Protein Sci. 11: 313-321, 2002), or to induce conditions using various promoters. (Qing et al., Nat Biotechnol . 22: 877-882, 2004), co-expression of molecular chaperone or protein folding regulators and target proteins (de Marco and De Marco, J Biotechnol. 109: 45-52, 2004 Although many methods have been tried, the most commonly used method is the use of a fusion expression system that simultaneously expresses a fusion expression partner and a target protein. Indeed, several fusion expression partners that induce high soluble expression of foreign proteins in E. coli have been studied and reported over the years (Esposito and Chatterjee, Curr. Opin. Biotechnol. 17: 353-358, 2006; Kapust and Waugh, Protein Sci 8:..... 1668-1674, 1999; Sachdev and Chirgwin, Biochem Biophys Res Commun 244: 933-937, 1998).
상기 설명한 바와 같이 대장균을 이용하여 재조합 단백질을 발현시켰을 경우, 정확한 3차구조 형성에 실패하여 발현된 대부분의 단백질은 불용성 응집체를 형성하게 된다. 또한 이렇게 생성된 재조합 단백질의 비활성 불용성 응집체를 활성형으로 만들기 위해 구아니딘-하이드로클로라이드(Guanidine hychloride) 또는 우레아(urea) 같은 변성제를 사용하여 용해시킨 후 희석하는 리폴딩(refloding) 등의 번역 후 공정(post-translational process)이 필요하므로 단백질 발현 후 추가 적인 공정을 요구하여 경제적 비효율성의 요인을 제공하게 된다(Marston, F. A., Biochem. J. 240(1):1-12, 1986).As described above, when the recombinant protein is expressed using Escherichia coli, most of the expressed proteins fail to form an accurate tertiary structure and form insoluble aggregates. In addition, post-translational processes such as refloding, which are dissolved and diluted with a denaturing agent such as guanidine hychloride or urea to make the inactive insoluble aggregate of the recombinant protein thus produced active ( Since post-translational processes are required, additional processes are required after protein expression to provide a factor of economic inefficiency (Marston, FA, Biochem. J. 240 (1): 1-12, 1986).
이러한 문제점을 극복하기 위해서 대장균 내에서 안정적으로 생산되는 것으로 알려진 가용성 단백질을 융합발현파트너로 활용하여 목적 단백질의 N-말단에 융합시켜 목적하는 폴리펩타이드를 생산하는 방법들이 연구되었다. 지금까지 안정한 가용성 단백질로 많이 연구된 대표적인 융합발현파트너로는 말토오즈 결합단백질(Maltose binding protein, MBP), 베타-갈락토시다제(β-galactosidase), 싸이오래독신(Thioredoxin, Trx) 및 글루타티온-에스-전달효소(Glutathione-S-transferase, GST) 등이 있다. 이러한 융합발현파트너는 친화 크로마토그래피(affinity chromatography) 방법을 이용하여 원하는 목적 단백질을 쉽게 정제할 수 있다는 장점을 가지고 있다(Bach et al., J. Mol. Biol. 312(1):79-93, 2001; Smith and Johnson, Gene. 67(1):31-40, 1988; LaVallie et al., Biotechnology(NY). 11(2):187-193, 1993). 그러나 이러한 융합발현파트너들은 이미 여러나라에 특허로 등록되어 있어 그 쓰임에 많은 제약이 따른다. 따라서 융합발현파트너로서의 기능을 할 수 있는 새로운 융합발현파트너의 발굴이 필요하며 더불어 새로운 개념의 융합발현파트너 라이브러리 구축이 요구된다.In order to overcome this problem, methods for producing a desired polypeptide by fusing the soluble protein known to be stably produced in E. coli as a fusion expression partner to the N-terminus of the target protein have been studied. Representative fusion expression partners studied so far as stable soluble proteins include maltose binding protein (MBP), beta-galactosidase, thioredoxin (Trx) and glutathione- Glutathione-S-transferase (GST). This fusion expression partner has the advantage of easily purifying the desired protein by using affinity chromatography (Bach et al., J. Mol. Biol. 312 (1): 79-93, 2001; Smith and Johnson, Gene. 67 (1): 31-40, 1988; La Vallie et al., Biotechnology (NY). 11 (2): 187-193, 1993). However, these fusion-expressing partners are already patented in many countries, and their use is subject to many restrictions. Therefore, it is necessary to find a new fusion expression partner that can function as a fusion expression partner and to build a new concept of fusion expression partner library.
이에, 본 발명자들은 대장균에서 고부가가치의 의료용 또는 산업용 재조합 단백질을 가용성 상태로 발현시키기 위한 새로운 개념의 융합발현파트너 개발에 노 력하던 중, 올바른 구조 형성이 어려운 2-HEDS(2-hydroxyethyldisulfide) 등의 스트레스 환경에서도 자체 구조적 안정성을 유지할 수 있는 펩티딜-프롤린 시스-트랜스 이성질화 효소 B(Peptidyl-prolyl cis-trans isomerase B; PpiB)를 발굴하여 목적 단백질인 hG-CSF의 융합발현파트너로 이용하여 대장균에서 발현한 결과, 높은 가용성의 hG-CSF을 발현하였고 PpiB를 제거한 후에도 hG-CSF는 가용성 상태로 남아있었다. 결과적으로 가용성 hG-CSF의 발현량을 증가시키며 구조적 안전성을 유지시킬 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors are trying to develop a new concept of a fusion expression partner for expressing a high value-added medical or industrial recombinant protein in the soluble state in E. coli, 2-HEDS (2-hydroxyethyldisulfide), etc. Peptidyl-prolyl cis-trans isomerase B (PpiB), which can maintain its structural stability even under stress, was identified and used as a fusion expression partner of hG-CSF, a target protein. As a result, it expressed high soluble hG-CSF and hG-CSF remained soluble even after removal of PpiB. As a result, the present invention was completed by confirming that it is possible to increase the expression level of soluble hG-CSF and maintain structural safety.
본 발명의 목적은 단백질의 접힘을 저해하는 강력한 스트레스 환경에서도 자체 구조적 안정성을 유지하는 대장균내 단백질인 펩티딜-프롤린 시스-트랜스 이성질화 효소 B를 다양한 목적 단백질에서 활용 가능한 범용성 융합발현파트너로 이용하여 천연형과 동일한 구조의 재조합 단백질을 가용성 상태로 생산하는 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to use a peptidyl-proline cis-trans isomerase B, a protein in Escherichia coli that maintains its structural stability even in a strong stress environment that inhibits the folding of the protein as a universal fusion expression partner that can be used in various target proteins It is to provide a method for producing a recombinant protein of the same structure as the native form in a soluble state.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the above object, the present invention
1) 융합발현파트너(fusion expression partner)로서 펩티딜-프롤린 시스-트랜스 이성질화 효소 B(Peptidyl-prolyl cis-trans isomerase B; PpiB)의 유전자, 및 외래단백질의 유전자를 연결한 발현벡터를 제조하는 단계;1) As a fusion expression partner, a gene of peptidyl-prolys cis-trans isomerase B (PpiB) and an expression vector linking a gene of a foreign protein are prepared. step;
2) 상기 발현벡터를 숙주세포에 도입하여 형질전환체를 제조하는 단계; 및2) preparing a transformant by introducing the expression vector into a host cell; And
3) 상기 형질전환체를 배양하여 재조합 단백질의 발현을 유도하고 이를 수득하는 단계로 구성되는 재조합 단백질의 제조방법을 제공한다.3) culturing the transformant to induce the expression of the recombinant protein and to provide a method for producing a recombinant protein consisting of obtaining the same.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 있어서, PpiB의 유전자와 외래 단백질 유전자 사이에 단백질 제한효소 인식부위를 추가적으로 포함하는 발현벡터에 단백질 제한효소를 처리하는 단계를 포함하는 PpiB가 제거된 가용성 외래 단백질의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for preparing a soluble foreign protein from which PpiB has been removed, comprising the step of treating the protein restriction enzyme with an expression vector further comprising a protein restriction enzyme recognition site between the PpiB gene and the foreign protein gene. It provides a manufacturing method.
또한, 본 발명은 융합발현파트너로서 PpiB의 유전자 및 외래 단백질의 유전자를 포함하는 유전자 컨스트럭트를 제공한다.The present invention also provides a gene construct comprising a gene of PpiB and a gene of foreign protein as a fusion expression partner.
또한, 본 발명은 상기 유전자 컨스트럭트를 포함하는 발현벡터를 제공한다.In addition, the present invention provides an expression vector comprising the gene construct.
또한, 본 발명은 상기 발현벡터가 형질도입된 형질전환체를 제공한다.The present invention also provides a transformant to which the expression vector is transduced.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 재조합 융합 단백질을 제공한다.The present invention also provides a recombinant fusion protein prepared by the above method.
아울러, 본 발명은 상기 재조합 융합 단백질에 추가적으로 단백질 제한효소를 처리하여 제조된 PpiB가 제거된 가용성 외래 단백질을 제공한다.In addition, the present invention provides a soluble foreign protein from which PpiB is prepared by further treating a protein restriction enzyme in addition to the recombinant fusion protein.
본 발명은 강력한 스트레스 환경에서도 구조적 안정성을 유지하고 발현량이 증가되는 펩티딜-프롤린 시스-트랜스 이성질화 효소 B(Peptidyl-prolyl cis-trans isomerase B; PpiB)를 융합발현파트너로 이용하여 재조합 단백질을 생산하는 방법으로 기존의 융합파트너가 가지고 있는 가용성과 접힘에 관한 한계를 극복할 수 있으므로 고부가가치의 의료용 또는 산업용 재조합 단백질을 생산함에 있어 폭 넓게 이용될 수 있다.The present invention produces a recombinant protein using a peptidyl-prolyl cis-trans isomerase B (PpiB), which maintains structural stability and increases expression even in a strong stress environment, as a fusion expression partner. By overcoming the limitations on the solubility and folding of existing fusion partners, it can be widely used in producing high value-added medical or industrial recombinant proteins.
이하, 본 발명에서 사용한 용어를 설명한다.Hereinafter, the term used by this invention is demonstrated.
본 발명에 있어서, 용어 "외래 단백질(heterologous protein)" 또는 "목적 단백질(target protein)"은 당업자가 대량으로 생산하고자 하는 단백질로서, 재조합 발현벡터에 상기 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 삽입하여 형질전환체에서 발현이 가능한 모든 단백질을 의미한다.In the present invention, the term "heterologous protein" or "target protein" is a protein that a person skilled in the art intends to produce in large quantities, and transforms by inserting a polynucleotide encoding the protein into a recombinant expression vector. It means any protein that can be expressed in the body.
본 발명에 있어서, 용어 "재조합 단백질(recombinant protein)" 또는 "융합단백질(fusion protien)"은 원래의 외래단백질의 서열의 N-말단 또는 C-말단에 다른 단백질이 연결되거나 다른 아미노산 서열이 부가된 단백질을 의미한다. 본 발명의 융합발현파트너와 목적 단백질이 연결된 재조합 융합 단백질 형태 또는 단백질 절단효소에 의해 융합발현파트너가 재조합 융합 단백질로부터 제거된 목적 단백질의 재조합 단백질을 의미한다.In the present invention, the term “recombinant protein” or “fusion protien” refers to another protein linked to the N-terminus or C-terminus of the sequence of the original foreign protein or to which another amino acid sequence is added. Means protein. The recombinant protein of the target protein in which the fusion expression partner is removed from the recombinant fusion protein by a recombinant fusion protein form or protein cleavage enzyme connected to the target protein of the fusion expression partner of the present invention.
본 발명에 있어서, 용어 "발현벡터"는 발현벡터의 전사에 제공되는 추가단편에 작동가능하게 연결된 관심의 폴리펩티드를 암호화하는 단편으로 구성되는 선형 또는 원형의 DNA 분자이다. 그와 같은 추가단편은 프로모터 및 종료암호 서열을 포함한다. 발현벡터는 하나 이상의 복제 개시점, 하나 이상의 선택마커, 폴리아데닐화 신호 등을 또한 포함한다. 발현벡터는 일반적으로 플라스미드 또는 바이러스 DNA로부터 유도되거나, 또는 둘 다의 요소를 함유한다.In the present invention, the term "expression vector" is a linear or circular DNA molecule consisting of fragments encoding a polypeptide of interest operably linked to additional fragments provided for transcription of the expression vector. Such additional fragments include promoter and termination code sequences. Expression vectors also include one or more replication initiation points, one or more selection markers, polyadenylation signals, and the like. Expression vectors are generally derived from plasmid or viral DNA, or contain elements of both.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은The present invention
1) 융합발현파트너(fusion expression partner)로서 펩티딜-프롤린 시스-트랜스 이성질화 효소 B(Peptidyl-prolyl cis-trans isomerase B; PpiB)의 유전자, 및 외래 단백질의 유전자를 연결한 발현벡터를 제조하는 단계;1) A gene for the peptidyl-prolyl cis-trans isomerase B (PpiB) as a fusion expression partner, and an expression vector connecting the gene of a foreign protein are prepared. step;
2) 상기 발현벡터를 숙주세포에 도입하여 형질전환체를 제조하는 단계; 및2) preparing a transformant by introducing the expression vector into a host cell; And
3) 상기 형질전환체를 배양하여 재조합 단백질의 발현을 유도하고 이를 수득하는 단계로 구성되는 재조합 단백질의 제조방법을 제공한다. 3) culturing the transformant to induce the expression of the recombinant protein and to provide a method for producing a recombinant protein consisting of obtaining the same.
상기 제조방법에 있어서, 단계 1)의 PpiB는 서열번호 1로 기재되는 아미노산 서열을 포함하는 것을 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않으며, 상기 서열과 90% 이상의 높은 상동성을 가지는 서열은 모두 사용가능하다.In the above production method, PpiB of step 1) is preferably used to include an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, but is not limited thereto, any sequence having a high homology of 90% or more with the sequence can be used Do.
상기 제조방법에 있어서, 단계 1)의 외래 단백질은 항원, 항체, 세포수용체, 효소, 구조 단백질, 혈청 및 세포 단백질로 이루어진 군으로부터 선택되는 생물학적 활성을 갖는 단백질을 사용하는 것이 바람직하고, 인간 과립구 군체 자극인자(granulocyte colony-stimulating factor; hG-CSF)를 사용하는 것이 더욱 바람직하나 이에 한정되지 않는다.In the above production method, the foreign protein of step 1) is preferably a protein having a biological activity selected from the group consisting of antigen, antibody, cell receptor, enzyme, structural protein, serum and cellular protein, human granulocyte colony More preferably, but not limited to, using a granulocyte colony-stimulating factor (hG-CSF).
상기 제조방법에 있어서, 단계 2)의 숙주세포는 대장균(E.coli)을 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.In the above method, the host cell of step 2) is preferably E. coli , but is not limited thereto.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 있어서, 단계 1)의 발현벡터의 PpiB의 유전자와 외래 단백질 유전자 사이에 단백질 제한효소 인식부위를 추가적으로 포함시켜 제조한 재조합 융합 단백질에 단백질 제한효소를 처리하는 단계를 포함하는 PpiB가 제거된 가용성 외래 단백질의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention, the step of treating the protein restriction enzyme to the recombinant fusion protein prepared by additionally comprising a protein restriction enzyme recognition site between the PpiB gene and the foreign protein gene of the expression vector of step 1) It provides a method for producing a soluble foreign protein containing PpiB is removed.
상기 제조방법에 있어서, 단백질 제한효소 인식부위는 Xa 인자 인식부위, 엔테로키나제 인식부위(enterokinase cleavage site), 제네나제(Genenase) I 인식부위 및 퓨린(Furin) 인식부위로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하고, 엔테로키나제 인식부위인 것이 더욱 바람직하나 이에 한정되지 않는다.In the above method, the protein restriction enzyme recognition site is any one selected from the group consisting of Xa factor recognition site, enterokinase cleavage site, Genenase I recognition site, and Furin recognition site. It is preferably, but more preferably, it is an enterokinase recognition site, but is not limited thereto.
본 발명자들은 대장균 단백질체(proteome) 중 산화제인 2-HEDS(2-hydroxyethyldisulfide)에 대항하여 높은 가용도로 고수율 발현되는 단백질이 존재하고, 그 단백질은 자체 접힘 능력이 우수하여 결국 목적 단백질의 가용도를 높이고 활성형을 유지시켜줄 수 있는 융합발현파트너로 사용될 수 있을 것이라는 가정 하에, 대장균의 일반 환경에서의 단백체와 2-HEDS 스트레스 상태에서의 단백체를 2차 전기영동 및 MALDI-TOF을 이용하여 분석하였다. 그 결과, 올바른 구조 형성을 저해하는 스트레스 환경에서 가용성 상태로 발현량이 2.7배 이상 증가한 단백질인 PpiB를 동정하였다(도 1 참조). 대부분의 단백질이 불용성 응집체를 이루거나 발현량이 줄어드는 환경 하에서 PpiB 단백질의 가용성 발현량이 반대로 증가한다는 결과를 통해서 PpiB 단백질은 구조적으로 매우 안정할 뿐만 아니라 본래의 기능이 스트레스에 대항하는 메카니즘에 관련되어있음을 알 수 있다. 따라서 스트레스에 따른 대장균 단백질체 분석을 통해서 확보한 PpiB이 융합발현파트너로서 이용할 수 있음을 알 수 있다.The present inventors present a protein with high solubility expressed in high solubility against 2-HEDS (2-hydroxyethyldisulfide), which is an oxidizing agent in E. coli protein, and the protein has excellent self-folding ability, which ultimately improves the availability of the target protein. Under the assumption that it could be used as a fusion-expressing partner capable of increasing and maintaining an active form, proteins in the general environment of E. coli and proteins in 2-HEDS stress state were analyzed using secondary electrophoresis and MALDI-TOF. As a result, PpiB, a protein whose expression level was increased by 2.7 times or more in a soluble state in a stress environment that inhibited the formation of a correct structure, was identified (see FIG. 1). As a result of the opposite increase in soluble expression of PpiB protein under conditions in which most proteins form insoluble aggregates or decrease in expression level, PpiB protein is not only structurally stable but also its intrinsic function is involved in a mechanism against stress. Able to know. Therefore, it can be seen that PpiB obtained through the analysis of E. coli protein bodies under stress can be used as a fusion expression partner.
본 발명자들은 PpiB 단백질을 융합발현파트너로서의 효율성을 검증하기 위해, PpiB를 hG-CSF의 아미노 말단에 융합하여 대장균용 발현 벡터에 삽입하여 발현 벡터를 제조(도 2 참조)한 후, 대장균 균주에 형질도입하여 형질전환체를 제조하여 목적 단백질들을 함유하는 산물을 획득한 다음, 상기 산물을 SDS-PAGE를 이용하여 분석하였다. 그 결과, 대장균 내에서 단독 발현한 hG-CSF는 가용성 발현량이 4~5%로 나타나는 바와 같이 대부분 불용성 응집체를 형성하는 반면에(도 3A 참조), PpiB를 융합발현파트너로 사용하여 발현한 재조합 hG-CSF는 가용성 발현량이 80%로 현저히 증가한 것을 알 수 있었다(도 3B 및 도 3C참조). 따라서 PpiB를 융합발현파트너로서 사용하였을 경우 불용성 응집체를 형성하기 쉬운 hG-CSF를 가용성 상태로 발현할 수 있도록 유도하는데 있어서 탁월한 효과가 있다는 것을 알 수 있다.In order to verify the efficiency of the PpiB protein as a fusion expression partner, the present inventors fused PpiB to the amino terminus of hG-CSF and inserted it into an expression vector for E. coli to prepare an expression vector (see FIG. 2), and then, transfected into E. coli strains. A transformant was prepared to obtain a product containing the desired proteins, and the product was analyzed using SDS-PAGE. As a result, hG-CSF expressed alone in E. coli forms mostly insoluble aggregates as shown by 4-5% of soluble expression (see FIG. 3A), whereas recombinant hG expressed using PpiB as a fusion expression partner. -CSF was found to significantly increase the amount of soluble expression to 80% (see Fig. 3B and 3C). Therefore, when PpiB is used as a fusion expression partner, it can be seen that there is an excellent effect in inducing hG-CSF to be expressed in a soluble state, which is easy to form insoluble aggregates.
본 발명자들은 의학적 치료용으로 사용되는 hG-CSF가 항원항체반응을 피하기 위해 융합발현파트너로부터 분리되어야 함을 근거로, PpiB를 hG-CSF로부터 분리하더라도 단독으로 남은 hG-CSF가 가용성 상태를 유지할 수 있는지 알아보기 위해, 엔테로키나아제(enterokinase)를 이용하여 재조합 hG-CSF로부터 PpiB를 제거한 후, 금속 크로마토그래피를 이용하여 재조합 hG-CSF를 정제한 다음, SDS-PAGE 및 웨스턴블랏(Western blot)을 이용하여 분석하였다. hG-CSF은 인체 내에서 먼저 전구체로 만들어지고, 이 전구체가 프로티아제(protease)에 의한 변화과정을 거쳐 Thr-Pro-Leu의 N-말단 아미노산 서열을 가지는 hG-CSF로 만들어진다. 그러나, 대장균에서 발현시킬 경우 아미노 펩티디아제 효소역가에 따라 시작코돈(start codon)에 해당하는 메티오닌(methionine)이 N-말단에 존재하게 되어 경우에 따라 N-말단의 메티오닌이 제거되지 않은 단백질이 혼재하게 되는데 정제과정 중에 이의 제거가 매우 어렵고, 비활성의 불용성 단백질로 발현될 경우 활성을 가지는 가용성 형태로 만들어주는 과정을 거쳐야 하는데, 이때 수율이 떨어지는 단점이 있다. 본 발명에 서는 엔테로키나아제로 절단하여 메티오닌(methionine)이 제거된 hG-CSF를 제조함으로써 이러한 단점을 극복하였다. 상기 분석 결과, PpiB가 제거된 재조합 hG-CSF는 여전히 가용성 상태로 존재하고 있음을 확인하였다(도 4 참조). Based on the fact that the hG-CSF used for the medical treatment should be separated from the fusion expression partner to avoid the antigen antibody response, the remaining hG-CSF can remain soluble even when PpiB is separated from the hG-CSF. In order to determine whether PPIB was removed from recombinant hG-CSF using enterokinase, the recombinant hG-CSF was purified using metal chromatography, followed by SDS-PAGE and Western blot. And analyzed. hG-CSF is first made into a precursor in the human body, and the precursor is made into hG-CSF having the N-terminal amino acid sequence of Thr-Pro-Leu through a process of change by protease. However, when expressed in E. coli, methionine corresponding to the start codon is present at the N-terminus according to the amino peptidase enzyme titer. The mixture is very difficult to remove during the purification process, and when expressed as an inactive insoluble protein, it has to go through the process of making a soluble form having activity, the yield is disadvantageous. The present invention overcomes these disadvantages by preparing hG-CSF, which is cleaved with enterokinase to remove methionine. As a result of the analysis, it was confirmed that recombinant hG-CSF without PpiB was still present in a soluble state (see FIG. 4).
본 발명자들은 PpiB 단백질을 융합발현파트너로 이용한 hG-CSF의 생산방법이 hG-CSF 고유의 구조를 유지하도록 유도하여 발현시키는지를 알아보기 위해, 상기 정제된 재조합 hG-CSF와 상업적으로 판매되고 있는 hG-CSF의 단백질 2차 구조의 변형 여부를 원평광 이색성 분광(CD) 분석을 이용하여 확인하였다. 그 결과, 본 발명의 정제된 재조합 hG-CSF가 치료용으로 쓰이고 있는 hG-CSF와 동일한 단백질 2차 구조를 가짐을 확인하였다(도 5 참조). In order to determine whether the production method of hG-CSF using PpiB protein as a fusion expression partner is induced and expressed to maintain the structure of hG-CSF, hG-CSF purified commercially and hG commercially available The modification of protein secondary structure of -CSF was confirmed using circular dichroism spectroscopy (CD) analysis. As a result, it was confirmed that the purified recombinant hG-CSF of the present invention has the same protein secondary structure as hG-CSF used for treatment (see FIG. 5).
따라서, 본 발명의 PpiB를 융합발현파트너로 이용한 재조합 단백질의 제조방법은 의료용 또는 산업용 발현 재조합 단백질을 높은 비율의 가용성 단백질로 발현할 수 있으며 천연형과 동일한 단백질 구조를 형성할 수 있으므로, 불용성 응집체에 요구되었던 변성제나 환원제에 의한 리폴딩(refolding) 과정을 생략할 수 있어 효율적인 생산 공정을 구축할 수 있다. Therefore, the method for producing a recombinant protein using the PpiB of the present invention as a fusion expression partner can express a medical or industrial expression recombinant protein with a high ratio of soluble protein, and can form the same protein structure as that of a natural type. It is possible to omit the refolding process by the denaturing agent or the reducing agent which has been required, thereby establishing an efficient production process.
또한, 본 발명은 융합발현파트너로서 PpiB의 유전자 및 외래 단백질의 유전자를 포함하는 유전자 컨스트럭트, 및 상기 유전자 컨스트럭트를 포함하는 발현벡터를 제공한다.The present invention also provides a gene construct comprising a gene of PpiB and a gene of a foreign protein as a fusion expression partner, and an expression vector comprising the gene construct.
상기 발현벡터는 골격 벡터에 융합 파트너로서 PpiB의 유전자와 외래 단백질의 유전자가 작동 가능하게 연결되어 포함되며, 상기 골격 벡터는 pT7, pET/Rb, pGEX, pET28a(+), pET-22b(+) 및 pGEX로 이루어진 군으로부터 선택되는 대장균에 형질전환 가능한 다양한 벡터를 사용하는 것이 바람직하고, pET28a(+)를 사용하는 것이 더욱 바람직하나 이에 한정되지 않는다.The expression vector is included as a fusion partner of the gene of PpiB and the foreign protein operably linked to the skeletal vector, the skeletal vector is pT7, pET / Rb, pGEX, pET28a (+), pET-22b (+) And it is preferable to use a variety of vectors capable of transforming E. coli selected from the group consisting of pGEX, it is more preferred to use pET28a (+), but is not limited thereto.
상기 발현벡터는 PpiB의 유전자와 외래 단백질의 유전자가 작동 가능하도록 연결되기 위해, PpiB의 유전자와 외래 단백질의 유전자 사이에 단백질 절단효소 인식부위를 코딩하는 폴리뉴클레오티드가 연결될 수 있다. 융합발현파트너와 목적 단백질이 산업용 단백질일 경우, 융합발현파트너가 목적 단백질의 기능을 저하할 수도 있으며, 의학용 단백질일 경우는 항원항체 반응을 야기할 수 있으므로 융합발현파트너는 제거되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 단백질 절단효소 인식부위는 Xa 인자 인식부위, 엔테로키나제 인식부위, 제네나제(Genenase) I 인식부위 또는 퓨린(Furin) 인식부위가 단독으로 사용되거나 어느 두 개 이상을 순차적으로 연결하여 사용할 수 있다.The expression vector is a polynucleotide encoding a protein cleavage enzyme recognition site may be linked between the gene of PpiB and the gene of the foreign protein to be operatively linked. When the fusion expression partner and the target protein are industrial proteins, the fusion expression partner may decrease the function of the target protein, and in the case of medical proteins, the fusion expression partner may be removed because it may cause an antigen antibody response. In this case, the protein cleavage enzyme recognition site may be used as the Xa factor recognition site, the enterokinase recognition site, the Genenase I recognition site, or the Furin recognition site, or any two or more of them are sequentially connected. have.
상기 발현벡터는 PpiB의 유전자와 외래 단백질의 유전자가 작동 가능하게 연결되기 위해, 재조합 단백질의 분리 정제가 용이하도록 분리정제용 태그를 코딩하는 폴리뉴클레오티드가 연결될 수 있다. 이때, 상기 분리정제용 태그는 GST, poly-Arg, FLAG, poly-His 및 c-myc로 구성된 군으로부터 선택된 것이 단독으로 사용되거나 어느 두 개 이상을 순차적으로 연결하여 사용할 수 있다. The expression vector may be linked to a polynucleotide encoding a tag for separation and purification to facilitate separation and purification of the recombinant protein in order to operably link the gene of PpiB and the gene of the foreign protein. In this case, the separation and purification tag may be used alone or selected from the group consisting of GST, poly-Arg, FLAG, poly-His and c-myc, or any two or more of them in sequence.
또한, 본 발명은 상기 발현벡터가 숙주세포에 형질도입된 형질전환체를 제공한다.The present invention also provides a transformant in which the expression vector is transduced into a host cell.
상기 발현벡터는 융합발현파트너로서 PpiB의 유전자 및 외래 단백질의 유전자를 포함하는 유전자 컨스트럭트를 포함하는 벡터인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다. 상기 PpiB는 서열번호 1로 기재되는 아미노산 서열을 포함하는 것을 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않으며, 상기 서열과 90% 이상의 높은 상동성을 가지는 서열은 모두 사용가능하다. 상기 외래 단백질은 항원, 항체, 세포수용체, 효소, 구조 단백질, 혈청 및 세포 단백질로 이루어진 군으로부터 선택되는 생물학적 활성을 갖는 단백질을 사용하는 것이 바람직하고, hG-CSF를 사용하는 것이 더욱 바람직하나 이에 한정되지 않는다. 상기 숙주세포는 대장균(E.coli)을 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다. Preferably, the expression vector is a vector including a gene construct including a gene of PpiB and a gene of a foreign protein as a fusion expression partner. Preferably, the PpiB includes an amino acid sequence as set forth in SEQ ID NO: 1, but is not limited thereto. Any sequence having a high homology of 90% or more with the sequence may be used. The foreign protein is preferably a protein having a biological activity selected from the group consisting of antigen, antibody, cell receptor, enzyme, structural protein, serum and cellular protein, more preferably using hG-CSF, but is not limited thereto. It doesn't work. The host cell is preferably E. coli ( E. coli ) is not limited to this.
또한, 본 발명의 방법에 의해 제조된 재조합 융합 단백질을 제공한다.Also provided is a recombinant fusion protein produced by the method of the invention.
아울러, 본 발명은 재조합 융합 단백질에 추가적으로 엔테로키나아제(enterokinase)를 첨가하여 제조된 PpiB가 제거된 가용성 외래 단백질을 제공한다.In addition, the present invention provides a soluble foreign protein from which PpiB has been prepared by adding enterokinase to the recombinant fusion protein.
본 발명의 PpiB를 융합발현파트너로 이용한 제조방법으로 제조된 재조합 단백질은 높은 비율의 가용성으로 발현되고, 천연형과 동일한 단백질 구조를 형성하므로, 불용성 응집체에 요구되었던 변성제나 환원제에 의한 리폴딩(refolding) 과정을 생략할 수 있다. 고부가가치의 의료용 또는 산업용 재조합 단백질을 목적 단백질로 이용하여 이를 생산할 수 있다.Recombinant protein prepared by the manufacturing method using the PpiB of the present invention as a fusion expression partner is expressed in a high proportion of soluble and forms the same protein structure as that of the natural type, and thus refolding by a denaturing agent or reducing agent required for insoluble aggregates. ) Process can be omitted. High value-added medical or industrial recombinant proteins can be produced as target proteins.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by the following examples.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are illustrative of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.
<실시예 1> 대장균 단백질체 분석Example 1 E. coli protein sieve analysis
<1-1> 대장균에서 가용성 단백질의 회수<1-1> Recovery of Soluble Protein from Escherichia Coli
본 발명자들은 대장균 BL21(DE3) 균주를 선택하여 단백질체 분석을 실시하였다. 8시간 이상 배양된 종균 배양액의 일부를 LB 배지에 접종한 다음 배양기에서 37℃에서 130 rpm으로 배양하였고(대조군), 단백질의 올바른 접힘을 저해하여 고유의 3차 구조를 이루지 못하게 하는 스트레스 하에서의 단백질체를 얻기 위해 2-HEDS(10 mM)을 포함하는 LB 배지에 종균 배양액의 일부를 접종하여 동일한 조건에서 배양하였다(실험군). 대장균은 모두 OD600가 0.5에 도달하였을 때 IPTG(1 mM)에 의해 유도(induction) 되었다. 세포배양액을 4℃에서 6,000 rpm으로 원심 분리하여 균체침전물을 회수한 뒤 40 mM 트리스 완충액(Tris buffer)(pH 8.0)으로 2회 세척하였다. 세척된 대장균 침전물을 500 ㎕의 파쇄 완충액[lysis buffer; 8M 우레아(urea), 4%(w/v) 챕스(CHAPS), 40 mM 트리스(Tris), 단백질 분해효소 제한 혼합물(protease inhibitor cocktail)]에 현탁한 후 초음파 파쇄기를 이용하여 파쇄하였다. 균체 파쇄 후 12,000 rpm, 4℃에서 60분간 원심분리 하여 균체 파쇄물을 제 거한 뒤 상등액을 따로 분리하였다. 바이오-라드 단백질 분석 키트(Bio-Rad protein assay kit)를 이용하여 분리된 상등액의 단백질 농도를 측정하였다. 30 mg의 가용성 단백질을 포함하고 있는 상등액을 분획하여 재수화 용액[rehydration solution; 2M 싸이오우레아(thiourea), 8M 우레아(urea), 4% w/v 챕스(CHAPS), 1% w/v DTT, 1% w/v 이동성 양성전해질(carrier ampholyte), pH 4.7]에 현탁하여 2차원 겔 전기영동(2-dimmensional polyacrylamide gel electrophoresis; 2D-PAGE)용 시료로 -80℃에 냉동보관하였다.The present inventors selected the E. coli BL21 (DE3) strain for proteomic analysis. A portion of the spawn cultures incubated for 8 hours or more was inoculated in LB medium, and then cultured at 130 rpm at 37 ° C. (control) in the incubator (control group), and a protein body under stress that inhibited proper folding of the protein to form its own tertiary structure was removed. In order to obtain a part of the seed culture was inoculated in LB medium containing 2-HEDS (10 mM) and cultured under the same conditions (experimental group). E. coli were all induced by IPTG (1 mM) when the OD 600 reached 0.5. The cell culture was centrifuged at 6,000 rpm at 4 ℃ to recover the cell precipitate, and washed twice with 40 mM Tris buffer (pH 8.0). The washed E. coli precipitate was washed with 500 µl of lysis buffer; 8M urea, 4% (w / v) chaps, 40 mM Tris, protease inhibitor cocktail] and suspended using an ultrasonic shredder. After cell breakage, the cells were centrifuged at 12,000 rpm and 4 ° C for 60 minutes to remove cell breakage, and the supernatant was separated. Protein concentration of the separated supernatant was measured using a Bio-Rad protein assay kit. The supernatant containing 30 mg of soluble protein was fractionated and rehydration solution [rehydration solution; Suspended in 2M thiourea, 8M urea, 4% w / v chaps, 1% w / v DTT, 1% w / v mobile ampholyte, pH 4.7]. Samples for 2-Dimensional polyacrylamide gel electrophoresis (2D-PAGE) were cryopreserved at -80 ° C.
<1-2> 2차원 겔 전기영동을 통한 대장균 단백질체 분석<1-2> Analysis of Escherichia Coli Proteins by Two-Dimensional Gel Electrophoresis
2차원 겔 전기영동을 이용하여 실시예 <1-1>의 방법으로 수득한 대조군과 실험군의 단백질체를 분석하였다. The protein bodies of the control group and the experimental group obtained by the method of Example <1-1> were analyzed using two-dimensional gel electrophoresis.
상기 냉동보관된 단백질을 pI별로 분리하기 위한 1차원 등전점 분리과정은 바이오-라드 단백질 IEF cell 전기영동장치(Bio-Rad Protein IEF cell electrophoresis system)을 이용하였으며, 선형 pH 4-7 범위의 IPG 겔 스트립(17 cm, ReadyStrip)을 이용하여 재수화 용액에 포함되어 있는 단백질을 하루 밤 동안 재수화 하였다. 500 V에서 2시간, 1000 V에서 30분, 2000 V에서 30분, 4000 V에서 30분, 8000 V에서 70000 VHr(Volt-hours) 동안 진행하였다. 재수화된 IPG 겔 스트립은 1% DTT를 포함하고 있는 평형화 용액[epuilibration solution; 50 mM 트리스(Tris), pH 8.6, 6 M 우레아(urea), 30% v/v 글리세롤(glycerol), 2% SDS, 약간의 브로모페놀 블루(bromophenol blue)]에서 15분간 반응시킨 뒤 2.5% 아이오도아 세트아마이드(iodoacetamide)가 포함된 평형화 용액에서 15분간 반응시켰다. 평형화된 겔 스트립은 12.5% 폴리아크릴아마이드 겔을 이용하여 전기영동한 후, Rabilloud 방법(Rabilloud T., Methods Mol Biol, 1999)에 따라 은-염색(silver staining)을 통해서 단백질 스팟을 검출하였다. 염색된 겔은 GS-710 밀도계(densitometer)를 이용하여 스캐닝한 후 PDQuest 소프트웨어 버전 6.1을 이용하여 단백질 스팟을 확인하였다. 단백질 스팟의 부피를 측정하여 37℃ 정상 조건에서 분리한 단백질을 기준으로 2-HEDS(10 mM) 하에서 분리한 단백질의 발현량의 증감을 상대적으로 비교 분석한 뒤, 일반 배양조건의 경우보다 스팟 부피가 2.7배 이상 증가한 단백질의 스팟을 선정하였다(도 1). The one-dimensional isoelectric point separation process for separating the cryopreserved protein by pI was performed using a Bio-Rad Protein IEF cell electrophoresis system, and an IPG gel strip having a linear pH range of 4-7. (17 cm, ReadyStrip) was used to rehydrate the protein contained in the rehydration solution overnight. 2 hours at 500 V, 30 minutes at 1000 V, 30 minutes at 2000 V, 30 minutes at 4000 V, and 70000 VHr (Volt-hours) at 8000 V. The rehydrated IPG gel strips contain an equilibration solution containing 1% DTT; 50 mM Tris, pH 8.6, 6 M urea, 30% v / v glycerol, 2% SDS, a little bromophenol blue] for 15 minutes followed by 2.5% The reaction was carried out for 15 minutes in an equilibration solution containing iodoacetamide. The equilibrated gel strip was electrophoresed using a 12.5% polyacrylamide gel, and then protein spots were detected by silver staining according to the Rabilloud method (Rabilloud T., Methods Mol Biol , 1999). The stained gels were scanned using a GS-710 densitometer and the protein spots were identified using PDQuest software version 6.1. The volume of the protein spot was measured and compared with the increase and decrease in the expression level of the protein separated under 2-HEDS (10 mM) based on the protein separated at 37 ° C under normal conditions. Was selected as the spot of protein increased by more than 2.7 times (Fig. 1).
<실시예 2> MALDI-TOF-MS 분석 및 단백질 동정Example 2 MALDI-TOF-MS Analysis and Protein Identification
본 발명자들은 상기 <실시예 1>에 의해 선정된 단백질 스팟을 추출하여 한국기초과학연구소에 기탁하여, MALDI-TOF(Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization-Time Of Flight)-MS분석을 이용하여 동정하였다.The present inventors extracted the protein spot selected by Example 1 and deposited it in Korea Basic Science Institute, and identified it using MALDI-TOF (Matrix-Assisted Laser Desorption / Ionization-Time Of Flight) -MS analysis. .
구체적으로, MALDI-TOF-MS 분석을 위해서 상기 <실시예 1>에 의해 선정된 단백질 스팟을 은-염색된 겔로부터 추출하였다(Gharahdaghi F, et al., Electrophoresis, 20:601-605, 1999). 추출된 단백질 스팟을 단백질 스팟을 25 mM 암모늄 바이카보네이트(ammonium bicarbonate, pH 8.0) 용액에서 트립신(trypsin, 10.15 mg/ml) 분해 과정을 37℃에서 하루 밤 동안 진행하였다. 분해된 펩타이드는 5% v/v TFA, 50% v/v ACN 용액을 이용하여 추출하였으며, 이 과정을 세 번 반복한 뒤 진공 원심분리기를 이용하여 건조시켰다. 건조된 펩타이드를 50% ACN/0.1% TFA 용액에 용해시킨 뒤, 한국기초과학연구소에 기탁하여 MALDI-TOF-MS 시스템(Voyager DE-STR instrument; Biosystems, USA)을 이용하여 분자량을 측정하였다. 측정된 펩타이드의 질량 지문(peptide mass fingerprints)은 Prospector 웹사이트의 MS-FIT(http://prospector.ucsf.edu/prospector/4.0.8/html/msfit.htm)을 이용하여 수행하였으며 단백질 동정을 위한 MS-FIT 데이터베이스로는 Swiss-Prot을 이용하였다. 단백질 동정을 수행한 결과, 2-HEDS 스트레스 하에서 발현량이 2.7배 증가한 단백질은 펩티딜-프롤린 시스-트랜스 이성질화 효소 B(Peptidyl-prolyl cis-trans isomerase B; PpiB)로 확인되었다(표 1).Specifically, the protein spots selected by Example 1 were extracted from silver-stained gels for MALDI-TOF-MS analysis (Gharahdaghi F, et al. , Electrophoresis , 20: 601-605, 1999). . The protein spot was extracted and trypsin (trypsin, 10.15 mg / ml) digestion process in 25 mM ammonium bicarbonate (pH 8.0) solution at 37 ℃ overnight. The digested peptide was extracted using 5% v / v TFA, 50% v / v ACN solution, this process was repeated three times and dried using a vacuum centrifuge. The dried peptide was dissolved in a 50% ACN / 0.1% TFA solution, and deposited in the Korea Institute of Basic Science, the molecular weight was measured using a MALDI-TOF-MS system (Voyager DE-STR instrument; Biosystems, USA). Peptide mass fingerprints of peptides measured were performed using MS-FIT (http://prospector.ucsf.edu/prospector/4.0.8/html/msfit.htm) on the Prospector website. Swiss-Prot was used as the MS-FIT database. As a result of protein identification, the protein with a 2.7-fold increase in expression under 2-HEDS stress was identified as Peptidyl-prolyl cis-trans isomerase B (PpiB) (Table 1).
번호a Gene approach
Number a
유사성(%)order
Similarity (%)
Experimental value c
cis-trans
isomerase BPeptidyl-prolyl
cis-trans
isomerase B
a:유전자 접근 번호는 ExPASy Proteomics Server(http://www.expasy.org/)에서 유전자 정보 검색용 식별번호이다.a: Gene accession number is an identification number for genetic information retrieval from ExPASy Proteomics Server (http://www.expasy.org/).
b:이론값은 Compute pI/Mw tool(http://www.expasy.org/tools/pi_tool.html)을 이용하여 수집하였다.b: Theoretical values were collected using the Compute pI / Mw tool (http://www.expasy.org/tools/pi_tool.html).
c:실험값은 이차원 전기영동 젤 이미지로부터 산출하였다.c: Experimental values were calculated from two-dimensional electrophoretic gel images.
<실시예 3> hG-CSF의 단독 발현 벡터(pET-hGCSF) 및 PpiB 융합 발현벡터(pET-PpiB-hGCSF)의 제조Example 3 Preparation of a single expression vector (pET-hGCSF) and a PpiB fusion expression vector (pET-PpiB-hGCSF) of hG-CSF
본 발명자들은 상기 <실시예 1> 및 <실시예 2>의 방법으로 선정된 환경 스트레스 하에 가용성 발현량이 증가한 대장균 단백질 PpiB를 융합발현파트너로 포함하는 발현벡터를 제조하였다.The present inventors prepared an expression vector comprising Escherichia coli protein PpiB having an increased amount of soluble expression under environmental stress selected by the method of <Example 1> and <Example 2> as a fusion expression partner.
hG-CSF의 5'-말단에 XhoI, 3'-말단에 HindⅢ 제한효소 인지부위를 포함하도록 hG-CSF의 cDNA 서열을 가지는 벡터를 주형으로 하여 인간 유래 G-CSF의 cDNA 서열을 포함하는 벡터를 주형으로 하여 hG-CSF 유전자의 염기 서열을 갖는 두 종류의 합성 DNA[프라이머 I: 5'-CTCGAGGACGATGACGA TAAAACCCCCCTGGGCCCTGCC-3(서열번호: 2)'와 프라이머 Ⅱ: 5'-AAGCTTTCAGGGCTGGGCAA GGTGGCG-3(서열번호: 3)']를 사용하여 PCR에 의해 재조합 hG-CSF를 코딩하는 유전자를 증폭하였다. hG-CSF는 시작코돈이 제거되고 정지코돈을 갖는 총 175개의 아미노산 서열을 코딩하는 유전자를 증폭하였으며 hG-CSF의 N-말단 부위에는 XhoI 제한효소 부위에 바로 이어서 엔테로키나아제(enterokinase)에 의한 절단부위(DDDDK; 서열번호: 6)를 갖도록 설계하였다. PCR은 DNA 중합효소반응용 완충액[0.25 mM dNTPs, 50 mM KCl, 10 mM (NH4)2SO4, 20 mM Tris-HCl(pH8.8), 2 mM MgSO4, 0.1% Triton X-100]에 주형(template) DNA 100 ng, 각각의 프라이머 50 pmol을 넣은 다음, Taq DNA 중합효소를 이용하여 수행하였고 반응 조건으로는 95℃에서 30초(denaturation), 52℃에서 30초(annealing), 72℃에서 60초(elongation)로 설정하여 총 30회 수행하였다(이하, 기술되는 모든 PCR은 특별한 언급이 없는 한 상기의 조건을 따른 것이다). PCR이 종료된 다음 증폭된 DNA를 1% 아가로스 젤(agarose gel)을 이용하여 분리하고 증폭된 DNA의 양쪽 말단을 XhoI과 HindⅢ로 절단하여 pET-28a(+)(Novagen) 발현벡터의 제한효소 XhoI과 HindⅢ 자리에 삽입하였고, 이와 같이 만들어진 플라스미드를 'pET-hGCSF'라고 명명하였다.A cDNA sequence of human-derived G-CSF was constructed using a vector having a cDNA sequence of hG-CSF as a template so as to include Xho I at the 5'-end of the hG-CSF and a Hind III restriction enzyme recognition site at the 3'-end. Two types of synthetic DNA [primer I: 5'-CTCGAGGACGATGACGA TAAAACCCCCCTGGGCCCTGCC-3 (SEQ ID NO: 2) 'and primer II: 5'-AAGCTTTCAGGGCTGGGCAA GGTGGCG-3 (SEQ ID NO: 5) No. 3) '] was used to amplify the gene encoding the recombinant hG-CSF by PCR. hG-CSF amplified a gene encoding a total of 175 amino acid sequences with start codons removed and stop codons. The N-terminus of hG-CSF was cleaved by enterokinase immediately following the Xho I restriction site. It was designed to have a site (DDDDK; SEQ ID NO: 6). PCR was performed for the DNA polymerase buffer [0.25 mM dNTPs, 50 mM KCl, 10 mM (NH 4 ) 2 SO 4 , 20 mM Tris-HCl (pH 8.8), 2 mM MgSO 4 , 0.1% Triton X-100]. 100 ng of template DNA, 50 pmol of each primer was added thereto, followed by Taq DNA polymerase. The reaction conditions were 30 seconds at 95 ° C. (denaturation), 30 seconds at 52 ° C. (annealing), 72 A total of 30 runs were carried out at 60 ° C. (elongation) (hereinafter all PCRs described were according to the above conditions unless otherwise noted). After the PCR was completed, the amplified DNA was separated using a 1% agarose gel, and both ends of the amplified DNA were cut with Xho I and Hind III to express pET-28a (+) (Novagen) expression vector. Restriction enzymes were inserted into the Xho I and Hind III sites, and the resulting plasmid was named 'pET-hGCSF'.
또한, 대장균 유래의 PpiB의 유전자를 획득하기 위해, E. coli strain BL21(DE3)[F- ompT hsdSB(rB-mB-)]의 게놈(genomic) DNA를 추출하고 이를 주형으로 하여 정지 코돈을 제외한 164개 아미노산(서열번호: 1)으로 구성된 PpiB를 PCR 방법으로 증폭하였다. 이때 5' 말단에 NdeI 제한효소 인식 서열을, 3' 말단에 XhoI 제한효소 인식서열을 넣어 PCR을 수행함으로써 증폭된 DNA절편의 5'말단에 NdeI, 3'말단에 XhoI 제한 효소 부위를 갖도록 하였다. 상기 PCR을 위한 프라이머는 다음과 같다: 1) 5'-CAT ATG GCT GAA ATT ACC GCA TCC-3(서열번호: 4)' 및 2) 5'-CTC GAG AGA CTG CTT GGA CAT CGC-3(서열번호: 5)'. 상기 제조한 pET-hGCSF 플라스미드를 NdeI과 XhoI으로 처리하여 벡터의 NdeI과 XhoI 자리에 PCR을 통해 증폭된 PpiB의 유전자를 NdeI과 XhoI으로 각각 처리하여 삽입하였고, 이를 'pET-PpiB-hGCSF'라고 명명하였다. Further, in order to obtain a gene of the E. coli-derived PpiB, E. coli strain BL21 (DE3 ) [F - omp T hsd S B (rB - mB -)] to into the genome (genomic) DNA extract is suspended in this mold PpiB consisting of 164 amino acids (SEQ ID NO: 1) excluding codons was amplified by PCR. At this time, Nde I restriction enzyme recognition sequence at the 5 'end and Xho I restriction enzyme recognition sequence at the 3' end are subjected to PCR, where Nde I at the 5 'end of the amplified DNA fragment and Xho I restriction enzyme at the 3' end. To have. Primers for the PCR are as follows: 1) 5'-CAT ATG GCT GAA ATT ACC GCA TCC-3 (SEQ ID NO: 4) 'and 2) 5'-CTC GAG AGA CTG CTT GGA CAT CGC-3 (SEQ ID NO: Number: 5) '. Were inserted into each process a gene of PpiB amplified by PCR in the Nde I and Xho I place the vector by processing the above-prepared plasmid pET-hGCSF with Nde I and Xho I to Nde I and Xho I, this' pET- PpiB-hGCSF 'was named.
<실시예 4> 재조합 단백질의 가용성 발현 및 SDS-PAGE를 이용한 확인 Example 4 Soluble Expression of Recombinant Protein and Identification Using SDS-PAGE
<4-1> 대장균 형질전환체의 제조 <4-1> Preparation of E. coli transformants
본 발명자들은 하나한(Hanahan)이 기술한 방법(Hanahan D, DNA Cloning vol.1 109-135, IRS press 1985)에 의해 상기 <실시예 3>에서 제조한 발현벡터인 pET-hGCSF 및 pET-PpiB-hGCSF를 대장균 BL21(DE3)(Studier and Moffatt, J. Mol. Biol. 189(1):113-130, 1986)에 열충격 방법으로 형질전환시킨 형질전환체를 제조한 다음, 카나마이신이 포함된 LB배지(+100 mg/L 카나마이신)에서 배양하여 카나마이신에 저항성을 나타내는 콜로니를 선별하였다. The present inventors are the expression vector prepared in Example 3 by the method described by Hanahan (Hanahan D, DNA Cloning vol. 1 109-135, IRS press 1985). pET-hGCSF and pET-PpiB-hGCSF were transformed into E. coli BL21 (DE3) (Studier and Moffatt, J. Mol. Biol. 189 (1): 113-130, 1986) by heat shock method. Next, colonies showing kanamycin resistance were selected by culturing in LB medium containing kanamycin (+100 mg / L kanamycin).
<4-2> 대장균 형질전환체의 배양 및 유전자 발현<4-2> Culture of E. coli transformants and gene expression
상기 재조합 발현 벡터로 형질 전환된 대장균 형질전환체를 이용하여 단독의 hG-CSF, 및 PpiB와 융합된 hG-CSF를 생산하였다. 8시간 이상 배양된 종균 배양액의 일부를 본 배양 LB배지(+100 mg/L 카나마이신)에 접종(1%)한 다음 37℃에서 130 rpm으로 배양하였다. 배양액의 OD600가 0.5에 이르렀을 때에 1 mM IPTG(isopropylthio-β-D-galactoside)를 첨가하여 재조합 유전자의 발현을 유도하였다. IPTG 첨가 후 동일한 조건으로 4시간 더 배양한 다음 세포배양액을 4℃에서 6,000 rpm으로 5분간 원심분리하여 균체 침전물을 회수하였고, 회수된 균체 침전물을 5 ㎖ 퍼쇄 용액[10 mM Tris-HCl 완충액(pH 7.5), 10 mM EDTA]에 현탁한 다음, 초음파 파쇄기(Branson Sonifier)를 이용하여 파쇄하였다. 파쇄 후에 원심분리(13,000 rpm × 10분)하여 상층액과 단백질 응집체를 분리하고, 분리한 상층액과 불용성 응집체를 각각 5 × SDS(0.156 M 트리스-HCl, pH 6.8, 2.5% SDS, 37.5% 글리세롤, 37.5 mM DTT)와 1:4로 섞어 100℃에서 10분간 끓였다. 끓인 시료는 12% SDS-PAGE 겔(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis)(12% Tris-Glycine gel)에 로딩하고 120 V에서 3시간 동안 시료를 전개한 다음, 쿠마시 염색 방법으로 염색한 후 탈색함으로써 각각의 재조합 단백질의 발현량을 농도계(Densitometer, Bio-Rad, USA)로 확인하고, 수학식 1에 따라 용해도(%)를 계산하였다.E. coli transformants transformed with the recombinant expression vector were used to produce hG-CSF alone and hG-CSF fused with PpiB. A portion of the spawn culture cultured for at least 8 hours was inoculated (1%) in the main culture LB medium (+100 mg / L kanamycin), and then cultured at 130 rpm at 37 ° C. When the OD 600 of the culture reached 0.5, 1 mM IPTG (isopropylthio-β-D-galactoside) was added to induce the expression of the recombinant gene. After addition of IPTG, the cells were further incubated for 4 hours under the same conditions, and the cell cultures were centrifuged at 4 ° C. at 6,000 rpm for 5 minutes to recover the cell precipitates. 7.5), 10 mM EDTA], and then disrupted using an ultrasonic crusher (Branson Sonifier). After crushing, the supernatant and the protein aggregates were separated by centrifugation (13,000 rpm × 10 minutes), and the separated supernatants and the insoluble aggregates were separated into 5 × SDS (0.156 M Tris-HCl, pH 6.8, 2.5% SDS, 37.5% glycerol). , 37.5 mM DTT) was mixed with 1: 4 and boiled at 100 ° C for 10 minutes. Boiled samples were loaded on a 12% SDS-PAGE gel (sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis) (12% Tris-Glycine gel), developed at 120 V for 3 hours, and then stained by Coomassie staining. By doing so, the expression level of each recombinant protein was confirmed with a densitometer (Densitometer, Bio-Rad, USA), and the solubility (%) was calculated according to
그 결과, PpiB 없이 hG-CSF가 단독 발현된 경우 가용성 정도는 4~5%에 불과한 반면에, PpiB와 hG-CSF가 융합 발현된 경우에는 80%로 현저히 증가된 것을 확인하였다(도 3). As a result, when hG-CSF was expressed alone without PpiB, the degree of solubility was only 4-5%, whereas when PpiB and hG-CSF were fused, it was significantly increased to 80% (FIG. 3).
<실시예 5> PpiB가 분리되는 재조합 hG-CSF의 정제 및 이의 분석<Example 5> Purification and analysis thereof of recombinant hG-CSF from which PpiB is isolated
본 발명자들은 상기 <실시예 4>에서 제조한 융합발현 벡터(pET-PpiB-hGCSF)로 형질전환된 대장균 BL21(DE3)를 이용하여 재조합 단백질을 생산한 후 이를 정제 및 분석하였다. 상기 형질전환체는 pET-28a(+)를 사용했기 때문에 발현된 융합 단 백질의 N-말단 부위에는 6개의 히스티딘(histidine)이 위치하고 히스티딘의 금속친화력으로 인해 Ni2+ 금속 친화 크로마토그래피를 통한 정제가 가능하므로 Ni-NTA 아가로즈 비드(Agarose bead)(QIAGEN)를 사용하여 Ni2+ 금속 친화 크로마토그래피를 수행 및 정제하였다.The present inventors produced and purified the recombinant protein using E. coli BL21 (DE3) transformed with the fusion expression vector (pET-PpiB-hGCSF) prepared in Example 4 above. Since the transformant used pET-28a (+), six histidines were located at the N-terminal region of the expressed fusion protein and purified through Ni 2+ metal affinity chromatography due to histidine metal affinity. Ni 2+ metal affinity chromatography was performed and purified using Ni-NTA Agarose bead (QIAGEN).
구체적으로, 세포를 파쇄한 후 13,000 rpm에서 10분간 원심분리한 다음, 분리된 상등액을 금속친화를 이용한 정제를 위해서 Ni-NTA 아가로즈 비드(QIAGEN) 500 mL과 결합시켰다. Ni-NTA 아가로즈 비드와 반응시키기 전에 결합 완충액(binding buffer)[pH 8.0, 50 mM 소듐 포스페이트(sodium phosphate), 300 mM 염화 나트륩(NaCl), 10 mM 이미다졸(imidazole)]을 사용하여 세척하였다. PpiB와 융합발현된 융합단백질[(His × 6)PpiB-(엔테로키나아제 부위)hGCSF]이 포함되어 있는 상등액과 Ni-NTA 아가로즈 비드의 결합은 4℃에서 진행하였고 2시간 이상 충분히 결합시킨 후, 8 mL의 세척 완충액(washing buffer)[pH 8.0, 50 mM 소듐 포스페이트(sodium phosphate), 300 mM 염화 나트륨(NaCl), 50 mM 이미다졸(imidazole)]을 이용하여 두 번 세척하였다. 다음 단계로 PBS 완충용액[PBS buffer; 137 mM 염화 나트륩(NaCl), 2.7 mM 염화 칼륨(KCl), 10 mM 제 1인산나트륨(Na2HPO4), 2 mM 제 1인산칼륨(KH2PO4), pH 7.4]을 이용하여 한번 더 추가로 세척하였다. 아가로즈 비드에 붙어 있는 (His × 6)PpiB-(엔테로키나아제 부위)hGCSF에 엔테로키나아제 용액(enterokinase solution)[엔테로키나아제 5 ㎕, 10 × 엔테로키나아제 완충용액 50 ㎕, PBS 445 ㎕(Invitrogen)] 500 ㎕을 첨가하여 22℃에서 12시간 반응시키고 용리 분획(elution fraction)을 받아 13,000 rpm에서 15분 동안 원심분리하여 가용성과 불용성 용액을 분리하였다. 분리한 샘플은 SDS-PAGE 분석을 통해 PpiB가 제거된 후에도 hG-CSF가 여전히 가용성 상태로 남아 있음을 확인하였고 이렇게 정제된 hG-CSF는 마우스 항-인간 G-CSF 단일클론 항체(mouse anti-human G-CSF monoclonal antibody)(Clone 3D1, Santa Cruz Biotechnology Inc, CA)를 이용한 웨스턴 블랏(Western blot) 분석을 통하여 확인할 수 있었다(도 4).Specifically, the cells were disrupted and centrifuged at 13,000 rpm for 10 minutes, and the separated supernatants were combined with 500 mL of Ni-NTA agarose beads (QIAGEN) for purification using metal affinity. Wash with binding buffer [pH 8.0, 50 mM sodium phosphate, 300 mM NaCl, 10 mM imidazole] prior to reaction with Ni-NTA agarose beads It was. The binding of the supernatant containing the fusion protein [(His × 6) PpiB- (entokinase site) hGCSF] fused with PpiB and Ni-NTA agarose beads proceeded at 4 ° C., and after 2 hours of sufficient binding, Wash twice with 8 mL of washing buffer (pH 8.0, 50 mM sodium phosphate, 300 mM sodium chloride (NaCl), 50 mM imidazole). Next step, PBS buffer [PBS buffer; 137 mM sodium chloride (NaCl), 2.7 mM potassium chloride (KCl), 10 mM sodium monophosphate (Na 2 HPO 4) , 2 mM potassium monophosphate (KH 2 PO 4 ), pH 7.4] It was further washed. Enterokinase solution (5 μl enterokinase, 10 μl enterokinase buffer, 50 μl PBS, 445 μl PBS (Invitrogen)) in (His × 6) PpiB- (entokinase site) hGCSF attached to
<실시예 6> 원평광 이색성 분광(CD) 분석을 통한 단백질 2차 구조 확인Example 6 Confirmation of Protein Secondary Structure by Circular Dichroism Spectroscopy (CD) Analysis
본 발명자들은 EK-AwayTMresin(Invitrogen, Germany, Cat. No. R180-01)을 이용하여 상기 정제 중 사용되었던 엔테로키나아제를 제거하고, 엔테로키나아제가 제거된 용액은 microcon YM-10(Millipore, Ireland)으로 CD 분석을 위해 필요한 양만큼 농축(0.4167 ㎍/㎕)하여 분석을 위한 샘플을 준비했다. 상기 준비된 재조합 hG-CSF 샘플은 한국기초과학지원연구원(오창)에 의뢰하여 JASCO J-710 분광편도계(spectropolarimeter)에 의해 원평광 이색성 분광(CD)을 분석하였다. 상기 방법으로 정제된 재조합 hG-CSF와 현제 치료용으로 판매되고 있는 hG-CSF[Grasin Prefilled-Syringe(Filgrastim), Kirin, Japan)]의 단백질 2차 구조를 비교 분석한 결과, 동일한 단백질 2차 구조를 가짐을 확인하였다(도 5).The inventors used EK-Away ™ resin (Invitrogen, Germany, Cat. No. R180-01) to remove enterokinase used during the purification, and the solution containing enterokinase was removed from the microcon YM-10 (Millipore, Ireland). ) To prepare the sample for analysis by concentrating (0.4167 μg / μl) as needed for CD analysis. The prepared recombinant hG-CSF sample was commissioned by Korea Basic Science Institute (Ochang) to analyze the circular dichroism spectroscopy (CD) by the JASCO J-710 spectropolarimeter (spectropolarimeter). Comparative analysis of the protein secondary structure of recombinant hG-CSF purified by the above method and hG-CSF [Grasin Prefilled-Syringe (Filgrastim), Kirin, Japan)] It was confirmed to have (Fig. 5).
도 1은 정상적인 환경 및 2-HEDS 스트레스 환경에서의 대장균(E. coli) BL21(DE3) 단백질체(proteome)를 비교 분석 결과를 나타내는 그림이다. 1 is a diagram showing the results of comparative analysis of the E. coli BL21 (DE3) proteome in the normal environment and 2-HEDS stress environment.
(A)는 정상적인 환경 하에서 대장균 단백질체의 2차원 겔 전기영동의 이미지를 나타내는 그림이다. (A) is a diagram showing the image of two-dimensional gel electrophoresis of E. coli protein body under normal environment.
(B)는 2-HEDS 스트레스 환경에서의 대장균 단백질체의 2차원 겔 전기영동의 이미지를 나타내는 그림이다. (B) is a diagram showing the image of two-dimensional gel electrophoresis of E. coli protein body under the 2-HEDS stress environment.
(C)는 2-HEDS 스트레스 환경에서의 PpiB의 상대적인 스팟 강도를 비교한 그래프이다.(C) is a graph comparing the relative spot intensities of PpiB in a 2-HEDS stress environment.
도 2는 인간 과립구 군체 자극인자(hG-CSF)의 단독 발현벡터, 및 대장균 PipB 유전자를 융합발현파트너로 이용하는 융합 발현벡터의 모식도를 나타내는 그림이다.FIG. 2 is a diagram showing a schematic representation of a single expression vector of human granulocyte colony stimulating factor (hG-CSF) and a fusion expression vector using E. coli PipB gene as a fusion expression partner.
(A)는 hG-CSF의 단독 발현벡터를 나타내는 그림이다. (A) is a figure showing the expression vector of hG-CSF alone.
(B)는 His6 tag 및 엔테로키나아제 절단 부위를 포함한 hG-CSF의 융합 발현을 위한 플라스미드 벡터를 나타내는 그림이다. (B) is a diagram showing a plasmid vector for fusion expression of hG-CSF including His 6 tag and enterokinase cleavage site.
도 3은 hG-CSF의 단독 발현, 및 PipB를 융합발현파트너로 이용한 융합 발현을 SDS-PAGE로 분석한 결과를 나타내는 그림이다(M: 분자 마커; S: 재조합 대장균 유래 세포 용해물의 가용성 분획; 및 IS: 재조합 대장균 유래 세포 용해물의 불용성 분획). Figure 3 shows the results of analysis of SG-CSF alone expression and fusion expression using PipB as a fusion expression partner by SDS-PAGE (M: molecular marker; S: soluble fraction of recombinant E. coli derived cell lysates; And IS: insoluble fraction of recombinant E. coli derived cell lysate).
(A)는 hG-CSF 단독 발현의 SDS-PAGE 분석 결과를 나타내는 그림이다. (A) is a figure showing the result of SDS-PAGE analysis of hG-CSF expression alone.
(B)는 hG-CSF와 PipB 융합 발현의 SDS-PAGE 분석 결과를 나타내는 그림이다. (B) is a diagram showing the result of SDS-PAGE analysis of hG-CSF and PipB fusion expression.
(C)는 hG-CSF의 단독 발현, 및 PipB와 hG-CSF의 융합 발현 세포의 가용성(%)을 나타내는 그래프이다.(C) is a graph showing the expression of hG-CSF alone and the solubility (%) of fusion-expressing cells of PipB and hG-CSF.
도 4는 정제한 hG-CSF의 SDS-PAGE 분석과 그의 웨스턴 블랏(Western blot) 분석 결과를 나타내는 그림이다(M: 분자 마커; 1: 재조합 세포 용해물의 가용성 분획; 2: 정제된 hG-CSF의 가용성 분획; 및 3: 정제된 hG-CSF의 불용성 분획)(화살표는 정제한 hG-CSF를 나타낸다). 4 is a diagram showing the results of SDS-PAGE analysis of the purified hG-CSF and Western blot analysis thereof (M: molecular marker; 1: soluble fraction of recombinant cell lysate; 2: purified hG-CSF) Soluble fraction; and 3: insoluble fraction of purified hG-CSF) (arrows indicate purified hG-CSF).
(A)는 엔테로키나아제 처리에 의해 PipB를 제거한 후, 정제한 재조합 hG-CSF의 가용성을 SDS-PAGE 분석한 결과를 나타내는 그림이다. (A) is a diagram showing the result of SDS-PAGE analysis of the availability of purified recombinant hG-CSF after PipB was removed by enterokinase treatment.
(B)는 엔테로키나아제 처리에 의해 PipB를 제거한 후, 정제한 재조합 hG-CSF의 웨스턴 블랏 분석한 결과를 나타내는 그림이다. (B) shows the result of Western blot analysis of purified recombinant hG-CSF after PipB was removed by enterokinase treatment.
도 5는 정제한 hG-CSF와 천연의 hG-CSF의 단백질 2차 구조의 변형여부 확인을 위한 원평광 이색성 분광(CD) 분석의 결과를 나타내는 그래프이다. 5 is a graph showing the results of circular dichroism spectroscopy (CD) analysis for confirming whether the secondary structure of the purified hG-CSF and the natural hG-CSF is modified.
(A)는 PipB::hG-CSF로부터 분리된 정제한 재조합 hG-CSF을 원평광 이색성 분광(CD)으로 분석한 결과를 나타내는 그림이다.(A) is a diagram showing the results of analysis of purified recombinant hG-CSF isolated from PipB :: hG-CSF by circular dichroism spectroscopy (CD).
(B)는 상업용 표준 hG-CSF을 원평광 이색성 분광(CD)으로 분석한 결과를 나타내는 그림이다. (B) is a figure showing the result of analyzing the commercial standard hG-CSF by circular dichroism spectroscopy (CD).
<110> Korea University Industrial & Academic Collaboration Foundation <120> A preparation method of solubility recombinant protein by use of Peptidyl-prolyl cis-trans isomerase B as a fusion expression partner <130> 8p-09-08 <160> 6 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 164 <212> PRT <213> Escherichia coli <400> 1 Met Val Thr Phe His Thr Asn His Gly Asp Ile Val Ile Lys Thr Phe 1 5 10 15 Asp Asp Lys Ala Pro Glu Thr Val Lys Asn Phe Leu Asp Tyr Cys Arg 20 25 30 Glu Gly Phe Tyr Asn Asn Thr Ile Phe His Arg Val Ile Asn Gly Phe 35 40 45 Met Ile Gln Gly Gly Gly Phe Glu Pro Gly Met Lys Gln Lys Ala Thr 50 55 60 Lys Glu Pro Ile Lys Asn Glu Ala Asn Asn Gly Leu Lys Asn Thr Arg 65 70 75 80 Gly Thr Leu Ala Met Ala Arg Thr Gln Ala Pro His Ser Ala Thr Ala 85 90 95 Gln Phe Phe Ile Asn Val Val Asp Asn Asp Phe Leu Asn Phe Ser Gly 100 105 110 Glu Ser Leu Gln Gly Trp Gly Tyr Cys Val Phe Ala Glu Val Val Asp 115 120 125 Gly Met Asp Val Val Asp Lys Ile Lys Gly Val Ala Thr Gly Arg Ser 130 135 140 Gly Met His Gln Asp Val Pro Lys Glu Asp Val Ile Ile Glu Ser Val 145 150 155 160 Thr Val Ser Glu <210> 2 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hG-CSF primer I <400> 2 ctcgaggacg atgacgataa aacccccctg ggccctgcc 39 <210> 3 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hG-CSF primer II <400> 3 aagctttcag ggctgggcaa ggtggcg 27 <210> 4 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PpiB primer I <400> 4 catatggctg aaattaccgc atcc 24 <210> 5 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PpiB primer II <400> 5 ctcgagagac tgcttggaca tcgc 24 <210> 6 <211> 5 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> enterokinase cleavage site <400> 6 Asp Asp Asp Asp Lys 1 5 <110> Korea University Industrial & Academic Collaboration Foundation <120> A preparation method of solubility recombinant protein by use of Peptidyl-prolyl cis-trans isomerase B as a fusion expression partner <130> 8p-09-08 <160> 6 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 164 <212> PRT <213> Escherichia coli <400> 1 Met Val Thr Phe His Thr Asn His Gly Asp Ile Val Ile Lys Thr Phe 1 5 10 15 Asp Asp Lys Ala Pro Glu Thr Val Lys Asn Phe Leu Asp Tyr Cys Arg 20 25 30 Glu Gly Phe Tyr Asn Asn Thr Ile Phe His Arg Val Ile Asn Gly Phe 35 40 45 Met Ile Gln Gly Gly Gly Phe Glu Pro Gly Met Lys Gln Lys Ala Thr 50 55 60 Lys Glu Pro Ile Lys Asn Glu Ala Asn Asn Gly Leu Lys Asn Thr Arg 65 70 75 80 Gly Thr Leu Ala Met Ala Arg Thr Gln Ala Pro His Ser Ala Thr Ala 85 90 95 Gln Phe Phe Ile Asn Val Val Asp Asn Asp Phe Leu Asn Phe Ser Gly 100 105 110 Glu Ser Leu Gln Gly Trp Gly Tyr Cys Val Phe Ala Glu Val Val Asp 115 120 125 Gly Met Asp Val Val Asp Lys Ile Lys Gly Val Ala Thr Gly Arg Ser 130 135 140 Gly Met His Gln Asp Val Pro Lys Glu Asp Val Ile Glu Ser Val 145 150 155 160 Thr Val Ser Glu <210> 2 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hG-CSF primer I <400> 2 ctcgaggacg atgacgataa aacccccctg ggccctgcc 39 <210> 3 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hG-CSF primer II <400> 3 aagctttcag ggctgggcaa ggtggcg 27 <210> 4 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PpiB primer I <400> 4 catatggctg aaattaccgc atcc 24 <210> 5 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PpiB primer II <400> 5 ctcgagagac tgcttggaca tcgc 24 <210> 6 <211> 5 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> enterokinase cleavage site <400> 6 Asp Asp Asp Asp Lys 1 5
Claims (20)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080135679A KR20100077665A (en) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | A preparation method of solubility recombinant protein by use of peptidyl-prolyl cis-trans isomerase b as a fusion expression partner |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080135679A KR20100077665A (en) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | A preparation method of solubility recombinant protein by use of peptidyl-prolyl cis-trans isomerase b as a fusion expression partner |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020110147660A Division KR20120006003A (en) | 2011-12-30 | 2011-12-30 | A preparation method of solubility recombinant protein by use of Peptidyl―prolyl cis―trans isomerase B as a fusion expression partner |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20100077665A true KR20100077665A (en) | 2010-07-08 |
Family
ID=42638989
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020080135679A KR20100077665A (en) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | A preparation method of solubility recombinant protein by use of peptidyl-prolyl cis-trans isomerase b as a fusion expression partner |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20100077665A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023277640A1 (en) * | 2021-07-02 | 2023-01-05 | 연세대학교 산학협력단 | Pharmaceutical composition for treating cancer |
-
2008
- 2008-12-29 KR KR1020080135679A patent/KR20100077665A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023277640A1 (en) * | 2021-07-02 | 2023-01-05 | 연세대학교 산학협력단 | Pharmaceutical composition for treating cancer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Su et al. | High-level expression and purification of human epidermal growth factor with SUMO fusion in Escherichia coli | |
JP7266325B2 (en) | Fusion proteins containing fluorescent protein fragments and uses thereof | |
KR101557196B1 (en) | Soluble expression and purification method of active recombinant human GCSF | |
KR101077611B1 (en) | A preparation method of solubility recombinant protein by use of Chemotaxis protein cheZ as a fusion expression partner | |
KR101077612B1 (en) | A preparation method of solubility recombinant protein by use of Bacterioferritin as a fusion expression partner | |
KR101023518B1 (en) | A preparation method of solubility recombinant protein by use of Aspartate carbamoyltransferase catalytic chain as a fusion expression partner | |
KR102060881B1 (en) | METHOD FOR SOLUBLE OVEREXPRESSION and PURIFICATION OF RECOMBINANT HUMAN SERUM ALBUMIN | |
EP3741774A1 (en) | N-terminal fusion partner for producing recombinant polypeptide, and method for producing recombinant polypeptide using same | |
KR20100077665A (en) | A preparation method of solubility recombinant protein by use of peptidyl-prolyl cis-trans isomerase b as a fusion expression partner | |
KR20030062854A (en) | Manufacturing method of recombinant protein in yeast by the use of secretory type vector | |
KR101077613B1 (en) | A preparation method of solubility recombinant protein by use of Putative HTH―type transcriptional regulator yjdC as a fusion expression partner | |
KR100890184B1 (en) | PREPARATION METHOD OF RECOMBINANT PROTEIN BY USE OF SlyD AS A FUSION EXPRESSION PARTNER | |
KR20120006002A (en) | A preparation method of solubility recombinant protein by use of dihydrofolate reductase as a fusion expression partner | |
KR102064810B1 (en) | N-terminal fusion partner for preparing recombinant polypeptide and method of preparing recombinant polypeptide using the same | |
KR20120006003A (en) | A preparation method of solubility recombinant protein by use of Peptidyl―prolyl cis―trans isomerase B as a fusion expression partner | |
KR20100077683A (en) | A preparation method of solubility recombinant protein by use of glutathione synthetase as a fusion expression partner | |
KR20120006004A (en) | A preparation method of solubility recombinant protein by use of glutathione synthetase as a fusion expression partner | |
KR100890183B1 (en) | Preparation method of recombinant protein by use of malate dehydrogenase as a fusion expression partner | |
KR101364864B1 (en) | Expression Vector for Human Erythropoietin and Process for Production of Erythropoietin Using Thereof | |
KR20100077644A (en) | A preparation method of solubility recombinant protein by use of dihydrofolate reductase as a fusion expression partner | |
JPS63267278A (en) | Base sequence coding bonded interferon | |
KR100890187B1 (en) | PREPARATION METHOD OF RECOMBINANT PROTEIN BY USE OF Tsf AS A FUSION EXPRESSION PARTNER | |
KR102009709B1 (en) | Method of preparing human parathyroid hormone 1-84 using fusion polypeptide | |
Agustiyanti et al. | Overproduction and purification of soluble recombinant human granuocyte colony stimulating factor in Escherichia coli using thioredoxin as fusion | |
KR102017542B1 (en) | Method of preparing glucagon like peptide-2 or analogues using fusion polypeptide |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
J201 | Request for trial against refusal decision | ||
A107 | Divisional application of patent | ||
AMND | Amendment | ||
E90F | Notification of reason for final refusal | ||
B601 | Maintenance of original decision after re-examination before a trial | ||
J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20111130 Effective date: 20121022 |