KR20160088259A - Method for Preparing Active Arginine Deiminase - Google Patents

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이지원
이종환
이보람
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a method for producing an active arginine deiminase (ADI) by using malate dehydrogenase (MDH) or an elongation factor Ts (Tsf) as a fusion partner and, more specifically, to a method for producing an active ADI having improved water-solubility and folding properties by using a gene construct or an expression vector including an MDH or Tsf gene as a fusion partner. A method for producing an ADI by using MDH or Tsf as a fusion partner improves water-solubility and expression of an ADI which is difficult to be expressed, so an original anticancer enzyme effect can be maintained. Accordingly, the method is useful in developing and producing an anticancer treating agent.

Description

활성형 아르기닌 탈이민효소의 제조방법 {Method for Preparing Active Arginine Deiminase}Method for preparing active arginine deiminase {Method for Preparing Active Arginine Deiminase}

본 발명은 Mdh (Malate dehydrogenase) 또는 Tsf (Elongation factor Ts)를 융합파트너로 이용한 활성형 아르기닌 탈이민효소 (ADI: arginine deiminase)의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 Mdh 또는 Tsf 유전자를 융합파트너로 포함하는 발현벡터 또는 유전자 구조체(gene construct)를 이용하여 수용성 및 접힘(folding)이 향상된 활성형 아르기닌 탈이민효소 (ADI)의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing active arginine deiminase (ADI) using Mdh (Malate dehydrogenase) or Tsf (Elongation factor Ts) as a fusion partner, and more particularly, to a fusion partner of Mdh or Tsf genes. It relates to a method for preparing an active arginine deiminease (ADI) with improved water solubility and folding using an expression vector or a gene construct including as.

생명공학 기술에 의해 생산되는 단백질에는 일반적으로 면역 조절 및 효소 저해제 및 호르몬 같은 의약 및 연구용 단백질과 진단용 단백질이나 반응 첨가 효소와 같은 산업용 단백질로 대별될 수 있으며, 이 두 가지 단백질들을 중심으로 생산 공정 기술 개발 및 산업화가 추진되고 있다.Proteins produced by biotechnology can be broadly classified into pharmaceutical and research proteins such as immunomodulatory and enzyme inhibitors and hormones, and industrial proteins such as diagnostic proteins or reaction additive enzymes. Development and industrialization are being promoted.

아르기닌 탈이민효소(ADI; arginine deiminase)는 암세포 대사에 핵심적인 아미노산인 아르기닌(arginine)을 분해하여 시트룰린(citrulline)과 암모니아(ammonia)를 생성시키는 박테리아 효소이다. 아르기닌 탈이민효소는 암 괴사(apoptosis)와 암 신생혈관생성(angiogenesis)저해 그리고 일산화질소 합성 저해를 통한 내독소(endotoxin)의 중성화 작용 등으로 간세포 암종(hepatocellular carcinoma), 흑색종(melanoma), 백혈병(leukemia), 전립선암(prostate cancer)에 항암기능을 하는 것으로 알려져 있다. 기존의 연구결과에 따르면 아르기닌 탈이민효소로 암세포에서 아르기닌(arginine)을 박탈하면 미토콘드리아 기능이상, 활성 산소종, 핵 DNA유출, 염색질 자가소화(autophagy)가 수반되어서 암세포를 사멸시킨다고 알려져 있다 (Chun A. Changou et al., PNAS, 111(39) 14147-14152). 암 증식 억제 및 암 신생혈관생성과 같은 항암작용들로 인하여 아르기닌 탈이민효소는 암을 치료하는데 있어 효과적인 효소로 주목받고 있다. 실제로 현재 미국 샌디에고의 Polaris Pharmaceuticals에서 아르기닌 탈이민효소(arginine deiminase)에 평균 분자량이 20kDa인 폴리에틸렌 글라이콜(polyethylene glycol) 사슬을 부착시켜서 ADI-PEG20 약물을 만들고 이를 통하여 현재 간암(임상 3상), 흑색종(임상 2상), 전립선암, 폐암, 전립선암, 구강암 (이하 임상 1상)과 같은 다양한 암치료를 위한 임상실험에 적용되고 있다. 따라서, 유전정보가 잘 알려져 있으며 다양한 벡터 시스템을 적용할 수 있고, 비교적 값싼 배지에서 빠르게 고농도로 배양할 수 있는 장점을 갖는 대장균과 같은 미생물을 이용하여 아르기닌 탈이민효소(ADI) 등과 같이 의학적, 산업적으로 유용한 재조합 단백질을 생산할 수 있는 시스템의 구축이 필요하다.Arginine deiminase (ADI) is a bacterial enzyme that breaks down arginine, an amino acid essential for cancer cell metabolism, to produce citrulline and ammonia. Arginine deimase is a hepatocellular carcinoma, melanoma, and leukemia due to the effect of inhibiting cancer apoptosis and cancer angiogenesis and neutralizing endotoxin through inhibition of nitric oxide synthesis. It is known to have anti-cancer properties against leukemia and prostate cancer. According to previous research results, it is known that deprivation of arginine from cancer cells with arginine deimase causes mitochondrial dysfunction, reactive oxygen species, nuclear DNA leakage, and chromatin autophagy to kill cancer cells (Chun A). Changou et al., PNAS, 111(39) 14147-14152). Due to its anticancer activities such as inhibition of cancer proliferation and generation of cancer angiogenesis, arginine deiminease is attracting attention as an effective enzyme in treating cancer. Actually, ADI-PEG20 drug was made by attaching a polyethylene glycol chain with an average molecular weight of 20 kDa to arginine deiminase at Polaris Pharmaceuticals in San Diego, USA, and through this, liver cancer (clinical phase 3), It is applied in clinical trials for the treatment of various cancers such as melanoma (phase 2 clinical trial), prostate cancer, lung cancer, prostate cancer, and oral cancer (hereinafter, phase 1 clinical trial). Therefore, genetic information is well known and various vector systems can be applied, and using microorganisms such as Escherichia coli, which has the advantage of being able to rapidly cultivate in a relatively inexpensive medium at high concentration, is used for medical and industrial purposes such as arginine deiminase (ADI). As a result, it is necessary to construct a system capable of producing a useful recombinant protein.

대장균에서 재조합 단백질을 생산함에 있어, 강력한 유도성(inducible) 프로모터를 갖춘 다양한 발현벡터가 개발되어 외래단백질의 생산에 이용되어 왔다. 그러나 숙주세포로 대장균을 이용하는 경우 제조하고자 하는 단백질이 대장균 내의 단백질 분해효소에 의해 분해되어 수율이 낮아지는 경우가 많으며, 특히 분자량이 10kDa 이하의 작은 크기의 폴리펩타이드의 발현에서 이러한 경향이 심한 것으로 알려져 있다. 뿐만 아니라 일반적으로 대장균은 단백질의 전사(transcription)와 전이(translation)가 거의 동시에 일어나기 때문에 재조합 단백질의 과다 발현시 불용성 응집체(inclusion body)를 형성하는 경우가 많으며, 응집체로 발현된 폴리펩타이드의 경우 접힘(folding) 중간체가 분자 상호간의 다이설파이드 결합(intermolecular disulfide bond) 또는 소수성 상호작용(hydrophobic interaction)에 의해 숙주세포의 다른 단백질 불순물들[샤페론(chaperon), 라이보좀(ribosome), 초기인자 등]과 비선택적으로 결합함으로써 목적 폴리펩타이드의 응집체 내 순도가 떨어지는 단점이 있다. 또한 이렇게 발현된 단백질을 활성형으로 만들기 위해서는 구아니딘-하이드로클로라이드(Guanidine hychloride)나 우레아(urea) 같은 변성체를 사용하여 용해시킨 후 희석하는 재접힘(refolding) 과정을 거쳐야 하는데 이때 단백질이 활성형으로 접히지 않는 등 생산 수율이 감소하는 문제점이 있다 (Marston FA et al., Biochem J 240(1):1-12, 1986).In the production of recombinant proteins in E. coli, various expression vectors with strong inducible promoters have been developed and used for the production of foreign proteins. However, when Escherichia coli is used as a host cell, the protein to be produced is often degraded by proteolytic enzymes in Escherichia coli, resulting in a low yield. In particular, this tendency is known to be severe in the expression of small-sized polypeptides with a molecular weight of 10 kDa or less have. In addition, in general, E. coli forms an insoluble aggregate (inclusion body) when overexpressing a recombinant protein because protein transcription and translation occur almost simultaneously, and in the case of a polypeptide expressed as an aggregate, it is folded. (folding) Intermolecular disulfide bond (intermolecular disulfide bond) or hydrophobic interaction (hydrophobic interaction) to other protein impurities of the host cell (chaperon (chaperon), ribosome (ribosome), initial factor, etc.) Due to non-selective binding, there is a disadvantage that the purity in the aggregate of the target polypeptide is lowered. In addition, in order to make the expressed protein into an active form, it must be dissolved with a denatured substance such as guanidine-hydrochloride or urea, and then diluted with a refolding process. There is a problem that the production yield decreases, such as not folding (Marston FA et al., Biochem J 240(1):1-12, 1986).

대장균 내에서 활성형의 재조합 단백질을 고수율로 얻기 위해 대장균의 단백질 발현 속도를 늦추어 목적 단백질의 수용도를 높여주는 저온 발현방법(Hammarstrom et al., Protein Sci. 11:313-321, 2002), mRNA의 친화력을 높힐 수 있는 진보된 형태의 프로모터를 사용하거나 유도(induction) 조건의 최적화하는 방법 (Qing et al., Nat Biotechnol. 22:877-882, 2004) 및 분자 샤페론 또는 단백질 접힘 조절자와 목적 단백질을 동시 발현시키는 방법(de Marco & De Marco, J Biotechnol. 109:45-52, 2004) 등이 시도되고 있지만, 목적 단백질의 아미노 말단에 융합파트너를 융합시켜서 발현시키는 방법이 가장 일반적으로 사용되고 있다. 융합파트너를 융합시켜 발현할 경우 목적 단백질을 수용성으로 유도할 수 있는 장점이 있으며, 또한 엔테로카이네이즈(enterokinase)와 같은 효소를 이용하여 융합파트너를 제거함으로써 아미노 말단의 메티오닌 문제를 해결할 수 있다.A low-temperature expression method that increases the acceptability of the target protein by slowing the protein expression rate of E. coli in order to obtain a high yield of the active recombinant protein in E. coli (Hammarstrom et al., Protein Sci. 11:313-321, 2002), Using an advanced form of promoter capable of enhancing the affinity of mRNA or optimizing induction conditions (Qing et al., Nat Biotechnol. 22:877-882, 2004) and molecular chaperones or protein folding regulators A method of simultaneously expressing a target protein (de Marco & De Marco, J Biotechnol. 109:45-52, 2004) has been attempted, but the method of expressing by fusing a fusion partner to the amino terminus of the target protein is most commonly used. have. When the fusion partner is fused and expressed, it has the advantage of inducing the target protein to be water-soluble, and by removing the fusion partner using an enzyme such as enterokinase, the amino-terminal methionine problem can be solved.

실제로 대장균 내에서 외래단백질의 수용성 높은 발현을 유도하는 여러 융합파트너가 지난 수년 동안 연구되고 보고되어왔다 (Esposito & Chatterjee, Curr Opin Biotechnol. 17:353-358 2006; Kapust & Waugh, Protein Sci. 8:1668-1674, 1999; Sachdev & Chirgwin, Biochem. Biophys. Res. Commun. 244:933-937, 1998). 가장 많이 연구된 대표적인 융합파트너로는 말토오즈 결합 단백질 (Maltose binding protein; MBP), 글루타치온-S-전이효소(Glutathione-S-transferase; GST), 티오레독신 (Thioredoxin; Trx), NusA 등이 있다. 말토오스 결합 단백질의 경우 이량체 형성에 관여하는 부분에 소수성을 띠는 아미노산이 모여 만들어진 넓은 소수성 틈새가 새로 합성되는 단백질의 소수성 부위를 효과적으로 감춰주어 목적단백질이 불용성 응집체가 되는 것을 방지해 주며, 티오레독신은 목적단백질의 다이설파이드 결합을 도와주고, NusA의 경우 대장균에서 과량으로 발현되었을 때 활성형으로 접히는 능력이 매우 뛰어나므로 뒤따라 발현되는 목적단백질의 올바른 접힘을 유도한다고 알려져 있다(Bach H et al., J Mol Biol 312:79-93, 2001; Edward RL et al.,Nat Biotechnol 11:187-193, 1993; Davis GD et al., Biotechnol Bioeng 65:382-388, 1999).In fact, several fusion partners that induce water-soluble expression of foreign proteins in E. coli have been studied and reported over the past several years (Esposito & Chatterjee, Curr Opin Biotechnol. 17:353-358 2006; Kapust & Waugh, Protein Sci. 8: 1668-1674, 1999; Sachdev & Chirgwin, Biochem. Biophys. Res. Commun. 244:933-937, 1998). Representative fusion partners that have been studied the most include maltose binding protein (MBP), glutathione-S-transferase (GST), thioredoxin (Trx), and NusA. . In the case of maltose-binding protein, a wide hydrophobic gap made by gathering hydrophobic amino acids in the part involved in dimer formation effectively hides the hydrophobic part of the newly synthesized protein, preventing the target protein from becoming insoluble aggregates. It is known that singleness helps disulfide binding of the target protein, and in the case of NusA, when it is expressed in excess in E. coli, the ability to fold into an active form is very good, so it is known that it induces the correct folding of the target protein that is subsequently expressed (Bach H et al. , J Mol Biol 312:79-93, 2001; Edward RL et al., Nat Biotechnol 11:187-193, 1993; Davis GD et al., Biotechnol Bioen g 65:382-388, 1999).

이러한 융합파트너는 친화 크로마토그래피(affinity chromatography) 방법을 이용하여 융합발현 된 목적단백질을 쉽게 정제할 수 있다는 장점이 있으며, 각기 다른 분자생물학적 특성을 이용하여 목적단백질의 접힘을 돕는다고 알려져 있다. 하지만 이러한 융합파트너들은 목적단백질에 비해 상대적으로 크기가 크기 때문에 융합 부분의 크기에 따라 목적단백질의 수율이 현저히 떨어진다는 단점과 의료목적 또는 산업적으로 유용한 단백질들에 모두 범용적으로 작용하지 않는다는 단점이 있다. 또한, 이합체(dimer)를 형성하여 목적 단백질 또한 이합체(dimer)형태로 생산되는 경우도 있을뿐 아니라, 목적단백질을 수용성으로 발현을 유도하더라도 고유한 기능을 수행하는 활성형으로 발현을 유도하는 데는 실패하는 경우가 많고, 적합한 용도로 이용되기 위하여 융합파트너의 제거 과정이 추가되어야 하는 공정상의 불합리성을 지닌다는 문제점이 있다. 또한, 상업적으로나 의약적으로 매우 중요한 단백질은 분비 단백질(secretory protein) 및 막 단백질(membrane protein)들로서 대장균 내에서 발현 시 불용성 응집체를 만드는 난발현성 단백질(difficult-to-express proteins)이여서 개발이 지연되고 있다. 이를 극복하기 위해서는 다양한 장점을 지니고 있는 대장균 시스템을 활용하여 난발현 단백질의 발현효율을 증대시키기 위한 발현시스템을 개발하여, 이에 관한 원천 기반기술을 확보하는 것이 중요하다. Such a fusion partner has the advantage of being able to easily purify a target protein expressed by fusion using an affinity chromatography method, and is known to help folding of a target protein using different molecular biological properties. However, since these fusion partners are relatively larger than the target protein, the yield of the target protein is significantly lowered depending on the size of the fusion portion, and there are disadvantages that they do not work universally for both medical or industrially useful proteins. . In addition, there are cases where the target protein is also produced in the form of a dimer by forming a dimer, and even if the target protein is induce water-soluble expression, it fails to induce the expression into an active form that performs its own function. In many cases, there is a problem in that there is a process irrationality in which the removal process of the fusion partner must be added in order to be used for a suitable purpose. In addition, proteins that are very important commercially and medically are secretory proteins and membrane proteins, which are difficult-to-express proteins that make insoluble aggregates when expressed in Escherichia coli. have. In order to overcome this, it is important to develop an expression system to increase the expression efficiency of an unexpressed protein by utilizing the E. coli system, which has various advantages, and to secure the original base technology for this.

이에, 본 발명자들은 항암 효능이 있는 난발현 박테리아 효소의 활성형 발현 시스템을 구축하고자 예의 노력한 결과, Mdh 또는 Tsf를 융합파트너로 이용하여 아르기닌 탈이민효소 (ADI: arginine deiminase)와 융합 발현시킬 경우, 아르기닌 탈이민효소의 수용성 및 활성형 발현이 현저히 향상되는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have made diligent efforts to construct an active expression system of a non-expressing bacterial enzyme having anticancer efficacy, and as a result of fusion expression with arginine deiminase (ADI) using Mdh or Tsf as a fusion partner, It was confirmed that the water-soluble and active expression of the arginine deimase enzyme was remarkably improved, and the present invention was completed.

본 발명의 목적은 Mdh 또는 Tsf 유전자를 융합파트너로 이용하여 아르기닌 탈이민효소 (ADI; arginine deiminase)의 수용성 및 접힘을 향상시킬 수 있는, 재조합 단백질 생산용 발현벡터 또는 유전자 구조체(gene construct)를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide an expression vector or gene construct for the production of a recombinant protein capable of improving the solubility and folding of arginine deiminase (ADI) by using the Mdh or Tsf gene as a fusion partner. There is it.

본 발명의 다른 목적은 상기 발현벡터 또는 유전자 구조체(gene construct)가 도입되어 있는 재조합 미생물 및 이를 이용한 재조합 단백질의 제조방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a recombinant microorganism into which the expression vector or gene construct is introduced, and a method for producing a recombinant protein using the same.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법에 의해 제조된 Mdh 또는 Tsf와 아르기닌 탈이민효소(ADI)가 융합된 재조합 단백질을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a recombinant protein in which Mdh or Tsf prepared by the above method and arginine deiminase (ADI) are fused.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 ADI 단백질을 코딩하는 유전자와 서열번호 11로 표시되는 Mdh 유전자 또는 서열번호 12로 표시되는 Tsf 유전자가 연결되어 있는 유전자 구조체(gene construct)를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a gene construct in which the gene encoding the ADI protein and the Mdh gene represented by SEQ ID NO: 11 or the Tsf gene represented by SEQ ID NO: 12 are linked.

본 발명은 또한, ADI 유전자와 융합파트너로 서열번호 11로 표시되는 Mdh 유전자 또는 서열번호 12로 표시되는 Tsf 유전자를 포함하는 재조합 ADI 생산용 발현벡터를 제공한다.The present invention also provides an expression vector for production of recombinant ADI comprising the Mdh gene represented by SEQ ID NO: 11 or the Tsf gene represented by SEQ ID NO: 12 as an ADI gene and a fusion partner.

본 발명은 또한, 상기 유전자 구조체(gene construct) 또는 상기 발현벡터가 도입되어 있는 재조합 미생물을 제공한다.The present invention also provides a recombinant microorganism into which the gene construct or the expression vector has been introduced.

본 발명은 또한, 상기 재조합 미생물을 배양하여 재조합 ADI 단백질의 발현을 유도한 다음, 이를 회수하는 단계를 포함하는 재조합 단백질의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing a recombinant protein comprising the step of culturing the recombinant microorganism to induce expression of the recombinant ADI protein, and then recovering the recombinant ADI protein.

본 발명은 또한, 상기 방법에 의해 제조되고, Mdh 또는 Tsf와 ADI가 융합된 재조합 단백질을 제공한다.The present invention also provides a recombinant protein prepared by the above method and in which Mdh or Tsf and ADI are fused.

본 발명에 따른 Mdh 또는 Tsf를 융합파트너로 이용한 아르기닌 탈이민효소 (ADI)의 제조방법은 난발현 ADI의 수용성 및 발현율을 향상시켜 본연의 항암 효소 활성을 유지할 수 있어, 이를 이용한 항암 치료제 개발 및 생산에 유용하다.The manufacturing method of arginine deiminease (ADI) using Mdh or Tsf according to the present invention as a fusion partner can improve the water solubility and expression rate of poorly expressed ADI to maintain the natural anticancer enzyme activity, and develop and produce anticancer therapeutic agents using the same. Useful for

도 1은 ADI 유전자만을 단독 포함하는 발현벡터(A) 및 융합파트너 (Mdh, Tsf 및 GST) 유전자와 ADI 유전자 사이에 엔테로키나제 인식부위를 코딩하는 폴리뉴클레오티드가 연결된 융합 발현벡터(B)의 도식도이다.
도 2는 ADI 단독발현 및 융합파트너 (Mdh, Tsf 및 GST)와 ADI 융합발현 결과를 SDS-PAGE로 나타낸 것이다.
도 3은 ADI 단독발현 및 융합파트너 (Mdh, Tsf 및 GST)와 ADI 융합발현의 발현 수준 및 수용성 발현량을 비교한 결과이다.
도 4는 융합파트너 (Mdh 및 Tsf)가 제거된 활성형 ADI의 SDS-PAGE 분석 결과이다.
도 5는 융합파트너 (Mdh 및 Tsf)가 제거된 활성형 ADI의 활성도를 나타낸 결과이다.
1 is a schematic diagram of a fusion expression vector (B) in which a polynucleotide encoding an enterokinase recognition site is linked between an expression vector containing only an ADI gene (A) and a fusion partner (Mdh, Tsf, and GST) gene and an ADI gene. to be.
Figure 2 shows the results of ADI expression alone and fusion partners (Mdh, Tsf and GST) and ADI fusion expression by SDS-PAGE.
3 is a result of comparing the expression level and water-soluble expression level of ADI expression alone and fusion partners (Mdh, Tsf and GST) and ADI fusion expression.
Figure 4 is a result of SDS-PAGE analysis of active ADI from which fusion partners (Mdh and Tsf) have been removed.
5 is a result showing the activity of the active ADI from which the fusion partners (Mdh and Tsf) have been removed.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by an expert skilled in the art to which the present invention belongs. In general, the nomenclature used in this specification is well known and commonly used in the art.

대장균에서 목적 단백질은 불용성 응집체로 발현되는 경우가 많다. 즉, 대장균 발현시스템 내에서는 전사와 전이가 거의 동시에 일어나며, 재조합 단백질의 과다 발현 시, 목적 단백질 또는 대장균 숙주세포 내 다른 단백질들의 접힘(folding) 중간체들 사이의 비특이적인 결합에 의해 인접한 하이드로포빅(hydrophobic) 폴리펩타이드 체인들은 응집체(inclusion body)로 알려진 불용성 응집체를 형성한다고 알려져 있다. 단백질의 접힘을 저해하는 조건에서도 활성이 유지되며 발현량이 우수한 단백질은 단백질의 잘못된 접힘(misfolding)을 극복하기 위한 대장균의 생체 메커니즘에 관여할 수 있고, 단백질 구조가 안정적이며 자체 접힘 능력이 뛰어나므로 융합파트너로서 효과적으로 이용될 수 있다. 대장균 융합발현파트너 중에서 가장 효율성이 높다고 알려진 융합발현파트너는 말토오즈 결합 단백질(Maltose binding protein, 'MBP'; Bedouelle and Duplay, Eur J Biochem, 1998) 이다. 하지만 상당수의 단백질에 대해서 효과적이라고 알려진 MBP도 많은 단백질에 대해서 수용성 발현 개선 효과를 보이지 못하고 있다 (Hammarstrom et al., J Struct Funct Genomics, 2006).In E. coli, the protein of interest is often expressed as an insoluble aggregate. In other words, transcription and transfer occur almost simultaneously in the E. coli expression system, and when the recombinant protein is overexpressed, the adjacent hydrophobic (hydrophobic) is caused by non-specific binding between the target protein or the folding intermediates of other proteins in the E. coli host cell. ) Polypeptide chains are known to form insoluble aggregates known as inclusion bodies. The activity is maintained even under conditions that inhibit the folding of the protein, and the protein with excellent expression level can be involved in the biomechanism of E. coli to overcome the misfolding of the protein, and because the protein structure is stable and has excellent self-folding ability, it is fused. Can be used effectively as a partner. Among the E. coli fusion and expression partners, the fusion expression partner known to have the highest efficiency is Maltose binding protein ('MBP'; Bedouelle and Duplay, Eur J Biochem , 1998). However, MBP, which is known to be effective against a large number of proteins, does not show an effect of improving water-soluble expression against many proteins (Hammarstrom et al., J Struct Funct Genomics, 2006).

본 발명에서는 말산탈수소효소 (Mdh; Malate dehydrogenase) 또는 Tsf (Enlongation factor Ts) 유전자를 융합파트너로 이용하여 아르기닌 탈이민효소 (ADI; arginine deiminase)의 활성형을 생산함으로써, 불용성 응집체를 변성제나 활성제를 사용하지 않고 효소 본연의 활성 및 구조를 유지할 수 있는 고부가가치 의료용 단백질 제조방법을 제공하였다.In the present invention, by using a malate dehydrogenase (Mdh; Malate dehydrogenase) or Tsf (Enlongation factor Ts) gene as a fusion partner to produce an active form of arginine deiminase (ADI), insoluble aggregates can be converted to denaturants or activators. A method for producing a high value-added medical protein capable of maintaining the original activity and structure of an enzyme without using it has been provided.

따라서, 본 발명은 일 관점에서, ADI 단백질을 코딩하는 유전자와 서열번호 11로 표시되는 Mdh 유전자 또는 서열번호 12로 표시되는 Tsf 유전자가 연결되어 있는 유전자 구조체(gene construct)에 관한 것이다.Accordingly, in one aspect, the present invention relates to a gene construct in which the gene encoding the ADI protein and the Mdh gene represented by SEQ ID NO: 11 or the Tsf gene represented by SEQ ID NO: 12 are linked.

본 발명에 있어서, 상기 ADI 유전자와 상기 Mdh 유전자 또는 상기 Tsf 유전자 사이에 단백질 절단 효소 인식부위를 코딩하는 폴리뉴클레오티드가 연결되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, a polynucleotide encoding a protein cleavage enzyme recognition site may be linked between the ADI gene and the Mdh gene or the Tsf gene.

또한, 상기 ADI 유전자와 상기 Mdh 유전자 또는 Tsf 유전자는 분리정제용 태그를 코딩하는 폴리뉴클레오티드와 작동 가능하도록 연결되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the ADI gene and the Mdh gene or the Tsf gene may be operably linked with a polynucleotide encoding a tag for isolation and purification.

본 발명은 다른 관점에서, ADI 유전자와 융합파트너로 서열번호 11로 표시되는 Mdh 유전자 또는 서열번호 12로 표시되는 Tsf 유전자를 포함하는 재조합 ADI 생산용 발현벡터에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to an expression vector for the production of recombinant ADI comprising the Mdh gene represented by SEQ ID NO: 11 or the Tsf gene represented by SEQ ID NO: 12 as an ADI gene and a fusion partner.

본 발명에 있어서, 상기 ADI 유전자와 융합파트너로 Mdh 유전자 또는 Tsf 유전자 사이에 단백질 절단 효소 인식부위를 코딩하는 폴리뉴클레오티드가 연결되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, a polynucleotide encoding a protein cleavage enzyme recognition site may be linked between the ADI gene and the Mdh gene or the Tsf gene as a fusion partner.

또한, 상기 ADI 유전자와 상기 Mdh 유전자 또는 상기 Tsf 유전자는 분리정제용 태그를 코딩하는 폴리뉴클레오티드와 작동 가능하도록 연결되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the ADI gene and the Mdh gene or the Tsf gene may be operably linked with a polynucleotide encoding a tag for separation and purification.

본 발명에 있어서, 상기 ADI 유전자는 서열번호 13으로 표시되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the ADI gene may be characterized in that it is represented by SEQ ID NO: 13.

본 발명의 발현벡터는 상기 융합파트너 Mdh 또는 Tsf 유전자와 목적 단백질 ADI 유전자를 일련의 순서로 포함함으로써 상기 융합파트너 Mdh 또는 Tsf와 ADI를 재조합 단백질로 발현할 수 있다. The expression vector of the present invention may express the fusion partner Mdh or Tsf and ADI as a recombinant protein by including the fusion partner Mdh or Tsf gene and the target protein ADI gene in a series of sequence.

본원에서, "벡터(vector)"는 적합한 숙주 내에서 DNA를 발현시킬 수 있는 적합한 조절 서열에 작동가능하게 연결된 DNA 서열을 함유하는 DNA 제조물을 의미한다. 벡터는 플라스미드, 파지 입자 또는 간단하게 잠재적 게놈 삽입물일 수 있다. 적당한 숙주로 형질전환되면, 벡터는 숙주 게놈과 무관하게 복제하고 기능할 수 있거나, 또는 일부 경우에 게놈 그 자체에 통합될 수 있다. 플라스미드가 현재 벡터의 가장 통상적으로 사용되는 형태이므로, 본 발명의 명세서에서 "플라스미드(plasmid)" 및 "벡터(vector)"는 때로 상호 교환적으로 사용된다. 본 발명의 목적상, 플라스미드 벡터를 이용하는 게 바람직하다. 이러한 목적에 사용될 수 있는 전형적인 플라스미드 벡터는 (a) 숙주세포당 수 개에서 수백 개의 플라스미드 벡터를 포함하도록 복제가 효율적으로 이루어지도록 하는 복제 개시점, (b) 플라스미드 벡터로 형질전환된 숙주세포가 선발될 수 있도록 하는 항생제 내성 유전자 및 (c) 외래 DNA 절편이 삽입될 수 있는 제한효소 절단부위를 포함하는 구조를 지니고 있다. 적절한 제한효소 절단 부위가 존재하지 않을지라도, 통상의 방법에 따른 합성 올리고뉴클레오타이드 어댑터(oligonucleotide adaptor) 또는 링커(linker)를 사용하면 벡터와 외래 DNA를 용이하게 라이게이션(ligation)할 수 있다. 라이게이션 후에, 벡터는 적절한 숙주세포로 형질전환되어야 한다. 형질전환은 칼슘 클로라이드 방법 또는 전기천공법(electroporation) (Neumann, et al., EMBO J., 1:841, 1982) 등을 사용해서 용이하게 달성될 수 있다.As used herein, "vector" refers to a DNA preparation containing a DNA sequence operably linked to a suitable regulatory sequence capable of expressing the DNA in a suitable host. Vectors can be plasmids, phage particles or simply potential genomic inserts. Once transformed into a suitable host, the vector can replicate and function independently of the host genome, or in some cases can be integrated into the genome itself. Since plasmids are currently the most commonly used form of vectors, "plasmid" and "vector" are sometimes used interchangeably in the specification of the present invention. For the purposes of the present invention, it is preferred to use a plasmid vector. Typical plasmid vectors that can be used for this purpose include (a) a replication starting point that enables efficient replication to contain several to hundreds of plasmid vectors per host cell, and (b) host cells transformed with plasmid vectors are selected. It has a structure that includes an antibiotic resistance gene and (c) a restriction enzyme cleavage site into which a foreign DNA fragment can be inserted. Even if an appropriate restriction enzyme cleavage site does not exist, the vector and foreign DNA can be easily ligated by using a synthetic oligonucleotide adapter or linker according to a conventional method. After ligation, the vector must be transformed into an appropriate host cell. Transformation can be easily achieved using the calcium chloride method or electroporation (Neumann, et al., EMBO J., 1:841, 1982) or the like.

본 발명에 따른 유전자의 과발현을 위하여 사용되는 벡터는 당업계에 공지된 발현벡터가 사용될 수 있다. 본 발명의 방법에서 사용될 수 있는 뼈대 벡터는 특별히 이에 제한되는 것은 아니나, pT7, pET/Rb, pGEX, pET28a, pET-22b(+) 및 pGEX로 이루어진 군으로부터 선택되는 대장균에 형질전환 가능한 다양한 벡터를 사용할 수 있다.As the vector used for overexpression of the gene according to the present invention, an expression vector known in the art may be used. The skeleton vector that can be used in the method of the present invention is not particularly limited thereto, but various vectors capable of transforming E. coli selected from the group consisting of pT7, pET/Rb, pGEX, pET28a, pET-22b(+) and pGEX are used. Can be used.

염기서열은 다른 핵산 서열과 기능적 관계로 배치될 때 "작동가능하게 연결(operably linked)" 된다. 이것은 적절한 분자(예를 들면, 전사 활성화 단백질)가 조절 서열(들)에 결합될 때 유전자 발현을 가능하게 하는 방식으로 연결된 유전자 및 조절 서열(들)일 수 있다. 예를 들면, 전서열(pre-sequence) 또는 분비 리더 (leader)에 대한 DNA는 폴리펩타이드의 분비에 참여하는 전단백질로서 발현되는 경우 폴리펩타이드에 대한 DNA에 작동가능하게 연결되고 프로모터 또는 인핸서는 서열의 전사에 영향을 끼치는 경우 코딩서열에 작동가능하게 연결되거나 또는 리보좀 결합 부위는 서열의 전사에 영향을 끼치는 경우 코딩 서열에 작동가능하게 연결되거나 또는 리보좀 결합 부위는 번역을 용이하게 하도록 배치되는 경우 코딩 서열에 작동가능하게 연결된다. 일반적으로, "작동가능하게 연결된"은 연결된 DNA 서열이 접촉하고, 또한 분비 리더의 경우 접촉하고 리딩 프레임 내에 존재하는 것을 의미한다. 그러나, 인핸서(enhancer)는 접촉할 필요가 없다. 이들 서열의 연결은 편리한 제한 효소 부위에서 라이게이션(연결)에 의해 수행된다. 그러한 부위가 존재하지 않는 경우, 통상의 방법에 따른 합성 올리고뉴클레오티드 어댑터(oligonucleotide adaptor) 또는 링커(linker)를 사용한다.A base sequence is "operably linked" when it is placed in a functional relationship with another nucleic acid sequence. This may be a gene and regulatory sequence(s) linked in a manner that allows gene expression when an appropriate molecule (eg, a transcriptional activating protein) is bound to the regulatory sequence(s). For example, DNA for a pre-sequence or secretory leader is operably linked to the DNA for the polypeptide when expressed as a shear protein that participates in the secretion of the polypeptide, and a promoter or enhancer is a sequence If it affects the transcription of the coding sequence, or if the ribosome binding site is operably linked to the coding sequence if it affects the transcription of the sequence, or if the ribosome binding site is arranged to facilitate translation coding Operably linked to the sequence. In general, "operably linked" means that the DNA sequence to which it is linked is in contact, and in the case of a secretory leader, is contacted and is in the reading frame. However, the enhancer does not need to be in contact. The ligation of these sequences is carried out by ligation (linkage) at a convenient restriction enzyme site. If such a site does not exist, a synthetic oligonucleotide adapter or linker according to a conventional method is used.

당업계에 주지된 바와 같이, 숙주세포에서 형질전환 유전자의 발현 수준을 높이기 위해서는, 해당 유전자가 선택된 발현 숙주 내에서 기능을 발휘하는 전사 및 해독 발현 조절 서열에 작동가능하도록 연결되어야만 한다. 바람직하게는 발현 조절서열 및 해당 유전자는 세균 선택 마커 및 복제 개시점(replication origin)을 같이 포함하고 있는 하나의 재조합벡터 내에 포함되게 된다. 숙주세포가 진핵세포인 경우에는, 재조합벡터는 진핵 발현 숙주 내에서 유용한 발현 마커를 더 포함하여야만 한다.As is well known in the art, in order to increase the level of expression of a transgene in a host cell, the gene must be operably linked to transcriptional and translational expression control sequences that exert a function in the selected expression host. Preferably, the expression control sequence and the corresponding gene are included in a single recombinant vector including a bacterial selection marker and a replication origin. If the host cell is a eukaryotic cell, the recombinant vector must further contain an expression marker useful in the eukaryotic expression host.

상술한 재조합 벡터에 의해 형질전환된 숙주 세포는 본 발명의 또 다른 측면을 구성한다. 본원 명세서에 사용된 용어 "형질전환"은 DNA를 숙주로 도입하여 DNA가 염색체 외 인자로서 또는 염색체 통합완성에 의해 복제 가능하게 되는 것을 의미한다.Host cells transformed with the above-described recombinant vector constitute another aspect of the present invention. As used herein, the term "transformation" means that DNA is introduced into a host so that the DNA becomes replicable either as an extrachromosomal factor or by chromosomal integrity.

물론 모든 벡터가 본 발명의 DNA 서열을 발현하는데 모두 동등하게 기능을 발휘하지는 않는다는 것을 이해하여야만 한다. 마찬가지로 모든 숙주가 동일한 발현 시스템에 대해 동일하게 기능을 발휘하지는 않는다. 그러나, 당업자라면 과도한 실험적 부담 없이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 채로 여러 벡터, 발현 조절 서열 및 숙주 중에서 적절한 선택을 할 수 있다. 예를 들어, 벡터를 선택함에 있어서는 숙주를 고려하여야 하는데, 이는 벡터가 그 안에서 복제되어야만 하기 때문이다. 벡터의 복제 수, 복제 수를 조절할 수 있는 능력 및 당해 벡터에 의해 코딩되는 다른 단백질, 예를 들어 항생제 마커의 발현도 또한 고려되어야만 한다.Of course, it should be understood that not all vectors function equally in expressing the DNA sequence of the present invention. Likewise, not all hosts function equally for the same expression system. However, those skilled in the art can make an appropriate selection among various vectors, expression control sequences, and hosts without departing from the scope of the present invention without undue experimental burden. For example, when choosing a vector, you must consider the host, because the vector must be replicated in it. The number of copies of the vector, the ability to control the number of copies, and the expression of other proteins encoded by the vector, such as antibiotic markers, should also be considered.

따라서, 본 발명은 또 다른 관점에서, 상기 ADI 단백질을 코딩하는 유전자와 서열번호 11로 표시되는 Mdh 유전자 또는 서열번호 12로 표시되는 Tsf 유전자가 연결되어 있는 유전자 구조체(gene construct) 또는 상기 ADI 유전자와 융합파트너로 서열번호 11로 표시되는 Mdh 유전자 또는 서열번호 12로 표시되는 Tsf 유전자를 포함하는 재조합 ADI 생산용 발현벡터가 도입되어 있는 재조합 미생물에 관한 것이다. Therefore, in another aspect, the present invention is a gene construct in which the gene encoding the ADI protein and the Mdh gene represented by SEQ ID NO: 11 or the Tsf gene represented by SEQ ID NO: 12 are linked or the ADI gene and It relates to a recombinant microorganism into which an expression vector for the production of recombinant ADI including the Mdh gene represented by SEQ ID NO: 11 or the Tsf gene represented by SEQ ID NO: 12 is introduced as a fusion partner.

본 발명에 있어서, 상기 유전자 구조체(gene construct)는 숙주세포의 염색체 내에 삽입되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the gene construct may be inserted into a chromosome of a host cell.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 있어 상기 유전자를 숙주세포의 게놈 염색체에 삽입하여서도 상기와 같이 재조합 벡터를 숙주세포에 도입한 경우와 동일한 효과를 가질 것은 자명하다 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains that even when the gene is inserted into the genomic chromosome of a host cell, it will have the same effect as when the recombinant vector is introduced into a host cell as described above.

본 발명에서 상기 유전자를 숙주세포의 염색체상에 삽입하는 방법으로는 통상적으로 알려진 유전자조작 방법을 사용할 수 있으며, 일 예로는 레트로바이러스 벡터, 아데노바이러스 벡터, 아데노-연관 바이러스 벡터, 헤르페스 심플렉스 바이러스 벡터, 폭스바이러스 벡터, 렌티바이러스 벡터 또는 비바이러스성 벡터를 이용하는 방법을 들 수 있다.In the present invention, as a method of inserting the gene onto the chromosome of a host cell, a conventionally known gene manipulation method can be used, for example, a retroviral vector, adenovirus vector, adeno-associated virus vector, herpes simplex virus vector , A method of using a poxvirus vector, a lentiviral vector, or a non-viral vector.

본 발명은 또 다른 관점에서, 상기 ADI 단백질을 코딩하는 유전자와 서열번호 11로 표시되는 Mdh 유전자 또는 서열번호 12로 표시되는 Tsf 유전자가 연결되어 있는 유전자 구조체(gene construct) 또는 상기 ADI 유전자와 융합파트너로 서열번호 11로 표시되는 Mdh 유전자 또는 서열번호 12로 표시되는 Tsf 유전자를 포함하는 재조합 ADI 생산용 발현벡터가 도입되어 있는 재조합 미생물을 배양하여 재조합 단백질의 발현을 유도한 다음, 이를 회수하는 단계를 포함하는 재조합 ADI 단백질의 제조방법에 관한 것이다. In another aspect, the present invention is a gene construct in which the gene encoding the ADI protein and the Mdh gene represented by SEQ ID NO: 11 or the Tsf gene represented by SEQ ID NO: 12 are linked, or the ADI gene and the fusion partner Induce expression of the recombinant protein by culturing a recombinant microorganism into which the expression vector for producing recombinant ADI including the Mdh gene represented by SEQ ID NO: 11 or the Tsf gene represented by SEQ ID NO: 12 has been introduced, and then recovering it. It relates to a method for producing a recombinant ADI protein comprising.

본 발명에 있어서, 상기 재조합 단백질로부터 Mdh 또는 Tsf를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, it may be characterized in that it further comprises the step of removing Mdh or Tsf from the recombinant protein.

융합파트너와 융합할 목적 단백질이 산업용 단백질일 경우, 융합파트너가 목적 단백질의 기능을 저하할 수도 있으며, 의학용 단백질일 경우는 항원항체 반응을 야기할 수 있으므로 융합파트너는 제거되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 단백질 절단효소 인식부위는 Xa 인자 인식부위, 엔테로키나제 인식부위, 제네나제(Genenase) I 인식 부위 또는 퓨린(Furin) 인식부위가 단독으로 사용되거나 어느 두 개 이상을 순차적으로 연결하여 사용할 수 있다.When the target protein to be fused with the fusion partner is an industrial protein, the fusion partner may reduce the function of the target protein, and in the case of a medical protein, it is preferable to remove the fusion partner because it may cause an antigen-antibody reaction. At this time, the protein cleavage enzyme recognition site may be used alone or by sequentially connecting any two or more of the Xa factor recognition site, enterokinase recognition site, Genenase I recognition site, or Furin recognition site. have.

또한, 재조합 단백질의 분리 정제가 용이하도록, 본 발명의 벡터의 융합파트너 또는 목적 단백질의 유전자에 분리정제용 태그를 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 작동 가능하도록 연결할 수 있다. 이때, 상기 분리정제용 태그는 GST, poly-Arg, FLAG, poly-His 및 c-myc 등이 단독으로 사용되거나 어느 두 개 이상을 순차적으로 연결하여 사용할 수 있다. 발명의 일 실시예에서, 본 발명의 벡터는 pT7 뼈대 벡터에 분리정제용 태그, 상기 융합파트너의 유전자 및 목적 단백질의 유전자를 일련의 순서로 포함함으로써 분리정제용 태그, 상기 융합파트너 및 목적 단백질을 포함하는 재조합 단백질을 발현할 수 있다.In addition, in order to facilitate separation and purification of the recombinant protein, a polynucleotide encoding a tag for separation and purification may be operably linked to the fusion partner of the vector of the present invention or the gene of the target protein. At this time, the tag for separation and purification may be used alone, such as GST, poly-Arg, FLAG, poly-His and c-myc, or may be used by connecting any two or more in sequence. In one embodiment of the invention, the vector of the present invention comprises a tag for separation and purification in a pT7 skeleton vector, a gene of the fusion partner, and a gene of the target protein in a series of order, thereby providing the tag for separation and purification, the fusion partner and the protein of interest. It is possible to express the containing recombinant protein.

상기 목적 단백질의 유전자는 제한효소 부위를 통해 클로닝 될 수 있고, 단백질 절단효소 인식부위를 코딩하는 폴리뉴클레오티드가 사용된 경우에는 상기 폴리뉴클레오티드와 틀이 맞도록(in frame) 연결되어, 목적 단백질 분비 후 단백질 절단효소로 절단하여, 원래 형태의 목적 단백질을 생산할 수 있도록 할 수 있다.The gene of the target protein can be cloned through a restriction enzyme site, and when a polynucleotide encoding a protein cleavage enzyme recognition site is used, it is linked in frame with the polynucleotide, and after secretion of the target protein By cutting with a protein cleavage enzyme, it can be made to produce the desired protein in its original form.

본원의 용어, "목적 단백질(target protein)" 또는 "외래 단백질(heterologous protein)"은 업자가 대량으로 생산하고자 하는 단백질로서, 재조합 발현벡터에 상기 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 삽입하여 형질전환체에서 발현이 가능한 모든 단백질을 의미한다. As used herein, the term "target protein" or "heterologous protein" is a protein that a manufacturer wants to produce in large quantities. In a transformant, a polynucleotide encoding the protein is inserted into a recombinant expression vector. It means any protein that can be expressed.

또한, 본 발명에서, "재조합 융합 단백질"이란, 목적단백질 ADI와 Mdh 또는 Tsf가 융합되어 있는 형태의 단백질을 의미한다. In addition, in the present invention, "recombinant fusion protein" refers to a protein in which the target protein ADI and Mdh or Tsf are fused.

본 발명은 또 다른 관점에서, 상기 방법으로 제조되고 Mdh 또는 Tsf와 ADI가 융합된 재조합 단백질에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a recombinant protein prepared by the above method and fused with Mdh or Tsf and ADI.

본 발명의 Mdh 또는 Tsf를 융합파트너로 사용하여 ADI 단백질을 생산하는 방법은 융합 발현된 ADI 고유의 3차 구조 및 본연의 효소 활성을 유지할 수 있으므로, 고부가가치 단백질 의약품 생산에 폭넓게 이용될 수 있는 특징이 있다.The method of producing an ADI protein using Mdh or Tsf of the present invention as a fusion partner can maintain the unique tertiary structure and intrinsic enzymatic activity of the fusion-expressed ADI, so it can be widely used in the production of high value-added protein drugs. There is this.

[실시예][Example]

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are for illustrative purposes only, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not construed as being limited by these examples.

실시예 1: 환경 스트레스에 의한 대장균 단백질체 변화 분석Example 1: Analysis of changes in E. coli protein body due to environmental stress

융합파트너가 가져야 할 조건으로는 높은 발현률, 효과적인 3차원 구조형성 등을 들 수 있다. 특히 효과적인 3차원 구조를 형성하기 위해서는 단백질의 구조적 안정성이 전제되어야 한다. 이에, 생산 균주의 발현 환경에 변화를 유도하고 발현량 및 그 기능성이 유지되는 단백질을 분석하였다.Conditions that fusion partners must have include high expression rates and effective three-dimensional structure formation. In order to form a particularly effective three-dimensional structure, structural stability of the protein must be premised. Accordingly, a change in the expression environment of the production strain was induced, and the expression level and the protein in which the function was maintained were analyzed.

1-1 : 단백질체 분석을 위한 수용성 단백질 준비1-1: Preparation of water-soluble protein for proteomic analysis

단백질체 분석을 위해 대장균 BL21(DE3) 균주를 선택하고, 하룻밤 동안 배양된 종균 배양액의 일부를 LB 배지에 접종한 다음 37℃, 130 rpm에서 배양하였다. 배양액의 OD600이 0.5에 도달했을 때, 단백질의 3차원 접힘을 저해하는 물질인 구아니딘 하이드로클로라이드(guanidine hydrochloride, 이하 'GdnHCl') 및 2-hydroxyethyl disulfide (이하 '2HEDS')를 최종 농도 0.1 mM 및 10 mM로 대장균 배양액에 첨가한 뒤 3시간 더 배양하였으며, 비교 대장균은 GdnHCl와 2HEDS의 첨가 없이 동일 시간 동안 배양하였다. 배양된 대장균 BL21(DE3) 배양액을 6000 rpm, 4℃ 에서 원심분리하여 균체 침천물을 회수하여 pH 8.0, 40 mM 트리스 버퍼 (Tris buffer)로 2회 세척하였다. 세척된 대장균 침전물을 500 ㎕의 파쇄 용액 (lysis buffer; 8 M 우레아(urea), 4% (w/v) 챕스(CHAPS), 40 mM 트리스(Tris), 단백질 분해효소 제한 혼합물(protease inhibitor cocktail))에 현탁한 후 초음파 파쇄기를 이용하여 파쇄하였다. 균체 파쇄 후 12,000 rpm, 4℃ 에서 60분간 원심분리 하여 균체 파쇄물을 제거한 뒤 상등액을 분리하였다.For proteomic analysis, the E. coli BL21 (DE3) strain was selected, and a portion of the seed culture medium cultured overnight was inoculated into LB medium, followed by incubation at 37° C. and 130 rpm. When the OD 600 of the culture medium reaches 0.5, guanidine hydrochloride (guanidine hydrochloride, hereinafter'GdnHCl') and 2-hydroxyethyl disulfide (hereinafter '2HEDS'), which are substances that inhibit the three-dimensional folding of the protein, were added to a final concentration of 0.1 mM and After the addition of 10 mM to the E. coli culture medium, the culture was further cultured for 3 hours, and the comparative E. coli was cultured for the same time without the addition of GdnHCl and 2HEDS. The cultured E. coli BL21 (DE3) culture was centrifuged at 6000 rpm and 4° C. to recover the bacterial precipitate and washed twice with pH 8.0 and 40 mM Tris buffer. 500 µl of the washed E. coli sediment was disrupted (lysis buffer; 8 M urea, 4% (w/v) CHAPS, 40 mM Tris, protease inhibitor cocktail) ), and then crushed using an ultrasonic crusher. After crushing the cells, centrifugation was performed at 12,000 rpm for 60 minutes at 4°C to remove the crushed cells, and then the supernatant was separated.

1-2 : 단백질체 분석을 위한 2차원 겔 전기영동 (2-dimensional gel electrophoresis)1-2: 2-dimensional gel electrophoresis for proteomic analysis

분리된 상등액의 단백질 농도는 바이오-라드 단백질 분석 키트 (Bio-Rad protein assay kit)를 이용하여 측정하였다. 30 mg의 수용성 단백질을 포함하고 있는 상등액을 분획하여 재수화 용액(rehydration solution; 2 M 싸이오우레아(thiourea), 8 M 우레아(urea), 4 % w/v 챕스(CHAPS), 1 % w/v DTT, 1 % w/v 이동성 양성전해질(carrier ampholyte), pH 4.7)에 현탁 하였다. 1차원 등전점 분리과정은 바이오-라드 단백질 IEF cell 전기영동장치 (Bio-Rad Protein IEF cell electrophoresis system)를 이용하였으며, 선형 pH4-7 범위의 IPG(immobilized pH gradient) 겔 스트립(17 cm, ReadyStrip)을 이용하여 재수화 용액에 포함되어 있는 단백질을 하룻밤 동안 재수화 하였다. 500 V에서 2시간, 1000 V에서 30분, 2000 V에서 30분, 4000 V에서 30분, 8000 V에서 70000 VHr 동안 진행하였다. 재수화된 IPG 겔 스트립은 1 % DTT를 포함하고 있는 평형화 용액 (epuilibration solution; 50 mM 트리스(Tris), pH 8.6, 6 M 우레아(urea), 30 % v/v 글리세롤(glycerol), 2 % SDS, 약간의 브로모페놀 블루(bromophenol blue)에서 15분간 반응시킨 뒤 2.5 % 아이오도아세트아마이드(iodoacetamide)가 포함된 평형화 용액에서 15분간 반응시켰다. 평형화된 겔 스트립은 12.5% 폴리아크릴아마이드 겔을 이용하여 2차원 전기영동 한 뒤, 은-염색(silver staining)을 통해서 단백질 스팟을 검출한다. 염색된 겔은 GS-710 밀도계(densitometer)를 이용하여 스캐닝 한 후 PDQuest 소프트웨어 버전 6.1을 이용하여 단백질 스팟을 확인하였다. 단백질 스팟의 부피를 측정하여 비교 대장균에서 분리한 단백질을 기준으로 GdnHCl과 2-HEDS가 첨가된 대장균 단백질의 발현량을 상대적으로 비교 분석한 뒤, 스팟 부피가 증가한 단백질을 동정하였다. The protein concentration of the separated supernatant was measured using a Bio-Rad protein assay kit. The supernatant containing 30 mg of water-soluble protein was fractionated and rehydration solution (2 M thiourea), 8 M urea (urea), 4% w/v Chaps (CHAPS), 1% w/ v DTT, 1% w/v mobile positive electrolyte (carrier ampholyte), pH 4.7). The one-dimensional isoelectric point separation process was performed using a Bio-Rad Protein IEF cell electrophoresis system, and an immobilized pH gradient (IPG) gel strip (17 cm, ReadyStrip) in the range of linear pH 4-7 was used. The protein contained in the rehydration solution was rehydrated overnight. 500 V for 2 hours, 1000 V for 30 minutes, 2000 V for 30 minutes, 4000 V for 30 minutes, and 8000 V for 70000 VHr. Rehydrated IPG gel strip is an equilibration solution containing 1% DTT (50 mM Tris, pH 8.6, 6 M urea), 30% v/v glycerol, 2% SDS. , After 15 minutes reaction in a little bromophenol blue (bromophenol blue) was reacted for 15 minutes in an equilibration solution containing 2.5% iodoacetamide (iodoacetamide) The equilibrated gel strip was made of 12.5% polyacrylamide gel. After two-dimensional electrophoresis, the protein spot is detected by silver staining The stained gel is scanned using a GS-710 densitometer and then the protein spot using PDQuest software version 6.1. After measuring the volume of the protein spot, relative to the protein isolated from the comparative E. coli, the expression level of the E. coli protein to which GdnHCl and 2-HEDS were added was compared and analyzed, and then a protein with an increased spot volume was identified.

실시예 2 : MALDI-TOF-MS 분석 및 단백질 동정Example 2: MALDI-TOF-MS analysis and protein identification

MALDI-TOF-MS 분석을 위해서 실시예 1에서 선정된 비교 대장균의 단백질 보다 증가한 단백질을 은-염색된 겔로부터 추출하였다. 추출 된 단백질 스팟을 25 nM 암모늄 바이카보네이트(ammonium bicarbonate, pH 8.0) 용액에서 트립신(trypsin, 10.15 mg/ml) 분해 과정을 37℃ 에서 하룻밤 동안 진행하였다. 분해된 펩타이드는 5 % v/v TFA, 50 % v/v ACN 용액을 이용하여 추출하였으며, 이 과정을 세 번 반복한 뒤 진공 원심분리기를 이용하여 건조시켰다. 건조된 펩타이드를 50 % ACN / 0.1 % TFA 용액에 용해시킨 뒤 MALDI-TOF-MS 시스템 (MALDI-TOF-MS system (Voyager DE-STR instrument; Biosystems))을 이용하여 분석하였다. 분석된 펩타이드 질량 지문 (peptide mass fingerprints)은 Prospector 웹사이트의 MS-FIT (http://prospector.ucsf.edu/ucsfhtml4.0/msfit.htm)을 이용하여 수행하였으며, 단백질 동정을 위한 MS-FIT 데이터 베이스는 Swiss-Prot을 이용하였다. For the MALDI-TOF-MS analysis, a protein higher than that of the comparative E. coli selected in Example 1 was extracted from the silver-stained gel. The extracted protein spot was digested with trypsin (10.15 mg/ml) in 25 nM ammonium bicarbonate (pH 8.0) solution at 37°C overnight. The digested peptide was extracted using a 5% v/v TFA and 50% v/v ACN solution, and this process was repeated three times and then dried using a vacuum centrifuge. The dried peptide was dissolved in 50% ACN / 0.1% TFA solution and analyzed using the MALDI-TOF-MS system (Voyager DE-STR instrument; Biosystems). The analyzed peptide mass fingerprints were performed using MS-FIT (http://prospector.ucsf.edu/ucsfhtml4.0/msfit.htm) of the Prospector website, and MS-FIT for protein identification. Swiss-Prot was used as the database.

단백질 동정을 수행한 결과, GdnHCl 스트레스 조건에서 발현량이 각각 1.88배 및 3.08배 이상 증가하고 구조적 안정성을 유지하여, 스트레스 내성을 보이는 단백질은 Mdh 및 Tsf로 확인되었다 (표 1).As a result of performing protein identification, the expression levels were increased by 1.88 times and 3.08 times or more, respectively, and structural stability was maintained under GdnHCl stress conditions, and the proteins showing stress tolerance were identified as Mdh and Tsf (Table 1).

Mdh 및 Tsf 단백질 정보Mdh and Tsf Protein Information
유전자 이름

Gene name
유전자 접근 번호a Genetic accession number a
단백질 이름

Protein name
등전점(pI)/분자량(kDa)Isoelectric point (pI)/molecular weight (kDa)
서열 유사성(%)

Sequence similarity (%)
이론값b Theoretical value b 실험값c Experimental value c MdhMdh P61889P61889 Malate
dehydrogenase
Malate
dehydrogenase
5.61/32.345.61/32.34 5.63/33.125.63/33.12 18%18%
TsfTsf P0A6P1P0A6P1 Elongation
factor Ts
Elongation
factor Ts
5.22/30.295.22/30.29 5.15/31.625.15/31.62 47%47%

a. 유전자 접근 번호 : ExPASy Proteomics Server (http://www.expasy.org/)에서 유전자 정보를 검색하기 위한 식별번호a. Gene accession number: Identification number for searching gene information from ExPASy Proteomics Server (http://www.expasy.org/)

b. 이론값은 Compute pI/Mw tool (http://www.expasy.org/tools/pi_tool.html)을 이용하여 수집하였다.b. Theoretical values were collected using the Compute pI/Mw tool (http://www.expasy.org/tools/pi_tool.html).

c. 실험값은 이차원 전기영동 젤 이미지로부터 산출하였다.c. Experimental values were calculated from two-dimensional electrophoresis gel images.

실시예 3 : 아미노 말단에 Mdh 또는 Tsf를 융합파트너로 포함하는 발현 벡터의 제조Example 3: Preparation of an expression vector containing Mdh or Tsf at the amino terminal as a fusion partner

3-1: Mdh를 융합파트너로 포함하는 발현 벡터3-1: Expression vector containing Mdh as a fusion partner

실시예 1 내지 2의 방법으로 선정된 환경 스트레스 하에 수용성 발현량이 증가한 대장균 단백질 Mdh(Malate dehydrogenase)를 융합파트너로 포함하는 발현 벡터를 제조하였다.An expression vector containing the E. coli protein Mdh (Malate dehydrogenase) having an increased water-soluble expression level under environmental stress selected by the method of Examples 1 to 2 was prepared as a fusion partner.

Mdh 유전자를 암호화하는 뉴클레오티드를 획득하기 위해, Entrez Nucleotide 데이타베이스의 gi:49175990에서 3381352bp 내지 3382290bp의 서열정보(서열번호 11)를 이용하여 정지 코돈을 제외한 Mdh 유전자의 PCR 증폭을 위한 프라이머쌍을 제작하였다. 또한, 상기 프라이머쌍의 센스 프라이머(서열번호 1: cat atg aaa gtc gca gtc ctc ggc)에는 NdeI 제한효소 인식서열을, 안티센스 프라이머(서열번호 2: ctc gag ctt att aac gaa ctc ttg)에는 XhoI 제한효소 인식서열을 포함하도록 제작하였다. PCR은 DNA 중합효소반응용 완충용액(0.25 mM dNTPs; 50 mM KCl; 10 mM (NH4)2SO4; 20 mM Tris-HCl(pH8.8); 2 mM MgSO4; 0.1% Triton X-100)에 대장균으로부터 분리한 염색체를 주형 DNA로 100 ng, 서열번호 1 내지 2로 표시되는 프라이머쌍을 각각 50 pmol을 넣은 다음 Taq DNA 중합효소를 이용하여 수행하였다. 반응 조건은 95℃/30초(변성), 52℃/30초(어닐링), 72℃/60초(신장)로 총 30회 수행하였으며, 그 결과 증폭된 DNA절편의 5' 말단에 NdeI 제한효소 부위와 3' 말단에 XhoI 제한 효소 부위를 포함하는 PCR 산물을 수득하였다. 증폭된 PCR 산물을 제한효소 NdeIXhoI으로 각각 처리하여 pT7-7(Novagen, USA)의 제한효소 NdeIXhoI자리에 삽입하였고 이를 pT7-Mdh라고 명명하였다.In order to obtain the nucleotide encoding the Mdh gene, a primer pair for PCR amplification of the Mdh gene excluding the stop codon was prepared using the sequence information (SEQ ID NO: 11) of 3381352bp to 3382290bp in gi:49175990 of the Entrez Nucleotide database. . In addition, the sense primer of the primer pair (SEQ ID NO: 1: cat atg aaa gtc gca gtc ctc ggc) has an NdeI restriction enzyme recognition sequence, and an antisense primer (SEQ ID NO: 2: ctc gag ctt att aac gaa ctc ttg) has an XhoI restriction enzyme. It was designed to include the recognition sequence. PCR is a DNA polymerase reaction buffer solution (0.25 mM dNTPs; 50 mM KCl; 10 mM (NH 4 ) 2 SO 4 ; 20 mM Tris-HCl (pH8.8); 2 mM MgSO 4 ; 0.1% Triton X-100) ) To 100 ng of the chromosome isolated from E. coli as a template DNA, and 50 pmol of each of the primer pairs represented by SEQ ID NOs: 1 to 2, and then Taq DNA polymerase was used. Reaction conditions were carried out a total of 30 times with 95 ℃ / 30 seconds (denaturation), 52 ℃ / 30 seconds (annealing), 72 ℃ / 60 seconds (elongation), and as a result NdeI restriction enzyme to the 5 'end of the amplified DNA fragments A PCR product containing an XhoI restriction enzyme site at the site and the 3′ end was obtained. The amplified PCR products were treated with restriction enzymes NdeI and XhoI , respectively, and inserted into the restriction enzymes NdeI and XhoI sites of pT7-7 (Novagen, USA), and were named pT7-Mdh.

3-2: Tsf를 융합파트너로 포함하는 발현 벡터3-2: Expression vector containing Tsf as a fusion partner

실시예 1 내지 2의 방법으로 선정된 환경 스트레스 하에 수용성 발현량이 증가한 대장균 단백질 Tsf(Elongation factor Ts)를 융합파트너로 포함하는 발현 벡터를 제조하였다.An expression vector containing the E. coli protein Tsf (Elongation factor Ts) having an increased water-soluble expression level under environmental stress selected by the method of Examples 1 to 2 was prepared as a fusion partner.

Tsf 유전자를 암호화하는 뉴클레오티드를 획득하기 위해, Entrez Nucleotide 데이타베이스의 gi:49175990에서 190857bp 내지 191708bp의 서열정보(서열번호 12)를 이용하여 정지 코돈을 제외한 Tsf 유전자의 PCR 증폭을 위한 프라이머쌍을 제작하였다. 또한, 상기 프라이머쌍의 센스 프라이머(서열번호 3: cat atg gct gaa att acc gca tcc ctg gta aaa)에는 NdeI 제한효소 인식서열을, 안티센스 프라이머(서열번호 4: ctc gag aga ctg ctt gga cat cgc agc aac ttc)에는 XhoI 제한효소 인식서열을 포함하도록 제작하였다. PCR은 DNA 중합효소반응용 완충용액(0.25 mM dNTPs; 50 mM KCl; 10 mM (NH4)2SO4; 20 mM Tris-HCl(pH8.8); 2 mM MgSO4; 0.1% Triton X-100)에 대장균으로부터 분리한 염색체를 주형 DNA로 100 ng, 서열번호 3 내지 4로 표시되는 프라이머쌍을 각각 50 pmol을 넣은 다음 Taq DNA 중합효소를 이용하여 수행하였다. 반응 조건은 95℃/30초(변성), 52℃/30초(어닐링), 72℃/60초(신장)로 총 30회 수행하였으며, 그 결과 증폭된 DNA절편의 5' 말단에 NdeI 제한효소 부위와 3' 말단에 XhoI 제한 효소 부위를 포함하는 PCR 산물을 수득하였다. 증폭된 PCR 산물을 제한효소 NdeIXhoI으로 각각 처리하여 pT7-7(Novagen, USA)의 제한효소 NdeIXhoI자리에 삽입하였고 이를 pT7-Tsf라고 명명하였다.In order to obtain the nucleotide encoding the Tsf gene, a primer pair for PCR amplification of the Tsf gene excluding the stop codon was prepared using the sequence information (SEQ ID NO: 12) of 190857bp to 191708bp in gi:49175990 of the Entrez Nucleotide database. . In addition, the sense primer of the primer pair (SEQ ID NO: 3: cat atg gct gaa att acc gca tcc ctg gta aaa) has an NdeI restriction enzyme recognition sequence, and an antisense primer (SEQ ID NO: 4: ctc gag aga ctg ctt gga cat cgc agc aac ttc) was constructed to include the XhoI restriction enzyme recognition sequence. PCR is a DNA polymerase reaction buffer solution (0.25 mM dNTPs; 50 mM KCl; 10 mM (NH 4 ) 2 SO 4 ; 20 mM Tris-HCl (pH8.8); 2 mM MgSO 4 ; 0.1% Triton X-100) ), 100 ng of the chromosome isolated from E. coli as a template DNA and 50 pmol of each of the primer pairs represented by SEQ ID NOs: 3 to 4 were added, and then Taq DNA polymerase was used. Reaction conditions were 95°C/30 seconds (denaturation), 52°C/30 seconds (annealing), 72°C/60 seconds (kidney) for a total of 30 times. As a result, NdeI restriction enzyme at the 5'end of the amplified DNA fragment A PCR product containing an XhoI restriction enzyme site at the site and the 3′ end was obtained. The amplified PCR products were treated with restriction enzymes NdeI and XhoI , respectively, and inserted into the restriction enzymes NdeI and XhoI sites of pT7-7 (Novagen, USA), and were named pT7-Tsf.

실시예 4 : ADI의 단독발현 벡터 및 Mdh 또는 Tsf 융합발현 벡터 제조Example 4: Preparation of ADI alone expression vector and Mdh or Tsf fusion expression vector

Mdh 또는 Tsf를 융합발현파트너로 이용하여 아르기닌 탈이민효소(ADI)의 수용성 발현 유도를 확인하기 위해 ADI의 단독발현 및 단백질 절단효소 인식부위를 포함하는 융합발현 벡터를 제조하였다.To confirm the induction of water-soluble expression of arginine deiminase (ADI) using Mdh or Tsf as a fusion expression partner, a fusion expression vector including ADI expression alone and a protein cleavage enzyme recognition site was prepared.

4-1 : ADI의 단독발현 벡터4-1: ADI's single expression vector

본 발명에 사용된 목적 단백질은 아르기닌 탈이민효소 (arginine deiminase, 이하 ADI; 서열번호 13)이다. 목적 단백질의 주형 DNA는 상기 단백질들을 많이 발현하는 인간 조직으로부터 RNeasy mini kit(QIAGEN, USA)를 이용하여 전체 RNA를 추출한 뒤, 전체 RNA 1㎍과 oligo-d(T) 1㎕ (Invitrogen, USA, 0.5 ㎍/㎕)에 증류수를 50㎕ 까지 채운 후, AccuPower RTpremix(Bioneer, 한국)에 넣어 RT-PCR(reverse transcription polymerasechain reaction) 반응시켰다. 70℃에서 5분, 4℃에서 5분, 42℃에서 60분, 94℃에서 5분, 4℃에서 5분간 반응하여 cDNA를 합성함으로써 수득하였다. The target protein used in the present invention is arginine deiminase (ADI; SEQ ID NO: 13). For the template DNA of the target protein, total RNA was extracted from human tissues expressing a lot of the proteins using RNeasy mini kit (QIAGEN, USA), and then 1 µg of total RNA and 1 µl of oligo-d(T) (Invitrogen, USA, 0.5 µg/µl) was filled with distilled water up to 50 µl, and then added to AccuPower RTpremix (Bioneer, Korea) to react with RT-PCR (reverse transcription polymerasechain reaction). It was obtained by synthesizing cDNA by reacting at 70°C for 5 minutes, 4°C for 5 minutes, 42°C for 60 minutes, 94°C for 5 minutes, and 4°C for 5 minutes.

상기 ADI의 단독 발현벡터를 제조하기 위해서 ADI의 5'-말단에 NdeI, 3'-말단에 HindIII 제한효소 인지부위를 포함하도록 중합효소연쇄반응(polymerease chain reaction)하였다. 중합효소연쇄반응(polymerease chain reaction)의 조건은, 센스 프라이머(서열번호 5: ctc atg tct gta ttt gac agt), 안티센스 프라이머(서열번호 6: aag ctt cta tca ctt aac atc)를 각각 50 pmol씩 포함한 DNA 중합효소반응용 완충용액(0.25 mM dNTPs; 50 mM KCl; 10 mM (NH4)2SO4; 20 mM Tris-HCl(pH8.8); 2 mM MgSO4; 0.1% Triton X-100)에 주형 DNA 100 ng을 넣은 다음 Taq DNA 중합효소를 이용하여 95℃/30초(변성), 52℃/30초(어닐링), 72℃/60초(신장)로 총 30회 PCR을 수행하였다. 구체적으로, ADI는 시작 코돈을 제외하고 정지 코돈을 포함하는 아미노산 서열을 증폭하였다.In order to prepare the single expression vector of ADI, a polymerease chain reaction was performed to include NdeI at the 5'-end and a HindIII restriction enzyme recognition site at the 3'-end of the ADI. The conditions of the polymerease chain reaction include 50 pmol each of a sense primer (SEQ ID NO: 5: ctc atg tct gta ttt gac agt) and an antisense primer (SEQ ID NO: 6: aag ctt cta tca ctt aac atc). In a buffer solution for DNA polymerase reaction (0.25 mM dNTPs; 50 mM KCl; 10 mM (NH 4 ) 2 SO 4 ; 20 mM Tris-HCl (pH8.8); 2 mM MgSO 4 ; 0.1% Triton X-100)) After putting 100 ng of the template DNA, PCR was performed for a total of 30 times at 95°C/30 seconds (denaturation), 52°C/30 seconds (annealing), and 72°C/60 seconds (height) using Taq DNA polymerase. Specifically, ADI amplified the amino acid sequence including the stop codon except for the start codon.

상기 증폭된 ADI를 코딩하는 NdeI/HindIII 단편을 잘라낸 후 대장균 발현벡터 pT7(Novagen) 벡터의 NdeI/HindIII 자리에 삽입하여 단백질 단독발현 벡터를 제작하였다(도 1A). The NdeI/HindIII fragment encoding the amplified ADI was cut out and inserted into the NdeI/HindIII site of the E. coli expression vector pT7 (Novagen) vector to prepare a protein-only expression vector (Fig. 1A).

4-2 : ADI의 융합파트너와의 융합발현 벡터4-2: Convergence expression vector with ADI's fusion partner

ADI의 5'-말단에 XhoI 제한효소 인식서열과 3'-말단에 HindIII 제한효소 인식서열을 포함하도록 제작된 센스 프라이머(서열번호 7: ctc gag gat gac gat gac aag tct gta ttt ga), 안티센스 프라이머(서열번호 6: aag ctt cta tca ctt aac atc)를 각각 50 pmol씩 포함한 DNA 중합효소반응용 완충용액(0.25 mM dNTPs; 50 mM KCl; 10 mM (NH4)2SO4; 20 mM Tris-HCl(pH8.8); 2 mM MgSO4; 0.1% Triton X-100)에 주형 DNA 100 ng을 넣은 다음 Taq DNA 중합효소를 이용하여 95℃/30초(변성), 52℃/30초(어닐링), 72℃/60초(신장)로 총 30회 PCR을 수행하였다. 구체적으로, ADI는 시작 코돈을 제외하고 정지 코돈을 포함하는 아미노산 서열을 증폭하였다. A sense primer designed to include an XhoI restriction enzyme recognition sequence at the 5'-end of ADI and a HindIII restriction enzyme recognition sequence at the 3'-end (SEQ ID NO: 7: ctc gag gat gac gat gac aag tct gta ttt ga), antisense primer (SEQ ID NO: 6: aag ctt cta tca ctt aac atc) buffer solution for DNA polymerase reaction containing 50 pmol each (0.25 mM dNTPs; 50 mM KCl; 10 mM (NH 4 ) 2 SO 4 ; 20 mM Tris-HCl) (pH8.8); 2 mM MgSO 4 ; 0.1% Triton X-100), after adding 100 ng of template DNA, using Taq DNA polymerase for 95°C/30 seconds (denaturation), 52°C/30 seconds (annealing) , PCR was performed a total of 30 times at 72° C./60 seconds (height). Specifically, ADI amplified the amino acid sequence including the stop codon except for the start codon.

상기 PCR 증폭 산물을 XhoI/HindIII 제한 효소로 처리한 후, 실시예 3의 방법으로 제작한 발현벡터 pT7-Mdh 또는 pT7-Tsf의 XhoI/HindIII 자리에 삽입함으로써 외래단백질의 융합파트너와의 융합발현 벡터를 제작하였다. 상기의 방법으로 만들어진 플라스미드를 각각 Mdh::ADI 및 Tsf::ADI 라고 명명하였다.The PCR amplification product was treated with XhoI/HindIII restriction enzyme, and then inserted into the XhoI/HindIII site of the expression vector pT7-Mdh or pT7-Tsf prepared by the method of Example 3, thereby fusion expression vector with a fusion partner of a foreign protein. Was produced. The plasmids produced by the above method were designated as Mdh::ADI and Tsf::ADI, respectively.

또한, 기존에 효과적인 융합파트너라고 알려져 있는 글루타치온-S-전이효소(Glutathione-S-transferase, 이하 'GST')를 ADI의 아미노 말단에 융합파트너로 삽입한 뒤 GST::ADI를 제조하였다.In addition, glutathione-S-transferase (hereinafter'GST'), known as an effective fusion partner, was inserted into the amino terminal of ADI as a fusion partner, and GST::ADI was prepared.

4-3 : 6개의 히스티딘 및 단백질 절단효소 부위를 포함하는 정제용 발현 벡터4-3: expression vector for purification containing six histidine and protein cleavage enzyme sites

Mdh 또는 Tsf가 융합발현된 ADI를 정제하기 위해서, Mdh 또는 Tsf의 5'-말단에 6개의 히스티딘을 포함하며 Mdh 또는 Tsf 융합파트너와 ADI 사이에 엔테로카이네이즈(enterokinase)에 의해 인지되어 절단될 수 있는 시퀀스를 포함하는, 다음과 같은 정제용 발현벡터를 제작하였다. In order to purify ADI in which Mdh or Tsf is fusion-expressed, 6 histidines are included at the 5'-end of Mdh or Tsf, and can be recognized and cleaved by enterokinase between the Mdh or Tsf fusion partner and ADI. An expression vector for purification as follows, including the sequence, was constructed.

Mdh의 5'-말단에 6개의 히스티딘(histidine, 이하 'His6')과 NdeI, 3'-말단에 XhoI 제한효소 인지부위를 포함하도록, 센스 프라이머(서열번호 8: cat atg cac cat cac cat cac cat aaa gtc gca gtc ctc ggc) 및 안티센스 프라이머(서열번호 2: ctc gag ctt att aac gaa ctc ttg)를 제작하였으며, Tsf의 5'-말단에 6개의 히스티딘(histidine, 이하 'His6')과 NdeI, 3'-말단에 XhoI 제한효소 인지부위를 포함하도록, 센스 프라이머(서열번호 9: cat atg cac cat cac cat cac cat gct gaa att acc gca tcc ctg gta aaa) 및 안티센스 프라이머(서열번호 4: ctc gag aga ctg ctt gga cat cgc agc aac ttc)를 제작하였다. 상기 제작한 프라이머를 50 pmol씩 포함한 DNA 중합효소반응용 완충용액(0.25 mM dNTPs; 50 mM KCl; 10 mM (NH4)2SO4 20 mM Tris-HCl(pH8.8); 2 mM MgSO4 0.1% Triton X-100)에 주형 DNA 100 ng을 넣은 다음 Taq DNA 중합효소를 이용하여 95℃/30초(변성), 52℃/30초(어닐링), 72℃/60초(신장)로 총 30회 중합효소연쇄반응(polymerease chain reaction)을 수행하였다. 증폭된 정제용 His6-Mdh 및 His6-Tsf를 코딩하는 NdeI/XhoI 단편을 잘라낸 후 ADI가 포함되어 있는 발현 벡터의 NdeI/XhoI 자리에 삽입하였고, 이를 H6::Mdh::ADI 및 H6::Tsf::ADI로 명명하였다.Sense primers (SEQ ID NO: 8: cat atg cac cat cac cat cac cat) to include 6 histidine (histidine, hereinafter'His6') and NdeI at the 5'-end of Mdh, and XhoI restriction enzyme recognition sites at the 3'-end aaa gtc gca gtc ctc ggc) and an antisense primer (SEQ ID NO: 2: ctc gag ctt att aac gaa ctc ttg) were prepared, and 6 histidines (hereinafter'His6') and NdeI, 3 at the 5'-end of Tsf '- To include the XhoI restriction enzyme recognition site at the end, a sense primer (SEQ ID NO: 9: cat atg cac cat cac cat cac cat gct gaa att acc gca tcc ctg gta aaa) and an antisense primer (SEQ ID NO: 4: ctc gag aga ctg ctt gga cat cgc agc aac ttc) was prepared. DNA polymerase reaction buffer solution containing 50 pmol each of the prepared primers (0.25 mM dNTPs; 50 mM KCl; 10 mM (NH 4 ) 2 SO 4 20 mM Tris-HCl (pH8.8)); 2 mM MgSO 4 0.1 % Triton X-100), and then use Taq DNA polymerase for a total of 30 at 95°C/30 seconds (denaturation), 52°C/30 seconds (annealing), and 72°C/60 seconds (elongation). A polymerease chain reaction was performed. The amplified and purified NdeI/XhoI fragments encoding His6-Mdh and His6-Tsf were cut and inserted into the NdeI/XhoI site of the expression vector containing ADI, which were H6::Mdh::ADI and H6::Tsf. Named as ::ADI.

또한, 융합단백질로부터 ADI를 분리해 내기 위하여 ADI의 5'-말단에 엔테로카이네이즈(enterokinase)에 의해 인지되어 절단될 수 있는 시퀀스(DDDDK, 이하 D4K)와 XhoI 제한효소 인지부위, 3'-말단에 HindIII 제한효소 인지부위를 포함하도록, ADI 융합 폴리펩티드를 코딩하는 폴리뉴클레오티드 단편의 센스 프라이머(서열번호 10: ctc gag gat gac gat gac aag tct gta ttt gac agt), 안티센스 프라이머(서열번호 6: aag ctt cta tca ctt aac atc)를 50 pmol씩 포함한 DNA 중합효소반응용 완충용액(0.25 mM dNTPs; 50 mM KCl; 10 mM (NH4)2SO4 20 mM Tris-HCl(pH8.8); 2 mM MgSO4 0.1% Triton X-100)에 주형 DNA 100 ng을 넣은 다음 Taq DNA 중합효소를 이용하여 95℃/30초(변성), 52℃/30초(어닐링), 72℃/60초(신장)로 총 30회 중합효소연쇄반응(polymerease chain reaction)을 수행하였다. 증폭된 엔테로카이네이즈(enterokinase) 인지 씨퀀스-목적단백질을 코딩하는 XhoI/HindIII 단편을 잘라낸 후 H6::Mdh 및 H6::Tsf가 포함되어 있는 발현 벡터의 XhoI/HindIII 자리에 삽입하였고, 이를 H6::Mdh::EK::ADI 및 H6::Tsf::EK::ADI로 명명하였다(도 1B).In addition, the 5'-end of ADI in order to separate the ADI from the fusion protein is recognized by enterokinase kinase (enterokinase) sequences that can be cut (DDDDK, less than D 4 K) and the XhoI restriction enzyme recognition site, 3 ' to include a portion that the HindIII restriction enzyme at the terminal, the sense primer of polynucleotide fragments encoding the ADI fusion polypeptide (SEQ ID NO: 10: ctc gag gat gac gat gac aag tct gta ttt gac agt), antisense primer (SEQ ID NO: 6: aag ctt cta tca ctt aac atc) buffer solution for DNA polymerase reaction containing 50 pmol increments (0.25 mM dNTPs; 50 mM KCl; 10 mM (NH 4 ) 2 SO 4 20 mM Tris-HCl (pH8.8); 2 mM) MgSO 4 0.1% Triton X-100), then add 100 ng of template DNA, then use Taq DNA polymerase for 95°C/30 seconds (denaturation), 52°C/30 seconds (annealing), 72°C/60 seconds (elongation). A total of 30 times a polymerease chain reaction was performed. After cutting the XhoI/HindIII fragment encoding the amplified enterokinase recognition sequence-target protein , it was inserted into the XhoI/HindIII site of the expression vector containing H6::Mdh and H6::Tsf, and this was H6:: It was named Mdh::EK::ADI and H6::Tsf::EK::ADI (FIG. 1B).

실시예 5 : ADI 재조합 단백질의 수용성 발현Example 5: Water-soluble expression of ADI recombinant protein

실시예 4의 방법으로 제조한 ADI의 단독발현 벡터 및 융합파트너와의 융합발현 벡터를 대장균에 형질전환하여 배양한 뒤, IPTG로 재조합 ADI의 발현을 유도함으로써 Mdh 또는 Tsf 융합파트너에 의한 수용성 발현의 효과를 확인하였다.The ADI expression vector prepared by the method of Example 4 and the fusion expression vector with a fusion partner were transformed into E. coli and cultured, and then the expression of recombinant ADI was induced with IPTG, thereby soluble expression by Mdh or Tsf fusion partners. The effect was confirmed.

하나한(Hanahan)이 기술한 방법(Hanahan D, DNA Cloning vol.1 109-135, IRS press, 1985)에 의해 실시예 4의 벡터들을 대장균에 형질전환 하였다. 구체적으로 CaCl2로 처리한 대장균 BL21(DE3)에 실시예 4의 벡터들을 열충격 방법으로 형질전환시킨 후, 앰피실린(ampicillin)이 포함된 배지에서 배양하여 상기 발현벡터가 형질전환되어 앰피실린 저항성을 나타내는 콜로니를 선별하였다. 융합파트너와의 융합발현 벡터 pT7-Mdh 및 pT7-Tsf로 형질전환된 대장균을 BL21(DE3):pT7-Mdh 및 BL21(DE3):pT7-Tsf로 명명하였다. 상기 콜로니를 하룻밤 동안 LB 배지에서 배양한 종균 배양액의 일부를 100 mg/ml 앰피실린을 포함하는 LB 배지에 접종한 다음 37℃에서 130 rpm으로 배양하였다. 배양액의 OD600이 0.5에 이르렀을 때 IPTG를 첨가(1 mM)하여 재조합 유전자의 발현을 유도하였다. IPTG 첨가 후 동일한 조건(37℃)으로 4시간 더 배양하거나, 20℃에서 130rpm으로 12시간 동안 배양하였다.The vectors of Example 4 were transformed into E. coli by the method described by Hanahan (Hanahan D, DNA Cloning vol. 1 109-135, IRS press, 1985). Specifically, the vectors of Example 4 were transformed into E. coli BL21 (DE3) treated with CaCl 2 by a heat shock method, and then cultured in a medium containing ampicillin, and the expression vector was transformed to prevent ampicillin resistance. The indicated colonies were selected. E. coli transformed with the fusion expression vectors pT7-Mdh and pT7-Tsf with the fusion partner were named BL21(DE3):pT7-Mdh and BL21(DE3):pT7-Tsf. The colony was inoculated into an LB medium containing 100 mg/ml ampicillin with a portion of the seed culture medium cultured in LB medium overnight, and then incubated at 37° C. at 130 rpm. When the OD 600 of the culture medium reached 0.5, IPTG was added (1 mM) to induce expression of the recombinant gene. After the IPTG was added, the culture was further cultured for 4 hours under the same conditions (37°C) or at 20°C at 130 rpm for 12 hours.

상기 방법으로 배양한 대장균을 13,000 rpm으로 5분간 원심분리하여 균체 침전물을 회수한 후 5 ml의 파쇄 용액(10 mM Tris-HCl 완충액, pH 7.5, 10 mM EDTA)에 현탁하여 초음파 파쇄기(Branson sonifier, Branson Ultrasonics Corporation, USA)를 이용하여 파쇄하였다. 파쇄한 후 13,000 rpm으로 10분간 원심분리한 뒤 상등액과 균체 파쇄물을 분리하였다. 균체 파쇄물은 1% 트리톤 엑스 100 (Triton X-100)을 이용하여 2회 세척하였다. 분리된 상등액의 단백질 농도는 바이오-라드 단백질 분석 키트(Bio-Rad protein assay kit, USA)를 이용하여 측정하였다. 상등액과 균체 파쇄물을 각각 5 X SDS(0.156 M Tris-HCl, pH 6.8, 2.5% SDS, 37.5% 글리세롤, 37.5 mM DTT)과 1:4로 섞어 10% SDS-PAGE 겔의 웰에 로딩하고 125 V에서 2시간 동안 시료를 전개한 다음 겔을 쿠마시 염색 방법으로 염색한 후 탈색하여 각각의 재조합 단백질의 발현량을 밀도계(Densitometer, Duoscan T1200, Bio-Rad, USA)로 확인하고, 수학식 1에 따라 용해도(%)를 계산하였다.The E. coli cultured by the above method was centrifuged at 13,000 rpm for 5 minutes to recover the cell precipitate, and then suspended in 5 ml of a crushing solution (10 mM Tris-HCl buffer, pH 7.5, 10 mM EDTA), and an ultrasonic disruptor (Branson sonifier, Branson Ultrasonics Corporation, USA). After crushing, centrifugation was performed at 13,000 rpm for 10 minutes, and then the supernatant and the cell lysate were separated. The cell lysate was washed twice using 1% Triton X-100. The protein concentration of the separated supernatant was measured using a Bio-Rad protein assay kit (USA). The supernatant and the cell lysate were mixed with 5 X SDS (0.156 M Tris-HCl, pH 6.8, 2.5% SDS, 37.5% glycerol, 37.5 mM DTT) and 1:4, respectively, and loaded into the wells of a 10% SDS-PAGE gel and 125 V After the sample was developed for 2 hours at, the gel was stained with the Coomassie staining method and then bleached to check the expression level of each recombinant protein with a density meter (Densitometer, Duoscan T1200, Bio-Rad, USA), and Equation 1 The solubility (%) was calculated according to.

Figure pat00001
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그 결과, Mdh 또는 Tsf와 융합한 ADI의 발현이 대부분 불용성 응집체보다 수용성 발현에서 더 많은 것을 확인하였으며, 또한 단독 발현한 ADI의 수용성 발현량보다 Mdh 또는 Tsf와 융합한 외ADI에서 용해도가 매우 증가하는 것을 확인하였다(도 2). 단독발현 ADI와 Mdh 또는 Tsf를 융합발현 한 ADI의 수용성 발현 수준은 도 3에서 확인할 수 있듯이 ADI의 수용성 발현량이 증가하였다. 이러한 결과는 융합파트너로서 Mdh 또는 Tsf가 의료 기능성 효소인 ADI의 활성 발현 및 생산효율 증대에 효과가 크다는 것을 의미한다.As a result, it was confirmed that the expression of ADI fused with Mdh or Tsf was mostly higher in water-soluble expression than in insoluble aggregates, and the solubility was significantly increased in external ADI fused with Mdh or Tsf than the water-soluble expression of ADI expressed alone. It was confirmed (Fig. 2). As can be seen in FIG. 3, the level of water-soluble expression of ADI, which was expressed by fusion-expressing ADI alone and Mdh or Tsf, increased the water-soluble expression level of ADI. These results mean that Mdh or Tsf as a fusion partner has a great effect on the activity expression and production efficiency of ADI, a medical functional enzyme.

또한, 기존에 효과적인 융합파트너라고 알려져 있는 글루타치온-S-전이효소(Glutathione-S-transferase, 이하 'GST')을 ADI의 아미노 말단에 융합파트너로 삽입한 뒤 (GST::ADI), 대장균 BL21(DE3) 균주에 형질전환하여 동일한 방법으로 발현 양상을 확인한 결과, Mdh 또는 Tsf를 아미노 말단에 융합파트너로 사용한 것이 GST를 융합파트너로 사용한 것 보다 수용성 발현량의 증가 정도가 훨씬 더 뛰어남을 확인할 수 있었다 (도 3).In addition, glutathione-S-transferase (hereinafter'GST'), known as an effective fusion partner, was inserted into the amino terminal of ADI as a fusion partner (GST::ADI), and E. coli BL21 ( As a result of confirming the expression pattern by the same method by transforming the strain into DE3), it was confirmed that the increase in water-soluble expression level was much more excellent when Mdh or Tsf was used as a fusion partner at the amino terminus than that using GST as a fusion partner. (Fig. 3).

실시예 6 : ADI 재조합 단백질의 활성도 Example 6: Activity of ADI recombinant protein

6-1 : Mdh 또는 Tsf 융합발현을 통해 생산된 ADI의 정제 및 분석6-1: Purification and analysis of ADI produced through Mdh or Tsf fusion expression

상기 실시예 4를 통하여 구축한 발현 벡터 Mdh::ADI와 Tsf::ADI로 형질전환 된 대장균 BL21(DE3)를 이용하여 상기 실시예 5의 초음파 파쇄 단계까지 동일하게 시행하였다. 융합파트너(Mdh, Tsf) N-말단 쪽에는 6개의 histidine이 위치하게 되고 histidin과 Ni+2 금속의 친화력을 이용한 크로마토그래피를 통해 정제가 가능하게 하였다. Ni-NTA Agarose bead(QIAGEN)를 사용하여 Ni+2 금속 친화 크로마토그래피를 수행하였으며, 이를 통해, Mdh::ADI와 Tsf::ADI 만을 각각 성공적으로 정제할 수 있다.Using E. coli BL21 (DE3) transformed with the expression vectors Mdh::ADI and Tsf::ADI constructed through Example 4, until the ultrasonic disruption step of Example 5 was performed in the same manner. Six histidines were located at the N-terminus of the fusion partner (Mdh, Tsf), and purification was possible through chromatography using the affinity of histidin and Ni +2 metal. Ni +2 metal affinity chromatography was performed using Ni-NTA Agarose beads (QIAGEN), through which only Mdh::ADI and Tsf::ADI can be successfully purified, respectively.

정제과정은 세포를 파쇄한 후 13,000rpm에서 10분간 원심분리한 다음 분리된 상등액을 금속친화를 이용한 정제를 위해서 Ni-NTA Agarose bead (QIAGEN) 500mL과 결합시켰다. Ni-NTA Agarose bead와 반응시키기 전에 결합 완충액 [binding buffer, pH 8.0, 50 mM 소듐 포스페이트(sodium phosphate), 300 mM 염화 나트륩 (NaCl), 10 mM 이미다졸(imidazole)]을 사용하여 세척하였다. His6-Mdh-D4K-ADI 또는 His6-Tsf-D4K-ADI가 포함되어 있는 상등액과 Ni-NTA Agarose bead의 결합은 4℃에서 진행하고 2시간 이상 충분히 결합시킨 후 8 mL의 세척 완충액 [washing buffer, pH 8.0, 50 mM 소듐 포스페이트(sodium phosphate), 300 mM 염화 나트륨 (NaCl), 50 mM 이미다졸(imidazole)]을 이용하여 두 번 세척하였다. 다음 단계로 PBS 완충용액 [PBS buffer, 137 mM 염화 나트륩(NaCl), 2.7 mM 염화 칼륨(KCl), 10 mM 제1인산나트륨(Na2HPO4), 2 mM 제1인산칼륨(KH2PO4), pH 7.4]을 이용하여 한번 더 추가 세척하였다. Agarose bead에 붙어 있는 His6-Mdh-D4K-ADI 또는 His6-Tsf-D4K-ADI에 테로카이네이즈 용액[enterokinase 5㎕, 10 X enterokinase buffer 50㎕, PBS 445㎕ (Invitrogen)] 500㎕을 첨가하여 22℃에서 12시간 반응시키고 elution fraction을 받아 13,000rpm에서 15분 동안 원심분리하여 수용성과 불용성 용액을 분리하였다. 분리한 샘플은 SDS-PAGE 분석을 통해 융합파트너 Mdh 또는 Tsf가 제거된 후에도 아르기닌 탈이민효소가 여전히 수용성 상태로 남아 있음을 확인하였다 (도 4).In the purification process, the cells were crushed, centrifuged at 13,000 rpm for 10 minutes, and then the separated supernatant was combined with 500 mL of Ni-NTA Agarose bead (QIAGEN) for purification using metal affinity. Before reacting with Ni-NTA Agarose bead, it was washed with a binding buffer (binding buffer, pH 8.0, 50 mM sodium phosphate, 300 mM sodium chloride (NaCl), 10 mM imidazole). The binding of the supernatant containing His6-Mdh-D4K-ADI or His6-Tsf-D4K-ADI to the Ni-NTA Agarose bead proceeds at 4°C, and after sufficiently binding for 2 hours or more, 8 mL of washing buffer [washing buffer, pH 8.0, 50 mM sodium phosphate, 300 mM sodium chloride (NaCl), 50 mM imidazole]. The next step is a PBS buffer solution [PBS buffer, 137 mM sodium chloride (NaCl), 2.7 mM potassium chloride (KCl), 10 mM sodium phosphate (Na 2 HPO 4) , 2 mM potassium monophosphate (KH 2 PO). 4 ), pH 7.4] was further washed once more. To His6-Mdh-D4K-ADI or His6-Tsf-D4K-ADI attached to the agarose bead, add 500 µl of terokinase solution [enterokinase 5µl, 10 X enterokinase buffer 50µl, PBS 445µl (Invitrogen)] at 22℃ After reacting for 12 hours at, the elution fraction was collected and centrifuged at 13,000 rpm for 15 minutes to separate aqueous and insoluble solutions. The separated sample was confirmed that arginine deiminease still remained in a water-soluble state even after the fusion partner Mdh or Tsf was removed through SDS-PAGE analysis (FIG. 4).

6-2 : Mdh 또는 Tsf가 제거된 ADI의 활성도 측정6-2: Measurement of ADI activity from which Mdh or Tsf has been removed

융합발현파트너는 목적 단백질을 수용성의 형태로 발현시키는 것도 중요하지만 고유의 3차 구조를 갖도록 유도하여 기능성을 갖춘 활성형 형태로 발현시키는 것이 무엇보다 중요하다. 이를 확인하기 위해 융합파트너 Mdh 또는 Tsf와 목적단백질 ADI를 융합발현한 다음 융합파트너 Mdh 또는 Tsf를 제거하고 활성도를 측정하였다.It is also important for the fusion expression partner to express the target protein in a water-soluble form, but it is most important to induce it to have a unique tertiary structure and express it in an active form with functionality. To confirm this, the fusion partner Mdh or Tsf and the target protein ADI were fusion-expressed, and then the fusion partner Mdh or Tsf was removed and the activity was measured.

미생물 유래의 아르기닌 탈이민효소는 L-아르기닌을 L-시트룰린으로 전환시킨다. 이러한 특성을 이용하여 실시예 6-1을 통해서 확보한 융합파트너 Mdh 또는 Tsf가 제거된 활성형의 ADI의 활성도를 확인하기 위해서 다음과 같은 분석을 수행하였다. The microbial-derived arginine deimase converts L-arginine to L-citrulline. Using these characteristics, the following analysis was performed to confirm the activity of the active ADI from which the fusion partner Mdh or Tsf obtained through Example 6-1 was removed.

100ml의 포스페이트 버퍼 (phosphate buffer, 0.1 M, pH 6.5.0)와 0.1742g L-아르기닌(L-arginine)을 혼합하여 10mM L-아르기닌 혼합액 만든 후, 혼합액 270㎕에 30㎕ Mdh::ADI 또는 Tsf::ADI 상등액과 비교 실험으로 PBS 버퍼를 각각 첨가하였다. 반응은 첨가한 후 바로 시작되며, 반응이 시작되고 3분 간격으로 12분까지 530nm 파장에서 흡광도의 변화를 측정하였다 (Duoscan T1200, Bio-Rad, Hercules, CA) (도 5).100 ml of phosphate buffer (0.1 M, pH 6.5.0) and 0.1742 g L-arginine were mixed to make a 10 mM L-arginine mixture, and then 30 µl Mdh::ADI or Tsf in 270 µl of the mixed solution ::ADI supernatant and PBS buffer were added as a comparative experiment, respectively. The reaction started immediately after the addition, and the change in absorbance was measured at a wavelength of 530 nm until 12 minutes at intervals of 3 minutes after the reaction started (Duoscan T1200, Bio-Rad, Hercules, CA) (FIG. 5).

그 결과, Mdh 또는 Tsf가 제거된 활성형의 ADI는 L-아르기닌을 L-시트룰린으로 전환시키는 활성도에 변화가 없는 것을 확인하였다.As a result, it was confirmed that there was no change in the activity of converting L-arginine to L-citrulline in the active form of ADI from which Mdh or Tsf was removed.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다. As described above, specific parts of the present invention have been described in detail, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that these specific techniques are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereby. will be. Accordingly, it will be said that the substantial scope of the present invention is defined by the appended claims and their equivalents.

<110> Korea University Research and Business Foundation <120> Method for Preparing Active Arginine Deiminase <130> P16-B141 <160> 13 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Mdh-S <400> 1 catatgaaag tcgcagtcct cggc 24 <210> 2 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Mdh-AS <400> 2 ctcgagctta ttaacgaact cttg 24 <210> 3 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Tsf-S <400> 3 catatggctg aaattaccgc atccctggta aaa 33 <210> 4 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Tsf-AS <400> 4 ctcgagagac tgcttggaca tcgcagcaac ttc 33 <210> 5 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ADI-S <400> 5 ctcatgtctg tatttgacag t 21 <210> 6 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ADI-AS <400> 6 aagcttctat cacttaacat c 21 <210> 7 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ADI-S-XhoI <400> 7 ctcgaggatg acgatgacaa gtctgtattt ga 32 <210> 8 <211> 42 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Mdh-S-H6 <400> 8 catatgcacc atcaccatca ccataaagtc gcagtcctcg gc 42 <210> 9 <211> 51 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Tsf-S-H6 <400> 9 catatgcacc atcaccatca ccatgctgaa attaccgcat ccctggtaaa a 51 <210> 10 <211> 36 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ADI-S-D4K <400> 10 ctcgaggatg acgatgacaa gtctgtattt gacagt 36 <210> 11 <211> 939 <212> DNA <213> Escherichia coli Mdh <400> 11 ttacttatta acgaactctt cgcccagggc gatatctttc ttcagcgtat ccagcatacc 60 ttccagcgcg ttctgttcaa atgcgctcag ggtaccgata gatttacgct cttccacgcc 120 gtttttaccc agcagcagcg gttgagagaa gaaacgggcg tactgaccgt cgccttcaac 180 gtaggcacat tcgacaacgc cttgttcgcc ctgcagtgca cgaaccagag acagaccaaa 240 acgtgcagct gcctggccca tagacagggt tgcagacccg ccaccggcct tcgcttcaac 300 cacttcagta cccgcgttct ggatgcgttt ggtcagatca gccacttcct gctcggtaaa 360 actaacgcca ggaacctgtg acagcagcgg cagaatggta acaccagagt gaccgccaat 420 aaccggcact tcaacttcgc ctggctgttt gcctttcagt tccgcaacaa aggtgttgga 480 acgaatgata tccagcgtgg taacgccgaa cagtttgttt ttgtcataaa caccggcttt 540 tttcagcact tcagcagcaa ttgcaactgt ggtgttaacc gggttagtga taataccaat 600 gcacgctttc gggcaggttt tcgcaacttg ctgtaccagg tttttcacga tgccggcgtt 660 aacgttaaac aggtcggaac gatccatacc cggtttacgc gctacgcctg cagagataag 720 aacgacatct gcgccttcca gcgccggagt cgcatcttca ccagaaaaac ctttgatttt 780 cacagcagta gggatatggc tcagatcgac agccacaccg ggagtcactg gagcgatatc 840 atacagagag agttctgaac ctgaaggcag ttgggttttt aacagtagtg caagcgcctg 900 gccaataccg ccagcagcgc cgaggactgc gactttcat 939 <210> 12 <211> 852 <212> DNA <213> Escherichia coli Tsf <400> 12 atggctgaaa ttaccgcatc cctggtaaaa gagctgcgtg agcgtactgg cgcaggcatg 60 atggattgca aaaaagcact gactgaagct aacggcgaca tcgagctggc aatcgaaaac 120 atgcgtaagt ccggtgctat taaagcagcg aaaaaagcag gcaacgttgc tgctgacggc 180 gtgatcaaaa ccaaaatcga cggcaactac ggcatcattc tggaagttaa ctgccagact 240 gacttcgttg caaaagacgc tggtttccag gcgttcgcag acaaagttct ggacgcagct 300 gttgctggca aaatcactga cgttgaagtt ctgaaagcac agttcgaaga agaacgtgtt 360 gcgctggtag cgaaaattgg tgaaaacatc aacattcgcc gcgttgctgc gctggaaggc 420 gacgttctgg gttcttatca gcacggtgcg cgtatcggcg ttctggttgc tgctaaaggc 480 gctgacgaag agctggttaa acacatcgct atgcacgttg ctgcaagcaa gccagaattc 540 atcaaaccgg aagacgtatc cgctgaagtg gtagaaaaag aataccaggt acagctggat 600 atcgcgatgc agtctggtaa gccgaaagaa atcgcagaga aaatggttga aggccgcatg 660 aagaaattca ccggcgaagt ttctctgacc ggtcagccgt tcgttatgga accaagcaaa 720 actgttggtc agctgctgaa agagcataac gctgaagtga ctggcttcat ccgcttcgaa 780 gtgggtgaag gcatcgagaa agttgagact gactttgcag cagaagttgc tgcgatgtcc 840 aagcagtctt aa 852 <210> 13 <211> 1230 <212> DNA <213> Arginine deiminase (ADI) <400> 13 atgtctgtgt ttgatagcaa atttaaagga attcacgttt attcagaaat tggtgaatta 60 gaatcagttc tagttcacga accaggacgc gaaattgact atattacacc agctagacta 120 gatgaattat tattctcagc tatcttagaa agccatgatg ctagaaaaga acacaaacaa 180 ttcgtagcag aattaaaagc aaacgacatc aatgttgttg aattaattga tttagttgct 240 gaaacatacg atttagcatc acaagaagct aaagataaat taatcgaaga atttttagaa 300 gactcagaac cagttctatc agaagaacac aaagtagttg taaggaactt cttaaaagct 360 aaaaaaacat caagagaatt agtagaaatc atgatggcag ggatcacaaa atacgattta 420 ggtatcgaag cagatcacga attaatcgtt gacccaatgc caaacctata cttcacacgt 480 gacccatttg catcagtagg taatggtgta acaatccact acatgcgtta caaagttaga 540 caacgtgaaa cattattctc aagatttgta ttctcaaatc accctaaact aattaacacc 600 ccgtggtact acgacccttc actaaaatta tcaatcgaag gtggagacgt atttatctac 660 aacaatgaca cattagtagt tggtgtttct gaaagaactg acttacaaac agttacttta 720 ttagctaaaa gcattgttgc taataaagaa tgtgaattca aacgtattgt tgcaattaac 780 gttccgaaat ggaccaactt aatgcactta gacacctggc tgaccatgtt agacaaggac 840 aaattcctat actcaccaat cgctaacgat gtatttaaat tctgggatta tgacttagta 900 aacggtggag cagaaccaca accagttgaa aacggattac ctctagaagg attattacaa 960 tcaatcatta acaaaaaacc agttctaatt cctatcgcag gtgaaggtgc ttcacaaatg 1020 gaaatcgaaa gagaaacaca cttcgatggt acaaactact tagcaattag accaggtgtt 1080 gtaattggtt actcacgtaa cgaaaaaaca aacgctgctc tagaagctgc aggcattaaa 1140 gttcttccat tccacggtaa ccaattatca ttaggtatgg gtaacgctcg ttgtatgtca 1200 atgcctttat cacgtaaaga tgttaagtgg 1230 <110> Korea University Research and Business Foundation <120> Method for Preparing Active Arginine Deiminase <130> P16-B141 <160> 13 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Mdh-S <400> 1 catatgaaag tcgcagtcct cggc 24 <210> 2 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Mdh-AS <400> 2 ctcgagctta ttaacgaact cttg 24 <210> 3 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Tsf-S <400> 3 catatggctg aaattaccgc atccctggta aaa 33 <210> 4 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Tsf-AS <400> 4 ctcgagagac tgcttggaca tcgcagcaac ttc 33 <210> 5 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ADI-S <400> 5 ctcatgtctg tatttgacag t 21 <210> 6 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ADI-AS <400> 6 aagcttctat cacttaacat c 21 <210> 7 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ADI-S-XhoI <400> 7 ctcgaggatg acgatgacaa gtctgtattt ga 32 <210> 8 <211> 42 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Mdh-S-H6 <400> 8 catatgcacc atcaccatca ccataaagtc gcagtcctcg gc 42 <210> 9 <211> 51 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Tsf-S-H6 <400> 9 catatgcacc atcaccatca ccatgctgaa attaccgcat ccctggtaaa a 51 <210> 10 <211> 36 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ADI-S-D4K <400> 10 ctcgaggatg acgatgacaa gtctgtattt gacagt 36 <210> 11 <211> 939 <212> DNA <213> Escherichia coli Mdh <400> 11 ttacttatta acgaactctt cgcccagggc gatatctttc ttcagcgtat ccagcatacc 60 ttccagcgcg ttctgttcaa atgcgctcag ggtaccgata gatttacgct cttccacgcc 120 gtttttaccc agcagcagcg gttgagagaa gaaacgggcg tactgaccgt cgccttcaac 180 gtaggcacat tcgacaacgc cttgttcgcc ctgcagtgca cgaaccagag acagaccaaa 240 acgtgcagct gcctggccca tagacagggt tgcagacccg ccaccggcct tcgcttcaac 300 cacttcagta cccgcgttct ggatgcgttt ggtcagatca gccacttcct gctcggtaaa 360 actaacgcca ggaacctgtg acagcagcgg cagaatggta acaccagagt gaccgccaat 420 aaccggcact tcaacttcgc ctggctgttt gcctttcagt tccgcaacaa aggtgttgga 480 acgaatgata tccagcgtgg taacgccgaa cagtttgttt ttgtcataaa caccggcttt 540 tttcagcact tcagcagcaa ttgcaactgt ggtgttaacc gggttagtga taataccaat 600 gcacgctttc gggcaggttt tcgcaacttg ctgtaccagg tttttcacga tgccggcgtt 660 aacgttaaac aggtcggaac gatccatacc cggtttacgc gctacgcctg cagagataag 720 aacgacatct gcgccttcca gcgccggagt cgcatcttca ccagaaaaac ctttgatttt 780 cacagcagta gggatatggc tcagatcgac agccacaccg ggagtcactg gagcgatatc 840 atacagagag agttctgaac ctgaaggcag ttgggttttt aacagtagtg caagcgcctg 900 gccaataccg ccagcagcgc cgaggactgc gactttcat 939 <210> 12 <211> 852 <212> DNA <213> Escherichia coli Tsf <400> 12 atggctgaaa ttaccgcatc cctggtaaaa gagctgcgtg agcgtactgg cgcaggcatg 60 atggattgca aaaaagcact gactgaagct aacggcgaca tcgagctggc aatcgaaaac 120 atgcgtaagt ccggtgctat taaagcagcg aaaaaagcag gcaacgttgc tgctgacggc 180 gtgatcaaaa ccaaaatcga cggcaactac ggcatcattc tggaagttaa ctgccagact 240 gacttcgttg caaaagacgc tggtttccag gcgttcgcag acaaagttct ggacgcagct 300 gttgctggca aaatcactga cgttgaagtt ctgaaagcac agttcgaaga agaacgtgtt 360 gcgctggtag cgaaaattgg tgaaaacatc aacattcgcc gcgttgctgc gctggaaggc 420 gacgttctgg gttcttatca gcacggtgcg cgtatcggcg ttctggttgc tgctaaaggc 480 gctgacgaag agctggttaa acacatcgct atgcacgttg ctgcaagcaa gccagaattc 540 atcaaaccgg aagacgtatc cgctgaagtg gtagaaaaag aataccaggt acagctggat 600 atcgcgatgc agtctggtaa gccgaaagaa atcgcagaga aaatggttga aggccgcatg 660 aagaaattca ccggcgaagt ttctctgacc ggtcagccgt tcgttatgga accaagcaaa 720 actgttggtc agctgctgaa agagcataac gctgaagtga ctggcttcat ccgcttcgaa 780 gtgggtgaag gcatcgagaa agttgagact gactttgcag cagaagttgc tgcgatgtcc 840 aagcagtctt aa 852 <210> 13 <211> 1230 <212> DNA <213> Arginine deiminase (ADI) <400> 13 atgtctgtgt ttgatagcaa atttaaagga attcacgttt attcagaaat tggtgaatta 60 gaatcagttc tagttcacga accaggacgc gaaattgact atattacacc agctagacta 120 gatgaattat tattctcagc tatcttagaa agccatgatg ctagaaaaga acacaaacaa 180 ttcgtagcag aattaaaagc aaacgacatc aatgttgttg aattaattga tttagttgct 240 gaaacatacg atttagcatc acaagaagct aaagataaat taatcgaaga atttttagaa 300 gactcagaac cagttctatc agaagaacac aaagtagttg taaggaactt cttaaaagct 360 aaaaaaacat caagagaatt agtagaaatc atgatggcag ggatcacaaa atacgattta 420 ggtatcgaag cagatcacga attaatcgtt gacccaatgc caaacctata cttcacacgt 480 gacccatttg catcagtagg taatggtgta acaatccact acatgcgtta caaagttaga 540 caacgtgaaa cattattctc aagatttgta ttctcaaatc accctaaact aattaacacc 600 ccgtggtact acgacccttc actaaaatta tcaatcgaag gtggagacgt atttatctac 660 aacaatgaca cattagtagt tggtgtttct gaaagaactg acttacaaac agttacttta 720 ttagctaaaa gcattgttgc taataaagaa tgtgaattca aacgtattgt tgcaattaac 780 gttccgaaat ggaccaactt aatgcactta gacacctggc tgaccatgtt agacaaggac 840 aaattcctat actcaccaat cgctaacgat gtatttaaat tctgggatta tgacttagta 900 aacggtggag cagaaccaca accagttgaa aacggattac ctctagaagg attattacaa 960 tcaatcatta acaaaaaacc agttctaatt cctatcgcag gtgaaggtgc ttcacaaatg 1020 gaaatcgaaa gagaaacaca cttcgatggt acaaactact tagcaattag accaggtgtt 1080 gtaattggtt actcacgtaa cgaaaaaaca aacgctgctc tagaagctgc aggcattaaa 1140 gttcttccat tccacggtaa ccaattatca ttaggtatgg gtaacgctcg ttgtatgtca 1200 atgcctttat cacgtaaaga tgttaagtgg 1230

Claims (7)

ADI 유전자와 융합파트너로 서열번호 12로 표시되는 Tsf 유전자를 포함하는 재조합 ADI 생산용 발현벡터.
An expression vector for producing recombinant ADI comprising the Tsf gene represented by SEQ ID NO: 12 as a fusion partner with the ADI gene.
제1항에 있어서, 상기 ADI 유전자와 융합파트너로 Tsf 유전자 사이에 단백질 절단 효소 인식부위를 코딩하는 폴리뉴클레오티드가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 재조합 ADI 생산용 발현벡터.
The recombinant ADI-producing expression vector according to claim 1, wherein a polynucleotide encoding a protein cleavage enzyme recognition site is ligated between the ADI gene and Tsf gene as a fusion partner.
제1항에 있어서, 상기 ADI 유전자와 융합파트너로 Tsf 유전자는 분리정제용 태그를 코딩하는 폴리뉴클레오티드와 작동 가능하도록 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 재조합 ADI 생산용 발현벡터.
2. The recombinant ADI-producing expression vector according to claim 1, wherein the Tsf gene as a fusion partner with the ADI gene is operably linked to a polynucleotide encoding a tag for separation and purification.
제1항에 있어서, 상기 ADI 유전자는 서열번호 13으로 표시되는 것을 특징으로 하는 재조합 ADI 생산용 발현벡터.
The expression vector for producing recombinant ADI according to claim 1, wherein the ADI gene is represented by SEQ ID NO: 13.
제1항의 발현벡터가 도입되어 있는 재조합 미생물.
A recombinant microorganism into which the expression vector of claim 1 is introduced.
제5항의 재조합 미생물을 배양하여 재조합 단백질의 발현을 유도한 다음, 이를 회수하는 단계를 포함하는 재조합 ADI 단백질의 제조방법.
Culturing the recombinant microorganism of claim 5 to induce expression of the recombinant protein, and recovering the recombinant protein.
제6항에 있어서, 상기 재조합 단백질로부터 Tsf를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 재조합 ADI 단백질의 제조방법.





7. The method according to claim 6, further comprising the step of removing Tsf from the recombinant protein.





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