KR20130018212A - Cyclodextrin-binidng peptides, their preparation method and their use - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A peptide which binds to cyclodextrin and a method for preparing the same are provided to ensure easy fixation on a cyclodextrin polymer. CONSTITUTION: A peptide library for conjugating cyclodextrin contains LPVRPWT(CD-01), LPLTPLP(CD-02), LPPQTLI(CD-03), or NQDVPLF(CD-04) sequence as an active ingredient. A functional group or a ligand to cyclodextrin is introduced using the peptide library. A cyclodextrin-conjugated peptide complex is a fusion protein with a certain protein, and prepared by conjugating the certain protein with the cyclodextrin. [Reference numerals] (1) Combining by adding a library to CD polymer beads; (2) Settling the beads by centrifugation; (3) Removing uncombined phage; (4) Culturing the combined phage and repeating (1) to (3) steps 5 times; (5) Analyzing the base sequences of 10 finally collected phages; (6) Determining amino acid sequence; (AA) CD polymer beads

Description

싸이클로덱스트린에 결합하는 펩티드, 그의 제조방법 및 용도{Cyclodextrin-binidng peptides, their preparation method and their use}Cyclodextrin-binidng peptides, their preparation method and their use {Cyclodextrin-binidng peptides, their preparation method and their use}

본 발명은 싸이클로덱스트린 (cyclodextrin)에 결합하는 펩티드, 그의 제조방법 및 용도에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 특정 리간드 또는 작용기와 함께 복합체를 형성하여 싸이클로덱스트린을 포함하는 센서 칩 표면이나 약물 전달용 싸이클로덱스트린 고분자에 쉽게 고정되도록 하는 펩티드, 그의 제조방법 및 용도에 관한 것이다. The present invention relates to a peptide that binds to cyclodextrin, a manufacturing method and use thereof, and more specifically, to form a complex with a specific ligand or functional group to form a complex on the surface of a sensor chip containing cyclodextrin or a cyclodextrin for drug delivery. It relates to a peptide capable of being easily immobilized on a polymer, and a method for producing and using the same.

싸이클로덱스트린은 글루코오스 단량체가 α-(1,4) 결합하여 고리 구조를 하고 있는 화합물로서, 글루코오스 6개가 결합한 α-싸이클로덱스트린, 7개가 결합한 β-싸이클로덱스트린, 8개가 결합한 γ-싸이클로덱스트린이 있다 (도 1). 싸이클로덱스트린의 하이드록시기는 고리의 밖으로 위치하여, 고리의 외곽은 친수성이지만, 고리의 내부는 소수성인 특성을 갖는다 (도 2). 따라서 고리 내부의 소수성을 이용해 소수성 게스트 (guest) 분자들을 결합시켜 복합체를 형성할 수 있는 특성을 지니고 있다 (도 3). Cyclodextrin is a compound in which a glucose monomer is α-(1,4) bonded to form a cyclic structure, and there are α-cyclodextrin with six glucose bonds, β-cyclodextrin with seven bonds, and γ-cyclodextrin with eight bonds ( Fig. 1). The hydroxy group of cyclodextrin is located outside the ring, and the outer ring of the ring is hydrophilic, but the inside of the ring is hydrophobic (FIG. 2). Therefore, it has the property of forming a complex by binding hydrophobic guest molecules using the hydrophobicity inside the ring (FIG. 3).

이러한 싸이클로덱스트린의 특성은 치료물질의 용해도, 안정성, 생체이용성 등을 개선시키는데 이용되고 있다. 뿐만 아니라 이와 같이 치료물질과 복합체를 형성하고 있는 싸이클로덱스트린 고분자에 트랜스페린이나 엽산과 같이 암세포에 잘 결합하는 리간드를 결합시켜 표적지향형 약물을 개발한 연구결과도 보고되었다 (Bellocq et al, 2003, Bioconjugate Chem., 14, 1122; Salmaso et al., 2004, 15, 997). 또한 admantane을 결합시킨 시토크롬 c 단백질을 센서 칩 표면에 고정시키는데 싸이클로덱스트린이 사용되기도 했다 (Fragoso et al., Langmuir, 2002, 18, 5051).These characteristics of cyclodextrin have been used to improve the solubility, stability, and bioavailability of therapeutic substances. In addition, research results of developing a target-oriented drug by binding ligands that bind well to cancer cells such as transferrin or folic acid to cyclodextrin polymers that form complexes with therapeutic substances have also been reported (Bellocq et al, 2003, Bioconjugate Chem. ., 14, 1122; Salmaso et al., 2004, 15, 997). Cyclodextrin was also used to immobilize admantane-linked cytochrome c protein on the surface of the sensor chip (Fragoso et al., Langmuir, 2002, 18, 5051).

그러나 이와 같이 단백질을 싸이클로덱스트린에 결합시키기 위해서는 해당 단백질에 admantane과 같은 소수성 게스트 분자를 화학반응을 통해 연결시켜야 한다. 그러나 이 방법으로는 admantane-단백질 복합체의 균일성을 확조하는 것이 어렵다. 반면에 싸이클로덱스트린에 결합하는 펩티드가 있다면 이 펩티드를 암호화하는 염기서열과 고정하고자 하는 단백질의 염기서열을 연결하여 하나의 융합단백질로 합성할 수 있는 장점이 있다. 뿐만 아니라 펩티드의 합성이나 변형에 관한 화학적 방법들은 매우 잘 확립되어 있기 때문에 화학적인 방법을 통해 펩티드에 리간드나 작용기를 도입하는 것도 비교적 용이하다.However, in order to bind a protein to cyclodextrin, a hydrophobic guest molecule such as admantane must be linked to the protein through a chemical reaction. However, it is difficult to increase the uniformity of the admantane-protein complex by this method. On the other hand, if there is a peptide that binds to cyclodextrin, it has the advantage of being able to synthesize a single fusion protein by linking the base sequence encoding the peptide with the base sequence of the protein to be immobilized. In addition, since chemical methods for synthesis or modification of peptides are very well established, it is relatively easy to introduce ligands or functional groups into peptides through chemical methods.

대한민국 공개특허 제2005-51686호는 ‘사이클로덱스트린-기초한 재료, 조성물 및 이의 용도’에 관한 것으로, 싸이클로덱스트린을 보유하는 선형 생체적합성 중합체 및 연결 분자를 함유하는 중합체 조성물을 기재하고 있고, 대한민국 공개특허 제2009-79199호는 ‘펩티드’에 관한 것으로, 내부로 구속된 고리 올리고펩티드에 있어서 표적 리간드에 특별하게 결합하기 위한 6개 이상의 아미노산 링을 포함하는 고리 올리고펩티드를 기재하고 있다.Korean Patent Application Publication No. 2005-51686 relates to'cyclodextrin-based materials, compositions and uses thereof', and describes a linear biocompatible polymer containing cyclodextrin and a polymer composition containing a linking molecule. No. 2009-79199 relates to a'peptide', and describes a ring oligopeptide comprising a ring of 6 or more amino acids specifically for binding to a target ligand in an internally constrained ring oligopeptide.

그러나, 종래의 기술 중 어떠한 것도 본 발명에 기재된 바와 같은 싸이클로덱스트린에 결합하는 펩티드, 그의 제조방법 및 용도에 대하여는 기재하고 있지 않다. However, none of the prior art describes a peptide that binds to cyclodextrin as described in the present invention, and a method for producing and using the peptide.

본 발명의 목적은 싸이클로덱스트린에 결합하는 펩티드를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a peptide that binds to cyclodextrin.

또한, 본 발명의 목적은 싸이클로덱스트린에 결합하는 펩티드를 확인하는 방법을 제공하는 것이다.In addition, an object of the present invention is to provide a method for identifying a peptide that binds to cyclodextrin.

또한, 본 발명의 목적은 싸이클로덱스트린에 리간드나 작용기를 도입하기 위한 펩티드를 제공하는 것이다.In addition, an object of the present invention is to provide a peptide for introducing a ligand or a functional group into a cyclodextrin.

본 발명에 따르면, 싸이클로덱스트린과 결합하는 LPVRPWT (CD-01), LPLTPLP (CD-02), LPPQTLI (CD-03) 또는 NQDVPLF (CD-04) 서열의 펩티드를 제공한다.According to the present invention, a peptide having a sequence of LPVRPWT (CD-01), LPLTPLP (CD-02), LPPQTLI (CD-03) or NQDVPLF (CD-04) that binds to cyclodextrin is provided.

본 발명에 따르면, 싸이클로덱스트린에 결합하여서 싸이클로덱스트린에 리간드나 작용기를 도입하는 것을 특징으로 하는 LPVRPWT (CD-01), LPLTPLP (CD-02), LPPQTLI (CD-03) 또는 NQDVPLF (CD-04) 서열의 펩티드를 제공한다.According to the present invention, LPVRPWT (CD-01), LPLTPLP (CD-02), LPPQTLI (CD-03) or NQDVPLF (CD-04), characterized by binding to cyclodextrin and introducing a ligand or functional group into cyclodextrin. The peptide of the sequence is provided.

본 발명의 펩티드를 이용할 경우 싸이클로덱스트린에 리간드나 작용기를 용이하게 도입할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.When the peptide of the present invention is used, it is possible to obtain an effect of easily introducing a ligand or a functional group into cyclodextrin.

도 1은 싸이클로덱스트린의 분자 구조를 나타낸다.
도 2는 싸이클로덱스트린의 입체 구조를 나타낸다.
도 3은 싸이클로덱스트린에 guest 분자가 결합하는 반응을 나타낸다.
도 4는 섬유상 박테리오파지의 구조를 나타낸다.
도 5는 바이오패닝의 원리를 나타낸 그림이다.
도 6은 Ph.D-7 파지-펩티드 문고에서의 무작위 아미노산 서열의 구조를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 바이오패닝 방법을 나타낸다.
도 8은 Quartz crystal microbalance (QCM) 바이오센서를 이용한 펩티드들의 친화도 측정 결과를 나타낸다.
도 9는 싸이클로덱스트린 고분자 구슬과 필터를 이용한 펩티드들의 친화도 측정 결과를 나타낸다.
1 shows the molecular structure of cyclodextrin.
Figure 2 shows the three-dimensional structure of cyclodextrin.
3 shows a reaction of a guest molecule binding to cyclodextrin.
Figure 4 shows the structure of the fibrous bacteriophage.
5 is a diagram showing the principle of biopanning.
Figure 6 shows the structure of the random amino acid sequence in the Ph.D-7 phage-peptide library.
7 shows a biopanning method according to the present invention.
8 shows the result of measuring the affinity of peptides using a quartz crystal microbalance (QCM) biosensor.
9 shows the results of affinity measurement of peptides using cyclodextrin polymer beads and a filter.

본 발명에 따르면, 파지-펩티드 문고를 검색하는 단계, 싸이클로덱스트린 고분자 구슬에 파지-펩티드 문고를 첨가하여 바이오패닝 (biopanning) 과정을 반복하는 단계, 바이오패닝 과정에서 회수된 펩티드 중 발생 빈도가 높은 펩티드의 염기 서열을 확인하는 단계를 포함하는 방법에 의해 본 발명의 펩티드를 제공한다. According to the present invention, the step of searching for a phage-peptide library, repeating the biopanning process by adding the phage-peptide library to a cyclodextrin polymer bead, and a peptide with a high frequency of occurrence among the peptides recovered in the biopanning process It provides the peptide of the present invention by a method comprising the step of confirming the nucleotide sequence of.

파지-펩티드 문고 기술은 M13이나 fd와 같은 섬유상 박테리오파지 (filamentous bacteriophage)의 껍질 단백질 (coat protein)에 무작위 아미노산 서열의 펩티드를 나타낸 박테리오파지들로 이루어진 집단으로부터 특정 목표 분자에 결합하는 리간드를 검색하는 기술이다. 도 4는 섬유상 박테리오파지의 구조를 나타내는데, coat protein 가운데 protein 3의 N-말단 부분에 무작위 아미노산 서열의 펩티드를 나타낸 구조를 볼 수 있다. Phage-peptide library technology is a technology that searches for a ligand that binds to a specific target molecule from a group consisting of bacteriophages showing a peptide with a random amino acid sequence on the coat protein of a fibrous bacteriophage such as M13 or fd. . FIG. 4 shows the structure of a fibrous bacteriophage, showing the structure of a peptide having a random amino acid sequence at the N-terminal portion of protein 3 among coat proteins.

본 발명에 따르면, 싸이클로덱스트린에 결합하는 펩티드를 찾기 위해 무작위 아미노산이 7개인 Ph.D-7 파지-펩티드 문고를 검색하였다. Ph.D-7은 7개의 잔기로 이루어진 펩티드가 일직선으로 나열된 것이다. Ph.D-7의 무작위 아미노산 서열 부분은 도 6에 나타나 있으며 X로 표시된 부분이 무작위 서열이다.According to the present invention, a Ph.D-7 phage-peptide library with 7 random amino acids was searched to find a peptide that binds to cyclodextrin. Ph.D-7 is a straight line of peptides consisting of 7 residues. The portion of the random amino acid sequence of Ph.D-7 is shown in Fig. 6 and the portion marked with an X is the random sequence.

바이오패닝은 특정 목표 분자에 결합하는 파지를 찾는 방법이다. 바이오패닝 방법의 원리는 이하에 기재된 바와 같다(도 5 참고). 목표 분자가 부착되어 있는 고체 표면에 파지-펩티드 문고를 넣어 결합시킨 후 씻어내면 결합성이 있는 파지들만 남게 된다. 결합한 파지들을 다시 회수하여 숙주 박테리아에 감염시키면 같은 성질을 갖는 파지들이 증폭되고, 증폭된 파지를 이용하여 앞의 과정을 반복하게 되면 특이적으로 결합하는 파지의 비율이 높아져서 마침내는 원하는 펩티드만을 분리할 수 있게 된다. 바이오패닝을 통해 목표 분자에 결합하는 파지를 찾으면 그 파지에 표현된 펩티드의 아미노산 서열은 protein 3의 유전자인 gene 3 앞에 삽입된 DNA의 염기서열로부터 추정할 수 있다. Biopanning is a method of finding phages that bind to specific target molecules. The principle of the biopanning method is as described below (see FIG. 5). When a phage-peptide library is put on the solid surface to which the target molecule is attached and then washed off, only binding phages remain. When the bound phages are recovered and infected with host bacteria, phages with the same properties are amplified, and if the above process is repeated using the amplified phages, the ratio of phages that bind specifically increases. You will be able to. When a phage that binds to a target molecule is found through biopanning, the amino acid sequence of the peptide expressed in the phage can be estimated from the nucleotide sequence of the DNA inserted before gene 3, the gene for protein 3.

본 발명에 따르면, 싸이클로덱스트린에 결합하는 펩티드를 찾기 위해 도 7에 나타낸 것처럼 먼저 싸이클로덱스트린 고분자 구슬에 파지-펩티드 문고를 더하여 결합시키고 원심분리를 하여 구슬만 가라앉혔다. 용액 중의 결합하지 않은 파지를 제거하고 완충용액으로 구슬을 씻어주었다. 그리고 마지막으로 구슬에 결합한 파지를 회수하여 대장균에서 증폭하였다. According to the present invention, in order to find a peptide that binds to cyclodextrin, as shown in FIG. 7, first, a phage-peptide library was added to the cyclodextrin polymer beads to bind, and then only the beads were settled by centrifugation. Unbound phage in the solution was removed, and the beads were washed with a buffer solution. And finally, the phage bound to the beads was recovered and amplified in E. coli.

상기와 같은 바이오패닝 과정을 5회 반복한 후 마지막에 회수된 파지 가운데 10개를 무작위로 선별하여 펩티드에 대한 암호를 가지고 있는 염기서열을 결정하였다. 그 결과 발생 빈도가 높은 펩티드로 LPVRPWT (CD-01), LPLTPLP (CD-02), LPPQTLI (CD-03), NQDVPLF (CD-04) 서열이 확인되었다. 이와 같이 반복된 바이오패닝 과정을 통해 발생 빈도가 높아진 아미노산 서열은 싸이클로덱스트린에 결합하는 특성이 우수하다는 것을 의미한다. After repeating the above-described biopanning process 5 times, 10 of the finally recovered phages were randomly selected to determine the nucleotide sequence having the code for the peptide. As a result, LPVRPWT (CD-01), LPLTPLP (CD-02), LPPQTLI (CD-03), and NQDVPLF (CD-04) sequences were identified as peptides with high incidence. The amino acid sequence with an increased frequency of occurrence through the repeated biopanning process as described above means that the property of binding to cyclodextrin is excellent.

상기로부터 수득된 본 발명의 펩티드는 단백질, 예컨대 항체, 호르몬 단백질, 효소 단백질 등과 융합 단백질을 형성할 수 있다. The peptide of the present invention obtained from the above can form a fusion protein such as an antibody, a hormone protein, an enzyme protein, and the like.

또한, 본 발명의 펩티드는 싸이클로덱스트린과 결합하여 작용기나 리간드, 예컨대 fluorescein, 엽산, 비오틴 등을 도입시킬 수 있다. In addition, the peptide of the present invention can be combined with cyclodextrin to introduce functional groups or ligands such as fluorescein, folic acid, biotin, and the like.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by the following examples. However, the scope of the present invention is not limited thereto.

제조예Manufacturing example 1: 펩티드의 제조 1: Preparation of peptide

고분자 구슬 형태의 β-싸이클로덱스트린 (Sigma에서 구입) 10 mg을 1.5 ml 마이크로튜브에 넣고 TBST (Tris-buffered saline + Tween-20, 50mM Tris-Cl, pH 7.5, 150mM NaCl, 0.1% Tween-20) 1 ml을 더하여 실온에서 30분간 수화시켰다. 여기에 New England Biolab에서 구입한 Ph.D-7 파지 펩티드 문고 10 μl (2×1013 pfu/ml, 2×109 independent sequences)를 더하여 실온에서 1시간 동안 흔들어주며 결합시켰다. β-싸이클로덱스트린을 가라앉힌 후 상층액을 제거하고 β-싸이클로덱스트린 구슬을 TBST로 3회 씻어주었다. 마지막으로 상층액을 제거한 후 액체 배지에서 배양한 Escherichia coli (E. coli) XL1-blue 1 ml을 튜브에 더하여 β-싸이클로덱스트린에 결합한 파지들로 E. coli를 30분간 감염시켰다. 감염된 E. coli 일부를 차례로 묽혀 top agar plate에서 배양하여 감염된 E. coli가 있던 자리에 플라크가 형성되도록 함으로써 β-싸이클로덱스트린으로부터 회수된 파지의 수를 결정하였다. 그리고 나머지 감염된 20 ml 액체 배지에 배양한 E. coli에 더하고 5시간 동안 배양하여 파지가 증폭되도록 하였다. 증폭한 후 원심분리 하여 침전에 있는 세포는 제거하고 상층액에 있는 파지를 다음 바이오패닝에 사용하였다.Add 10 mg of β-cyclodextrin in the form of polymer beads (purchased from Sigma) into a 1.5 ml microtube and TBST (Tris-buffered saline + Tween-20, 50mM Tris-Cl, pH 7.5, 150mM NaCl, 0.1% Tween-20) 1 ml was added and hydrated at room temperature for 30 minutes. To this, 10 μl of Ph.D-7 phage peptide library purchased from New England Biolab (2×10 13 pfu/ml, 2×10 9 independent sequences) was added and bound while shaking at room temperature for 1 hour. After the β-cyclodextrin was settled, the supernatant was removed, and the β-cyclodextrin beads were washed three times with TBST. Finally, after removing the supernatant, 1 ml of Escherichia coli (E. coli) XL1-blue cultured in a liquid medium was added to the tube, and E. coli was infected with phages bound to β-cyclodextrin for 30 minutes. The number of phages recovered from β-cyclodextrin was determined by diluting some of the infected E. coli in turn and incubating them on a top agar plate so that plaques were formed at the site of the infected E. coli. Then, it was added to E. coli cultured in the remaining infected 20 ml liquid medium and incubated for 5 hours to amplify the phage. After amplification, the cells in the precipitate were removed by centrifugation, and the phage in the supernatant was used for the next biopanning.

이와 동일한 방법으로 바이오패닝을 5회 반복한 후 마지막 바이오패닝에서 얻어진 플라크들 가운데 10개를 임의로 선택하여 파지를 배양하였다. 배양된 파지로부터 DNA를 분리하고 각 DNA의 gene 3 앞에 삽입된 무작위 염기서열을 결정하여 아미노산 서열로 전환한 결과 LPVRPWT (CD-01), LPLTPLP (CD-02), LPPQTLI (CD-03), NQDVPLF (CD-04) 서열이 각각 2회씩 나타났고 AVTVMTP (CD-05)와 TDAHASV (CD-06) 서열이 각각 1회씩 나타났다. 처음 사용한 Ph.D-7 문고에는 2×109 종류의 파지가 있으며 파지의 수는 2×1012 개이기 때문에 한 종류 파지의 수는 약 1,000개가 된다. 이 가운데서 10개의 파지를 임의로 선택했을 때 동일한 파지가 두 번 선택될 확률은 2.5×10- 17 으로 극히 낮다. 따라서 5회의 바이오패닝 이후에 CD-01부터 CD-04까지 네 개의 아미노산 서열이 2회씩 나타났다는 것은 그 서열을 갖는 파지들이 다른 파지들에 비해 훨씬 강하게 증폭되었다는 것을 의미한다. 그리고 이 파지들이 β-싸이클로덱스트린에 결합하는 성질을 기준으로 바이오패닝을 했을 때 강하게 증폭되었다는 사실은 이 파지들이 β-싸이클로덱스트린에 잘 결합하는 특성을 가지고 있음을 보여준다.
After biopanning was repeated 5 times in the same way, 10 plaques obtained in the last biopanning were randomly selected and phage cultured. DNA was isolated from the cultured phage, and a random nucleotide sequence inserted in front of gene 3 of each DNA was determined and converted into an amino acid sequence. As a result, LPVRPWT (CD-01), LPLTPLP (CD-02), LPPQTLI (CD-03), NQDVPLF The (CD-04) sequence appeared twice each, and the AVTVMTP (CD-05) and TDAHASV (CD-06) sequences appeared once each. In the first Ph.D-7 library, there are 2×10 9 types of phage, and the number of phages is 2×10 12 , so the number of phages of one type is about 1,000. When you choose randomly from among 10 phages selected with the same probability of being gripped, double the 2.5 × 10 - 17 is extremely low. Therefore, the fact that the four amino acid sequences from CD-01 to CD-04 appeared twice after 5 biopannings means that the phages having that sequence were amplified much more strongly than other phages. And the fact that these phages were strongly amplified when biopanning was based on their binding properties to β-cyclodextrin, shows that these phages have good binding properties to β-cyclodextrin.

실시예Example 1: One: 싸이클로덱스트린에Cyclodextrin 대한 친화도 평가 Affinity evaluation for

CD-01, CD-02, CD-04 세 가지 펩티드의 β-싸이클로덱스트린에 대한 친화도를 측정하기 위해 세 가지 아미노산 서열의 카르복시 말단 부위에 두 개의 글리신 잔기와 한 개의 리신 잔기 그리고 비오틴기를 더한 펩티드를 합성하였다. 예를 들어 CD-01의 경우 LPVRPWTGGK-biotin의 구조를 갖게 된다. 그리고 합성된 세 가지 펩티드를 각각 아비딘 단백질과 결합시켜 복합체를 형성하도록 하였다. To measure the affinity of the three peptides CD-01, CD-02, and CD-04 for β-cyclodextrin, a peptide obtained by adding two glycine residues, one lysine residue, and a biotin group to the carboxy terminus of the three amino acid sequences Was synthesized. For example, CD-01 has the structure of LPVRPWTGGK-biotin. Then, each of the three synthesized peptides was combined with an avidin protein to form a complex.

친화도를 측정하기 위한 첫 번째 방법에서는 실험실에서 제작한 Quartz Crystal Microbalance (QCM) 바이오센서를 이용하였다. QCM은 일본 크리스탈 썬라이프(Crystal Sunlife)사에서 구입하였다. 사각형인 수정미소저울 크기는 8×8 mm이고 원형인 금 전극의 직경은 5 mm이며 수정미소저울의 고유진동수는 약 10 MHz이다. 수정미소저울의 진동수는 질량 증가에 비례하여 감소하기 때문에 수정미소저울 표면에 분석 대상 물질이 결합할 수 있는 수용체가 고정되어 있으면 분석 대상물질이 결합함에 따라 주파수가 변하는 원리를 이용하여 바이오센서로 사용될 수 있다.In the first method to measure affinity, a quartz crystal microbalance (QCM) biosensor manufactured in a laboratory was used. QCM was purchased from Crystal Sunlife, Japan. The size of the square crystal microbalance is 8×8 mm, the diameter of the circular gold electrode is 5 mm, and the natural frequency of the crystal microbalance is about 10 MHz. Since the frequency of the crystal microbalance decreases in proportion to the mass increase, it can be used as a biosensor by using the principle that the frequency changes as the analyte is bound if a receptor to which the analyte is bound is fixed on the surface of the crystal microbalance. I can.

수정미소저울의 전극 표면을 세척하기 위해 수정미소저울을 1분 동안 60℃ 피라냐 용액(piranha solution) (H2SO4:H2O2 = 7:3)에 담근 후 증류수와 에탄올로 헹구고 질소가스로 건조시켰다. 다음으로 1-옥타데칸티올(1-octadecanethiol , Sigma-Aldrich, USA)을 에탄올에 2mM로 녹인 용액에 수정미소저울을 넣고 12~15시간 동안 교반하여 전극 표면에 자기조립 단분자층 (self-assembled monolayer, SAM)이 형성되도록 하였다. SAM이 형성된 센서 칩을 꺼내서 에탄올로 헹구고 질소가스로 건조시킨 후 cell에 장착하였다. To clean the electrode surface of the crystal microbalance, immerse the crystal microbalance in a 60℃ piranha solution (H 2 SO 4 :H 2 O 2 = 7:3) for 1 minute, rinse with distilled water and ethanol, and nitrogen gas. And dried. Next, add a crystal microbalance to a solution in which 1-octadecanethiol (Sigma-Aldrich, USA) is dissolved in ethanol at 2mM, and stir for 12-15 hours to form a self-assembled monolayer on the electrode surface. SAM) was allowed to form. The sensor chip on which the SAM was formed was taken out, rinsed with ethanol, dried with nitrogen gas, and mounted on the cell.

상기 SAM과 결합시키기 위하여 디팔미토일 포스파티딜콜린(dipalmitoyl phosphatidyl cholin; DPPC)에 옥타노익 하이드라자이드를 2:1의 몰 비로 혼합하여 리포솜을 만들었다. 여기에서 DPPC는 리포솜을 형성하는 바탕지질로 사용되었고 옥타노익 하이드라자이드는 이 리포솜에 하이드라자이드 기가 나타나도록 하기 위한 기능성 작용기를 지닌 탄화수소 화합물로 사용되었다. In order to bind with the SAM, dipalmitoyl phosphatidyl cholin (DPPC) was mixed with octanoic hydrazide at a molar ratio of 2:1 to prepare liposomes. Here, DPPC was used as a base lipid to form a liposome, and octanoic hydrazide was used as a hydrocarbon compound having a functional functional group to make the hydrazide group appear in the liposome.

상기 제조된 리포솜을 자기조립단분자층이 형성되어 있는 센서칩과 다음과 같은 방법으로 반응시켰다. 1-옥타데칸티올로 SAM을 형성한 QCM을 우물형 셀에 장착하였다. 1-옥타데칸티올로 형성된 SAM의 표면을 40 mM 옥틸 글루코시드(octyl glucoside) 100μL로 3회 씻은 후 바로 이어 즉시 리포솜 용액 100μL를 넣고 50℃에 30-60분 동안 놓아두었다. 상기 우물형 셀을 주파수 측정기에 연결하고 리포솜 용액을 제거한 후 0.1M 수산화나트륨(NaOH)을 100μL 넣고 30초 동안 놓아두었다. 그리고 인산완충식염수(phosphate buffered saline, PBS)으로 3회 세척하였다. The prepared liposome was reacted with the sensor chip on which the self-assembled monolayer was formed in the following manner. A QCM formed with 1-octadecanethiol SAM was mounted in a well-shaped cell. The surface of the SAM formed of 1-octadecanethiol was washed three times with 100 μL of 40 mM octyl glucoside, and immediately followed by 100 μL of a liposome solution, and left at 50° C. for 30-60 minutes. The well-shaped cell was connected to a frequency meter, and after removing the liposome solution, 100 μL of 0.1 M sodium hydroxide (NaOH) was added and left for 30 seconds. And it was washed three times with phosphate buffered saline (PBS).

β-싸이클로덱스트린 QCM 표면에 고정시키기 전에 β-싸이클로덱스트린에 산화반응을 통해 알데하이드기가 형성되도록 하였다. 알데하이드기는 하이드라지드기와 반응하여 공유결합을 형성할 수 있다. 증류수에 1.8 mg/mL이 되도록 녹인 β-싸이클로덱스트린 0.3 ml에 50 mM 소듐 m-페리오데이트 용액 0.2 mL를 섞고 어두운 곳에서 30분 동안 반응시켰다. 반응하지 않은 소듐 m-페리오데이트는 증류수에 대해 투석하여 제거하였다. Before the β-cyclodextrin was immobilized on the QCM surface, an aldehyde group was formed through an oxidation reaction in β-cyclodextrin. The aldehyde group can react with a hydrazide group to form a covalent bond. 0.2 mL of 50 mM sodium m-periodate solution was mixed with 0.3 mL of β-cyclodextrin dissolved in distilled water to be 1.8 mg/mL, and reacted in the dark for 30 minutes. The unreacted sodium m-periodate was removed by dialysis against distilled water.

자기조립단분자층과 지질 단분자층이 차례로 결합되어 있는 QCM 표면을 pH 5.5인 100mM 아세트산 소듐 완충용액으로 3회 씻은 후 소듐 m-피리오데이트로 산화시킨 β-싸이크로덱스트린을 더하여 1시간 동안 반응 시켰다. 초순수로 3회 씻은 후 이중결합의 환원을 위해 0.1M 시아노보로하이드라이드(cyanoborohydride) 100μL를 가하고 1시간 동안 반응시켜 알데하이드기를 갖는 수용체의 고정을 안정화시켰다.The surface of the QCM on which the self-assembled monolayer and the lipid monolayer were sequentially bonded was washed three times with a 100mM sodium acetate buffer solution with a pH of 5.5, and then β-cyclodextrin oxidized with sodium m-pyriodate was added to react for 1 hour. After washing three times with ultrapure water, 100 μL of 0.1M cyanoborohydride was added to reduce the double bond and reacted for 1 hour to stabilize the fixation of the receptor having an aldehyde group.

다음으로 앞에서 제작한 펩티드-아비딘 복합체가 QCM에 고정된 β-싸이클로덱스트린에 결합하는지 확인하기 위해 각 복합체를 아비딘 농도 기준으로 0.1 mg/ml이 되도록 묽혀 β-싸이클로덱스트린이 고정된 QCM에 주입하였다. 이 때 한 가지 복합체를 주입하여 주파수 변화를 관찰한 후에는 해리 용액 (0.2M Glycine-HCl, pH2.3 + 1% DMSO)을 주입하여 결합한 복합체를 완전히 제거한 후 다음 복합체를 주입하였다. Next, in order to confirm whether the previously prepared peptide-avidin complex binds to β-cyclodextrin immobilized on QCM, each complex was diluted to 0.1 mg/ml based on avidin concentration and injected into the β-cyclodextrin immobilized QCM. At this time, after observing the frequency change by injecting one complex, a dissociation solution (0.2M Glycine-HCl, pH2.3 + 1% DMSO) was injected to completely remove the bound complex, and the next complex was injected.

그 결과 세 가지 복합체 모두 펩티드가 없이 아비딘만 흘려보낸 것보다 주파수 변화가 더 높게 나타나 모두 β-싸이클로덱스트린에 결합하는 것을 알 수 있었다 (도 8). QCM 바이오센서에서는 주파수 변화 값이 질량 변화에 비례하기 때문에 주파수 변화가 크다는 것은 펩티드-아비딘 복합체가 많이 결합한 것을 의미하고 이는 다시 펩티드의 친화도가 높은 것을 의미한다. 따라서 세 가지 펩티드 가운데 가장 큰 주파수 변화 값을 보여준 CD-01의 친화도가 가장 높은 것으로 판단된다.
As a result, all three complexes showed a higher frequency change than those in which only avidin flowed without a peptide, indicating that all of the complexes bind to β-cyclodextrin (FIG. 8). In the QCM biosensor, since the frequency change value is proportional to the mass change, a large frequency change means that a large number of peptide-avidin complexes are bound, which again means that the affinity of the peptide is high. Therefore, it is judged that the affinity of CD-01, which showed the largest frequency change among the three peptides, is the highest.

실시예Example 2: 2: 싸이클로덱스트린에Cyclodextrin 대한 친화도 평가 Affinity evaluation for

다른 방법으로 세 가지 펩티드가 β-싸이클로덱스트린에 결합하는 것을 확인하기 위해 실시예 1에서 사용한 펩티드를 각각 아비딘-peroxidase (Av-Prx) 복합체에 더하여 세 가지 펩티드-아비딘-peroxidase 복합체를 형성하였다. 각 복합체 10 μg을 0.4 ml PBS (phosphate-buffered saline)에 있는 β-싸이클로덱스트린 고분자 구슬 1.2 mg과 섞어 결합시키고 0.8 마이크로미터의 구멍을 갖는 필터로 걸러주었다. 이 과정에서 β-싸이클로덱스트린 구슬에 결합한 펩티드-아비딘-peroxidase 복합체는 필터에 남지만 결합하지 않은 복합체는 필터를 빠져나가 제거된다. 그리고 필터에 루미놀과 과산화수소를 더하여 peroxidase 활성에 의해 빛이 발생하도록 하였다. 여기에서 비교를 위해 β-싸이클로덱스트린 구슬만 포함하는 시료, 아비딘-peroxidase 복합체와 β-싸이클로덱스트린 구슬만 포함하는 시료, 펩티드-아비딘-peroxidase 복합체만 포함하는 시료를 만들어 동시에 실험을 수행하였다. In another way, in order to confirm that the three peptides bind to β-cyclodextrin, the peptides used in Example 1 were each added to the avidin-peroxidase (Av-Prx) complex to form three peptide-avidin-peroxidase complexes. 10 μg of each complex was mixed with 1.2 mg of β-cyclodextrin polymer beads in 0.4 ml PBS (phosphate-buffered saline), combined, and filtered through a filter having a pore of 0.8 micrometers. In this process, the peptide-avidin-peroxidase complex bound to the β-cyclodextrin beads remains in the filter, but the unbound complex passes through the filter and is removed. In addition, luminol and hydrogen peroxide were added to the filter to generate light by peroxidase activity. Here, for comparison, a sample containing only β-cyclodextrin beads, a sample containing only avidin-peroxidase complex and β-cyclodextrin beads, and a sample containing only peptide-avidin-peroxidase complex were made and tested at the same time.

그 결과 도 9에서 볼 수 있는 것처럼 세 가지 펩티드 모두 대조 시료보다 높은 값을 보여주었으며 특히 CD-01은 현저하게 높은 값을 보여주었다. 이는 QCM 바이오센서를 이용한 실험과 일치하는 결과이며 CD-01 펩티드가 특히 β-싸이클로덱스트린에 대해 높은 친화도를 가지고 있음을 보여준다.
As a result, as can be seen in FIG. 9, all three peptides showed higher values than the control sample, and in particular, CD-01 showed significantly higher values. This is consistent with the experiment using the QCM biosensor and shows that the CD-01 peptide has a high affinity, especially for β-cyclodextrin.

본 발명은 싸이클로덱스트린을 이용한 센서 칩의 기능화나 약물 전달에 이용할 수 있다.
The present invention can be used for functionalization of a sensor chip or drug delivery using cyclodextrin.

<110> KANGNUNG-WONJU NATIONAL UNIVERSITY INDUSTRY ACADEMY COOPERATION GROUP <120> Cyclodextrin-binding peptides, their preparation method and their use <130> 20000 <160> 4 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 7 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> derived from phage-peptide library <400> 1 Leu Pro Val Arg Pro Trp Thr 1 5 <210> 2 <211> 7 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> derived from phage-peptide library <400> 2 Leu Pro Leu Thr Pro Leu Pro 1 5 <210> 3 <211> 7 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> derived from phage-peptide library <400> 3 Leu Pro Pro Gln Thr Leu Ile 1 5 <210> 4 <211> 7 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> derived from phage-peptide library <400> 4 Asn Gln Asp Val Pro Leu Phe 1 5 <110> KANGNUNG-WONJU NATIONAL UNIVERSITY INDUSTRY ACADEMY COOPERATION GROUP <120> Cyclodextrin-binding peptides, their preparation method and their use <130> 20000 <160> 4 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 7 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> derived from phage-peptide library <400> 1 Leu Pro Val Arg Pro Trp Thr 1 5 <210> 2 <211> 7 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> derived from phage-peptide library <400> 2 Leu Pro Leu Thr Pro Leu Pro 1 5 <210> 3 <211> 7 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> derived from phage-peptide library <400> 3 Leu Pro Pro Gln Thr Leu Ile 1 5 <210> 4 <211> 7 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> derived from phage-peptide library <400> 4 Asn Gln Asp Val Pro Leu Phe 1 5

Claims (3)

LPVRPWT(CD-01), LPLTPLP(CD-02), LPPQTLI(CD-03) 및 NQDVPLF(CD-04) 서열로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 유효성분으로 함유함을 특징으로 하는 싸이클로덱스트린 결합용 펩티드 문고.For cyclodextrin binding, characterized in that it contains one or more selected from the group consisting of LPVRPWT (CD-01), LPLTPLP (CD-02), LPPQTLI (CD-03) and NQDVPLF (CD-04) sequences as an active ingredient. Peptide library. 청구항 제1항 기재의 싸이클로덱스트린에 결합하는 특성을 가지는 펩티드 문고를 이용하여 싸이클로덱스트린에 작용기 또는 리간드를 도입하는 방법.A method for introducing a functional group or ligand into a cyclodextrin using a peptide library having a property of binding to the cyclodextrin of claim 1. 특정 단백질과 함께 융합단백질을 형성한 상태로 싸이클로덱스트린에 결합하여 싸이클로덱스트린과 해당 단백질을 결합시키는 것을 특징으로 하는 싸이클로덱스트린 결합 펩티드 복합체.A cyclodextrin binding peptide complex comprising binding to a cyclodextrin and a corresponding protein by binding to a cyclodextrin while forming a fusion protein together with a specific protein.
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