KR20110140014A - Fusion protein comprising ferritin and gala peptide, cage protein formed thereby, and novel use thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A fusion protein of ferritin and GALA peptides and a cage protein containing the same are provided to effectively release drug under a weak acid condition and to be applied as a biosensor. CONSTITUTION: A fusion protein contains a GALA(Glu-Ala-Leu-Ala) motif containing an amino acid sequence of sequence number 13 linked to C-terminal of a polypeptide of a fragment containing ferritin protein, A-helix, B-helix, C-helix, and D-helix or mutant thereof. The ferritin is denoted by amino acid sequence number 1. The fragment is denoted by amino acid sequence 3. The GALA motif contains 4-100 amino acids of amino acid sequence number 13 and is denoted by amino acid sequence number 5 or 7. A cage protein contains the fusion protein.

Description

페리틴 및 GALA 펩타이드의 융합 단백질, 이에 의해 구성된 케이지 단백질 및 이의 신규한 용도{Fusion protein comprising ferritin and GALA peptide, cage protein formed thereby, and novel use thereof}Fusion protein comprising ferritin and GALA peptide, cage protein formed thereby, and novel use according to the invention.

본 발명은 페리틴(ferritin) 및 GALA 펩타이드의 융합 단백질, 이에 의해 구성된 케이지 단백질 및 이의 신규한 용도에 대한 것으로, 구체적으로 페리틴 단백질에 약산성에서 구조적인 변형이 일어나는 GALA 펩타이드를 도입하여 제조된 융합 단백질, 이에 의해 구성된 케이지 단백질 및 이의 신규한 용도에 대한 것이다.The present invention relates to a fusion protein of ferritin and GALA peptides, cage proteins constituted by the same, and novel uses thereof, specifically, a fusion protein prepared by introducing a GALA peptide in which structural modifications occur in weak acidity to ferritin protein, Cage proteins constructed thereby and their novel uses.

케이지(cage) 단백질은 저분자량 단일체들의 정밀한 자가조립 성질에 의하여 단일체 분자량의 수 십에서 수 백배의 거대분자를 형성할 수 있는 단백질이다. 자연계에서 바이러스 capsid 단백질, 페리틴, heat shock protein, Dps 단백질이 이에 해당되며 케이지(cage)를 구성하는 각각의 단일체들은 인접 단일체들과 매우 규칙적이고 정밀한 상호작용을 이루고 있고 케이지(cage)의 내부는 비어있는 구조이다. 상기와 같은 케이지 단백질의 용기(container)와 같은 성질에 의해 내부와 외부가 격리되는 특징을 가지고 있어, 약물 전달체로 의학분야에서 활용 빈도가 높다.
Cage protein is a protein capable of forming tens to hundreds of macromolecules of monolithic molecular weight due to the precise self-assembly of low molecular weight monoliths. In nature, these include viral capsid protein, ferritin, heat shock protein, and Dps protein, each of which constitutes a cage, which has a very regular and precise interaction with adjacent ones, and the inside of the cage is empty. It is a structure. It has a characteristic that the inside and the outside is sequestered by the same properties as the container (container) of the cage protein, it is frequently used in the medical field as a drug carrier.

한편 기존의 질환 치료 방법 중 인체 내로 약물 전달에 있어서 약물의 생체 내에서의 안정성(biostability) 역시 중요한 인자이므로, 효과적인 약물 전달체의 선택에 의하여 안정성과 반감기(half-life)가 조절될 수 있다. 특히 케이지 구조를 이용하여 케이지 안쪽에 약물을 봉입하는 방법은 효과적인 약물 전달체의 기능을 수행할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 봉입된 약물을 효과적으로 표적조직에서 방출시키기 위해서는 정상조직에서는 약물이 봉입된 케이지 구조가 유지되고 원하는 표적조직에서만 케이지 구조가 해리되면서 안에 봉입된 약물이 방출되어야만 한다. 일반적으로 인체 혈액의 pH는 7.4±0.04이지만 암 조직에서의 pH는 평균적으로 6.0 내지 6.5로 알려져 있으며 이러한 pH 차이는 약물전달 시스템에서 효과적인 약물전달 전략으로 이용할 수 있다.On the other hand, the stability of the drug (biostability) in vivo in the drug delivery to the human body of the existing disease treatment methods, the stability and half-life (half-life) can be controlled by the selection of an effective drug carrier. In particular, the method of enclosing the drug in the cage using the cage structure has the advantage that it can perform the function of the effective drug delivery system. However, in order to effectively release the encapsulated drug in the target tissue, the drug structure enclosed in the normal tissue must be maintained and the encapsulated drug must be released while the cage structure is dissociated only in the desired target tissue. Generally, the pH of human blood is 7.4 ± 0.04, but the pH in cancer tissues is known to be 6.0 to 6.5 on average, and this pH difference can be used as an effective drug delivery strategy in drug delivery systems.

그러나 종래 페리틴 단백질을 포함한 모든 다른 케이지 형성 단백질에 의해 형성된 케이지 단백질은, 넓은 범위의 pH 조건하에서 거대 케이지(cage) 구조를 유지하지만 구아니딘 염산(guanidine hydrochloride)같은 강산(pH 4.0) 조건에서만 가역적으로 해리되는 성질을 지니고 있다. 따라서, 상기 페리틴 단백질 등에 의해 형성된 케이지 단백질은 pH 6.0 내지 6.5에서도 케이지 구조를 그대로 유지하고 있어, 이에 봉입된 약물을 효과적으로 방출할 수 없는 문제점이 있다. However, cage proteins formed by all other cage-forming proteins, including conventional ferritin proteins, retain large cage structures under a wide range of pH conditions but are reversibly dissociated only under strong acid (pH 4.0) conditions such as guanidine hydrochloride. Have the property of becoming. Therefore, the cage protein formed by the ferritin protein or the like maintains the cage structure intact even at pH 6.0 to 6.5, there is a problem that can not effectively release the drug enclosed therein.

이에 본 발명자들은 GALA 펩타이드가 페리틴에 융합된 재조합 페리틴 단백질로 케이지 단백질을 형성하고, 상기 제조된 케이지 단백질이 pH 6.0 내지 pH 6.5와 같은 약산성에서 완전히 해리되는 특성이 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors completed the present invention by confirming that the GALA peptide forms a cage protein with a recombinant ferritin protein fused to ferritin, and that the prepared cage protein is completely dissociated in a weak acid such as pH 6.0 to pH 6.5. .

따라서 본 발명은 (a) 페리틴(ferritin) 단백질, 상기 단백질의 A-helix, B-helix, C-helix 및 D-helix를 포함하는 단편 및 이들의 변이체로 이루어진 군에서 선택된 폴리펩타이드의 카르복실 말단(carboxyl terminal)에 (b) 서열번호 13의 아미노산 서열을 포함하는 GALA(Glu-Ala-Leu-Ala) 모티브(motif)가 연결된 융합 단백질을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention provides a carboxyl terminus of a polypeptide selected from the group consisting of (a) a ferritin protein, fragments comprising A-helix, B-helix, C-helix and D-helix, and variants thereof. An object of the present invention is to provide a fusion protein in which a (LA) Glu-Ala-Leu-Ala (MOLA) motif comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 13 is linked to a (carboxyl terminal).

또한 본 발명은 상기 융합 단백질로 구성된 케이지(cage) 단백질을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a cage protein consisting of the fusion protein.

또한 본 발명은 융합 단백질을 암호화하는 폴리뉴클레오티드를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a polynucleotide encoding a fusion protein.

또한 본 발명은 폴리뉴클레오티드가 도입된 발현벡터를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide an expression vector into which a polynucleotide is introduced.

또한 본 발명은 발현벡터로 형질 전환된 형질전환체를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a transformant transformed with an expression vector.

또한 본 발명은 케이지 단백질의 내부에 생체활성물질이 봉입된 것을 특징으로 하는 생체활성물질 전달체를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a bioactive material carrier, characterized in that the bioactive material is sealed in the cage protein.

또한 본 발명은 케이지 단백질의 내부에 표지인자가 봉입된 것을 유효성분으로 포함하는 바이오 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a biosensor comprising an indicator that is sealed in the cage protein as an active ingredient.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 (a) 페리틴(ferritin) 단백질, 상기 단백질의 A-helix, B-helix, C-helix 및 D-helix를 포함하는 단편 및 이들의 변이체로 이루어진 군에서 선택된 폴리펩타이드의 카르복실 말단(carboxyl terminal)에 (b) 서열번호 13의 아미노산 서열을 포함하는 GALA(Glu-Ala-Leu-Ala) 모티브(motif)가 연결된 융합 단백질을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention (a) ferritin (ferritin) protein, A-helix, B-helix, C-helix and D-helix containing the protein group consisting of a variant thereof (B) provides a fusion protein to which a GALA (Glu-Ala-Leu-Ala) motif comprising an amino acid sequence of SEQ ID NO: 13 is linked to a carboxyl terminal of a polypeptide selected from.

또한 본 발명은 상기 융합 단백질로 구성된 케이지(cage) 단백질을 제공한다.The present invention also provides a cage protein consisting of the fusion protein.

또한 본 발명은 융합 단백질을 암호화하는 폴리뉴클레오티드를 제공한다.The present invention also provides a polynucleotide encoding a fusion protein.

또한 본 발명은 폴리뉴클레오티드가 도입된 발현벡터를 제공한다.The present invention also provides an expression vector into which the polynucleotide is introduced.

또한 본 발명은 발현벡터로 형질 전환된 형질전환체를 제공한다.The present invention also provides a transformant transformed with the expression vector.

또한 본 발명은 케이지 단백질의 내부에 생체활성물질이 봉입된 것을 특징으로 하는 생체활성물질 전달체를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a bioactive material carrier, characterized in that the bioactive material is sealed in the cage protein.

또한 본 발명은 케이지 단백질의 내부에 표지인자가 봉입된 것을 유효성분으로 포함하는 바이오 센서를 제공한다.
In another aspect, the present invention provides a biosensor comprising a marker is sealed in the cage protein as an active ingredient.

본 발명에서 사용된 용어를 구체적으로 설명하면 하기와 같다.
Specific terms used in the present invention will be described below.

본 발명에서 페리틴(ferritin) 단백질은 이들 각각이 단위체로써 cage 형태의 복합 단백질을 형성할 수 있는 활성이 있는 단백질이라면 제한없이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않지만 바람직하게는 평균 분자량이 20kDa 내지 25kDa일 수 있으며, 보다 바람직하게는 GenBank accession No: AAA62259.1.(ferritin light chain, mouse,), NCBI accession No: NP_071945.3(ferritin light chain, rat), NCBI accession No: NP_001108012.1(ferritin light chain, horse). NCBI accession No: NP_002023.2(ferritin heavy chain, human). NCBI accession No: NP_034369.1(ferritin heavy chain, mouse). NCBI accession No: NP_036980.1(ferritin heavy chain, rat), 및 NCBI accession No: NP_001093883.1(ferritin heavy chain, horse)으로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상일 수 있으며, 가장 바람직하게는 인간에서 유래된 서열번호 1의 아미노산 서열로 표시되는 폴리펩타이드일 수 있다.Ferritin (ferritin) protein in the present invention can be used without limitation, if each of them is an active protein capable of forming a complex protein of the cage form as a unit, but is not limited thereto, preferably the average molecular weight may be 20kDa to 25kDa More preferably, GenBank accession No: AAA62259.1. (Ferritin light chain, mouse), NCBI accession No: NP_071945.3 (ferritin light chain, rat), NCBI accession No: NP_001108012.1 (ferritin light chain, horse). NCBI accession No: NP_002023.2 (ferritin heavy chain, human). NCBI accession No: NP_034369.1 (ferritin heavy chain, mouse). NCBI accession No: NP_036980.1 (ferritin heavy chain, rat), and NCBI accession No: NP_001093883.1 (ferritin heavy chain, horse) may be one or more selected from the group consisting of, and most preferably a human-derived sequence number It may be a polypeptide represented by the amino acid sequence of 1.

본 발명에서 페리틴 단백질은 케이지 형태의 복합 단백질을 형성할 수 있는 다른 단백질로 대체될 수 있으며, 이에 한정되지 않지만 바람직하게는 Hepatitis B virus capsid protein(NCBI accession No: NP_647607.1), Tobacco mosaic virus capsid protein(NCBI accession No: NP_597750.1) 및 CCMV(Cowpea chlorotic mottle virus) capsid protein(NCBI accession No: NP_613277.1)으로 이루어진 군에서 선택된 단백질로 대체될 수 있다.In the present invention, the ferritin protein may be replaced with another protein capable of forming a complex protein in the form of a cage, but is not limited thereto. Preferably, Hepatitis B virus capsid protein (NCBI accession No: NP_647607.1), Tobacco mosaic virus capsid protein (NCBI accession No: NP_597750.1) and CCMV (Cowpea chlorotic mottle virus) capsid protein (NCBI accession No: NP_613277.1).

본 발명에서 페리틴 단백질의 단편은 cage 형태의 복합 단백질을 형성할 수 있는 활성이 유지되는 한 제한이 없으나, 페리틴 단백질에서 A-helix, B-helix, C-helix 및 D-helix를 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게는 서열번호 1의 아미노산 서열에서 155번째 이후 아미노산 잔기가 하나 이상 제거된 것일 수 있으며, 보다 바람직하게는 서열번호 1의 아미노산 서열에서 160번째 이후 아미노산 잔기가 하나 이상 제거된 것일 수 있으며, 가장 바람직하게는 서열번호 3의 아미노산 서열로 표시되는 것일 수 있다.(도 3 참조)In the present invention, the fragment of the ferritin protein is not limited as long as the activity capable of forming the complex protein of the cage form is maintained, but may be one containing A-helix, B-helix, C-helix and D-helix in the ferritin protein. Preferably, at least one amino acid residue after the 155th amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 may be removed, and more preferably, at least one amino acid residue after the 160th amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 may be removed. Most preferably, it may be represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO. 3 (see FIG. 3).

본 발명에서 변이체는 cage 형태의 복합 단백질을 형성할 수 있는 활성이 유지되는 한 제한이 없으나 상기 페리틴 단백질 또는 이의 단편에서 아미노산의 일부 추가, 삭제, 또는 치환에 의해 형성된 단백질일 수 있다.In the present invention, the variant is not limited as long as the activity capable of forming a complex protein in cage form is maintained, but may be a protein formed by the addition, deletion, or substitution of some amino acids in the ferritin protein or fragment thereof.

본 발명에서 GALA(Glu-Ala-Leu-Ala) 모티브(motif)는 중성 조건에서는 random coil 형태의 구조이나 pH가 약산성으로 변하면 α-helix를 형성할 수 있는 것이라면 이에 한정되지 않지만, 바람직하게는 서열번호 13의 아미노산 서열(Glu-Ala-Leu-Ala)이 포함된 4 내지 100개의 아미노산으로 구성된 폴리펩타이드일 수 있으며, 더 바람직하게는 서열번호 13의 아미노산 서열이 1 내지 10회 반복되는 아미노산 서열을 포함하는 4 내지 40개의 아미노산으로 구성된 폴리펩타이드일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 서열번호 5 또는 서열번호 7의 아미노산 서열로 표시되는 폴리펩타이드일 수 있다.GALA (Glu-Ala-Leu-Ala) motif (motif) in the present invention is not limited to this, if the structure can be formed in a random coil form in neutral conditions or if the pH is changed to weakly acidic, but not limited to this, preferably sequence It may be a polypeptide consisting of 4 to 100 amino acids comprising the amino acid sequence (Glu-Ala-Leu-Ala) of No. 13, more preferably the amino acid sequence of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 13 is repeated 1 to 10 times It may be a polypeptide consisting of 4 to 40 amino acids comprising, more preferably a polypeptide represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5 or SEQ ID NO: 7.

본 발명의 바이오 센서는 세포 또는 조직 내에서 pH 7.0 내지 7.4의 중성에서 pH 6.0 내지 6.5의 약산성으로의 pH 변화를 감지하거나, pH 6.0 내지 6.5의 약산성 세포 또는 조직을 검출할 수 있는 센서로, 예를 들어 약산성 세포, 바람직하게는 암(Taillefer, J.; Brasseur, N.; van Lier, J. E.; Lenaerts, V.; Le Garrec, D.; Leroux, J. C. J.), 골 관절염(Pharm. Pharmacol. 2001, 53, 155-166.), 류마티스 관절염(Ojugo, A. S.; McSheehy, P. M.; McIntyre, D. J.; McCoy, C.; Stubbs, M.; Leach, M. O.), 치매(Judson, I. R.; Griffiths, J. R. NMR Biomed. 1999, 12(8), 495-504), 자가면역 질환(Lee, E. S.; Shin, H. J.; Na, K.; Bae, Y. H. J. Control. Rel. 2003, 90, 363-374.) 및 뇌졸중 관련 세포(Kim, G. M.; Bae, Y. H.; Jo, W. H. Marcomol. Biosci. 2005, 5, 1118-1124.)를 검출하거나 계측할 수 있는 센서일 수 있다.
The biosensor of the present invention is a sensor capable of detecting a pH change from neutrality of pH 7.0 to 7.4 to weak acidity of pH 6.0 to 6.5, or detecting weakly acidic cells or tissues of pH 6.0 to 6.5 in a cell or tissue, for example For example, weakly acidic cells, preferably cancer (Taillefer, J .; Brasseur, N .; van Lier, JE; Lenaerts, V .; Le Garrec, D .; Leroux, JCJ), osteoarthritis (Pharm. Pharmacol. 2001, 53, 155-166.), Rheumatoid arthritis (Ojugo, AS; McSheehy, PM; McIntyre, DJ; McCoy, C .; Stubbs, M .; Leach, MO), dementia (Judson, IR; Griffiths, JR NMR Biomed. 1999, 12 (8), 495-504), autoimmune diseases (Lee, ES; Shin, HJ; Na, K .; Bae, YHJ Control. Rel. 2003, 90, 363-374.) And stroke related cells ( Kim, GM; Bae, YH; Jo, WH Marcomol. Biosci. 2005, 5, 1118-1124.).

이하 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명에서 융합 단백질은 (a) 페리틴(ferritin) 단백질, 상기 단백질의 A-helix, B-helix, C-helix 및 D-helix를 포함하는 단편 및 이들의 변이체로 이루어진 군에서 선택된 폴리펩타이드의 카르복실 말단(carboxyl terminal)에 (b) 서열번호 13의 아미노산 서열을 포함하는 GALA(Glu-Ala-Leu-Ala) 모티브(motif)가 연결된 것을 특징으로 한다.In the present invention, the fusion protein is (a) a ferritin protein, a fragment comprising the A-helix, B-helix, C-helix, and D-helix of the protein and a variant thereof. (B) GALA (Glu-Ala-Leu-Ala) motif (motif) comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 13 is connected to the carboxyl terminal.

본 발명의 융합 단백질은 케이지(cage) 단백질의 단위체로써 역할을 수행하며, 상기 (a)의 페리틴 단백질, 이의 단편 또는 이들의 변이체를 포함함으로써 케이지(cage) 형태의 구조를 형성할 수 있다. 특히 상기 페리틴 단백질의 단편은 페리틴 단백질에서 A-helix, B-helix, C-helix 및 D-helix를 포함하는 것으로, 페리틴 단백질의 E-helix 부분이 제거된 것일 수 있으며, 그러한 경우 케이지 형태의 구조를 형성할 수 있다.(<비교예 1> 참조) 또한 본 발명의 융합 단백질은 GALA 모티브를 포함함으로써, 이로부터 형성된 케이지 단백질이 약산성에서 단위체로 해리되는 특성을 가질 수 있다.(<실험예 1 참조>)The fusion protein of the present invention serves as a unit of the cage (cage) protein, it can form a cage (cage) structure by including the ferritin protein, fragments thereof or variants thereof (a). Particularly, the fragment of the ferritin protein includes A-helix, B-helix, C-helix, and D-helix in the ferritin protein, and may be one in which the E-helix portion of the ferritin protein is removed, in which case a cage-like structure (See <Comparative Example 1>) In addition, the fusion protein of the present invention includes a GALA motif, so that the cage protein formed therefrom may have a property of dissociating into monomers in weak acidity. See>)

본 발명의 융합 단백질은 가장 바람직하게는 서열번호 3의 아미노산 서열로 표시되는 페리틴 단백질의 단편의 카르복실 말단에 서열번호 5의 아미노산 서열로 표시되는 GALA 모티브가 연결된 서열번호 9의 아미노산 서열로 표시되는 단백질이거나 서열번호 3의 아미노산 서열로 표시되는 페리틴 단백질의 단편의 카르복실 말단에 서열번호 7의 아미노산 서열로 표시되는 GALA 모티브가 연결된 서열번호 11의 아미노산 서열로 표시되는 단백질일 수 있다.The fusion protein of the present invention is most preferably represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 9 to which the GALA motif represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5 is linked to the carboxyl terminus of the fragment of the ferritin protein represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 It may be a protein or a protein represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 11 to which the GALA motif represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7 is linked to the carboxyl terminus of the fragment of the ferritin protein represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3.

본 발명의 융합 단백질은 이에 한정되지 않지만 바람직하게는 외부 유전자를 발현할 수 있는 용도로 제작된 통상의 벡터에 발현 가능하도록 삽입하여, 유전공학적인 방법으로 대량 생산할 수 있다. 상기 벡터는 단백질을 생산하기 위한 숙주세포의 종류 및 특성에 따라 적절히 선택하거나, 신규로 제작할 수 있다. 상기 벡터를 숙주세포에 형질전환하는 방법 및 형질전환체로부터 재조합 단백질을 생산하는 방법은 통상의 방법으로 용이하게 실시할 수 있다. 상기한 벡터의 선택, 제작, 형질전환 및 재조합 단백질의 발현 등의 방법은, 본원발명이 속하는 기술분야의 당업자라면 용이하게 실시할 수 있으며, 통상의 방법에서 일부의 변형도 본원발명에 포함된다.(<실시예 1> 참조)
The fusion protein of the present invention is not limited thereto, but may be preferably inserted into a conventional vector designed to express an external gene so that it can be mass produced by a genetic engineering method. The vector may be appropriately selected or newly produced according to the type and characteristics of the host cell for producing a protein. The method for transforming the vector into a host cell and the method for producing a recombinant protein from the transformant can be easily carried out by conventional methods. Methods such as selection, production, transformation, and expression of recombinant proteins described above can be easily carried out by those skilled in the art, and some modifications are also included in the present invention. (See <Example 1>)

또한, 본 발명의 케이지 단백질은 본 발명의 융합 단백질로 구성된 것을 특징으로 한다.In addition, the cage protein of the present invention is characterized by consisting of the fusion protein of the present invention.

본 발명의 케이지 단백질은 이에 한정되지 않지만 바람직하게는 본 발명의 융합 단백질에 포함된 페리틴(ferritin) 단백질, 이의 단편 또는 이들의 변이체의 자가 조립활성에 의하여, 융합 단백질이 단위체로써 규칙적으로 배열된 복합 단백질일 수 있으며 더 바람직하게는 본 발명의 융합 단백질 24개가 3차원적인 규칙적인 배열을 통해 형성된 것일 수 있다. 상기 케이지 단백질은 이에 한정되지 않지만 바람직하게는 평균 분자량이 450kDa 내지 550kDa일 수 있다.The cage protein of the present invention is not limited thereto, but is preferably a complex in which the fusion protein is regularly arranged as a unit by the self-assembly activity of the ferritin protein, a fragment thereof or a variant thereof included in the fusion protein of the present invention. It may be a protein, and more preferably 24 fusion proteins of the present invention may be formed through a three-dimensional regular arrangement. The cage protein may be, but is not limited to, an average molecular weight of 450 kDa to 550 kDa.

특히 본 발명의 융합 단백질에 의하여 형성된 케이지 단백질은 24개의 단위체가 자가조립성질에 의하여 형성된 구형의 거대분자로 상기 페리틴에 의해 형성된 케이지 단백질은 외경은 약 12 nm, 내경은 약 8 nm의 지름을 가지고 있으며 속이 비어있는 용기(container) 구조이다. In particular, the cage protein formed by the fusion protein of the present invention is a spherical macromolecule formed by self-assembly of 24 units, the cage protein formed by the ferritin has an outer diameter of about 12 nm and an inner diameter of about 8 nm. It is an empty container structure.

종래 페리틴 단백질을 포함한 모든 다른 케이지 형성 단백질은 넓은 범위의 pH 조건하에서 거대 케이지(cage) 구조를 유지하며 구아니딘 염산(guanidine hydrochloride)같은 강산(pH 4.0) 조건에서만 가역적으로 해리되는 성질을 지니고 있다. 즉 페리틴 단백질로만 형성된 케이지(cage) 단백질들은 중성 pH에서 용기와 같은 구조의 케이지 형태를 유지하다가 강산 조건(예, pH 4)에서 가역적으로 해리되는 특성을 가지고 있다. All other cage-forming proteins, including conventional ferritin proteins, maintain large cage structures under a wide range of pH conditions and are reversibly dissociated only in strong acid (pH 4.0) conditions such as guanidine hydrochloride. In other words, cage proteins formed only of ferritin protein retain their container-like cage at neutral pH and are reversibly dissociated under strong acid conditions (eg, pH 4).

그러나 본 발명의 융합 단백질에 의해 형성된 케이지 단백질은 페리틴(ferritin) 단백질, 이의 단편 또는 이들의 변이체를 포함된 융합 단백질을 단위체로 포함하고 있어, 중성(바람직하게는 pH 7.0 내지 7.4)에서 케이지 형태로 존재할 수 있을 뿐만 아니라, GALA 모티브가 포함된 융합 단백질을 단위체로 포함함으로써, 약산성(바람직하게는 pH 6.0 내지 6.5)에서 단위체로 해리될 수 있다.(<실험예 1> 참조)However, the cage protein formed by the fusion protein of the present invention contains a fusion protein containing a ferritin protein, a fragment thereof or a variant thereof as a unit, and thus, in a cage form at neutral (preferably pH 7.0 to 7.4). In addition to being present, the fusion protein containing the GALA motif can be included as a unit, so that it can be dissociated into units at weak acidity (preferably pH 6.0 to 6.5) (see <Experimental Example 1>).

따라서 본 발명의 융합 단백질에 의해 형성된 케이지 단백질은 기존 페리틴단백질로 형성된 케이지 단백질이 pH 4.0 미만의 강산성에서만 자가 조립된 케이지 구조가 단위체로 해리되는데 비해, pH 6.0과 같은 약산성에서 해리되는 성질을 지니고 있어, 암 조직과 같은 약산성 환경에서 효과적으로 약물을 방출할 수 있으므로 약물 전달체로 효과적으로 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 약산성 자극원에 민감하게 반응하여 구조적인 변화를 일으키는 성질을 이용하여 바이오 센서로도 효과적으로 활용될 수 있다.
Therefore, the cage protein formed by the fusion protein of the present invention has the property that the cage protein formed of the ferritin protein is dissociated in weak acidity such as pH 6.0, whereas the cage structure in which the self-assembled cage is dissociated only in strong acidity below pH 4.0 In addition, the drug can be effectively released in a weakly acidic environment such as cancer tissue, and thus can be effectively used as a drug carrier.In addition, it can be effectively used as a biosensor by sensitively reacting to weakly acidic stimulants and causing structural changes. Can be.

한편, 본 발명의 폴리뉴클레오티드는 상기 융합 단백질을 암호화하는 것을 특징으로 한다. On the other hand, the polynucleotide of the present invention is characterized by encoding the fusion protein.

본 발명의 폴리뉴클레오티드는 이에 한정되지 않지만 바람직하게는 서열번호 9의 아미노산 서열로 표시되는 융합 단백질을 암호화하는 서열번호 10의 염기서열로 표시될 수 있으며 또한 서열번호 11의 아미노산 서열로 표시되는 융합 단백질을 암호화하는 서열번호 12의 염기서열로 표시될 수 있다.
The polynucleotide of the present invention is not limited thereto, but may preferably be represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 10 encoding the fusion protein represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 9, and also the fusion protein represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 11 It can be represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 12 that encodes.

또한 본 발명의 발현벡터는 상기 폴리뉴클레오티드가 도입된 것을 특징으로 한다.In addition, the expression vector of the present invention is characterized in that the polynucleotide is introduced.

상기 본 발명에서 사용한 가능한 발현벡터는 플라스미드 벡터, 코스미드(cosmid) 벡터, 박테리오파아지 벡터, 바이러스 벡터 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 적합한 발현벡터는 프로모터(promoter), 오퍼레이터(operator), 개시코돈(initiation codon), 종결코돈(termination codon), 폴리아데닐화 신호(polyadenylation signal), 인핸서(enhancer)와 같은 발현 조절서열 외에도 막 표적화 또는 분비를 위한 신호서열(signal sequence) 또는 리더서열(leader sequence)을 포함하여 목적에 따라 다양하게 제조될 수 있다. 발현벡터의 프로모터는 구성적(constitutive) 또는 유도성(inducible)일 수 있다. 또한 발현벡터는 벡터를 함유하는 숙주세포를 선택하기 위한 선택마커를 포함하고, 복제가 가능한 발현벡터인 경우 복제 기원을 포함한다.Possible expression vectors used in the present invention include, but are not limited to, plasmid vectors, cosmid vectors, bacteriophage vectors, viral vectors, and the like. Suitable expression vectors include membrane targeting or in addition to expression control sequences such as promoters, operators, initiation codons, termination codons, polyadenylation signals, and enhancers. It may be prepared in various ways according to the purpose, including a signal sequence (leader sequence) or a signal sequence for secretion. The promoter of the expression vector may be constitutive or inducible. In addition, the expression vector includes a selection marker for selecting a host cell containing the vector, and in the case of an expression vector capable of replication, includes a replication origin.

이와 같이 제조된 본 발명의 재조합 발현벡터는 이에 한정되지 않지만 바람직하게는 도 9 또는 도 10의 개열지도로 표시될 수 있다.
The recombinant expression vector of the present invention prepared as described above is not limited thereto but may be preferably represented by a cleavage map of FIG. 9 or 10.

또한 본 발명의 형질전환체는 상기 발현벡터로 형질 전환된 것으로 바람직하게는 대장균일 수 있다.In addition, the transformant of the present invention is transformed with the expression vector may be preferably E. coli.

상기 형질 전환은 핵산을 숙주세포에 도입하는 어떠한 방법도 포함되며, 당업자에게 공지된 형질전환 기술에 의해 수행될 수 있다. 바람직하게는 미세사출법(microprojectile bombardment), 전기충격 유전자 전달법(electroporation), 인산칼슘(CaPO4) 침전, 염화칼슘(CaCl2) 침전, PEG-매개 융합법(PEG-mediated fusion), 미세주입법(microinjection) 및 리포좀 매개법(liposome-mediated method) 등이 포함되나 이로 제한되지 않는다.
The transformation may include any method of introducing a nucleic acid into a host cell, and may be performed by transformation techniques known to those skilled in the art. Preferably, microprojectile bombardment, electroporation, electroporation, calcium phosphate (CaPO4) precipitation, calcium chloride (CaCl2) precipitation, PEG-mediated fusion, microinjection And liposome-mediated methods and the like.

한편 본 발명의 생체활성물질 전달체는 본 발명의 케이지 단백질의 내부에 생리활성물질이 봉입된 것을 특징으로 한다.On the other hand, the bioactive material carrier of the present invention is characterized in that the bioactive material is sealed in the cage protein of the present invention.

본 발명의 생리활성물질 전달체는 중성 조건에서는 자연계에 존재하는 페리틴 단백질로 형성된 케이지 단백질과 동일하게 거대 cage 구조를 유지하지만, 약산성에서는 단위체로 해리됨으로써 봉입된 생리활성물질을 방출할 수 있는 특성이 있다.The biologically active substance carrier of the present invention maintains a large cage structure in the same way as a cage protein formed of ferritin protein present in nature under neutral conditions, but has a characteristic of releasing the enclosed bioactive substance by dissociation into units in weak acidity. .

상기 생체활성물질은 본 발명의 케이지 단백질 내에 봉입되어 생체 내에 투여되는 경우 일정한 활성을 나타내는 물질로, 특히 약산성 세포, 바람직하게는 암, 골 관절염, 류마티스 관절염, 치매, 자가면역 질환 및 뇌졸중 관련 세포에, 예방 또는 치료 활성이 있는 약물이라면 이에 한정되지 않지만, 바람직하게는 암, 골 관절염, 류마티스 관절염, 치매, 자가면역 질환 및 뇌졸중 예방 또는 치료 약물로써 보다 바람직하게는 도세탁셀(Docetaxel), 시스플라틴(cis-platin), 캠토세신(camptothecin), 파클리탁셀(paclitaxel), 타목시펜(Tamoxifen), 아나스테로졸(Anasterozole), 글리벡(Gleevec), 5-플루오로우라실(5-FU), 플록슈리딘(Floxuridine), 류프로리드(Leuprolide), 플로타미드(Flutamide), 졸레드로네이트(Zoledronate), 독소루비신(Doxorubicin), 빈크리스틴(Vincristine), 젬시타빈(Gemcitabine), 스트렙토조토신(Streptozocin), 카보플라틴(Carboplatin), 토포테칸(Topotecan), 벨로테칸(Belotecan), 이리노테칸(Irinotecan), 비노렐빈(Vinorelbine), 히도록시우레아(hydroxyurea), 발루비신(Valrubicin), 레티노익산(retinoic acid) 계열, 메소트렉세이트(Methotrexate), 메클로레타민(Meclorethamine), 클로람부실(Chlorambucil), 부술판(Busulfan), 독시플루리딘(Doxifluridine), 빈블라스틴(Vinblastin), 마이토마이신(Mitomycin), 프레드니손(Prednisone), 테스토스테론(Testosterone), 미토산트론(Mitoxantron), 아스피린(aspirin), 살리실레이트(salicylates), 이부프로펜(ibuprofen), 나프로센(naproxen), 페노프로펜(fenoprofen), 인도메타신(indomethacin), 페닐부타존(phenyltazone), 시클로포스파미드(cyclophosphamide), 메클로에타민(mechlorethamine), 덱사메타손(dexamethasone), 프레드니솔론(prednisolone), 셀레콕시브(celecoxib), 발데콕시브(valdecoxib), 니메슐리드(nimesulide), 코르티손(cortisone) 및 코르티코스테로이드(corticosteroid)로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.The bioactive substance is a substance exhibiting a constant activity when encapsulated in the cage protein of the present invention and administered in vivo, and particularly to weakly acidic cells, preferably cancer, osteoarthritis, rheumatoid arthritis, dementia, autoimmune diseases and stroke-related cells. , Prophylactic or therapeutic activity is not limited to this, but preferably cancer, osteoarthritis, rheumatoid arthritis, dementia, autoimmune diseases and stroke prevention or treatment drugs, more preferably docetaxel, cisplatin (cis- platin, camptothecin, paclitaxel, tamoxifen, anastozole, anasterozole, gleevec, 5-fluorouracil (5-FU), floxuridine, Leuprolide, Flutamide, Zoledronate, Doxorubicin, Vincristine, Gemcitabine, Strep Streptozocin, Carboplatin, Topotecan, Belotecan, Irinotecan, Vinorelbine, Hiroxiurea, Valrubicin, Retinino Retinoic acid series, Methotrexate, Mechlorethamine, Chlorambucil, Busulfan, Doxifluridine, Vinblastin, Mitomycin, Prednisone, Testosterone, Mitoxantron, Aspirin, Salicylates, Ibuprofen, Naproxen, Naproxen, Phenof Fenoprofen, indomethacin, phenyltazone, cyclophosphamide, mechlorethamine, dexamethasone, prednisolone, celecoxib, celecoxib ), Valdecoxib, nimeslied sulide), cortisone (cortisone) and corticosteroids may be selected from the group consisting of.

상기 본 발명의 케이지 단백질의 내부에 생리활성물질이 봉입되는 방법은 cage 안쪽의 잔기에 말레이미드(maleimide) 반응기를 이용하는 결합, 요오드아세틸(iodoacetyl) 반응기를 이용하는 결합 또는 피리딜 디설피드(pyridyl disulfide) 반응기를 이용하는 결합, charge-charge interaction을 이용한 결합 등이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.The method of encapsulating a bioactive substance inside the cage protein of the present invention is a bond using a maleimide reactor to a residue inside a cage, a bond using an iodoacetyl reactor or a pyridyl disulfide. Bonding using a reactor, bonding using a charge-charge interaction, and the like are preferred, but are not limited thereto.

따라서 본 발명의 생체활성물질 전달체는 약학적 조성물, 바람직하게는 암, 골 관절염, 류마티스 관절염, 치매, 자가면역 질환 및 뇌졸중으로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상의 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물의 유효성분으로 이용될 수 있다. 상기 암은 편평 상피세포암, 자궁암, 자궁경부암, 전립선암, 두경부암, 췌장암, 뇌종양, 유방암, 간암, 피부암, 식도암, 고환암, 신장암, 대장암, 직장암, 위암, 신장암, 방광암, 난소암, 담관암, 담낭암 등을 포함하는 암 등이 바람직하나 이에 한정되지는 않는다.Accordingly, the bioactive substance carrier of the present invention is an active ingredient of a pharmaceutical composition, preferably a pharmaceutical composition for preventing or treating at least one disease selected from the group consisting of cancer, osteoarthritis, rheumatoid arthritis, dementia, autoimmune diseases and stroke. It can be used as. The cancer is squamous cell carcinoma, uterine cancer, cervical cancer, prostate cancer, head and neck cancer, pancreatic cancer, brain tumor, breast cancer, liver cancer, skin cancer, esophageal cancer, testicular cancer, kidney cancer, colon cancer, rectal cancer, stomach cancer, kidney cancer, bladder cancer, ovarian cancer Cancers, including bile duct cancer, gallbladder cancer, and the like are preferred, but are not limited thereto.

상기 약학적 조성물은, 조성물 총 중량에 대하여 상기 생체활성물질 전달체를 유효성분으로써 0.0001 내지 50 중량%로 포함한다. 본 발명의 조성물은 상기 유효성분에 추가로 동일 또는 유사한 기능을 나타내는 유효성분을 1종 이상 함유할 수 있다.The pharmaceutical composition comprises 0.0001 to 50% by weight of the bioactive material carrier as an active ingredient based on the total weight of the composition. The composition of the present invention may further contain one or more active ingredients exhibiting the same or similar functions in addition to the active ingredients.

상기 약학적 조성물은, 투여를 위해서 상기 기재한 유효성분 이외에 추가로 약제학적으로 허용 가능한 담체를 1종 이상 포함하여 제조할 수 있다. 약제학적으로 허용 가능한 담체는 식염수, 멸균수, 링거액, 완충 식염수, 덱스트로즈 용액, 말토 덱스트린 용액, 글리세롤, 에탄올, 리포좀 및 이들 성분 중 1 성분 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 필요에 따라 항산화제, 완충액, 정균제 등 다른 통상의 첨가제를 첨가할 수 있다. 또한 희석제, 분산제, 계면활성제, 결합제 및 윤활제를 부가적으로 첨가하여 수용액, 현탁액, 유탁액 등과 같은 주사용 제형, 환약, 캡슐, 과립 또는 정제로 제제화할 수 있으며, 표적 기관에 특이적으로 작용할 수 있도록 표적 기관 특이적 항체 또는 기타 리간드를 상기 담체와 결합시켜 사용할 수 있다. 더 나아가 당해 기술분야의 적정한 방법으로 또는 레밍턴의 문헌(Remington's Pharmaceutical Science(최근판), Mack Publishing Company, Easton PA)에 개시되어 있는 방법을 이용하여 각 질환에 따라 또는 성분에 따라 바람직하게 제제화할 수 있다.The pharmaceutical composition may be prepared by including one or more pharmaceutically acceptable carriers in addition to the above-described active ingredients for administration. The pharmaceutically acceptable carrier may be a mixture of saline, sterilized water, Ringer's solution, buffered saline, dextrose solution, maltodextrin solution, glycerol, ethanol, liposome and one or more of these components. , A buffer solution, a bacteriostatic agent, and the like may be added. In addition, diluents, dispersants, surfactants, binders, and lubricants may be additionally added to formulate into injectable formulations, pills, capsules, granules, or tablets such as aqueous solutions, suspensions, emulsions, and the like, and may act specifically on target organs. Target organ specific antibodies or other ligands may be used in combination with the carriers so as to be used. Furthermore, it may be preferably formulated according to each disease or component by a suitable method in the art or using a method disclosed in Remington's Pharmaceutical Science (Recent Edition, Mack Publishing Company, Easton PA). have.

상기 약학적 조성물은 정맥내(intravein), 복막내(intraperitoneal), 근육내(intramuscular), 피하내(subcutaneous), 피내(intradermal), 비내(nasal), 점막내(mucosal), 흡입(inhalation) 및 경구(oral) 등의 경로로 주입함으로써 생체 내 전달될 수 있다. 투여량은 대상의 체중, 연령, 성별, 건강상태, 식이, 투여시간, 투여방법, 배설율 및 질환의 중증도 등에 따라 그 범위가 다양하다. 일일 투여량은 화합물의 경우 약 0.1 내지 100 ㎎/㎏ 이고, 바람직하게는 0.5 내지 10 ㎎/㎏ 이며, 하루 일회 내지 수회에 나누어 투여하는 것이 더욱 바람직하다.
The pharmaceutical composition is intravenous, intraperitoneal, intramuscular, subcutaneous, intradermal, nasal, mucosal, inhalation and It can be delivered in vivo by infusion by oral or other route. Dosage varies depending on the subject's weight, age, sex, health condition, diet, time of administration, method of administration, rate of excretion and severity of disease. The daily dosage is about 0.1 to 100 mg / kg for the compound, preferably 0.5 to 10 mg / kg, and more preferably administered once to several times a day.

한편 본 발명의 바이오 센서는 상기 케이지 단백질이 내부에 표지인자가 봉입된 것을 특징으로 한다.On the other hand, the biosensor of the present invention is characterized in that the label protein is sealed inside the cage protein.

본 발명의 바이오 센서는 세포 또는 조직 내에서 pH 7.0 내지 7.4의 중성에서 pH 6.0 내지 6.5의 약산성으로의 pH 변화를 감지하거나, pH 6.0 내지 6.5의 약산성 세포 또는 조직을 검출할 수 있는 센서로, 예를 들어 약산성 세포, 바람직하게는 암(Taillefer, J.; Brasseur, N.; van Lier, J. E.; Lenaerts, V.; Le Garrec, D.; Leroux, J. C. J.), 골 관절염(Pharm. Pharmacol. 2001, 53, 155-166.), 류마티스 관절염(Ojugo, A. S.; McSheehy, P. M.; McIntyre, D. J.; McCoy, C.; Stubbs, M.; Leach, M. O.), 치매(Judson, I. R.; Griffiths, J. R. NMR Biomed. 1999, 12(8), 495-504), 자가면역 질환(Lee, E. S.; Shin, H. J.; Na, K.; Bae, Y. H. J. Control. Rel. 2003, 90, 363-374.) 및 뇌졸중 관련 세포(Kim, G. M.; Bae, Y. H.; Jo, W. H. Marcomol. Biosci. 2005, 5, 1118-1124.)를 검출하거나 계측할 수 있는 센서일 수 있다.The biosensor of the present invention is a sensor capable of detecting a pH change from neutrality of pH 7.0 to 7.4 to weak acidity of pH 6.0 to 6.5, or detecting weakly acidic cells or tissues of pH 6.0 to 6.5 in a cell or tissue, for example For example, weakly acidic cells, preferably cancer (Taillefer, J .; Brasseur, N .; van Lier, JE; Lenaerts, V .; Le Garrec, D .; Leroux, JCJ), osteoarthritis (Pharm. Pharmacol. 2001, 53, 155-166.), Rheumatoid arthritis (Ojugo, AS; McSheehy, PM; McIntyre, DJ; McCoy, C .; Stubbs, M .; Leach, MO), dementia (Judson, IR; Griffiths, JR NMR Biomed. 1999, 12 (8), 495-504), autoimmune diseases (Lee, ES; Shin, HJ; Na, K .; Bae, YHJ Control. Rel. 2003, 90, 363-374.) And stroke related cells ( Kim, GM; Bae, YH; Jo, WH Marcomol. Biosci. 2005, 5, 1118-1124.).

상시 케이지 단백질 내부에 표지인자를 봉입하는 방법은, 이에 한정되지 않지만 바람직하게는 cage 안쪽의 잔기에 말레이미드(maleimide) 반응기를 이용하는 결합, 요오드아세틸(iodoacetyl) 반응기를 이용하는 결합 또는 피리딜 디설피드(pyridyl disulfide) 반응기를 이용하는 결합, charge-charge interaction을 이용한 결합방법을 이용할 수 있다.The method of encapsulating a marker inside a constant cage protein is preferably, but not limited to, binding using a maleimide reactor to a residue inside the cage, binding using an iodoacetyl reactor or pyridyl disulfide ( Pyridyl disulfide) can be combined with a reactor or a charge-charge interaction.

상기 표지인자는 이에 한정되지 않지만 바람직하게는 효소, 형광체, 방사성 동위원소, 소광체 또는 화학물질일 수 있다.The marker may be, but is not limited to, an enzyme, a phosphor, a radioisotope, a quencher or a chemical.

본 발명의 바이오 센서가 세포 또는 조직 내에서 pH 7.0 내지 7.4의 중성에서 pH 6.0 내지 6.5의 약산성으로의 pH 변화를 감지하거나, pH 6.0 내지 6.5의 약산성 세포 또는 조직을 검출할 수 있는 기작을 예를 들어 설명하면 다음과 같다. Examples of mechanisms by which the biosensor of the present invention can detect a pH change from neutrality of pH 7.0 to 7.4 to weak acidity of pH 6.0 to 6.5, or detect weakly acidic cells or tissues of pH 6.0 to 6.5 in a cell or tissue. For example, it is as follows.

본 발명의 융합 단백질에 서로 다른 파장의 형광을 발생하는 두 개의 형광체, 예를 들면 Cy5.5 및 Cy7.5를 연결하고, 중성 pH환경에서 cage를 형성하도록 하면 형광에너지 공명 현상(FRET, Fluorescence resonance energy transfer) 효과가 발생하는데, 약산성 환경에서 cage의 해리에 의하여 FRET 효과가 사라지는 것을 확인함으로써 바이오 센서로 활용할 수 있다. 즉 산성 자극으로 cage 구조가 해리되면서, FRET 효과가 사라지는 것을 확인하여 세포 또는 조직 내에서 pH 7.0 내지 7.4의 중성에서 pH 6.0 내지 6.5의 약산성으로의 pH 변화를 감지하거나, pH 6.0 내지 6.5의 약산성 세포 또는 조직을 검출할 수 있다.Fluorescence resonance (FRET, Fluorescence resonance) occurs when the two fluorophores, for example Cy5.5 and Cy7.5, which generate fluorescence of different wavelengths are connected to the fusion protein of the present invention and form a cage in a neutral pH environment. An energy transfer effect occurs, and it can be used as a biosensor by confirming that the FRET effect disappears by dissociation of the cage in a weakly acidic environment. That is, as the cage structure is dissociated by acidic stimulation, the FRET effect disappears and the pH change from neutrality of pH 7.0 to 7.4 to weak acidity of pH 6.0 to 6.5 is detected in the cell or tissue, or weakly acidic cells of pH 6.0 to 6.5 Or tissue can be detected.

상기 형광체를 융합 단백질에 연결하기 위해서, 예를 들면 FRET 효과를 일으킬 수 있는 형광체(바람직하게는 Cy series를 포함하는 유기 형광체, GFP(Green Fluorescent protein), RFP(Red Fluorescent protein) 및 CFP(Cyan Fluorescent protein)로 이루어진 군에서 선택된 형광 단백질)를 본 발명의 융합 단백질 표면에 존재하는 라이신(lysine)의 아민(amine)기를 이용하여 NHS(N-hydroxysuccinimide) ester 작용기를 링커로 사용함으로써 결합할 수 있다. In order to connect the phosphor to the fusion protein, for example, a phosphor capable of causing a FRET effect (preferably an organic phosphor including a Cy series, a Green Fluorescent protein (GFP), a Red Fluorescent protein (RFP) and a Cyan Fluorescent CFP). protein) fluorescent substance selected from the group consisting of proteins) can be combined by using a NHS (N-hydroxysuccinimide) ester functional group as a linker using an amine group of the lysine (lysine) present on the surface of the fusion protein of the present invention.

본 발명의 페리틴 및 GALA 펩타이드의 융합 단백질, 이에 의해 구성된 케이지 단백질은 종래 페리틴으로 형성된 케이지 단백질이 pH 4.0 미만의 강산성에서만 자가 조립된 케이지 구조가 단위체로 해리되는데 비해, pH 6.0 내지 6.5과 같은 약 산성에서 해리되는 성질을 지니고 있어, 암조직과 같은 약산성 환경에서 효과적으로 약물을 방출할 수 있으며, 산성 자극원에 민감하게 반응하여 구조적인 변화가 일어나는 특성을 이용하여 바이오 센서로 응용될 수도 있다.The fusion protein of the ferritin and GALA peptide of the present invention, the cage protein constituted by the weak acid, such as pH 6.0 to 6.5, compared to the cage structure of the cage protein formed from the conventional ferritin dissociated into units only in a strong acidity of less than pH 4.0 Because of its dissociation property, it can release the drug effectively in weakly acidic environment such as cancer tissue, and can be applied as a biosensor using the characteristic that structural change occurs in response to acid stimulus.

도 1은 본 발명의 융합 단백질로 형성된 케이지 단백질이 pH 변화(중성에서 약산성)에 따라 단위체들로 해리되는 모습을 GALA 모티브의 구조적인 변화(coil에서 α-helix)로 설명한 모식도이다.
도 2A는 페리틴 단백질의 3차 구조를 도식화한 그림이다.
도 2B는 페리틴 단백질에 의하여 형성된 케이지 단백질의 모식도 및 E-helix 부분을 표현한 그림이다.
도 2C는 페리틴 단백질의 E-helix 부분을 GALA 펩타이드로 치환한 경우 약산성에서의 구조적인 변화로 GALA 펩타이드 사이에 충돌이 발생함을 나타낸 그림이다.(노란색은 random coil, 자주색은 나선 구조끼리의 충돌을 의미)
도 3A는 본 발명의 융합 단백질의 서열정보 및 이에 의해 형성된 케이지 단백질의 pH 변화에 따른 해리 활성을 나타낸 표이다.
도 3B는 인간 페리틴 단백질의 2차 구조 및 E-helix가 제거되는 위치를 나타낸 그림이다.
도 3C는 E-helix가 제거된 재조합 페리틴 단백질(ferritin-ΔE)만으로도 대장균에서 대량발현이 가능함을 보여주는 전기영동 사진이다.(S: soluble fraction, +: IPTC, -: no IPTG)
도 3D는 GALA 반복횟수가 서로 다른 융합 단백질(fGALA4, fGALA6)이 대장균에서 대량발현이 가능함을 보여주는 전기영동 사진이다.(S: soluble fraction, +: IPTC, -: no IPTG)
도 4는 인간 페리틴 또는 E-helix 부분이 제거된 페리틴 단백질로 형성된 케이지 단백질이 모두 pH 4.0 내지 8.0 구간에서 케이지 구조가 유지되고, pH 4.0 미만에서 두 단백질 모두 단위체로 해리되는 특성이 있음을 보여주지만 약산성에서는 해리 현상이 일어나지 않음을 보여주는 그래프이다.
도 5A는 본 발명의 융합 단백질(fGALA4 및 fGAGA6)로 형성된 케이지 단백질의 pH에 따른 자가조립 및 해리 활성을 보여주는 size exclusion chromatography 및 변성 SDS-PAGE 전기영동 결과이다.
도 5B는 상기 도 5A에 해당되는 프로파일들을 중첩하여 자가조립 및 해리정도를 비교한 프로파일이다
도 5C는 인간 페리핀 또는 본 발명의 융합 단백질(fGALA4 및 fGAGA6)로 형성된 케이지 단백질의 pH 변화에 따른 해리 정도를 비교한 그래프이다.
도 6A는 인간 페리틴으로 형성된 케이지 단백질의 경우 중성과 pH 6.0에서 2차 구조(secondary structure)에 변화가 없음을 CD(Circular Dichroism) 분석을 통하여 확인한 그래프이다.
도 6B는 본 발명의 융합 단백질(fGALA4 및 fGAGA6)로 형성된 케이지 단백질의 경우 pH 6.0에서 단백질 접힘의 변화에 의한 케이지 구조 변화를 CD(Circular Dichroism) 분석을 통하여 확인한 그래프이다.
도 7A는 인간 페리틴의 열에 의한 단백질 접힘이 급격히 변화되는 구간이 없음을 CD 스펙트럼의 222 nm 파장을 이용한 열 안정성 분석을 통하여 확인한 그래프이다.
도 7B는 본 발명의 융합 단백질(fGALA4 및 fGAGA6)로 형성된 케이지 단백질의 경우 중성 pH에서 78℃ 근처에서 단백질 접힘 변환점이 있고 약 산성 조건인 pH 6.5에서 추가적으로 단백질 접힘 변환점이 있음을 확인한 그래프이다.
도 8은 인간 페리틴 단백질과 본 발명의 융합 단백질(fGAGA6)의 아미노산 서열을 비교 분석한 결과이다.
도 9는 본 발명의 융합 단백질(fGAGA4)를 암호화하는 유전자가 삽입된 벡터의 개열지도이다.
도 10은 본 발명의 융합 단백질(fGAGA6)를 암호화하는 유전자가 삽입된 벡터의 개열지도이다.
1 is a schematic diagram illustrating the structural dissociation of the GALA motif (coil α-helix) in which the cage protein formed of the fusion protein of the present invention is dissociated into monomers according to pH change (neutral to weak acidity).
2A is a schematic diagram of the tertiary structure of ferritin protein.
Figure 2B is a schematic representation of the cage protein formed by ferritin protein and E-helix portion.
Figure 2C is a diagram showing that when the substitution of the E-helix portion of the ferritin protein with GALA peptides, a collision occurs between GALA peptides due to structural changes in weak acidity (yellow is a random coil, purple is a collision between spiral structures). Means)
Figure 3A is a table showing the dissociation activity of the sequence information of the fusion protein of the present invention and the pH change of the cage protein formed thereby.
Figure 3B is a diagram showing the secondary structure of human ferritin protein and the location where E-helix is removed.
FIG. 3C is an electrophoretic photograph showing that E-helix-free recombinant ferritin protein (ferritin-ΔE) is capable of mass expression in E. coli. (S: soluble fraction, +: IPTC,-: no IPTG)
3D is an electrophoretic photograph showing that fusion proteins having different GALA repeat counts (fGALA 4 and fGALA 6 ) can be expressed in E. coli (S: soluble fraction, +: IPTC,-: no IPTG).
4 shows that the cage protein formed from the ferritin protein from which the human ferritin or E-helix portion is removed is maintained in the cage structure at a pH range of 4.0 to 8.0, and both proteins are dissociated into monomers at a pH below 4.0. It is a graph showing that dissociation does not occur in weak acidity.
Figure 5A is a result of size exclusion chromatography and denaturation SDS-PAGE electrophoresis showing the self-assembly and dissociation activity according to the pH of the cage protein formed of the fusion proteins (fGALA 4 and fGAGA 6 ) of the present invention.
5B is a profile comparing self-assembly and dissociation degree by overlapping the profiles corresponding to FIG. 5A.
Figure 5C is a graph comparing the degree of dissociation according to the pH change of the cage protein formed of human phosphine or fusion proteins of the present invention (fGALA 4 and fGAGA 6 ).
6A is a graph confirming that there is no change in the secondary structure at the neutrality and pH 6.0 of the cage protein formed of human ferritin through CD (Circular Dichroism) analysis.
6B is a graph confirming cage structure changes due to changes in protein folding at pH 6.0 in the case of cage proteins formed of the fusion proteins (fGALA 4 and fGAGA 6 ) of the present invention through CD (Circular Dichroism) analysis.
7A is a graph confirming that there is no section in which protein folding due to heat of human ferritin is rapidly changed through thermal stability analysis using 222 nm wavelength of CD spectrum.
7B is a graph confirming that the cage protein formed of the fusion proteins (fGALA 4 and fGAGA 6 ) of the present invention has a protein folding conversion point at about 78 ° C. at neutral pH and an additional protein folding conversion point at pH 6.5, which is slightly acidic. .
8 is a result of comparing and analyzing the amino acid sequence of the human ferritin protein and the fusion protein of the present invention (fGAGA 6 ).
9 is a cleavage map of a vector into which a gene encoding a fusion protein (fGAGA 4 ) of the present invention is inserted.
10 is a cleavage map of a vector into which a gene encoding a fusion protein (fGAGA 6 ) of the present invention is inserted.

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

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

<< 실시예Example 1>  1>

페리틴 및 Ferritin and GALAGALA 펩타이드의Peptide 융합 단백질의 제조 Preparation of Fusion Proteins

<1-1> 발현벡터의 제조<1-1> Preparation of Expression Vector

인간 페리틴(human ferritin)에 GALA 펩타이드가 연결된 융합 단백질을 제조하기 위하여 유전자 재조합 방법을 이용하였다. Genetic recombination was used to prepare a fusion protein in which GALA peptide is linked to human ferritin.

구체적으로 상기 GALA 펩타이드를 삽입하기 위하여 페리틴의 E-helix 서열에 해당하는 유전자를 제거한 후 GALA 펩타이드 유전자를 페리틴에 삽입하였다. 이때 발현벡터는 대장균(E. coli)의 발현벡터인 pET28a(+)를 사용하였고, 제한효소를 이용하여 재조합 단백질을 발현시키는 유전자를 삽입하였다.Specifically, in order to insert the GALA peptide, the gene corresponding to the E-helix sequence of ferritin was removed, and then the GALA peptide gene was inserted into the ferritin. In this case, pET28a (+), an expression vector of E. coli, was used as an expression vector, and a gene expressing a recombinant protein was inserted using a restriction enzyme.

보다 구체적으로 서열번호 14의 염기서열을 가지는 정방향 프라이머(forward primer)와 GALA 모티브가 연결된 서열번호 15(fGALA4) 또는 서열번호 16(fGALA6)의 염기서열을 가지는 역방향 프라이머(reverse promer)를 이용하여, 서열번호 10 또는 서열번호 12의 염기서열을 가지는 E-helix 부분이 제거되고 GALA 모티브가 연결된 본 발명의 융합 단백질의 유전자를 PCR(denaturation 95℃(30sec), annealing temp. 60℃(30sec), extention temp. 72℃(1min), 30 cycles)로 증폭하였다. 상기 PCR 증폭산물을 아가로스 겔(agarose ge)l 전기영동을 통해 크기를 확인하고 추출(gel extraction)하였다. 이후 NdeI, XhoI 제한효소(NEB 구입)를 이용하여 상온에서 4시간 동안 증폭된 유전자를 처리하였다. pET28a(+) 발현벡터(Novagen 구입) 역시 동일한 제한효소처리를 하고 정제를 한 후 T4 DNA ligase를 이용하여 상기 유전자를 결합시켰다. 유전자의 삽입여부는 colony-PCR을 이용하여 검증하였다. More specifically, using a forward primer having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 14 and a reverse primer having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 15 (fGALA 4 ) or SEQ ID NO: 16 (fGALA 6 ) to which a GALA motif is connected By removing the E-helix moiety having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 10 or SEQ ID NO: 12 and connecting the GALA motif, the gene of the fusion protein of the present invention was PCR (denaturation 95 ℃ (30 sec), annealing temp. 60 ℃ (30 sec) , extention temp., 72 ° C. (1 min), 30 cycles). The PCR amplification product was checked for size through gel agarose gel electrophoresis (agarose ge) electrophoresis (gel extraction). Since Nde I, Xho I restriction enzyme (NEB purchased) was processed for amplified gene for 4 hours at room temperature. The pET28a (+) expression vector (Novagen purchased) was also subjected to the same restriction enzyme treatment and purification, followed by binding to the gene using T4 DNA ligase. Gene insertion was verified using colony-PCR.

상기 인간 페리틴(human ferritin)에서 E-helix 서열에 해당하는 부분이 제거된 서열번호 3의 아미노산 서열의 단백질(ferritin-ΔE)을 암호화하는 유전자로 서열번호 4의 염기서열을 사용하였다. The base sequence of SEQ ID NO: 4 was used as a gene encoding a protein (ferritin-ΔE) of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 in which a portion corresponding to the E-helix sequence was removed from the human ferritin.

또한 상기 GALA 펩타이드를 암호화하는 유전자로 서열길이가 상이한 2 종류를 사용하였다. 구체적으로 GALA 펩타이드가 4회 반복될 수 있는 서열번호 5의 아미노산 서열의 단백질(GALA4)을 암호화하는 서열번호 6의 염기서열 및 GALA 펩타이드가 6회 반복될 수 있는 서열번호 7의 아미노산 서열의 단백질(GALA6)을 암호화하는 서열번호 8의 염기서열을 가지는 유전자를 사용하였다.In addition, two kinds of sequences having different sequence lengths were used as genes encoding the GALA peptide. Specifically, the protein of the amino acid sequence of the GALA peptide is four times that of protein that can be repeated SEQ ID NO: 5 the amino acid sequence of the base sequence of SEQ ID NO: 6 coding for the (GALA 4) and the GALA peptide may be repeated six times SEQ ID NO: 7 A gene having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 8 encoding (GALA 6 ) was used.

따라서 페리틴 및 GALA 펩타이드의 융합 단백질을 암호화하는 유전자는 GALA 펩타이드가 4회 반복될 수 있는 서열번호 10 및 6회 반복될 수 있는 서열번호 12의 염기서열로 표시될 수 있다.Therefore, the gene encoding the fusion protein of the ferritin and GALA peptide may be represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 10 which can be repeated 4 times and the GALA peptide is SEQ ID NO: 12.

이를 표로 정리하면 하기 표 1과 같다.This is summarized in Table 1 below.

유전자의 종류Kind of gene 염기서열Sequence 아미노산서열Amino acid sequence Human ferritinHuman ferritin 서열번호 2SEQ ID NO: 2 서열번호 1SEQ ID NO: 1 ferritin-ΔE* ferritin-ΔE * 서열번호 4SEQ ID NO: 4 서열번호 3SEQ ID NO: 3 GALA4 GALA 4 서열번호 6SEQ ID NO: 6 서열번호 5SEQ ID NO: 5 GALA6 GALA 6 서열번호 8SEQ ID NO: 8 서열번호 7SEQ ID NO: 7 ferritin-ΔE-GALA4 (fGALA4)ferritin-ΔE-GALA 4 (fGALA 4 ) 서열번호 10SEQ ID NO: 10 서열번호 9SEQ ID NO: 9 ferritin-ΔE-GALA6 (fGALA6)ferritin-ΔE-GALA 6 (fGALA 6 ) 서열번호 12SEQ ID NO: 12 서열번호 11SEQ ID NO: 11

* ferritin-ΔE: 인간 페리틴(human ferritin)에서 E-helix 서열에 해당하는 부분이 제거된 유전자 * ferritin-ΔE: A gene in which the portion corresponding to the E-helix sequence has been removed from human ferritin

상기 인간 페리틴(human ferritin)에서 E-helix 서열에 해당하는 부분이 제거된 부위의 모식도는 도 3의 B에 기재된 바와 같다.
The schematic diagram of the site where the portion corresponding to the E-helix sequence is removed from the human ferritin is as described in FIG.

<1-2> 발현 및 분리 정제<1-2> Expression and Separation Purification

상기 <실시예 1-1>에서 제조된 발현벡터로 대장균을 형질 전환하여 본 발명의 융합 단백질을 대량 생산하였다.E. coli was transformed with the expression vector prepared in <Example 1-1> to mass produce the fusion protein of the present invention.

구체적으로 상기 <실시예 1-1>에서 ferritin-ΔE, ferritin-ΔE-GALA4 (fGALA4), ferritin-ΔE-GALA6 (fGALA6) 유전자가 삽입된 발현벡터를 BL21(DE3) 숙주세포(Novagen) 에 형질변환을 시킨 후, LB 배지(Sigma-Aldrich)에서 37℃에서 키운 후 OD600 값이 0.5에 도달하면 IPTG(Isopropyl β-D thiogalactoside) 1mM을 이용하여 발현을 유도하였다. 이 후 6시간을 더 배양한 후 세포를 수거하고 lysis 버퍼(50mM Tris-HCl, 8.0, 100mM NaCl, 1mM PMSF(phenylmethylsulfanylfluoride))를 이용하여 세포를 파괴한 후 용해된 부분만을 정제에 이용하였다. Specifically, in <Example 1-1>, the expression vector into which the ferritin-ΔE, ferritin-ΔE-GALA 4 (fGALA 4 ) and ferritin-ΔE-GALA 6 (fGALA 6 ) genes are inserted into a BL21 (DE3) host cell ( After transforming to Novagen), when grown in LB medium (Sigma-Aldrich) at 37 ℃ and the OD 600 value reaches 0.5, expression was induced using 1 mM of IPTG (Isopropyl β-D thiogalactoside). After culturing for 6 more hours, the cells were collected and the cells were lysed using lysis buffer (50mM Tris-HCl, 8.0, 100mM NaCl, 1mM PMSF (phenylmethylsulfanylfluoride)), and only the lysed portion was used for purification.

상기 정제를 위하여 affinity 크로마토그래피와 크기 배제 크로마토그래피를 이용하여 단백질을 순수하게 정제하고 정제된 단백질의 분자량을 변성 SDS-PAGE(denaturing SDS-PAGE) 전기영동을 통해 확인하여 그 결과를 도 3에 기재하였다.For purification, the purified protein was purified using affinity chromatography and size exclusion chromatography, and the molecular weight of the purified protein was confirmed by denaturing SDS-PAGE electrophoresis. It was.

보다 구체적으로 affinity 크로마토그래피는 Ni-NTA 컬럼(GE healthcare)을 사용하였으며 A 버퍼(50mM Tris-HCl, 8.0, 100mM NaCl)로 컬럼 준비와 단백질 로딩 후 수세하였다. B 버퍼(50mM Tris-HCl, 8.0, 100mM NaCl, 500mM Immidazole)로 컬럼에 붙어있는 단백질을 용출시킨 후 전기영동(Laemmli, U. K. Nature 1970, 227, 680-685.)을 통하여 분자량을 확인하였다.More specifically, affinity chromatography was performed using a Ni-NTA column (GE healthcare), and washed with column preparation and protein loading with A buffer (50 mM Tris-HCl, 8.0, 100 mM NaCl). After elution of the protein attached to the column with B buffer (50 mM Tris-HCl, 8.0, 100 mM NaCl, 500 mM Immidazole), the molecular weight was confirmed by electrophoresis (Laemmli, UK Nature 1970, 227, 680-685.).

또한 크기 배제 크로마토그래피는 Superdex 200 10/300 GL column(GE Heathcare)을 이용하였고 주입 부피(injection volume)는 2mL이였으며 버퍼는 50mM Tris-HCl(8.0), 100mM NaCl을 사용하였다.In addition, size exclusion chromatography was performed using a Superdex 200 10/300 GL column (GE Heathcare), an injection volume of 2 mL, and a buffer of 50 mM Tris-HCl (8.0) and 100 mM NaCl.

상기 도 3C 및 도 3D에 기재한 바와 같이, 인간 페리틴(human ferritin)에서 E-helix 서열에 해당하는 부분이 제거된 유전자(ferritin-ΔE)도 대장균에서 대량발현이 가능함을 알 수 있으며(도 3C), GALA 펩타이드의 반복횟수가 서로 다른 융합 단백질의 경우에도 대장균에서 대량 발현되며, 각각의 분자량이 21.9(fGALA4), 22.7kDa(fGALA6)임을 알 수 있다(도 3D).As shown in FIG. 3C and FIG. 3D, a gene in which the portion corresponding to the E-helix sequence is removed from human ferritin (ferritin-ΔE) can also be seen in E. coli (FIG. 3C). ), Even in the case of fusion proteins having different repeat counts of GALA peptides, they are expressed in E. coli in large quantities, and the molecular weights of 21.9 (fGALA 4 ) and 22.7 kDa (fGALA 6 ) can be seen (FIG. 3D).

<< 비교예Comparative example 1>  1>

ferritinferritin -ΔE로 형성된 Formed by -ΔE 케이지Cage 단백질의  Protein pHpH 변화에 의한 해리 활성 Dissociation Activity by Change

인간 페리틴(human ferritin)에서 E-helix 서열에 해당하는 부분이 제거된 ferritin-ΔE 단백질이 단위체로써 케이지(cage) 단백질을 형성하는지 여부를 확인하기 위하여 크기 배제 크로마토그래피(size exclusion chromatography)를 이용하여 확인하고 그 결과를 도 4에 기재하였다.Size exclusion chromatography was used to determine whether the ferritin-ΔE protein from which human Eritin sequence corresponding to the E-helix sequence was removed forms a cage protein as a unit. It confirmed and the result is shown in FIG.

구체적으로 샘플은 인간 페리틴과 ferritin-ΔE 단백질 각각에 대하여 실험을 수행하였다. 크기 배제 크로마토그래피(Superdex 200 10/300 GL column)(GE Healthcare 구입)을 이용한 표준 단백질 곡선(Standard protein curve)를 제작하기 위하여 Sigma-Aldrich에서 구입한 wild-type ferritin(분자량 440 kDa, NCBI accession No: NP_002023.2), BSA(분자량 67 kDa), Cytochrome C(분자량 14 kDa)에 대한 표준 단백질 마커의 용출 부피(elution volume)는 각각 9-10 mL, 15-16 mL, 및 20-21 mL이었다Specifically, the samples were tested for each of human ferritin and ferritin-ΔE protein. Wild-type ferritin (molecular weight 440 kDa, NCBI accession No.) purchased from Sigma-Aldrich to produce a standard protein curve using size exclusion chromatography (Superdex 200 10/300 GL column) purchased by GE Healthcare. The elution volumes of the standard protein markers for NP_002023.2), BSA (molecular weight 67 kDa) and Cytochrome C (molecular weight 14 kDa) were 9-10 mL, 15-16 mL, and 20-21 mL, respectively.

이 때 사용한 버퍼조성은 50mM Tris-HCl(8.0), 100mM NaCl, 1mM 메르캅토에타놀(mercaptoethanol)이었고 주입 부피(injection volume)는 2mL이었다. 우선 상기 샘플을 pH 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0 각각에 대하여 투석을 통하여 pH을 맞춘 후 각각의 pH에 대하여 size exclusion chromatography를 수행하였다. 이때 샘플의 농도는 1mg/mL이며 주입 부피(injection volume)는 2mL이었다. pH 3.0에서 샘플은 용출 부피(elution volume)가 약 20mL로서 표준 단백질 곡선(standard protein curve)과 비교하였을 때 cage 구조를 형성하지 못한 해리된 상태임을 확인하였으나 pH 범위가 4.0에서 8.0사이에서는 용출 부피(elution volume)이 약 9mL을 나타내어서 cage 구조를 형성함을 확인하였다.(도 4 참조)The buffer composition used was 50 mM Tris-HCl (8.0), 100 mM NaCl, 1 mM mercaptoethanol, and the injection volume was 2 mL. First, the sample was adjusted to pH through dialysis for pH 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, and 8.0, and size exclusion chromatography was performed for each pH. At this time the concentration of the sample was 1mg / mL and the injection volume (injection volume) was 2mL. At pH 3.0, the sample had an elution volume of about 20 mL, which was dissociated with no cage structure when compared to the standard protein curve. It was confirmed that the elution volume) represented about 9 mL to form the cage structure (see FIG. 4).

구체적으로 도 4에 기재한 바와 같이, ferritin-ΔE 단백질의 경우에도 종래 알려진 인간 페리틴과 마찬가지로 pH 4.0 내지 8.0 구간에서 케이지(cage)를 형성하나, pH 4.0이하에서는 단위체들이 분리되어 케이지(cage)가 형성되지 못함을 알 수 있다. 따라서 인간 페리틴(human ferritin)에서 E-helix 부분을 제거하여도 케이지(cage) 단백질이 형성될 수 있으며, 케이지 단백질이 본래 가지고 있는 pH 변화에 의한 해리 활성도 그대로 유지됨을 알 수 있다.
Specifically, as shown in FIG. 4, in the case of ferritin-ΔE protein, as in the conventionally known human ferritin, a cage is formed at a pH of 4.0 to 8.0, but below pH 4.0, the units are separated to form a cage. It can be seen that it is not formed. Therefore, the cage protein can be formed even by removing the E-helix portion of the human ferritin, and it can be seen that the dissociation activity by the pH change inherent in the cage protein is maintained.

<< 실험예Experimental Example 1>  1>

본 발명의 Of the present invention 케이지Cage 단백질의  Protein pHpH 변화에 의한 해리 활성 Dissociation Activity by Change

상기 <실시예 1>에서 제조된 본 발명의 융합 단백질, 즉 ferritin-ΔE-GALA4 (fGALA4), ferritin-ΔE-GALA6 (fGALA6)로 형성된 케이지 단백질의 pH 변화에 따른 해리 활성을 측정하고 그 결과를 도 5에 기재하였다. Measurement of dissociation activity according to the pH change of the cage protein formed of the fusion protein of the present invention, ie, ferritin-ΔE-GALA 4 (fGALA 4 ) and ferritin-ΔE-GALA 6 (fGALA 6 ) prepared in Example 1 The results are shown in FIG. 5.

샘플은 fGALA4, fGALA6 각각에 대하여 실험을 수행하였다. pH 7.0과 8.0 각각에 대하여 투석을 통하여 샘플의 pH를 조정한 후 농도를 1 mg/mL으로 조정하고 2 mL을 상기 <비교예 1>에 기재한 크기 배제 컬럼(size exclusion column)에 주입하였다. 샘플의 용출 부피가(elution volume) 약 9ml이었는데 이는 상기 <비교예 1>의 표준 단백질 곡선과 비교하면 cage 구조를 형성함을 확인하였고 전기영동을 통해 용출 피크(elution peak)가 단백질에 의한 것임을 이중 확인하였다.(도 5A 참조)Samples are fGALA 4 , fGALA 6 Experiments were performed for each. After adjusting the pH of the sample through dialysis for pH 7.0 and 8.0, the concentration was adjusted to 1 mg / mL and 2 mL was injected into the size exclusion column described in Comparative Example 1 above. The elution volume of the sample was about 9 ml, which was confirmed to form cage structure compared with the standard protein curve of Comparative Example 1, and the elution peak was caused by protein through electrophoresis. (See FIG. 5A).

또한 pH 6.8, 6.5, 6.0에 대하여 샘플을 투석을 통해 pH를 조정한 후 역시 동일한 상기 <비교예 1>에 기재한 크기 배제 컬럼(size exclusion column)에 동일한 농도와 부피로 주입했을 때 용출 피크가 이동함을 알 수 있었다. pH 7.0 이상에서 보인 약 9mL에 해당되는 피크가 pH 6.8에서 6.0 구간에서는 약 20mL로 이동하는 것을 확인하였고 이것은 상기 <비교예 1>의 표준 단백질 곡선에 의하면 cage 구조가 해리되었음을 보여준다. 또한 전기영동을 통해 pH 6.8-6.0구간의 용출 피크(elution peak)가 단백질에 의한 것임을 확인하였다.(도 5A 참조)In addition, when the pH was adjusted by dialysis for pH 6.8, 6.5, and 6.0, and the same concentration and volume were added to the same size exclusion column as described in <Comparative Example 1>, the elution peak was I could see it moved. The peak corresponding to about 9 mL shown above pH 7.0 was shifted to about 20 mL in the 6.0 section at pH 6.8, indicating that the cage structure was dissociated according to the standard protein curve of Comparative Example 1. In addition, it was confirmed that the elution peak of the pH 6.8-6.0 by the electrophoresis was due to the protein (see FIG. 5A).

또한 상기 각각의 pH에서 수행한 size exclusion chromatography의 profile을 중첩하여 용출 피크(elution peak)가 pH 범위에 따라 이동하였음을 도 5B에 기재하였다.In addition, the elution peak was shifted according to the pH range by overlapping the profile of the size exclusion chromatography performed at each pH, as shown in FIG. 5B.

또한 동일한 농도의 샘플을 동일 부피만큼 주입했으므로 각각의 pH에서 peak 면적을 분석함으로써 cage 구조를 형성하는 샘플의 퍼센트를 구한 후 pH 값에 따라 plot하여 S자 곡선(sigmoidal curve)을 그려 도 5C에 나타내었다. 상기 도5C에 의하면 pH 6.5에서 약 80%의 샘플이 cage 구조가 해리되었음을 알 수 있었다.In addition, since the same concentration of the sample was injected by the same volume, the peak area at each pH was analyzed to determine the percentage of the sample forming the cage structure, and plotted according to the pH value to draw a sigmoidal curve (Sigmoidal curve) as shown in FIG. 5C. It was. 5C shows that about 80% of the samples dissociated in cage structure at pH 6.5.

즉 상기 도 5에 기재한 바와 같이, GALA 펩타이드가 삽입된 케이지(cage) 단백질의 경우 중성 pH 조건에서는 거대 케이지 구조를 형성하지만, pH 6.0 부근에서 자가 조립된 cage 구조가 3차원적인 구조변화를 일으켜서 최소 단위체로 해리됨을 알 수 있다.That is, as shown in FIG. 5, the cage protein into which the GALA peptide is inserted forms a large cage structure under neutral pH conditions, but the self-assembled cage structure in the vicinity of pH 6.0 causes three-dimensional structural change. It can be seen that it dissociates to the smallest unit.

한편, 서열번호 1의 단백질을 단위체로 형성된 인간 페리틴(ferritin)과 본 발명의 융합 단백질(fGALA4, fGALA6)에 의해 형성된 케이지 단백질의 pH 변화에 따른 단백질 접힘 정도를 CD(Circular Dichroism) 분석을 통해 비교하고 그 결과를 도 6에 기재하였다.On the other hand, CD (Circular Dichroism) analysis of the degree of protein folding according to the pH change of the cage protein formed by the human ferritin (ferritin) formed of the protein of SEQ ID NO: 1 and the fusion proteins (fGALA 4 , fGALA 6 ) of the present invention Comparison was made and the results are shown in FIG. 6.

구체적으로 샘플은 fGALA4, fGALA6 각각에 대하여 실험을 수행하였다. 샘플의 농도는 약 0.075 mg/mL이었고 pH 7.0, 6.0 각각에 대하여 버퍼조성은 50mM 인산 칼륨(potassium phosphate), 100 mM NaCl 이었다. CD scan speed는 10 nm/min in 0.1 cm path length quartz cells이었으며 25℃에서 실시하였다. α-helices로만 구성되어있는 단백질은 CD 스펙트럼에서 208, 222 nm peak을 특징적으로 갖는데 서열번호 1의 단백질을 단위체로 형성된 인간 페리틴 역시 α-helices로만 구성되어서 동일한 특징스펙트럼을 갖는 것을 이용하였다. 인간 페리틴의 CD 스펙트럼은 pH 7.0과 6.0에서 α-helix의 특징을 보이는 전형적인 peak을 보였고 pH 변화에 의한 peak의 변화가 관찰되지 않았다. 그러나 샘플은 pH 7.0과 6.0에서 peak의 변화가 관찰되었는데 208nm의 peak에서 뚜렷한 감소가 발생하고 222nm peak에서의 이동이 관찰되었다. 이것은 샘플을 구성하는 단일체의 구조상의 변화를 보여주고 있다.Specifically, the sample is fGALA 4 , fGALA 6 Experiments were performed for each. The concentration of the sample was about 0.075 mg / mL and the buffer composition was 50 mM potassium phosphate, 100 mM NaCl for pH 7.0 and 6.0, respectively. CD scan speed was 10 nm / min in 0.1 cm path length quartz cells and was performed at 25 ° C. Proteins composed only of α-helices had peaks of 208 and 222 nm in the CD spectrum. Human ferritin formed of monomers of the protein of SEQ ID NO: 1 was also composed only of α-helices and used the same characteristic spectrum. CD spectra of human ferritin showed typical peaks characteristic of α-helix at pH 7.0 and 6.0. However, the sample showed peak changes at pH 7.0 and 6.0. A clear decrease occurred at the peak of 208 nm and a shift at the 222 nm peak. This shows the structural change of the monoliths constituting the sample.

즉 상기 도 6에 기재된 바와 같이, 서열번호 1의 단백질을 단위체로 형성된 인간 페리틴(ferritin)은 중성과 pH 6.0에서의 CD spectrum 프로파일의 변화가 없는데 비해(도 6A), 본 발명의 융합 단백질에 의해 형성된 케이지 단백질은 pH 6.0에서 급격한 프로파일의 변화가 파장 208, 222nm에서 관찰되었으며 이것은 약산성에 의해 본 발명의 케이지 단백질의 접힘 정도가 변화하였음을 알 수 있다. (도 6B)That is, as shown in Figure 6, human ferritin (ferritin) formed of the protein of SEQ ID NO: 1 unit has no change in the CD spectrum profile at neutral and pH 6.0 (Fig. 6A), by the fusion protein of the present invention In the cage protein formed, a sharp profile change was observed at a wavelength of 208 and 222 nm at pH 6.0, indicating that the degree of folding of the cage protein of the present invention was changed by weak acidity. (FIG. 6B)

또한 서열번호 1의 단백질을 단위체로 형성된 인간 페리틴(ferritin)과 본 발명의 융합 단백질(fGALA4, fGALA6)에 의해 형성된 케이지 단백질에 대하여, 222nm 파장에서 CD spectrum의 ellipticity를 관찰하는 열 안정화 실험을 수행하고 그 결과를 도 7에 기재하였다.In addition, a thermal stabilization experiment was performed to observe the ellipticity of the CD spectrum at 222 nm for the cage protein formed by human ferritin (ferritin) formed by the protein of SEQ ID NO: 1 and the fusion proteins of the present invention (fGALA 4 , fGALA 6 ). The results are shown in FIG. 7.

구체적으로 샘플은 fGALA4, fGALA6 각각에 대하여 실험을 수행하였다. 222nm 파장에서 온도를 변화시킴으로써 타원율(ellipticity)을 관찰하여 샘플의 열안정성을 평가하였다. 서열번호 1의 단백질을 단위체로 형성된 인간 페리틴 샘플은 온도를 5℃에서 100℃까지 변화시켰을 때 pH 7.0과 6.0 각각에서 어떤 뚜렷한 녹는 점(melting temperature, Tm)이 없어 열에 매우 안정적이었다. 그러나 샘플은 pH 7.0에서 뚜렷한 S자 곡선(sigmoidal curve)을 보였으며 Tm 값은 78.0 ± 1.0℃이었다. 이러한 전이현상(transition inflection)은 열에 의한 골격(scaffold)의 비접힘 현상(unfolding)을 나타낸다. pH 6.5에서는 샘플은 2개의 Tm 값을 보여주는데 각각 39.0 ± 0.5℃ 및 75.0 ± 1.0℃이었다. 이것은 cage 구조가 해리되는 pH 구간에서 샘플이 매우 불안정한 상태로 존재한다는 것을 보여주는 것이다. pH 6.0에서는 어떤 뚜렷한 Tm이 발견되지 않았는데 이것은 샘플이 매우 불안정한 상태임을 보여주고 있다. 이와 같은 열안정성 결과는 size exclusion chromatography, CD 스펙트럼과 함께 샘플의 pH 민감성을 보여주고 있다.Specifically, the sample is fGALA 4 , fGALA 6 Experiments were performed for each. The thermal stability of the samples was evaluated by observing ellipticity by varying the temperature at 222 nm wavelength. Human ferritin samples formed of the monomer of the protein of SEQ ID NO: 1 were very stable to heat because there was no distinct melting temperature (Tm) at pH 7.0 and 6.0, respectively, when the temperature was changed from 5 ° C to 100 ° C. However, the sample showed a distinct sigmoidal curve at pH 7.0 and the Tm value was 78.0 ± 1.0 ° C. This transition inflection represents unfolding of the scaffold by heat. At pH 6.5 the sample showed two Tm values, 39.0 ± 0.5 ° C and 75.0 ± 1.0 ° C, respectively. This shows that the sample is very unstable in the pH range where the cage structure dissociates. No distinct Tm was found at pH 6.0, indicating that the sample is very unstable. These thermal stability results show the pH sensitivity of the sample with size exclusion chromatography and CD spectra.

즉 상기 도 7에 기재한 바와 같이, 서열번호 1의 단백질을 단위체로 형성된 인간 페리틴(ferritin)은 중성과 pH 6.0에서 단백질 접힘의 변화가 거의 관찰되지 않을 정도의 안정성을 보이나(도 7A), 본 발명의 융합 단백질에 의해 형성된 케이지 단백질의 경우 중성에서는 78℃근처에서 급격한 단백질 접힘 전환을 보여주었고 pH 6.5에서는 추가적인 단백질 접힘 전환점을 보여준다.(도 7B)
That is, as shown in Figure 7, the human ferritin (ferritin) formed as a unit of the protein of SEQ ID NO: 1 shows a stability such that almost no change in protein folding at pH 6.0 (Fig. 7A), The cage protein formed by the fusion protein of the invention showed rapid protein folding conversion near 78 ° C. in neutral and an additional protein folding turning point at pH 6.5 (FIG. 7B).

따라서 본 발명의 융합 단백질에 의해 형성된 케이지 단백질은 기존 인간 페리틴이 pH 4.0 미만의 강산성에서만 자가 조립된 케이지 구조가 단위체로 해리되는데 비해, pH 6.0 내지 6.5와 같은 약산성에서 해리되는 성질을 지니고 있어, 암 조직과 같은 약산성 환경에서 효과적으로 약물을 방출할 수 있으므로 약물 전달체로 효과적으로 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 약산성 자극원에 민감하게 반응하여 구조적인 변화를 일으키는 성질을 이용하여 바이오 센서로도 효과적으로 활용될 수 있다.Therefore, the cage protein formed by the fusion protein of the present invention has a property of dissociating a cage structure in which existing human ferritin is self-assembled only in a strong acidity of less than pH 4.0 into monomers, in weak acidity such as pH 6.0 to 6.5, It can be effectively used as a drug carrier because it can release the drug effectively in a weak acidic environment such as tissues, and can also be effectively used as a biosensor by using a property that reacts to a weakly acidic stimulus to cause structural changes. .

<110> Korea Institute of Science and Technology <120> Fusion protein comprising ferritin and GALA peptide, cage protein formed thereby, and novel use thereof <130> DPP20102338KR <160> 16 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 175 <212> PRT <213> Human ferritin <400> 1 Met Ser Ser Gln Ile Arg Gln Asn Tyr Ser Thr Asp Val Glu Ala Ala 1 5 10 15 Val Asn Ser Leu Val Asn Leu Tyr Leu Gln Ala Ser Tyr Thr Tyr Leu 20 25 30 Ser Leu Gly Phe Tyr Phe Asp Arg Asp Asp Val Ala Leu Glu Gly Val 35 40 45 Ser His Phe Phe Arg Glu Leu Ala Glu Glu Lys Arg Glu Gly Tyr Glu 50 55 60 Arg Leu Leu Lys Met Gln Asn Gln Arg Gly Gly Arg Ala Leu Phe Gln 65 70 75 80 Asp Ile Lys Lys Pro Ala Glu Asp Glu Trp Gly Lys Thr Pro Asp Ala 85 90 95 Met Lys Ala Ala Met Thr Leu Glu Lys Lys Leu Asn Gln Ala Leu Leu 100 105 110 Asp Leu His Ala Leu Gly Ser Ala Arg Thr Asp Pro His Leu Cys Asp 115 120 125 Phe Leu Glu Thr His Phe Leu Asp Glu Glu Val Lys Leu Ile Lys Lys 130 135 140 Met Gly Asp His Leu Thr Asn Leu His Arg Leu Gly Gly Pro Glu Ala 145 150 155 160 Gly Leu Gly Glu Tyr Leu Phe Glu Arg Leu Thr Leu Lys His Asp 165 170 175 <210> 2 <211> 525 <212> DNA <213> Human ferritin <400> 2 atgagctccc agattcgtca gaattattcc accgacgtgg aggcagccgt caacagcctg 60 gtcaatttgt acctgcaggc ctcctacacc tacctctctc tgggcttcta tttcgaccgc 120 gatgatgtgg ctctggaagg cgtgagccac ttcttccgcg aactggccga ggagaagcgc 180 gagggctacg agcgtctcct gaagatgcaa aaccagcgtg gcggccgcgc tctcttccag 240 gacatcaaga agccagctga agatgagtgg ggtaaaaccc cagacgccat gaaagctgcc 300 atggccctgg agaaaaagct gaaccaggcc cttttggatc ttcatgccct gggttctgcc 360 cgcacggacc cccatctctg tgacttcctg gagactcact tcctagatga ggaagtgaag 420 cttatcaaga agatgggtga ccacctgacc aacctccaca ggctgggtgg cccggaggct 480 gggctgggcg agtatctctt cgaaaggctc actctcaagc acgac 525 <210> 3 <211> 160 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> human ferritin without E helix <400> 3 Met Ser Ser Gln Ile Arg Gln Asn Tyr Ser Thr Asp Val Glu Ala Ala 1 5 10 15 Val Asn Ser Leu Val Asn Leu Tyr Leu Gln Ala Ser Tyr Thr Tyr Leu 20 25 30 Ser Leu Gly Phe Tyr Phe Asp Arg Asp Asp Val Ala Leu Glu Gly Val 35 40 45 Ser His Phe Phe Arg Glu Leu Ala Glu Glu Lys Arg Glu Gly Tyr Glu 50 55 60 Arg Leu Leu Lys Met Gln Asn Gln Arg Gly Gly Arg Ala Leu Phe Gln 65 70 75 80 Asp Ile Lys Lys Pro Ala Glu Asp Glu Trp Gly Lys Thr Pro Asp Ala 85 90 95 Met Lys Ala Ala Met Ala Leu Glu Lys Lys Leu Asn Gln Ala Leu Leu 100 105 110 Asp Leu His Ala Leu Gly Ser Ala Arg Thr Asp Pro His Leu Cys Asp 115 120 125 Phe Leu Glu Thr His Phe Leu Asp Glu Glu Val Lys Leu Ile Lys Lys 130 135 140 Met Gly Asp His Leu Thr Asn Leu His Arg Leu Gly Gly Pro Glu Ala 145 150 155 160 <210> 4 <211> 480 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> human ferritin without E-helix <400> 4 atgagctccc agattcgtca gaattattcc accgacgtgg aggcagccgt caacagcctg 60 gtcaatttgt acctgcaggc ctcctacacc tacctctctc tgggcttcta tttcgaccgc 120 gatgatgtgg ctctggaagg cgtgagccac ttcttccgcg aactggccga ggagaagcgc 180 gagggctacg agcgtctcct gaagatgcaa aaccagcgtg gcggccgcgc tctcttccag 240 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Ser Gln Ile Arg Gln Asn Tyr Ser Thr Asp Val Glu Ala Ala 1 5 10 15 Val Asn Ser Leu Val Asn Leu Tyr Leu Gln Ala Ser Tyr Thr Tyr Leu 20 25 30 Ser Leu Gly Phe Tyr Phe Asp Arg Asp Asp Val Ala Leu Glu Gly Val 35 40 45 Ser His Phe Phe Arg Glu Leu Ala Glu Glu Lys Arg Glu Gly Tyr Glu 50 55 60 Arg Leu Leu Lys Met Gln Asn Gln Arg Gly Gly Arg Ala Leu Phe Gln 65 70 75 80 Asp Ile Lys Lys Pro Ala Glu Asp Glu Trp Gly Lys Thr Pro Asp Ala 85 90 95 Met Lys Ala Ala Met Ala Leu Glu Lys Lys Leu Asn Gln Ala Leu Leu 100 105 110 Asp Leu His Ala Leu Gly Ser Ala Arg Thr Asp Pro His Leu Cys Asp 115 120 125 Phe Leu Glu Thr His Phe Leu Asp Glu Glu Val Lys Leu Ile Lys Lys 130 135 140 Met Gly Asp His Leu Thr Asn Leu His Arg Leu Gly Gly Pro Glu Ala 145 150 155 160 Leu Ala Glu Ala Leu Ala Glu His Leu Ala Glu Ala Leu Ala Glu 165 170 175 <210> 10 <211> 525 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> fGALA4 <400> 10 atgagctccc agattcgtca gaattattcc accgacgtgg aggcagccgt caacagcctg 60 gtcaatttgt acctgcaggc ctcctacacc 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KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 175 <212> PRT <213> Human ferritin <400> 1 Met Ser Ser Gln Ile Arg Gln Asn Tyr Ser Thr Asp Val Glu Ala Ala   1 5 10 15 Val Asn Ser Leu Val Asn Leu Tyr Leu Gln Ala Ser Tyr Thr Tyr Leu              20 25 30 Ser Leu Gly Phe Tyr Phe Asp Arg Asp Asp Val Ala Leu Glu Gly Val          35 40 45 Ser His Phe Phe Arg Glu Leu Ala Glu Glu Lys Arg Glu Gly Tyr Glu      50 55 60 Arg Leu Leu Lys Met Gln Asn Gln Arg Gly Gly Arg Ala Leu Phe Gln  65 70 75 80 Asp Ile Lys Lys Pro Ala Glu Asp Glu Trp Gly Lys Thr Pro Asp Ala                  85 90 95 Met Lys Ala Ala Met Thr Leu Glu Lys Lys Leu Asn Gln Ala Leu Leu             100 105 110 Asp Leu His Ala Leu Gly Ser Ala Arg Thr Asp Pro His Leu Cys Asp         115 120 125 Phe Leu Glu Thr His Phe Leu Asp Glu Glu Val Lys Leu Ile Lys Lys     130 135 140 Met Gly Asp His Leu Thr Asn Leu His Arg Leu Gly Gly Pro Glu Ala 145 150 155 160 Gly Leu Gly Glu Tyr Leu Phe Glu Arg Leu Thr Leu Lys His Asp                 165 170 175 <210> 2 <211> 525 <212> DNA <213> Human ferritin <400> 2 atgagctccc agattcgtca gaattattcc accgacgtgg aggcagccgt caacagcctg 60 gtcaatttgt acctgcaggc ctcctacacc tacctctctc tgggcttcta tttcgaccgc 120 gatgatgtgg ctctggaagg cgtgagccac ttcttccgcg aactggccga ggagaagcgc 180 gagggctacg agcgtctcct gaagatgcaa aaccagcgtg gcggccgcgc tctcttccag 240 gacatcaaga agccagctga agatgagtgg ggtaaaaccc cagacgccat gaaagctgcc 300 atggccctgg agaaaaagct gaaccaggcc cttttggatc ttcatgccct gggttctgcc 360 cgcacggacc cccatctctg tgacttcctg gagactcact tcctagatga ggaagtgaag 420 cttatcaaga agatgggtga ccacctgacc aacctccaca ggctgggtgg cccggaggct 480 gggctgggcg agtatctctt cgaaaggctc actctcaagc acgac 525 <210> 3 <211> 160 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> human ferritin without E helix <400> 3 Met Ser Ser Gln Ile Arg Gln Asn Tyr Ser Thr Asp Val Glu Ala Ala   1 5 10 15 Val Asn Ser Leu Val Asn Leu Tyr Leu Gln Ala Ser Tyr Thr Tyr Leu              20 25 30 Ser Leu Gly Phe Tyr Phe Asp Arg Asp Asp Val Ala Leu Glu Gly Val          35 40 45 Ser His Phe Phe Arg Glu Leu Ala Glu Glu Lys Arg Glu Gly Tyr Glu      50 55 60 Arg Leu Leu Lys Met Gln Asn Gln Arg Gly Gly Arg Ala Leu Phe Gln  65 70 75 80 Asp Ile Lys Lys Pro Ala Glu Asp Glu Trp Gly Lys Thr Pro Asp Ala                  85 90 95 Met Lys Ala Ala Met Ala Leu Glu Lys Lys Leu Asn Gln Ala Leu Leu             100 105 110 Asp Leu His Ala Leu Gly Ser Ala Arg Thr Asp Pro His Leu Cys Asp         115 120 125 Phe Leu Glu Thr His Phe Leu Asp Glu Glu Val Lys Leu Ile Lys Lys     130 135 140 Met Gly Asp His Leu Thr Asn Leu His Arg Leu Gly Gly Pro Glu Ala 145 150 155 160 <210> 4 <211> 480 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> human ferritin without E-helix <400> 4 atgagctccc agattcgtca gaattattcc accgacgtgg aggcagccgt caacagcctg 60 gtcaatttgt acctgcaggc ctcctacacc tacctctctc tgggcttcta tttcgaccgc 120 gatgatgtgg ctctggaagg cgtgagccac ttcttccgcg aactggccga ggagaagcgc 180 gagggctacg agcgtctcct gaagatgcaa aaccagcgtg gcggccgcgc tctcttccag 240 gacatcaaga agccagctga agatgagtgg ggtaaaaccc cagacgccat gaaagctgcc 300 atggccctgg agaaaaagct gaaccaggcc cttttggatc ttcatgccct gggttctgcc 360 cgcacggacc cccatctctg tgacttcctg gagactcact tcctagatga ggaagtgaag 420 cttatcaaga agatgggtga ccacctgacc aacctccaca ggctgggtgg cccggaggct 480                                                                          480 <210> 5 <211> 15 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> GALA4 <400> 5 Leu Ala Glu Ala Leu Ala Glu His Leu Ala Glu Ala Leu Ala Glu   1 5 10 15 <210> 6 <211> 45 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GALA4 <400> 6 ctggcggaag cgctggcgga acatctggcg gaagcgctgg cggaa 45 <210> 7 <211> 23 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> GALA6 <400> 7 Leu Ala Glu Ala Leu Ala Glu His Leu Ala Glu Ala Leu Ala Glu Ala   1 5 10 15 Leu Ala Glu Ala Leu Ala Glu              20 <210> 8 <211> 69 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GALA6 <400> 8 ctggcggaag cgctggcgga acatctggcg gaagcgctgg cggaagcgct ggcggaagcg 60 ctggcggaa 69 <210> 9 <211> 175 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> fGALA4 <400> 9 Met Ser Ser Gln Ile Arg Gln Asn Tyr Ser Thr Asp Val Glu Ala Ala   1 5 10 15 Val Asn Ser Leu Val Asn Leu Tyr Leu Gln Ala Ser Tyr Thr Tyr Leu              20 25 30 Ser Leu Gly Phe Tyr Phe Asp Arg Asp Asp Val Ala Leu Glu Gly Val          35 40 45 Ser His Phe Phe Arg Glu Leu Ala Glu Glu Lys Arg Glu Gly Tyr Glu      50 55 60 Arg Leu Leu Lys Met Gln Asn Gln Arg Gly Gly Arg Ala Leu Phe Gln  65 70 75 80 Asp Ile Lys Lys Pro Ala Glu Asp Glu Trp Gly Lys Thr Pro Asp Ala                  85 90 95 Met Lys Ala Ala Met Ala Leu Glu Lys Lys Leu Asn Gln Ala Leu Leu             100 105 110 Asp Leu His Ala Leu Gly Ser Ala Arg Thr Asp Pro His Leu Cys Asp         115 120 125 Phe Leu Glu Thr His Phe Leu Asp Glu Glu Val Lys Leu Ile Lys Lys     130 135 140 Met Gly Asp His Leu Thr Asn Leu His Arg Leu Gly Gly Pro Glu Ala 145 150 155 160 Leu Ala Glu Ala Leu Ala Glu His Leu Ala Glu Ala Leu Ala Glu                 165 170 175 <210> 10 <211> 525 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> fGALA4 <400> 10 atgagctccc agattcgtca gaattattcc accgacgtgg aggcagccgt caacagcctg 60 gtcaatttgt acctgcaggc ctcctacacc tacctctctc tgggcttcta tttcgaccgc 120 gatgatgtgg ctctggaagg cgtgagccac ttcttccgcg aactggccga ggagaagcgc 180 gagggctacg agcgtctcct gaagatgcaa aaccagcgtg gcggccgcgc tctcttccag 240 gacatcaaga agccagctga agatgagtgg ggtaaaaccc cagacgccat gaaagctgcc 300 atggccctgg agaaaaagct gaaccaggcc cttttggatc ttcatgccct gggttctgcc 360 cgcacggacc cccatctctg tgacttcctg gagactcact tcctagatga ggaagtgaag 420 cttatcaaga agatgggtga ccacctgacc aacctccaca ggctgggtgg cccggaggct 480 ctggcggaag cgctggcgga acatctggcg gaagcgctgg cggaa 525 <210> 11 <211> 183 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> fGALA6 <400> 11 Met Ser Ser Gln Ile Arg Gln Asn Tyr Ser Thr Asp Val Glu Ala Ala   1 5 10 15 Val Asn Ser Leu Val Asn Leu Tyr Leu Gln Ala Ser Tyr Thr Tyr Leu              20 25 30 Ser Leu Gly Phe Tyr Phe Asp Arg Asp Asp Val Ala Leu Glu Gly Val          35 40 45 Ser His Phe Phe Arg Glu Leu Ala Glu Glu Lys Arg Glu Gly Tyr Glu      50 55 60 Arg Leu Leu Lys Met Gln Asn Gln Arg Gly Gly Arg Ala Leu Phe Gln  65 70 75 80 Asp Ile Lys Lys Pro Ala Glu Asp Glu Trp Gly Lys Thr Pro Asp Ala                  85 90 95 Met Lys Ala Ala Met Ala Leu Glu Lys Lys Leu Asn Gln Ala Leu Leu             100 105 110 Asp Leu His Ala Leu Gly Ser Ala Arg Thr Asp Pro His Leu Cys Asp         115 120 125 Phe Leu Glu Thr His Phe Leu Asp Glu Glu Val Lys Leu Ile Lys Lys     130 135 140 Met Gly Asp His Leu Thr Asn Leu His Arg Leu Gly Gly Pro Glu Ala 145 150 155 160 Leu Ala Glu Ala Leu Ala Glu His Leu Ala Glu Ala Leu Ala Glu Ala                 165 170 175 Leu Ala Glu Ala Leu Ala Glu             180 <210> 12 <211> 549 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> fGALA6 <400> 12 atgagctccc agattcgtca gaattattcc accgacgtgg aggcagccgt caacagcctg 60 gtcaatttgt acctgcaggc ctcctacacc tacctctctc tgggcttcta tttcgaccgc 120 gatgatgtgg ctctggaagg cgtgagccac ttcttccgcg aactggccga ggagaagcgc 180 gagggctacg agcgtctcct gaagatgcaa aaccagcgtg gcggccgcgc tctcttccag 240 gacatcaaga agccagctga agatgagtgg ggtaaaaccc cagacgccat gaaagctgcc 300 atggccctgg agaaaaagct gaaccaggcc cttttggatc ttcatgccct gggttctgcc 360 cgcacggacc cccatctctg tgacttcctg gagactcact tcctagatga ggaagtgaag 420 cttatcaaga agatgggtga ccacctgacc aacctccaca ggctgggtgg cccggaggct 480 ctggcggaag cgctggcgga acatctggcg gaagcgctgg cggaagcgct ggcggaagcg 540 ctggcggaa 549 <210> 13 <211> 4 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> GALA <400> 13 Glu Ala Leu Ala   One <210> 14 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer <400> 14 ggaattccat atgagctccc agattcgtca g 31 <210> 15 <211> 72 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for fGALA4 <400> 15 ccgccgctcg agttattcag ctaaagcttc agctaaatgt tcagctaaag cttcagctaa 60 agcctccggg cc 72 <210> 16 <211> 96 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for fGALA6 <400> 16 ccgccgctcg agttattcag ctaaagcttc agctaaagct tcagctaaag cttcagctaa 60 atgttcagct aaagcttcag ctaaagcctc cgggcc 96

Claims (22)

(a) 페리틴(ferritin) 단백질, 상기 단백질의 A-helix, B-helix, C-helix 및 D-helix를 포함하는 단편 및 이들의 변이체로 이루어진 군에서 선택된 폴리펩타이드의 카르복실 말단(carboxyl terminal)에
(b) 서열번호 13의 아미노산 서열을 포함하는 GALA(Glu-Ala-Leu-Ala) 모티브(motif)가 연결된 융합 단백질.
(a) a carboxyl terminal of a polypeptide selected from the group consisting of ferritin protein, fragments comprising A-helix, B-helix, C-helix and D-helix of the protein and variants thereof on
(b) a fusion protein to which a GALA (Glu-Ala-Leu-Ala) motif comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 13 is linked.
제1항에 있어서, 상기 페리틴 단백질은 서열번호 1의 아미노산 서열로 표시되는 것인 융합 단백질.The fusion protein of claim 1, wherein the ferritin protein is represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. 제1항에 있어서, 상기 단편은 서열번호 1의 아미노산 서열에서 155번째 이후 아미노산 잔기가 하나 이상 제거된 것인 융합 단백질.The fusion protein of claim 1, wherein the fragment is one or more amino acid residues removed after the 155th amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. 제3항에 있어서, 상기 단편은 서열번호 1의 아미노산 서열에서 160번째 이후 아미노산 잔기가 하나 이상 제거된 것인 융합 단백질.The fusion protein of claim 3, wherein the fragment has one or more amino acid residues removed from the amino acid sequence of SEQ ID 1 after 160. 제4항에 있어서, 상기 단편은 서열번호 3의 아미노산 서열로 표시되는 것인 융합 단백질.The fusion protein according to claim 4, wherein the fragment is represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO. 제1항에 있어서, 상기 GALA 모티브는 서열번호 13의 아미노산 서열이 포함된 4 내지 100개의 아미노산으로 구성된 것인 융합 단백질.According to claim 1, wherein the GALA motif is a fusion protein consisting of 4 to 100 amino acids comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 13. 제6항에 있어서, 상기 GALA 모티브는 서열번호 13의 아미노산 서열이 1 내지 10회 반복되는 아미노산 서열을 포함하는 것인 융합 단백질.The fusion protein of claim 6, wherein the GALA motif comprises an amino acid sequence in which the amino acid sequence of SEQ ID NO: 13 is repeated 1 to 10 times. 제7항에 있어서, 상기 GALA 모티브는 서열번호 5 또는 서열번호 7의 아미노산 서열로 표시되는 것인 융합 단백질.The fusion protein according to claim 7, wherein the GALA motif is represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5 or SEQ ID NO: 7. 제1항에 있어서, 상기 융합 단백질은 서열번호 9 또는 서열번호 11의 아미노산 서열로 표시되는 것인 융합 단백질.The fusion protein of claim 1, wherein the fusion protein is represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 9 or SEQ ID NO: 11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 융합 단백질로 구성된 케이지(cage) 단백질Cage protein consisting of the fusion protein of any one of claims 1 to 9 제10항에 있어서, 상기 케이지 단백질은 융합 단백질이 단위체로써 규칙적으로 배열된 것인 케이지 단백질The cage protein of claim 10, wherein the cage protein is a fusion protein in which the protein is regularly arranged as a unit. 제10항에 있어서, 상기 케이지 단백질의 평균 분자량은 450kDa내지 550kDa인 케이지 단백질.The cage protein of claim 10, wherein the cage protein has an average molecular weight of 450 kDa to 550 kDa. 제1항의 융합 단백질을 암호화하는 폴리뉴클레오티드.A polynucleotide encoding the fusion protein of claim 1. 제13항에 있어서, 상기 폴리뉴클레오티드는 서열번호 10 또는 서열번호 12의 염기서열로 표시되는 것인 폴리뉴클레오티드.The polynucleotide of claim 13, wherein the polynucleotide is represented by a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 10 or SEQ ID NO: 12. 제13항의 폴리뉴클레오티드가 도입된 발현벡터.An expression vector into which the polynucleotide of claim 13 is introduced. 제15항에 있어서, 상기 발현벡터는 도 9 또는 도 10의 개열지도로 표시되는 것인 발현벡터.The expression vector of claim 15, wherein the expression vector is represented by a cleavage map of FIG. 9 or FIG. 10. 제16항의 발현벡터로 형질 전환된 형질전환체.A transformant transformed with the expression vector of claim 16. 제17항에 있어서, 상기 형질전환체는 대장균인 것인 형질전환체.The transformant of claim 17, wherein the transformant is Escherichia coli. 제10항의 케이지 단백질의 내부에 생체활성물질이 봉입된 것을 특징으로 하는 생체활성물질 전달체.A bioactive substance carrier comprising a bioactive substance enclosed in the cage protein of claim 10. 제19항에 있어서, 상기 생체활성물질은 암, 골 관절염, 류마티스 관절염, 치매, 자가면역 질환 및 뇌졸중으로 이루어진 군에서 선택된 질환의 예방 또는 치료 약물인 생체활성물질 전달체.The bioactive substance carrier according to claim 19, wherein the bioactive substance is a drug for preventing or treating a disease selected from the group consisting of cancer, osteoarthritis, rheumatoid arthritis, dementia, autoimmune disease and stroke. 제10항의 케이지 단백질의 내부에 표지인자가 봉입된 것을 유효성분으로 포함하는 바이오 센서.A biosensor comprising the labeling agent encapsulated in the cage protein of claim 10 as an active ingredient. 제21항에 있어서, 상기 바이오 센서는 세포 또는 조직 내에서 pH 7.0 내지 7.4 에서 pH 6.0 내지 6.5으로의 pH 변화를 감지하거나, pH 6.0 내지 6.5인 세포 또는 조직을 검출하는 것인 바이오 센서.The biosensor of claim 21, wherein the biosensor detects a change in pH from pH 7.0 to 7.4 to pH 6.0 to 6.5 in the cell or tissue, or detects a cell or tissue having a pH of 6.0 to 6.5.
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