KR20210003342A - Pharmaceutical composition for treating cerebral ischemia containing phosphoglycerate mutase 1 fusion protein - Google Patents

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KR20210003342A
KR20210003342A KR1020190078845A KR20190078845A KR20210003342A KR 20210003342 A KR20210003342 A KR 20210003342A KR 1020190078845 A KR1020190078845 A KR 1020190078845A KR 20190078845 A KR20190078845 A KR 20190078845A KR 20210003342 A KR20210003342 A KR 20210003342A
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cerebral ischemia
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최수영
박진서
한규형
이근욱
박종국
음원식
신민재
최연주
여현지
여은지
조성우
황인구
김우석
권현정
김대원
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한림대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention is to provide a pharmaceutical composition for treating cerebral ischemia which causes little to no side effects and has an excellent effect. The present invention relates to a pharmaceutical composition for treating cerebral ischemia including cell permeable PGAM1 (phosphoglycerate mutase 1) fusion protein. The PGAM1 fusion protein permeated into cells increases cell viability against hydrogen peroxide toxicity and reduces the level of active oxygen species in cells and DNA fragmentation caused by hydrogen peroxide. In addition, the PGAM1 fusion protein shows a protection effect with respect to neuronal cell death occurring when transient ischemia is induced at the CA1 forebrain hippocampus portion in an animal model. Such results suggest that the PGAM1 fusion protein shows a protection effect with respect to neuronal cell death and a therapeutic effect of protecting neuronal cells from brain ischemia damage.

Description

포스포글리세레이트 뮤테이즈 1 융합단백질을 포함하는 뇌허혈 치료용 약학 조성물 {Pharmaceutical composition for treating cerebral ischemia containing phosphoglycerate mutase 1 fusion protein}Pharmaceutical composition for treating cerebral ischemia containing phosphoglycerate mutase 1 fusion protein {Pharmaceutical composition for treating cerebral ischemia containing phosphoglycerate mutase 1 fusion protein}

본 발명은 세포투과성 포스포글리세레이트 뮤테이즈 1 융합단백질을 포함하는 뇌허혈 치료용 약학 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to a pharmaceutical composition for the treatment of cerebral ischemia comprising a cell-permeable phosphoglycerate mutase 1 fusion protein.

활성산소 화합물이라고 불리는 "자유 라디칼(free radicals)"은 산화 스트레스에 그 원인이 있으며, 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)은 산소와의 상호작용을 포함하는 다양한 세포과정에서 피할 수 없는 부산물이다. 만약 세포가 상대적으로 좀 더 활성화된 화합물에 노출된다면 이들은 산화 스트레스에 놓이게 되고 그 결과 단백질, DNA, 지방과 같은 중요한 요소들이 산화되어 손상을 입게 된다. 산화 스트레스는 암, 알츠하이머 등과 같은 많은 병의 원인이 되고 있으며 이러한 질환들은 노화와도 관련이 있다."Free radicals", called reactive oxygen compounds, are responsible for oxidative stress, and reactive oxygen species (ROS) are inevitable by-products in various cellular processes including interactions with oxygen. . If cells are exposed to more active compounds, they are subjected to oxidative stress, resulting in oxidation and damage to important elements such as proteins, DNA and fats. Oxidative stress is the cause of many diseases such as cancer and Alzheimer's, and these diseases are also related to aging.

비정상적인 세포 과정에서 발생하는 과도한 활성산소종은 염증, 허혈, 당뇨 및 파킨슨병 등 다양한 인간의 질병을 초래하는 것으로 알려져 있다. 활성산소종은 세포의 대사과정 중 세포 안의 DNA뿐만 아니라 단백질, 지질과 같은 고분자에 손상을 입히는 등 많은 영향을 미치게 되며 손상 시간이 점점 길어질수록 세포사멸을 일으켜 인간 질병에 많은 영향을 끼치게 된다. 그중에서도 뇌허혈은 뇌의 동맥이 차단될 때 뇌세포가 충분한 에너지를 만들지 못하고 그로 인해 세포사멸이 발생하는 질환으로 활성산소종의 발생량이 해마 CA1 지역에서 급격히 증가하게 되면서 신경세포의 사멸이 일어나게 된다. 뇌허혈과 같은 저산소증 상태는 세포질 Bax가 외막의 미토콘드리아로 전이되도록 유도한 다음 미토콘드리아 막 포텐셜의 감소와 함께 미토콘드리아에서 항-세포사멸 인자의 방출을 촉진한다. 대조적으로 Bcl-2는 미토콘드리아에서 시토크롬 c 방출을 막고 세포사멸을 예방하는 기능을 한다. 저산소증 상태에서 Bcl-2의 발현 수준이 굉장히 떨어지게 되어 세포사멸의 주요 원인이 된다. 그러므로 활성산소종에 대한 조절능력이 있는 물질이 밝혀진다면 뇌허혈 손상에 대해 보호효과를 나타낼 수 있을 것이라 예상한다.Excessive reactive oxygen species arising from abnormal cellular processes are known to cause various human diseases such as inflammation, ischemia, diabetes and Parkinson's disease. During the metabolic process of cells, reactive oxygen species have many effects, such as damaging not only DNA in cells, but also polymers such as proteins and lipids, and causing apoptosis as the damage time increases, causing a lot of impact on human diseases. Among them, cerebral ischemia is a disease in which brain cells fail to produce enough energy when the arteries of the brain are blocked, and apoptosis occurs due to this.As the amount of reactive oxygen species increases rapidly in the hippocampus CA1 region, neuronal cell death occurs. Hypoxic conditions, such as cerebral ischemia, induce cytoplasmic Bax to metastasize to the mitochondria of the outer membrane and then promote the release of anti-apoptotic factors from the mitochondria with a decrease in mitochondrial membrane potential. In contrast, Bcl-2 functions to prevent cytochrome c release from mitochondria and prevent cell death. In hypoxia, the level of expression of Bcl-2 drops significantly, which is a major cause of cell death. Therefore, if a substance capable of regulating reactive oxygen species is identified, it is expected that it will have a protective effect against cerebral ischemia.

포스포글리세레이트 뮤테이즈 1 (phosphoglycerate mutase 1; 이하 "PGAM1"과 혼용함)은 해당과정에서 촉매작용을 하는 효소이며, 3-포스포글리세레이트를 2-포스포글리세레이트로 전환한다. 활성산소종에 의한 신경 세포사멸에 대한 포스포글리세레이트 뮤테이즈 1의 기능 또는 효과에 대해서는 아직까지 명확히 밝혀지지 않았다.Phosphoglycerate mutase 1 (phosphoglycerate mutase 1; hereinafter used together with "PGAM1") is an enzyme that catalyzes the glycolysis process, and converts 3-phosphoglycerate into 2-phosphoglycerate. The function or effect of phosphoglycerate mutase 1 on neuronal cell death by reactive oxygen species has not yet been clearly elucidated.

본 발명은 뇌허혈 손상 및 뇌허혈 손상에 의한 신경세포 손상과 사멸을 치료하기 위한 효과적인 치료제를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an effective therapeutic agent for treating nerve cell damage and death caused by cerebral ischemia injury and cerebral ischemia injury.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위하여 PEP-1, HIV Tat 펩타이드와 같은 단백질 수송 도메인을 포스포글리세레이트 뮤테이즈 1과 재조합하여 HT22 세포 내로 침투하는 것을 확인하였으며, 산화 스트레스에 대한 세포 침투성 포스포글리세레이트 뮤테이즈 1 융합단백질의 보호효과에 대해 연구하였다.In order to solve the above problem, the present inventors confirmed that protein transport domains such as PEP-1 and HIV Tat peptide recombined with phosphoglycerate mutase 1 to penetrate into HT22 cells, and cell-penetrating phosphoglycerides against oxidative stress The protective effect of the late mutase 1 fusion protein was studied.

본 발명자들은 단백질 수송 도메인과 결합한 PGAM1 융합단백질이 시험관 내에서 산화 스트레스에 의해 유도된 신경세포사멸에 보호효과가 있는지를 밝히고자 하였다. 허혈성 신경세포사멸에 대해 PGAM1 융합단백질의 잠재적인 효과를 연구하기 위해 본 발명자들은 세포 내로 투과할 수 있는 PGAM1 융합단백질을 제작하였다. PGAM1 융합단백질은 신경세포 내부로 농도 의존적 및 시간 의존적으로 효과적으로 투과하였다. 세포 내로 투과된 PGAM1 융합단백질은 과산화수소 독성에 대한 세포 생존율을 증가시켰고, 세포 내 활성산소종 수준을 낮추었다. 이러한 결과들은 PGAM1 융합단백질이 시험관 내에서 일어나는 세포사멸에 대해 보호효과를 나타내며, 산화 스트레스와 관련된 뇌허혈 손상에 대해 치료제로 이용될 수 있음을 말해준다.The present inventors tried to find out whether the PGAM1 fusion protein bound to the protein transport domain has a protective effect on neuronal cell death induced by oxidative stress in vitro. In order to study the potential effect of the PGAM1 fusion protein on ischemic neuronal cell death, the present inventors constructed a PGAM1 fusion protein that can penetrate into cells. The PGAM1 fusion protein effectively penetrated into neurons in a concentration-dependent and time-dependent manner. The PGAM1 fusion protein permeated into the cells increased the cell viability against hydrogen peroxide toxicity and lowered the level of reactive oxygen species in the cells. These results indicate that the PGAM1 fusion protein exhibits a protective effect against apoptosis occurring in vitro, and can be used as a therapeutic agent against cerebral ischemic injury related to oxidative stress.

본 발명의 구성을 좀 더 자세히 설명하면, 본 발명의 일 실시예에서 본 발명자들은 먼저 PGAM1 융합단백질을 과대 발현시키고 쉽게 정제할 수 있는 PGAM1 융합단백질 발현 벡터를 개발하였다. 이 발현 벡터는 인간 PGAM1 단백질, 7~21개 아미노산으로 이루어진 단백질 수송 도메인 하나 이상, 그리고 N 말단부분에 6개의 히스티딘 잔기를 발현시킬 수 있는 cDNA를 포함하고 있다. 그 예시로 PGAM1 융합단백질의 아미노산 서열은 서열목록의 서열번호 1임을 특징으로 한다. To explain the configuration of the present invention in more detail, in an embodiment of the present invention, the present inventors first developed a PGAM1 fusion protein expression vector that can overexpress and easily purify the PGAM1 fusion protein. This expression vector contains a human PGAM1 protein, at least one protein transport domain consisting of 7 to 21 amino acids, and a cDNA capable of expressing 6 histidine residues at the N-terminus. As an example, the amino acid sequence of the PGAM1 fusion protein is characterized by SEQ ID NO: 1.

이 발현벡터를 이용하여 PGAM1 융합단백질을 대장균에서 과대 발현시켰으며 Ni-친화 크로마토그래피를 이용하여 정제하였다. 배양된 세포에 PGAM1 융합단백질이 시간 및 농도 의존적으로 세포에 운반되는 것을 웨스턴 블롯으로 확인하였다. 세포 내로 투과된 PGAM1 융합단백질은 세포 내에서 최대 12시간 동안 지속적으로 유지되었으며, 산화 스트레스에 의한 세포사멸을 억제하였다.Using this expression vector, the PGAM1 fusion protein was overexpressed in E. coli and purified using Ni-affinity chromatography. It was confirmed by Western blot that the PGAM1 fusion protein was transported to the cells in a time and concentration dependent manner. The PGAM1 fusion protein permeated into the cell was continuously maintained for up to 12 hours in the cell and suppressed apoptosis due to oxidative stress.

이러한 결과는 PGAM1 융합단백질이 세포 내로 잘 투과되고, 세포 내에서 PGAM1 단백질의 기능을 잘 나타내고 있음을 의미한다. 따라서 이러한 PGAM1 융합단백질은 활성산소종과 관련된 증세 또는 뇌허혈 손상으로부터 신경세포를 보호하는 등의 뇌신경질환에 응용할 가능성을 제시해 준다.These results imply that the PGAM1 fusion protein is well permeated into the cell, and the function of the PGAM1 protein is well expressed in the cell. Therefore, this PGAM1 fusion protein presents the possibility of application to neurological diseases such as protecting neurons from symptoms related to reactive oxygen species or brain ischemia damage.

세포 투과성 PGAM1 융합단백질을 유효성분으로 함유하는 약제학적 조성물은 약제학적 분야에서 통상적으로 허용되는 담체와 함께 배합하여 통상적인 방법에 의해 경구 또는 주사 형태 등으로 제형화할 수 있다. 경구용 조성물로는 예를들면 정제 및 젤라틴 캡슐이 있으며, 이들은 활성 성분 이외에도 희석제 (예: 락토스, 덱스트로스, 수크로스, 만니톨, 솔비톨, 셀룰로즈 및/또는 글리신), 활탁제(예: 실리카, 탤크, 스테아르산 및 그의 마그네슘 또는 칼슘염 및/또는 폴리에틸렌글리콜)를 함유하고, 정제는 또한 결합제 (예: 마그네슘 알루미늄 실리케이트, 전분 페이스트, 젤라틴, 메틸셀룰로스, 나트륨 카복시메틸셀룰로스 및/또는 폴리비닐피롤리돈)를 함유하며, 경우에 따라서 붕해제 (예: 전분, 한천, 알긴산 또는 그의 나트륨염) 또는 비등 혼합물 및/또는 흡수제, 착색제, 향미제 및 감미제를 함유하는 것이 바람직하다. 주사용 조성물은 등장성 수용액 또는 현탁액이 바람직하고, 언급한 조성물은 멸균되고/되거나 보조제 (예: 방부제, 안정화제, 습윤제 또는 유화제 용액 촉진제, 삼투압 조절을 위함 염/또는 완충제)를 함유한다. 또한, 이들은 기타 치료에 유용한 물질을 함유할 수 있다.The pharmaceutical composition containing the cell-penetrating PGAM1 fusion protein as an active ingredient may be formulated in an oral or injectable form by a conventional method by blending with a carrier commonly accepted in the pharmaceutical field. Oral compositions include, for example, tablets and gelatin capsules, which, in addition to the active ingredient, include diluents (e.g. lactose, dextrose, sucrose, mannitol, sorbitol, cellulose and/or glycine), lubricants (e.g. silica, talc). , Stearic acid and its magnesium or calcium salt and/or polyethylene glycol), and the tablet also contains a binder (e.g. magnesium aluminum silicate, starch paste, gelatin, methylcellulose, sodium carboxymethylcellulose and/or polyvinylpyrrolidone). ), and in some cases a disintegrant (eg starch, agar, alginic acid or sodium salt thereof) or a boiling mixture and/or an absorbent, colorant, flavoring and sweetening agent. The composition for injection is preferably an isotonic aqueous solution or suspension, and the compositions mentioned are sterilized and/or contain adjuvants (e.g., preservatives, stabilizers, wetting or emulsifying agent solution accelerators, salts/or buffers for controlling the osmotic pressure). In addition, they may contain other therapeutically useful substances.

이와 같이 제조된 약제학적 제제는 목적하는 바에 따라 경구로 투여하거나, 비경구 방식 즉, 정맥 내, 피하, 복강 내 투여 또는 국소적용할 수 있다. 용량은 일일 투여량 00001~100㎎/㎏을 1 내지 수회에 나누어 투여할 수 있다. 특정 환자에 대한 투여용량 수준은 환자의 체중, 연령, 성별, 건강상태, 투여시간, 투여방법, 배설율, 질환의 중증도 등에 따라 변화될 수 있다.The pharmaceutical preparations thus prepared may be administered orally, or parenterally, ie, intravenously, subcutaneously, intraperitoneally, or topically, as desired. The dose can be administered by dividing the daily dose of 00001 to 100 mg/kg in 1 to several times. The dosage level for a specific patient may vary depending on the patient's weight, age, sex, health status, administration time, administration method, excretion rate, and severity of disease.

나아가, 본 발명은 상기 PGAM1 융합단백질을 유효성분으로 하고 약학적으로 허용되는 담체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 뇌허혈 예방 또는 치료에 유용한 약제학적 조성물을 제공한다.Furthermore, the present invention provides a pharmaceutical composition useful for preventing or treating cerebral ischemia, characterized in that it comprises the PGAM1 fusion protein as an active ingredient and a pharmaceutically acceptable carrier.

본 발명은 또한 PGAM1 단백질을 세포 내로 효율적으로 전달하기 위한 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 PGAM1 단백질 분자의 세포 내 전달은 HIV Tat 펩타이드와 같은 단백질 수송 도메인이 공유결합된 형태의 융합단백질을 구성하여 수행된다. 본 발명의 상기 단백질 수송 도메인의 일례로는 HIV Tat 펩타이드를 들 수 있다. 그러나, 본 발명의 단백질 수송 도메인이 HIV Tat 펩타이드로만 한정되는 것은 아니며, HIV Tat 펩타이드의 아미노산 서열 일부 치환이나 부가, 결여로 HIV Tat 펩타이드와 유사한 기능을 하는 펩타이드를 제조하는 것이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게는 용이하므로, 7~21개의 아미노산으로 구성되고, 라이신 또는 아르기닌을 4개 이상 다수 포함하는 단백질 수송 도메인과 이로부터 아미노산 일부 치환으로 동일·유사한 단백질 수송기능을 수행하는 단백질 수송 도메인을 이용한 융합단백질도 본 발명의 범위에 속함은 자명하다고 할 것이다.The present invention also provides a method for efficiently delivering the PGAM1 protein into cells. Intracellular delivery of the PGAM1 protein molecule according to the present invention is carried out by constructing a fusion protein in which a protein transport domain such as an HIV Tat peptide is covalently linked. An example of the protein transport domain of the present invention is an HIV Tat peptide. However, the protein transport domain of the present invention is not limited to the HIV Tat peptide, and it is in the field to which the present invention pertains to producing a peptide that functions similar to the HIV Tat peptide by partial substitution, addition, or absence of the amino acid sequence of the HIV Tat peptide. Because it is easy for those skilled in the art, protein transport consisting of 7 to 21 amino acids and containing 4 or more lysine or arginine, and a protein transport that performs the same or similar protein transport function by partial substitution of amino acids therefrom It will be apparent that fusion proteins using domains are also within the scope of the present invention.

구체적으로, 본 발명은 PGAM1 융합단백질, PGAM1 융합단백질을 코딩하는 올리고뉴클레오타이드, PGAM1 융합단백질을 코딩하는 올리고뉴클레오타이드를 포함하는 벡터, 이 융합단백질을 포함하는 뇌허혈 치료 또는 예방 목적의 약학 조성물 및 이 융합단백질을 포함하는 뇌허혈 예방 또는 개선 용도의 건강기능성 식품조성물에 관한 것이다.Specifically, the present invention is a vector comprising a PGAM1 fusion protein, an oligonucleotide encoding the PGAM1 fusion protein, an oligonucleotide encoding the PGAM1 fusion protein, a pharmaceutical composition for the treatment or prevention of cerebral ischemia comprising the fusion protein, and the fusion protein It relates to a functional food composition for preventing or improving cerebral ischemia comprising a.

상기 PGAM1 융합단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오타이드는 구체적으로 서열번호 1임을 특징으로 한다.The polynucleotide encoding the PGAM1 fusion protein is specifically characterized by SEQ ID NO: 1.

본 발명의 상기 세포 투과성 PGAM1 융합단백질을 첨가할 수 있는 식품으로는, 각종 식품류, 예를 들어, 음료, 껌, 차, 비타민 복합제, 건강보조 식품류 등이 있으며, 환제, 분말, 과립, 침제, 정제, 캡슐 또는 음료 형태로 사용할 수 있다. 이때, 식품 또는 음료 중의 상기 PGAM1 융합단백질의 양은, 일반적으로 본 발명의 건강식품 조성물의 경우 전체 식품 중량의 001 내지 15 중량%, 바람직하게는 02 내지 10중량%로 가할 수 있으며, 건강 음료 조성물의 경우 100㎖를 기준으로 01 내지 30g, 바람직하게는 02 내지 5g의 비율로 가할 수 있다. 본 발명의 본 발명의 건강음료 조성물은 지시된 비율로 필수 성분으로서 상기 PGAM1 융합단백질을 함유하는 외에는 액체성분에는 특별한 제한점은 없으며 통상의 음료와 같이 여러 가지 향미제 또는 천연 탄수화물 등을 추가 성분으로서 함유할 수 있다. 상술한 천연 탄수화물의 예로는 모노사카라이드, 예를 들어, 포도당, 과당 등 디사카라이드, 예를 들어 말토스, 수크로스 등 폴리사카라이드, 예를 들어 덱스트린, 시클로덱스트린 등과 같은 통상적인 당 및 자일리톨, 소르비톨, 에리트리톨 등의 당알콜이다. 상술한 것 이외의 향미제로서 천연 향미제(타우마틴, 스테비아 추출물(예를 들어 레바우디오시드 A, 글리시리진등)) 및 합성 향미제(사카린, 아스파르탐 등)를 유리하게 사용할 수 있다. 상기 천연 탄수화물의 비율은 본 발명의 조성물 100㎖당 일반적으로 약 1 내지 20g, 바람직하게는 약 5 내지 12g이다. 상기 외에 본 발명의 조성물은 여러 가지 영양제, 비타민, 광물(전해질), 합성 풍미제 및 천연 풍미제 등의 풍미제, 착색제 및 중진제(치즈, 초콜릿 등), 펙트산 및 그의 염, 알긴산 및 그의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 증점제, pH 조절제, 안정화제, 방부제, 글리세린, 알콜, 탄산 음료에 사용되는 탄산화제 등을 함유할 수 있다. 그밖에 본 발명의 조성물들은 천연 과일 쥬스 및 과일 쥬스 음료 및 야채 음료의 제조를 위한 과육을 함유할 수 있다. 이러한 성분은 독립적으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 이러한 첨가제의 비율은 중요하지는 않으나 본 발명의 조성물 100 중량부 당 0 내지 약 20중량부의 범위에서 선택되는 것이 일반적이다.Foods to which the cell-permeable PGAM1 fusion protein of the present invention can be added include various foods, such as beverages, gums, teas, vitamin complexes, health supplement foods, and the like, pills, powders, granules, needles, tablets. , Capsules or beverages can be used. At this time, the amount of the PGAM1 fusion protein in the food or beverage may be generally added in 001 to 15% by weight, preferably 02 to 10% by weight of the total food weight, in the case of the health food composition of the present invention. In the case, it may be added in a ratio of 01 to 30 g, preferably 02 to 5 g, based on 100 ml. The health beverage composition of the present invention of the present invention has no particular limitation on the liquid component except for containing the PGAM1 fusion protein as an essential component in the indicated ratio, and contains various flavoring agents or natural carbohydrates as an additional component like a normal beverage. can do. Examples of the above-described natural carbohydrates include monosaccharides such as disaccharides such as glucose and fructose, polysaccharides such as maltose and sucrose, for example, conventional sugars such as dextrin and cyclodextrin, and xylitol. , Sugar alcohols such as sorbitol and erythritol. As flavoring agents other than those mentioned above, natural flavoring agents (taumatin, stevia extract (for example, rebaudioside A, glycyrrhizin, etc.)) and synthetic flavoring agents (saccharin, aspartame, etc.) can be advantageously used. The ratio of the natural carbohydrate is generally about 1 to 20 g, preferably about 5 to 12 g per 100 ml of the composition of the present invention. In addition to the above, the composition of the present invention includes various nutrients, vitamins, minerals (electrolytes), flavoring agents such as synthetic flavoring agents and natural flavoring agents, coloring agents and heavy weight agents (cheese, chocolate, etc.), pectic acid and salts thereof, alginic acid and its Salts, organic acids, protective colloidal thickeners, pH adjusters, stabilizers, preservatives, glycerin, alcohols, carbonates used in carbonated beverages, and the like may be contained. In addition, the compositions of the present invention may contain natural fruit juice and flesh for the production of fruit juice beverages and vegetable beverages. These components may be used independently or in combination. The proportion of these additives is not critical, but is generally selected from 0 to about 20 parts by weight per 100 parts by weight of the composition of the present invention.

본 발명의 상세한 설명 등에서 사용되는 주요 용어의 정의는 다음과 같다.Definitions of main terms used in the detailed description of the present invention are as follows.

"PGAM1 융합단백질"이란 단백질 수송 도메인과 PGAM1 단백질을 포함하며, 단백질 수송 도메인과 목표 단백질 (즉, 본 발명에서는 PGAM1 단백질을 의미함)의 유전적 융합이나 화학 결합으로 형성된 공유결합 복합체를 의미한다. 본 명세서에서는 구체적인 실시예로 HIV-Tat 단백질 수송 도메인을 이용하였으므로 "PGAM1 융합단백질"을 "Tat-PGAM1", "Tat-PGAM1 융합단백질" 등과 혼용하였다."PGAM1 fusion protein" includes a protein transport domain and a PGAM1 protein, and refers to a covalently bonded complex formed by genetic fusion or chemical bonding of a protein transport domain and a target protein (ie, PGAM1 protein in the present invention). In the present specification, since the HIV-Tat protein transport domain was used as a specific example, "PGAM1 fusion protein" was mixed with "Tat-PGAM1" and "Tat-PGAM1 fusion protein".

"목표 단백질"이란 본래 표적 세포로 들어갈 수 없거나, 본래 유용한 속도로 표적 세포로 들어갈 수 없는 수송도메인 또는 이의 단편이 아닌 분자로서, 수송도메인과 융합되기 전의 분자 그 자체 또는 수송도메인-목표 단백질 복합체의 목표 단백질 부분을 의미한다. 목표 단백질로서는 폴리펩티드, 단백질, 펩타이드를 포함하며, 본 발명에서는 PGAM1을 의미한다."Target protein" refers to a molecule that is not a transport domain or fragment thereof that cannot enter the target cell by nature or cannot enter the target cell at an inherently useful rate, and the molecule itself or the transport domain-target protein complex before fusion with the transport domain. It means the target protein part. The target protein includes a polypeptide, a protein, and a peptide, and in the present invention, it means PGAM1.

"융합단백질"이란 수송도메인 및 한 개 이상의 목표 단백질 부분을 함하며, 수송도메인과 목표 단백질의 유전적 융합이나 화학 결합으로 형성된 복합체를 의미한다."Fusion protein" refers to a transport domain and a portion of one or more target proteins, and refers to a complex formed by genetic fusion or chemical bonding between the transport domain and the target protein.

또한, 상기 "유전적 융합"이란 단백질을 코딩하는 DNA 서열의 유전적 발현을 통해서 형성된 선형, 공유결합으로 이루어진 연결을 의미한다.In addition, the "genetic fusion" means a linear, covalent linkage formed through genetic expression of a DNA sequence encoding a protein.

또한, "표적 세포"란 수송도메인에 의해 목표 단백질이 전달되는 세포를 의미하는 것으로서, 표적 세포는 체내 또는 체외의 세포를 말한다. 즉, 표적세포는 체내 세포, 다시 말하여 살아있는 동물 또는 인간의 장기 또는 조직을 구성하는 세포 또는 살아있는 동물 또는 인간에서 발견되는 미생물을 포함하는 의미이다. 또한, 표적 세포는 체외 세포, 즉 배양된 동물세포, 인체 세포 또는 미생물을 포함하는 의미이다.In addition, "target cell" refers to a cell to which a target protein is delivered by a transport domain, and the target cell refers to a cell inside or outside the body. That is, target cells are meant to include cells in the body, that is, cells constituting organs or tissues of living animals or humans, or microorganisms found in living animals or humans. In addition, target cells are meant to include extracorporeal cells, that is, cultured animal cells, human cells, or microorganisms.

본 발명에서의 "단백질 수송 도메인"은 고분자 유기화합물, 예컨대 올리고뉴클레오타이드, 펩타이드, 단백질, 올리고당 또는 다당류 등과 공유결합을 이루어 별도의 수용체나 운반체, 에너지를 필요로 하지 않고 상기 유기화합물들을 세포 내로 도입시킬 수 있는 것을 말한다.The "protein transport domain" in the present invention is a polymer organic compound, such as oligonucleotide, peptide, protein, oligosaccharide or polysaccharide, etc. by covalent bonding to introduce the organic compounds into cells without requiring a separate receptor, carrier, or energy. Say what you can.

또한, 본 명세서에서는 단백질, 펩타이드, 유기화합물을 세포 내로 "도입"하는 것에 대하여 "운반", "침투", "수송", "전달", "투과", "통과"한다는 표현들과 혼용하였다.In addition, in the present specification, "transport", "penetration", "transport", "transport", "permeation", and "pass through" expressions for "introducing" proteins, peptides, and organic compounds into cells were used interchangeably.

본 발명의 PGAM1 융합단백질은 7 내지 21개의 아미노산 잔기로 구성되며 아르기닌 또는 라이신 잔기를 3/4 이상 포함하는 수송도메인이 PGAM1의 최소한 일측 말단에 공유결합되어 세포침투 효율이 향상된 PGAM1 융합단백질을 말한다. 또한, 상기 수송도메인은 HIV Tat 49-57 잔기, Pep-1 펩타이드, 올리고라이신, 올리고아르기닌 또는 올리고 (라이신,아르기닌) 중의 1종 이상을 말한다.The PGAM1 fusion protein of the present invention is composed of 7 to 21 amino acid residues, and a transport domain containing 3/4 or more of arginine or lysine residues is covalently bonded to at least one end of PGAM1, thereby improving cell penetration efficiency.It refers to a PGAM1 fusion protein. In addition, the transport domain refers to one or more of HIV Tat 49-57 residues, Pep-1 peptide, oligolysine, oligoarginine, or oligo (lysine, arginine).

또한, 본 발명의 상기 PGAM1 융합단백질 아미노산 서열은 서열번호 4, 6 또는 8 등을 포함한다. PGAM1 융합단백질 제조에서 제한부위 서열의 선택 등에 따라 다양한 서열의 융합단백질을 얻을 수 있으며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 자명하다. 위 아미노산 서열은 예시적인 것일뿐 PGAM1 융합단백질 아미노산 서열이 위에 나열된 서열로 한정되는 것이 아님은 자명하다.In addition, the amino acid sequence of the PGAM1 fusion protein of the present invention includes SEQ ID NO: 4, 6 or 8, and the like. In the production of the PGAM1 fusion protein, fusion proteins of various sequences can be obtained depending on the selection of the restriction site sequence, etc., which is obvious to those of ordinary skill in the art. It is obvious that the above amino acid sequence is exemplary only, and that the amino acid sequence of the PGAM1 fusion protein is not limited to the sequence listed above.

또한, 본 발명은 상기 PGAM1 융합단백질을 유효성분으로 하고 약학적으로 허용되는 담체를 포함하며, 뇌허혈의 예방 및 치료용 약제학적 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a pharmaceutical composition for the prevention and treatment of cerebral ischemia, including the PGAM1 fusion protein as an active ingredient and a pharmaceutically acceptable carrier.

또한, 본 발명은 상기 PGAM1 융합단백질을 유효성분으로 하며, 뇌허혈의 예방 또는 개선용 건강기능식품 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a health functional food composition for preventing or improving cerebral ischemia, using the PGAM1 fusion protein as an active ingredient.

본 발명은 7~21개의 아미노산으로 구성되고, 라이신 또는 아르기닌을 4개 이상 포함하는 단백질 수송 도메인이 PGAM1 단백질의 적어도 일측 말단에 공유결합된 세포 투과성 (cell-transducing) PGAM1 융합단백질에 관한 것이다. 또한, PGAM1 융합단백질은 silent change에 따라 서열 내에서 하나 이상의 아미노산이 기능적으로 동등하게 작용하는 유사한 극성의 다른 아미노산(들)로 치환될 수 있다. 서열 내 아미노산 치환은 그 아미노산이 속하는 클래스의 다른 구성원들로부터 선택될 수 있다.The present invention relates to a cell-transducing PGAM1 fusion protein in which a protein transport domain consisting of 7 to 21 amino acids and including 4 or more lysine or arginine is covalently bonded to at least one end of the PGAM1 protein. In addition, the PGAM1 fusion protein may be substituted with other amino acid(s) of similar polarity in which one or more amino acids function equally functionally in the sequence according to silent change. Amino acid substitutions in a sequence can be selected from other members of the class to which the amino acid belongs.

예컨대, 소수성 아미노산 분류는 알라닌, 발린, 류이신, 이소류이신, 페닐알라닌, 발린, 트립토판, 프롤린 및 메티오닌을 포함한다. 극성 중성 아미노산은 글리신, 세린, 트레오닌, 시스테인, 티로신, 아스파라긴 및 글루타민을 포함한다. 양성 염기성 아미노산은 아르기닌, 라이신 및 히스티딘을 포함한다. 음성 전하를 띤 산성 아미노산은 아스파르트산 및 글루탐산을 포함한다. 또한, 본 발명의 융합단백질과 아미노산 서열 간의 일정 범위의 상동성 예컨대 85-100% 범위 내의 동일 유사한 생물학적 활성을 갖는 절편 또는 이들의 유도체들도 본 발명의 권리범위에 포함된다.For example, the hydrophobic amino acid class includes alanine, valine, leucine, isoleucine, phenylalanine, valine, tryptophan, proline and methionine. Polar neutral amino acids include glycine, serine, threonine, cysteine, tyrosine, asparagine and glutamine. Positive basic amino acids include arginine, lysine and histidine. Acidic amino acids with negative charges include aspartic acid and glutamic acid. In addition, fragments or derivatives thereof having a certain range of homology between the fusion protein of the present invention and the amino acid sequence, such as the same and similar biological activity within the range of 85-100%, are included in the scope of the present invention.

본 발명에서 세포 내로 투과된 PGAM1 융합단백질은 과산화수소 독성에 대해 세포생존율을 증가시켰다. 이러한 결과는 PGAM1 융합단백질이 활성산소종으로 인한 뇌허혈에 의한 세포사멸에 대해 보호효과가 있으며, 뇌허혈 손상으로부터 신경세포를 보호하는 치료효과가 있음을 말해주며, 세포 투과성 PGAM1 융합단백질이 뇌허혈 예방 및 치료용 약학 조성물로 유용함을 말해준다.In the present invention, the PGAM1 fusion protein permeated into the cell increased the cell viability against hydrogen peroxide toxicity. These results indicate that the PGAM1 fusion protein has a protective effect against apoptosis due to cerebral ischemia caused by reactive oxygen species, and has a therapeutic effect to protect nerve cells from cerebral ischemia damage, and the cell permeable PGAM1 fusion protein prevents and treats cerebral ischemia. It says that it is useful as a pharmaceutical composition for use.

도 1은 pET-15b 벡터 상에 Tat-PGAM1 발현 벡터를 구축하는 것을 도시한 것이다. 합성 Tat 올리고머는 NdeI 및 XhoI 부위에 클로닝하였고, 사람 PGAM1 (Phosphoglycerate mutase 1) cDNA는 pET-15b의 XhoI 및 BamHI 부위에 클로닝하였다. (A)는 PGAM1 및 Tat-PGAM1 융합단백질의 발현 벡터를 구축하는 것을 도시한 것이다. Tat-PGAM1 융합단백질은 여섯 개의 히스티딘 잔기를 포함한다. (B)는 IPTG를 첨가하여 발현하였다. 정제된 PGAM1 및 Tat-PGAM1 융합단백질은 15% SDS-PAGE를 이용하여 정제하고 항 토끼 폴리히스티딘 항체로 웨스턴블랏하였다.
도 2는 HT22 세포로의 Tat-PGAM1 융합단백질의 투과를 나타낸다. (A)는 Tat-PGAM1 융합단백질(0.5~5μM) 및 PGAM1 단백질(0.5~5μM)은 1시간 동안 배양 배지에 처리하고, (B)는 Tat-PGAM1 융합단백질 및 PGAM1 단백질을 15~60분 동안 배양 배지에 처리하여 웨스턴블랏으로 분석하였다. (C) Tat-PGAM1 융합단백질의 세포 내 분포를 공촛점 형광 현미경으로 가시화하였다.
도 3a는 1시간 동안 Tat-PGAM1 융합단백질 및 PGAM1 단백질로 전처리한 HT22 세포에 과산화수소(100μM)를 가하고 1시간 동안 두었다. 세포생존율은 MTT를 사용하여 비색 분석법으로 측정하였다.
도 3b는 세포 내 활성산소종 수준을 DCF-DA 염색으로 측정하였다.
도 3c는 DNA 단편화는 TUNEL 염색으로 측정하였다.
Figure 1 shows the construction of the Tat-PGAM1 expression vector on the pET-15b vector. Synthetic Tat oligomers were cloned into the Nde I and Xho I sites, and the human PGAM1 (Phosphoglycerate mutase 1) cDNA was cloned into the Xho I and BamH I sites of pET-15b. (A) shows the construction of the expression vector of the PGAM1 and Tat-PGAM1 fusion proteins. The Tat-PGAM1 fusion protein contains six histidine residues. (B) was expressed by adding IPTG. Purified PGAM1 and Tat-PGAM1 fusion proteins were purified using 15% SDS-PAGE and western blotted with anti-rabbit polyhistidine antibody.
Figure 2 shows the penetration of Tat-PGAM1 fusion protein into HT22 cells. (A) is the Tat-PGAM1 fusion protein (0.5 ~ 5μM) and PGAM1 protein (0.5 ~ 5μM) treated in the culture medium for 1 hour, (B) the Tat-PGAM1 fusion protein and PGAM1 protein for 15 ~ 60 minutes The culture medium was treated and analyzed by Western blot. (C) The intracellular distribution of the Tat-PGAM1 fusion protein was visualized with a confocal fluorescence microscope.
3A shows hydrogen peroxide (100 μM) was added to HT22 cells pretreated with Tat-PGAM1 fusion protein and PGAM1 protein for 1 hour and left for 1 hour. Cell viability was measured by colorimetric analysis using MTT.
Figure 3b is the level of reactive oxygen species in cells was measured by DCF-DA staining.
3c shows DNA fragmentation was measured by TUNEL staining.

아래에서는 구체적인 실시예를 들어 본 발명의 구성을 좀 더 자세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 실시예의 기재에 의하여 한정되는 것이 아님은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 특히, 본 발명의 실시예에서는 PGAM1 융합단백질을 구성하는 단백질 수송 도메인으로 HIV Tat 펩타이드를 이용하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 PEP-1 펩타이드가 N-말단에 결합된 PGAM1 융합단백질을 응용하여, PEP-1 펩타이드, 올리고아르기닌, 올리고라이신 및 올리고(아르기닌+라이신) 등의 다양한 단백질 수송 도메인을 PGAM1의 N-말단 또는 C-말단 중 한 곳 이상에 결합시킨 융합단백질을 용이하게 형성할 수 있고, 이와 같은 융합단백질 간에 약간의 차이는 있을 수 있으나 유사한 활성을 나타냄을 용이하게 알 수 있다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in more detail with reference to specific embodiments. However, it is obvious to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not limited by the description of the examples. In particular, in the embodiment of the present invention, the HIV Tat peptide was used as a protein transport domain constituting the PGAM1 fusion protein, but those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, the PEP-1 peptide is bound to the N-terminus. By applying the PGAM1 fusion protein, a fusion protein in which various protein transport domains such as PEP-1 peptide, oligoarginine, oligolysine and oligo (arginine + lysine) are bound to one or more of the N-terminus or C-terminus of PGAM1. It can be formed easily, and there may be slight differences between such fusion proteins, but it can be easily seen that they exhibit similar activities.

재료material

Ni2 +-니트릴로삼초산 세파로즈 수퍼플로우는 Qiagen에서 구매하였고, PD-10 컬럼 크로마토그래피(Amersham, Brauncschweig, Germany)를 구매하였다. 마우스 해마신경 세포인 HT22 세포는 한국세포주연구재단(KCLF)에서 제공받았다. 2',7'-DCF-DA(Dichlorofluorescein diacetate)와 Bcl-2, Bax, β-액틴, P-p53, p53, 캐스페이즈 3, 캐스페이즈 9, p-p38, p38, p-Erk, Erk, p-JNK 및 JNK의 일차항체는 Cell signaling Technology(Beverly, MA, USA)와 Santa Cruz Biotechnology(Santa Cruz, CA, USA)에서 구입하였다. 이외의 모든 시약은 특급 제품을 이용하였다.Ni 2 + -Nitrilotriacetic acid Sepharose Superflow was purchased from Qiagen, PD-10 column chromatography (Amersham, Brauncschweig, Germany). Mouse hippocampal nerve cells, HT22 cells, were provided by the Korea Cell Line Research Foundation (KCLF). 2',7'-DCF-DA (Dichlorofluorescein diacetate) and Bcl-2, Bax, β-actin, P-p53, p53, casphase 3, casphase 9, p-p38, p38, p-Erk, Erk, Primary antibodies of p-JNK and JNK were purchased from Cell signaling Technology (Beverly, MA, USA) and Santa Cruz Biotechnology (Santa Cruz, CA, USA). All other reagents were used with special grade products.

Tat-Tat- PGAM1PGAM1 융합단백질의Fusion protein 발현 및 정제 Expression and purification

PGAM1 단백질 및 Tat-PGAM1 융합단백질의 발현 벡터를 구축하였다. 인간의 유전자 중의 하나인 PGAM1을 cDNA와 함께 2개의 프라이머를 이용하여 중합효소 연쇄반응 (PCR)으로 증폭시켰다. 센스 프라이머는 5'-CTCGAGGGCAACGCGCAG-3'으로 구성되어 있고, Xho1이라는 제한효소 작용부위가 5' 쪽에 존재한다. 그리고 안티센스 프라이머는 5'-GGATCCTCAGGAATCTTCGGACTC-3'으로 구성되어 있고, BamH1이라는 제한효소 작용부위가 5' 쪽에 존재한다. PCR을 통하여 얻은 결과물을 TA 벡터에 연결하고 Xho1과 BamH1을 이용하여 자른 후에 발현 벡터에 연결하여 Tat-PGAM1 융합단백질을 제조하였다. 이와 마찬가지로 대조군인 PGAM1 단백질은 Tat 펩타이드가 결여된 벡터를 이용하여 제조하였다. 재조합된 Tat-PGAM1 플라스미드를 대장균인 BL21로 형질변환시킨 후 05mM IPTG (isopropyl-β-D-thiogalactoside)로 유도하여 18℃에서 하룻밤 배양하였다. 배양한 세포를 초음파로 분쇄하여 Tat-PGAM1 융합단백질을 얻기 위해 Ni2 +-니트릴로삼초산 세파로즈 수퍼플로우 컬럼을 이용하여 정제하였다. 단백질 농도는 브래드포드 방법으로 우혈청 알부민을 표준물질로 이용하여 결정하였다.Expression vectors of the PGAM1 protein and the Tat-PGAM1 fusion protein were constructed. PGAM1, one of the human genes, was amplified by polymerase chain reaction (PCR) using two primers along with cDNA. The sense primer is composed of 5'-CTCGAGGGCAACGCGCAG-3', and a restriction enzyme action site called Xho1 exists on the 5'side. And the antisense primer is composed of 5'-GGATCCTCAGGAATCTTCGGACTC-3', and a restriction enzyme site called BamH1 is present on the 5'side. The result obtained through PCR was ligated to a TA vector, cut using Xho1 and BamH1, and ligated to an expression vector to prepare a Tat-PGAM1 fusion protein. Similarly, the control PGAM1 protein was prepared using a vector lacking the Tat peptide. The recombinant Tat-PGAM1 plasmid was transformed with E. coli BL21, followed by induction with 05mM IPTG (isopropyl-β-D-thiogalactoside), and cultured at 18°C overnight. The cultured cells were pulverized with ultrasonic waves and purified using a Ni 2 +- nitrilotriacetic acid Sepharose Superflow column to obtain a Tat-PGAM1 fusion protein. The protein concentration was determined by the Bradford method using bovine serum albumin as a standard.

HT22 세포로 Tat-Tat- with HT22 cells PGAM1PGAM1 융합단백질Fusion protein 도입 Introduction

마우스 해마 신경세포인 HT22 세포는 37℃, 95% 공기 및 5% CO2의 조건을 유지해주며, 10% 우태혈청 (FBS) 및 5 mM NaHCO3, 항생제 (100mg/ml 스트렙토마이신, 100U/ml 페니실린), 20 mM HEPES/NaOH (pH 7.4)로 구성된 DMEM (Dulbecco's Modified Eagle's Medium)을 이용하여 습한 조건에서 배양하였다.Mouse hippocampal neuron HT22 cells maintain conditions of 37°C, 95% air and 5% CO2, and 10% fetal calf serum (FBS) and 5 mM NaHCO 3 , antibiotics (100mg/ml streptomycin, 100U/ml penicillin) , DMEM (Dulbecco's Modified Eagle's Medium) consisting of 20 mM HEPES/NaOH (pH 7.4) was used to incubate in humid conditions.

Tat-PGAM1 융합단백질 및 대조군 PGAM1 단백질의 세포 내 도입에 대한 시간 의존성 및 농도 의존성을 평가하였다. 세포는 60㎜ 접시에서 시간(15~60분) 및 각 단백질의 투여량(0.5~5μM)을 달리하여 처리하였다. 트립신-EDTA(Gibco)를 처리하고 PBS를 이용하여 세척한 다음 세포 내로 투과된 융합단백질을 브래드포드 방법으로 정량하고, 웨스턴 블롯으로 분석하였다.The time dependence and concentration dependence of the Tat-PGAM1 fusion protein and the control PGAM1 protein were evaluated. Cells were treated in a 60mm dish at different times (15-60 minutes) and doses (0.5-5 μM) of each protein. After treatment with trypsin-EDTA (Gibco) and washing with PBS, the fusion protein permeated into the cells was quantified by the Bradford method and analyzed by Western blot.

웨스턴Western 블롯Blot 분석 analysis

웨스턴 블롯 분석을 위해 세포 분쇄액 내의 단백질을 12% SDS 폴리아크릴아마이드 젤로 분리한 다음, 젤에 있는 단백질을 나이트로셀룰로스 막 (nitrocellulose membrane; Amersham, UK)으로 전기이동시켰다. 막은 TBS-T 완충액 (25 mM Tris-HCl, 140 mM NaCl, 01% Tween 20, pH 7.5)으로 블로킹하였다. 막은 제조업체에서 권장하는 일차 항체를 사용하여 웨스턴 블롯 분석하였다. 결합한 항체 복합체는 강화 화학 발광제를 이용하여 제조자 (Amersham, Franklin Lakes, NJ, USA)의 지시에 따라 탐지하였다.For Western blot analysis, the protein in the cell pulverization solution was separated with a 12% SDS polyacrylamide gel, and then the protein in the gel was electrophoresed to a nitrocellulose membrane (Amersham, UK). The membrane was blocked with TBS-T buffer (25 mM Tris-HCl, 140 mM NaCl, 01% Tween 20, pH 7.5). The membrane was analyzed by Western blot using the manufacturer's recommended primary antibody. The bound antibody complex was detected according to the manufacturer's instructions (Amersham, Franklin Lakes, NJ, USA) using an enhanced chemiluminescent agent.

공촛점Confocal 현미경 관찰 Microscopic observation

HT22 세포 내의 Tat-PGAM1 융합단백질과 PGAM1 단백질을 탐지하기 위해 세포를 유리 커버슬립 상에 시드하고 Tat-PGAM1 융합단백질과 PGAM1 단백질을 5μM 농도로 1시간 동안 처리하였다. 세포를 PBS로 두 번 세척한 다음 실온에서 5분간 4% 파라포름알데하이드로 고정하였다. HT22 세포는 실온에서 40분간 3% 우혈청 알부민과 01% Triton X-100이 함유된 PBS (PBS-BT)로 40분간 블로킹하고, PBSBT로 세척하였다. 일차 항체 (His-probe, Santa Cruz Biotechnology)는 1:10000 비율로 희석하고, 이차 항체 (Alexa fluor 488, Invitrogen)는 1:15000 비율로 희석한 후 어두운 곳에서 실온으로 1시간 동안 배양하였다. 세포핵은 DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole 1 ㎎/ml; Roche, Mannheim, Germnay)로 3분간 염색하였다. 염색된 HT22 세포는 Fv-300 공촛점 형광현미경 (Olympus, Tokyo, Japan) 하에서 관찰하였다.To detect the Tat-PGAM1 fusion protein and PGAM1 protein in HT22 cells, the cells were seeded on a glass coverslip, and the Tat-PGAM1 fusion protein and PGAM1 protein were treated at a concentration of 5 μM for 1 hour. The cells were washed twice with PBS and then fixed with 4% paraformaldehyde for 5 minutes at room temperature. HT22 cells were blocked for 40 minutes with PBS (PBS-BT) containing 3% bovine serum albumin and 01% Triton X-100 for 40 minutes at room temperature, and washed with PBSBT. The primary antibody (His-probe, Santa Cruz Biotechnology) was diluted at a ratio of 1:10000, and the secondary antibody (Alexa fluor 488, Invitrogen) was diluted at a ratio of 1:15000 and incubated for 1 hour at room temperature in a dark place. Cell nuclei were stained with DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole 1 mg/ml; Roche, Mannheim, Germnay) for 3 minutes. Stained HT22 cells were observed under an Fv-300 confocal fluorescence microscope (Olympus, Tokyo, Japan).

세포 생존율 분석Cell viability analysis

과산화수소로 처리한 HT22 세포의 생존율을 MTT {3-(4,5-dimethylthiazol -2-yl)-2,5-dipheyltetrazolium bromide}를 이용하여 비색분석법으로 확인하였다. 세포에 0.5~5μM의 Tat-PGAM1 융합단백질을 선처리하거나 또는 처리하지 않고, 세포를 100μM의 과산화수소에 1시간 동안 노출하여 세포사멸을 유도하였다. ELISA 마이크로플레이트 판독기 (Labsystems Multiskan MCC/340)로 570㎚에서 흡광도를 측정하였다. 세포 생존율은 무처리 대조군에 대한 백분율로 나타내었다.The survival rate of HT22 cells treated with hydrogen peroxide was confirmed by colorimetric analysis using MTT {3-(4,5-dimethylthiazol -2-yl)-2,5-dipheyltetrazolium bromide}. Apoptosis was induced by exposing the cells to 100 μM hydrogen peroxide for 1 hour with or without pre-treatment with or without 0.5-5 μM of Tat-PGAM1 fusion protein. Absorbance was measured at 570 nm with an ELISA microplate reader (Labsystems Multiskan MCC/340). Cell viability was expressed as a percentage of the untreated control.

세포 내 Intracellular 활성산소종Reactive oxygen species 수준 측정 Level measurement

DCF-DA (2',7'-dichlorodihydrofluorescein diacetate)를 이용하여 세포 내 활성산소종 수준을 측정하였다. DCF-DA는 활성산소종에 의해 세포 내에서 DCF로 전환되어 형광을 발한다. HT22 세포에 Tat-PGAM1 융합단백질을 처리하였을 때와 처리하지 않았을 때의 활성산소종 수준을 비교해 보았다. Tat-PGAM1 융합단백질은 5μM로 1시간 동안 처리하였고 후에 과산화수소를 700μM의 농도로 30분 동안 처리하였다. 그리고 PBS로 두 번 씻어주고 DCF-DA를 20μM의 농도로 30분 처리하였다. 형광 강도는 Fluoroskan ELISA plate reader (Labsystems, Helsinki, Finland)를 이용하여 485㎚ 여기파장 (exitation), 538㎚ 방출파장 (emission)을 측정하였다.The level of reactive oxygen species in cells was measured using DCF-DA (2',7'-dichlorodihydrofluorescein diacetate). DCF-DA is converted to DCF in cells by reactive oxygen species and fluoresces. The levels of reactive oxygen species were compared when HT22 cells were treated with Tat-PGAM1 fusion protein and when not treated. Tat-PGAM1 fusion protein was treated with 5 μM for 1 hour, and then hydrogen peroxide was treated with 700 μM for 30 minutes. Then, it was washed twice with PBS and treated with DCF-DA at a concentration of 20 μM for 30 minutes. Fluoroskan ELISA plate reader (Labsystems, Helsinki, Finland) was used to measure the fluorescence intensity of 485 nm excitation wavelength and 538 nm emission wavelength.

TUNELTUNEL 분석 analysis

HT22 세포에 Tat-PGAM1 융합단백질을 처리하지 않은 군과 5μM의 농도로 1시간 동안 처리한 군의 배양액에 과산화수소 (100μM)를 가하여 1시간 동안 처리하였다. 세포사멸을 측정하기 위해 TUNEL (Terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated biotinylated dUTP nick end labeling staining) 기법은 세포사멸 탐지 킷트 (Roche Applied Science)를 사용하여 수행하였다. 형광현미경 (Nikon eclipse 80i, Japan)을 이용하여 결과를 분석하였다.Hydrogen peroxide (100 μM) was added to the culture medium of the group not treated with the Tat-PGAM1 fusion protein and the group treated with a concentration of 5 μM for 1 hour to HT22 cells, followed by treatment for 1 hour. In order to measure apoptosis, the TUNEL (Terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated biotinylated dUTP nick end labeling staining) technique was performed using a cell death detection kit (Roche Applied Science). The results were analyzed using a fluorescence microscope (Nikon eclipse 80i, Japan).

결과 1: Tat-PGAM1 Outcome 1: Tat-PGAM1 융합단백질의Fusion protein 정제 및 세포 투과 Purification and cell penetration

본 발명자들은 침투성 Tat-PGAM1 융합단백질을 제조하기 위해 단백질 수송 도메인 PTD (Protein Transduction Domain)의 일종인 Tat이 포함된 Tat-벡터와 PGAM1 유전자를 재조합하였다(도 1의 A). 대장균에서 과대발현시켜 Ni2 +-나이트릴로삼초산 세파로즈 친화 크로마토그래피 컬럼과 PD-10 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 정제하였고, SDS-PAGE와 웨스펀블랏 분석법을 이용하여 Tat-PGAM1 융합단백질이 정제된 것을 확인하였다(도 1의 A, B).The present inventors recombined the Tat-vector and the PGAM1 gene containing Tat, which is a kind of protein transport domain PTD (Protein Transduction Domain), to produce an invasive Tat-PGAM1 fusion protein (Fig. 1A). It was overexpressed in E. coli and purified using Ni 2 + -Nitrilotriacetic acid Sepharose affinity chromatography column and PD-10 column chromatography, and Tat-PGAM1 fusion protein was purified using SDS-PAGE and Wespunblot analysis. It was confirmed that (A, B in Fig. 1).

결과 2: HT22 세포 내로 Tat-PGAM1 Results 2: Tat-PGAM1 into HT22 cells 융합단백질의Fusion protein 투과 Transmission

Tat-PGAM1 융합단백질의 시간 및 농도별로 HT22 세포 내 투과 정도를 측정하였다. 그 결과 시간 및 농도 의존적으로 세포 내 투과가 효과적으로 일어났으며, PGAM1 단백질은 투과가 일어나지 않았다(도 2의 A, B). 또한, 공촛점 현미경을 이용하여 DAPI로 세포핵을 염색하고, Tat-PGAM1 융합단백질을 녹색 형광으로 염색하여 효과적으로 세포 내로 투과되는 것을 확인하였다(도 2의 C).The degree of penetration into HT22 cells by time and concentration of the Tat-PGAM1 fusion protein was measured. As a result, time- and concentration-dependent intracellular permeation occurred effectively, and the PGAM1 protein did not permeate (Fig. 2A, B). In addition, it was confirmed that the cell nucleus was stained with DAPI using a confocal microscope, and the Tat-PGAM1 fusion protein was stained with green fluorescence to effectively permeate the cell (FIG. 2C).

결과 3: Outcome 3: 산화스트레스로With oxidative stress 인한 세포생존율, Cell viability due to, 활성산소종Reactive oxygen species 생성 및 DNA 단편화에 대한 Tat- Tat- for generation and DNA fragmentation PGAM1PGAM1 융합단백질의Fusion protein 세포 보호효과 Cell protection effect

세포에 Tat-PGAM1 융합단백질을 농도별로 전처리 후 과산화수소로 산화스트레스를 유도하였다. 세포 생존능력을 확인하기 위해 MTT 분석을 수행하였다. HT22 세포에 100μM 과산화수소를 단일 처리하였을 경우 생존한 세포 수가 약 40%로 감소하였으나, Tat-PGAM1를 선처리한 경우 농도 의존적으로 세포생존율이 증가하였다(도 3의 A).After pretreatment of the Tat-PGAM1 fusion protein by concentration in the cells, oxidative stress was induced with hydrogen peroxide. MTT analysis was performed to confirm cell viability. When HT22 cells were treated with 100 μM hydrogen peroxide, the number of surviving cells decreased to about 40%, but when pre-treated with Tat-PGAM1, the cell viability increased in a concentration-dependent manner (Fig. 3A).

또한, 과산화수소를 처리할 때 유도되는 활성산소종을 Tat-PGAM1 융합단백질이 효과적으로 억제하는지 확인하기 위해 8-OHdG 형광 염료를 사용하여 세포 내 산화 정도를 분석하였다. HT22 세포가 1시간 동안 100μM의 과산화수소에 노출되었을 때, 과산화수소에 의해 현저하게 8-OHdG 신호가 증가하였다. 그러나 과산화수소에 의해 유도된 활성산소종은 Tat-PGAM1 융합단백질에 의해 감소하였다(도 3의 B).In addition, the degree of intracellular oxidation was analyzed using 8-OHdG fluorescent dye to confirm whether the Tat-PGAM1 fusion protein effectively inhibited reactive oxygen species induced when hydrogen peroxide was treated. When HT22 cells were exposed to 100 μM hydrogen peroxide for 1 hour, the 8-OHdG signal was significantly increased by hydrogen peroxide. However, reactive oxygen species induced by hydrogen peroxide were reduced by the Tat-PGAM1 fusion protein (Fig. 3B).

산화 스트레스로 인해 발생되는 DNA 단편화에 대한 융합단백질의 보호효과는 DNA 단편화 부위에 특이적으로 붙는 형광 염료를 이용한 TUNEL 염색 방법으로 알아보았다. 앞선 실험과 동일한 상태에서 수행하였고, HT22 세포가 1시간 동안 100μM의 과산화수소에 노출되었을 때, Tat-PGAM1 융합단백질이 DNA 단편화에 대해 보호효과가 있다는 결과를 확인하였다(도 3의 C).The protective effect of the fusion protein on DNA fragmentation caused by oxidative stress was investigated by the TUNEL staining method using a fluorescent dye specifically attached to the DNA fragmentation site. It was performed in the same state as the previous experiment, and when HT22 cells were exposed to 100 μM hydrogen peroxide for 1 hour, it was confirmed that the result that the Tat-PGAM1 fusion protein has a protective effect against DNA fragmentation (FIG. 3C).

따라서, 본 발명은 Tat-PGAM1 융합단백질이 산화 스트레스로 인한 뇌허혈 등의 신경퇴행성 질환 및 다양한 질환에 대하여 치료제로서 효과적으로 응용될 수 있다는 가능성을 제시한다.Accordingly, the present invention proposes the possibility that the Tat-PGAM1 fusion protein can be effectively applied as a therapeutic agent for neurodegenerative diseases such as cerebral ischemia due to oxidative stress and various diseases.

<110> Industry Academic Cooperation Foundation, Hallym University <120> Pharmaceutical composition for treating cerebral ischemia containing phosphoglycerate mutase 1 fusion protein <130> HallymU-SYCHOI_Tat_PGAM1_BrainIschemia <160> 2 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 792 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> polynucleotide coding Tat-PGAM1 fusion protein <400> 1 aggaagaagc ggagacagcg acgaagaatg gccgcctaca aactggtgct gatccggcac 60 ggcgagagcg catggaacct ggagaaccgc ttcagcggct ggtacgacgc cgacctgagc 120 ccggcgggcc acgaggaggc gaagcgcggc gggcaggcgc tacgagatgc tggctatgag 180 tttgacatct gcttcacctc agtgcagaag agagcgatcc ggaccctctg gacagtgcta 240 gatgccattg atcagatgtg gctgccagtg gtgaggactt ggcgcctcaa tgagcggcac 300 tatgggggtc taaccggtct caataaagca gaaactgctg caaagcatgg tgaggcccag 360 gtgaagatct ggaggcgctc ctatgatgtc ccaccacctc cgatggagcc cgaccatcct 420 ttctacagca acatcagtaa ggatcgcagg tatgcagacc tcacagaaga tcagctaccc 480 tcctgtgaga gtctgaagga tactattgcc agagctctgc ccttctggaa 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120 125 Ser Tyr Asp Val Pro Pro Pro Pro Met Glu Pro Asp His Pro Phe Tyr 130 135 140 Ser Asn Ile Ser Lys Asp Arg Arg Tyr Ala Asp Leu Thr Glu Asp Gln 145 150 155 160 Leu Pro Ser Cys Glu Ser Leu Lys Asp Thr Ile Ala Arg Ala Leu Pro 165 170 175 Phe Trp Asn Glu Glu Ile Val Pro Gln Ile Lys Glu Gly Lys Arg Val 180 185 190 Leu Ile Ala Ala His Gly Asn Ser Leu Arg Gly Ile Val Lys His Leu 195 200 205 Glu Gly Leu Ser Glu Glu Ala Ile Met Glu Leu Asn Leu Pro Thr Gly 210 215 220 Ile Pro Ile Val Tyr Glu Leu Asp Lys Asn Leu Lys Pro Ile Lys Pro 225 230 235 240 Met Gln Phe Leu Gly Asp Glu Glu Thr Val Arg Lys Ala Met Glu Ala 245 250 255 Val Ala Ala Gln Gly Lys Ala Lys Lys 260 265 <110> Industry Academic Cooperation Foundation, Hallym University <120> Pharmaceutical composition for treating cerebral ischemia containing phosphoglycerate mutase 1 fusion protein <130> HallymU-SYCHOI_Tat_PGAM1_BrainIschemia <160> 2 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 792 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> polynucleotide coding Tat-PGAM1 fusion protein <400> 1 aggaagaagc ggagacagcg acgaagaatg gccgcctaca aactggtgct gatccggcac 60 ggcgagagcg catggaacct ggagaaccgc ttcagcggct ggtacgacgc cgacctgagc 120 ccggcgggcc acgaggaggc gaagcgcggc gggcaggcgc tacgagatgc tggctatgag 180 tttgacatct gcttcacctc agtgcagaag agagcgatcc ggaccctctg gacagtgcta 240 gatgccattg atcagatgtg gctgccagtg gtgaggactt ggcgcctcaa tgagcggcac 300 tatgggggtc taaccggtct caataaagca gaaactgctg caaagcatgg tgaggcccag 360 gtgaagatct ggaggcgctc ctatgatgtc ccaccacctc cgatggagcc cgaccatcct 420 ttctacagca acatcagtaa ggatcgcagg tatgcagacc tcacagaaga tcagctaccc 480 tcctgtgaga gtctgaagga tactattgcc agagctctgc ccttctggaa tgaagaaata 540 gttccccaga tcaaggaggg gaaacgtgta ctgattgcag cccatggcaa cagcctccgg 600 ggcattgtca agcatctgga gggtctctct gaagaggcta tcatggagct gaacctgccg 660 actggtattc ccattgtcta tgaattggac aagaacttga agcctatcaa gcccatgcag 720 tttctggggg atgaagagac ggtgcgcaaa gccatggaag ctgtggctgc ccagggcaag 780 gccaagaagt ga 792 <210> 2 <211> 265 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Tat-PGAM1 fusion protein <400> 2 Arg Lys Lys Arg Arg Gln Arg Arg Arg Leu Glu Met Ala Ala Tyr Lys 1 5 10 15 Leu Val Leu Ile Arg His Gly Glu Ser Ala Trp Asn Leu Glu Asn Arg 20 25 30 Phe Ser Gly Trp Tyr Asp Ala Asp Leu Ser Pro Ala Gly His Glu Glu 35 40 45 Ala Lys Arg Gly Gly Gln Ala Leu Arg Asp Ala Gly Tyr Glu Phe Asp 50 55 60 Ile Cys Phe Thr Ser Val Gln Lys Arg Ala Ile Arg Thr Leu Trp Thr 65 70 75 80 Val Leu Asp Ala Ile Asp Gln Met Trp Leu Pro Val Val Arg Thr Trp 85 90 95 Arg Leu Asn Glu Arg His Tyr Gly Gly Leu Thr Gly Leu Asn Lys Ala 100 105 110 Glu Thr Ala Ala Lys His Gly Glu Ala Gln Val Lys Ile Trp Arg Arg 115 120 125 Ser Tyr Asp Val Pro Pro Pro Pro Met Glu Pro Asp His Pro Phe Tyr 130 135 140 Ser Asn Ile Ser Lys Asp Arg Arg Tyr Ala Asp Leu Thr Glu Asp Gln 145 150 155 160 Leu Pro Ser Cys Glu Ser Leu Lys Asp Thr Ile Ala Arg Ala Leu Pro 165 170 175 Phe Trp Asn Glu Glu Ile Val Pro Gln Ile Lys Glu Gly Lys Arg Val 180 185 190 Leu Ile Ala Ala His Gly Asn Ser Leu Arg Gly Ile Val Lys His Leu 195 200 205 Glu Gly Leu Ser Glu Glu Ala Ile Met Glu Leu Asn Leu Pro Thr Gly 210 215 220 Ile Pro Ile Val Tyr Glu Leu Asp Lys Asn Leu Lys Pro Ile Lys Pro 225 230 235 240 Met Gln Phe Leu Gly Asp Glu Glu Thr Val Arg Lys Ala Met Glu Ala 245 250 255 Val Ala Ala Gln Gly Lys Ala Lys Lys 260 265

Claims (6)

HIV-Tat 단백질 수송 도메인이 포스포글리세레이트 뮤테이즈 1 단백질의 최소한 일측 말단에 공유결합되어 세포침투 효율이 향상된 포스포글리세레이트 뮤테이즈 1 융합단백질을 함유하는 뇌허혈 예방 또는 치료용 약학 조성물.
A pharmaceutical composition for the prevention or treatment of cerebral ischemia containing the HIV-Tat protein transport domain is covalently linked to at least one end of the phosphoglycerate mutase 1 protein to improve cell penetration efficiency.
청구항 1에 있어서,
상기 포스포글리세레이트 뮤테이즈 1 융합단백질은 그 아미노산 서열이 서열번호 2임을 특징으로 하는 포스포글리세레이트 뮤테이즈 1 융합단백질을 함유하는 뇌허혈 예방 또는 치료용 약학 조성물.
The method according to claim 1,
The phosphoglycerate mutase 1 fusion protein is a pharmaceutical composition for preventing or treating cerebral ischemia containing a phosphoglycerate mutase 1 fusion protein, characterized in that the amino acid sequence is SEQ ID NO: 2.
포스포글리세레이트 뮤테이즈 1 코딩 cDNA의 최소한 일측 말단에 HIV-Tat 단백질 수송 도메인 코딩 올리고뉴클레오타이드 서열이 결합되어 포스포글리세레이트 뮤테이즈 1 융합단백질을 코딩하는 재조합 폴리뉴클레오타이드를 함유하는 뇌허혈 예방 또는 치료용 약학 조성물.
For the prevention or treatment of cerebral ischemia containing a recombinant polynucleotide encoding a phosphoglycerate mutase 1 fusion protein by conjugating an oligonucleotide sequence encoding an HIV-Tat protein transport domain to at least one end of the phosphoglycerate mutase 1 coding cDNA Pharmaceutical composition.
청구항 4에 있어서,
상기 재조합 폴리뉴클레오타이드는 그 염기 서열이 서열번호 1임을 특징으로 하는 뇌허혈 예방 또는 치료용 약학 조성물.
The method of claim 4,
The recombinant polynucleotide is a pharmaceutical composition for preventing or treating cerebral ischemia, characterized in that the base sequence is SEQ ID NO: 1.
포스포글리세레이트 뮤테이즈 1 코딩 cDNA의 최소한 일측 말단에 HIV-Tat 단백질 수송 도메인 코딩 올리고뉴클레오타이드 서열이 결합되어 포스포글리세레이트 뮤테이즈 1 융합단백질을 코딩하는 재조합 폴리뉴클레오타이드를 포함하는 포스포글리세레이트 뮤테이즈 1 융합단백질 발현벡터 함유 뇌허혈 예방 또는 치료용 약학 조성물.
Phosphoglycerate mute comprising a recombinant polynucleotide encoding a phosphoglycerate mutase 1 fusion protein by linking an oligonucleotide sequence encoding an HIV-Tat protein transport domain to at least one end of the phosphoglycerate mutase 1 coding cDNA Izu 1 fusion protein expression vector containing a pharmaceutical composition for preventing or treating cerebral ischemia.
청구항 1 또는 청구항 2의 포스포글리세레이트 뮤테이즈 1 융합단백질을 유효성분으로 하는 뇌허혈 예방 또는 개선용 건강기능식품 조성물.






A health functional food composition for preventing or improving cerebral ischemia using the phosphoglycerate mutase 1 fusion protein of claim 1 or 2 as an active ingredient.






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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220142557A (en) * 2021-04-14 2022-10-24 한림대학교 산학협력단 Pharmaceutical composition for treating cerebral ischemia containing cell-transducing CRYM fusion protein

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