KR20190124423A - 식물의 캘러스를 이용한 재조합 인간 인슐린 유사 성장인자-i 단백질의 생산방법 - Google Patents
식물의 캘러스를 이용한 재조합 인간 인슐린 유사 성장인자-i 단백질의 생산방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 식물에서 과발현되도록 합성한 재조합 hIGF-I 유전자를 식물 캘러스 세포에 도입하여 재조합 hIGF-I 단백질을 대량 생산하는 방법에 대한 것이다. 본 발명의 hIGF-I 단백질 대량 생산방법은 식물을 이용한 방법으로, 미생물이나 동물 유래 바이러스 등과 같은 감염원의 위험 없이 안전하게 대량 생산될 수 있고, 특히 일정 조건으로 설정한 배양용 반응기에서 수행되어 식물체를 이용한 재조합 단백질 생산 시스템이 갖고 있는 단점인 큰 면적의 재배 공간이 필요하지 않고, 환경에 의한 변수의 영향을 크게 받지 않아 저비용, 고효율로 고순도의 hIGF-I 단백질을 대량으로 생산할 수 있다.
Description
본 발명은 식물의 캘러스(callus)를 이용한 재조합 인간 인슐린 유사 성장인자-I 단백질의 생산방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 재조합 인간 인슐린 유사 성장인자-I 유전자를 포함하는 벡터로 형질전환한 식물 캘러스 세포를 배양하여 재조합 인간 인슐린 유사 성장인자-I 단백질을 대량으로 생산하는 방법, 상기 유전자를 포함하는 컨스트럭트, 재조합 발현 벡터 및 이에 의해서 형질전환된 식물세포에 관한 것이다.
인슐린유사 성장인자-I(IGF-I)은 인체 성장 호르몬(human growth hormone)에 의하여 간에서 형성되어 혈액으로 방출되는 분자량 7,649이며 70개의 아미노산으로 구성된 성장인자이다. 아미노산 조성은 인슐린(Insulin)의 A-chain과 약 43%의 유사성을 가지고 있으며, 자신의 수용체(receptor)는 물론 인슐린 수용체(receptor)와도 결합하는 능력을 가지고 있으며, 생체 내에서 세포의 성장을 촉진시키며, 또한 인슐린과 유사한 작용을 하는 것이 알려졌다. 이러한 IGF-I은 성장을 매개한다하여 소마토메딘 C(Somatomedin C)라고도 불리운다.
IGF-I의 수용체는 간세포(hepatocyte)외에도 지방조직(adipose tissue), 임파구(lymphocyte), 뼈(bone) 및 태반 막(placental membrane)등 여러 조직에서 존재하는 것으로 알려져 있고, 인슐린 수용체와는 다른 신호전달 경로를 갖는 것이 규명되었다. 이러한 수용체(receptor)와 IGF-I이 결합하게 되면 2차 메신저를 매개하여 체세포 분열을 촉진시키는 결과를 초래한다. 간에서 혈액으로 분비된 IGF-I은 혈액에서 결합단백질(binding protein)과 결합하여 불활성상태의 결합체로 순환하다가 인체의 영양 상태나 생리적 변화에 의해서 결합단백질과 분리된 후에 체세포의 수용체와 결합함으로써 세포를 자극하게 된다.
IGF-I은 생체내의 거의 모든 세포의 성장을 촉진하는 역할을 하며, 포도당 대사에서는 글루카곤(glucagon)의 합성을 억제함으로써 세포 내로의 포도당의 흡수를 촉진시키는 등의 인슐린과 유사한 효능을 지니고 있음으로 인해, 라론 왜소증 증후군(Laron dwarfism)이나 인슐린 의존성 또는 비의존성 당뇨병의 치료제로 개발되고 있다. 또한, IGF-I은 면역 기능을 조절하는 효능이 있어 수술 후 환자의 면역력 증진 및 폐혈증에 의하여 유발된 과민 면역반응을 조절하는 치료제로도 이용될 수 있다. 특히, IGF-I은 연골내의 프로테오글리칸(proteoglycan) 분해효소에 의하여 프로테오글리칸이 분해되어 결과적으로 연골조직이 붕괴됨으로써 기인하는 퇴행성관절염에 있어서 연골세포 내의 프로테오글리칸의 합성을 촉진시켜 치료에 중요한 역할을 한다. 그러므로, IGF-I은 당뇨병, 왜소증, 면역조절, 퇴행성관절염, 그리고 이외에도 근위축성 측색경화증 등에 적용될 수 있는 유용한 물질이다.
그러나, 혈액 내에 존재하는 IGF-I은 극미량이기 때문에 이를 치료제로 개발하기 위해서는 유전공학 기술을 이용한 대량 기술 개발이 필수적이다. 현재 주로 Chinese hamster ovary (CHO), baby hamster kidney (BHK)와 같은 동물세포나 곤충세포, 박테리아 및 Pichia pastoris와 같은 효모를 이용한 방법이 연구되고 있으나, 이들을 이용한 재조합 단백질 생산 시스템들은 다양한 단백질들의 생산에 적용하기에는 몇 가지 한계점들을 가지고 있다.
재조합 단백질 발현시스템으로 가장 많이 사용되고 있는 대장균(E. coli)의 경우에는 번역 후 변형(post-translational modification) 시스템이 결여되어 있어 생리활성을 지진 단백질 생산이 불가능한 경우가 많고(Iranian Journal of Pharmaceutical Research, 2015, 14(3):907-917), 내독소(endotoxin) 위험 및 이를 제거하기 위한 비용이 소요된다. 또한 봉입체(inclusion body)를 형성하는 단백질을 생리활성을 갖는 정상적인 단백질로 만들기 위해서는 재접힘(re-folding)과정을 거쳐야 하는데, 이 과정이 어렵고 대량 생산을 위한 산업공정에서는 많은 비용이 소요된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 티오레독신(thioredoxin, Trx)을 융합한 재조합 TrxA-hIGF-I 단백질이 생산되었다(Process Biochemistry, 2010, 45:1401-1405). TrxA를 융합한 TrxA-hIGF-I 단백질은 가용성(soluble) 형태의 단백질로 생산되었지만, hIGF-I만을 생산한 경우보다 생산량이 적었고, 최종 제품 형태인 hIGF-I 형태로 만들기 위해서는 융합한 TrxA를 다시 제거해야 하는 문제점을 가지고 있다. 융합 단백질의 제거는 엔테로키나아제(enterokinase) 같은 엔도펩티다아제(endopeptidase)들을 주로 이용하여 제거하는데 이런 종류의 엔자임(enzyme)들은 가격이 비싸고, 정제 공정이 추가되기 때문에 산업공정에는 적합하지 않다. 그 밖에도 대장균(E. coli) 생산 시스템은 IPTG(isoproply-1-thio-β-D-galactopyranoside) 같은 발현 유도체(inducer)와 고발현 유도를 위해 다양한 성분들이 필요하여 생산 비용이 증가한다.
또한 동물세포를 이용한 재조합 단백질 발현시스템의 경우에도 생산비용이 고가이며, 동물 유래 바이러스에 감염될 우려가 있고, 배양 배지에 여러 종류의 단백질이 다량 존재하기 때문에 분리·정제가 매우 어렵고 비용이 소요되는 문제점을 가지고 있다.
따라서 IGF-I의 대량 생산에 있어서, 경제적이고 안전하게 대량 생산할 수 있는 식물 기반 발현 시스템에서 발현할 수 있는 기술을 개발할 필요가 있다.
이에 본 발명자들은 인간 인슐린 유사 성장인자-I(human Insulin-like growth factor-I, hIGF-I) 단백질을 고효율로 생산할 수 있는 방법에 대하여 연구한 결과, 재조합 hIGF-I 유전자를 포함한 벡터를 이용하여 벼 세포(callus)를 형질전환함으로써 고순도의 hIGF-I를 대량생산할 수 있는 방법을 개발하여 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 재조합 인간 인슐린 유사 성장인자-I(human Insulin-like growth factor-I, hIGF-I) 유전자로 형질전환된 형질전환 식물의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 재조합 hIGF-I 단백질의 대량 생산 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 식물에서의 발현이 최적화된 재조합 hIGF-I 유전자를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 본 발명의 재조합 hIGF-I 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 본 발명의 재조합 발현벡터로 형질전환된 식물 세포를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 본 발명의 재조합 발현벡터로 형질전환된 식물 조직을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 본 발명의 재조합 발현벡터로 형질전환된 식물의 일부 또는 전체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 본 발명의 단백질 대량 생산 방법을 통해 제조된 재조합 hIGF-I 단백질을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 서열번호 1로 표시되는 염기서열을 갖는 재조합 hIGF-I 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터를 제조하는 단계; 및 (b) 상기 재조합 발현 벡터로 식물 세포 또는 식물 조직을 형질전환시키는 단계를 포함하는 형질전환 식물의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (1) 서열번호 1로 표시되는 염기서열을 갖는 재조합 hIGF-I 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터로 식물을 형질전환하는 단계;
(2) 상기 형질전환된 식물을 재배하는 단계;
(3) 상기 재배한 식물을 수득하는 단계; 및
(4) 상기 수득한 식물로부터 재조합 hIGF-I 단백질을 회수하는 단계를 포함하는 재조합 hIGF-I 단백질의 대량 생산 방법을 제공한다.
본 발명의 또다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 식물에서의 발현이 최적화된 재조합 인간 인슐린 유사 성장인자-I(human Insulin like growth factor-I, hIGF-I) 유전자를 제공한다.
본 발명의 또다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 본 발명에 따른 재조합 hIGF-I 유전자를 포함하는 재조합 발현벡터를 제공한다.
본 발명의 또다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 본 발명의 재조합 발현벡터로 형질전환된 식물 세포를 제공한다.
본 발명의 또다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 본 발명의 재조합 발현벡터로 형질전환된 식물 조직을 제공한다.
본 발명의 또다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 본 발명의 재조합 발현벡터로 형질전환된 식물의 일부 또는 전체를 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 본 발명에 따른 단백질 대량 생산 방법으로 생산된 재조합 인간 인슐린 유사 성장인자-I 단백질을 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서 ‘발현(expression)'은 세포에서 단백질 또는 핵산이 생성되는 것을 의미한다.
상기 ‘단백질’은 ‘폴리펩타이드(polypeptide)’ 또는 ‘펩타이드(peptide)’와 호환성있게 사용되며, 예컨대, 자연 상태의 단백질에서 일반적으로 발견되는 바와 같이 아미노산 잔기의 중합체를 말한다.
또한 상기 ‘폴리뉴클레오티드(polynucleotide)’ 또는 ‘핵산’은 단일- 또는 이중-가닥의 형태로 된 데옥시리보뉴클레오티드(DNA) 또는 리보뉴클레오티드(RNA)를 말한다. 다른 제한이 없는 한, 자연적으로 생성되는 뉴클레오티드와 비슷한 방법으로 핵산에 혼성화되는 자연적 뉴클레오티드의 공지된 아날로그도 포함된다. 'mRNA'는 단백질 합성 과정에서 특정 유전자의 염기서열의 유전 정보를 폴리펩티드를 형성하는 리보솜으로 전달하는 RNA이다.
본 발명에서 ‘유전자’는 세포내 기능을 갖는 RNA나 단백질을 암호화하는 폴리뉴클레오티드로, 유전 현상의 분자적 단위를 의미한다.
본 발명에서 ‘재조합(recombinant)’은 ‘유전자 조작(genetic manipulation)'과 호환하여 사용될 수 있으며, 유전자에 변형을 가하고 자르고 연결하는 등 분자적 클로닝(molecular cloning) 실험 기법을 이용하여 자연의 상태에는 존재하지 않는 형태의 유전자를 제조하는 것을 의미한다.
본 발명은 식물에서의 발현이 최적화된 재조합 인간 인슐린 유사 성장인자-I(human Insulin like growth factor-I, hIGF-I) 유전자를 제공한다.
본 발명의 목적상 상기 hIGF-I는 포유류에서 유래한 것일 수 있으며 바람직하게는 인간에서 유래한 것일 수 있다.
본 발명에 따른 유전자는 hIGF-I 유전자가 식물 세포에서 고발현될 수 있도록 합성한 것으로, 서열번호 1로 표시되는 염기서열로 이루어지고, 5'UTR, 신호서열 및 hIGF-I 구조 유전자로 이루어진 폴리뉴클레오티드인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 ‘식물에서 발현이 최적화’는 식물에서 유래하지 않은 유전자가 식물의 세포에서 최대한 발현될 수 있도록 유전자를 재조합하는 것을 의미하며, 본 발명의 목적상 특히 식물에서 유래하지 않은 유전자의 코돈을 식물이 선호하는 코돈으로 변환하는 것을 의미한다. 상기‘코돈(codon)'은 특정 아미노산을 지정하는 연속된 세 개의 염기 서열을 의미한다. 아데닌(A), 티민(T), 구아닌(G), 시토신(C)으로 구성되는 61 종류의 코돈이 20개의 아미노산을 지정하게 되므로 특정 아미노산을 지정하는 코돈은 복수로 존재하며, 생물종마다 선호하는 코돈, 즉 서로 다른 생물종의 유전자에서의 코돈의 발생 빈도가 모두 다르다는 것이 알려져 있다.
따라서 본 발명에서의 식물에서 발현이 최적화된 재조합 hIGF-I 유전자는 바람직하게는 인간의 hIGF-I 유전자의 코돈을 식물이 선호하는 코돈으로 변환한 합성 유전자를 의미한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, hIGF-I 유전자의 코돈(codon)을 벼의 고빈도 사용 코돈으로 치환하였다. 이때 상기 치환한 hIGF-I 유전자에 hIGF-I의 전사 효율을 증가시키기 위하여 5‘-영역의 비번역영역(untranslation rgion)과, 당 결핍 조건하에서 목적 단백질인 hIGF-I이 세포내에 머물지 않고 배지로 분비될 수 있도록 시그널 펩티드를 도입하여 서열번호 1의 염기서열을 합성하였다.
또한 본 발명은 본 발명에 따른 재조합 hIGF-I 유전자를 포함하는 재조합 발현벡터를 제공한다.
본 발명에서 ‘재조합 발현 벡터’란 적합한 숙주세포(host cell)에서 목적하는 단백질 또는 핵산(RNA)을 발현할 수 있는 벡터로서, 폴리뉴클레오티드(유전자) 삽입물이 발현될 수 있도록 작동가능하게 연결된 필수적인 조절 요소를 포함하는 유전자 작제물을 말한다.
‘작동가능하게 연결된(operably linked)’이란 일반적 기능을 수행하도록 핵산 발현조절서열과 목적하는 단백질 또는 RNA를 코딩하는 핵산 서열이 기능적으로 연결(functional linkage)되어 있는 것으로, 발현조절서열에 의해 유전자가 발현될 수 있도록 연결된 것을 의미한다. 상기 ‘발현조절서열(expression control sequence)’이란 특정한 숙주세포에서 작동가능하게 연결된 폴리뉴클레오티드 서열의 발현을 조절하는 DNA 서열을 의미한다. 그러한 조절 서열은 전사를 실시하기 위한 프로모터, 전사를 조절하기 위한 임의의 오퍼레이터 서열, 적합한 mRNA 리보좀 결합 부위를 코딩하는 서열, 전사 및 해독의 종결을 조절하는 서열, 개시 코돈, 종결 코돈, 폴리아데닐화 시그널 및 인핸서 등을 포함한다.
본 발명의 목적을 위하여 상기 발현조절서열과 기타 유전자 발현에 필수적인 요소들은 숙주로 하는 식물에서 유래한 것이거나 식물에서의 발현에 최적화된 것이 바람직하다. 예를 들어 식물 유전자의 프로모터 또는 식물을 숙주로 하거나 식물에서 발현가능한 유전자의 프로모터를 본 발명에 따른 식물 코돈 최적화 hIGF-I에 작동가능하게 연결하여 재조합 발현 벡터에 삽입할 수 있다. 식물에서 유래한 프로모터로는 당업계에서 통상적으로 이용되는 것이면 어느 것이나 선택하여 사용할 수 있으나, 예를 들어 리불로스-1,6-비스포스페이트(RUBP) 카르복실 라제 소형 서브유닛(ssu), 베타-콘글리시닌 프로모터, 파세올린 프로모터, ADH(알콜 데히드로게나제) 프로모터, 열 충격 프로모터, ADF(액틴 해중합 인자) 프로모터 및 조직 특이 프로모터 등을 제한없이 사용할 수 있다. 또한 박테리아에서 유래한 옥토파인 중합효소(synthase) 프로모터, 노팔린 중합효소 프로모터, 만노파인 중합효소 프로모터, 그리고 바이러스에서 유래한 컬리플라워 모자이크 바이러스(CaMV)의 35S 및 19S 프로모터 등을 사용할 수 있다. 프로모터 외에 전사 효율을 높일 수 있는 인핸서 등 부가적인 발현 조절 서열을 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 프로모터는 모든 식물 세포에서 계속적으로 유전자를 발현시키는 구성적 프로모터이거나, 특정한 식물의 조직/기관에서만 또는 특정한 식물의 발달 시기에만 유전자를 발현시키거나 빛, 호르몬 등의 특정 자극이나 환경에 의해 프로모터 활성을 갖는 유도성 프로모터일 수 있다.
본 발명의 재조합 발현 벡터는 클로닝 분야에서 통상적으로 사용되는 벡터, 특히 식물을 기반으로 한 단백질 발현 분야에서 사용되는 것으로서 당업자가 적절히 선택할 수 있는 것이라면 그 종류가 특별히 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 재조합 발현 벡터는 재조합 발현 벡터 제작 시 숙주세포를 선택하기 위한 선택 마커 및/또는 복제 기원(replication origin)을 포함하고 있을 수 있으며, 또한 상기 발현 벡터는 필요에 따라 hIGF-I의 발현과 효소 활성을 해치지 않는 범위에서 세포막이나 기타 세포소기관으로의 표적화 또는 분비를 위한 신호 서열 등을 포함하며, 리포터(reporter) 또는 마커(marker) 유전자의 서열 등을 포함하여 목적에 따라 다양하게 제조될 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 재조합 발현 벡터는 상기 서열번호 1로 표시되는 염기서열 앞에 고발현 프로모터가 삽입된, 프로모터/5’UTR/시그널 펩티드/hIGF-I 순으로 구성될 수 있다.
고발현 프로모터를 포함하는 벡터로서 벼 유래 고발현 프로모터인 α-아밀라제(RAmy3D) 프로모터를 포함하는 pMYN75 벡터를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 시그널 펩티드로서 RAmy3D 시그널 펩티드(3Dsp)를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명은 재조합 hIGF-I 유전자로 형질전환된 형질전환 식물의 제조 방법을 제공한다.
상기 형질전환 식물의 제조 방법은 (a) 서열번호 1로 표시되는 염기서열을 갖는 재조합 hIGF-I 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터를 제조하는 단계; 및
(b) 상기 재조합 발현 벡터로 식물 세포 또는 식물 조직을 형질전환시키는 단계를 포함한다.
상기 (a) 단계는 식물에서 발현이 최적화된 hIGF-I 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터를 제조하는 단계이다.
상기 식물에서의 발현이 최적화된 hIGF-I 유전자는 숙주(host)가 될 식물의 코돈 선호도를 분석하여 식물에서 발현하고자 하는 hIGF-I의 코돈을 숙주가 될 식물이 선호하는 코돈으로 변환하고, 해당 재조합 염기서열을 갖는 폴리뉴클레오티드를 당업계에 공지된 방법으로 합성함으로써 제작할 수 있다. 바람직하게는 각각 서열번호 1로 표시되는 벼가 선호하는 코돈으로 변환된 hIGF-I의 염기서열을 포함하는 것일 수 있다. 상기 식물에서의 발현이 최적화된 hIGF-I 유전자는 당업계에 공지된 유전자 재조합 기술을 이용하여 식물 세포에서 활성을 갖는 프로모터와 전사 또는 번역(translation) 효율을 높이기 위한 발현조절 서열을 작동가능하게 연결하고, 재조합 발현 벡터에 삽입함으로써 제조될 수 있다. 식물 세포에서 활성을 갖는 프로모터와 발현 조절 서열에 대하여서는 본 발명에 따른 재조합 hIGF-I를 포함하는 재조합 발현 벡터에 대하여 상기에서 상술한 바와 같다.
상기 (b) 단계는 상기 재조합 hIGF-I로 식물 세포 또는 식물 조직을 형질전환시키는 단계이다.
본 발명에서의 식물은 바람직하게는 씨(종자)를 만들고 퍼뜨려 번식하는 식물인 종자식물일 수 있으며, 겉씨식물 또는 쌍떡잎식물과 외떡잎식물을 모두 포함하는 속씨식물일 수 있다. 종자식물은 크게 영양기관인 뿌리, 줄기, 잎 그리고 생식기관인 꽃으로 구성되어 있고, 발달하지 않은 배아 상태의 식물인 종자가 있다. 본 발명에서의 식물은 완전한 구조를 갖는 전체 식물이거나 상기 뿌리, 줄기, 잎, 꽃, 종자 등 식물의 기관, 조직 등 식물의 일부일 수 있다. 식물의 조직에 대하여서는 본 발명에 따른 식물에서의 발현이 최적화된 재조합 hIGF-I 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터로 형질전환된 식물 부분에 대하여 하기에서 서술할 내용과 같다.
또한 본 발명에서의 식물은 식물 세포 또는 조직의 배양물일 수도 있다. 상기 ‘배양물(culture)'은 식물의 세포, 조직, 기관, 배, 종자 등 식물의 일부를 영양소가 첨가된 배지에서 배양한 산물로서, 예를 들어 배 배양, 절편 배양, 캘러스(callus) 배양, 현탁 배양, 약 배양(화분 배양), 원형질체 배양 등의 배양물일 수 있으나 여기 제한되는 것은 아니다. 원형질체는 식물 세포벽을 제거하고 분리해 낸 세포 내용물을 의미한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 식물은 세포인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 상기 세포는 캘러스(callus) 세포이다. 상기 캘러스(callus) 세포는 식물의 체관에 있는 체판의 한쪽 또는 양쪽에 렌즈 모양으로 형성되는 후형질로서, 통상의 방법으로 준비될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 종피를 제거한 벼 종자를 소독한 후, 벼 캘러스 유도용 배지에 치상한 후, 이를 배양하여 준비하였다.
상기 벼 캘러스 유도용 배지는 키네틴(kinetin), 2,4-디클로로페녹시아세트산(2,4-dichlorophenoxyacetic acid) 및 수크로스(sucrose)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 배지에 키네틴은 0.01 내지 0.1 mg/L로 포함되는 것이 바람직하며, 상기 2,4-디클로로페녹시아세트산은 0.5 내지 5 mg/L로 포함되는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 식물 세포 또는 조직을 형질전환시키는 방법은 당업계에 공지된 식물의 형질전환 방법을 제한없이 사용할 수 있다. 당업자는 숙주로 선택한 식물의 특성을 고려하여 특정 식물에 적절한 공지의 형질전환 방법을 선택하여 실시할 수 있다.
식물의 형질전환 방법으로는 예를 들어 재조합 발현 벡터를 포함하는 리포좀과 식물 원형질체를 융합하는 방법, PEG를 이용하여 재조합 발현 벡터를 식물 원형질체로 주입하는 방법, 상기 재조합 발현 벡터의 식물 세포로의 직접주입법, 미세입자충격법, 유전자총, 전기천공법(electroporation), 바이러스를 이용한 형질전환법, 진공을 이용한 형질전환법(vaccum infiltration method), 화아침지법(floral meristem dipping method) 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 아그로박테리움을 이용한 형질전환 방법을 사용할 수 있다.
상기 ‘아그로박테리움을 이용한 형질전환 방법’은 식물의 뿌리와 줄기에 종양을 일으키는 토양의 그람 음성세균인 아그로박테리움을 이용하여 식물 세포에 외부 유전자를 전달하는 방법이다. 아그로박테리움 투메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens), 아그로박테리움 리조게네스(Agrobacterium rhizogenes) 등의 아그로박테리움에서 발견되는 종양 유발 플라스미드(tumor-inducing plasmid, Ti plasmid)의 T-DNA(transfer DNA)가 식물의 유전체(genome)에 삽입되는 현상을 이용한 방법이다. 아그로박테리움을 이용한 형질전환에서는 식물에 도입하려는 외부 유전자(exogenous DNA)와 T-DNA(외부 유전자의 양쪽 가장자리에 위치하는 LB와 RB 서열)를 포함하는 바이너리 플라스미드(또는 바이너리 벡터) 및 T-DNA가 식물 유전체에 삽입되도록 하는 보조 플라스미드(helper plasmid)의 두 가지 플라스미드로 이루어진 바이너리 시스템을 이용하는 것이 일반적이다. 아그로박테리움을 이용한 형질전환 방법은 잎, 줄기, 뿌리 등 다양한 식물의 조직에 사용할 수 있으며, 어린 조직이 형질전환이 잘되는 경향이 있다.
본 발명에서의 아그로박테리움을 이용한 형질전환 방법을 이용하여 재조합 hIGF-I를 일과성 발현(transient expression)할 수도 있고, 안정적 발현(stable expression)할 수도 있다. 일과성 발현을 위해서는 식물의 일부, 예를 들어 식물의 잎을 재조합 발현 벡터를 포함하는 아그로박테리움으로 감염시켜 형질전환하고, 목적하는 단백질이 충분히 발현될 수 있는 시간이 지난 뒤 식물에서 감염된 부분을 수득할 수 있다. 안정적 발현을 위하여 식물의 세포나 조직을 배양하여 아그로박테리움으로 감염시켜 형질전환한 뒤, 추가 배양하여 적합한 형질전환체를 선별하고 재분화 과정을 거친 뒤 완전한 구조를 갖는 형질전환 식물체로 배양할 수 있다. 상기 형질전환된 식물체에서 종자를 수득하고 발아시킴으로써 다음 세대에서도 안정적으로 형질전환 식물체를 수득할 수 있다. 본 발명에서는 아그로박테리움을 이용한 안정적 발현인 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 아그로박테리움속의 세균을 이용하여 상기 재조합 발현 벡터를 벼 캘러스 세포에 도입하였다. 먼저, 재조합 발현 벡터를 아그로박테리움 균주에 형질전환하고, 리팜피신(Rifampicin)과 카나마이신(Kanamycin)이 함유된 배지에서 배양하여 형질전환된 균주를 선발하였다. 선발된 형질전환된 균주와 상기에서 준비한 벼 캘러스 세포를 배지에서 함께 배양한 후, 카베니실린(carbenicillin)이 포함된 멸균 증류수를 이용하여 아그로박테리움 균주를 제거하고 배지에서 배양하여, 왕성하게 분열한 벼 세포만을 선별하였다.
상기 배지는 하이그로마이신(hygromycin) B, 카르베니실린(carbenicillin) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 상기한 배지 조건에서 특정 단백질 유전자가 도입된 식물 캘러스 체세포배 형성이 잘 된다.
상기 배지에 카르베니실린은 100 내지 300 μg/ml로 포함되는 것이 바람직하며, 상기 하이그로마이신 B는 20 내지 100 mg/L로 포함되는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한 본 발명은 재조합 hIGF-I 단백질의 대량 생산 방법을 제공한다.
상기 재조합 hIGF-I 단백질의 대량 생산 방법은 (1) 서열번호 1로 표시되는 염기서열을 갖는 재조합 hIGF-I 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터로 식물을 형질전환하는 단계;
(2) 상기 형질전환된 식물을 재배하는 단계;
(3) 상기 재배한 식물을 수득하는 단계; 및
(4) 상기 수득한 식물로부터 재조합 hIGF-I 단백질을 회수하는 단계를 포함한다.
(1) 단계는 식물에서 발현이 최적화된 hIGF-I를 포함하는 재조합 발현 벡터로 식물을 형질전환하는 단계이다.
상기 식물에서 발현이 최적화된 hIGF-I 유전자, 이를 포함하는 재조합 발현 벡터, 식물의 형질전환 방법, 그리고 형질전환의 대상이 되는 식물의 범위와 종류에 대하여서는 앞서 상술한 바와 같다.
(2) 단계는 상기 형질전환된 식물을 재배하는 단계이다.
상기 식물을 재배하는 단계는 식물을 형질전환한 후, 목적하는 바에 부합하는 양의 단백질을 발현하는 시간 동안 식물의 성장에 필요한 빛, 온도, 습도 등의 환경 조건과 물, 무기염류, 영양소, 호르몬 등 식물 성장에 필요한 요소들을 제공하는 것을 의미한다. 식물에서 분리된 세포, 조직 또는 이들의 배양물을 형질전환한 경우, 상기 물, 영양소, 무기염류, 생장조절제 등 식물 조직 배양에 필요한 요소들은 배양 배지(culture media)를 통해 전달될 수 있다. 또한 유도성 프로모터를 이용하여 식물에서 본 발명에 따른 hIGF-I을 발현시킨 경우, 상기 유도성 프로모터를 활성화하는데 필요한 해당 자극, 예를 들어 빛, 열 또는 호르몬 등을 가하면서 재배할 수있다.
(3) 단계는 재배한 식물을 수득하는 단계이다.
상기 식물을 수득하는 단계는 형질전환되어 목적하는 단백질을 과발현하는 식물의 전체 또는 일부를 수득하는 것을 의미한다. 본 발명의 재조합 hIGF-I 단백질을 과발현하는 뿌리, 줄기, 잎 등의 형질전환된 부분 또는 형질전환된 식물체의 종자를 수득하는 것일 수 있으며, 식물 세포나 조직의 배양물, 예를 들어 재조합 hIGF-I 유전자로 형질전환된 캘러스나 원형질체 등을 수득하는 것일 수도 있다.
(4) 단계는 상기 수득한 식물로부터 재조합 hIGF-I 단백질을 회수하는 단계이다.
상기 단계는 형질전환 식물로부터 재조합 hIGF-I 단백질을 분리하는 단계로, 형질전환 식물을 분쇄하고 여과하여 단백질을 추출한다. 크로마토그래피 등의 공지의 방법으로 여과하여 hIGF-I를 고순도로 분리해낼 수 있다.
단백질을 추출하기 위하여 식물을 냉동, 건조시키는 등의 전처리를 할 수 있다. 본 발명에 따른 재조합 hIGF-I를 과발현하는 형질전환체 식물을 대량으로 급속 증식하여 재조합 hIGF-I 단백질을 대량 생산할 수 있다.
본 발명의 기반인 식물체를 이용한 재조합 단백질 생산 시스템은 대장균(E. coli)을 이용한 시스템 보다는 이용도가 적지만 대장균(E. coli)에는 없는 번역 후 변형 시스템의 존재, 적은 내독소(endotoxin) 등의 장점이 있고, 동물세포를 이용한 재조합 단백질 생산 시스템에 비해서는 적은 생산비용, 동물 유래 바이러스 감염 위험 감소, 생산 스케일 증가의 용이성 등의 장점이 있어 전세계적으로 이용도가 증가하고 있는 생산 시스템이다. 그러나 식물체를 성체까지 재배하는 시간이 길고, 지속적이고 안전한 생산을 위해서는 노지가 아닌 격리된 시설에서 재배가 이루어져야 하기 때문에 큰 면적의 재배 공간이 필요한 단점이 있다.
이러한 문제점들을 해결하고자 본 발명에서는 현탁배양 시스템을 이용하여 벼 세포(callus)에서 hIGF-I을 생산하였다.
따라서 상기를 통해 선별한 형질전환된 식물 캘러스 세포는 본 발명자가 종전 출원한 특허(대한민국등록특허 10-1527958 참고)에 기재된 식물세포 대량 배양용 반응기를 이용한 현탁배양 시스템을 수행하는 것이 바람직하다.
상기 식물세포 대량 배양용 반응기를 이용한 경우, 발현된 단백질이 세포 내에서 배양액으로 분비되기 때문에 기존의 소포체(endoplasmic reticulum)에 표적화(targeting)하는 시스템(BMC Biotechnology, 2011, 11:37)보다 단백질 수확이 용이하고 세포 파쇄 과정이 없어 정제 공정이 용이한 장점이 있다. 또한 일정한 조건의 격리된 환경에서 배양이 수행되기 때문에 환경의 변수에 의한 영향이 적다는 장점이 있다.
본 발명에서는 또한 식물에서의 발현이 최적화된 재조합 hIGF-I 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터로 형질전환된 식물을 제공한다.
상기 형질전환된 식물은 인간에서 유래한 재조합 hIGF-I 단백질을 과발현하며, 식물의 세포, 조직 또는 그 배양물일 수 있으며 식물의 일부 또는 전체를 포함한다.
본 발명에서의 식물은 바람직하게는 씨(종자)를 만들고 퍼뜨려 번식하는 식물인 종자식물일 수 있으며, 겉씨식물과 속씨식물을 모두 포함하며, 속씨식물은 쌍떡잎식물과 외떡잎식물을 모두 포함한다. 종자식물은 크게 영양기관인 뿌리, 줄기, 잎, 그리고 생식기관인 꽃으로 구성되어 있고, 발달하지 않은 배아 상태의 식물인 종자가 있다. 본 발명에서의 식물은 완전한 구조를 갖는 전체 식물이거나 상기 뿌리, 줄기, 잎, 꽃, 종자 등 식물의 기관, 조직 또는 다수의 식물 세포로 이루어진 식물의 일부일 수 있다. 식물의 일부는 전체 식물에 연결된 상태일 수도 있고, 분리된 것일 수도 있다.
또한 본 발명에서의 식물은 식물 세포 또는 조직의 배양물을 포함한다. 상기 ‘배양물(culture)'은 식물 세포나 조직이 식물 전체의 형태를 형성하거나 식물체를 재생하는 능력인 전형성능을 이용하여 식물의 세포, 조직, 기관, 배, 종자 등 식물의 일부를 영양소가 첨가된 배지에서 배양한 산물을 의미한다. 상기 식물의 세포/조직 배양 산물로는 예를 들어, 배 배양, 절편 배양, 캘러스(callus) 배양, 현탁 배양, 약 배양(화분 배양), 원형질체 배양 등의 배양물일 수 있으나 여기 제한되는 것은 아니다. 원형질체는 식물 세포벽을 제거하고 분리해 낸 세포 내용물을 의미한다. 식물로서 캘러스(callus) 세포를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 식물은 단백질을 대량 생산할 수 있는 식물이라면 제한 없이 사용될 수 있으나, 보다 구체적으로는 상기 식물은 벼, 보리, 밀, 담배, 애기장대, 옥수수, 대두, 카놀라, 알팔파, 해바라기, 수수, 목화, 땅콩, 토마토, 감자, 상추 및 고추로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다. 벼를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 벼의 종자를 사용하는 것이 보다 바람직하고, 형질전환 방법과 단백질 대량 생산의 목적에 맞게 적절한 품종을 선택하여 본 발명을 실시할 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 재조합 인간 인슐린 유사 성장인자-I 단백질은 식물 유래이기 때문에 내독소가 적고, 동물 유래 바이러스 감염 위험이 적으며 고순도를 갖는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 재조합 hIGF-I 유전자를 합성하고, 이를 식물 캘러스 세포에 도입하여 재조합 hIGF-I 단백질을 대량 생산하는 방법에 대한 것으로, 본 발명은 식물 캘러스를 이용하여 미생물이나 동물 유래 바이러스 등과 같은 감염원의 위험 없이 특정 단백질을 대량 생산할 수 있다. 특히, 일정 조건으로 설정한 배양용 반응기에서 수행되어 식물체를 이용한 재조합 단백질 생산 시스템이 갖고 있는 단점인 큰 면적의 재배 공간이 필요하지 않고, 환경에 의한 변수의 영향을 크게 받지 않아 저비용, 고효율로 고순도의 hIGF-I 단백질을 대량으로 생산할 수 있다.
도 1은 hIGF-I 유전자의 코돈(codon)을 벼의 고빈도 사용 코돈으로 치환한 염기서열을 나타낸 결과이고,
도 2는 본 발명에 따른 합성한 hIGF-I 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터를 나타낸 이미지이며,
도 3은 본 발명에 따른 재조합 발현 벡터를 벼 캘러스 세포에 도입한 후, 목적 유전자의 정상적인 도입 여부를 확인한 결과이고,
도 4는 hIGF-I 단백질을 고발현하는 형질전환 벼 캘러스 세포주를 선발하기 위하여 각 세포주에서 hIGF-I의 발현 정도를 확인한 결과이며,
도 5는 벼 캘러스 세포 유래 인간 인슐린 유사 성장인자-I(hIGF-I)의 순도를 확인한 결과이다.
도 6는 벼 캘러스 세포 유래 인간 인슐린 유사 성장인자-I(hIGF-I)의 생리활성 분석을 위하여, 추출한 hIGF-I를 유방암 세포에 처리한 후, 세포 증식률을 확인한 결과이다.
도 2는 본 발명에 따른 합성한 hIGF-I 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터를 나타낸 이미지이며,
도 3은 본 발명에 따른 재조합 발현 벡터를 벼 캘러스 세포에 도입한 후, 목적 유전자의 정상적인 도입 여부를 확인한 결과이고,
도 4는 hIGF-I 단백질을 고발현하는 형질전환 벼 캘러스 세포주를 선발하기 위하여 각 세포주에서 hIGF-I의 발현 정도를 확인한 결과이며,
도 5는 벼 캘러스 세포 유래 인간 인슐린 유사 성장인자-I(hIGF-I)의 순도를 확인한 결과이다.
도 6는 벼 캘러스 세포 유래 인간 인슐린 유사 성장인자-I(hIGF-I)의 생리활성 분석을 위하여, 추출한 hIGF-I를 유방암 세포에 처리한 후, 세포 증식률을 확인한 결과이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 인간 인슐린 유사 성장인자-I(human Insulin like growth factor-I, hIGF-I) 유전자 합성
hIGF-I를 벼 캘러스(callus) 세포에서 과발현 시키기 위하여, hIGF-I 유전자의 코돈을 벼의 고빈도 사용 코돈으로 치환하였다. 이를 위하여, 유전자은행(GenBank)의 hIGF-I 유전자 서열(Accession number : NM-001111284.1)을 바탕으로 Kazusa DNA Research Instirute의 codon usage data base를 참고하여 합성하였다. 이때 하기 표 1과 같이, hIGF-I이 세포내에 머물지 않고 배지로 분비되도록 hIGF-I의 5'-영역에 비번역영역(untranslation region)과 당 결핍 조건하에서 목적 단백질인 RAmy3D 시그널 펩티드(3Dsp)를 도입하여 합성하였다(서열번호 1).
| gene | sequence (5’→ 3’) | 서열번호 |
| 5'UTR | ATCAGTAGTG GTTAGCAGCA ACTCACTATC GAACACGGTT TCAGCTTACA CAGAT | 2 |
| 3Dsp | ATGAAGAACA CCAGCAGCTT GTGTTTGCTG CTCCTCGTGG TGCTCTGCTC CTTGACCTGC AACTCGGGCC AAGCC | 3 |
그 결과 도 1과 같이, native hIGF-I과 비교했을 때 전체의 약 19.5%에 해당하는, 총 210개 염기서열 중 41개의 염기서열을 치환하였다.
<실시예 2> hIGF-I 단백질 생산을 위한 재조합 발현 벡터 제작
hIGF-I 단백질을 벼 세포(callus)에서 생산하기 위하여 발현벡터를 다음과 같이 제작하였다. 먼저 벼 유래 고발현 프로모터인 α-아밀라제(RAmy3D) 프로모터(Biotechnology and Bioengineering, 2003, 82:778-783 참고)가 삽입되어 있는 식물발현벡터인 pMYN75를 제한효소인 Xba I과 Kpn I으로 절단하였다. 합성한 hIGF-I 유전자 역시 제한효소인 Xba I과 Kpn I으로 절단한 다음, pMYN75에 삽입하였다. 더불어 hIGF-I의 전사 효율을 증가시키기 위하여 5‘-영역의 비번역영역(untranslation rgion)과, 당 결핍 조건하에서 목적 단백질인 hIGF-I이 세포내에 머물지 않고 배지로 분비될 수 있도록 시그널 펩티드를 도입하였다.
최종적으로 도 2와 같이, RAmy3D 프로모터/5'UTR/3Dsp/hIGF-I 순으로 구성된 hIGF-I 단백질 발현 벡터(pTKI5)를 제작하였다. 3'UTR은 벼 유래의 α-아밀라제의 3'비전사 영역을, 35S는 CaMV35S 프로모터를, HPT는 하이그로마이신 포스포트랜스퍼라제를, 35S poly A는 35S 유전자의 터미네이터를, Km은 Kanamycin을, LB는 T-DNA 좌측 보더(left border)를, RB는 T-DNA 우측 보더(right border)를 각각 나타낸다.
<실시예 3> 벼 캘러스 세포 형질전환
hIGF-I 단백질을 발현하는 형질전환 세포주를 제작하기 위하여 벼 캘러스 세포에 형질전환을 수행하였다. 먼저 벼 캘러스 세포를 준비하기 위하여 종피를 제거한 벼(품종 ‘동진’) 종자를 70% 에탄올로 표면소독을 하고 2% 클로락스(Clorox) 및 0.01% 트리톤 X-100(triton X-100) 용액에 넣어 30분간 소독한 다음, 멸균된 증류수로 세 번 세척하였다. 0.02㎎/L의 키네틴, 2㎎/L의 2,4-디클로로페녹시아세트산 및 3%의 수크로스를 포함하는 벼 캘러스 세포 유도용 N6 배지에 치상하여 28℃에서 3주 정도 배양하였다. 그 후, 상기 실시예 2에서 제조한 hIGF-I 유전자가 삽입된 재조합 발현 벡터를 아그로박테리움 투메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens) LBA4404에 형질전환하였다. 형질전환체를 선별하기 위해 리팜피신(Rifampicin)과 카나마이신(Kanamycin)이 함유된 배지에서 배양한 후, 선발된 균주를 OD600값이 0.8 내지 1.2 정도가 되도록 배양한 다음, AA 액체배지(AA염 및 아미노산, B5 비타민, 20g/L 수크로스, 2㎎/L 2,4-D, 0.2㎎/L 키네틴 및 100mM 아세토시린곤(acetosyringone)(pH 5.8))에 상기에서 준비한 벼 캘러스 세포와 15분간 침적시켜 혼합 배양시켰다. 배양 후 벼 캘러스 세포를 멸균된 여과지로 여과하여 여분의 아그로박테리움 현탁액을 제거한 후, 2N6-Co(2N6, 10g/L 글루코스, 100mM 아세토시린곤) 고체배지에 치상하여, 3일간 28℃의 암 조건에서 배양하였다. 배양된 벼 캘러스 세포로부터 아그로박테리움을 제거하기 위하여 250μg/ml의 카베니실린(carbenicillin)이 포함된 멸균 증류수에 벼 세포(callus)를 3회 세척하고 멸균된 여과지로 여분의 물기를 제거한 후, 2N6-SE(2N6, 250㎎/L 카베니실린, 50㎎/L 하이그로마이신 B 포함) 선발배지에 치상한 다음 28℃에서 2주 동안 암 조건에서 배양하였다. 이후 왕성하게 분열한 벼 캘러스 세포만을 선발하여 다시 2N6-SE 배지에 옮겨준 후 2주 정도 암 배양을 통해 증식된 벼 캘러스 세포를 수득하였다. 그 결과 25개의 형질전환된 벼 캘러스 세포주를 확보하였다.
<실시예 4> 벼 캘러스 세포의 hIGF-I 유전자 도입 여부 확인
확보한 형질전환 벼 캘러스 세포주의 목적 유전자의 정상적인 도입 여부를 확인하기 위하여, 선발된 형질전환 세포주들을 취하여 genomic DNA PCR을 수행하였다. 먼저 각각의 형질전환 세포들을 균질화 버퍼(homogenization buffer)에 넣고 균질기(homogenizer)를 이용하여 파쇄하고, RNaseA, Proteinase K 그리고 SDS를 첨가하여 65℃에서 30분간 반응시켰다. 그 후 페놀/클로로포름(phenol/chloroform)으로 불순물을 제거하고 에탄올 침전을 통하여 genomic DNA를 추출하였다. 그 후, 확보한 각각의 genomic DNA를 이용하여 genomic DNA PCR을 수행하였다. primer는 하기 표 2의 5'UTR에 특이적인 F primer와 hIGF-I에 특이적인 R primer를 이용하였다. 대조군으로는 E.coli에서 추출한 pTKI5 plasmid를 양성 대조군(positive control)으로 hIGF-I 유전자가 삽입되지 않은 벡터(pMYN75)로 형질전환시킨 벼 캘러스 세포에서 추출한 genomic DNA를 음성 대조군(negative control)으로 이용하였다.
| primer | sequence (5’→ 3’) | 서열번호 |
| F primer | GCA GCA ACT CAC TAT CGA ACA CGG TTT CAG | 4 |
| R primer | TGC ACA GTA CAT CTC CAA GCG GCG GAG GTC | 5 |
그 결과 도 3과 같이, 25개의 벼 캘러스 세포주 모두에서 도입한 유전자 크기(302bp)의 PCR band가 확인되었다.
<실시예 5> hIGF-I 단백질 발현 정도 확인
본 발명에 따른 재조합 발현 벡터로 형질전환시킨 벼 캘러스 세포주의 hIGF-I 단백질 발현 정도를 웨스턴 블랏(western blot)을 이용하여 확인하고, 상기 단백질을 고발현하는 형질전환 벼 캘러스 세포주를 선발하였다. 이를 위하여 25개 의 벼 캘러스 현탁 세포 1g씩을 수크로스(sucrose)가 제거된 10ml의 배지에 접종하여 당 결핍 상태로 7일 동안 배양하였다. 당 결핍 7일째 각각의 배양액을 12,000 rpm의 속도로 5분간 원심분리한 다음, 상등액만을 취하여 SDS-PAGE 및 웨스턴 블랏 분석을 하였다. 본 실험을 위한 양성 대조군으로는 대장균에서 발현시킨 hIGF-I을 사용하였고, 음성 대조군으로는 hIGF-I 유전자가 삽입되지 않은 벡터(pMYN75)만 형질전환시킨 세포주의 배양액을 사용하였다. 또한 1차 항체로 Rabbit anti-hIGF-I 다클론 항체(RayBiotech, Inc.)를, 2차 항체로는 anti-rabbit IgG AP conjugated (Sigma-Aldrich, Inc.) 항체를 사용하였다.
그 결과 도 4와 같이, hIGF-I을 발현하는 4개의 벼 캘러스 세포주가 확보되었고, 그 중 20번 벼 캘러스 세포주가 가장 고발현하는 것으로 확인되었다. 더불어 본 발명에 따른 재조합 발현 벡터로 형질전환시킨 벼 캘러스 세포주의 hIGF-I 단백질의 순도를 확인해본 바 도 5와 같이, 단일 밴드의 고순도의 단백질이 추출된 것을 확인하였다.
<실시예 6> 벼 캘러스 세포주 유래 인간 인슐린 유사 성장인자-I(hIGF-I)의 생리활성 분석
벼 캘러스 세포에서 생산한 hIGF-I의 생리활성을 MCF-7 (human breast cancer cell line, KCLB 30022) 세포를 이용하여 3H-티미딘 혼성 분석(3H-Thymidine incorporation Assay)을 통해 분석하였다. 먼저 hIGF-I을 농도별로 처리한 96 well plate에 5% FBS가 함유된 RPMI(Gibco) 배지를 이용하여 MCF-7 세포를 well 당 2 ×104 씩 넣고 37℃, 5% CO2 조건에서 44시간 배양하였다. 44시간 배양한 후 0.5mCi 3H-thymidine을 처리하고 b-카운터(b-counter)로 측정하였다.
그 결과 도 5와 같이, 본 발명에 따른 방법으로 벼 캘러스 세포주에서 생산한 hIGF-I이 대조군으로 사용한 hIGF-I(R&D systems)보다 상대적으로 우수한 세포 증식률을 보이는 것을 확인하였다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명은 식물에서 과발현되도록 합성한 hIGF-I 유전자를 식물 캘러스 세포에 도입하여 hIGF-I 단백질을 대량 생산하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 hIGF-I 단백질 대량 생산방법은 식물을 이용한 방법으로, 미생물이나 동물 유래 바이러스 등과 같은 감염원으로부터 안전하게 대량 생산될 수 있고, 특히, 일정 조건으로 설정한 배양용 반응기에서 수행되어 식물체를 이용한 재조합 단백질 생산 시스템이 갖고 있는 단점인 큰 면적의 재배 공간이 필요하지 않고, 환경에 의한 변수의 영향을 크게 받지 않아 저비용, 고효율로 고순도의 hIGF-I 단백질을 대량으로 생산할 수 있다.
<110> NBM Co., Ltd
<120> Production method of recombinant human insulin-like growth
factor-I protein using plant callus
<130> NP18-0026
<160> 5
<170> KoPatentIn 3.0
<210> 1
<211> 340
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> recombinant human insulin-like growth factor-I
<400> 1
atcagtagtg gttagcagca actcactatc gaacacggtt tcagcttaca cagatatgaa 60
gaacaccagc agcttgtgtt tgctgctcct cgtggtgctc tgctccttga cctgcaactc 120
gggccaagcc ggaccggaga cgctctgtgg cgctgaactt gttgatgcgc ttcaatttgt 180
ctgcggggac cgcggctttt atttcaacaa gcccaccggt tacggctcca gctcacggag 240
ggcccctcag accggaatcg tggatgagtg ctgcttcaga tcatgcgacc tccgccgctt 300
ggagatgtac tgtgcaccgc taaagccagc caagtcggct 340
<210> 2
<211> 55
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> 5'UTR
<400> 2
atcagtagtg gttagcagca actcactatc gaacacggtt tcagcttaca cagat 55
<210> 3
<211> 75
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> 3Dsp
<400> 3
atgaagaaca ccagcagctt gtgtttgctg ctcctcgtgg tgctctgctc cttgacctgc 60
aactcgggcc aagcc 75
<210> 4
<211> 30
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> Forward primer for hIGF-1
<400> 4
gcagcaactc actatcgaac acggtttcag 30
<210> 5
<211> 30
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> Reverse primer for hIGF-1
<400> 5
tgcacagtac atctccaagc ggcggaggtc 30
Claims (10)
- (a) 서열번호 1로 표시되는 염기서열을 갖는 재조합 hIGF-I 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터를 제조하는 단계; 및
(b) 상기 재조합 발현 벡터로 식물 세포 또는 식물 조직을 형질전환시키는 단계를 포함하는 형질전환 식물의 제조 방법.
- (1) 서열번호 1로 표시되는 염기서열을 갖는 재조합 hIGF-I 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터로 식물을 형질전환하는 단계;
(2) 상기 형질전환된 식물을 재배하는 단계;
(3) 상기 재배한 식물을 수득하는 단계; 및
(4) 상기 수득한 식물로부터 재조합 hIGF-I 단백질을 회수하는 단계를 포함하는 재조합 hIGF-I 단백질의 대량 생산 방법.
- 식물에서의 발현이 최적화된 재조합 인간 인슐린 유사 성장인자-I(human Insulin like growth factor-I, hIGF-I) 유전자.
- 제3항에 있어서,
상기 hIGF-I 유전자는 서열번호 1로 표시되는 염기서열을 포함하는 것을 특징으로 하는 유전자.
- 제3항의 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터.
- 제5항의 재조합 발현 벡터로 형질전환된 식물 세포.
- 제6항에 있어서,
상기 식물 세포는 캘러스(callus) 세포인 것을 특징으로 하는 세포.
- 제5항의 재조합 발현 벡터로 형질전환된 식물 조직.
- 제5항의 재조합 발현 벡터로 형질전환된 식물의 일부 또는 전체.
- 제9항에 있어서,
상기 식물은 벼, 보리, 밀, 담배, 애기장대, 옥수수, 대두, 카놀라, 알팔파, 해바라기, 수수, 목화, 땅콩, 토마토, 감자, 상추 및 고추로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 식물의 일부 또는 전체.
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|---|---|---|---|---|
| CN115896162A (zh) * | 2022-12-09 | 2023-04-04 | 上海市农业科学院 | 一种通过愈伤培养合成甜菜苷的方法 |
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2018
- 2018-04-26 KR KR1020180048366A patent/KR102046117B1/ko active IP Right Grant
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Stanley CK Cheung 등. BMC Biotechnol. 11:37 페이지 1-10 (2011.04.12.) * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115896162A (zh) * | 2022-12-09 | 2023-04-04 | 上海市农业科学院 | 一种通过愈伤培养合成甜菜苷的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102046117B1 (ko) | 2019-11-18 |
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