KR20180037399A - Process for preparing exosome loading Peroxiredoxin I or II protein, and pharmaceutical composition for use in antioxidant containing the same as an active ingredient - Google Patents

Process for preparing exosome loading Peroxiredoxin I or II protein, and pharmaceutical composition for use in antioxidant containing the same as an active ingredient Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a method for mass producing an exosome (Prx I/II:EXPLOR) comprising Peroxiredoxin (Prx) I or II protein, a vector for producing an exosome, which can be used to produce the exosome, an exosome comprising Peroxiredoxin (Prx) I or II protein, which is produced by the method; and an antioxidant pharmaceutical composition comprising the same as an effective component. In particular, by using the method provided in the present invention for producing an exosome comprising Peroxiredoxin (Prx) I or II protein, it is possible to produce an exosome comprising Peroxiredoxin (Prx) I or II protein in a high yield. Further, the produced exosome may be widely used in an antioxidant composition; or a pharmaceutical composition for preventing or treating any one disease caused by active oygen, selected from the group consisting of cancer, arteriosclerosis, respiratory diseases, osteoporosis, obesity, and degenerative dementia; or a cosmetic composition for antioxidation or controlling skin aging.

Description

페록시레독신 I 또는 II 단백질을 포함하는 엑소솜의 제조 방법 및 상기 제조 방법에 의해 제조된 엑소솜을 유효성분으로 함유하는 항산화용 약학적 조성물{Process for preparing exosome loading Peroxiredoxin I or II protein, and pharmaceutical composition for use in antioxidant containing the same as an active ingredient}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a process for preparing an exosome comprising a peroxiredoxin I or II protein and an antioxidant pharmaceutical composition containing an exosome prepared by the process as an active ingredient, pharmaceutical composition for use in antioxidant containing the same as an active ingredient}

본 발명은 광특이적 결합 단백질을 이용하여 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질을 포함하는 엑소솜의 제조방법, 및 상기 제조 방법에 의해 제조된 엑소솜을 유효성분으로 함유하는 항산화용 약학적 조성물, 또는 화장료 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an exosome containing peroxiredoxin (Prx) I or II protein using a photo-specific binding protein, and an antioxidant containing an exosome prepared by the above- A pharmaceutical composition, or a cosmetic composition.

인체는 대략 200여 종류 100조개의 세포로 이루어져 있고, 세포 내에서 다양한 단백질의 작용에 의해 생리 활성이 조절되어 생명을 유지하고 있다.The human body is composed of about 200 kinds of 100 trillion cells, and its bioactivity is regulated by the action of various proteins in the cell to maintain its life.

세포는 인지질로 구성된 이중막 구조의 세포막으로 둘러 싸여져 있으며, 세포막은 이물질의 세포 내로의 유입을 막고 있다. 지금까지 개발된 단백질 치료제들 역시 대부분 세포막을 통과하여 세포질 내로 들어가지 못하고, 세포 외부에서 작용하거나 혹은 세포막에 있는 수용체(receptor)에 작용하여 세포 내로 신호를 전달하는 방법으로 생리 효과를 나타내고 있다.Cells are surrounded by a bilayer membranous membrane composed of phospholipids, which blocks the entry of foreign substances into cells. Most of the protein therapeutics developed so far also pass through the cell membrane and can not enter the cytoplasm. They have physiological effects by acting outside the cell or by acting on a receptor on the cell membrane to transmit signals into the cell.

세포질에는 수 많은 단백질들이 존재하고, 이들은 서로 작용하여 생리활성을 조절하고 있는 바, 단백질 치료제를 직접 세포 안으로 즉, 세포질로 넣을 수 있다면, 세포의 활성을 좀 더 효과적으로 제어할 수 있을 것이다.There are numerous proteins in the cytoplasm, which interact with each other to regulate their physiological activity. If the protein therapeutic can be put directly into the cell, that is, into the cytoplasm, the cell activity will be controlled more effectively.

최근 목적 단백질을 세포막을 통과하여 세포 내로 직접 유입시키는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 세포막을 통과하는 펩타이드인 세포막 통과 도메인(Protein Transduction Domains, PTDs)과 목적 단백질의 재조합 단백질(recombinant protein)을 만들어 투여하면, 세포막을 통과하여 세포질 내로 들어갈 수 있다(도 1). 세포막 통과 도메인(PTD)에는 HIV-1 TAT, HSV VP22, Antp, dfTAT, Hph-1 등이 있으며, 이들과 목적 단백질을 결합시킨 융합 단백질은 재조합 단백질 형태로 생산하고 분리하는 과정이 필요하며, 이 과정에 단백질의 재접힘(refolding)이 제대로 되지 않아, 활성이 떨어지며, 단백질이 비특이적으로 전달되고, 생체 내에서는 면역 반응을 일으킬 위험이 크며, 비용이 많이 들고, 수율이 낮은 문제점이 있다.Recently, studies on the direct introduction of the target protein into the cell through the cell membrane have been actively conducted. Protein Transduction Domains (PTDs), which are peptides that pass through the cell membrane, and recombinant proteins of the target protein can be prepared and introduced into the cytoplasm through the cell membrane (FIG. 1). The PTDs include HIV-1 TAT, HSV VP22, Antp, dfTAT, and Hph-1. Fusion proteins that bind these proteins with target proteins need to be produced and separated in the form of recombinant proteins. There is a problem in that refolding of the protein is not performed properly, the activity is decreased, the protein is nonspecifically transmitted, the risk of causing an immune reaction in vivo is large, the cost is high, and the yield is low.

다양한 나노 입자(nanoparticle)와 결합된 목적 단백질은 식작용(Endocytosis)에 의해 세포막을 통과하여 세포질로 들어 갈 수 있다(도 2). 나노 입자에는 Gold NP, Liposome NP, Magnetic NP, Polymeric NP 등이 있으며, 이들과 목적 단백질의 결합체의 분해는 세포 내에서 대부분 리소좀(lysosome)에서 발생하여 목적 단백질이 리소좀 내부에서 분해되어 활성을 잃어버리거나, 세포질에서 목적 단백질과 나노 입자가 따로 분리되기가 어렵고, 나노 입자의 독성이 문제가 될 수 있다. The target protein bound to various nanoparticles can enter the cytoplasm through the cell membrane by endocytosis (Fig. 2). The nanoparticles include Gold NP, Liposome NP, Magnetic NP, and Polymeric NP. Most of the degradation products of these proteins and proteins bind to lysosomes in the cell, , It is difficult for the target protein and the nanoparticles to separate from each other in the cytoplasm, and the toxicity of the nanoparticles may become a problem.

엑소솜(Exosome)은 세포 간 신호전달을 하기 위하여, 단백질, DNA, RNA 등을 가지고 세포 밖으로 분비되어지는 50 - 200 nm 크기의 막구조의 작은 소낭을 가리킨다. Exosome refers to a small vesicle of membrane structure with a size of 50 - 200 nm that is secreted out of the cell with protein, DNA, RNA, etc., for intercellular signaling.

엑소솜은 원래 적혈구가 성숙되어지는 마지막 단계에서 세포 내 단백질을 배출하여 제거함으로써 적혈구 내에 헤모글로빈만 남기는 과정에서 발견된 것으로서, 이러한 엑소솜은 전자 현미경을 통한 연구에서 원형질막(plasma membrane)으로부터 직접 떨어져 나가는 것이 아니라, 다낭체(Multivesicular bodies, MVBs)라고 불리는 세포 내 특정 구획에서 기원하여 세포 밖으로 방출, 분비되는 것으로 관찰되었다. 즉, 다낭체와 원형질막의 융합이 일어나면, 그러한 소낭들은 세포 밖 환경으로 방출되는데, 이것을 엑소솜이라 부른다(도 3). Exosomes were originally found in the process of leaving hemoglobin in the red blood cells by eliminating and exiting the intracellular proteins at the last stage when the red blood cells were matured. These exosomes were found in the electron microscopic study, But rather from a specific compartment within the cell called Multivesicular bodies (MVBs), which is released and released outside the cell. That is, when fusions between the polycation and the plasma membrane occur, such follicles are released into the extracellular environment, which is called exosomes (FIG. 3).

이러한 엑소솜이 어떤 분자적 기작에 의해 만들어지는지는 확실히 밝혀진 바가 없으나, B-림프구, T-림프구, 수지상세포, 거대핵세포(megakaryocyte), 대식세포 등을 포함한 다양한 종류의 면역 세포들과 줄기세포 및 종양세포 등도 살아 있는 상태에서 엑소솜을 생산하여 분비한다고 알려져 있다.Although it is unclear how these exosomes are produced by any molecular mechanism, it is possible to identify a variety of immune cells and stem cells, including B-lymphocytes, T-lymphocytes, dendritic cells, megakaryocytes, macrophages, Tumor cells are also known to produce and secrete exosomes in a living state.

엑소솜에는 세포 내의 다양한 단백질, DNA, RNA 등이 포함되어 있다. 이러한 엑소솜에 포함되어 세포 밖으로 분비되는 물질들은 세포막과의 융합 (fusion) 혹은 내포작용 (endocytosis)에 의해 다른 세포 내로 다시 유입되어 세포 간의 통신자로서의 역할을 하기도 한다. 또한, 이러한 엑소솜에 포함되어 세포 밖으로 분비되는 물질들을 분석하여 특정 질환의 진단에 이용될 수 있다. Exosomes contain various proteins, DNA, and RNA in the cell. The substances contained in the exosome and secreted out of the cell may be re-introduced into other cells by fusion or endocytosis with the cell membrane and serve as intercellular communication partners. In addition, the substances contained in the exosome and secreted out of the cell can be analyzed and used for diagnosis of a specific disease.

엑소솜 내에는 여러 종류의 microRNA가 포함되어 있으며, 이것의 존재 유무 및 존재량을 검출하여 질병을 진단하는 방법에 대하여 알려져 있다(KR 10-2010-0127768A 참조). 특히 국제 공개 WO2009-015357A에는 암 유래의 시료(혈액, 타액, 눈물 등)에 존재하는 엑소솜을 검출하여, microRNA의 변화량을 측정하여, 대조군에 비하여 증가 또는 감소할 경우 특정 질환과의 관련성을 예측하고, 진단하는 방법이 개시되어 있다. 특히, 특정 질환(폐질환)을 갖는 환자로부터 얻은 엑소솜을 분석하여, 특정 microRNA와 폐질환과의 관련성에 대하여, 구체적으로 개시하고 있다. 또한, 폐질환 외에도 엑소솜에 포함된 단백질을 이용하여 신장질환을 진단할 수 있는 방법에 대하여도 연구되고 있는 실정이다.Several types of microRNAs are contained in exosomes, and a method for diagnosing disease by detecting the presence or abundance thereof is known (see KR 10-2010-0127768A). In particular, WO2009-015357A discloses a method for detecting exosomes present in a cancer-derived sample (blood, saliva, tears, etc.) and measuring the amount of microRNA change. When the increase or decrease is compared with the control, And a method for diagnosing the abnormality is disclosed. Particularly, exosomes obtained from patients having a specific disease (lung disease) are analyzed to specifically describe the relationship between a specific microRNA and lung disease. Also, in addition to pulmonary disease, methods for diagnosing renal disease using protein contained in exosome have been studied.

또한, 엑소솜에는 항원을 포함하기도 한다. 한편, 항원제시세포(antigen presenting cell, APC)에서는 다낭체를 포함해 막구조를 가지는 세포 내 구획에서 항원 펩티드가 MHC(major histocompatibility complex) 클래스 II 분자에 선적되기 때문에 이로부터 기원되는 엑소솜도 항원 펩티드-MHC 클래스 II 컴플렉스를 가지고 있다. 따라서, 엑소솜은 면역원(immunogen)의 수송체로서 CD4+ T 림프구에 항원 펩티드를 제시할 수 있고, 그에 따라 T 림프구의 증식과 같은 면역 반응을 유도할 수 있다. 또한, 엑소솜에는 MHC 클래스 I, 열 충격 단백질(HSPs;heat-shock proteins) 등 면역 반응을 자극시킬 수 있는 능력을 가진 분자들이 농축되어 있기 때문에 자가면역 질환(autoimmune disease)이나 종양 치료에 있어서 면역증강 또는 감소의 목적으로 이용될 수 있다.Exosomes also contain antigens. On the other hand, in antigen presenting cells (APCs), antigen peptides are loaded on MHC (major histocompatibility complex) class II molecules in intracellular compartments containing membranes, including polycations. Therefore, Peptide-MHC class II complex. Thus, exosomes can present antigen peptides to CD4 + T lymphocytes as transporters of immunogens, thereby inducing an immune response such as proliferation of T lymphocytes. In addition, since exosomes are enriched with molecules capable of stimulating an immune response, such as MHC class I, heat-shock proteins (HSPs), they are immune to autoimmune disease or tumor treatment May be used for the purpose of enhancing or reducing.

또한, 상기 목적 단백질이 내부에 포함된 엑소솜은, 생체 내에서 다양한 질환의 치료에 사용될 수 있다. 예를 들어, 목적 단백질로서 항암 효과를 나타내는 단백질이나, siRNA를 포함하는 엑소솜을 제조하고, 이를 암세포에 처리하여 암치료에 사용할 수 있다(도 4).In addition, the exosome in which the target protein is contained can be used for the treatment of various diseases in vivo. For example, a protein exhibiting an anti-cancer effect as a target protein, or an exosome containing siRNA can be prepared, and then treated with cancer cells to treat cancer (FIG. 4).

이와 같이 목적 단백질을 포함하는 엑소솜은 질병의 치료에 사용될 수 있다. 이를 위해서는 목적 단백질을 포함하는 엑소솜을 효율적으로 만들 수 있어야 한다. 한국 공개 특허 제 2004-0015508에는 특정 항원을 포함하는 엑소솜의 제조 방법이 기재되어 있다. 특정 항원에 대한 유전자를 세포주 내에 도입하여 도입된 유전자의 단백질이 세포주 내에서 안정하게 발현되어, 엑소솜을 통하여 세포 밖으로 방출되는 방법과 이러한 엑소솜을 백신(vaccine)으로 사용하는 방법이 개시되어 있다.Thus, exosomes containing the desired protein can be used for the treatment of disease. For this purpose, it is necessary to be able to efficiently produce exosome containing the target protein. Korean Patent Publication No. 2004-0015508 describes a method for producing an exosome comprising a specific antigen. There is disclosed a method in which a gene for a specific antigen is introduced into a cell line and the protein of the introduced gene is stably expressed in the cell line and is released to the outside of the cell through the exosome and a method of using such exosome as a vaccine .

그러나, 상기 엑소솜은 세포 내에서 자연적으로 형성되기 때문에, 상기 엑소솜을 생성하는 세포에 목적 단백질을 코딩하는 유전자를 도입한다 하여도, 발현된 단백질이 내부에 포함된 형태의 엑소솜이 제조될 가능성이 매우 낮다는 문제점이 있다.However, since the exosome is formed naturally in the cell, even if a gene encoding the target protein is introduced into the cell that produces the exosome, the exosome in which the expressed protein is contained can be produced Is very low.

이에, 본 발명자들은 목적 단백질이 포함된 엑소솜을 보다 효과적으로 제조하는 방법을 개발하기 위하여 연구 노력한 결과, 엑소솜 특이 마커와 목적 단백질을 융합시킨 융합 단백질을 엑소솜을 대량으로 만들어내는 세포에서 발현시킴으로써, 목적 단백질이 포함된 엑소솜을 효율적으로 제조할 수 있음을 확인하였다(도 5).Accordingly, the present inventors have made efforts to develop a method for more effectively producing an exosome containing a target protein. As a result, they have found that a fusion protein obtained by fusing an exosome-specific marker and a target protein is expressed in a cell producing a large amount of exosome , It was confirmed that the exosome containing the target protein can be efficiently produced (Fig. 5).

또한, 상기 방법은 목적 단백질이 엑소솜의 막에 부착되어 있는 바, 엑소솜 특이 마커와 목적 단백질 각각에 광특이적 결합 단백질 쌍의 각각을 융합시킨 융합 단백질을 엑소솜을 대량으로 만들어내는 세포에서 발현시키고, 빛을 조사하여 각각의 융합 단백질을 결합시키면, 이들 결합 단백질이 엑소솜 특이 마커에 의해 엑소솜 내부로 유입되고, 유입된 후에 빛의 조사가 중단되면 엑소솜 내부에서 목적 단백질과 광특이적 결합 단백질의 융합 단백질이 분리되어 목적 단백질이 내부에 유리(free) 상태로 포함된 엑소솜을 효과적으로 제조할 수 있음을 확인하였다(도 6).In addition, in the above method, the target protein is attached to the membrane of the exosome, and a fusion protein obtained by fusing each of the light-specific binding protein pairs to each of the exosome-specific marker and the target protein is called a cell that produces a large amount of exosome When these fusion proteins are introduced into the exosome by the exosome-specific marker and the irradiation of the light is stopped after the introduction of the exosome-specific marker, the exosome- It was confirmed that the fusion protein of the red binding protein was isolated and the exosome containing the target protein in the free state could be effectively produced (FIG. 6).

페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx)은 세포질에 존재하는 대표적인 항산화 효소(antioxidant enzyme)로, 포유류 세포 내 수용성 단백질 중 0.1-0.8%를 차지한다. Prx는 세포 내에서 전자 두 개(2e-)를 받아 히드로퍼옥시드(hydroperoxide; ROOH)를 물과 ROH기로 환원시키는 역할을 한다. 또한 nmol 농도의 과산화수소(H2O2) 형성과 소멸에 관여하며 이는 세포 증식, 분화 및 세포죽음 등 세포신호 전달에 관여하게 된다. Prx는 효소 내에 있는 산화환원반응에 민감한 cysteine 아미노산에 따라 더 세부적으로 구분이 되는데, 산화환원반응의 촉매작용에 직접적으로 관여하는 cycteine 아미노산의 개수에 따라 1-Cys Prx, 2-Cys Prx로 구분이 된다. 특히 2-Cys Prx는 구조적, 메커니즘적 차이에 따라 ‘typical’과 ‘atypical’ 2-Cys Prx로 세분화된다. 세 그룹의 Prx 모두 active cycteine (Cys-SH)이 ROOH기와 반응하여 Cys-SOH를 이루는 과정은 같으나, 이후의 두 번째 과정부터는 산화환원 반응의 차이가 있다. Prx I-Prx IV까지는 typical 2-Cys Prx, PrxV는 atypical 2-Cys Prx, PrxVI는 1-Cys Prx에 해당된다. 2-Cys Prx에 해당되는 경우 최대 10개의 단위체가 뭉쳐서 소중합체(oligomer)를 이루기도 한다. Peroxiredoxin (Prx) is a representative antioxidant enzyme present in the cytoplasm, accounting for 0.1-0.8% of the water-soluble proteins in mammalian cells. Prx plays a role in reducing the hydroperoxide (ROOH) to water and ROH by receiving two electrons (2e-) in the cells. In addition, it is involved in the formation and disappearance of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) at nmol concentration, which is involved in cell signaling such as cell proliferation, differentiation and cell death. Prx is divided into 1-Cys Prx and 2-Cys Prx depending on the number of cycteine amino acids directly involved in the catalytic action of the redox reaction, depending on the cysteine amino acid that is sensitive to redox reaction in the enzyme. do. In particular, 2-Cys Prx is subdivided into 'typical' and 'atypical' 2-Cys Prx depending on the structural and mechanism differences. In all three Prx groups, active cycteine (Cys-SH) reacts with the ROOH group to form Cys-SOH, but there is a difference in the redox reaction from the second step. Prx I to Prx IV corresponds to typical 2-Cys Prx, PrxV to atypical 2-Cys Prx, and PrxVI to 1-Cys Prx. In case of 2-Cys Prx, up to 10 units may form aggregates to form oligomers.

Prx I, II는 성장인자(growth factor) 및 종양괴사인자(TNF-α)에 의해 생성된 세포 내 과산화수소의 농도를 조절하여 수용체 관련 신호전달경로의 활성화에 관여하게 된다. 특히, PrxII는 혈청 기아(serum starvation), 세라미드(ceramide) 또는 에토포시드(etoposide)와 같은 세포사멸 유도인자의 자극으로부터 세포를 보호하는 역할을 한다.Prx I and II are involved in the activation of receptor-related signaling pathways by regulating the concentration of intracellular hydrogen peroxide produced by growth factors and tumor necrosis factor (TNF-α). In particular, PrxII protects cells from stimulation of cell death inducers such as serum starvation, ceramide, or etoposide.

정상적인 세포에서 Prx I은 PTEN phosphatase의 산화를 억제하여 그 활성이 잘 유지되도록 하는 역할을 한다. 그러나 산화성 스트레스가 증가하는 경우, Prx가 비가역적으로 산화되어 PTEN에서 분리됨으로써 PTEN의 활성이 과산화수소에 의해 억제되고 그 결과, 세포내 Akt와 같은 세포증식 신호가 지속적으로 활성화되어 암을 유발하게 된다.In normal cells, Prx I inhibits the oxidation of PTEN phosphatase and plays a role in maintaining its activity well. However, when the oxidative stress is increased, Prx is irreversibly oxidized and separated from PTEN, so that the activity of PTEN is inhibited by hydrogen peroxide. As a result, the cell proliferation signal such as intracellular Akt is continuously activated and cancer is induced.

Prx의 세포 내 양적 변화는 질병과 매우 밀접한 관계가 있다. 발암, 동맥경화의 생성 및 진행, 호흡기 염증의 생성, 골다공증, 비만, 퇴행성 치매가 진행되는 과정에서 활성산소의 양적 변화가 매우 밀접한 관계를 가지고 있다. Intracellular quantitative changes in Prx are closely related to disease. The quantitative changes of reactive oxygen species are closely related to the development and progression of carcinogenesis, atherosclerosis, the production of respiratory inflammation, osteoporosis, obesity and degenerative dementia.

따라서, 본 발명자들은 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질을 포함하는 엑소솜을 제조하고, 상기 엑소솜을 처리시 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이 타겟 세포의 세포질에 전달되는 것을 확인하였으며, 본 발명의 Prx I 또는 II 단백질을 탑재한 엑소솜이 항산화용 조성물로서 이용 가능함을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventors prepared an exosome containing peroxiredoxin (Prx) I or II protein and, when treating the exosome, detected that peroxiredoxin (Prx) I or II protein And confirming that exosome carrying the Prx I or II protein of the present invention can be used as an antioxidant composition. Thus, the present invention has been completed.

본 발명의 목적은 엑소솜 특이 마커와 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질의 융합 단백질을 포함하는 엑소솜의 대량 제조 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for mass production of exosome comprising a fusion protein of an exosome-specific marker and a peroxiredoxin (Prx) I or II protein.

본 발명의 다른 목적은 광특이적 결합 단백질 쌍을 이용하여 엑소솜 막에서 분리된 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질을 포함하는 엑소솜의 대량 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for mass production of exosome containing peroxiredoxin (Prx) I or II protein isolated from exosomal membrane using a photo-specific binding protein pair.

본 발명의 다른 목적은 상기 엑소솜의 제조에 사용될 수 있는 엑소솜 제조용 벡터를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a vector for producing an exosome which can be used for the production of the exosome.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 엑소솜을 유효성분으로 함유하는 항산화용 약학적 조성물을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a pharmaceutical composition for antioxidant containing the exosome as an active ingredient.

아울러, 본 발명의 다른 목적은 상기 엑소솜을 유효성분으로 함유하는 암, 동맥경화, 호흡기 질환, 골다공증, 비만 및 퇴행성 치매로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 활성산소에 의한 질환 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a pharmaceutical composition for prevention or treatment of diseases caused by at least one active oxygen selected from the group consisting of cancer, arteriosclerosis, respiratory disease, osteoporosis, obesity and degenerative dementia containing the exosome as an active ingredient To provide a composition.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, According to an aspect of the present invention,

a) 엑소솜 생산 세포에, 엑소솜 특이 마커와 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이 결합된 형태의 융합 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 도입하여 형질전환된 세포를 얻는 단계; 및 b) 상기 형질전환된 세포를 배양하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이 엑소솜 막에 부착된 엑소솜을 대량으로 제조하는 방법을 제공한다.a) obtaining a transformed cell by introducing into the exosome-producing cell a polynucleotide encoding a fusion protein in which a exoxom-specific marker and a peroxiredoxin (Prx) I or II protein are bound; And b) culturing the transformed cells. The present invention provides a method for mass-producing exosome having peroxiredoxin (Prx) I or II protein attached to an exosome membrane .

또한, 본 발명은 In addition,

a) 엑소솜 생산 세포에, 엑소솜 특이 마커와 제1 광특이적 결합 단백질이 결합된 형태의 융합 단백질(제1 융합 단백질)을 코딩하는 폴리뉴클레오티드 및 상기 제1 광특이적 결합 단백질과 결합할 수 있는 제2 광특이적 결합 단백질과 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이 결합된 형태의 융합 단백질(제2 융합 단백질)을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 도입하는 단계; b) 상기 엑소솜 생산 세포에 상기 제1 광특이적 결합 단백질과 상기 제2 광특이적 결합 단백질의 결합을 유발할 수 있는 광을 조사하는 단계; 및 c) 상기 엑소솜 생산 세포에서 엑소솜이 생산된 다음, 상기 광의 조사를 중지하는 단계를 포함하는, 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질을 포함하는 엑소솜을 대량으로 제조하는 방법을 제공한다.a) a polynucleotide encoding a fusion protein (first fusion protein) in which the exosome-specific marker and the first photo-specific binding protein are bound to the exosome-producing cell, and a polynucleotide that binds to the first photo- Introducing a polynucleotide encoding a fusion protein (second fusion protein) in the form of a combination of a second photo-specific binding protein and a peroxiredoxin (Prx) I or II protein; b) irradiating the exosome-producing cell with light capable of inducing binding of the first photo-specific binding protein and the second photo-specific binding protein; And c) stopping the irradiation of the exosome after the exosome is produced in the exosome-producing cell, followed by stopping the irradiation of the exosome. .

또한, 본 발명은 In addition,

(a) 엑소솜 특이 마커와 제1 광특이적 결합 단백질이 결합된 형태의 융합 단백질(제1 융합 단백질)을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 제1 발현벡터; 및 (b) 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드가 도입될 수 있는 다클론 부위와 상기 제1 광특이적 결합 단백질과 결합할 수 있는 제2 광특이적 결합 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 제2 발현벡터를 포함하는, 엑소솜 제조용 벡터를 제공한다.(a) a first expression vector comprising a polynucleotide encoding a fusion protein (first fusion protein) in which a first light-specific binding protein and an exosome-specific marker are bound; And (b) a polynucleotide capable of introducing a polynucleotide encoding a Peroxiredoxin (Prx) I or II protein and a second photo-specific binding capable of binding to the first photo- And a second expression vector comprising a polynucleotide encoding a protein.

또한, 본 발명은 상기 방법을 사용하여 제조된, 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이 내부에 포함된 엑소솜, 상기 엑소솜을 이용하는 것을 특징으로 하는 세포질로 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질을 전달하는 방법을 제공한다.The present invention also relates to an exosome comprising an inner part of a peroxiredoxin (Prx) I or II protein produced using the above method, and a cytoplasmic peroxiredoxin Peroxiredoxin (Prx) I or II protein.

또한, 본 발명은 상기 엑소솜을 유효성분으로 포함하는 항산화용 약학적 조성물, 또는 암, 동맥경화, 호흡기 질환, 골다공증, 비만 및 퇴행성 치매로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 활성산소에 의한 질환 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.The present invention also relates to a pharmaceutical composition for antioxidant comprising the exosome as an active ingredient or a composition for prevention of diseases caused by at least one active oxygen selected from the group consisting of cancer, atherosclerosis, respiratory diseases, osteoporosis, obesity and degenerative dementia Or a pharmaceutical composition for therapeutic use.

아울러, 본 발명은 상기 엑소솜을 유효성분으로 함유하는 항산화용 또는 피부노화 방지용 화장료 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides an antioxidant or skin anti-aging cosmetic composition containing the exosome as an active ingredient.

본 발명에서 제공하는 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질을 포함하는 엑소솜의 제조방법을 이용하면, 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질을 포함하는 엑소솜을 높은 수율로 제조할 수 있으며, 또한, 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이 엑소솜 막으로부터 분리되어 존재하므로 상기 엑소솜을 이용하여 항산화용 조성물 또는, 암, 동맥경화, 호흡기 질환, 골다공증, 비만 및 퇴행성 치매로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 활성산소에 의한 질환 예방 또는 치료용 약학적 조성물, 또는 항산화용 또는 피부노화 방지용 화장료 조성물에 널리 활용될 수 있다.Using the method of producing exosome containing peroxiredoxin (Prx) I or II protein provided in the present invention, exosome containing peroxiredoxin (Prx) I or II protein is expressed in high Since the peroxiredoxin (Prx) I or II protein exists separately from the exosmomic membrane, the exosome can be used for the composition for antioxidation or the composition for cancer, atherosclerosis, respiratory diseases, Osteoporosis, obesity and degenerative dementia, or a composition for preventing or treating diseases caused by at least one active oxygen selected from the group consisting of obesity and degenerative dementia, or a cosmetic composition for antioxidation or skin aging prevention.

도 1은 세포막 통과 도메인(PTD)과 목적 단백질의 재조합 단백질을 통한 목적 단백질의 세포질 내 전달방법을 보여주는 그림이다(Steven R. et al. Protein transduction: unrestricted delivery into all cells Trends in Cell biology, 2000).
도 2는 나노 입자와 목적 단백질을 결합시킨 결합체를 endocytosis를 통해 목적 단백질의 세포질 내 전달방법을 보여주는 그림이다(Munish Chanana et al. Physicochemical properties of protein-coated gold nanoparticles in biological fluids and cells before and after proteolytic digestion. Angew. Chem. Int. Ed. 2013).
도 3은 엑소솜이 세포 내 다낭체(Multi vesicular bodies, MVBs)로부터 세포 밖으로 방출, 분리되어 발생되는 과정을 보여주는 그림이다(Graca Raposo and Willem Stoorvogel. Extracellular vesicles: Exosomes, microvesicles, and friends. Cell Biology 200(4), 373-383, 2013).
도 4는 표적화된 엑소솜을 통해 siRNA를 생체 내 전달하여 암을 치료하는 과정을 보여주는 그림이다(Alvarez-Erviti, L. et al. Delivery of siRNA to the mouse brain by systemic injection of targeted exosomes.Nature biotechnology 29, 341-345, 2011).
도 5는 본 발명에 따른 광유전자로 디자인된 단백질 운반 엑소솜(Optogenetically-designed, protein-carrying exosomes, EXPLORs)의 제조 공정을 보여주는 개요도 이다.
도 6은 본 발명에 따른 EXPLORs의 광 조사가 중단되면 엑소솜 내부에서 목적 단백질과 광특이적 결합 단백질의 융합 단백질이 분리되는 과정을 보여주는 그림이다.
도 7은 CIBN-EGFP-CD9 유전자와 mCherry-CRY2 유전자가 HEK293T 세포에 도입된 형질전환체에서 청색광의 조사 여부에 따른 mCherry 단백질의 세포 내 위치변화를 나타내는 형광사진이다.
도 8은 본 발명에 따른 EXPLORs를 수득하는 실험 과정을 보여주는 그림이다.
도 9는 청색광의 세기에 따라, 엑소솜의 내부에 포집된 목적 단백질(mCherry 단백질)의 함량변화를 측정한 결과를 나타내는 면역블럿 분석사진이다.
도 10은 목적 단백질(mCherry)을 포함하는 엑소솜을 표적 세포(HT1080 세포)에 처리한 후, 상기 표적 세포에 목적 단백질의 도입 여부를 확인한 결과를 나타내는 전자현미경 사진으로서, 좌측은 엑소솜이 처리되지 않은 표적 세포를 나타내고 우측은 엑소솜이 처리된 표적 세포를 나타낸다.
도 11는 목적 단백질(mCherry)을 포함하는 엑소솜을 표적 세포(HT1080 세포)에 처리한 후, 상기 표적 세포에 목적 단백질의 도입 여부를 확인한 결과를 나타내는 형광사진(a) 및 상기 엑소솜 처리에 의하여 유발된 사멸세포의 비율을 비교한 결과를 나타내는 그래프(b)이다.
도 12는 GIGANTEA-EGFP-CD9 유전자 및 mCherry-FKF1LOV가 HEK293T 세포에 도입된 형질전환체에서 청색광의 조사 여부에 따른 mCherry 단백질의 세포 내 위치변화를 나타내는 형광사진이다.
도 13은 형광이미징을 이용한 Luciferase-mCherry 융합단백질의 발현 정도(a) 및 생산 세포에서의 루시퍼라제 활성 및 분자 개수를 확인한 도이다(b):
Control: 아무것도 처리하지 않은 HEK293T 세포;
OVER: Luciferase-mCherry-CRY2 만을 도입한 HEK293T 세포;
XP: 엑소솜 탑재 기술을 위해 만들어진 상용 벡터인 XPACK (Systems Biosciences)을 이용하여 XPACK-Luciferase-mCherry을 도입한 HEK293T 세포;
EXPLOR: 본 발명의 방법에 따른, Luciferase-mCherry-CRY2와 CIBN-EGFP-CD9를 도입한 HEK293T 세포.
도 14는 생산된 엑소솜 내에서의 루시퍼라제 활성 측정(a) 및 분자 개수(b)를 확인한 도이다:
NEG: 아무것도 처리하지 않은 HEK293T 세포에서 생산된 엑소솜;
OVER: Luciferase-mCherry-CRY2를 도입한 HEK293T 세포에서 생산된 엑소솜;
XP: 엑소솜 탑재 기술을 위해 만들어진 상용 벡터인 XPACK (Systems Biosciences)을 이용하여 XPACK-Luciferase-mCherry을 도입한 HEK293T 세포에서 생산된 엑소솜;
EXPLOR: 본 발명에 따른, Luciferase-mCherry-CRY2와 CIBN-EGFP-CD9를 도입한 HEK293T 세포에서 생산된 엑소솜;
ON: 200 μW의 청색광에서 72시간 배양하여 생산한 엑소솜,
OFF: 빛이 없는 조건에서 72시간 배양하여 생산한 엑소솜.
도 15는 생산된 엑소솜 내의 목적 단백질의 도입 효율(loading efficiency)을 나타낸 도이다.
도 16은 엑소솜을 이용한 표적 세포(HeLa)로의 목적 단백질 전달 효율을 나타낸 도이다:
Control: 아무것도 처리하지 않은 HEK293T 세포에서 생산된 엑소솜;
OVER: Luciferase-mCherry-CRY2를 도입한 HEK293T 세포에서 생산된 엑소솜;
XP: 엑소솜 탑재 기술을 위해 만들어진 상용 벡터인 XPACK (Systems Biosciences)을 이용하여 XPACK-Luciferase-mCherry을 도입한 HEK293T 세포에서 생산된 엑소솜;
EXPLOR: 본 발명에 따른, Luciferase-mCherry-CRY2와 CIBN-EGFP-CD9를 도입한 HEK293T 세포에서 생산된 엑소솜;
ON: 200 μW의 청색광에서 72시간 배양하여 생산한 엑소솜,
OFF: 빛이 없는 조건에서 72시간 배양하여 생산한 엑소솜.
도 17은 세포 내에서 Luciferase-mCherry-CRY2와 CIBN-EGFP-CD9가 HEK293T 세포내에서 같은 위치에 발현하고 있음을 확인한 도이다.
도 18은, 세포 내에서 Prx I/II-mCherry-CRY2 및 CIBN-EGFP-CD9가 HEK293T 세포 내에서 같은 위치에 발현하고 있음을 확인한 도이다.
도 19는, HeLa 세포에 본 발명에 따른 Prx I/II:EXPLOR를 전처리 하였을 경우, 과산화수소(H2O2)로 유발된 산화스트레스에 의한 세포 독성 억제를 확인한 도이다(Scale bars, 20 μm):
None: 과산화수소 처리한 대조군;
Cre:EXPLOR:
Prx I:EXPLOR: 페록시레독신 I이 탑재된 엑소솜; 및
Prx II:EXPLOR: 페록시레독신 II가 탑재된 엑소솜.
FIG. 1 is a diagram showing a cytoplasmic delivery method of a target protein through a cell membrane transduction domain (PTD) and a recombinant protein of a target protein (Steven R. et al., Protein transduction: unrestricted delivery into all cells, Trends in Cell Biology, .
FIG. 2 is a graph showing the intracellular delivery of a target protein through endocytosis to a conjugate comprising nanoparticles and a target protein (Munish Chanana et al., Physicochemical properties of protein-coated gold nanoparticles in biological fluids and cells before and after proteolytic digestion, Angew, Chem., Int.
FIG. 3 is a view showing the process in which exosomes are released from the cells and released from the cells of the multi-vesicular bodies (MVBs) (Grace Raposo and Willem Stoorvogel, Extracellular vesicles: Exosomes, microvesicles, and friends. (4), 373-383, 2013).
FIG. 4 is a diagram showing a process of delivering siRNA in vivo through a targeted exosome to treat cancer (Alvarez-Erviti, L. et al. Delivery of siRNA to the mouse brain by systemic injection of targeted exosomes. Nature biotechnology 29, 341-345, 2011).
FIG. 5 is a schematic diagram showing a process for producing protein-carrying exosomes (EXPLORs) designed as optogenetically-designed proteins according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a process of separating the fusion protein of the target protein and the light-specific binding protein from the inside of the exosome when the light irradiation of EXPLORs according to the present invention is stopped.
FIG. 7 is a fluorescence photograph showing the change in the intracellular location of mCherry protein in a transformant into which CIBN-EGFP-CD9 gene and mCherry-CRY2 gene are introduced into HEK293T cells according to irradiation of blue light.
8 is a diagram showing an experimental procedure for obtaining EXPLORs according to the present invention.
FIG. 9 is an immunoblot analysis image showing the result of measurement of a change in the content of a target protein (mCherry protein) captured inside the exosome according to the intensity of blue light.
FIG. 10 is an electron micrograph showing the result of treating target cells (HT1080 cells) treated with exosome containing a target protein (mCherry) and confirming the introduction of a target protein into the target cells. And the right side represents the target cell treated with exosome.
FIG. 11 is a graph showing the fluorescence image (a) showing the result of examining whether the target protein is introduced into the target cell (HT1080 cell) after treating the exosome containing the target protein (mCherry) (B) showing the results of comparing the ratios of the apoptotic cells induced by the apoptotic cells.
FIG. 12 is a fluorescence image showing the change in intracellular location of mCherry protein according to whether blue light was irradiated in a transformant into which GIGANTEA-EGFP-CD9 gene and mCherry-FKF1LOV were introduced into HEK293T cells.
13 shows the degree of expression (a) of luciferase-mCherry fusion protein using fluorescence imaging and the number of luciferase activity and the number of molecules in the produced cells (b):
Control: HEK293T cells without any treatment;
OVER: HEK293T cells transfected with Luciferase-mCherry-CRY2 alone;
XP: HEK293T cells transfected with XPACK-Luciferase-mCherry using XPACK (Systems Biosciences), a commercial vector designed for exosome loading technology;
EXPLOR: HEK293T cells transfected with Luciferase-mCherry-CRY2 and CIBN-EGFP-CD9 according to the method of the present invention.
Fig. 14 is a diagram showing the measurement of the luciferase activity (a) and the number of molecules (b) in the produced exosome:
NEG: Exosomes produced in HEK293T cells that were not treated with anything;
OVER: Exosomes produced in HEK293T cells transfected with Luciferase-mCherry-CRY2;
XP: Exosomes produced in HEK293T cells using XPACK (Luciferase-mCherry XPACK) using XPACK (Systems Biosciences), a commercial vector designed for exosome loading technology;
EXPLOR: Exosomes produced in HEK293T cells transfected with Luciferase-mCherry-CRY2 and CIBN-EGFP-CD9 according to the present invention;
ON: Exosomes produced by culturing in 200 μW of blue light for 72 hours,
OFF: Exosome produced by culturing for 72 hours in the absence of light.
FIG. 15 is a diagram showing the loading efficiency of a target protein in the produced exosome. FIG.
FIG. 16 shows the efficiency of target protein transfer to target cells (HeLa) using exosomes:
Control: Exosomes produced in HEK293T cells without any treatment;
OVER: Exosomes produced in HEK293T cells transfected with Luciferase-mCherry-CRY2;
XP: Exosomes produced in HEK293T cells using XPACK (Luciferase-mCherry XPACK) using XPACK (Systems Biosciences), a commercial vector designed for exosome loading technology;
EXPLOR: Exosomes produced in HEK293T cells transfected with Luciferase-mCherry-CRY2 and CIBN-EGFP-CD9 according to the present invention;
ON: Exosomes produced by culturing in 200 μW of blue light for 72 hours,
OFF: Exosome produced by culturing for 72 hours in the absence of light.
FIG. 17 shows that Luciferase-mCherry-CRY2 and CIBN-EGFP-CD9 are expressed in the same position in HEK293T cells.
FIG. 18 shows that Prx I / II-mCherry-CRY2 and CIBN-EGFP-CD9 are expressed in the same position in HEK293T cells.
FIG. 19 is a graph showing inhibition of cytotoxicity by oxidative stress induced by hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) when PrL I / II: EXPLOR according to the present invention was pre-treated in HeLa cells (Scale bars, 20 μm) :
None: Control group treated with hydrogen peroxide;
Cre: EXPLOR:
Prx I: EXPLOR: exosome with peroxiredoxin I; And
Prx II: EXPLOR: Exosome with Peroxiredoxin II.

이하, 본 발명을 상세히 서술한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질을 포함하는 엑소솜을 효율적으로 대량으로 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for efficiently and mass-producing an exosome containing peroxiredoxin (Prx) I or II protein.

본 발명자들은 목적 단백질이 내부에 포함된 엑소솜을 보다 효과적으로 제조하는 방법을 개발하기 위하여 다양한 연구를 수행하던 중, 엑소솜 특이 마커(CD9, CD63, CD81 또는 CD82)에 주목하게 되었다. 상기 엑소솜 특이 마커는 테트라스파닌 패밀리에 속하는 4회 막 관통형의 막 단백질이라는 공통점을 갖고 있으므로, 상기 엑소솜의 막단백질에 목적 단백질을 결합시킬 경우, 비교적 용이하게 엑소솜 내부에 포함될 수 있을 것으로 예측하였다.The present inventors focused on exosome-specific markers (CD9, CD63, CD81 or CD82) while carrying out various studies in order to develop a method for more effectively producing exosomes containing the target protein therein. Since the exosome-specific marker has a common property that it is a membrane protein of 4-fold penetration type belonging to the tetraspanin family, when the desired protein is bound to the membrane protein of the exosome, it can be relatively easily contained in the exosome Respectively.

이와 같이 엑소솜 막에 특이적으로 많이 존재하고 세포막을 관통하는 엑소솜 특이 마커와 목적 단백질의 융합 단백질을 엑소솜을 대량으로 만드는 세포에서 발현시키면 목적 단백질이 포함된 엑소솜을 대량으로 만들 수 있다.The exosome-specific marker that is specifically present in the exosome membrane, which is specifically present in the exosome membrane, and the exosome-specific marker and the fusion protein of the target protein are expressed in a cell that mass-produces the exosome, a large amount of the exosome containing the target protein can be produced .

구체적으로, 본 발명의 목적 단백질인 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질을 포함하는 엑소솜의 제조 방법은 엑소솜 생산 세포에서 엑소솜 특이 마커와 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이 결합된 융합 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 도입하여 발현시키는 것을 특징으로 한다.Specifically, a method for producing an exosome comprising a peroxiredoxin (Prx) I or II protein, which is a target protein of the present invention, is a method for producing exosome-specific markers and peroxiredoxin (Prx) Characterized by introducing a polynucleotide encoding a fusion protein in which the I or II protein is bound and expressing the polynucleotide.

이 때 생성된 엑소솜에는 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이 엑소솜막에 박혀 있는 엑소솜 특이 마커와 융합되어 있다. The resulting exosome is fused with exosome-specific markers in which peroxiredoxin (Prx) I or II protein is embedded in the exosome membrane.

상기 목적 단백질은 상기 엑소솜의 막단백질에 결합되어 있는 상태로서, 표적세포에 도달한 후에도 분리되지 아니한다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 다양한 연구를 수행한 결과, 광특이적 결합 단백질을 사용하여, 일시적으로 목적 단백질을 상기 마커 단백질과 결합시켜서, 상기 목적 단백질이 내부에 포함된 엑소솜을 제조하는 기술을 개발하였다. 예를 들어, 광특이적 결합 단백질인 CIBN과 CRY2을 이용할 수 있는데, 구체적으로, 상기 CIBN은 상기 마커 단백질의 하나인 CD9과 융합된 형태로 발현되도록 하고, 상기 CRY2는 목적 단백질과 융합된 형태로 발현되도록 이들 융합 단백질을 코딩하는 유전자를 엑소솜 생산 세포에 도입하였다. 상기 엑소솜 생산세포에서 발현된 CIBN-CD9 융합 단백질은 CD9으로 인하여 엑소솜에 포함되는데, 이때, 상기 세포에 푸른 빛 LED 조명을 조사하면, 상기 엑소솜 생산세포에서 발현된 목적단백질-CRY2 융합 단백질의 CRY2 도메인이 CD9에 융합된 CIBN 도메인에 결합되므로, 목적단백질-CRY2-CIBN-CD9 형태의 가역적으로 유도된 융합 단백질이 형성되고, 이와 같은 융합 단백질은 CD9으로 인하여 엑소솜 내부에 포함된다. 이처럼 목적단백질이 내부에 포함된 엑소솜이 생산된 후, 상기 푸른 빛 LED 조명을 더 이상 조사하지 않으면, CIBN-CRY2 결합이 해제되어, 목적단백질이 엑소솜의 세포막에 결합되지 않은 상태로 엑소솜 내부에 포함되게 되므로, 결과적으로는 목적 단백질을 포함하는 엑소솜을 제조할 수 있다(도 5 내지 도 10).The target protein is bound to the membrane protein of the exosome and is not separated even after reaching the target cell. In order to solve these problems, various studies have been conducted. As a result, it has been found that, by using a photo-specific binding protein, a technology for temporarily producing an exosome containing the target protein by binding the target protein with the marker protein Respectively. For example, CIBN and CRY2, which are light specific binding proteins, can be used. Specifically, CIBN is expressed in a form fused with CD9, which is one of the marker proteins, and CRY2 is fused with a target protein A gene encoding these fusion proteins was introduced into the exosome-producing cells. The CIBN-CD9 fusion protein expressed in the exosome-producing cell is included in the exosome due to CD9. When the cell is irradiated with blue LED light, the target protein-CRY2 fusion protein expressed in the exosome- Is bound to the CIBN domain fused to CD9, a reversibly derived fusion protein of the target protein -CRY2-CIBN-CD9 form is formed, and such fusion protein is contained in the exosome due to CD9. When the blue light LED illumination is no longer irradiated after the exosome containing the target protein is produced, the CIBN-CRY2 binding is released and the target protein is not bound to the cell membrane of the exosome, , So that an exosome containing the target protein can be produced as a result (FIGS. 5 to 10).

이같이 제조된 엑소솜은 종래의 표적 물질을 포함하는 엑소솜과는 전혀 다른 효과를 나타낼 수 있다. 종래의 엑소솜은 목적 단백질을 엑소솜 내부에 포집시키기 위하여, 엑소솜 특이 마커에 융합시킨 형태로 발현시켰으므로, 상기 목적 단백질이 엑소솜 내부에 포집되기는 하였으나, 엑소솜막에 부착되어 있는 상태로 있으므로 엑소솜막으로부터 분리되지 못하므로, 상기 엑소솜이 표적 세포의 세포막에 융합되는 경우에만, 상기 목적 단백질이 표적 세포로 전달될 수 있고, 이처럼 표적 세포에 융합된 후에도, 엑소솜막에 융합된 엑소솜에 결합된 형태로 존재하기 때문에, 상기 목적 단백질이 표적 세포내에서 그의 효과를 나타낼 확률이 매우 낮다는 한계가 있었다. 그러나, 본 발명에서 제공하는 엑소솜은 엑소솜 내부에 목적 단백질이 막에 결합되지 않은 상태로 포집되어 있으므로, 상기 엑소솜이 표적 세포에 의하여 endocytosis되어 세포질로 들어갔을 때, 엑소솜막에 부착되어 있는 것이 아니므로 엑소솜이 분해되는 경우, 목적 단백질이 표적 세포의 세포질로 전달될 수 있으며, 표적 세포의 세포질 내에서 자유롭게 이동이 가능하므로, 목적 단백질이 표적 세포질에서 생리 활성을 충분히 나타낼 수 있다는 장점이 있다(도 11).The exosome thus produced may exhibit a completely different effect from the exosome including the conventional target substance. Since the conventional exosome has been expressed in the form of being fused to the exosome-specific marker in order to trap the target protein inside the exosome, the target protein is trapped in the exosome, but is still attached to the exosome membrane The target protein can be transferred to the target cell only when the exosome is fused to the cell membrane of the target cell. Thus, even when the target protein is fused to the target cell, the target protein can be bound to the exosome fused to the exosome membrane , There is a limitation that the target protein has a very low probability of exhibiting its effect in the target cell. However, since the exosome provided in the present invention is trapped in the exosome without the target protein bound to the membrane, when the exosome is endocytosed by the target cell and enters the cytoplasm, the exosome is attached to the exosome membrane Therefore, when the exosome is degraded, the target protein can be transferred to the cytoplasm of the target cell, and the target protein can freely move within the cytoplasm of the target cell, so that the target protein has an advantage that it can sufficiently exhibit the physiological activity in the target cytoplasm ( 11).

뿐만 아니라, 광조사시 조사되는 광의 세기에 따라서, 마커 단백질에 결합되는 목적 단백질의 결합수준이 변화되므로, 상기 광의 세기를 조절할 경우, 엑소솜내에 포집되는 목적 단백질의 함량을 조절할 수 있다는 장점이 있다.In addition, since the binding level of the target protein to be bound to the marker protein is changed according to the intensity of the light irradiated upon light irradiation, the content of the target protein captured in the exosome can be controlled when the light intensity is controlled .

따라서, 광특이적 결합 단백질을 사용하여 목적 단백질을 포함하는 엑소솜을제조하는 방법은 지금까지 전혀 알려져 있지 않으며, 본 발명자에 의하여 최초로 개발되었다.Therefore, a method for producing an exosome containing a target protein using a photo-specific binding protein has not been known at all and has been developed for the first time by the present inventors.

따라서 본 발명에서는, 하기 단계로 구성된 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질을 포함하는 엑소솜의 제조방법을 제공한다:Accordingly, the present invention provides a method for producing an exosome comprising a Peroxiredoxin (Prx) I or II protein comprising the following steps:

(a) 엑소솜 생산 세포에, 엑소솜 특이 마커와 제1 광특이적 결합 단백질이 결합된 형태의 융합 단백질(제1 융합 단백질)을 코딩하는 폴리뉴클레오티드 및 상기 제1 광특이적 결합 단백질과 결합할 수 있는 제2 광특이적 결합 단백질과 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이 결합된 형태의 융합 단백질(제2 융합 단백질)을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 도입하는 단계; (a) a polynucleotide encoding a fusion protein (first fusion protein) in which the exosome-specific marker and the first photo-specific binding protein are bound to the exosome-producing cell, and a polynucleotide encoding the first specific binding protein Introducing a polynucleotide encoding a fusion protein (second fusion protein) in a form in which a second photo-specific binding protein capable of binding to a peroxiredoxin (Prx) I or II protein is bound;

(b) 상기 엑소솜 생산 세포에 상기 제1 광특이적 결합 단백질과 상기 제2 광특이적 결합 단백질의 결합을 유발할 수 있는 광을 조사하는 단계; 및(b) irradiating the exosome-producing cell with light capable of inducing binding of the first photo-specific binding protein and the second photo-specific binding protein; And

(c) 상기 엑소솜 생산 세포에서 엑소솜이 생산된 다음, 상기 광의 조사를 중지하는 단계.(c) after the exosome is produced in the exosome-producing cell, stopping the irradiation of the light.

본 발명의 용어 "엑소솜(exosome)"이란, 다낭체(multivesicular bodies, MVBs)라고 불리는 세포 내 특정 구획에서 기원하여 세포 밖으로 방출 또는 분비되는 원형질막 구조의 작은 소낭을 의미한다.The term "exosome " of the present invention means a small vesicle of a plasma membrane structure originating from a specific compartment within a cell called multivesicular bodies (MVBs) and released or secreted out of the cell.

본 발명에 있어서, 상기 엑소솜은 목적 단백질을 내부에 포함하여 목적 단백질의 표적 세포 또는 조직으로 목적 단백질을 운반하는 운반체로서 역할을 수행할 수 있는데, 상기 엑소솜에 의하여 운반된 목적 단백질은 표적 세포 또는 조직에 작용하여 특정 질환을 치료하거나 또는 특정 질환을 진단하는데 사용될 수 있다.In the present invention, the exosome may serve as a carrier for transporting a target protein to a target cell or tissue of a target protein by including a target protein therein. The target protein carried by the exosome may be a target cell Or may be used to treat certain diseases or to diagnose certain diseases by acting on the tissues.

본 발명의 용어 "엑소솜 생산 세포"란, 상기 엑소솜을 생산할 수 있는 세포를 의미한다.The term "exosome-producing cell" of the present invention means a cell capable of producing the exosome.

본 발명에 있어서, 상기 엑소솜 생산 세포는 특별히 이에 제한되지 않으나 한 가지 예로서, B-림프구, T- 림프구, 수지상세포, 거대핵세포(megakaryocyte), 대식세포, 줄기세포 및 종양 세포 등이 될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서는 상기 엑소솜 생산 세포로서 불멸화세포주(immortalized cell line)의 일종인 HEK293T 세포를 사용하였다.In the present invention, the exosome-producing cell may be, but not limited to, a B-lymphocyte, a T-lymphocyte, a dendritic cell, a megakaryocyte, a macrophage, a stem cell, . For example, in the example of the present invention, HEK293T cells, which are a kind of immortalized cell line, were used as the exosome-producing cells.

본 발명의 용어 "엑소솜 특이 마커"란, 엑소솜의 막에 풍부하게 존재하는 단백질을 의미한다. The term "exosome-specific marker " of the present invention means a protein abundantly present in the membrane of the exosome.

본 발명에 있어서, 상기 엑소솜 특이 마커는 특별히 이에 제한되지 않으나, 한 가지 예로서, CD9, CD63, CD81, CD82 등이 될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서는 엑소솜 특이 마커로서 CD9을 사용하였다. CD9, CD63, CD81, CD82는 4회 관통형 막단백질로써, 엑소솜의 막단백질에 목적 단백질을 결합시킬 경우 용이하게 목적 단백질을 엑소솜 내부에 존재하게 한다.In the present invention, the exosome-specific marker may be, for example, CD9, CD63, CD81, CD82, and the like. For example, in the examples of the present invention, CD9 was used as an exosome-specific marker. CD9, CD63, CD81, and CD82 are 4-fold penetration type membrane proteins. When the desired protein is bound to the exosome membrane protein, the desired protein is easily present in the exosome.

본 발명의 용어 "광특이적 결합 단백질"이란, 광유도 이형이합체 형성 단백질 또는 광유도 동형이합체 형성단백질이라고도 하는데, 특정 파장의 광이 조사될 경우, 서로 상이한 단백질과 결합하여 이형이합체를 형성할 수 있는 단백질 또는 서로 동일한 종류의 다른 단백질과 결합하여 동형이합체를 형성할 수 있는 단백질을 의미한다.The term "photo-specific binding protein" of the present invention is also referred to as a light-oil-type heterodimer forming protein or a photoinduced homodimer forming protein. When light of a specific wavelength is irradiated, it may bind to a different protein to form a heterodimer Refers to a protein capable of binding to a protein or another protein of the same kind to form a homodimer.

본 발명에 있어서, 상기 광특이적 결합 단백질은 특별히 이에 제한되지 않으나, 한 가지 예로서, 광유도 이형이합체 형성 단백질이 될 수 있고, 다른 예로서, CIB(cryptochrome-interacting basic-helix-loop-helix protein), CIBN(N-terminal domain of CIB), PhyB(phytochrome B), PIF(phytochrome interacting factor), FKF1(Flavinbinding, Kelch repeat, F-box 1), GIGANTEA, CRY(chryptochrome), PHR(phytolyase homolgous region) 등이 될 수 있다.In the present invention, the photo-specific binding protein may be, for example, a light oil-releasing duplex forming protein, but not limited thereto. As another example, a cryptochrome-interacting basic-helix-loop-helix protein, CIBN, phytochrome B, phytochrome interacting factor, FKF1, GIGANTEA, CRY (chryptochrome), PHR (phytolyase homolgous) region), and the like.

특히, 이형이합체를 형성하는 경우, 두 가지 광특이적 결합 단백질(제1 광특이적 결합 단백질 및 제2 광특이적 결합 단백질)이 사용될 수 있는데, 상기 제1 광특이적 결합 단백질이 CIB 또는 CIBN인 경우, 이에 대한 제2 광특이적 결합 단백질은 CRY 또는 PHR이 될 수 있고, 상기 제1 광특이적 결합 단백질이 PhyB인 경우, 이에 대한 제2 광특이적 결합 단백질은 PIF가 될 수 있으며, 상기 제1 광특이적 결합 단백질이 GIGANTEA인 경우, 이에 대한 제2 광특이적 결합 단백질은 FKF1가 될 수 있다. In particular, when forming a heterodimer, two photo-specific binding proteins (a first photo-specific binding protein and a second photo-specific binding protein) may be used, wherein the first photo-specific binding protein is CIB or CIBN , The second photo-specific binding protein may be CRY or PHR, and when the first photo-specific binding protein is PhyB, the second photo-specific binding protein may be PIF, When the first photo-specific binding protein is GIGANTEA, the second photo-specific binding protein may be FKF1.

예를 들어, 본 발명의 실시예에서는 제1 광특이적 결합 단백질로서 CIBN을사용하고, 제2 광특이적 결합 단백질로서 CRY2를 사용하였으며, 사용된 빛의 파장은 청색광을 나타내는 460 내지 490nm로 설정하고, 상기 빛의 세기는 20 내지 50 μW로 설정하였다.For example, in an embodiment of the present invention, CIBN is used as the first photo-specific binding protein, CRY2 is used as the second photo-specific binding protein, and the wavelength of the used light is set to 460 to 490 nm And the intensity of the light was set to 20 to 50 μW.

한편, 엑소솜 특이 마커와 제1 광특이적 결합 단백질이 결합된 제1 융합 단백질의 발현여부 및 세포 내 위치를 확인하기 위하여, 마커 단백질을 함께 융합시킬 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서는 CIBN과 CD9, 또는 GIGANTEA와 CD9이 결합된 제1 융합 단백질에 형광단백질인 EGFP가 삽입된 형태로 발현시킴으로써, 상기 제1 융합 단백질의 발현여부, 발현수준 및 세포 내 위치를 확인하고자 하였다.Meanwhile, in order to confirm the expression of the first fusion protein in which the exosome-specific marker and the first photo-specific binding protein are bound and the position in the cell, marker proteins may be fused together. For example, in an embodiment of the present invention, expression of the first fusion protein in which CIBN and CD9, or GIGANTEA and CD9 are combined, in a form in which the fluorescent protein EGFP is inserted, And to confirm the intracellular location.

본 발명의 용어 "목적 단백질"이란, 상기 엑소솜의 내부에 포함되도록 상기 제2 광특이적 결합 단백질과 융합된 형태로 발현되는 단백질을 의미한다.The term "target protein" of the present invention means a protein expressed in a form fused with the second photo-specific binding protein to be contained in the exosome.

본 발명에 있어서, 상기 목적 단백질은 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이며, 상기 단백질은 산화 스트레스에 의한 세포 독성을 억제하는 효과를 가진다. In the present invention, the target protein is peroxiredoxin (Prx) I or II protein, and the protein has an effect of inhibiting cytotoxicity due to oxidative stress.

본 발명의 페록시레독신 I 단백질은 서열번호 1로 기재되는 아미노산 서열로 구성되는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않으며, 페록시레독신 II 단백질은 서열번호 2로 기재되는 아미노산 서열로 구성되는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.The peroxiredoxin I protein of the present invention is preferably composed of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, but not limited thereto, and the peroxiredoxin II protein is preferably composed of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 But is not limited thereto.

본 발명의 용어 "배양"이란, 세포 혹은 미생물을 적당히 인공적으로 조절한 환경조건에서 생육시키는 방법을 의미한다.The term "cultivation" of the present invention means a method of growing a cell or a microorganism under an appropriately artificially controlled environmental condition.

본 발명에 있어서, 형질전환체를 1 내지 3일간 배양한 후, 소태아혈청이 포함되지 아니한 배지로 교체하고 2 내지 5일간 추가로 배양한다.In the present invention, the transformant is cultivated for 1 to 3 days, then replaced with a medium not containing fetal bovine serum, and further cultured for 2 to 5 days.

본 발명에 있어서, 상기 형질전환체를 배양하는 방법은 당업계에 널리 알려져 있는 방법을 이용하여 수행할 수 있다. In the present invention, the method for culturing the transformant may be carried out by a method well known in the art.

상기 배지는 동물세포 배양 시 사용되는 공지된 배지를 의미하고, 시판중인 무혈청 배지(serum free media), 무단백 배지(protein free media) 및 화학 정의 배지(chemically defined media) 등의 그룹 중에서 선택될 수 있다.The medium means a known medium used for animal cell culture and may be selected from a group such as commercially available serum free media, protein free media and chemically defined media .

상기 무혈청 배지는 동물 세포를 배양하는데 사용되는 소혈청 성분이 제거된 배지로 SFM4CHO(HyClone), EX-Cell(JHR Bioscience) 등이 바람직하고, 인슐린형 성장인자 I(Insulin like growth factor I, IGF-I), 에탄올아민(Ethanolamine), 페릭 클로라이드(Ferric chloride), 및 포스파티딜콜린(Phosphatidyl choline) 등이 첨가될 수 있으나 이에 한정하지 않는다.Preferably, the serum-free medium is SFM4CHO (HyClone), EX-Cell (JHR Bioscience) or the like, and the insulin-like growth factor I -I), ethanolamine, ferric chloride, and phosphatidyl choline may be added, but the present invention is not limited thereto.

상기 무단백 배지는 소혈청 성분이 제거된 무혈청 배지에서 동물 유래 단백질, 특히, 분자량 10kDa 이상인 고분자 단백질이 제거된 동물세포 배양 배지로써, ProCHO(Lonza) 및 PF-CHO(HyClone) 등이 선택될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.The animal cell culture medium in which the protein derived from animal, in particular, the protein having a molecular weight of 10 kDa or more is removed in the serum-free medium from which the bovine serum component has been removed, is selected as Prostate (Lonza) and PF-CHO (HyClone) But is not limited thereto.

상기 화학 정의 배지는 동물 유래의 성분이 없고, 배지를 구성하는 모든 구성 성분이 공지된 화학적 구조를 가진 동물 세포 배양용 배지로써, CDM4CHO(HyClone), PowerCHO2CD(Lonza), 및 CD-optiCHO(Life Technologies) 등이 선택 될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.The chemically defined medium is an animal cell culture medium having no known animal-derived components and all constituent components of which are known chemical structures. These media include CDM4CHO (HyClone), PowerCHO2CD (Lonza), and CD-optiCHO ) May be selected, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 용어 "제1 융합 단백질"이란, 상기 엑소솜 특이 마커와 상기 제1 광특이적 결합 단백질이 결합된 형태의 융합 단백질을 의미한다.The term "first fusion protein" of the present invention means a fusion protein in which the exosome-specific marker and the first photo-specific binding protein are bound.

본 발명에 있어서, 상기 제1 융합 단백질에 포함된 엑소솜 특이 마커와 제1 광특이적 결합 단백질의 배열순서는 상기 제1 융합 단백질이 엑소솜 생산 세포에서 엑소솜의 내부방향으로 상기 제1 광특이적 결합 단백질이 위치하도록 발현될 수 있는 한, 특별히 이에 제한되지 않으나, 한 가지 예로서 엑소솜 특이 마커의 C-말단에 제1 광특이적 결합 단백질의 N-말단이 결합된 형태로 구성될 수 있다.In the present invention, the sequence of the exosome-specific marker and the first photo-specific binding protein contained in the first fusion protein is such that the first fusion protein binds to the first light in the exosome- As long as it can be expressed so that the specific binding protein can be expressed so as to be positioned so that the N-terminal of the first photo-specific binding protein is bound to the C-terminus of the exosome-specific marker .

또한, 상기 제1 융합 단백질을 구성하는 엑소솜 특이 마커와 제1 광특이적 결합 단백질은 상호 직접적으로 연결될 수도 있고, 링커를 통해 연결될 수도 있다. 상기 링커는 제1 융합 단백질이 엑소솜 생산 세포에서 엑소솜의 내부방향으로 상기 제1 광특이적 결합 단백질이 위치하도록 발현될 수 있는 한, 특별히 이에 제한되지 않으나, 아미노산으로 구성된 펩타이드 링커를 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 잘 구부러지는(flexible) 펩타이드 링커를 사용할 수 있다. 상기 펩타이드 링커는 상기 링커를 코딩하는 핵산을 각 도메인을 코딩하는 핵산 사이에 인프레임(in frame)으로 연결하여 발현벡터 내에 작동 가능하게 연결하여 발현시킬 수 있다.The exosome-specific marker constituting the first fusion protein and the first photo-specific binding protein may be directly linked to each other, or may be linked through a linker. The linker is not particularly limited as long as the first fusion protein can be expressed so that the first photo-specific binding protein is located in the exosome-producing cell in the inside of the exosome-producing cell, but a peptide linker composed of an amino acid can be used And more preferably a flexible peptide linker can be used. The peptide linker may be operably linked to an expression vector by linking the nucleic acid encoding the linker in-frame between the nucleic acids encoding each domain.

본 발명의 용어 "제2 융합 단백질"이란, 상기 제2 광특이적 결합 단백질과 상기 목적 단백질이 결합된 형태의 융합 단백질을 의미한다.The term "second fusion protein" of the present invention means a fusion protein in which the second photo-specific binding protein and the target protein are combined.

본 발명에 있어서, 상기 제2 융합 단백질에 포함된 제2 광특이적 결합 단백질과 목적 단백질의 배열순서는, 상기 제2 융합 단백질이 엑소솜 생산 세포에서 상기 제1 융합 단백질의 제1 광특이적 결합 단백질 부위와 결합하여 엑소솜 내부에 위치할 수 있는 한, 특별히 이에 제한되지 않으나, 한 가지 예로서 제2 광특이적 결합 단백질의 C-말단에 목적 단백질의 N-말단이 결합된 형태로 구성될 수 있다.In the present invention, the order of arrangement of the second photo-specific binding protein and the target protein contained in the second fusion protein is such that the second fusion protein is the first photo-specific of the first fusion protein in the exosome- As long as it can bind to the binding protein site and be located within the exosome, it is not particularly limited. For example, the N-terminal of the target protein is bound to the C-terminus of the second photo- specific binding protein .

또한, 상기 제2 융합 단백질을 구성하는 제2 광특이적 결합 단백질과 목적 단백질은 상호 직접적으로 연결될 수도 있고, 링커를 통해 연결될 수도 있다. 상기 링커는 제2 융합 단백질이 엑소솜 생산 세포에서 상기 제1 융합 단백질의 제1 광특이적 결합 단백질 부위와 결합하여 엑소솜 내부에 위치할 수 있는 한, 특별히 이에 제한되지 않으나, 아미노산으로 구성된 펩타이드 링커를 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 잘 구부러지는(flexible) 펩타이드 링커를 사용할 수 있다. 상기 펩타이드 링커는 상기 링커를 코딩하는 핵산을 각 도메인을 코딩하는 핵산 사이에 인프레임(in frame)으로 연결하여 발현벡터 내에 작동 가능하게 연결하여 발현시킬 수 있다.In addition, the second photo-specific binding protein and the target protein constructing the second fusion protein may be directly coupled to each other, or may be connected to each other through a linker. The linker is not particularly limited as long as the second fusion protein can be located in the exosome by binding to the first photo-specific binding protein region of the first fusion protein in the exosome-producing cell, Linkers can be used, and more preferably, flexible peptide linkers can be used. The peptide linker may be operably linked to an expression vector by linking the nucleic acid encoding the linker in-frame between the nucleic acids encoding each domain.

아울러, 상기 각 융합 단백질은 이에 포함되는 각 도메인의 야생형의 아미노산 서열과 하나 이상의 아미노산 잔기가 상이한 서열을 가지는 폴리펩티드를 포함할 수 있다. 분자의 활성을 전체적으로 변경시키지 않는 단백질 및 폴리펩티드에서의 아미노산 교환은 당해 분야에 공지되어 있다. 가장 통상적으로 일어나는 교환은 아미노산 잔기 Ala/Ser, Val/Ile, Asp/Glu, Thr/Ser, Ala/Gly, Ala/Thr, Ser/Asn, Ala/Val, Ser/Gly, Thy/Phe, Ala/Pro, Lys/Arg, Asp/Asn, Leu/Ile, Leu/Val, Ala/Glu, Asp/Gly 간의 교환이다. 또한, 아미노산 서열상의 변이 또는 수식에 의해서 단백질의 열, pH등에 대한 구조적 안정성이 증가하거나 단백질 활성이 증가한 단백질을 포함할 수 있다.In addition, each of the fusion proteins may include a polypeptide having a sequence that differs from a wild-type amino acid sequence of each domain contained therein by one or more amino acid residues. Amino acid exchange in proteins and polypeptides that do not globally alter the activity of the molecule is known in the art. The most commonly occurring exchanges involve amino acid residues Ala / Ser, Val / Ile, Asp / Glu, Thr / Ser, Ala / Gly, Ala / Thr, Ser / Asn, Ala / Val, Ser / Gly, Thy / Pro, Lys / Arg, Asp / Asn, Leu / Ile, Leu / Val, Ala / Glu and Asp / Gly. In addition, the protein may include a protein having increased structural stability or increased protein activity due to mutation or modification of the amino acid sequence, such as heat, pH and the like.

끝으로, 상기 융합 단백질 또는 상기 융합 단백질을 구성하는 각 도메인의 폴리펩티드는 당해 분야에 공지된 화학적 펩티드 합성방법으로 제조하거나, 상기 도메인을 코딩하는 유전자를 PCR(polymerase chain reaction) 에 의해 증폭하거나 공지된 방법으로 합성한 후 발현벡터에 클로닝하여 발현시켜서 제조할 수 있다.Finally, the polypeptide of each domain constituting the fusion protein or the fusion protein may be prepared by a chemical peptide synthesis method known in the art, or may be prepared by amplifying a gene encoding the domain by PCR (polymerase chain reaction) Followed by expression and cloning into an expression vector.

한편, 상기 각 융합 단백질은 이들을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 엑소솜 생산 세포에 도입함으로써, 상기 엑소솜 생산 세포에서 발현될 수 있는데, 상기 폴리뉴클레오티드를 엑소솜 생산 세포에 도입하는 방법으로는 당업자에게 공지된 방법을 사용할 수 있는데, 예를 들어, 발현벡터를 사용하여 도입하는 방법을 사용할 수 있다.On the other hand, each fusion protein can be expressed in the exosome-producing cell by introducing a polynucleotide encoding the fusion protein into the exosome-producing cell. As the method for introducing the polynucleotide into the exosome-producing cell, Method can be used. For example, a method of introducing using an expression vector can be used.

본 발명의 용어 "발현벡터"란, 목적하는 숙주세포에서 목적 펩타이드를 발현할 수 있는 재조합 벡터로서, 유전자 삽입물이 발현되도록 작동하게 연결된 필수적인 조절 요소를 포함하는 유전자 제작물을 의미한다. 상기 발현벡터는 개시코돈, 종결코돈, 프로모터, 오퍼레이터 등의 발현조절 요소들을 포함하는데, 상기 개시코돈 및 종결코돈은 일반적으로 폴리펩타이드를 암호화하는 뉴클레오티드 서열의 일부로 간주되며, 유전자 제작물이 투여되었을 때 개체에서 반드시 작용을 나타내야 하며 코딩 서열과 인프레임(in frame)에 있어야 한다. 벡터의 프로모터는 구성적 또는 유도성일 수 있다.The term "expression vector" of the present invention refers to a recombinant vector capable of expressing a target peptide in a desired host cell, and a gene product containing an essential regulatory element operatively linked to the expression of the gene insert. The expression vector includes expression control elements such as an initiation codon, a termination codon, a promoter, an operator, etc. The initiation codon and termination codon are generally regarded as part of the nucleotide sequence encoding the polypeptide, and when the gene product is administered, And must be in coding sequence and in frame. The promoter of the vector may be constitutive or inducible.

본 발명의 용어 "작동가능하게 연결(operably linked)"이란, 일반적 기능을 수행하도록 핵산 발현조절 서열과 목적하는 단백질 또는 RNA를 코딩하는 핵산 서열이 기능적으로 연결(functional linkage)되어 있는 상태를 의미다. 예를 들어 프로모터와 단백질 또는 RNA를 코딩하는 핵산 서열이 작동가능하게 연결되어 코딩서열의 발현에 영향을 미칠 수 있다. 발현벡터와의 작동적 연결은 당해 기술분야에서 잘 알려진 유전자 재조합 기술을 이용하여 제조할 수 있으며, 부위-특이적 DNA 절단 및 연결은 당해 기술 분야에서 일반적으로 알려진 효소 등을 사용할 수 있다.The term "operably linked" of the present invention means a state in which a nucleic acid sequence encoding a desired protein or RNA is functionally linked to a nucleic acid expression control sequence so as to perform a general function . For example, a nucleic acid sequence encoding a promoter and a protein or RNA may be operably linked to affect the expression of the coding sequence. The operative linkage with an expression vector can be produced using gene recombination techniques well known in the art, and site-specific DNA cleavage and linkage can be performed using enzymes generally known in the art.

또한, 상기 발현벡터는 세포 배양액으로부터 단백질의 분리를 촉진하기 위하여 융합 폴리펩타이드의 배출을 위한 시그널 서열을 포함할 수 있다. 특이적인 개시 시그널은 또한 삽입된 핵산 서열의 효율적인 번역에 필요할 수도 있다. 이들 시그널은 ATG 개시코돈 및 인접한 서열들을 포함한다. 어떤 경우에는, ATG 개시 코돈을 포함할 수 있는 외인성 번역 조절 시그널이 제공되어야 한다. 이들 외인성 번역 조절 시그널들 및 개시코돈들은 다양한 천연 및 합성 공급원일 수 있다. 발현 효율은 적당한 전사 또는 번역 강화 인자의 도입에 의하여 증가될 수 있다.In addition, the expression vector may include a signal sequence for the release of the fusion polypeptide to facilitate the separation of the protein from the cell culture medium. A specific initiation signal may also be required for efficient translation of the inserted nucleic acid sequence. These signals include the ATG start codon and adjacent sequences. In some cases, an exogenous translational control signal, which may include the ATG start codon, should be provided. These exogenous translational control signals and initiation codons can be of various natural and synthetic sources. Expression efficiency can be increased by the introduction of suitable transcription or translation enhancers.

본 발명의 바람직한 실시양태에 의하면, 상기 발현벡터는 목적 단백질이 엑소솜의 내부에 삽입되었는지의 여부를 확인할 수 있는 태그를 상기 목적 단백질에 결합시켜서 발현시킬 수 있다. 상기 태그는 목적 단백질의 존재 여부를 확인하기 위한 것이므로, 목적 단백질이 제2 광특이적 결합 단백질과 결합된 반대부위에 결합시킬 수 있는데, 한 가지 예로서, 적색형광단백질, 녹색형광단백질 등의 형광단백질을 태그로 사용하여, 목적 단백질의 C-말단 부위에 결합시킬 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the expression vector can be expressed by binding a tag to the target protein to confirm whether the target protein is inserted into the exosome. Since the tag is for confirming the presence or absence of the target protein, the target protein can be bound to the opposite site to which the second photo-specific binding protein is bound. For example, fluorescence of a red fluorescent protein, The protein can be used as a tag to bind to the C-terminal region of the target protein.

이 같이 설계된 목적 단백질을 엑소솜 생산 세포에서 발현시키고, 엑소솜이 생산된 후, 상기 형광단백질 태그가 엑소솜에서 검출되는지의 여부를 확인함으로써, 상기 엑소솜이 목적 단백질을 포함하는지의 여부를 확인할 수 있다.It is possible to confirm whether or not the exosome contains the target protein by expressing the designed protein in the exosome-producing cell and confirming whether the fluorescent protein tag is detected in the exosome after the exosome is produced .

본 발명의 용어 "광(light)"이란, 엑소솜 생산 세포에서 발현된 제1 광특이적 결합 단백질과 제2 광특이적 결합 단백질을 임시적으로 결합시키기 위하여 조사하는 빛을 의미한다.The term "light" of the present invention means light irradiated to temporarily bind the first light-specific binding protein and the second light-specific binding protein expressed in the exosome-producing cell.

상술한 바와 같이, 엑소솜 생산 세포 내에서 제1 광특이적 결합 단백질은 엑소솜 특이 마커와 함께 제1 융합 단백질 형태로 발현되고, 제2 광특이적 결합 단백질은 목적 단백질과 함께 제2 융합 단백질 형태로 발현되는데, 상기 엑소솜 생산 세포에 상기 제1 광특이적 결합 단백질과 제2 광특이적 결합 단백질의 결합에 필요한 광을 조사하면, 상기 제1 광특이적 결합 단백질과 제2 광특이적 결합 단백질이 결합되어 결과적으로는, 엑소솜 특이 마커-제1 광특이적 결합 단백질-제2 광특이적 결합 단백질-목적 단백질의 형상을 갖는 융합 단백질 복합체를 임시적으로 형성하는데, 상기 엑소솜 생산 세포에서 엑소솜을 생산하면, 상기 엑소솜 특이 마커로 인하여 목적 단백질이 엑소솜에 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 목적 단백질은 엑소솜의 내부에 존재하며, 엑소솜이 생산된 후에 광의 조사를 중지하면, 제1 광특이적 결합 단백질과 제2 광특이적 결합 단백질이 분리되고, 이에 따라, 엑소솜 내부에 존재하는 목적 단백질은 엑소솜의 방출시 엑소솜에 포함된 형태로 외부로 방출된다. 또한, 상기 광은 목적 단백질이 엑소솜의 내부로 보다 효과적으로 도입될 수 있도록, 지속적으로 조사하기보다는 간헐적으로 조사함이 바람직하다. 즉, 광을 간헐적으로 조사할 경우에는, 제1 광특이적 결합 단백질과 제2 광특이적 결합 단백질의 결합과 분리가 반복되기 때문에, 목적 단백질이 엑소솜 내부로 도입될 확률을 향상시킬 수 있다.As described above, in the exosome-producing cell, the first photo-specific binding protein is expressed in the form of the first fusion protein together with the exosome-specific marker, and the second photo-specific binding protein is expressed in the form of the second fusion protein Specific binding protein is irradiated with light necessary for binding of the first specific binding protein and the second specific binding protein to the exosome-producing cell, the first specific binding protein and the second specific Binding protein is bound and consequently a fusion protein complex having the shape of the exosome-specific marker-first light-specific binding protein-second light-specific binding protein-target protein is temporarily formed. The exosome-producing cell , The target protein may be linked to the exosome due to the exosome-specific marker. In this case, the target protein is present inside the exosome, and when irradiation of light is stopped after the exosome is produced, the first photo-specific binding protein and the second photo-specific binding protein are separated, The target protein present in the inside is released to the outside in the form contained in the exosome upon the release of the exosome. It is also preferable that the light is intermittently irradiated rather than continuously irradiated so that the target protein can be more efficiently introduced into the exosome. That is, when light is intermittently irradiated, the binding and separation of the first photo-specific binding protein and the second photo-specific binding protein are repeated, so that the probability that the target protein is introduced into the exosome can be improved .

한편, 상기 제1 광특이적 결합 단백질과 제2 광특이적 결합 단백질의 결합을 유도하는 광의 파장은 상기 제1 광특이적 결합 단백질과 제2 광특이적 결합 단백질의 종류에 따라 달라지므로, 당업자에게 공지된 바에 따라, 광의 파장을 선택할 수 있다. 즉, CRY2와 CIBN을 결합시킬 경우에는 460 내지 490nm의 파장을 갖는 빛을 조사하고, 상기 빛을 10분 이상 조사하지 않을 경우에는 CRY2와 CIBN이 서로 해리되며; PhyB와 PIF를 결합시킬 경우에는 650nm의 파장을 갖는 빛을 10분 동안 조사하고, 750nm의 파장을 갖는 빛을 5분 동안 조사할 경우에는 PhyB와 PIF가 서로 해리되며; FKF1과 GIGANTEA를 결합시킬 경우에는 460nm의 파장을 갖는 빛을 30분 동안 조사할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 CIBN과 CRY2의 결합을 유도하기 위하여 460 내지 490nm의 파장을 갖는 빛을 조사하였다.Meanwhile, since the wavelength of the light that induces the binding of the first photo-specific binding protein and the second photo-specific binding protein depends on the kind of the first photo-specific binding protein and the second photo-specific binding protein, The wavelength of the light can be selected. That is, when CRY2 and CIBN are combined, light having a wavelength of 460 to 490 nm is irradiated, and when the light is not irradiated for 10 minutes or more, CRY2 and CIBN are dissociated from each other; When PhyB and PIF are combined, light having a wavelength of 650 nm is irradiated for 10 minutes, and light having a wavelength of 750 nm is irradiated for 5 minutes, PhyB and PIF dissociate from each other; When combining FKF1 and GIGANTEA, light with a wavelength of 460 nm can be irradiated for 30 minutes. In the embodiment of the present invention, light having a wavelength of 460 to 490 nm was irradiated to induce the binding of CIBN and CRY2.

본 발명의 실시예에 의하면, CRY2 및 mCherry의 융합 단백질과 CIB 및 CD9의 융합 단백질을 엑소솜을 많이 만들어내는 불멸세포주인 HEK293T 세포 내에서 발현한 결과, 세포질에 균일하게 퍼져있던 mCherry 단백질의 분포가 푸른 빛을 쬐어주었을 때 세포막, 엔도솜 유사 구조등의 막에 있는 것을 관찰할 수 있었다(도 7 ). 또한, FKF1 및 mCherry의 융합 단백질과 GIGANTEA 및 CD9의 융합 단백질을 HEK293T 세포에서 발현시켰을 때도 유사한 결과를 관찰할 수 있었다(도 12). 또한, CRY2 및 mCherry의 융합 단백질과 CIBN 및 CD9의 융합 단백질을 HEK293T에 발현시키고, 푸른 빛의 세기를 조절한 결과, 20 내지 50 μW의 빛을 조사하였을 때, 엑소솜 내에 포집된 mCherry 단백질이 가장 높은 수준을 나타냄을 확인하였으며(도 9), 상기 세포에서 생산 분리된 엑소솜을 이종세포인 HT1080 세포에 약 250㎍/㎖의 농도로 처리한 결과, HT1080 세포에 대하여 특별한 세포독성을 나타내지 않았고, 상기 HT1080 세포의 세포질로 mCherry 단백질이 전달됨을 확인하였다(도 10).According to the embodiment of the present invention, the expression of the fusion protein of CRY2 and mCherry and the fusion protein of CIB and CD9 was expressed in HEK293T cell, an immortal cell line producing a large amount of exosome. As a result, the distribution of mCherry protein uniformly distributed in cytoplasm When irradiated with blue light, it was observed that it is in a membrane such as a cell membrane and an endosome-like structure (Fig. 7). Similar results were also observed when FKF1 and mCherry fusion proteins and GIGANTEA and CD9 fusion proteins were expressed in HEK293T cells (Fig. 12). Furthermore, when the fusion proteins of CRY2 and mCherry and the fusion proteins of CIBN and CD9 were expressed in HEK293T and the intensity of blue light was controlled, it was found that mCherry protein captured in the exosomes (FIG. 9). As a result of treatment of HT1080 cells, which are isolated from exocytes produced from the cells, at a concentration of about 250 μg / ml, they did not show any cytotoxicity against HT1080 cells, MCherry protein was transferred to the cytoplasm of HT1080 cells (Fig. 10).

또한, 본 발명의 엑소솜 내의 목적 단백질의 도입 효율 및 표적 세포로의 엑소솜 전달 효율을 기존의 방법과 비교하기 위하여, 기존 방법으로 XPACK 벡터를 이용하고, 본 발명의 CRY2 및 mCherry 단백질이 결합된 형태의 융합 단백질과 CIBN 및 CD9 단백질이 결합된 형태의 융합 단백질의 발현 벡터를 HEK293T에 도입한 후, 엑소솜 내의 목적 단백질 생산량을 비교한 결과, 본 발명의 방법을 사용하였을 경우 현저하게 도입 효율이 높음을 확인하였다(도 15). 또한, 엑소솜 생산 세포로부터 분리한 엑소솜을 표적 세포(HeLa)에 처리하여, 목적 단백질의 발현 정도를 비교하였을 때에도 본 발명의 방법으로 분리된 엑소솜을 이용하였을 때, 표적 세포에서 목적 단백질의 발현이 가장 높음을 확인하였다(도 16).In order to compare the introduction efficiency of the target protein in the exosome of the present invention and the exosome transfer efficiency to the target cell with the conventional method, XPACK vector was used as the conventional method, and the CRY2 and mCherry proteins of the present invention Type fusion protein with CIBN and CD9 protein was introduced into HEK293T, and the amount of target protein produced in the exosome was compared. As a result, when the method of the present invention was used, (Fig. 15). In addition, when the exosome isolated from the exosome-producing cell is treated with target cells (HeLa) and the degree of expression of the target protein is compared, when the exosome isolated by the method of the present invention is used, And the highest expression was confirmed (Fig. 16).

본 발명은 다른 양태로서 (a) 엑소솜 특이 마커와 제1광특이적 결합 단백질이 결합된 형태의 융합 단백질(제1 융합 단백질)을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 제1 발현벡터; 및 (b) 목적 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드가 도입될 수 있는 다클론 부위(multicloning site)와 상기 제1 광특이적 결합 단백질과 결합할 수 있는 제2 광특이적 결합 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 제2 발현벡터를 포함하는, 엑소솜 제조용 벡터를 제공한다.The present invention provides, in another aspect, (a) a first expression vector comprising a polynucleotide encoding a fusion protein (first fusion protein) in which a first photo-specific binding protein and an exosome-specific marker are bound; And (b) a polynucleotide encoding a multicloning site into which a polynucleotide encoding a target protein can be introduced and a second photo-specific binding protein capable of binding to the first photo-specific binding protein, And a second expression vector comprising the exogenous expression vector.

본 발명에서 제공하는 엑소솜 제조용 벡터에 있어서, 엑소솜 특이 마커, 제1 광특이적 결합 단백질, 엑소솜 생산 세포 및 제2 광특이적 결합 단백질은 상술한 바와 동일하다.In the vector for producing an exosome provided by the present invention, the exosome-specific marker, the first photo-specific binding protein, the exosome-producing cell and the second photo-specific binding protein are the same as described above.

본 발명의 용어 "엑소솜 생산용 형질전환 세포"란, 상기 엑소솜 생산 세포에 엑소솜 특이 마커와 제1 광특이적 결합 단백질이 결합된 형태의 융합 단백질(제1 융합 단백질)을 코딩하는 폴리뉴클레오티드가 도입되어, 상기 제1 융합 단백질을 발현할 수 있는 엑소솜 생산 세포를 의미한다.The term "transforming cell for producing exosome" of the present invention refers to a cell that encodes a fusion protein (first fusion protein) in which exosome-specific markers and a first photo-specific binding protein are bound to the exosome- Refers to an exosome-producing cell into which a nucleotide has been introduced to express the first fusion protein.

본 발명에 있어서, 상기 제2 발현벡터는 상기 제2 광특이적 결합 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드가 포함되어 있고, 이에 인접하여 다클론 부위를 포함하도록 구성될 수 있는데, 이처럼 구성된 제2 발현벡터의 상기 다클론 부위에 목적 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드가 도입될 경우, 상기 제2 광특이적 결합 단백질과 목적 단백질이 융합된 형태(제2 융합 단백질)로 발현될 수 있다.In the present invention, the second expression vector may include a polynucleotide encoding the second photo-specific binding protein, and may be constructed to include a polyclonal region adjacent to the polynucleotide. The second expression vector When a polynucleotide encoding a target protein is introduced into the polyclonal region, the second light specific binding protein and the target protein can be expressed as a fusion form (second fusion protein).

본 발명에서 제공하는 엑소솜 제조용 벡터는 상기 엑소솜 생산용 형질전환 세포 및 발현벡터뿐만 아니라, 상기 발현벡터의 도입, 엑소솜 생산용 형질전환 세포의 배양, 상기 엑소솜 생산용 형질전환 세포로부터 생산된 엑소솜을 분리, 정제하는데 적합한 한 종류 또는 그 이상의 다른 구성 성분 조성물, 용액 또는 장치가 포함될 수도 있다. 예를 들어, 상기 발현벡터의 도입에 필요한 적절한 완충액, 상기 엑소솜 생산용 형질전환 세포의 배양에 필요한 배지 및 용기 등을 추가로 포함할 수 있다.The vector for producing exosome provided by the present invention can be used not only for transfecting cells and expression vectors for production of exosome but also for introducing the expression vector, culturing transgenic cells for production of exosome, producing transgenic cells for producing exosome One or more other component compositions, solutions or devices suitable for isolating and purifying exosomes may also be included. For example, it may further comprise an appropriate buffer necessary for introduction of the expression vector, a medium and a container necessary for culturing the transformed cell for producing the exosome, and the like.

본 발명은 또 다른 양태로서 상기 방법으로 제조되어, 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이 내부에 포함된 엑소솜을 제공한다.In another aspect, the present invention provides an exosome produced by the above method, wherein the peroxiredoxin (Prx) I or II protein is contained therein.

상술한 방법으로 제조된 엑소솜은 이를 구성하는 원형질 막에는 엑소솜 특이 마커와 제1 광특이적 결합 단백질이 결합된 형태의 융합 단백질(제1 융합 단백질)이 포함되어 있고, 엑소솜의 내부에는 상기 제1 광특이적 결합 단백질과 결합할 수 있는 제2 광특이적 결합 단백질과 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이 결합된 형태의 융합 단백질(제2 융합 단백질)이 포함되어 있으므로, 상기 엑소솜을 목적 조직 내의 세포에 처리하면, 원형질 막의 융합을 통해, 엑소솜 내부에 포함된 제2 융합 단백질이 목적 조직 내의 세포질로 전달될 수 있다.The exosome produced by the above-mentioned method contains a fusion protein (first fusion protein) in which the exosome-specific marker and the first photo-specific binding protein are bound to the plasma membrane constituting the exosome, A second photo-specific binding protein capable of binding to the first photo-specific binding protein and a fusion protein (second fusion protein) in which a peroxiredoxin (Prx) I or II protein is bound Therefore, when the exosome is treated to cells in the target tissue, the second fusion protein contained in the exosome can be transferred to the cytoplasm in the target tissue through fusion of the plasma membrane.

본 발명은 또한 상기 방법으로 제조된 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이 탑재된 엑소솜을 유효성분으로 함유하는 항산화용 약학적 조성물을 제공한다.The present invention also provides a pharmaceutical composition for antioxidant containing an exosome carrying peroxiredoxin (Prx) I or II protein prepared by the above method as an active ingredient.

또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이 탑재된 엑소솜을 유효성분으로 함유하는 암, 동맥경화, 호흡기 질환, 골다공증, 비만 및 퇴행성 치매로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 활성산소에 의한 질환 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.The present invention also relates to a pharmaceutical composition comprising an exosome containing peroxiredoxin (Prx) I or II protein prepared by the above method as an active ingredient, cancer, arteriosclerosis, respiratory disease, osteoporosis, obesity and degenerative dementia The present invention provides a pharmaceutical composition for preventing or treating diseases caused by at least one active oxygen selected from the group consisting of

또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이 탑재된 엑소솜을 유효성분으로 함유하는 항산화용 화장료 조성물을 제공한다.The present invention also provides an antioxidant cosmetic composition containing, as an active ingredient, an exosome on which a peroxiredoxin (Prx) I or II protein prepared by the above method is mounted.

아울러, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이 탑재된 엑소솜을 유효성분으로 함유하는 피부노화 방지용 화장료 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a cosmetic composition for preventing skin aging comprising, as an active ingredient, an exosome carrying peroxiredoxin (Prx) I or II protein prepared by the above method.

본 발명의 구체적인 실시예에서, 본 발명자들은 상기 방법으로 제조한 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이 탑재된 엑소솜(Prx I/II::EXPLOR)을 이용하여 과산화수소로 유발된 산화스트레스로 인한 세포 독성 억제 효과를 확인하기 위해 Prx I/II::EXPLOR를 HeLa 세포에 전처리함으로써 산화스트레스에 의한 세포독성이 통계적으로 유의미하게 억제됨을 확인하였다(도 19 참조).In a specific embodiment of the present invention, the present inventors have found that an exosome (Prx I / II :: EXPLOR) equipped with peroxiredoxin (Prx) I or II protein prepared by the above- To confirm the cytotoxic inhibitory effect due to oxidative stress, it was confirmed that cytotoxicity due to oxidative stress was statistically significantly inhibited by pretreating Prx I / II :: EXPLOR with HeLa cells (see FIG. 19).

따라서, 본 발명의 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이 탑재된 엑소솜(Prx I/II::EXPLOR)은 항산화용 또는 활성산소에 의한 질환 예방 또는 치료용 약학적 조성물, 또는 항산화용 또는 피부노화 방지용 화장료 조성물로 이용할 수 있다. Accordingly, the exoprotein (Prx I / II :: EXPLOR) carrying the peroxiredoxin (Prx) I or II protein of the present invention is a pharmaceutical composition for preventing or treating diseases caused by antioxidant or active oxygen, It can be used as a cosmetic composition for antioxidant or skin aging prevention.

이하 본 발명을 실시예 및 실험예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Experimental Examples.

그러나 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.However, the following Examples and Experimental Examples are intended to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these Examples and Experimental Examples.

엑소솜의Exosome 제조 Produce

<1-1> 엑소솜의 제조를 위한 CIBN 및 CRY2의 결합 확인<1-1> Confirmation of binding of CIBN and CRY2 for the production of exosome

빛이 없는 조건에서 CIBN-EGFP-CD9 유전자를 포함하는 pcDNA3.1(+) 벡터와 mCherry-CRY2 유전자를 포함하는 pcDNA3.1(+) 벡터를 엑소솜 생산 세포인 HEK293T 세포에 도입하고, 24시간 동안 배양한 다음, 소태아 혈청이 포함되지 않은 배지로 교체하고 48시간 동안 추가로 배양하였다. 배양이 종료된 후, 460 내지 490 nm의 파장을 갖는 청색광을 조사하고, 상기 청색광을 조사하기 전과 조사한 후의 mCherry에서 나타나는 적색 형광의 위치를 공초점 현미경을 통해 확인하였다(도 7).The pcDNA3.1 (+) vector containing the CIBN-EGFP-CD9 gene and the pcDNA3.1 (+) vector containing the mCherry-CRY2 gene were introduced into the exosome-producing HEK293T cells under light-free conditions, , Then replaced with medium without fetal bovine serum, and further cultured for 48 hours. After completion of the cultivation, blue light having a wavelength of 460 to 490 nm was irradiated, and the positions of red fluorescence appearing in the mCherry before and after irradiation of the blue light were confirmed through a confocal microscope (Fig. 7).

도 7은 CIBN-EGFP-CD9 유전자와 mCherry-CRY2 유전자가 HEK293T 세포에 도입된 형질전환체에서 청색광의 조사여부에 따른 mCherry 단백질의 세포내 위치변화를 나타내는 형광사진이다. 도 7에서 보듯이, 광특이적 결합 단백질인 CIBN과 CRY2의 결합을 유발시키는 청색광이 조사되기 전에는 mCherry 단백질이 세포질에 고르게 분포하고 있으나, 상기 청색광이 조사된 후에는 mCherry 단백질이 막에 밀집되는 현상이 나타남을 알 수 있었다. 이러한 mCherry 단백질의 밀집은 광특이적 결합 단백질인 CIBN과 CRY2의 결합에 의하여 유발된 것으로 분석되었다.FIG. 7 is a fluorescence photograph showing the change in the intracellular location of mCherry protein in a transformant into which CIBN-EGFP-CD9 gene and mCherry-CRY2 gene are introduced into HEK293T cells according to irradiation of blue light. As shown in FIG. 7, mCherry protein is uniformly distributed in the cytoplasm before blue light that induces the binding of CIBN and CRY2, which is a photo-specific binding protein, is observed. However, after the blue light is irradiated, Of the total population. This clustering of mCherry protein was analyzed to be caused by the combination of CIBN and CRY2, a light specific binding protein.

<1-2> 엑소솜의 제조를 위한 GIGANTEA 및 FKF1의 결합 확인<1-2> Confirmation of binding of GIGANTEA and FKF1 for the production of exosome

GIGANTEA-EGFP-CD9 유전자를 포함하는 pcDNA3.1(+) 벡터 및 mCherry-FKF1LOV 유전자를 포함하는 pcDNA3.1(+) 벡터를 사용하고, 상기 실시예 <1-1>과 동일한 방법을 사용하여, 세포 내 엑소솜을 확인하였다. (상기 FKF1LOV에서 LOV는 light-oxygen-voltage domain의 약어로 FKF1 단백질에서 실제로 빛에 의해 다른 단백질과 결합하는 도메인을 나타내며, 따라서 FKF1과 FKF1LOV는 같은 의미로 사용된다.)Using pcDNA3.1 (+) vector containing GIGANTEA-EGFP-CD9 gene and pcDNA3.1 (+) vector containing mCherry-FKF1LOV gene and using the same method as in Example <1-1> Exosomes in the cells were confirmed. (In the above FKF1LOV, LOV is an abbreviation of light-oxygen-voltage domain. It indicates a domain in which FKF1 protein actually binds to another protein by light. Thus, FKF1 and FKF1LOV are used in the same meaning.)

상기 실시예 <1-1>과 마찬가지로, 도 12에 나타난 바와 같이, 광특이적 결합 단백질인 GIGANTEA과 FKF1의 결합을 유발시키는 청색광이 조사되기 전에는 mCherry 단백질이 세포질에 고르게 분포하고 있으나, 청색광이 조사된 후에는 mCherry 단백질이 막에 밀집되는 현상이 나타남을 확인하였다(도 12). 따라서, 상기 <1-1>의 결과와 유사하게, mCherry 단백질의 밀집이 광특이적 결합 단백질의 GIGANTEA 및 FKF1의 결합에 의해 유도될 수 있음을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 12, the mCherry protein is uniformly distributed in the cytoplasm before the blue light that induces the binding of GIGANTEA and FKF1, which is a photo-specific binding protein, is irradiated. However, The mCherry protein was dense in the membrane (Fig. 12). Thus, similar to the results of <1-1>, it was confirmed that the dense mCherry protein can be induced by the binding of GIGANTEA and FKF1 of the photo-specific binding protein.

엑소솜Exosome 생산 및  Production and 엑소솜Exosome 생산에 있어 빛의 세기가 미치는 효과 Effect of light intensity on production

0, 5, 20, 50 또는 200 μW의 세기로 460 nm 파장의 빛을 조사하는 LED 등 아래에서, 각각 CIBN-EGFP-CD9 유전자 및 mCherry-CRY2 유전자를 포함하는 각각의 발현벡터를 엑소솜 생산 세포인 HEK293T 세포에 도입하고, 24시간 동안 배양한 다음, 소태아 혈청이 포함되지 않은 배지로 교체하고 48시간 동안 추가로 배양하였다. 배양이 종료된 후, 배양액을 분리하고, 이를 원심분리(3000×g, 15분)하여 세포잔해물이 제거된 상층액을 수득하였다. 상기 수득한 상층액에 상기 상층액의 5배 부피의 ExoQuick-TC Exosome Precipitation Solution(System Biosciences, Mountain View, California, USA)를 가하여 혼합하고, 원심분리(1500×g, 30분)하여 침전된 엑소솜을 수득하고, 상기 수득한 엑소솜에 PBS를 가하여 현탁시켜서 엑소솜 현탁액을 수득하였다. 상기 엑소솜 현탁액을 27-G 바늘이 장착된 주사기를 이용하여 0.2 ㎛ 필터로 여과하여 단일 크기의 엑소솜을 수득하였다(도 8). 그 후 Lysis buffer를 이용하여, Exosome Lysate를 만들고, 면역블럿 분석을 통하여, 엑소솜 안에 들어 있는 mCherry 단백질의 양을 비교하였다(도 9).Each of the expression vectors containing the CIBN-EGFP-CD9 gene and the mCherry-CRY2 gene, respectively, was irradiated with light of a wavelength of 460 nm at an intensity of 0, 5, 20, 50 or 200 μW, , HEK293T cells, cultured for 24 hours, then replaced with medium without fetal bovine serum, and further cultured for 48 hours. After completion of the culture, the culture broth was separated and centrifuged (3000 × g, 15 minutes) to obtain a supernatant from which cellular debris was removed. The obtained supernatant was mixed with ExoQuick-TC Exosome Precipitation Solution (System Biosciences, Mountain View, California, USA) of 5 times the volume of the supernatant and centrifuged (1500 x g, 30 minutes) Cotton was obtained, and the resulting exosome was suspended in PBS to give an exosome suspension. The exosome suspension was filtered through a 0.2 탆 filter using a syringe equipped with a 27-G needle to obtain a single-sized exosome (Fig. 8). Then, Exosome Lysate was prepared using Lysis buffer, and the amount of mCherry protein contained in exosome was compared through immunoblot analysis (FIG. 9).

도 9는 청색광의 세기에 따라, 엑소솜의 내부에 포집된 목적 단백질(mCherry 단백질)의 함량변화를 측정한 결과를 나타내는 면역블럿 분석사진이다. 도 9에서 보듯이, 20 내지 50 μW의 세기로 청색광을 조사할 경우, 엑소솜내에 포집된 목적 단백질(mCherry 단백질)의 함량이 최대값을 나타냄을 확인하였다. 상기 결과로부터, 광특이적 결합 단백질의 결합시에 조사하는 빛의 세기를 조절함으로써, 엑소솜 내부에 포집되는 목적 단백질의 함량을 조절할 수 있음을 알 수 있었다.FIG. 9 is an immunoblot analysis image showing the result of measurement of a change in the content of a target protein (mCherry protein) captured inside the exosome according to the intensity of blue light. As shown in FIG. 9, when the blue light was irradiated at an intensity of 20 to 50 μW, it was confirmed that the content of the target protein (mCherry protein) captured in the exosome exhibited the maximum value. From the above results, it was found that the content of the target protein captured in the exosome can be controlled by controlling the intensity of the light irradiated upon binding of the photo-specific binding protein.

엑소솜의Exosome 처리효과 Treatment effect

50 μW의 세기로 460 nm 파장의 빛을 조사하는 LED 등 아래에서, 각각 CIBN-EGFP-CD9 유전자 및 mCherry-CRY2 유전자를 포함하는 각각의 발현벡터를 엑소솜 생산 세포인 HEK293T 세포에 도입하고, 실시예 2의 방법으로 엑소솜을 추출하였다. 이어, 상기 추출된 엑소솜을 HT1080 세포에 250 ㎍/㎖의 농도로 24시간 동안 처리하였다. 그런 다음, 상기 HT1080 세포에 4% PFA와 0.01% GA를 포함하는 0.1 M 인산염완충액(pH 7.4)을 가하여 고정시키고, 10% 젤라틴 젤 위에 부착하였다. 젤라틴 젤 위에 부착된 세포는 액체질소를 이용해 하루 동안 냉각시켰으며, -120 ℃에서 cryoultramicrotome을 이용하여 45nm 두께로 절단된 박편을 수득하였다. 이어, 상기 박편에 항-mCherry 항체와 Protein A-gold를 이용하여 면역염색하고, Tecnai G2 Spirit Twin TEM을 통하여 mCherry 단백질을 관찰하였다(도 10).Each of the expression vectors containing the CIBN-EGFP-CD9 gene and the mCherry-CRY2 gene was introduced into HEK293T cells, which are exosome-producing cells, under the LEDs that emit light with a wavelength of 460 nm at an intensity of 50 μW Exosome was extracted by the method of Example 2. Then, the extracted exosome was treated with HT1080 cells at a concentration of 250 μg / ml for 24 hours. Then, the HT1080 cells were fixed with 0.1 M phosphate buffer (pH 7.4) containing 4% PFA and 0.01% GA and fixed on 10% gelatin gel. The cells adhered onto the gelatin gel were cooled with liquid nitrogen for one day and a slice cut to a thickness of 45 nm was obtained at -120 캜 using a cryoultramicrotome. Next, the flakes were immunostained with anti-mCherry antibody and protein A-gold, and mCherry protein was observed through Tecnai G2 Spirit Twin TEM (FIG. 10).

도 10은 목적 단백질(mCherry)을 포함하는 엑소솜을 표적 세포(HT1080 세포)에 처리한 후, 상기 표적 세포에 목적 단백질의 도입 여부를 확인한 결과를 나타내는 전자현미경 사진으로서, 좌측은 엑소솜이 처리되지 않은 표적 세포를 나타내고 우측은 엑소솜이 처리된 표적 세포를 나타낸다. 도 10에서 보듯이, 본 발명의 엑소솜을 표적 세포에 처리한 경우, 목적 단백질이 표적 세포 내로 전달됨을 확인하였다.FIG. 10 is an electron micrograph showing the result of treating target cells (HT1080 cells) treated with an exosome containing a target protein (mCherry) and confirming the introduction of a target protein into the target cell. And the right side represents the target cell treated with exosome. As shown in FIG. 10, when the exosome of the present invention was treated on the target cell, it was confirmed that the target protein was transferred into the target cell.

목적 단백질이 포함된 Containing the desired protein 엑소솜의Exosome 분석 analysis

50 μW의 세기로 460 nm 파장의 빛을 조사하는 LED 등 아래에서, 각각 CIBN-EGFP-CD9 유전자 및 mCherry-CRY2 유전자를 포함하는 각각의 발현벡터를 엑소솜 생산 세포인 HEK293T 세포에 도입하고, 실시예 2의 방법으로 엑소솜을 추출하였다. 이어, 상기 추출된 엑소솜을 HT1080 세포에 250 ㎍/㎖의 농도로 24시간 동안 처리하였다. 그런 다음, 형광 현미경을 통하여, mCherry 단백질의 붉은 형광을 확인하고, LDH cell death assay를 통해 엑소솜을 처리한 세포와 처리하지 않은 세포의 죽은 세포의 비율을 비교하였다(도 11).Each of the expression vectors containing the CIBN-EGFP-CD9 gene and the mCherry-CRY2 gene was introduced into HEK293T cells, which are exosome-producing cells, under the LEDs that emit light with a wavelength of 460 nm at an intensity of 50 μW Exosome was extracted by the method of Example 2. Then, the extracted exosome was treated with HT1080 cells at a concentration of 250 μg / ml for 24 hours. Then, the red fluorescence of mCherry protein was confirmed by fluorescence microscopy, and the ratio of dead cells of cells treated with exosome and untreated cells was compared through LDH cell death assay (FIG. 11).

도 11은 목적 단백질(mCherry)을 포함하는 엑소솜을 표적 세포(HT1080 세포)에 처리한 후, 상기 표적 세포에 목적 단백질의 도입여부를 확인한 결과를 나타내는 형광사진(a) 및 상기 엑소솜 처리에 의하여 유발된 사멸세포의 비율을 비교한 결과를 나타내는 그래프(b)이다. 도 11에서 보듯이, 엑소솜의 처리에 의하여 세포사멸이 유발되지 않음을 확인하였다.FIG. 11 is a graph showing fluorescence (a) showing the result of examining whether the target protein is introduced into the target cell (HT1080 cell) after treating the exosome containing the target protein (mCherry) to the target cell (B) showing the results obtained by comparing the ratios of the apoptotic cells induced by the apoptotic cells. As shown in Fig. 11, it was confirmed that apoptosis did not induce apoptosis.

엑소솜Exosome 생산 및 생산된  Produced and produced 엑소솜Exosome 내 목적 단백질의 도입 효율 비교 Comparison of introduction efficiency of target protein

<5-1> 엑소솜 생산 효율 확인<5-1> Confirmation of exosome production efficiency

본 발명의 엑소솜 생산 및 생산된 엑소솜 내의 목적 단백질의 도입 정도를 기존의 방법과 비교하고자 엑소솜 생산 세포에서 목적 단백질의 발현을 확인하기 위하여, 루시퍼라제 활성(luciferase activity) 측정 실험을 수행하였다.In order to confirm the expression of the target protein in the exosome-producing cells in order to compare the exosome production of the present invention and the degree of introduction of the target protein in the produced exosome, the luciferase activity measurement experiment was performed .

기존의 방법으로는 엑소솜 탑재 기술을 위해 만들어진 상용 벡터인 XPACK (Systems Biosciences)을 이용하여 XPACK-Luciferase-mCherry를 HEK293T 세포에 도입하였고(XP), 본 발명의 방법을 이용하여 Luciferase-mCherry-CRY2와 CIBN-EGFP-CD9를 HEK293T 세포에 도입하였으며(EXPLOR), 그 후 세포 내 루시퍼라제 활성을 측정하여 상기 두 방법의 효율을 비교하였다. 루시퍼라제 활성은 제조사의 지침을 따라 측정하였으며(Luciferase Assay Reagent, Promega), 결과 값의 표준 곡선을 그린다음, 이를 통해 세포 내 엑소솜의 개수를 정량적으로 계산하였다.In the conventional method, XPACK-Luciferase-mCherry was introduced into HEK293T cells (XP) using XPACK (Systems Biosciences), which is a commercial vector designed for exosome mounting technology, and Luciferase-mCherry-CRY2 And CIBN-EGFP-CD9 were introduced into HEK293T cells (EXPLOR), and then the intracellular luciferase activity was measured to compare the efficiency of the two methods. The luciferase activity was measured according to the manufacturer's instructions (Luciferase Assay Reagent, Promega), and the standard curve of the result was plotted, and then the number of exocytes in the cell was quantitatively calculated.

도 14에 나타난 바와 같이, 본 발명의 광특이적 결합 단백질인 CIBN 및 CRY2를 이용한 방법이 기존의 방법인 XP 보다 현저하게 엑소솜으로의 도입 효율이 높음을 확인하였다(도 14).As shown in FIG. 14, it was confirmed that the method using the photo-specific binding proteins CIBN and CRY2 of the present invention was significantly higher in the introduction efficiency into exosomes than the conventional method XP (FIG. 14).

<5-2> 생산된 엑소솜 내에서 목적 단백질의 발현 확인<5-2> Expression of the target protein in the produced exosome

상기 실시예 <5-1>의 세포를 72시간 배양하고, 엑소솜을 분리(Exoquick-TC, Systems biosciences)한 후, 기존의 방법인 XP 및 본 발명의 방법을 통해 분리된 엑소솜에 포함된 목적 단백질의 양을 루시퍼라제 활성 측정을 통해 간접적으로 비교한 결과, 도 15에 나타난 바와 같이, 본 발명의 방법은 기존의 방법 보다 현저하게 많은 양의 목적 단백질이 포함된 엑소솜을 생산할 수 있음을 확인하였다(도 15).The cells of the above Example <5-1> were cultured for 72 hours, and the exosomes were separated (Exoquick-TC, Systems biosciences) As a result of indirectly comparing the amount of the target protein with the activity of luciferase activity, as shown in FIG. 15, the method of the present invention can produce an exosome containing a remarkably large amount of the target protein (Fig. 15).

<5-3> 목적 단백질의 도입 효율 비교<5-3> Comparison of introduction efficiency of target protein

상기 실시예 <5-1> 및 <5-2>의 루시퍼라제 활성 측정값을 이용하여, 하기 수학식 1로 목적 단백질의 도입 효율(E)을 계산하였다.Using the measured luciferase activity values in the above Examples <5-1> and <5-2>, the introduction efficiency (E) of the target protein was calculated by the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

도 15에 나타난 바와 같이, 본 발명의 CRY2및 CIBN의 결합을 이용하여 생산된 엑소솜이 다른 비교군과 비교하여, 4배 내지 120배 효율이 높음을 확인하였다(도 15).As shown in FIG. 15, it was confirmed that the exosomes produced using the CRY2 and CIBN binding of the present invention were 4 to 120 times more efficient than the other comparative groups (FIG. 15).

표적 세포로의 Target cell 엑소솜Exosome 전달 효율 비교 Comparison of transfer efficiency

목적 단백질이 도입된 엑소솜을 표적 세포에 처리하였을 때의 효율을 비교하고자, HeLa 세포에 5 × 109 개의 엑소솜을 24시간 동안 처리하고 세포에서 발현되는 형광 세기를 측정한 결과, 도 16에 나타난 바와 같이, 본 발명의 엑소솜(EXPLOR)의 형광 세기가 현저하게 높음을 확인하였다(도 16).In order to compare the efficiency of treatment of the exosome into which the target protein was introduced to the target cells, 5 × 10 9 exosomes were treated with HeLa cells for 24 hours and the fluorescence intensity expressed in the cells was measured. As a result, As shown, it was confirmed that the fluorescence intensity of EXPLOR of the present invention was remarkably high (FIG. 16).

따라서, 본 발명의 엑소솜 이용 방법은 기존의 방법 보다 효과적으로 목적 단백질을 표적 세포로 전달할 수 있음을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the method of using the exosome of the present invention can more effectively deliver the target protein to the target cell than the conventional method.

<< 실험예Experimental Example 1>  1> PrxPrx I 또는  I or PrxPrx II 단백질이 탑재된  II protein-loaded 엑소솜(Prx I/II:EXPLOR)의Of exosome (Prx I / II: EXPLOR) 제조 Produce

<1-1> <1-1> 엑소솜Exosome 내부의  Internal PrxPrx I/II 단백질 확인 Identification of I / II proteins

본 발명자들은 Prx I(서열번호 1) 또는 Prx II(서열번호 2) 단백질이 엑소솜에 탑재된 것을 확인하기 위해 CIBN-EGFP-CD9 및 Prx I/II-mCherry-CRY2 유전자를 발현하고 있는 세포 내에서 CIBN 및 CRY2의 결합 여부를 확인하였다.To confirm that Prx I (SEQ ID NO: 1) or Prx II (SEQ ID NO: 2) protein is loaded on the exosome, the present inventors found that the CIBN-EGFP-CD9 and Prx I / II-mCherry- , The presence of CIBN and CRY2 was confirmed.

구체적으로, 빛이 없는 조건에서 CIBN-EGFP-CD9 유전자를 포함하는 pcDNA3.1(+) 벡터와 Prx I-mCherry-CRY2 또는 Prx II-mCherry-CRY2 유전자를 포함하는 pcDNA3.1(+) 벡터를 엑소솜 생산 세포인 HEK293T 세포에 도입하고, 24시간 동안 배양한 다음, 소태아 혈청이 포함되지 않은 배지로 교체하고 48시간 동안 추가로 배양하였다. 배양이 종료된 후, 488 nm의 파장을 갖는 청색광을 조사하고, 상기 청색광을 조사하기 전과 조사한 후의 mCherry에서 나타나는 적색 형광의 위치를 공초점 현미경을 통해 확인하였다. 실험은 5번 이상 반복으로 수행하였다.Specifically, a pcDNA3.1 (+) vector containing the CIBN-EGFP-CD9 gene and a pcDNA3.1 (+) vector containing the Prx I-mCherry-CRY2 or Prx II-mCherry-CRY2 gene under light- The cells were transfected into HEK293T cells, an exosome-producing cell, cultured for 24 hours, then replaced with a medium containing no fetal bovine serum, and further cultured for 48 hours. After completion of the cultivation, blue light having a wavelength of 488 nm was irradiated, and the positions of red fluorescence appearing in the mCherry before and after irradiation of the blue light were confirmed through a confocal microscope. The experiment was repeated 5 or more times.

그 결과, 도 18에 나타낸 바와 같이 Prx I-mCherry-CRY2 또는 Prx II-mCherry-CRY2(red)는 푸른 빛 자극에 의해 서로 aggregation 되는 특징적인 양상을 확인하였다(도 18). 따라서 Prx I-mCherry-CRY2 또는 Prx II-mCherry-CRY2(red) 및 CIBN-EGFP-CD9(green)이 co-localization 되는 것(yellow)을 확인함으로써 Prx I 또는 Prx-II 단백이 exosome 내부에 탑재된 것을 확인하였다. As a result, as shown in FIG. 18, Prx I-mCherry-CRY2 or Prx II-mCherry-CRY2 (red) was characterized by aggregation by blue light stimulation (FIG. 18). Therefore, Prx I or Prx-II protein is loaded inside the exosome by confirming that Prx I-mCherry-CRY2 or Prx II-mCherry-CRY2 (red) and CIBN-EGFP-CD9 .

<2-2> <2-2> PrxPrx I 또는  I or PrxPrx II 단백질이 탑재된  II protein-loaded 엑소솜(Prx I/II:EXPLOR)의Of exosome (Prx I / II: EXPLOR) 생산 production

본 발명자들은 Prx I 또는 Prx II 단백질이 탑재된 엑소솜을 수득하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.The present inventors conducted the following experiment to obtain an exosome carrying a Prx I or Prx II protein.

구체적으로, 50 μW의 세기로 488 nm 파장의 빛을 조사하는 LED 등 아래에서, CIBN-EGFP-CD9 유전자 및 Prx I-mCherry-CRY2 또는 Prx II-mCherry-CRY2 유전자를 포함하는 각각의 발현벡터를 엑소솜 생산 세포인 HEK293T 세포에 도입하고, 24시간 동안 배양한 다음, 소태아 혈청이 포함되지 않은 배지로 교체하고 48시간 동안 추가로 배양하였다. 배양이 종료된 후, 배양액을 분리하고, 이를 원심분리(3000×g, 15분)하여 세포잔해물이 제거된 상층액을 수득하였다. 상기 수득한 상층액에 상기 상층액의 5배 부피의 ExoQuick-TC Exosome Precipitation Solution(System Biosciences, Mountain View, California, USA)를 가하여 혼합하고, 원심분리(1500×g, 30분)하여 침전된 엑소솜을 수득하고, 상기 수득한 엑소솜에 PBS를 가하여 현탁시켜서 엑소솜 현탁액을 수득하였다. 상기 엑소솜 현탁액을 27-G 바늘이 장착된 주사기를 이용하여 0.2 ㎛ 필터로 여과하여 단일 크기의 엑소솜을 수득하였다(도 8).Specifically, each of the expression vectors containing the CIBN-EGFP-CD9 gene and the Prx I-mCherry-CRY2 or Prx II-mCherry-CRY2 gene under an LED that emits light with a wavelength of 488 nm at an intensity of 50 μW The cells were transfected into HEK293T cells, an exosome-producing cell, cultured for 24 hours, then replaced with a medium containing no fetal bovine serum, and further cultured for 48 hours. After completion of the culture, the culture broth was separated and centrifuged (3000 × g, 15 minutes) to obtain a supernatant from which cellular debris was removed. The obtained supernatant was mixed with ExoQuick-TC Exosome Precipitation Solution (System Biosciences, Mountain View, California, USA) of 5 times the volume of the supernatant and centrifuged (1500 x g, 30 minutes) Cotton was obtained, and the resulting exosome was suspended in PBS to give an exosome suspension. The exosome suspension was filtered through a 0.2 탆 filter using a syringe equipped with a 27-G needle to obtain a single-sized exosome (Fig. 8).

<< 실험예Experimental Example 2>  2> PrxPrx I 또는  I or PrxPrx II가 탑재된  II-loaded 엑소솜(Prx I/II:EXPLOR)에In exosome (Prx I / II: EXPLOR) 의한 스트레스에 의한 세포독성 억제 효과 확인 Of cytotoxicity by stress

본 발명자들은 상기 <실험예 1>에서 제조한 Prx I/II:EXPLOR를 이용하여 산화 스트레스에 의한 세포독성 억제 효과를 확인하기 위해 하기와 같은 실험을 수행하였다. The present inventors conducted the following experiments to confirm the cytotoxic inhibitory effect of oxidative stress using Prx I / II: EXPLOR prepared in the above <Experimental Example 1>.

구체적으로, HeLa 세포를 소태아 혈청이 포함되지 않은 배지로 교체한 후, 100 μg/mL의 Prx I:EXPLORs 또는 Prx II:EXPLORs를 처리하여 18시간 동안 배양하였다. 그리고 H2O2(0, 0.5, 1 mM)를 처리하여 추가적으로 8시간 배양하였다. 세포 생존률은 WST assy를 이용하여 분석하였다.Specifically, HeLa cells were replaced with medium containing no fetal bovine serum, and then treated with 100 μg / mL of Prx I: EXPLORs or Prx II: EXPLORs and cultured for 18 hours. H 2 O 2 (0, 0.5, 1 mM) was then added and incubated for an additional 8 h. Cell viability was analyzed using WST assy.

그 결과, 도 19에 나타낸 바와 같이 Prx I:EXPLORs 또는 Prx II:EXPLORs 전처리에 의해 산화스트레스에 의한 세포독성이 통계적으로 유의미하게 억제됨을 확인하였다(도 19).As a result, it was confirmed that cytotoxicity due to oxidative stress was statistically significantly inhibited by pretreatment of Prx I: EXPLORs or Prx II: EXPLORs as shown in Fig. 19 (Fig. 19).

<110> Korea Advanced Institute of Science and Technology Cellex Life Sciences Inc. <120> Process for preparing exosome loading Peroxiredoxin I or II protein, and pharmaceutical composition for use in antioxidant containing the same as an active ingredient <130> 2016P-06-001 <160> 2 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 199 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Peroxiredoxin I <400> 1 Met Ser Ser Gly Asn Ala Lys Ile Gly His Pro Ala Pro Asn Phe Lys 1 5 10 15 Ala Thr Ala Val Met Pro Asp Gly Gln Phe Lys Asp Ile Ser Leu Ser 20 25 30 Asp Tyr Lys Gly Lys Tyr Val Val Phe Phe Phe Tyr Pro Leu Asp Phe 35 40 45 Thr Phe Val Cys Pro Thr Glu Ile Ile Ala Phe Ser Asp Arg Ala Glu 50 55 60 Glu Phe Lys Lys Leu Asn Cys Gln Val Ile Gly Ala Ser Val Asp Ser 65 70 75 80 His Phe Cys His Leu Ala Trp Val Asn Thr Pro Lys Lys Gln Gly Gly 85 90 95 Leu Gly Pro Met Asn Ile Pro Leu Val Ser Asp Pro Lys Arg Thr Ile 100 105 110 Ala Gln Asp Tyr Gly Val Leu Lys Ala Asp Glu Gly Ile Ser Phe Arg 115 120 125 Gly Leu Phe Ile Ile Asp Asp Lys Gly Ile Leu Arg Gln Ile Thr Val 130 135 140 Asn Asp Leu Pro Val Gly Arg Ser Val Asp Glu Thr Leu Arg Leu Val 145 150 155 160 Gln Ala Phe Gln Phe Thr Asp Lys His Gly Glu Val Cys Pro Ala Gly 165 170 175 Trp Lys Pro Gly Ser Asp Thr Ile Lys Pro Asp Val Gln Lys Ser Lys 180 185 190 Glu Tyr Phe Ser Lys Gln Lys 195 <210> 2 <211> 198 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Peroxiredoxin II <400> 2 Met Ala Ser Gly Asn Ala Arg Ile Gly Lys Pro Ala Pro Asp Phe Lys 1 5 10 15 Ala Thr Ala Val Val Asp Gly Ala Phe Lys Glu Val Lys Leu Ser Asp 20 25 30 Tyr Lys Gly Lys Tyr Val Val Leu Phe Phe Tyr Pro Leu Asp Phe Thr 35 40 45 Phe Val Cys Pro Thr Glu Ile Ile Ala Phe Ser Asn Arg Ala Glu Asp 50 55 60 Phe Arg Lys Leu Gly Cys Glu Val Leu Gly Val Ser Val Asp Ser Gln 65 70 75 80 Phe Thr His Leu Ala Trp Ile Asn Thr Pro Arg Lys Glu Gly Gly Leu 85 90 95 Gly Pro Leu Asn Ile Pro Leu Leu Ala Asp Val Thr Arg Arg Leu Ser 100 105 110 Glu Asp Tyr Gly Val Leu Lys Thr Asp Glu Gly Ile Ala Tyr Arg Gly 115 120 125 Leu Phe Ile Ile Asp Gly Lys Gly Val Leu Arg Gln Ile Thr Val Asn 130 135 140 Asp Leu Pro Val Gly Arg Ser Val Asp Glu Ala Leu Arg Leu Val Gln 145 150 155 160 Ala Phe Gln Tyr Thr Asp Glu His Gly Glu Val Cys Pro Ala Gly Trp 165 170 175 Lys Pro Gly Ser Asp Thr Ile Lys Pro Asn Val Asp Asp Ser Lys Glu 180 185 190 Tyr Phe Ser Lys His Asn 195 <110> Korea Advanced Institute of Science and Technology          Cellex Life Sciences Inc. <120> Process for preparing exosome loading Peroxiredoxin I or II          protein, and pharmaceutical composition for use in antioxidant          containing the same as an active ingredient <130> 2016P-06-001 <160> 2 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 199 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Peroxiredoxin I <400> 1 Met Ser Ser Gly Asn Ala Lys Ile Gly His Pro Ala Pro Asn Phe Lys   1 5 10 15 Ala Thr Ala Val Met Pro Asp Gly Gln Phe Lys Asp Ile Ser Leu Ser              20 25 30 Asp Tyr Lys Gly Lys Tyr Val Val Phe Phe Phe Tyr Pro Leu Asp Phe          35 40 45 Thr Phe Val Cys Pro Thr Glu Ile Ile Ala Phe Ser Asp Arg Ala Glu      50 55 60 Glu Phe Lys Lys Leu Asn Cys Gln Val Ile Gly Ala Ser Val Asp Ser  65 70 75 80 His Phe Cys His Leu Ala Trp Val Asn Thr Pro Lys Lys Gln Gly Gly                  85 90 95 Leu Gly Pro Met Asn Ile Pro Leu Val Ser Asp Pro Lys Arg Thr Ile             100 105 110 Ala Gln Asp Tyr Gly Val Leu Lys Ala Asp Glu Gly Ile Ser Phe Arg         115 120 125 Gly Leu Phe Ile Ile Asp Asp Lys Gly Ile Leu Arg Gln Ile Thr Val     130 135 140 Asn Asp Leu Pro Val Gly Arg Ser Val Asp Glu Thr Leu Arg Leu Val 145 150 155 160 Gln Ala Phe Gln Phe Thr Asp Lys His Gly Glu Val Cys Pro Ala Gly                 165 170 175 Trp Lys Pro Gly Ser Asp Thr Ile Lys Pro Asp Val Gln Lys Ser Lys             180 185 190 Glu Tyr Phe Ser Lys Gln Lys         195 <210> 2 <211> 198 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Peroxiredoxin II <400> 2 Met Ala Ser Gly Asn Ala Arg Ile Gly Lys Pro Ala Pro Asp Phe Lys   1 5 10 15 Ala Thr Ala Val Val Asp Gly Ala Phe Lys Glu Val Lys Leu Ser Asp              20 25 30 Tyr Lys Gly Lys Tyr Val Val Leu Phe Phe Tyr Pro Leu Asp Phe Thr          35 40 45 Phe Val Cys Pro Thr Glu Ile Ile Ala Phe Ser Asn Arg Ala Glu Asp      50 55 60 Phe Arg Lys Leu Gly Cys Glu Val Leu Gly Val Ser Val Asp Ser Gln  65 70 75 80 Phe Thr His Leu Ala Trp Ile Asn Thr Pro Arg Lys Glu Gly Gly Leu                  85 90 95 Gly Pro Leu Asn Ile Pro Leu Leu Ala Asp Val Thr Arg Arg Leu Ser             100 105 110 Glu Asp Tyr Gly Val Leu Lys Thr Asp Glu Gly Ile Ala Tyr Arg Gly         115 120 125 Leu Phe Ile Ile Asp Gly Lys Gly Val Leu Arg Gln Ile Thr Val Asn     130 135 140 Asp Leu Pro Val Gly Arg Ser Val Asp Glu Ala Leu Arg Leu Val Gln 145 150 155 160 Ala Phe Gln Tyr Thr Asp Glu His Gly Glu Val Cys Pro Ala Gly Trp                 165 170 175 Lys Pro Gly Ser Asp Thr Ile Lys Pro Asn Val Asp Asp Ser Lys Glu             180 185 190 Tyr Phe Ser Lys His Asn         195

Claims (18)

a) 엑소솜 생산 세포에, 엑소솜 특이 마커와 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이 결합된 형태의 융합 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 도입하여 형질전환된 세포를 얻는 단계; 및
b) 상기 형질전환된 세포를 배양하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이 엑소솜 내부에 존재하는 엑소솜을 대량으로 제조하는 방법.
a) obtaining a transformed cell by introducing into the exosome-producing cell a polynucleotide encoding a fusion protein in which a exoxom-specific marker and a peroxiredoxin (Prx) I or II protein are bound; And
and b) culturing the transformed cells. The method for producing a large amount of exosome in which the peroxiredoxin (Prx) I or II protein is present in the exosome.
제 1항에 있어서, 상기 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이 엑소좀 막에 부착되어 있는 경우 b) 단계 이후에 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질을 엑소좀 막에서 내부로 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑소솜 내부에 존재하는 엑소솜을 대량으로 제조하는 방법.
The method according to claim 1, wherein, when the peroxiredoxin (Prx) I or II protein is attached to the exosomal membrane, the peroxiredoxin (Prx) Further comprising the step of isolating the exosome from the membrane. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 21. &lt; / RTI &gt;
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 페록시레독신 I은 서열번호 1의 아미노산 서열로 기재되는 단백질을 포함하고, 상기 페록시레독신 II는 서열번호 2의 아미노산 서열로 기재되는 단백질을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑소솜을 대량으로 제조하는 방법.
3. The method according to claim 1 or 2, wherein the peroxiredoxin I comprises a protein represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, and the peroxiredoxin II comprises a protein represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 Wherein the exosome is produced in a large amount.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 엑소솜 생산 세포는 B-림프구, T- 림프구, 수지상세포, 거대핵세포(megakaryocyte), 대식세포, 줄기세포 및 종양 세포로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 세포인 것을 특징으로 하는 엑소솜을 대량으로 제조하는 방법.
The method of claim 1 or 2, wherein the exosome-producing cell is selected from the group consisting of B-lymphocytes, T-lymphocytes, dendritic cells, megakaryocytes, macrophages, stem cells, Of the total amount of the exosome.
제 1항에 있어서, 상기 엑소솜 특이 마커는 CD9, CD63, CD81 또는 CD82인 것을 특징으로 하는 엑소솜을 대량으로 제조하는 방법.
The method according to claim 1, wherein the exosome-specific marker is CD9, CD63, CD81 or CD82.
a) 엑소솜 생산 세포에, 엑소솜 특이 마커와 제1 광특이적 결합 단백질이 결합된 형태의 융합 단백질(제1 융합 단백질)을 코딩하는 폴리뉴클레오티드 및 상기 제1 광특이적 결합 단백질과 결합할 수 있는 제2 광특이적 결합 단백질과 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이 결합된 형태의 융합 단백질(제2 융합 단백질)을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 도입하는 단계;
b) 상기 엑소솜 생산 세포에 상기 제1 광특이적 결합 단백질과 상기 제2 광특이적 결합 단백질의 결합을 유발할 수 있는 광을 조사하는 단계; 및
c) 상기 엑소솜 생산 세포에서 엑소솜이 생산된 다음, 상기 광의 조사를 중지하는 단계를 포함하는, 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질을 포함하는 엑소솜을 대량으로 제조하는 방법.
a) a polynucleotide encoding a fusion protein (first fusion protein) in which the exosome-specific marker and the first photo-specific binding protein are bound to the exosome-producing cell, and a polynucleotide that binds to the first photo- Introducing a polynucleotide encoding a fusion protein (second fusion protein) in the form of a combination of a second photo-specific binding protein and a peroxiredoxin (Prx) I or II protein;
b) irradiating the exosome-producing cell with light capable of inducing binding of the first photo-specific binding protein and the second photo-specific binding protein; And
c) producing a large amount of exosome comprising peroxiredoxin (Prx) I or II protein, comprising the step of producing exosome in said exosome-producing cell and then ceasing irradiation of said light.
제 6항에 있어서, 상기 제1 광특이적 결합 단백질은 CIB(cryptochrome-interacting basichelix-loop-helix protein), CIBN(N-terminal domain of CIB), PhyB(phytochrome B), PIF(phytochrome interacting factor), FKF1(Flavinbinding, Kelch repeat, Fbox 1), GIGANTEA, CRY(chryptochrome) 및 PHR(phytolyase homolgous region)로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 단백질인 것을 특징으로 하는 엑소솜을 대량으로 제조하는 방법.
7. The method of claim 6, wherein the first photo-specific binding protein is selected from the group consisting of cryptochrome-interacting basichelix-loop-helix protein (CIBN), N-terminal domain of CIB, phytochrome B, phytochrome interacting factor (PIF) , FKF1 (Flavinbinding, Kelch repeat, Fbox 1), GIGANTEA, CRY (chryptochrome) and PHR (phytolyase homolgous region).
제 6항에 있어서, 상기 제1 광특이적 결합 단백질이 CIB 또는 CIBN인 경우, 상기 제2 광특이적 결합 단백질은 CRY 또는 PHR이며, 상기 제1 광특이적 결합 단백질과 제2 광특이적 결합 단백질의 결합은 460 내지 490 nm의 파장을 갖는 빛을 조사하여 수행되는 것을 특징으로 하는 엑소솜을 대량으로 제조하는 방법.
7. The method of claim 6, wherein when the first photo-specific binding protein is CIB or CIBN, the second photo-specific binding protein is CRY or PHR, and the second photo- Wherein the binding of the protein is carried out by irradiating light having a wavelength of 460 to 490 nm.
제 6항에 있어서, 상기 제1 광특이적 결합 단백질이 PhyB인 경우, 상기 제2 광특이적 결합 단백질은 PIF이며, 상기 제1 광특이적 결합 단백질과 제2 광특이적 결합 단백질의 결합은 600 내지 650 nm의 파장을 갖는 빛을 조사하여 수행되는 것을 특징으로 하는 엑소솜을 대량으로 제조하는 방법.
7. The method of claim 6, wherein when the first photo-specific binding protein is PhyB, the second photo-specific binding protein is PIF, and the binding of the first photo- specific binding protein and the second photo- And irradiating light having a wavelength of 600 to 650 nm. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 8. &lt; / RTI &gt;
제 6항에 있어서, 상기 제1 광특이적 결합 단백질이 GIGANTEA인 경우, 상기 제2 광특이적 결합 단백질은 FKF1이며, 상기 제1 광특이적 결합 단백질과 제2 광특이적 결합 단백질의 결합은 460 내지 490 nm의 파장을 갖는 빛을 조사하여 수행되는 것을 특징으로 하는 엑소솜을 대량으로 제조하는 방법.
7. The method of claim 6, wherein when the first photo-specific binding protein is GIGANTEA, the second photo-specific binding protein is FKF1, and the binding of the first photo- specific binding protein and the second photo- Characterized in that the method is carried out by irradiating light having a wavelength of 460 to 490 nm.
제 1항, 제 2항 또는 제 6항 중 어느 한 항의 방법을 사용하여 제조된, 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이 내부에 포함된 엑소솜.
An exosome comprising a peroxiredoxin (Prx) I or II protein incorporated therein, which is produced using the method of any one of claims 1, 2 or 6.
제 11항의 엑소솜을 이용하는 것을 특징으로 하는 세포질로 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질을 전달하는 방법.
A method for delivering peroxiredoxin (Prx) I or II protein to a cytoplasm, characterized by using the exosome of claim 11.
제 11항의 엑소솜을 유효성분으로 포함하는 항산화용 약학적 조성물.
A pharmaceutical composition for antioxidation comprising the exosome of claim 11 as an active ingredient.
제 11항의 엑소솜을 유효성분으로 포함하는 암, 동맥경화, 호흡기 질환, 골다공증, 비만 및 퇴행성 치매로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 활성산소에 의한 질환 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
A pharmaceutical composition for preventing or treating diseases caused by at least one active oxygen selected from the group consisting of cancer, arteriosclerosis, respiratory disease, osteoporosis, obesity and degenerative dementia comprising the exosome of claim 11 as an active ingredient.
제 11항의 엑소솜을 유효성분으로 포함하는 항산화용 화장료 조성물.
11. An antioxidant cosmetic composition comprising the exosome of claim 11 as an active ingredient.
제 11항의 엑소솜을 유효성분으로 포함하는 피부노화 방지용 화장료 조성물.
11. A cosmetic composition for preventing skin aging comprising the exosome of claim 11 as an active ingredient.
(a) 엑소솜 특이 마커와 제1 광특이적 결합 단백질이 결합된 형태의 융합 단백질(제1 융합 단백질)을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 제1 발현벡터; 및
(b) 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드가 도입될 수 있는 다클론 부위와 상기 제1 광특이적 결합 단백질과 결합할 수 있는 제2 광특이적 결합 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 제2 발현벡터를 포함하는, 엑소솜 제조용 벡터.
(a) a first expression vector comprising a polynucleotide encoding a fusion protein (first fusion protein) in which a first light-specific binding protein and an exosome-specific marker are bound; And
(b) a polynucleotide capable of introducing a polynucleotide encoding a peroxiredoxin (Prx) I or II protein and a second photo-specific binding protein capable of binding to the first photo- And a second expression vector comprising a polynucleotide encoding said exonome.
제 17항에 있어서, 상기 제2 발현벡터는 상기 제2 광특이적 결합 단백질과 페록시레독신(Peroxiredoxin; Prx) I 또는 II 단백질이 융합된 형태의 융합 단백질(제2 융합 단백질)을 엑소솜 생산 세포에서 발현시키는 것인 엑소솜 제조용 벡터.
[18] The method according to claim 17, wherein the second expression vector comprises a fusion protein (second fusion protein) in which the second photo-specific binding protein and the Peroxiredoxin (Prx) I or II protein are fused to the exosome Lt; RTI ID = 0.0 &gt; production cell. &Lt; / RTI &gt;
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