KR20150123455A

KR20150123455A - 효모를 이용한 티모신 베타4의 생산방법

Info

Publication number: KR20150123455A
Application number: KR1020140049729A
Authority: KR
Inventors: 김윤정; 김성건
Original assignee: 김윤정
Priority date: 2014-04-25
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2015-11-04

Abstract

본 발명은 엿당 결합 단백질(maltose binding protein)과의 융합에 의해, 효모 균체 내 단백질 분해효소에 의해 분해되지 않은 채로, 효모 균체 외로 분비되며, 분비 후 아밀로오스 컬럼에 의해 효과적으로 분리될 수 있는 티모신 베타4의 생산방법을 제공한다.

Description

효모를 이용한 티모신 베타4의 생산방법 {Method for the production of thymosin β4 with yeast}

본 발명은 효모를 이용한 티모신 베타4의 생산방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엿당 결합 단백질(maltose binding protein)과의 융합에 의해, 효모 균체 내 단백질 분해효소에 의해 분해되지 않은 채로, 균체 외로 분비되며, 분비 후 아밀로오스 컬럼에 의해 효과적으로 분리될 수 있는 티모신 베타4의 생산방법에 관한 것이다.

티모신(thymosin)은 본래 흉선으로부터 처음 발견되었으나, 현재는 많은 조직과 세포에 널리 존재하는 것으로 알려진 작은 단백질이다. 등전점(isoelectric point)을 기준으로 3가지 분류의 티모신(티모신 알파, 티모신 베타, 티모신 감마)이 존재하는 것으로 알려져 있다.

이중, 티모신 베타4는 임상적 잠재력이 크게 기대되어 각광받고 있는 단백질인데, 1981년 처음 발견되었고, 43개의 아미노산으로 구성된 저분자량 펩타이드(4,982 Da)이다.

티모신 베타4는 혈관신생, 상처치유, 모발성장에 효능을 발휘하는 것으로 알려져 있는데, 그 외에 세포 외부로 노출된 티모신 베타4 수용체와 결합하여 신호를 전달하거나, 핵 내로 직접 이동하여 VEGF, 라미닌-5(laminin-5), 플라스미노젠 엑티베이터 인히비터-1 (plasminogen activator inhibitor-1) 등의 유전자 발현을 촉진시키는 것으로 알려져 있다.

현재 티모신 베타4는 다양한 질병의 치료제로 사용하기 위한 임상 실험 및 FDA 승인 심사가 진행 중인데, 탈모 치료제로의 개발도 예상되고 있다. 하지만, 티모신 베타4는 숙주(호스트 균주)에서 발현 시 세포 내 단백질 분해효소에 의해 분해되어 생산이 불가능한 문제도 안고 있다.

따라서, 이를 해결할 수 있는 기술의 개발이 절실하다 할 것이다.

대한민국 특허공개번호 제10-2011-0001525호 (공개일자 2011. 01. 06) 에는, 조직재생을 위한 티모신 베타-4 유래 Ac-SDKP 펩타이드의 생체내 활성에 따라 방출속도가 조절되는 차세대형 스마트 방출지지체에 관한 것으로, 티모신 베타-4 유래 Ac-SDKP 펩타이드, MMP(Matrix Metalloprotease) 또는 플라스민(plasmin)에 의해 절단 가능한 펩타이드 및 시스테인 아미노산이 N′→ C′방향으로 결합된 것을 특징으로 하는 합성 펩타이드 및 Ac-SDKP 펩타이드 스마트 방출 지지체로서 상기 합성 펩타이드가 고정화된 하이드로젤이 기재되어 있다.

본 발명은 숙주(호스트 균주)에서 발현 시 세포 내 단백질 분해효소에 의해 분해되어 생산이 불가능한 문제도 안고 있는 티모신 베타4를 미생물 내에서 효과적으로 발현시킬 수 있는 방법을 개발하여 제공하고자 한다.

본 발명은 제1형태로, 엿당 결합 단백질(maltose binding protein)의 C-말단에, Glu-Asn-Leu-Tyr-Phe-Ser의 서열을 갖는 아미노산 서열이 융합되고, 상기 아미노산 서열의 C-말단에, N-말단의 Ser이 결실된 티모신 베타4가 융합된 티모신 베타4 융합 단백질을 암호화하는 유전자가 삽입된 발현 벡터로 형질전환된 효모를 배양하는 것을 특징으로 하는 티모신 베타4의 생산방법을 제공한다.

본 발명의 제1형태는 티모신 베타4의 효모 내 안정적인 발현을 위해, 엿당 결합 단백질 (maltose binding protein)의 카르복시 말단 (C-말단)에 TEV 단백질 분해효소 인식 서열 (Glu-Asn-Leu-Tyr-Phe-Ser)을 융합하고, 이것의 카르복시 말단 (C-말단)에, 아미노 말단 (N-말단)의 Ser이 결실된 티모신 베타4를 융합시켜 제조한 융합 단백질을 이용한다.

엿당 결합 단백질(maltose binding protein)은 분자량이 작은 펩타이드를 융합할 경우, 펩타이드를 안정적으로 발현시키는 것으로 알려져 있다. 그런데, 본 발명에서는 상기 엿당 결합 단백질의 카르복시-말단에 TEV 단백질 분해효소가 인식하여 절단하는 'Glu-Asn-Leu-Tyr-Phe-Ser' 서열을 융합시켜, TEV 단백질 분해효소에 의해 엿당 결합 단백질을 분리시키고자 한 것이다.

TEV 단백질 분해효소는 Glu-Asn-Leu-Tyr-Phe-Ser의 5번째 Phe와 6번째 Ser 사이의 펩타이드 결합을 절단한다. 비록 절단 후 융합된 단백질의 아미노(N)-말단에는 Ser이 존재하지만, 티모신 베타4의 첫 번째 아미노산이 Ser이므로, 본 발명에서와 같이 아미노 말단의 Ser이 결실된 돌연변이 티모신 베타4를 융합시킬 경우, 절단을 하더라도 원래의 아미노 말단 서열을 갖는 야생형 티모신 베타4를 얻어낼 수 있는 것이다.

한편, 본 발명은 제2형태로, 엿당 결합 단백질(maltose binding protein)의 C-말단에, Glu-Asn-Leu-Tyr-Phe의 서열을 갖는 아미노산 서열이 융합되고, 상기 아미노산 서열의 C-말단에, 티모신 베타4가 융합된 티모신 베타4 융합 단백질을 암호화하는 유전자가 삽입된 발현 벡터로 형질전환된 효모를 배양하는 것을 특징으로 하는 티모신 베타4의 생산방법을 제공한다.

엿당 결합 단백질(maltose binding protein)의 C-말단에, Glu-Asn-Leu-Tyr-Phe의 서열을 갖는 아미노산 서열이 융합되고, 상기 아미노산 서열의 C-말단에, 티모신 베타4가 융합된 티모신 베타4 융합 단백질의 경우, 티모신 베타4의 N-말단에 Ser이 존재하기 때문에 융합에 의해 TEV 단백질 분해효소가 결합할 수 있는 Glu-Asn-Leu-Tyr-Phe-Ser 서열이 자연스럽게 형성된다. 따라서, TEV 단백질 분해효소를 처리할 경우, Phe-Ser 사이가 절단되고, 결과적으로 N-말단이 Ser으로 시작하는 야생형의 티모신 베타4를 자연스럽게 생산할 수 있는 것이다.

한편, 엿당 결합 단백질(maltose binding protein) 및 티모신 베타4 펩타이드의 아미노산 서열 및 이를 암호화하는 유전자는 이미 공지되어 있다. 따라서, 유전공학 분야의 공지기술을 이용할 경우 본 발명의 제1형태 또는 제2형태의 티모신 베타4 융합 단백질을 암호화하는 유전자는 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 이렇게 제조한 유전자를 벡터 삽입하고, 이를 이용하여 효모를 형질전환시키는 기술 또한 공지의 유전공학 기술을 이용하면 용이하게 달성 가능하다. 따라서, 유전자 합성, 벡터, 형질전환 방법에 대한 구체적인 기재는 생략하기로 한다.

한편, 상기 제1형태 또는 제2형태에 의한 본 발명의 티모신 베타4 생산방법에 있어서, 상기 효모는 일 예로 피키아 파스토리스 (Phichia pastoris)일 수 있다.

한편, 상기 제1형태 또는 제2형태에 의한 본 발명의 티모신 베타4 생산방법은 바람직하게 배양 후, 회수한 티모신 베타4 융합 단백질에, TEV 단백질 분해효소를 처리하여 티모신 베타4 단백질을 회수하는 과정을 더 거칠 수도 있다. TEV 단백질 분해효소를 처리할 경우, 야생형의 티모신 베타4 단백질을 회수할 수 있다.

본 발명의 티모신 베타4 생산방법을 이용할 경우, 티모신 베타4가 효모 내 단백질 분해효소에 의해 분해되지 않고 균체 외로 분비될 수 있기 때문에, 효모를 이용하여 티모신 베타4를 대량 생산할 수 있다.

또한, 융합 파트너로서, 아밀로오스 컬럼에 친화성을 갖는 엿당 결합 단백질(maltose binding protein, MBP)을 이용하여 티모신 베타4를 용이하게 분리·정제할 수도 있다.

도 1은 플라스미드 pPIC9-MBP-TEV-TB4의 모식도이다.

이하, 본 발명의 내용을 하기 실시예를 통해 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다만, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 그와 등가의 기술적 사상의 변형까지를 포함한다.

[ 실시예 1: 재조합 효모 피키아 파스토리스 ( Phichia pastoris )를 이용한 싸이모신 베타4의 생산]

엿당 결합 단백질(maltose binding protein, MBP), Glu-Asn-Leu-Tyr-Phe-Ser의 아미노산 서열(TEV), N-말단의 Ser이 결실된 티모신 베타4(TB4) 펩타이드를 암호화하는 유전자 각각을 결합시켜 제조한 'MBP-TEV-TB4'의 유전자는 중합효소 연쇄반응을 통해 합성하였다. 이후, 효모용 분비 발현 플라스미드인 pPIC9에 삽입하여 pPIC9-MBP-TEV-TB4 플라스미드를 제작하였다(도 1). 도 1은 플라스미드 pPIC9-MBP-TEV-TB4의 모식도이다.

이후, pPIC9-MBP-TEV-TB4로 피키아 파스토리스 (Phichia pastoris)를 형질전환시켰고, 형질전환된 피키아 파스토리스 (Phichia pastoris)를 YPD 배지에서 배양하였다. 배양개시 후, 600 nm의 흡광도 약 20에서 메탄올을 첨가하여 MBP-TEV-TB4의 발현을 유도하였다.

MBP-TEV-TB4의 발현 확인 및 정제를 위해, 균체가 제거된 배양액을 아밀로오스(amylose) 수지가 충진된 컬럼에 통과시킨 후, 10 mM 엿당이 함유된 완충액으로 용출하여, MBP-TEV-TB4 융합 단백질을 정제하였다.

정제된 MBP-TEV-TB4 융합 단백질은 SDS-PAGE 분석 결과, 단일 밴드를 보일 정도로 고순도로 확인되었다.

한편, 정제된 MBP-TEV-TB4 융합 단백질에 TEV 단백질 분해효소를 37℃에서 4시간 동안 처리한 결과, 야생형 티모신 베타4의 밴드를 SDS-PAGE를 통해 확인할 수 있었다.

Claims

엿당 결합 단백질(maltose binding protein)의 C-말단에, Glu-Asn-Leu-Tyr-Phe-Ser의 서열을 갖는 아미노산 서열이 융합되고, 상기 아미노산 서열의 C-말단에, N-말단의 Ser이 결실된 티모신 베타4가 융합된 티모신 베타4 융합 단백질을 암호화하는 유전자가 삽입된 발현 벡터로 형질전환된 효모를 배양하는 것을 특징으로 하는 티모신 베타4의 생산방법.
엿당 결합 단백질(maltose binding protein)의 C-말단에, Glu-Asn-Leu-Tyr-Phe의 서열을 갖는 아미노산 서열이 융합되고, 상기 아미노산 서열의 C-말단에, 티모신 베타4가 융합된 티모신 베타4 융합 단백질을 암호화하는 유전자가 삽입된 발현 벡터로 형질전환된 효모를 배양하는 것을 특징으로 하는 티모신 베타4의 생산방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 효모는,
피키아 파스토리스 (Phichia pastoris)인 것을 특징으로 하는 티모신 베타4의 생산방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 티모신 베타4의 생산방법은,
배양 후, 회수한 티모신 베타4 융합 단백질에, TEV 단백질 분해효소를 처리하여 티모신 베타4 단백질을 회수하는 과정을 더 거치는 것을 특징으로 하는 티모신 베타4의 생산방법.