KR20160024586A - Method for high-level production of recombinant trypsin in transgenic rice cell culture through utilization of an alternative carbon source and cell recycling system - Google Patents

Method for high-level production of recombinant trypsin in transgenic rice cell culture through utilization of an alternative carbon source and cell recycling system Download PDF

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Abstract

The present invention provides a method for producing a target protein via suspension culturing of transgenic rice cells, which comprises the following steps of: (a) suspense-culturing transgenic rice cells in a sugar-rich medium by using an expression vector including a gene encoding a promoter and a target protein operating when sugar is deplete to grow the rice cells; and (b) transferring the rice cells to an alternative carbon source-containing medium having no sugar and culturing the rice cells to produce a target protein from the rice cells. In addition, the present invention provides a method for producing a target protein by recycling transgenic rice cells, which comprises the following steps of: (a) suspense-culturing transgenic rice cells in a sugar-rich medium by using an expression vector including a gene encoding a promoter and a target protein operating when sugar is deplete to grow the rice cells; (b) transferring the rice cells to a medium including a mixture of fumaric acid and sucrose and culturing the rice cells to produce a target protein from the rice cells; and (c) transferring the cultured rice cells to a new medium including a mixture of fumaric acid and sucrose and culturing the rice cells to produce a target protein from the rice cells. According to the present invention, productivity can be improved at low costs and high efficiency in mass-production of recombinant proteins from transgenic rice cells.

Description

형질전환 벼 세포 배양에서 대체 탄소원의 활용 및 세포 재이용 시스템을 통한 재조합 트립신의 대량 생산방법{Method for high-level production of recombinant trypsin in transgenic rice cell culture through utilization of an alternative carbon source and cell recycling system}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a method for producing recombinant trypsin using recombinant trypsin in a transgenic rice cell culture,

본 발명은 형질전환 벼 세포 배양에서 대체 탄소원의 활용 및 세포 재이용 시스템을 통한 재조합 트립신의 대량 생산방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 (a) 당 고갈시 작동하는 프로모터 및 목적 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 발현벡터로 형질전환된 벼 세포를 당-풍부 배지에서 현탁배양하여 상기 벼 세포를 생장시키는 단계; 및 (b) 상기 벼 세포를 당이 없고 대체 탄소원을 함유하는 배지로 옮긴 후 배양하여 상기 벼 세포로부터 목적 단백질을 생산하는 단계를 포함하는 형질전환 벼 세포 현탁배양을 통한 목적 단백질의 생산 방법과 (a) 당 고갈시 작동하는 프로모터 및 목적 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 발현벡터로 형질전환된 벼 세포를 당-풍부 배지에서 현탁배양하여 상기 벼 세포를 생장시키는 단계; (b) 상기 벼 세포를 푸마르산 및 수크로스 혼합물을 함유하는 배지로 옮긴 후 배양하여 상기 벼 세포로부터 목적 단백질을 생산하는 단계; 및 (c) 상기 배양된 벼 세포를 새로운 푸마르산 및 수크로스 혼합물을 함유하는 배지로 옮긴 후 배양하여 상기 벼 세포로부터 목적 단백질을 생산하는 단계를 포함하는 형질전환 벼 세포의 반복 사용을 통한 목적 단백질의 생산 방법을 제공한다.More particularly, the present invention relates to a method for mass production of recombinant trypsin using a substitute carbon source in a transgenic rice cell culture, and more particularly, to a method for mass production of recombinant trypsin through a cell recycling system, Culturing the rice cells transformed with the expression vector containing the rice cell suspension in a sugar-rich medium to grow the rice cells; And (b) culturing the rice cells in a medium containing no sugar and an alternative carbon source, followed by culturing the rice cells to produce a target protein from the rice cells, and a) suspending the rice cells transformed with the expression vector containing the promoter and the gene encoding the target protein in a sugar-rich medium to induce the rice cell growth; (b) transferring the rice cells to a medium containing a mixture of fumaric acid and sucrose, and then culturing to produce a target protein from the rice cells; And (c) culturing the cultured rice cells in a culture medium containing a mixture of fresh fumaric acid and sucrose to produce a target protein from the rice cells. Provide a production method.

식물세포에서 재조합 단백질을 생산하는 것은 식물세포에서 발현할 수 있는 프로모터 및 목적유전자를 포함하는 발현벡터로 식물세포를 형질전환 하는 것으로서, 식물세포배양에 사용할 수 있는 기본배지로는 AA, MS, N6, WHITE 및 SH 배지 등이 있으며, 식물세포배양은 동물세포배양에 비해 동물 유래의 바이러스와 독소 등을 포함하지 않는다는 점, 동물세포배양에 비해 그 정제과정이 간단하고 경제적이라는 점에서 많은 연구가 이루어지고 있다Production of recombinant proteins in plant cells is carried out by transforming plant cells with an expression vector containing a promoter and a target gene capable of expressing in a plant cell. As the basic medium that can be used for plant cell culture, AA, MS, N6 , WHITE, and SH medium. Plant cell culture does not contain animal-derived viruses and toxins compared with animal cell cultures, and many studies have been conducted in that the purification process is simple and economical compared to animal cell culture ought

한편 벼 세포의 경우 현탁배양에서 배지내로 분비되는 총 단백질의 20~40%는 알파 아밀라아제 유전자 집단(α-amylase gene family)인 RAmy3D와 RAmy3E이고, 이 두 가지 유전자는 배지내 당 농도에 따라 발현양의 현저한 차이를 나타낸다. 특히 RAmy3D는 배지내 당이 고갈되었을 때 발현양이 165배 증가되며, 이와 반대로 배지내 수크로즈, 글루코즈, 프락토즈, 갈락토즈 같은 당이 존재할 시 RAmy3D 유전자의 발현이 억제된다고 알려져 있다. 이러한 유도 프로모터(inducible promoter)를 배양에 이용하면 세포생장 시 당을 첨가하여 세포의 농도를 증진시키고, 당 고갈에 의해 생산성을 향상시킬 수 있는 2단계 배양이 가능하기 때문에, 최근, 형질전환된 식물세포의 대표적인 예로서, 벼 세포에서 RAmy3D 프로모터를 이용해 재조합 단백질을 생산하고 있다. On the other hand, in the case of rice cells, 20-40% of the total protein secreted into the culture medium in the suspension culture is RAmy3D and RAmy3E, which are α-amylase gene families, and these two genes are expressed in the medium Lt; / RTI > In particular, RAmy3D is known to increase the expression level 165 times when the sugar in the medium is depleted. On the contrary, when the sugar such as sucrose, glucose, fructose and galactose is present in the medium, expression of RAmy3D gene is suppressed. When such an inducible promoter is used for culturing, it is possible to carry out a two-step culture in which the sugar is added to increase the concentration of cells and improve the productivity by depletion of sugar. Thus, recently, As a representative example of a cell, a recombinant protein is produced using RAmy3D promoter in rice cells.

그러나, RAmy3D 프로모터 시스템은 많은 생물학적인 측면과 기술적인 측면에서 제한점이 남아 있는데, 이는 배양 배지에서 당 고갈을 야기하는 배지 교환 방법이 에너지 대사를 위한 탄소원의 손실 때문에 세포 사멸을 유도할 수도 있다는 점이다. 이것은 또한, 삼투압의 변화로 세포 파열을 야기할 수도 있고, 다양한 인자가 세포사멸을 야기할 수도 있고, 또한 생산기 동안 단백질 분해효소가 세포에서 축적되어 배양 배지로 분비될 수도 있으므로 목적 재조합 단백질의 생산을 감소시킬 수도 있다. 따라서, 재조합 단백질 생산을 향상시키기 위해 몇몇의 대체 탄소원의 첨가가 이루어져 왔는데, 재조합 안티트립신(rAAT) 생산에서, 글루코스 및 피루베이트는 형질전환 벼 세포 현탁배양에서 rAAT 생산을 향상시키기 위한 효과가 있었다(Terashima et al. Biotechnol Progt 2001;17:403-406). 일일초(Catharanthus roseus) 현탁 세포 배양에서 알칼로이드의 합성을 향상시키기 위해, 시트르산 회로에 참여하는 숙신산, 말산 및 시트르산 모두가 배지로 첨가되었으나, 각각은 알칼로이드 생산에서 매우 다른 효과를 나타내었다. 숙신산 및 말산은 알칼로이드 생산을 현저히 증가시켰으나, 시트르산은 별다른 효과가 없었다(Zhao et al. Biotechnol Lett 2000;22:1221-1226).However, the RAmy3D promoter system remains a limitation in many biological and technical terms, because the method of medium exchange leading to glucose depletion in the culture medium may lead to apoptosis due to loss of carbon source for energy metabolism . This may also lead to cell rupture due to changes in osmotic pressure, various factors may cause apoptosis, and since the proteolytic enzyme may accumulate in the cells during production and be secreted into the culture medium, the production of the desired recombinant protein . Thus, the addition of some alternative carbon sources has been made to improve recombinant protein production, and in recombinant antitrypsin (rAAT) production, glucose and pyruvate have been shown to enhance rAAT production in transgenic rice cell suspension cultures Terashima et al., Biotechnol Progt 2001; 17: 403-406). In order to improve the synthesis of alkaloids in Catharanthus roseus suspension cell cultures, both succinic acid, malic acid and citric acid participating in the citric acid cycle were added to the medium, but each showed very different effects in alkaloid production. Succinic acid and malic acid significantly increased alkaloid production, but citric acid had no significant effect (Zhao et al. Biotechnol Lett 2000; 22: 1221-1226).

따라서, 본 발명자는 시트르산 회로에서 매개물질(intermediate)을 분석하기 위해, 숙신산, 푸마르산 및 말산을 프럭토오스 및 피루브산에 첨가하였고, 이는 긍정적인 효과를 나타내는 것을 확인하였다. 이들 중에서 푸마르산은 다음 실험을 위해 선별되었는데, 이는 재조합 트립신의 생산에 가장 좋은 효과를 나타냈기 때문이다. 본 발명자가 적당한 탄소원을 첨가하여 그러한 매개물질을 생산하는 반응 단계를 우회시킬 수 있다면, 재조합 단백질 합성을 위한 에너지원은 고농도로 공급될 수 있을 것이다. 본 발명에서는 몇몇의 대체 탄소원을 이용하여 재조합 트립신의 생산량을 향상시키기 위한 방법 및 플라스크 크기에서 재이용 회분 배양 시스템을 개발하였고, 대량 배양에서 경제적인 재조합 트립신 생산을 위해 수크로스 및 푸마르산의 조합을 이용한 가능성을 제안하였다.Thus, the present inventors have added succinic acid, fumaric acid and malic acid to fructose and pyruvic acid in order to analyze intermediates in the citric acid circuit, confirming that they have a positive effect. Of these, fumaric acid was selected for the next experiment because it showed the best effect on the production of recombinant trypsin. If the present inventor can bypass the reaction step of producing such mediator by adding a suitable carbon source, the energy source for recombinant protein synthesis may be supplied at a high concentration. In the present invention, a method for improving the yield of recombinant trypsin using several alternative carbon sources and a recycling batch culture system at the flask size have been developed and the possibility of using a combination of sucrose and fumaric acid for economical recombinant trypsin production in a large- .

한국등록특허 제1171269호에서는 '식물 유래 단백질 가수분해물을 포함하는 식물세포 배양 배지 및 재조합 단백질 대량생산 방법'이 개시되어 있고, 한국등록특허 제1244025호에서는 '벼 형질전환용 재조합 벡터 및 이를 이용한 소 트립신의 대량생산방법'이 개시되어 있으나, 본 발명에서와 같이 형질전환 벼 세포 배양에서 대체 탄소원의 활용 및 세포 재이용 시스템을 통한 재조합 트립신의 대량 생산방법에 대해서는 밝혀진 바가 전혀 없다.Korean Patent No. 1171269 discloses a plant cell culture medium containing a plant-derived protein hydrolyzate and a method for mass production of recombinant protein, and in Korean Patent No. 1244025, a recombinant vector for transformation of rice and a A method for mass production of trypsin has been disclosed. However, as described in the present invention, there is no known method for mass production of recombinant trypsin through the use of an alternative carbon source and a cell recycling system in a transgenic rice cell culture.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명자는 RAmy3D 프로모터에 의해 발현이 조절되는 재조합 트립신의 생산량을 증가시키기 위한 조건으로, 형질전환 벼 세포의 현탁배양시 당 고갈 후 이루어지는 생산기에서 효과적인 대체 탄소원 및 유도시간을 선발하기 위해, 당 고갈 조건 후 프럭토오스, 피루브산, 시트르산, 숙신산, 푸마르산 및 말산을 첨가하여 다양한 시간별로 트립신 생산량을 조사한 결과 40 mM 푸마르산을 첨가하여 5일간 배양한 결과, 최고의 수율을 얻는 것을 확인하였다.DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above needs, and it is an object of the present invention to provide a recombinant trypsin capable of producing a recombinant trypsin which is effective for the production after suspension of transgenic rice cells, In order to select the alternative carbon source and induction time, trypsin production was investigated by adding fructose, pyruvic acid, citric acid, succinic acid, fumaric acid and malic acid after various starvation conditions. As a result, 40 mM fumaric acid was added for 5 days, It was confirmed that the highest yield was obtained.

또한, 형질전환 벼 세포 현탁배양에서 재조합 트립신의 대량 생산 시스템을 발전시키는데 있어서 가장 큰 문제점 중 하나인 당 고갈 이후 현탁배양 세포를 재사용할 수 없는 문제점을 극복하고자, 3% 수크로스가 포함된 배지에서 4일 동안 배양된 현탁배양 세포의 배양액을 흡입을 통해 제거한 후, 이어서 40 mM 푸마르산과 1% 수크로스를 함유하는 배지를 첨가하여 4일간 배양한 후, 다시 벼 배양 세포만을 모은 후 신선한 40 mM 푸마르산과 1% 수크로스를 함유하는 배지를 첨가하여 배양하는 단계를 반복한 결과, 재조합 트립신 생산을 위해 현탁배양 세포를 5회 반복 사용이 가능한 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.In addition, in order to overcome the problem that the suspension cultured cells can not be reused after sugar depletion, which is one of the biggest problems in the development of mass production system of recombinant trypsin in transgenic rice cell suspension culture, in a medium containing 3% sucrose After 4 days, the culture medium of the suspension culture cells was removed by inhalation, followed by addition of a medium containing 40 mM fumaric acid and 1% sucrose. After culturing for 4 days, the rice cultured cells were collected again and fresh 40 mM fumaric acid And 1% sucrose was added to the culture medium. As a result, it was confirmed that the suspension cultured cells could be used five times for the production of recombinant trypsin. Thus, the present invention was completed.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the object of the present invention,

(a) 당 고갈시 작동하는 프로모터 및 목적 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 발현벡터로 형질전환된 벼 세포를 당-풍부 배지에서 현탁배양하여 상기 벼 세포를 생장시키는 단계; 및(a) suspending the rice cells transformed with an expression vector containing a promoter operable at the time of starvation and a gene encoding a target protein in a sugar-rich medium to grow the rice cells; And

(b) 상기 벼 세포를 당이 없고 대체 탄소원을 함유하는 배지로 옮긴 후 배양하여 상기 벼 세포로부터 목적 단백질을 생산하는 단계를 포함하는 형질전환 벼 세포 현탁배양을 통한 목적 단백질의 생산 방법을 제공한다.(b) culturing the rice cells in a medium containing no saccharide and an alternative carbon source, followed by culturing the rice cells to produce a target protein from the rice cells, and .

또한, 본 발명은 In addition,

(a) 당 고갈시 작동하는 프로모터 및 목적 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 발현벡터로 형질전환된 벼 세포를 당-풍부 배지에서 현탁배양하여 상기 벼 세포를 생장시키는 단계;(a) suspending the rice cells transformed with an expression vector containing a promoter operable at the time of starvation and a gene encoding a target protein in a sugar-rich medium to grow the rice cells;

(b) 상기 벼 세포를 푸마르산 및 수크로스 혼합물을 함유하는 배지로 옮긴 후 배양하여 상기 벼 세포로부터 목적 단백질을 생산하는 단계; 및(b) transferring the rice cells to a medium containing a mixture of fumaric acid and sucrose, and then culturing to produce a target protein from the rice cells; And

(c) 상기 배양된 벼 세포를 새로운 푸마르산 및 수크로스 혼합물을 함유하는 배지로 옮긴 후 배양하여 상기 벼 세포로부터 목적 단백질을 생산하는 단계를 포함하는 형질전환 벼 세포의 반복 사용을 통한 목적 단백질의 생산 방법을 제공한다.(c) culturing the cultured rice cells in a culture medium containing a mixture of fresh fumaric acid and sucrose, and then producing the desired protein from the rice cells. ≪ / RTI >

본 발명에 따르면, RAmy3D 프로모터에 의해 발현이 조절되어 재조합 트립신을 생산하는 형질전환 벼 세포 배양에서 대체 탄소원으로 40 mM 푸마르산이 가장 적합하며, 40 mM 푸마르산과 1% 수크로스를 함유하는 배지를 이용함으로써 세포의 생장단계 및 재조합 단백질의 생산단계에서 배지교환 작업이 없는 간소화된 재조합 단백질 생산 공정을 제공할 수 있으며, 또한, 현탁배양 벼 세포의 5회 반복 이용을 가능하게 함으로써, 이는 기존 재조합 단백질 생산에 비해 저렴한 생산 비용, 간소화된 대량생산공정 개발을 통하여 형질전환 벼 식물세포배양에서 재조합 단백질의 대량생산시, 저비용, 고효율로 생산성을 증대시키는데 이용될 수 있다.According to the present invention, 40 mM fumaric acid is most suitable as an alternative carbon source in a transformed rice cell culture in which the expression is regulated by the RAmy3D promoter to produce recombinant trypsin, and using a medium containing 40 mM fumaric acid and 1% sucrose It is possible to provide a simplified recombinant protein production process that does not require a medium exchange operation in the stage of cell growth and the stage of production of recombinant protein and by allowing the suspension culture rice cell to be used five times, It can be used to increase the productivity at low cost and high efficiency in the mass production of recombinant protein in transgenic rice plant cell culture through the development of a cheaper production cost and a simplified mass production process.

도 1은 재조합 트립신 생산에 효과적인 대체 탄소원 (80 mM) 선발 결과를 나타낸다. (A) 대체 탄소원 (80 mM)을 첨가한 회분식 현탁배양 동안 재조합 트립신의 생산이 직접 ELISA로 측정되었다. Ctrl (대조구)은 재조합 트립신을 높은 수준으로 발현하는 형질전환 벼 세포 (T111-04)를 배양한 대체 탄소원이 포함되지 않은 배양액을 나타낸다. 오차 막대는 3회 반복 배양한 결과의 표준 오차를 나타낸다. (B) 노던 블럿 분석은 형질전환 벼 세포 현탁배양에서 재조합 트립신 유전자의 발현을 측정하기 위해 사용되었다. 레인 NC는 대조구로서 형질전환되지 않은 벼 세포의 총 RNA 추출물이다. 레인 1은 대체 탄소원이 포함되지 않은 배지에서 배양한 형질전환 벼 세포 (T111-04)의 총 RNA 추출물이다. 레인 2-6은 각각 대체 탄소원 (프럭토오스 (fructose), 피루브산 (pyruvic acid), 시트르산 (citric acid), 숙신산 (succinic acid), 푸마르산 (fumaric acid) 및 말산 (malic acid))이 포함된 배지에서 배양한 형질전환 벼 세포의 총 RNA 추출물들이다. (C) 표준 로딩은 EtBr 염색된 rRNA로 나타냈다.
도 2는 재조합 트립신의 생산 및 활성에 대한 대체 탄소원의 영향을 나타낸 결과이다. (A) 다양한 농도의 숙신산, 푸마르산 및 말산이 각 대체 탄소원의 최적 농도를 측정하기 위해 배양 배지에 첨가되었다. (B, C, D 및 E) 시간 경과에 따른 ELISA, SDS-PAGE, 웨스턴 블럿 분석 및 자이모그래피 (zymography)가 최대 트립신 생산량 및 활성을 확인하기 위해 수행되었다. Ctrl (대조구)은 재조합 트립신을 높은 수준으로 발현하는 형질전환 벼 세포 (T111-04)를 배양한 대체 탄소원이 포함되지 않은 배양 배지를 나타낸다. 오차 막대는 3회 반복 배양한 결과의 표준 오차를 나타낸다. 레인 M은 미리 염색된 분자량 표준 (PageRuler™ Protein Ladder)이다. 레인 Bt는 양성 대조구로서 소 (Bos taurus) 유래의 정제된 트립신 5 ng이다. 레인 Zm은 양성 대조구로서 옥수수 (Zea mays) 유래의 정제된 트립신 5 ng이다. 레인 NC는 음성 대조구로서 5 ㎍의 형질전환되지 않은 벼 세포의 배양액이다. (C), (D), (E)에서 레인 1, 2, 3 및 4는 수크로스가 없는 것 (레인 1), 수크로스가 없고 숙신산, 푸마르산 및 말산이 포함된 (레인 2~4) 트립신 생산기의 배양액 5㎍이다. (C)에서 화살표는 재조합 소 트립신의 위치를 가리킨다. 어두운 배경의 겔 상에 나타난 선명한 밴드는 단백질 분해효소 활성을 나타낸다 (E).
도 3은 형질전환 벼 세포 현탁배양에서 트립신 생산에 대한 다양한 농도의 수크로스 및 40 mM 푸마르산의 조합 효과를 ELISA (A), 세포 중량 (B) 및 세포 생존도 (C)로 측정하였다. TTC 환원도는 3% 수크로스를 함유하는 배지에서 배양한 세포의 환원도를 100%로 간주하였고, 다양한 농도의 수크로스를 포함하는 배지에서 배양된 세포의 시간 경과에 따른 환원도를 백분율로 환산하였다. 오차 막대는 3회 반복 배양한 결과의 표준 오차를 나타낸다.
도 4는 회분식 현탁배양 동안 1% 수크로스 및 40 mM 푸마르산 첨가가 재조합 트립신 생산에 미치는 영향을 시간별로 확인한 결과를 나타낸다. 웨스턴 블럿 분석 (A) 및 ELISA (B)가 배양 배지에 대해 수행되었다. 레인 M은 미리 염색된 분자량 표준 (PageRuler™ Protein Ladder)이다. 레인 PC는 양성 대조구로서 옥수수 (Zea mays) 유래의 정제된 트립신 100 ng이다. 레인 NC는 음성 대조구로서 5 ㎍의 형질전환되지 않은 벼 세포 배양액이다. 레인 1, 3, 5, 7, 9 및 11은 각각 트립신 생산기의 배양액 5 ㎍이다. 오차 막대는 3회 반복 배양한 결과의 표준 오차를 나타낸다.
도 5는 1% 수크로스 및 40 mM 푸마르산이 포함된 배지에서 형질전환 벼 세포의 재조합 트립신 생산 반복성을 확인한 결과를 나타낸다. T111-04 현탁배양 세포는 3% 수크로스 배지로 매 7일마다 계대배양하여 유지되었다. 세포 재이용 실험을 위해, 3% 수크로스 배지에서 형질전환 벼 세포를 4일 동안 배양한 후 현탁배양액을 흡입하여 제거하였고, 이어서 5 g의 신선한 세포가 0% 수크로오스 (-S), 0% 수크로오스 및 40 mM 푸마르산, 또는 1% 수크로스 및 40 mM 푸마르산이 각각 포함된 50 mL의 신선한 배지로 옮겨졌다. 각 배양액은 배양 4일 후에 수확되었으며, 상기 3 종류의 신선한 배지가 각 플라스크에 다시 첨가되었다. 세포 재이용은 20일의 기간 동안 5회 반복되었다. 배양액 및 세포는 ELISA에 의한 재조합 트립신의 농도 측정 (A) 및 세포 생존도의 측정 (B)을 위해 각 배양 주기마다 수집되었다. TTC 환원도는 3% 수크로스를 함유하는 배지에서 배양한 세포의 환원도를 100%로 간주하였고, 다양한 농도의 수크로스를 포함하는 배지에서 배양된 세포의 시간 경과에 따른 환원도를 백분율로 환산하였다. 오차 막대는 3회 반복 배양한 결과의 표준 오차를 나타낸다.
Figure 1 shows the result of selection of an alternative carbon source (80 mM) effective for production of recombinant trypsin. (A) The production of recombinant trypsin was measured by ELISA directly during the batch suspension culture with the addition of the alternative carbon source (80 mM). Ctrl (control) represents a culture medium containing no alternative carbon source in which transgenic rice cells (T111-04) expressing high levels of recombinant trypsin were cultured. The error bars represent the standard error of the results of three replicate cultures. (B) Northern blot analysis was used to measure the expression of recombinant trypsin gene in transgenic rice cell suspension cultures. Lane NC is a total RNA extract of untransformed rice cells as a control. Lane 1 is a total RNA extract of transgenic rice cells (T111-04) cultured in medium containing no alternative carbon source. Lanes 2 to 6 are each a medium containing an alternative carbon source (fructose, pyruvic acid, citric acid, succinic acid, fumaric acid and malic acid) The total RNA extracts of the transgenic rice cells cultured in the medium were used. (C) Standard loading was expressed as EtBr stained rRNA.
Figure 2 shows the effect of alternative carbon sources on the production and activity of recombinant trypsin. (A) Various concentrations of succinic acid, fumaric acid and malic acid were added to the culture medium to determine the optimal concentration of each alternative carbon source. ELISA, SDS-PAGE, western blot analysis and zymography over time (B, C, D and E) were performed to ascertain maximum trypsin yield and activity. Ctrl (control) represents a culture medium containing no alternative carbon source cultured transgenic rice cells (T111-04) expressing high levels of recombinant trypsin. The error bars represent the standard error of the results of three replicate cultures. Lane M is a pre-stained molecular weight standard (PageRuler ™ Protein Ladder). Lane Bt is a positive control and 5 ng of purified trypsin from Bos taurus . Lane Zm is 5 ng of purified trypsin from maize ( Zea mays ) as a positive control. Lane NC is a negative control and is a culture of 5 ug of untransformed rice cells. Lanes 1, 2, 3, and 4 in the following (C), (D), and (E) show no sucrose (lane 1), no sucrose and no succinic acid, fumaric acid and malic acid The culture medium of the producer is 5 占 퐂. (C), the arrow indicates the position of the recombinant trypsin. A sharp band on a dark background gel shows proteolytic enzyme activity (E).
Figure 3 shows ELISA (A), cell weight (B) and cell viability (C) in combination with various concentrations of sucrose and 40 mM fumaric acid for trypsin production in transgenic rice cell suspension cultures. The reduction degree of TTC was regarded as 100% of the cells cultured in the medium containing 3% sucrose, and the degree of reduction of the cells cultured in the culture medium containing various concentrations of sucrose was calculated as a percentage Respectively. The error bars represent the standard error of the results of three replicate cultures.
Figure 4 shows the time course of the effect of 1% sucrose and 40 mM fumaric acid addition on the production of recombinant trypsin during batch suspension culture. Western blot analysis (A) and ELISA (B) were performed on the culture medium. Lane M is a pre-stained molecular weight standard (PageRuler ™ Protein Ladder). Lane PC is 100 ng of purified trypsin from maize ( Zea mays ) as a positive control. Lane NC is a negative control and 5 ug of untransformed rice cell culture. Lanes 1, 3, 5, 7, 9, and 11 are each 5 μg of the trypsin production medium. The error bars represent the standard error of the results of three replicate cultures.
FIG. 5 shows the result of confirming the repetitive production of recombinant trypsin in transgenic rice cells in medium containing 1% sucrose and 40 mM fumaric acid. T111-04 suspension cultured cells were maintained in subculture every 7 days with 3% sucrose medium. For cell re-use experiments, transgenic rice cells were cultured in 3% sucrose medium for 4 days, then the suspension culture was inhaled and removed, and then 5 g of fresh cells were treated with 0% sucrose (-S), 0% 40 mM fumaric acid, or 1% sucrose and 40 mM fumaric acid, respectively. Each culture was harvested 4 days after the culture, and the three kinds of fresh media were added again to each flask. Cell re-use was repeated 5 times over a period of 20 days. The culture medium and cells were collected for each incubation period for determination of concentration of recombinant trypsin by ELISA (A) and measurement of cell viability (B). The reduction degree of TTC was regarded as 100% of the cells cultured in the medium containing 3% sucrose, and the degree of reduction of the cells cultured in the culture medium containing various concentrations of sucrose was calculated as a percentage Respectively. The error bars represent the standard error of the results of three replicate cultures.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 In order to achieve the object of the present invention,

(a) 당 고갈시 작동하는 프로모터 및 목적 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 발현벡터로 형질전환된 벼 세포를 당-풍부 배지에서 현탁배양하여 상기 벼 세포를 생장시키는 단계; 및(a) suspending the rice cells transformed with an expression vector containing a promoter operable at the time of starvation and a gene encoding a target protein in a sugar-rich medium to grow the rice cells; And

(b) 상기 벼 세포를 당이 없고 대체 탄소원을 함유하는 배지로 옮긴 후 배양하여 상기 벼 세포로부터 목적 단백질을 생산하는 단계를 포함하는 형질전환 벼 세포 현탁배양을 통한 목적 단백질의 생산 방법을 제공한다.(b) culturing the rice cells in a medium containing no saccharide and an alternative carbon source, followed by culturing the rice cells to produce a target protein from the rice cells, and .

본 발명의 일 구현 예에 따른 방법에서, 상기 대체 탄소원은 푸마르산, 숙신산 또는 말산일 수 있고, 바람직하게는 푸마르산일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In a method according to an embodiment of the present invention, the alternative carbon source may be fumaric acid, succinic acid or malic acid, preferably fumaric acid, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구현 예에 따른 방법에서, 상기 푸마르산의 농도는 30~70mM일 수 있고, 바람직하게는 30~50mM일 수 있고, 가장 바람직하게는 40mM일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 푸마르산의 농도가 20mM 이하 또는 80mM 이상에서는 목적 단백질의 생산량이 현저히 떨어지는 것을 확인하였다.In the method according to an embodiment of the present invention, the concentration of fumaric acid may be 30 to 70 mM, preferably 30 to 50 mM, and most preferably 40 mM, but is not limited thereto. When the concentration of fumaric acid was 20 mM or less or 80 mM or more, the production amount of the target protein was remarkably decreased.

본 발명의 일 구현 예에 따른 방법에서, 상기 (b)단계는 당이 없고, 30~50mM의 푸마르산을 함유하는 배지에서 3~7일 동안 벼 세포를 배양하는 것일 수 있고, 바람직하게는 4~6일 동안 벼 세포를 배양하는 것일 수 있으며, 가장 바람직하게는 5일 동안 벼 세포를 배양하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 30~50mM의 푸마르산을 함유하는 배지에서 2일 이하 또는 9일 이상 벼 세포를 배양하는 경우 목적 단백질의 생산량이 현저히 떨어지는 것을 확인하였다.In the method according to an embodiment of the present invention, the step (b) may be a step of culturing the rice cells for 3 to 7 days in a medium containing no sugar and containing 30 to 50 mM of fumaric acid, But may be, for example, culturing rice cells for 6 days, and most preferably for culturing rice cells for 5 days. It was confirmed that when the rice cells were cultured for 2 days or less or 9 days or more in a culture medium containing 30 to 50 mM of fumaric acid, the production amount of the target protein was remarkably decreased.

본 발명의 일 구현 예에 따른 방법에서, 상기 당 고갈시 작동하는 프로모터는 RAmy3D(Rice α-amylase 3D) 프로모터일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the method according to one embodiment of the present invention, the promoter that operates upon sugar deprivation may be, but is not limited to, the Rmy3D (Rice alpha-amylase 3D) promoter.

본 발명의 일 구현 예에 따른 방법에서, 상기 목적 단백질은 소 트립신일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In a method according to an embodiment of the present invention, the target protein may be buttrysin, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 In addition,

(a) 당 고갈시 작동하는 프로모터 및 목적 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 발현벡터로 형질전환된 벼 세포를 당-풍부 배지에서 현탁배양하여 상기 벼 세포를 생장시키는 단계;(a) suspending the rice cells transformed with an expression vector containing a promoter operable at the time of starvation and a gene encoding a target protein in a sugar-rich medium to grow the rice cells;

(b) 상기 벼 세포를 푸마르산 및 수크로스 혼합물을 함유하는 배지로 옮긴 후 배양하여 상기 벼 세포로부터 목적 단백질을 생산하는 단계; 및(b) transferring the rice cells to a medium containing a mixture of fumaric acid and sucrose, and then culturing to produce a target protein from the rice cells; And

(c) 상기 배양된 벼 세포를 새로운 푸마르산 및 수크로스 혼합물을 함유하는 배지로 옮긴 후 배양하여 상기 벼 세포로부터 목적 단백질을 생산하는 단계를 포함하는 형질전환 벼 세포의 반복 사용을 통한 목적 단백질의 생산 방법을 제공한다.(c) culturing the cultured rice cells in a culture medium containing a mixture of fresh fumaric acid and sucrose, and then producing the desired protein from the rice cells. ≪ / RTI >

본 발명의 일 구현 예에 따른 방법에서, 상기 (a)단계의 당-풍부 배지에서 현탁배양하는 기간은 4일이 바람직하다.In the method according to one embodiment of the present invention, the suspension culture period in the sugar-rich medium of step (a) is preferably 4 days.

본 발명의 일 구현 예에 따른 방법은 상기 (c)단계를 3~5회 반복하는 것일 수 있고, 바람직하게는 4회 반복하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The method according to an embodiment of the present invention may be repeated three to five times, preferably four times, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구현 예에 따른 방법에서, 상기 배양된 벼 세포를 새로운 푸마르산 및 수크로스 혼합물을 함유하는 배지로 옮긴 후 3~5일 동안 배양하는 것일 수 있고, 바람직하게는 4일 동안 배양하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the method according to one embodiment of the present invention, the cultured rice cells may be transferred to a medium containing fresh fumaric acid and sucrose mixture, followed by culturing for 3 to 5 days, preferably by culturing for 4 days But is not limited thereto.

상기 (c)단계를 4회 반복하는 경우, 본 발명의 목적 단백질을 생산하기 위해 상기 (a)단계에서 (c)단계까지 소요되는 총 배양 시간은 20일에 해당될 수 있다.When the step (c) is repeated 4 times, the total incubation time from the step (a) to the step (c) for producing the target protein of the present invention may be 20 days.

본 발명의 일 구현 예에 따른 방법에서, 상기 (b) 및 (c)단계의 푸마르산 및 수크로스 혼합물은 푸마르산 30~50mM 및 수크로스 0.5~1.5%(w/v)의 농도로 혼합된 혼합물일 수 있고, 바람직하게는 푸마르산 40mM 및 수크로스 1%(w/v)의 농도로 혼합된 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the method according to an embodiment of the present invention, the fumaric acid and sucrose mixture in steps (b) and (c) are mixed in a concentration of 30 to 50 mM of fumaric acid and 0.5 to 1.5% (w / v) And preferably a mixture of 40 mM fumaric acid and 1% (w / v) sucrose, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구현 예에 따른 방법에서, 상기 당 고갈시 작동하는 프로모터는 RAmy3D 프로모터일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the method according to one embodiment of the present invention, the promoter that operates upon the sugar depletion may be, but is not limited to, the RAmy3D promoter.

본 발명의 일 구현 예에 따른 방법에서, 상기 목적 단백질은 소 트립신일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
In a method according to an embodiment of the present invention, the target protein may be buttrysin, but is not limited thereto.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the contents of the present invention are not limited to the following examples

재료 및 방법Materials and methods

발현 시스템 및 식물 세포주Expression systems and plant cell lines

재조합 소 트립신은 재조합 단백질의 발현을 높이기 위해 개발된 강력한 프로모터이며, 수크로스 고갈에 의해 유도되는 벼 α-아밀라아제 3D (RAmy3D) 프로모터의 조절 하에서 발현되었다 (Shin et al. Biotechnol Bioeng 2003;82:778-783). 형질전환 벼 세포주 pMYT111-04는 이전에 기술된 방법으로 본 연구소에서 확립 및 유지되었다 (Kusnadi et al. Biotechnol Bioeng 1997;56:473-484).
Recombinant trypticin is a powerful promoter developed to enhance the expression of recombinant proteins and has been expressed under the control of the rice α-amylase 3D (RAmy3D) promoter induced by sucrose depletion (Shin et al. Biotechnol Bioeng 2003; 82: 778 -783). The transformed rice cell line pMYT111-04 was established and maintained in our laboratory by the methods previously described (Kusnadi et al. Biotechnol Bioeng 1997; 56: 473-484).

식물 세포 배양Plant cell culture

형질전환 벼 세포는 28℃의 암조건에서 회전 속도 110 rpm의 회전식 교반기를 사용하여 증식 및 배양되었다. 세포주를 유지하기 위하여, 현탁배양 세포는 50 mL의 N6 배지 (2 mg/L 2,4-D (2,4-dichlorophenoxyacetic acid), 0,02 mg/L 키네틴 및 3%(w/v) 수크로스)가 포함된 300 mL 플라스크에서 배양되었다. 10 mL의 접종액이 계대 배양을 위해 매 7일마다 옮겨졌다. RAmy3D 프로모터의 조절 하에서 트립신 유전자의 발현을 유도하기 위해, N6 배지는 흡입을 통해 세포 현탁배양액에서 제거되었고, 세포의 10% (세포 생체 중량/배지의 부피)가 수크로스가 없는 신선한 N6 (S-) 배지로 옮겨졌다. 배양 상층액은 유도된 벼 세포의 배양 배지로부터 얻은 세포 현탁배양액을 2-3겹의 Myracloth (Calbiochem, La Jolla, CA, USA)를 통과시켜 수집되었다. 배양액 내의 단백질은 세포 침전물을 제거하기 위해 4℃에서 10분 동안 18,000 g로 원심분리하여 수집하였다.
Transgenic rice cells were proliferated and cultured using a rotary stirrer at a rotating speed of 110 rpm under a dark condition at 28 ° C. To maintain the cell line, the suspension culture cells were suspended in 50 mL of N6 medium (2 mg / L 2,4-D (2,4-dichlorophenoxyacetic acid), 0,02 mg / L kinetin and 3% Cross). ≪ / RTI > 10 mL of the inoculum was transferred every 7 days for subculture. In order to induce expression of the trypsin gene under the control of the RAmy3D promoter, N6 medium was removed from the cell suspension culture by inhalation and 10% of the cells (volume of cell biomass / volume of medium) contained fresh N6 (S- ) Medium. The culture supernatant was collected by passing the cell suspension culture from the culture medium of the induced rice cells through 2-3 layers of Myracloth (Calbiochem, La Jolla, CA, USA). Proteins in the culture were collected by centrifugation at 18,000 g for 10 min at 4 ° C to remove cellular precipitate.

대체 탄소원의 선발 및 세포의 생체 중량 및 건조 중량의 측정Selection of alternative carbon sources and measurement of cell biomass and dry weight

플라스크 배양에서 최적의 대체 탄소원 및 유도 시간을 선발하기 위해, 배양 7일 후 (생장기)에 세포 현탁배양액에서 배양 배지를 흡입하여 제거하였고, 5 g의 세포를 수크로스 없이 다양한 농도의 다양한 탄소원을 포함하는 신선한 N6 배지 50 mL에 접종한 후, 5일 동안 배양하였다(생산기). 프럭토오스, 피루브산, 시트르산, 숙신산, 푸마르산 및 말산이 대체 탄소원의 효과를 시험하기 위해 사용되었다. 각 대체 탄소원은 수크로스가 없는 N6 배지에 완전하게 용해되었고, 각 배지는 1N NaOH를 사용하여 pH 5.8로 조절하였다. 1% 수크로스와 40 mM 푸마르산을 포함하는 신선한 N6 배지를 사용하여 배양 세포의 재이용이 수행되었다. 대체 탄소원을 첨가한 후에 세포 중량의 변화를 측정하기 위해, 세포의 생체 중량 및 건조 중량이 하기와 같이 측정되었다. 50 mL 배지에서 단백질 발현을 유도하기 위해 접종한 초기 형질전환 벼 세포는 생체 중량 5 g이었다. 유도 7일 후에, 배양액이 흡입을 통해 세포 현탁배양액으로부터 제거되었고, 다양한 탄소원을 포함하는 50 mL의 신선한 N6 배지 (수크로스가 없는)가 첨가되어 지정된 시간 동안 배양되었다. 세포는 약한 진공 압력 하에서 와트만 No.2 여과지를 이용하여 배지를 제거한 후에 수집되었고, 증류수로 3회 세척한 후에 생체 세포 중량이 측정되었다. 건조 세포 중량은 일정한 중량이 유지될 때까지 65℃의 건조기에서 세포를 건조시킨 후에 측정되었다.
In order to select the optimum alternative carbon source and induction time in the flask culture, the culture medium was inhaled by removing the culture medium from the cell suspension culture 7 days after the culture (growth period), and 5 g of the cells were mixed with various carbon sources In 50 mL of fresh N6 medium and then cultured for 5 days (producer). Fructose, pyruvic acid, citric acid, succinic acid, fumaric acid and malic acid were used to test the effect of alternative carbon sources. Each alternative carbon source was completely dissolved in sucrose-free N6 medium and each medium was adjusted to pH 5.8 using 1N NaOH. Reuse of cultured cells was performed using fresh N6 medium containing 1% sucrose and 40 mM fumaric acid. To determine the change in cell weight after addition of the alternative carbon source, the cell weight and dry weight were determined as follows. The initial transformed rice cells inoculated to induce protein expression in 50 mL medium had a body weight of 5 g. After 7 days of induction, the culture was removed from the cell suspension culture by inhalation and 50 mL of fresh N6 medium (without sucrose) containing various carbon sources was added and incubated for the indicated time. The cells were harvested after removal of the medium using Wattmann No. 2 filter paper under a weak vacuum pressure, and after washing three times with distilled water, the viable cell weight was measured. The dry cell weight was measured after drying the cells in a dryer at 65 ° C until a constant weight was maintained.

노던 블럿 분석Northern blot analysis

노던 블럿 분석을 위해, 총 RNA가 RNeasy 식물 총 RNA 추출 키트 (Qiagen, Valencia, CA, USA)를 사용하여, N6 (-S) 액체 배지 및 대체 탄소원 (프럭토오스, 피루브산, 시트르산, 숙신산, 푸마르산 및 말산)이 포함된 N6 (-S) 액체 배지에서 5일 동안 배양한 현탁배양 세포로부터 분리되었다. RNA는 포름알데하이드를 함유한 아가로스 겔에서 전기영동으로 분리되었다. 분리된 RNA는 Hybond N+ 막 (Amersham Pharmacia Biotech RPN82B, Piscataway, NJ, USA)으로 옮겨졌다. 이어서 상기 막은 Prime-a 유전자 표지 시스템 (Promega U1100, Madison, WI, USA)을 사용하여 65℃의 혼성화 반응기 (FINEPCR Combi-H, Seoul, Korea)에서 32P-표지 트립신 프로브와 혼성화되었다. 상기 막은 65℃에서 각 15분 동안 2×SSC 및 0.1% SDS로 2회 세척된 후에, 2×SSC 및 1% SDS로 2회 더 세척되었다. 혼성화된 밴드는 X-레이 필름 (Fuji Photo Film Co. HR-G30, Tokyo, Japan) 상에 자기방사법을 통해 검출되었다.
For Northern blot analysis, total RNA was extracted from the N6 (-S) liquid medium and an alternative carbon source (fructose, pyruvic acid, citric acid, succinic acid, fumaric acid, and the like) using the RNeasy plant total RNA extraction kit (Qiagen, Valencia, CA, USA) And malic acid) in N6 (-S) liquid medium for 5 days. The RNA was separated by electrophoresis on agarose gel containing formaldehyde. The isolated RNA was transferred to a Hybond N + membrane (Amersham Pharmacia Biotech RPN82B, Piscataway, NJ, USA). The membrane was then hybridized with a 32 P-labeled trypsin probe in a hybridization reactor (FINEPCR Combi-H, Seoul, Korea) at 65 ° C using the Prime-a gene labeling system (Promega U1100, Madison, WI, USA). The membrane was washed twice with 2 x SSC and 0.1% SDS for 15 minutes each at 65 캜 and then twice with 2 x SSC and 1% SDS. Hybridized bands were detected by self-spinning on X-ray film (Fuji Photo Film Co., HR-G30, Tokyo, Japan).

SDS-PAGE 및 웨스턴 블럿 분석SDS-PAGE and western blot analysis

웨스턴 블럿 분석을 위하여, 5 ㎍의 세포 배양액 유래 단백질이 12% (w/v) SDS-PAGE를 통해 분리되었고, 니트로셀룰로오스 막 상에 전기적으로 블럿팅되었다. 상기 막은 토끼 다클론 항-트립신 항체와 반응시켰고, 이어서 2차 항체로 AP (alkaline phosphatase) 결합 항-토끼 IgG (Calbiochem, San Diego, CA, USA)와 반응시켰다. 소 췌장에서 추출된 상용 소 트립신 (Sigma, St. Louis, MO, USA) 및 TrpyZean™ (Sigma)이 양성 대조구로 사용되었다. SDS-PAGE 겔은 쿠마시 블루 염색 용액 (0.25% 쿠마시 브릴리언트 블루 R-250, 45% 메탄올 및 10% 빙초산 (glacial acetic acid))으로 염색되었다. 단백질 농도는 브래드포드법 (Bradford method)에 근거한 단백질 분석 시약 (Sigma)으로 측정되었으며, 표준 물질로 BSA (bovine serum albumin)가 사용되었다.
For Western blot analysis, 5 μg of cell culture derived proteins were separated by 12% (w / v) SDS-PAGE and electroblotted onto nitrocellulose membranes. The membrane was reacted with rabbit polyclonal anti-trypsin antibody and then reacted with AP (alkaline phosphatase) conjugated anti-rabbit IgG (Calbiochem, San Diego, CA, USA) as secondary antibody. Commercial trypticin (Sigma, St. Louis, Mo., USA) and TrpyZean ™ (Sigma) from small pancreas were used as positive control. SDS-PAGE gels were stained with Coomassie Blue staining solution (0.25% Coomassie Brilliant Blue R-250, 45% methanol and 10% glacial acetic acid). Protein concentration was measured by protein analysis reagent (Sigma) based on the Bradford method, and BSA (bovine serum albumin) was used as a standard.

재조합 트립신의 정량Quantification of recombinant trypsin

재조합 트립신의 양을 측정하기 위해, 하기의 방법으로 ELISA가 수행되었다. 표준 물질 (0.1 ㎍/mL) 및 샘플은 코팅버퍼로 희석시켰고, ELISA 플레이트 (Thermo Scientific, Roskilde, Denmark)에 분주한 후에 4℃에서 밤새 반응시켰다. 상기 플레이트는 PBST 버퍼 (2.4 g/L KH2PO4, 11.6 g/L Na2HPO4, 80.0 g/L NaCl, 2.0 g/L KCl을 포함하는 pH 7.4의 PBS 버퍼 및 0.05% Tween 20)로 3회 세척되었고, 이어서 비특이적 항체 반응을 방지하기 위해 블로킹 버퍼인 0.1% 탈지유 200 ㎕를 첨가하여 상온에서 2시간 동안 반응시켰다. 블로킹 버퍼를 제거한 후, 2.5 ㎍/mL의 비오틴 부착 토끼 항-트립신 다클론 항체 (Abcam, ab34676) 100 ㎕가 플레이트의 각 웰에 첨가되었다. 상기 플레이트는 상온에서 2시간 동안 반응시킨 후에 PBST로 세척되었고, 1:1000으로 희석된 아비딘-HRP (avidin-horseradish peroxidase)(BD Pharmingen, 554058) 100 ㎕를 각 웰에 첨가하여 다시 상온에서 30분 동안 반응시켰다. 샘플은 PBST로 4회 세척되었으며, 100 ㎕의 TMB 기질 용액이 각 웰에 첨가되었다. 상기 반응은 상온에서 20분 동안 반응시킨 후에 50 ㎕의 6.3% H3PO4를 첨가하여 정지시켰고, 샘플의 흡광도는 마이크로플레이트 리더를 사용하여 430 nm에서 기록하였다.
To determine the amount of recombinant trypsin, ELISA was performed in the following manner. Standard material (0.1 μg / mL) and samples were diluted with coating buffer and dispensed into ELISA plates (Thermo Scientific, Roskilde, Denmark) and reacted overnight at 4 ° C. The plate was washed with PBST buffer (2.4 g / L KH 2 PO 4 , 11.6 g / L Na 2 HPO 4 , 80.0 g / L NaCl, PBS buffer pH 7.4 with 2.0 g / L KCl and 0.05% Tween 20) Washed three times, then 200 μl of 0.1% skim milk as a blocking buffer was added to prevent nonspecific antibody reaction, and reacted at room temperature for 2 hours. After removing the blocking buffer, 100 [mu] l of 2.5 [mu] g / ml biotinylated rabbit anti-trypsin polyclonal antibody (Abcam, ab34676) was added to each well of the plate. The plate was reacted at room temperature for 2 hours and washed with PBST. 100 μl of avidin-HRP (BD Pharmingen, 554058) diluted 1: 1000 was added to each well, Lt; / RTI > Samples were washed 4 times with PBST, and 100 의 of TMB substrate solution was added to each well. The reaction was stopped by adding 20 μl of 6.3% H 3 PO 4 at room temperature for 20 minutes, and the absorbance of the sample was recorded at 430 nm using a microplate reader.

세포 생존도의 측정Measurement of cell viability

세포 생존도는 이전에 기술된대로 TTC (triphenyl tetrazolium chlorice)의 환원에 의해 측정되었다. 포마잔 (formazan)-생성 반응을 위해, 0.1 g의 신선한 세포가 1.6 mL의 TTC 용액이 담긴 마이크로튜브에 첨가되었다. 반응은 20℃에서 24시간 동안 수행되었고, 상층액은 4℃에서 15,000g로 10분 동안 원심분리하여 제거되었다. 이어서 살아있는 세포 유래의 포마잔이 1 mL의 95% 에탄올을 사용하여 60℃에서 30분 동안 추출되었다. 상층액은 4℃에서 15,000g로 30분 동안 원심분리하여 분리되었고, 추출된 포마잔의 흡광도는 485 nm에서 측정되었다.
Cell viability was measured by reduction of TTC (triphenyl tetrazolium chlorice) as previously described. For the formazan-forming reaction, 0.1 g fresh cells were added to microtube containing 1.6 mL of TTC solution. The reaction was carried out at 20 ° C for 24 hours, and the supernatant was removed by centrifugation at 15,000 g for 10 minutes at 4 ° C. The live cell-derived formazan was then extracted with 1 mL of 95% ethanol at 60 ° C for 30 minutes. The supernatant was separated by centrifugation at 15,000 g for 30 minutes at 4 ° C, and the absorbance of the extracted formazan was measured at 485 nm.

실시예Example 1. 트립신 생산에 대한 대체  1. Substitution for trypsin production 탄소원의Carbonic 효과 effect

트립신 생산량 증가에 효과적인 대체 탄소원을 선발하기 위해, 프럭토오스, 피루브산, 시트르산, 숙신산, 푸마르산 및 말산이 조사되었다. 벼 세포는 50 mL의 N6 배지가 포함된 300 mL 플라스크에서 7일 동안 배양하여 유지되었고, 단백질 발현 유도를 위해서는 세포 배양 5일 후에 흡입을 통해 배양액이 제거되었다. 5 g의 세포가 수크로스 없이 80 mM의 다양한 대체 탄소원을 각각 포함하는 신선한 N6 배지 50 mL에 접종되었고, 5일 동안 배양되었다. 대조구로서, 대체 탄소원이 없는 당 결핍 조건이 조사되었다. 도 1에 나타난 것처럼, 대조구 (Ctrl)에 비해, 숙신산, 푸마르산 및 말산이 포함된 배지에서 재조합 트립신 단백질 (도 1A) 및 mRNA 전사체 (도 1B)의 양이 현저하게 증가되었다. 따라서 상기 세 가지 대체 탄소원이 추가의 실험을 위해 선발되었다.Fructose, pyruvic acid, citric acid, succinic acid, fumaric acid and malic acid were investigated to identify alternative carbon sources effective in increasing trypsin production. Rice cells were maintained in a 300 mL flask containing 50 mL of N6 medium for 7 days. To induce protein expression, the culture medium was removed by inhalation after 5 days of cell culture. Five grams of cells were inoculated into 50 mL of fresh N6 medium, each containing 80 mM of various alternative carbon sources, without sucrose, and cultured for 5 days. As a control, sugar deficiency conditions without alternative carbon sources were investigated. As shown in Fig. 1, the amounts of recombinant trypsin protein (Fig. 1A) and mRNA transcript (Fig. 1B) were significantly increased in the medium containing succinic acid, fumaric acid and malic acid compared to the control (Ctrl). The three alternative carbon sources were therefore selected for further experiments.

트립신 생산을 위한 각 탄소원의 최적 농도 및 배양 시간을 측정하기 위해, 20, 40, 60, 80 및 100 mM 농도의 세 가지 탄소원이 각각 조사되었다. 명백하게, 40 mM의 푸마르산을 포함하는 배양 배지에서 세포가 5일 동안 배양되었을 때 가장 높은 생산성을 나타냈다 (도 2A 및 B). 가장 높은 트립신 생산량은 배양 5일에 68 mg/L에 도달했으며, 이는 대조구의 트립신 생산량 (18 mg/L)보다 약 4.3배 더 높다.To determine the optimum concentration and incubation time of each carbon source for trypsin production, three carbon sources at 20, 40, 60, 80 and 100 mM concentrations were investigated, respectively. Apparently, the highest productivity was observed when the cells were cultured for 5 days in a culture medium containing 40 mM fumaric acid (Figs. 2A and B). The highest trypsin production reached 68 mg / L on the 5th day of culture, about 4.3 times higher than the control trypsin production (18 mg / L).

대체 탄소원을 사용하여 배양 배지 내에 축적된 트립신 및 효소 활성이 SDS-PAGE, 웨스턴 블럿 분석 및 자이모그래피 (zymography)를 사용하여 확인되었다 (도 2C, D 및 E). 배양 배지로부터 수집된 총 분비 단백질은 SDS-PAGE로 분석되었으며, 겔은 0.25% 쿠마시 브릴리언트 블루 R-250으로 염색되었다. 당 결핍 조건에 의해 유도된 44-46 kDa의 벼 α-아밀라아제 단백질은 겔에 표시되었다. 이전 논문에 기술된 것처럼 (Kim et al. Protein Exp Purif 2011;76:121-126), 분자량 24-26 kDa의 단백질에 해당하는 벼 세포 배양액 유래의 2가지 형태의 트립신이 웨스턴 블럿 분석 및 젤라틴 자이모그래피에서 관찰되었다. 양성 대조구에서, 소 (Bos taurus, Bt) 유래의 트립신은 24 kDa에서만 나타난 반면, 옥수수 (Zea mays, Zm) 유래의 재조합 트립신은 벼 세포 배양액 유래의 트립신과 유사하게 분자량 24-26 kDa의 위치에서 나타났다. 이는 식물 유래 트립신의 비일치 (nonconsensus) N-연결 당화 위치에서 기인했다 (Zhang et al. Anal Chem 2010;82:10095-10101). 또한, 웨스턴 블럿 분석 및 자이모그래피에서 40 mM 푸마르산이 포함된 배양액이 대조구 배양액보다 더 강한 밴드를 나타낸 것과 유사한 결과가 ELISA에서도 나타났다. 이 결과는 대체 탄소원이 포함된 배양액 중에서 가장 높은 트립신 생산량 및 활성이 40 mM 푸마르산을 포함하는 배양액에서 관찰된다는 것을 나타낸다. 따라서 상기 조건이 추가의 분석을 위해 선발되었다.
Accumulated trypsin and enzyme activity in culture media using alternative carbon sources was confirmed using SDS-PAGE, Western blot analysis and zymography (FIGS. 2C, D and E). Total secreted proteins collected from the culture medium were analyzed by SDS-PAGE, and the gel was stained with 0.25% Coomassie Brilliant Blue R-250. The 44-46 kDa rice α-amylase protein induced by the sugar-deficient condition was indicated on the gel. Two types of trypsin from rice cell culture fluids corresponding to a protein of 24-26 kDa in molecular weight, as described in the previous paper (Kim et al. Protein Exp Purif 2011; 76: 121-126) It was observed in emography. In the positive control, trypsin from bovine taurus (Bt) only appeared at 24 kDa whereas recombinant trypsin from maize ( Zea mays , Zm) was located at a position of 24-26 kDa molecular weight similar to trypsin from rice cell culture appear. This was due to the nonconsensus N-linked glycosylation site of plant-derived trypsin (Zhang et al. Anal Chem 2010; 82: 10095-10101). In ELISA, similar results were also obtained in western blot analysis and in the case of a culture in which 40 mM fumaric acid was contained in the culture, showing a stronger band than the control culture. This result shows that the highest trypsin production and activity among the cultures containing the alternative carbon source is observed in the culture medium containing 40 mM fumaric acid. The conditions were therefore selected for further analysis.

실시예Example 2. 푸마르산과 다양한 농도의  2. Fumaric acid and various concentrations of 수크로스의Sucrose's 효과 effect

일반적으로, 당 고갈 조건은 식물 세포에서 세포 성장의 저지, 호흡률의 감소, 탄수화물, 지질, 단백질과 같은 세포 성분의 분해 및 당분해 효소 활성의 감소를 유발한다. 따라서 현탁배양 세포는 당 고갈 이후에 재사용될 수 없다. 이는 형질전환 벼 세포 현탁배양에서 재조합 트립신의 대량 생산 시스템을 발전시키는데 있어서 가장 큰 문제점 중 하나이다. 수크로스와 푸마르산의 조합 효과를 측정하기 위해, 0, 0.5, 1 및 2% 수크로스와 40 mM 푸마르산의 조합이 조사되었으며, 그 결과는 ELISA (도 3A), 건조 세포 중량 (도 3B) 및 세포 생존도 (도 3C)의 측정을 통해 분석되었다. 도 3A, 3B 및 3C에 나타난 것처럼, 0% 수크로스와 40 mM 푸마르산의 조합은 배양 5일에 가장 높은 트립신 생산량 (68.2 mg/L)을 보여주었으며, 건조 세포 중량 및 세포 생존도는 배양 5일에 각각 대조구 (3% 수크로스, 데이터 미제시)의 21.2% 및 31%로 나타났다. 40 mM 푸마르산 및 0 내지 2% 농도의 수크로스 배지는 배양 5일에 62.8 mg/L에서 12 mg/L로 트립신 생산량 감소를 초래했지만, 수크로스 농도의 증가와 함께 건조 세포 중량 및 세포 생존도를 증가시켰다. 상기 결과에 따르면, 1% 수크로스 및 40 mM 푸마르산의 조합은 트립신 생산, 건조 세포 중량 및 세포 생존도를 상승 작용에 의해 향상시켰다. 이는 수크로스가 없는 배양 실험의 결과와 대조적이었으며, 이러한 이유로 상기 조건이 세포 재이용 연구를 위해 선발되었다.
In general, the depletion conditions cause inhibition of cell growth in plant cells, reduced respiration rates, degradation of cellular components such as carbohydrates, lipids, and proteins, and decreased activity of sugar chain enzymes. Therefore, suspension cultured cells can not be reused after glucose depletion. This is one of the biggest problems in developing a mass production system of recombinant trypsin in transgenic rice cell suspension culture. To determine the combined effect of sucrose and fumaric acid, a combination of 0, 0.5, 1 and 2% sucrose and 40 mM fumaric acid was investigated and the results were analyzed by ELISA (Figure 3A), dry cell weight (Figure 3B) Survival was also assessed by measurement of (Fig. 3C). As shown in Figures 3A, 3B, and 3C, the combination of 0% sucrose and 40 mM fumaric acid showed the highest trypsin yield (68.2 mg / L) on day 5 of culture, and dry cell weight and cell viability were maintained for 5 days Were 21.2% and 31% of the control (3% sucrose, data not available), respectively. Although sucrose medium at 40 mM fumaric acid and 0-2% concentration resulted in reduced trypsin production from 62.8 mg / L to 12 mg / L at 5 days of culture, dry cell weight and cell viability Respectively. According to the results, the combination of 1% sucrose and 40 mM fumaric acid enhanced trypsin production, dry cell weight and cell viability by synergistic action. This was in contrast to the results of sucrose-free culture experiments, and for this reason the above conditions were selected for cell reuse studies.

실시예Example 3. 세포 재이용 및 트립신 생산을 위한 배양 시간 3. Culture time for cell re-use and trypsin production

형질전환 벼 세포 현탁배양은 기본적으로 3% 수크로스가 포함된 배지로 매 7일마다 계대배양되었다. 배지 교환을 위한 최적 시간을 결정하기 위해, 3% 수크로스가 포함된 배양 배지는 다양한 배양 기간 (0, 2, 4, 6 및 8일) 이후에 제거되었고, 이어서 1% 수크로스와 40 mM 푸마르산을 포함한 신선한 배지가 첨가되었다. 지정된 배양 기간 이후에, 트립신 생산량이 웨스턴 블럿 분석 및 ELISA로 확인되었다. 도 4에 나타난 것처럼, 1% 수크로스 및 40 mM 푸마르산이 표시된 시간에 첨가되었을 때, 트립신 생산은 모든 조건에서 증가되었다. 4일 동안 배양된 세포가 사용되었을 때, 배양 5일 째에 가장 높은 트립신 생산량 (55 mg/L)이 관찰되었다. 따라서, 3% 수크로스 배지에서 4일 동안 배양된 세포가 벼 아밀라아제 3D 시스템에서 현탁배양 세포의 반복 사용 가능성을 시험하는데 사용되었다.
Transgenic rice cell suspension cultures were subcultured every 7 days in basal medium containing 3% sucrose. To determine the optimal time for medium exchange, the culture medium containing 3% sucrose was removed after various incubation periods (0, 2, 4, 6 and 8 days), followed by 1% sucrose and 40 mM fumaric acid Was added. After the designated incubation period, trypsin yield was confirmed by Western blot analysis and ELISA. As shown in Figure 4, when 1% sucrose and 40 mM fumaric acid were added at the indicated times, trypsin production was increased under all conditions. When the cells cultured for 4 days were used, the highest trypsin production (55 mg / L) was observed on the fifth day of culture. Thus, cells cultured for 4 days in 3% sucrose medium were used to test the possibility of repeated use of suspension cultured cells in the rice amylase 3D system.

실시예Example 4. 1%  4. 1% 수크로스Sucrose 및 40  And 40 mMmM 푸마르산이 포함된 배지에서 형질전환 벼 세포의 반복 사용으로 향상된 트립신 생산 Improved trypsin production by repeated use of transgenic rice cells in medium containing fumaric acid

트립신 생산량을 증가시키기 위한 세포의 반복 사용 가능성을 조사하기 위해, 형질전환 벼 세포는 0% 수크로스 (-S), 0% 수크로스와 40 mM 푸마르산 및 1% 수크로스와 40 mM 푸마르산을 각각 포함하는 배양 배지 50 mL이 담긴 300 mL 플라스크에서 회분식 배양으로 시험되었다. 세포는 3% 수크로스 배지를 사용하여 매 7일 마다 계대배양되었다. 세포 재이용 과정을 시험하기 위해, 3% 수크로스가 포함된 배지에서 4일 동안 배양된 현탁배양 세포의 배양액이 흡입을 통해 제거되었다. 이어서 세 종류의 신선한 배양 배지 50 mL이 각 플라스크에 첨가되었고, 지정된 기간 동안 배양되었다. 지정된 배양 기간 이후에 재조합 트립신 축적 및 세포 생존도가 관찰되었다. 현탁배양 세포는 재조합 트립신 생산을 위한 현탁배양 세포의 반복 사용 가능성을 확인하기 위해 5회 재사용되었다. 0%의 수크로스가 포함된 샘플에서, 트립신 축적량은 세포의 첫번째 사용 이후에 약 33%, 두번째 사용 이후에 22.2% 이하로 급격하게 감소되었다. 0% 수크로스의 경우에 첫번째 사용시 세포 생존도는 약 26.7%였으며, 이어서 16.7% 이하로 급속히 감소되었다. 또한 수크로스가 다시 공급되었을 때, 회복된 세포 성장이 없었기 때문에 세포 손상은 비가역적이었다 (데이터 미제시). 0% 수크로스 및 40 mM 푸마르산의 경우, 첫번째 사용 후에 트립신 생산 및 세포 생존도의 지연된 감소에도 불구하고 0% 수크로스의 경우와 유사한 현상이 관찰되었다. 그러나 1% 수크로스 및 40 mM 푸마르산의 경우에는 세포가 5회 반복 사용된 이후에 재조합 트립신 생산 및 세포 생존도의 미약한 감소가 나타났다. 5회의 세포 재이용 이후에, 재조합 트립신의 생산량은 초기 생산량의 73.6%였으며, 세포 생존도는 81.3%였다 (도 5A 및 B).To investigate the possibility of repeated use of cells to increase trypsin production, transgenic rice cells were treated with 0% sucrose (-S), 0% sucrose, 40 mM fumaric acid, 1% sucrose and 40 mM fumaric acid respectively In a 300 mL flask containing 50 mL of the culture medium. Cells were subcultured every 7 days using 3% sucrose medium. To test the process of cell recycling, culture of suspension culture cells cultured for 4 days in medium containing 3% sucrose was removed by inhalation. Then, 50 mL of three fresh culture media was added to each flask and incubated for a specified period of time. Recombinant trypsin accumulation and cell viability were observed after the designated incubation period. Suspension cultured cells were reused five times to confirm the possibility of repeated use of suspension cultured cells for recombinant trypsin production. In samples containing 0% sucrose, trypsin accumulation rapidly decreased to about 33% after the first use of the cells and below 22.2% after the second use. In the case of 0% sucrose, cell viability was about 26.7% at the first use and then rapidly decreased to below 16.7%. Also, when sucrose was re-fed, cell damage was irreversible (data not shown) because there was no recovered cell growth. In the case of 0% sucrose and 40 mM fumaric acid, a phenomenon similar to that of 0% sucrose was observed despite the delayed reduction of trypsin production and cell viability after first use. However, in the case of 1% sucrose and 40 mM fumaric acid, there was a slight decrease in recombinant trypsin production and cell viability after 5 repeated uses of cells. After 5 cell re-use, the yield of recombinant trypsin was 73.6% of the initial yield and the cell viability was 81.3% (Fig. 5A and B).

Claims (10)

(a) 당 고갈시 작동하는 프로모터 및 목적 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 발현벡터로 형질전환된 벼 세포를 당-풍부 배지에서 현탁배양하여 상기 벼 세포를 생장시키는 단계; 및
(b) 상기 벼 세포를 당이 없고 대체 탄소원을 함유하는 배지로 옮긴 후 배양하여 상기 벼 세포로부터 목적 단백질을 생산하는 단계를 포함하는 형질전환 벼 세포 현탁배양을 통한 목적 단백질의 생산 방법.
(a) suspending the rice cells transformed with an expression vector containing a promoter operable at the time of starvation and a gene encoding a target protein in a sugar-rich medium to grow the rice cells; And
(b) transferring the rice cells to a culture medium containing no saccharide and an alternative carbon source, followed by culturing to produce a target protein from the rice cells.
제1항에 있어서, 상기 대체 탄소원은 푸마르산, 숙신산 또는 말산인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein said alternative carbon source is fumaric acid, succinic acid or malic acid. 제2항에 있어서, 상기 푸마르산의 농도는 30~50mM인 것을 특징으로 하는 방법.3. The method according to claim 2, wherein the concentration of fumaric acid is 30 to 50 mM. 제1항에 있어서, 상기 (b)단계는 당이 없고 30~50mM의 푸마르산을 함유하는 배지에서 4~6일 동안 벼 세포를 배양하는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 1, wherein the step (b) comprises culturing the rice cells for 4 to 6 days in a medium containing no sugar and containing 30 to 50 mM of fumaric acid. 제1항에 있어서, 상기 당 고갈시 작동하는 프로모터는 RAmy3D 프로모터인 것을 특징으로 하는 방법.2. The method of claim 1, wherein the promoter operative upon depletion of the sugar is an RAmy3D promoter. 제1항에 있어서, 상기 목적 단백질은 소 트립신인 것을 특징으로 하는 방법.2. The method of claim 1, wherein the target protein is small trypsin. (a) 당 고갈시 작동하는 프로모터 및 목적 단백질을 코딩하는 유전자를 포함하는 발현벡터로 형질전환된 벼 세포를 당-풍부 배지에서 현탁배양하여 상기 벼 세포를 생장시키는 단계;
(b) 상기 벼 세포를 푸마르산 및 수크로스 혼합물을 함유하는 배지로 옮긴 후 배양하여 상기 벼 세포로부터 목적 단백질을 생산하는 단계; 및
(c) 상기 배양된 벼 세포를 새로운 푸마르산 및 수크로스 혼합물을 함유하는 배지로 옮긴 후 배양하여 상기 벼 세포로부터 목적 단백질을 생산하는 단계를 포함하는 형질전환 벼 세포의 반복 사용을 통한 목적 단백질의 생산 방법.
(a) suspending the rice cells transformed with an expression vector containing a promoter operable at the time of starvation and a gene encoding a target protein in a sugar-rich medium to grow the rice cells;
(b) transferring the rice cells to a medium containing a mixture of fumaric acid and sucrose, and then culturing to produce a target protein from the rice cells; And
(c) culturing the cultured rice cells in a culture medium containing a mixture of fresh fumaric acid and sucrose, and then producing the desired protein from the rice cells. Way.
제7항에 있어서, 상기 (c)단계를 3~5회 반복하는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 7, wherein the step (c) is repeated three to five times. 제7항에 있어서, 상기 (b) 및 (c)단계의 푸마르산 및 수크로스 혼합물은 푸마르산 30~50mM 및 수크로스 0.5~1.5%(w/v)의 농도로 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 7, wherein the mixture of fumaric acid and sucrose in steps (b) and (c) is a mixture of 30 to 50 mM of fumaric acid and 0.5 to 1.5% (w / v) . 제7항에 있어서, 상기 (c)단계는 상기 배양된 벼 세포를 새로운 푸마르산 및 수크로스 혼합물을 함유하는 배지로 옮긴 후 3~5일 동안 배양하는 것을 특징으로 하는 방법.[8] The method according to claim 7, wherein the step (c) comprises culturing the cultured rice cells for 3 to 5 days after transferring the cultured rice cells to a medium containing fresh fumaric acid and sucrose mixture.
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