KR20110135724A - 사람의 sod-3 유전자를 가지는 형질전환 닭 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사람의 SOD-3 유전자를 가지는 형질전환 닭에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 닭의 오브알부민 유전자의 프로모터 영역과 사람의 SOD-3(Superoxide Dismutase-3) 유전자로 이루어진 서열번호 1의 유전자가 도입된 것을 특징으로 하는 재조합 발현벡터 및 이를 이용한 제2세대 형질전환 닭(G1)에 관한 것이다.

Description

사람의 SOD-3 유전자를 가지는 형질전환 닭{Transgenic chicken containing the human SOD-3 gene}
본 발명은 사람의 SOD-3 유전자를 가지는 형질전환 닭에 관한 것이다.
현대 의료 기술의 발달은 의료와 관련된 인체 유용물질의 수요 증가와 더불어 인체 유용물질 생산의 필요성이 크게 높아지고 있다. 이러한 상황에서 계란 생산이라는 특성을 가지는 닭은 인체 유용물질을 생산하는 생체반응기(bioreactor) 모델로서 매우 매력적인 가능성을 가지고 있는 동물이라고 생각된다. 현재 이러한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 가시적인 연구 성과들이 보고되고 있다[Lillico te al., 2007; Kwon et al., 2008].
에너지 생산은 생명체의 생존에 있어서 꼭 필요한 과정이다. 사람의 경우, 산소는 에너지 생산의 호흡 과정에서 꼭 필요한 물질이지만, 또한 활성 산소 생성의 주된 요인이기도 하다. 산소를 사용하여 호흡하는 생명체들은 부수적으로 생성되는 활성산소를 안정한 형태의 물질로 바꾸는 방어 기전에 꼭 필요한 효소들을 가지고 있다. 사람의 경우 SOD(superoxide dismutases) 단백질들이 이러한 기능을 가지는 것으로 잘 알려져 있다. 사람의 경우, SOD 단백질은 세 가지 종류가 존재하는 것으로 알려져 있다[Choung et al., 2004].
본 발명자들은 이들 가운데 세포 밖으로 분비되어 세포 밖에서 생성되는 활성산소 제거 기능이 있는 것으로 알려진 사람의 SOD-3 단백질의 유전자를 배반엽 단계 수정란에 재조합 렌티바이러스를 유전자 전달 운반체로 이용하여 계란의 난백에 사람의 SOD-3 단백질을 분비하는 형질전환 닭(G0)을 생산하여 그 연구 결과를 발표한 바 있다[변 등, 한국가금학회지, p241, 2008].
그러나, 발표한 연구 결과에서는 정액에 목적 유전자를 가지는 제1세대 형질전환 닭(G0) 생산은 확인하였으나, 완전한 형태의 형질전환 닭인 제2세대(G1) 생산은 실패하였다.
배반엽단계 수정란에 재조합 바이러스를 주입하는 방법으로 생산된 제1세대 형질전환 닭(G0)은 100% 모자이크 형태로 생산되는 관계로 완전한 형태의 형질전환 닭은 제2세대 형질전환 닭(G1)이 생산되어야 형질전환 닭이 생산되었다고 말을 할 수 있다.
이에, 본 발명자들은 닭의 오브알부민 유전자의 프로모터 영역과 사람의 SOD-3 유전자로 이루어진 서열번호 1의 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터를 제작하고, 이를 이용하여 제2세대 형질전환 닭(G1)을 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명은 닭의 오브알부민 유전자의 프로모터 영역과 사람의 SOD-3 유전자로 이루어진 서열번호 1의 유전자가 pLenti6/TR 벡터에 도입된 것을 특징으로 하는 재조합 발현벡터 pLenti6/OVA-SOD(KACC 95104P)를 제작하고, 상기 벡터가 도입되어 사람의 SOD-3 유전자를 발현할 수 있는 형질전환 닭을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 닭의 오브알부민 유전자의 프로모터 영역과 사람의 SOD-3 유전자로 이루어진 서열번호 1의 유전자가 도입된 것을 특징으로 하는 재조합 발현벡터를 그 특징으로 한다.
또한 본 발명은 보다 구체적으로, 닭의 오브알부민 유전자의 프로모터 영역과 사람의 SOD-3 유전자로 이루어진 서열번호 1의 유전자가 pLenti6/TR 벡터에 도입된 것을 특징으로 하는 재조합 발현벡터 pLenti6/OVA-SOD(KACC 95104P)를 그 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 재조합 발현벡터가 도입되어 사람의 SOD-3 유전자를 발현할 수 있는 형질전환 닭도 권리범위로 포함한다.
본 발명에서는 닭의 오브알부민 프로모터에 사람의 SOD-3 유전자가 도입된 제2세대 형질전환 닭(G1)의 생산 방법을 개발하였다. 본 발명은 사람에게 유용한 단백질을 생산하는 하나의 생체반응기(bioreactor)로서의 닭의 활용가능성을 제공한다.
도 1은 제2세대 형질전환 닭 생산용 재조합 벡터 pLenti6/OVA-SOD의 제작과정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 제2세대 형질전환 닭 생산용 재조합 벡터 pLenti6/OVA-SOD을 염기서열 분석한 결과이다[대문자: pLenti6/TR 렌티바이러스 벡터 염기서열, 소문자: 닭 오브알부민 프로모터 염기서열과 사람의 SOD-3 유전자 염기서열, GAATTC: EcoRI 제한효소 자리, GGTACC: KpnI 제한효소 자리, ATG: start codon, TGA: stop codon].
도 3은 제2세대 형질전환 닭 생산용 재조합 벡터 pLenti6/OVA-SOD의 개열지도를 나타낸 것이다.
도 4는 사람의 SOD-3 유전자를 가지는 재조합 렌티바이러스의 정량 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 후보 형질전환 닭들의 정액 PCR 분석 결과를 나타낸 것이다[Pc: 양성 대조구, Nc: 음성 대조구, C1-3: 일반 수탉의 정액].
도 6은 제2세대 후보 형질전환 닭 혈액 PCR 분석 결과를 나타낸 것이다[Pc: 양성 대조구, Nc: 음성 대조구].
도 7은 사람의 SOD-3 유전자를 가지는 제2세대 형질전환 닭 Southern 분석 결과를 나타낸 것이다[P1, 2: 양성 대조구; lane 1, 2: 대조구; lane 3, 4: hSOD-3 형질전환 닭].
이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 5'-UTR, 단백질을 지정하는 부분 그리고 3'-UTR 말단을 모두 포함하는 사람의 SOD-3 유전자(1446 bp)와 닭의 오브알부민 유전자의 프로모터 영역(2848 bp)으로 이루어진 서열번호 1의 유전자(4294 bp)가 도입된 재조합 발현 벡터를 특징으로 한다.
먼저, pLenti6/TR(Invitrogen) 렌티바이러스 벡터에 오브알부민 프로모터와 사람의 SOD-3 유전자를 옮기고, 293T세포에서 재조합 렌티바이러스를 생산하였고, 이를 형질전환 닭 생산에 사용하였다.
상기 배경기술의 논문[변 등, 한국가금학회지, p241, 2008]에 개시된 벡터는 사람의 SOD-3 유전자의 5'-UTR과 단백질을 지정하는 유전자부분(720bp)만을 포함하나 본 발명의 재조합 벡터는 사람의 SOD-3 유전자의 5'-UTR, 단백질을 지정하는 부분 그리고 3'-UTR 말단을 모두 포함하는 점에서 차이가 있다.
상기 재조합 렌티바이러스 벡터를 pLenti6/OVA-SOD라 명명하고, pLenti6/OVA-SOD을 국립농업과학원 농업유전자원센터에 2010년 3월 18일자로 기탁하였다(KACC 95104P).
상기 재조합 렌티바이러스 벡터는 서열번호 2의 전체 서열을 포함한다.
상기 재조합 렌티바이러스 벡터을 구축한 후, 이를 이용하여 재조합 렌티바이러스 생산하고, 상기 재조합 렌티바이러스를 닭의 배반엽단계 수정란에 미세 주입과 수정란 인공 배양을 통하여 사람의 SOD-3 유전자가 도입된 제1세대 후보 형질전환 병아리 생산, 제1세대 형질전환 닭(G0) 선발 그리고 최종적으로 목적 유전자를 가지는 제2세대 형질전환 닭(G1)을 생산한다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명은 닭의 오브알부민 프로모터에 사람의 SOD-3 유전자가 도입된 제2세대 형질전환 닭(G1)의 생산이 가능하다.
또한, 본 발명은 사람에게 유용한 단백질을 생산하는 하나의 생체반응기(bioreactor)로서 닭의 활용도 기대된다.
이하, 본 발명은 다음 실시예에 의거하여 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 : 제2세대 형질전환 닭 생산용 재조합 벡터 제작
사람의 SOD-3 유전자의 운반 벡터로서 사용될 pLenti6/TR 벡터를 먼저 제한효소(EcoR I) 처리하여 globin IVS-tetR-stop 염기서열을 잘라내어 뼈대(backbone) 벡터로 사용하고자 제한효소(EcoR I) 처리 후 뼈대만을 겔 용출(gel elution)하여 klenow 처리를 통해 블런트 엔드(blunt end)로 만들었고, 그 후 SAP(Shrimp Alkaline Phosphatase) 처리하여 유전자 클로링의 벡터로 사용하였다.
사람의 SOD-3 유전자가 들어있는 pOVA-SOD 벡터를 Tthlll I로 먼저 자른 후 Hind III로 제한하였다. 그 후, 2.8 kb 크기의 닭의 오브알부민 프로모터와 1.4 kb 크기의 사람의 SOD-3 유전자를 가지는 전체 4.2kb 크기의 DNA 조각(서열번호 1)을 겔 용출하여 klenow 처리를 통해 블런트 엔드로 만들었고, 이를 삽입물(insert)로 사용하였다(도 1). 그리고 최종적으로 완성된 렌티바이러스 벡터는 염기서열 분석을 통하여 닭 오브알부민 프로모터와 사람의 SOD-3 유전자가 정확히 클로링되었음을 확인하였다(도 2, 서열번호 2). 그리고 클로링된 사람의 SOD-3 유전자는 단백질 합성의 시작(ATG)과 끝(TGA)을 알리는 아미노산 코돈이 정확히 존재함을 확인하였다.
상기 재조합 렌티바이러스 벡터를 pLenti6/OVA-SOD 라 명명하고, pLenti6/OVA-SOD을 국립농업과학원 농업유전자원센터에 2010년 3월 18일자로 기탁하여 KACC 95104P의 기탁번호를 부여받았다.
사람의 SOD-3 유전자를 가지는 렌티바이러스 벡터 pLenti6/OVA-SOD를 사용하여 바이러스 패키징(packaging) 세포인 293T에서 재조합 렌티바이러스를 생산하였다. 생산된 재조합 렌티바이러스의 역가(titer)는 HeLa 세포와 항생제인 블라스티키딘(blasticidin, Invitrogen)을 이용하여 확인하였다. 순차적으로 희석한 재조합 렌티바이러스를 6-웰 배양접시에 배양되고 있는 HeLa 세포에 감염시키고, 바이러스 감염 24시간 후, 10 ㎍/ml 항생제(blasticidin)를 이용하여 바이러스에 감염되지 않은 세포들을 사멸시키는 방법으로 생존한 세포의 군집수를 세는 방법으로 정량하였다. 정량 결과, 생산된 재조합 바이러스는 대략적으로 1x106 cfu/ml 정도가 됨을 확인하였다(도 4).
실시예 2 : 바이러스 미세주입 및 수정란 인공 배양
본 연구에 사용한 배반엽단계 수정란은 농촌진흥청 국립축산과학원에서 보유중인 갈색실용계가 생산한 수정란들을 사용하였다. 수정란의 인공 배양은 국립축산과학원 계사 연구실에서 확립되어 있는 방법에 준하여 수행하였다.
먼저, 선발된 수정란보다 대략 3 g 정도 무거운 일반 계란들을 2차용 대리난각으로 선발하였으며, 선발된 계란의 뾰족한 부분을 직경 3.5 ㎝로 자른 후, 계란 내부에 있던 난백과 난황을 모두 버리고 사용하였다. 바이러스 미세주입에 앞서 선발된 수정란들은 파각하여 대리난각으로 옮기고, 현미경 하에서 모세유리관을 이용하여 대략 1㎕정도의 사람의 SOD-3 유전자를 가지는 재조합 렌티바이러스 미세 주입하였다. 그리고 준비된 배양액을 이용하여 대리난각을 완전히 채운 후, 랩으로 밀봉하고 온도 37.6 ℃, 습도 65 ~ 70%의 배양기에서 11분마다 90ㅀ씩 전란시키면서 3일간 2차 배양하였다. 3일간의 2차 배양이 끝난 후, 3차용 대리난각은 수정란의 무게보다 약 25 g 무거운 신선란을 선별하여 둔단부를 직경 4㎝로 자른 다음 대리난각으로 사용하였다. 준비된 대리난각으로 수정란과 내용물을 옮긴 후 랩으로 밀봉하고, 온도 37.6℃, 습도 65%-70%의 배양기에서 30분마다 30ㅀ씩 전란시키면서 15일간 배양하였다. 이후 부화까지는 전란 없이 배양하였다. 사람의 SOD-3 유전자를 가지는 재조합 렌티바이러스를 158개의 수정란들에 미세주입하고 대리난각을 이용한 인공배양 결과 16수의 후보 형질전환 병아리가 부화에 성공하였으며, 부화 후 일주일이상 생존한 후보 형질전환 병아리는 13수였다. 그리고 바이러스의 미세주입 없이 대리난각을 이용한 인공 배양만을 행한 대조군은 전체 20개의 수정란에서 10수의 병아리가 정상적으로 부화하였다. 이는 대리난각을 이용한 닭의 수정란 배양시스템이 정상적으로 작동되었음을 보여주고 있다. 전체적인 수정란 인공 배양과 후보 형질전환 병아리 생산 결과는 다음 표 1과 같다.
<대리난각 방법을 이용한 수정란의 인공 배양 결과>
구분 배반엽단계 수정란(n) 배양 중 생존한 수정란 부화된 병아리 수
(%)
일주일이상 생존한 병아리 수 (%)
4 days
(%)
11 days (%) 19 days (%)
hSOD-3 158 117
(74.1)
68
(43.0)
58
(36.7)
16
(10.1)
13
(8.2)
Control 20 - - - 10
(50.0)
-
실시예 3 : 제1세대 후보 형질전환 닭 유전분석
배반엽단계 수정란에 재조합 렌티바이러스를 주입하는 방법으로 생산된 제1세대 형질전환 닭(G0)은 100% 모자이크 형태로 생산되는 관계로 진정한 형질전환 닭은 제2세대 형질전환 닭(G1)이 생산되어야 형질전환 닭이 생산되었다고 말을 할 수 있다. 왜냐하면 생산된 제1세대 형질전환 닭이 가지고 있는 외래 유전자가 반드시 제2세대로 전달되지 않는 문제점이 있기에, 이러한 방법상의 특징으로 인하여 재조합 바이러스에 운반된 외래 유전자를 생식선(정액)에 가지는 제1세대 형질전환 닭(G0)의 선발은 필수적인 과정이다. 사람의 SOD-3 유전자를 미세주입하여 생산된 후보 형질전환 닭의 수컷들의 정액 분석 결과 2마리의 정액에서 목적 유전자가 존재함을 확인하였다(도 5). PCR 검증에 사용한 프라이머들(primers)과 PCR 조건은 다음과 같다. 성 성숙이 완료된 후보 형질전환 닭들에서 인공적으로 정액을 채취하고, 이들에서 게놈 DNA를 분리하여 다음의 프라이머들[OVP-F(5-ggt caa act tct gaa ggg aac ctg tg-3, 서열번호 3)와 hnSOD3-B(5-agc agg cag gaa cac agt agc g-3, 서열번호 4)]과 taq-polymerase(AccuPrime SuperMix II, Invitrogen)를 사용하여 94℃-2분, 94℃-45초, 62℃-30초, 68℃-20초의 조건으로 PCR를 수행하여 정액에 목적 유전자를 가지는 개체를 선별하였다.
실시예 4 : 사람의 SOD-3 유전자를 가지는 형질전환 닭 선발
정액에 목적 유전자를 가지는 형질전환 닭 2수의 정액을 각각 정상의 암컷들에게 인공 수정하여 제2세대 후보 형질전환 병아리들을 생산하였다. 생산된 후보 형질전환 병아리들의 날개 정맥에서 5 ㎕의 혈액을 채취하여 PCR 유전 분석에 필요한 게놈 DNA를 분리하였다. PCR 유전분석은 기 확립되어 있는 방법에 준하여 실시하였다(도 6). PCR 분석 결과, 2마리의 혈액에서 양성의 PCR 결과를 나타내었다. PCR 방법으로 1차적으로 선발된 제2세대 형질전환 닭들은 재검증을 위하여 다시 채혈, 게놈 DNA를 추출하고, 도 2에 표시된 EcoRI/KpnI 제한효소들로 처리한 후, 사람의 SOD-3 유전자를 탐침으로 하여 Southern blot 분석을 수행하였다(도 7). PCR과 Southern 분석은 동일한 결과를 나타내었다. 이상의 결과는 사람의 SOD-3 유전자가 도입된 모자이크 형태가 아닌 완전한 형태의 형질전환 닭이 생산됨을 보여주고 있다. 제1세대에서 제2세대 형질전환 닭의 생산 결과를 종합하면 다음 표 2와 같다. 이를 간단히 요약하면 제1세대 형질전환 닭 2수에서 정액을 채취하여 각각의 정상의 암탉에 인공수정하여 7664개의 수정란을 생산하였으며, 이들로부터 2601수의 후보 형질전환 병아리를 생산하였으며, 부화에 성공한 모든 개체들에서 채혈, 게놈 DNA 분리, 그리고 PCR 분석을 수행하여 최종적으로 형질전환 닭 2수를 선발하였다.
<제2세대 SOD-3 형질전환 닭 생산 결과>
ID 입란수수 부화수수(%) 양성개체(G1)
A354(G0), A358(G0) 7664 2601(34) 2
농업생명공학연구원 KACC95104 20100318
<110> REPUBLIC OF KOREA(MANAGEMENT: RURAL DEVELOPMENT ADMINISTRATION) <120> Transgenic chicken containing the human SOD-3 gene <160> 4 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 4294 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Chicken OVA and hSOD-3 <400> 1 agctttaaaa aaacctttgg gatcattctc atcttatatt tgcagcacga tactatgaca 60 gtgataactg acataactgc atcaatttcc ttgatatttt atttgtctta aagtacaaga 120 catagagatg gacgtaaaga tggacatatg actcaggtct ggacaggtcc gtggtccatg 180 tatgataaaa gagatgaagg gaaggagaat ggagactgtc taagaagggc ttcagggacg 240 ttctgaaggc agatttgact gaatcagatg tactgtccaa gtctcatatg tagcaatgga 300 agactgatat tggagaaata taaagaaatg gctgtgaact caaagtgacc ctgaacagaa 360 aagggatatg gagttaaaat aatggcacag aactgaggtt tatatgatat accatgggct 420 gcagagggtc agagtgctcc accatgggcc tctcttgggc tgcagggaac ttctgttcta 480 cacctggaac acctcctgcc ctcctccgca ctgacctcag tgtcatcagg gctgtttctc 540 tcacattttc tcactcacct ctcccaacta ccattgtaca gcagttgttc ttacatcttg 600 ctcctcctga ggtgcatcta gcatcgatca ctggctcagc 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gtgagctatg agaaagcgcc acgcttcccg aagggagaaa ggcggacagg tatccggtaa 10620 gcggcagggt cggaacagga gagcgcacga gggagcttcc agggggaaac gcctggtatc 10680 tttatagtcc tgtcgggttt cgccacctct gacttgagcg tcgatttttg tgatgctcgt 10740 caggggggcg gagcctatgg aaaaacgcca gcaacgcggc ctttttacgg ttcctggcct 10800 tttgctggcc ttttgctcac atgttctttc ctgcgttatc ccctgattct gtggataacc 10860 gtattaccgc ctttgagtga gctgataccg ctcgccgcag ccgaacgacc gagcgcagcg 10920 agtcagtgag cgaggaagcg gaagagcgcc caatacgcaa accgcctctc cccgcgcgtt 10980 ggccgattca ttaatgcagc tggcacgaca ggtttcccga ctggaaagcg ggcagtgagc 11040 gcaacgcaat taatgtgagt tagctcactc attaggcacc ccaggcttta cactttatgc 11100 ttccggctcg tatgttgtgt ggaattgtga gcggataaca atttcacaca ggaaacagct 11160 atgaccatga ttacgccaag cgcgcaatta accctcacta aagggaacaa aagctggagc 11220 tgcaagctt 11229 <210> 3 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OVP-F primer <400> 3 ggtcaaactt ctgaagggaa cctgtg 26 <210> 4 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hnSOD3-B <400> 4 agcaggcagg aacacagtag cg 22

Claims (4)

  1. 닭의 오브알부민 유전자의 프로모터 영역과 사람의 SOD-3 유전자로 이루어진 서열번호 1의 유전자가 도입된 것을 특징으로 하는 재조합 발현벡터.
  2. 닭의 오브알부민 유전자의 프로모터 영역과 사람의 SOD-3 유전자로 이루어진 서열번호 1의 유전자가 pLenti6/TR 벡터에 도입된 것을 특징으로 하는 재조합 발현벡터 pLenti6/OVA-SOD(KACC 95104P).
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 재조합 발현 벡터는 서열번호 2의 서열을 포함하는 것을 특징으로 하는 재조합 발현벡터 pLenti6/OVA-SOD(KACC 95104P).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중에서 선택된 어느 한 항의 재조합 발현벡터에 의하여 사람의 SOD-3 유전자를 발현할 수 있는 형질전환 닭.
KR1020100055608A 2010-06-11 2010-06-11 사람의 sod-3 유전자를 가지는 형질전환 닭 KR20110135724A (ko)

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