KR20220156276A - Preparation method for producing avian species producing Adiponectin and target proteins - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an avian species capable of mass-producing human adiponectin or a foreign protein in the oviduct of the avian species, and a preparation method thereof. In the gene-edited avian species produced by the preparation method of the present invention, human adiponectin is specifically expressed in oviduct cells and accumulates in egg white of avian eggs. Therefore, a high concentration of adiponectin in the form of HMW with high biological activity can be produced through purification.

Description

아디포넥틴 및 목적 단백질을 생산하는 조류의 제조방법 {Preparation method for producing avian species producing Adiponectin and target proteins}Method for producing algae producing adiponectin and target proteins {Preparation method for producing avian species producing Adiponectin and target proteins}

본 발명은 조류의 난관에서 인간의 외래 단백질을 대량 생산할 수 있는 조류 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to algae capable of mass-producing human exogenous proteins in the oviduct of birds and a method for preparing the same.

아디포넥틴은 지방조직에서 동정된 30 kDa의 단백질로 신호 펩타이드, 가변 도메인, 콜라겐(collagenous) 도메인과 보체의 C1q와 유사한 구상(globular) 도메인 등 네 개의 주요 요소로 구성된다. 생체 내에서는 이중 구상 도메인간의 결합을 통해 기본적인 삼량체(trimer)를 구성하고, 2개의 삼량체가 비공유적으로 결합된 육량체(hexamer, medium molecular weight, MMW 형태)와 6개의 삼량체로 구성된 18 mers (high molecular weight, HMW 형태)로도 존재한다. 인슐린 저항성 (insulin resistance)에 의해 발병되는 제 2형 당뇨병 환자들은 혈중 아디포넥틴의 농도가 감소되어 있으며, 고지방 식단으로 고혈당이 유도된 마우스에 재조합 아디포넥틴을 투여할 경우 혈중 인슐린 농도의 향상과 혈당의 감소 및 지방의 분해가 확인되어 비만 및 당뇨와 아디포넥틴과의 상관관계가 규명되었다. 아디포넥틴의 생체내 분자기전은 주로 근골격계와 간세포에 존재하는 아디포넥틴 수용체인 AdipoR1과 AdipoR2 수용체에 의해 매개되며 근골격계 에서는 MAPK 신호전달 경로를 거쳐 포도당의 수용 능력을 증가시키고 PPARα에 의해 지방산 산화를 유도한다. 이러한 신호전달 경로는 간세포에도 동일하게 작용하며, 간세포에서는 AMPK에 의해 글루코스 신생합성이 저해가 매개된다고 알려져 있다. 결과적으로 비만과 당뇨를 완화시키는 결과를 보이며, 이러한 생리활성 기작은 단위체(monomer) 형태의 아디포넥틴에 비해 HMW 형태의 아디포넥틴에 의해 더욱 강력하게 매개되는 것으로 보여진다. 최근 당뇨병 치료제로서 아디포넥틴의 사용 가능성이 대두되고 있지만, E.coli등 원핵세포 유래의 재조합 아디포넥틴은 번역 후 과정이 없어 다중화(multimerization)가 불가능해 생체내 기능성이 없는 것으로 알려져 있다. 또한 인간 세포유래의 대량 생산은 1mg당 생산단가가 $4,000 수준으로 매우 높아 당뇨병 치료를 위한 농도 (0.1g/kg)의 사용이 사실상 불가능하기 때문에 당뇨병 치료제로의 아디포넥틴 사용은 아직까지 용이하지 않은 실정이다.Adiponectin is a 30 kDa protein identified in adipose tissue and consists of four main components: a signal peptide, a variable domain, a collagenous domain, and a globular domain similar to C1q of complement. In vivo, a basic trimer is formed through the binding between the double globular domains, and a hexamer (medium molecular weight, MMW form) in which two trimers are non-covalently bonded and 18 mers (which consist of six trimers) high molecular weight, HMW form). Type 2 diabetic patients caused by insulin resistance have reduced blood adiponectin concentrations, and administration of recombinant adiponectin to mice induced with high blood sugar by a high-fat diet improved blood insulin concentration, decreased blood sugar, and Decomposition of fat was confirmed, and the correlation between obesity and diabetes and adiponectin was identified. The in vivo molecular mechanism of adiponectin is mainly mediated by the adiponectin receptors AdipoR1 and AdipoR2 present in musculoskeletal system and hepatocytes. It is known that these signaling pathways act in the same way in hepatocytes, and inhibition of gluconeogenesis is mediated by AMPK in hepatocytes. As a result, obesity and diabetes are alleviated, and these physiological activity mechanisms are shown to be more strongly mediated by the HMW form of adiponectin than the monomer form of adiponectin. Recently, the possibility of using adiponectin as a treatment for diabetes has emerged, but recombinant adiponectin derived from prokaryotic cells such as E.coli is known to have no in vivo functionality because it does not have post-translational processes and cannot be multimerized. In addition, mass production of human cell-derived cells has a very high production cost of about $4,000 per 1mg, so it is virtually impossible to use adiponectin at a concentration (0.1g/kg) for diabetes treatment. .

닭, 메추리, 꿩과 같은 조류의 배아는 알에서 발달하고 부화하며 알에는 동물의 발생을 위한 필수 영양소를 풍부하게 함유하고 있다. 특히 닭의 계란은 단백질의 함량이 매우 높으나 그 생산단가는 저렴하기 때문에 인류에게 훌륭한 식량자원으로 이용되고 있다. 계란의 난백 성분은 닭의 난관에서 분비되며 약 4g의 단백질을 함유하고 있고, 이중 절반을 한 종류의 단백질, 오브알부민(Ovalbumin)이 차지한다. 또한, 난백 단백질을 구성하는 주요 단백질은 10여 종에 불과하기 때문에 오브알부민 유전자의 전사조절을 통한 외래 단백질의 생산에 유리하며 분리 및 정제가 용이하다는 특성을 지닌다. 뿐만 아니라, 닭의 난백 단백질은 번역 후 과정을 통한 당쇄구조의 형성이 인간 유래의 단백질과 유사한 것으로 알려져 있다. 따라서, 항체, 호르몬 제제 및 기능성 단백질 등의 생산에 있어서 매우 이상적인 생체반응기(Bioreactor) 동물로 간주되어왔다. 실제로 형질전환 닭으로부터 항암 항체 및 치료제 등의 생산과 개발이 보고되었고, 이 중 일부는 제약회사를 통해 의약품으로 시판되고 있다. 최근 세포 수준 및 동·식물을 대상으로 널리 사용되고 있는 유전자 편집기술의 개발로 닭의 생체반응기 기술은 기존에 비해 훨씬 더 효율적인 대량 생산 체계를 구축하게 되었고 이로부터 생산된 단백질들의 실용화 단계에 접어들고 있다.Embryos of birds such as chickens, quails, and pheasants develop and hatch from eggs, and eggs contain abundant nutrients essential for the development of animals. In particular, chicken eggs have a very high protein content, but their production cost is low, so they are used as a great food resource for mankind. The egg white component of an egg is secreted by the oviduct of a chicken and contains about 4 g of protein, half of which is occupied by one kind of protein, ovalbumin. In addition, since there are only about 10 major proteins constituting egg white protein, it is advantageous for the production of foreign proteins through the transcriptional regulation of ovalbumin gene, and has the characteristics of easy separation and purification. In addition, chicken egg white proteins are known to be similar to human-derived proteins in the formation of sugar chain structures through post-translational processes. Therefore, it has been regarded as a very ideal bioreactor animal for the production of antibodies, hormone preparations, and functional proteins. In fact, production and development of anti-cancer antibodies and therapeutic agents from transgenic chickens have been reported, and some of them are marketed as pharmaceuticals through pharmaceutical companies. With the recent development of gene editing technology, which is widely used at the cell level and for animals and plants, the chicken bioreactor technology has built a much more efficient mass production system than before, and the proteins produced from it have entered the stage of practical use. .

닭을 포함한 일부 조류종은 자연적으로 고혈당 (300㎎/dl)을 보이며 이러한 특성에 기인해 혈중 아디포넥틴의 다중화가 높은 수준으로 형성되며, 이 경우 혈중 아디포넥틴은 대부분 HMW형태로 존재한다. 본 발명은 이러한 조류종의 특성에 기인해 인간의 재조합 아디포넥틴을 생산하는 유전자 편집 조류를 생산하고자 했다. 이를 위해 인간의 아디포넥틴 (Adiponectin)을 발현하는 유전자서열을 닭의 오브알부민 유전자의 시작 코돈 위치에 유전자 편집기술을 이용해 삽입한 (Knock-in) 원시생식세포 (Primordial germ cell, PGC)를 생산하고 2.5일령 닭 배아의 혈관에 동시 주입하여 생식선 키메라 (germline chimera)를 형성했다. 했고, 생산된 G1 암컷 개체의 산란을 통해 인간 아디포넥틴이 포함된 계란을 생산했다. 난백에서의 인간 아디포넥틴 함유량은 1.5~4.5mg/ml 수준으로 계란 한 개에 34~90mg의 인간 아디포넥틴을 포함하고 있었다. HMW 아디포넥틴만 검출한 경우 0.3mg~1.2mg/ml (6~24mg/egg) 수준으로 검출되었다. 일반적인 계란의 생산비용은 개당 약 $0.1수준으로, 계란으로부터 1mg의 인간 아디포넥틴의 생산비용은 $0.001~0.03이며 HMW 아디포넥틴의 경우 $0.1~0.3수준으로 포유류의 세포 생산시스템에 비해 훨씬 저렴하다. 따라서, 계란 유래의 인간 아디포넥틴은 치료제로서의 상용화 가능성이 매우 높다고 예상된다.Some avian species, including chickens, naturally show high blood sugar (300 mg/dl), and due to this characteristic, multiplexing of adiponectin in blood is formed at a high level. In this case, adiponectin in blood is mostly present in the form of HMW. The present invention attempted to produce gene-edited algae that produce human recombinant adiponectin due to the characteristics of these algal species. To this end, a gene sequence expressing human adiponectin was inserted into the start codon position of the chicken ovalbumin gene using gene editing technology to produce (Knock-in) primordial germ cell (PGC), and 2.5 Germline chimera were formed by co-injection into the blood vessels of one-year-old chicken embryos. and eggs containing human adiponectin were produced through spawning of the produced G1 females. The content of human adiponectin in egg white was 1.5-4.5 mg/ml, and one egg contained 34-90 mg of human adiponectin. When only HMW adiponectin was detected, it was detected at a level of 0.3 mg to 1.2 mg/ml (6 to 24 mg/egg). The production cost of ordinary eggs is about $0.1 per egg, and the production cost of 1 mg of human adiponectin from eggs is $0.001 to 0.03, and HMW adiponectin is $0.1 to 0.3, which is much cheaper than mammalian cell production systems. Therefore, egg-derived human adiponectin is expected to have a very high commercialization potential as a therapeutic agent.

한국 공개특허 제 10-2011-0135724호Korean Patent Publication No. 10-2011-0135724

본 발명은 조류의 난관에서 인간의 외래 단백질을 대량 생산하는 유전자 편집 조류를 제조하는 방법에 관한 것으로, 인간 아디포넥틴 또는 외래 유전자를 내재된 오브알부민 유전자 좌위 내 삽입시켜 난관에서 상기 도입된 외래 단백질을 발현하는 조류의 제조방법 및 이를 이용해 제조한 유전자 편집 조류를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention relates to a method for producing a gene-edited bird that mass-produces a human foreign protein in the oviduct of the avian, wherein human adiponectin or a foreign gene is inserted into an endogenous ovalbumin locus to express the foreign protein introduced in the fallopian tube. It is an object of the present invention to provide a method for producing algae and gene-edited algae prepared using the same.

1. 오브알부민 1번 인트론을 표적으로 하는 gRNA와 Cas9 코딩 서열을 포함하는 플라스미드; 및 오브알부민 1번 인트론 및 2번 엑손, 분비 신호 펩타이드 코딩 서열 및 목적 단백질 코딩 서열을 포함하는 플라스미드;를 포함하는 유전자 편집 조류 제조용 조성물.1. A plasmid containing a gRNA targeting intron 1 of ovalbumin and a Cas9 coding sequence; and a plasmid containing ovalbumin intron 1 and exon 2, a secretion signal peptide coding sequence, and a target protein coding sequence.

2. 위 1에 있어서, 상기 목적 단백질은 인간 아디포넥틴인 유전자 편집 조류 제조용 조성물.2. The composition for preparing gene-edited algae according to 1 above, wherein the target protein is human adiponectin.

3. 위 1에 있어서, 분비 신호 펩타이드는 오브알부민, 오보트랜스페린, 오보뮤코이드, 오보뮤신, 오보억제제, 시스타틴, 아비딘 및 라이소자임으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 단백질의 분비 신호 펩타이드인, 유전자 편집 조류 제조용 조성물.3. The gene according to 1 above, wherein the secretion signal peptide is a secretion signal peptide of at least one protein selected from the group consisting of ovalbumin, ovotransferrin, ovomucoid, ovomucin, ovoinhibitor, cystatin, avidin, and lysozyme. Composition for the production of editorial algae.

4. 위 1 내지 3 중 어느 한 항의 조성물을 조류 생식세포에 형질도입하는 단계; 및 상기 형질도입된 생식세포를 조류 배아에 이식하여 생식선 키메라 조류를 얻는 단계;를 포함하는 조류의 제조방법.4. transducing the composition of any one of 1 to 3 above into avian germ cells; and transplanting the transduced gametes into avian embryos to obtain germline chimera birds.

5. 위 4에 있어서, 상기 생식선 키메라 조류를 야생형 조류와 교배하여 이형 접합 자손 세대를 얻는 단계; 상기 이형 접합 자손 세대를 교배하여 동형 접합 자손 세대를 얻는 단계를 더 포함하는 조류의 제조 방법.5. The step of obtaining a heterozygous offspring generation according to 4 above, by crossing the germline chimera bird with a wild type bird; Method for producing algae further comprising the step of obtaining a homozygous progeny by crossing the heterozygous progeny.

6. 위 4에 있어서, 상기 조류는 닭, 메추리, 꿩, 칠면조, 오리인 조류의 제조 방법.6. The method for producing birds according to 4 above, wherein the birds are chickens, quails, pheasants, turkeys, and ducks.

7. 위 1 내지 3 중 어느 한 항의 조성물을 조류 생식세포에 형질도입하는 단계; 상기 형질도입된 생식세포를 조류 배아에 이식하여 생식선 키메라 조류를 얻는 단계; 및 상기 조류의 난백에서 목적 단백질을 정제하는 단계;를 포함하는 목적 단백질의 제조방법.7. transducing the composition of any one of 1 to 3 above into avian germ cells; transplanting the transduced gametes into avian embryos to obtain germline chimera birds; and purifying the target protein from the egg white of the bird.

8. 위 7에 있어서, 상기 생식선 키메라 조류를 야생형 조류와 교배하여 이형 접합 자손 세대를 얻는 단계; 상기 이형 접합 자손 세대를 교배하여 동형 접합 자손 세대를 얻는 단계를 더 포함하고, 상기 목적 단백질의 정제는 상기 동형 접합 자손 세대 조류의 난백에서 수행되는 것인 목적 단백질의 제조방법.8. The step of obtaining a heterozygous offspring generation according to 7 above, by crossing the germline chimera bird with a wild type bird; The method of producing a target protein, further comprising obtaining a homozygous offspring by crossing the heterozygous progeny, wherein the target protein is purified from egg white of the homozygous offspring.

9. 위 7에 있어서, 상기 조류는 닭, 메추리, 꿩, 칠면조, 오리인 목적 단백질의 제조방법.9. The method for producing a target protein according to 7 above, wherein the bird is chicken, quail, pheasant, turkey, or duck.

10. 위 7에 있어서, 상기 목적 단백질은 인간 아디포넥틴인 목적 단백질의 제조 방법.10. The method for producing a protein of interest according to 7 above, wherein the target protein is human adiponectin.

본 발명의 난관에서 인간 외래 단백질을 대량 생산하는 유전자 편집 조류 제조방법은 인간 외래 단백질이 난관 세포에 특이적으로 발현되어 조류 알의 난백에 축적되는 조류를 제조할 수 있으며, 난백 단백질의 정제를 통해 높은 생물학적 활성을 갖는 외래 단백질을 고농도로 생산할 수 있다.The gene-edited algae manufacturing method for mass-producing human foreign protein in the oviduct of the present invention can produce algae in which the human foreign protein is specifically expressed in oviduct cells and accumulated in the egg white of avian eggs, and through purification of the egg white protein. Foreign proteins with high biological activity can be produced in high concentrations.

도 1은 cOVA 아디포넥틴 넉-인 닭을 제조하기 위한 공여자 플라스미드 및 gRNA 벡터를 나타낸 것으로, 이를 형질도입하고 항생제 처리를 통해 유전자 편집이 이루어진 개체만을 선별하는 과정을 나타내었다.
도 2는 G1 닭에서 생산된 유전자 편집 계란 (야생형 및 cOVA AdipoQ KI 계란)의 특성을 분석한 것이다.
도 3은 닭의 난관에서 인간 아디포넥틴의 생산여부를 확인하기 위해 조직 면역 염색, 난백을 분리해 SDS-PAGE 수행 및 ELISA를 수행한 결과로 닭의 난관 특이적으로 인간 아디포넥틴의 발현을 유도한 경우, 높은 생물학적 활성을 지니는 다중화(multimerization)된 형태의 인간 아디포넥틴이 계란의 난백에 다량 축적됨을 확인하였다.
도 4는 cOVA 아디포넥틴 넉-인 닭 계란로부터 인간 아디포넥틴 정제하고 크기 배제 크로마토그래피를 수행하여, 고분자 중량의 아디포넥틴이 존재하는 분획을 확인한 결과이다.
Figure 1 shows a donor plasmid and gRNA vector for producing cOVA adiponectin knock-in chickens, and shows a process of transducing them and selecting only individuals whose genes have been edited through antibiotic treatment.
Figure 2 analyzes the characteristics of gene-edited eggs (wild-type and cOVA AdipoQ KI eggs) produced from G1 chickens.
Figure 3 shows the results of tissue immunostaining, separation of egg whites, SDS-PAGE, and ELISA to confirm the production of human adiponectin in the chicken oviduct. It was confirmed that a multimerized form of human adiponectin with high biological activity was accumulated in egg white in large quantities.
FIG. 4 shows the result of confirming the fraction containing high molecular weight adiponectin by purifying human adiponectin from cOVA adiponectin knock-in chicken eggs and performing size exclusion chromatography.

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

본 발명은 오브알부민 1번 인트론을 표적으로 하는 gRNA와 Cas9 코딩 서열을 포함하는 플라스미드; 및 오브알부민 1번 인트론 및 2번 엑손, 분비 신호 펩타이드 코딩 서열 및 목적 단백질 코딩 서열을 포함하는 플라스미드;를 포함하는 유전자 편집 조류 제조용 조성물을 제공할 수 있다.The present invention provides a plasmid containing a gRNA targeting intron 1 of ovalbumin and a Cas9 coding sequence; and a plasmid containing ovalbumin intron 1 and exon 2, a secretion signal peptide coding sequence, and a target protein coding sequence; a composition for preparing gene-edited algae may be provided.

"오브알부민"은 난백의 절반 이상을 구성하는 단백질로, OVAL 유전자 (Gene ID: 396058)에 의해 코딩되며, 일반적으로 면역 반응을 민감하게 만드는 알레르겐으로 사용된다. 오브알부민 단백질은 385개의 아미노산으로 이루어져 있으며, 8개의 엑손으로 이루어져 있고, 시작 코돈(ATG)는 2번 엑손에 위치한다."Ovalbumin" is a protein that makes up more than half of egg white, is encoded by the OVAL gene (Gene ID: 396058), and is commonly used as an allergen that sensitizes the immune response. Ovalbumin protein consists of 385 amino acids and consists of 8 exons, and the start codon (ATG) is located in exon 2.

상기 표적 gRNA는 표적 염기서열과 상보적인 20개의 가이드 서열을 포함하는 RNA 서열로, 유전체상 특정 위치에 외래 유전자를 도입하기 위한 것으로, 유전체상 외래 유전자를 도입하고자 하는 특정 위치의 염기 서열과 상보적인 염기서열로 구성되는 것으로, 오브알부민 1번 인트론을 표적으로 하는 gRNA는 오브알부민 유전자의 1번 인트론, 즉 1번 엑손과 2번 엑손 사이의 인트론의 염기서열을 표적으로 하는 단일 가이드 RNA로 본 발명의 목적 단백질 코딩 서열을 도입시키고자 하는 위치를 지정하기 위해 사용할 수 있으며, 표적 염기서열은 오브알부민의 1번 인트론 영역의 염기서열에 포함되면 되는 것으로, 그 염기서열의 위치는 제한되지 않는다. 이는 오브알부민은 시작 코돈이 2번 엑손에 존재하므로 1번 인트론의 도입부위에 관계없이 frame-shift의 문제는 생기지 않기 때문이며, 그에 따라 gRNA의 서열은 예를 들면 GCTGTACATAGTACCATGCA (서열번호 1)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The target gRNA is an RNA sequence including 20 guide sequences complementary to a target sequence, for introducing a foreign gene at a specific location on the genome, and is complementary to the base sequence at a specific location to introduce the foreign gene on the genome. Composed of a nucleotide sequence, the gRNA targeting intron 1 of ovalbumin is a single guide RNA targeting intron 1 of the ovalbumin gene, that is, the nucleotide sequence of the intron between exon 1 and exon 2. It can be used to specify the position where the target protein coding sequence of is to be introduced, and the target sequence is as long as it is included in the base sequence of the intron region No. 1 of ovalbumin, and the position of the base sequence is not limited. This is because ovalbumin has a start codon in exon 2, so no frame-shift problem occurs regardless of the introductory site of intron 1. Accordingly, the gRNA sequence may be, for example, GCTGTACATAGTACCATGCA (SEQ ID NO: 1), but , but is not limited thereto.

Cas9은 gRNA에 따라 지정된 특정 위치의 염기서열을 잘라내는 유전자 가위 역할을 하는 것으로, 상기 표적 gRNA와 상보적인 염기서열인 내재된(endogenous) 오브알브민의 1번 인트론과 상기 플라스미드의 오브알부민 1번 인트론 부분을 절단(break)시키는 역할을 수행한다. 이에 따라 상기 플라스미드는 선형화되어, 내재된 오브알브민의 특정 위치, 즉 오브알브민의 1번 인트론에 삽입될 수 있다.Cas9 serves as a genetic scissors to cut out the nucleotide sequence at a specific position designated according to the gRNA, and intron 1 of endogenous ovalbumin, which is a nucleotide sequence complementary to the target gRNA, and intron 1 of ovalbumin of the plasmid It plays a role in cutting (break) the part. Accordingly, the plasmid can be linearized and inserted into a specific position of ovalbmin, that is, intron 1 of ovalbmin.

상기 플라스미드가 내재된 오브알부민의 1번 인트론 위치에 삽입되는 것은 NHEJ (non-homologous end joining)에 의해 삽입될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Insertion into intron 1 of ovalbumin containing the plasmid may be performed by NHEJ (non-homologous end joining), but is not limited thereto.

오브알부민 1번 인트론 및 2번 엑손, 분비 신호 펩타이드 코딩 서열 및 목적 단백질 코딩 서열을 포함하는 플라스미드는 아디포넥틴의 번역이 종결되는데 필요한 폴리 A 영역을 더 포함할 수 있고, 상기 폴리 A 부분은 번역을 종결하는데 필요한 신호 서열이라면 그 종류는 제한되지 않으며, 예를 들면 BGH 폴리 A 영역일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The plasmid containing the ovalbumin intron 1 and exon 2, the secretion signal peptide coding sequence, and the target protein coding sequence may further include a poly A region necessary for terminating translation of adiponectin, and the poly A portion terminates translation If it is a signal sequence required to do so, the type is not limited, and may be, for example, a BGH poly A region, but is not limited thereto.

"분비 신호 펩타이드"는 단백질이 분비되도록 하는 신호를 전달하는 펩타이드로서, 분비되는 단백질 종류에 따라 신호 펩타이드의 서열이 다르며 단백질이 분비되도록 하는 신호를 전달하는 펩타이드라면 그 서열은 제한되지 않는다. A "secretion signal peptide" is a peptide that transmits a signal for protein secretion, and the sequence of the signal peptide is different depending on the type of protein to be secreted, and the sequence is not limited as long as it is a peptide that transmits a signal for protein secretion.

분비 신호 펩타이드는 목적 단백질을 코딩하는 유전자의 N-말단 또는 C-말단에 분비 신호 펩타이드가 위치할 수 있으며, 바람직하게는 N-말단에 위치하여 목적 단백질이 분비되도록 하는 역할을 수행한다.The secretion signal peptide may be located at the N-terminus or C-terminus of the gene encoding the target protein, and is preferably located at the N-terminus to secrete the target protein.

분비 신호 펩타이드에 따라 분비 효율에 차이가 있을 수 있고, 예를 들면 분비 신호 펩타이드로는 오브알부민, 오보트랜스페린, 오보뮤코이드, 오보뮤신, 오보억제제, 시스타틴, 아비딘 및 라이소자임의 것을 사용할 수 있다. 오브알부민은 난백을 이루는 주된 단백질 (난백 전체 단백질의 55% 정도)로서 그 분비 효율이 높으므로, 분비 신호 펩타이드는 오브알부민의 것인 서열번호 2 또는 라이소자임의 것인 서열번호 5를 이용할 수 있고, 그 외 다른 난백 단백질의 분비 신호 펩타이드를 이용할 수도 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.Secretion efficiency may vary depending on the secretion signal peptide, and for example, ovalbumin, ovotransferrin, ovomucoid, ovomucin, ovoinhibitor, cystatin, avidin, and lysozyme may be used as the secretion signal peptide. Since ovalbumin is the main protein constituting egg white (about 55% of the total protein) and has high secretion efficiency, the secretion signal peptide SEQ ID NO: 2 from ovalbumin or SEQ ID NO: 5 from lysozyme can be used, Other egg white protein secretion signal peptides may also be used, but are not limited thereto.

"목적 단백질"은 과발현시켜 대량 생산하고자 하는 단백질로, 바이오 의약품으로 사용될 수 있는 모든 단백질일 수 있으며, 그 형질전환 목적에 맞는 것이라면 그 종류, 유래, 서열 등은 제한되지 않는다. 예를 들면 특정 산물을 생산하도록 하는 것이 형질전환 목적이라면 목적 단백질은 그 산물의 생산에 필요한 유전자에 의해 코딩되는 단백질일 수 있고, 특정 물질, 질병 등에 저항성을 부여하는 것이 형질전환 목적이라면 목적 단백질은 그 저항성 부여에 필요한 단백질일 수 있고, 질병 동물 모델을 제조하는 것이 형질전환 목적이라면 목적 단백질은 그 질병을 유발시키는 단백질 또는 질병 유발에 필요한 단백질일 수 있다. 이들 외에도 형질전환 목적에 맞는 단백질을 사용할 수 있다. "Target protein" is a protein to be mass-produced by overexpression, and may be any protein that can be used as a biopharmaceutical, and if it is suitable for the purpose of transformation, its type, origin, sequence, etc. are not limited. For example, if the purpose of transformation is to produce a specific product, the target protein may be a protein encoded by a gene necessary for the production of that product, and if the purpose of transformation is to confer resistance to a specific substance, disease, etc., the target protein is It may be a protein necessary for conferring resistance, and if the purpose of transformation is to produce a disease animal model, the target protein may be a protein causing the disease or a protein necessary for causing the disease. In addition to these, proteins suitable for the purpose of transformation may be used.

목적 단백질은 구체적으로는 인간 아디포넥틴일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The target protein may specifically be human adiponectin, but is not limited thereto.

상기 인간 아디포넥틴은 4개의 주요 요소(신호 펩타이드, 가변 도메인, 콜라겐 도메인, 구상 도메인)로 구성되어, 생체 내에서는 구상 도메인간의 결합으로, 삼량체, 육량체 (MMW 형태) 또는 18 mer (HMW 형태)로 존재한다. 인슐린 저항성에 의해 발병되는 제 2형 당뇨병 환자들은 혈중 아디포넥틴의 농도가 감소되어 있고, 아디포넥틴 투여에 의해 비만과 당뇨가 완화되었다는 연구결과가 보고되어 있다. 또한 단량체의 아디포넥틴에 비해 HMW형태의 아디포넥틴에 의해 비만과 당뇨를 완화시키는 생리활성 수준이 높은 것으로 알려져 있다.The human adiponectin is composed of four main elements (signal peptide, variable domain, collagen domain, and globular domain), and in vivo, as a bond between globular domains, trimer, hexamer (MMW form) or 18 mer (HMW form) exists as It has been reported that patients with type 2 diabetes caused by insulin resistance have a reduced concentration of adiponectin in the blood, and that obesity and diabetes are alleviated by administration of adiponectin. In addition, compared to monomeric adiponectin, HMW form of adiponectin is known to have a higher level of physiological activity to alleviate obesity and diabetes.

상기 조류는 목적 단백질이 난관에서 발현되어 난백으로 분비되도록 하는 유전자가 도입된 형질전환 조류를 의미하며, 예를 들면 닭, 메추리, 꿩, 칠면조, 오리 등일 수 있고, 난백을 구성하는 주요 단백질의 종류가 10개 정도에 불과해 재조합 단백질의 생산 후 정제가 용이하고 저렴한 생산비용과, 높은 수율, 인간과 유사한 단백질 당쇄형질을 갖는다는 측면 및 계란의 대량생산이 가능하도록 육종 개량 이루어져 단백질을 대량생산할 수 있다는 측면에서 바람직하게는 닭일 수 있다.The bird refers to a transgenic bird into which a gene that allows a target protein to be expressed in the fallopian tube and secreted into egg white is introduced, and may be, for example, chicken, quail, pheasant, turkey, duck, etc. There are only about 10, so it is easy to purify after production of recombinant protein, low production cost, high yield, protein sugar chain trait similar to human, and breeding and improvement to enable mass production of eggs, so that protein can be mass-produced From the side, it may preferably be chicken.

닭을 포함한 일반 야생조류 및 가금류 등의 조류는 자연적으로 고혈당 상태이므로, 혈중 아디포넥틴의 다중화가 높은 수준으로 형성된다. 따라서 고혈당 상태를 갖는 조류에 아디포넥틴 유전자를 과발현시킨다면, 생리활성도가 높은 고분자 아디포넥틴 (HMW형태)을 대량으로 생산할 수 있는 장점을 갖는다.Since birds such as general wild birds and poultry, including chickens, are naturally hyperglycemic, a high level of multiplexing of adiponectin is formed in the blood. Therefore, if the adiponectin gene is overexpressed in a bird having a hyperglycemic state, it has the advantage of being able to mass-produce high molecular weight adiponectin (HMW type) with high physiological activity.

플라스미드는 특정 유전자를 발현시키기 위한 수단으로, 발현 벡터를 의미하는 것일 수 있으며, 플라스미드 벡터, 코즈미드 벡터, 박테리오파아지 벡터 및 바이러스 벡터 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.A plasmid is a means for expressing a specific gene, may mean an expression vector, and may include, but is not limited to, a plasmid vector, a cosmid vector, a bacteriophage vector, and a viral vector.

상기 유전자 편집 조류 제조용 조성물은 오브알부민 1번 인트론을 표적으로 하는 gRNA, Cas9을 포함하는 플라스미드 (이하 플라스미드1) 및 오브알부민 1번 인트론 및 2번 엑손, 분비 신호 펩타이드 코딩 서열 및 목적 단백질 코딩 서열을 포함하는 플라스미드 (이하 플라스미드2)를 같이 포함하거나 각각의 플라스미드로 이루어진 것일 수 있으며, 상기 조성물을 이용하여 유전자 편집 조류를 제조하는 방법은 플라스미드 1 또는 2를 동시 또는 순차적으로 처리하여 생식세포에 도입하는 것일 수 있으며, 그 순서는 플라스미드 1 다음 2을 처리하거나, 2 다음 1을 처리하거나, 또는 1과 2를 동시에 처리하는 것으로 순서는 제한되지 않는다.The composition for producing gene-edited algae comprises a gRNA targeting ovalbumin intron 1, a plasmid containing Cas9 (hereinafter referred to as plasmid 1) and ovalbumin intron 1 and exon 2, a secretion signal peptide coding sequence and a target protein coding sequence The plasmid (hereinafter referred to as plasmid 2) may be included together or composed of each plasmid, and the method for preparing a gene-edited bird using the composition is to treat plasmid 1 or 2 simultaneously or sequentially to introduce it into germ cells. The order is not limited to processing plasmid 1 followed by 2, processing 2 followed by 1, or processing 1 and 2 at the same time.

또한 본 발명은 유전자 편집 조류의 제조방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a method for producing gene-edited algae.

상기 조류의 제조방법은 전술한 유전자 편집 조류 제조용 조성물을 조류 생식세포에 형질도입하는 단계; 및 상기 형질도입된 생식세포를 조류 배아에 이식하여 생식선 키메라 조류를 얻는 단계;를 포함한다.The method for producing algae includes transducing the above-described composition for preparing gene-edited algae into avian germ cells; and transplanting the transduced germ cell into an avian embryo to obtain a germline chimera bird.

조류의 생식세포는 조류의 생식세포는 생식세포 발달 생리 및 유전체 제어를 통한 형질전환 동물 생산에 적합한 세포라면 생식세포의 종류는 제한되지 않으며, 예를 들면 원시생식세포(primordial germ cell, PGC)는 장기간 체외배양이 가능하여 생식선 키메라를 효율적으로 생산할 수 있으므로, 바람직하게는 원시 생식세포일 수 있다.The type of avian germ cell is not limited as long as the avian germ cell is a cell suitable for the production of transgenic animals through germ cell development physiology and genome control. For example, primordial germ cell (PGC) Since long-term in vitro culture is possible and germline chimera can be efficiently produced, it may preferably be a primitive germ cell.

상기 형질도입된 생식세포는 조류 배아에 이식되어 생식선 키메라 조류를 제조할 수 있는 것으로, 예를 들면 조류 배아의 대동맥에 이식되는 것일 수 있다.The transduced germ cell can be transplanted into an avian embryo to produce a germline chimera bird, for example, it can be transplanted into the aorta of an avian embryo.

형질도입은 당 분야에 공지된 일반적인 플라스미드 또는 벡터의 도입 방법에 의해 수행될 수 있으며, 예를 들면 유전자가위를 이용한 방법, 칼슘포스페이트 침전법, 칼슘클로라이드 처리법, 원형질체 융합법, 초음파천공법(sonoporation), 전기천공법(electroporation), 리포솜(liposomes)에서 폴리뉴클레오티드의 캡슐화법(encapsulation), 미세주사법(microinjection), RBC 고스트 융합법(ghost fusion) 또는 리포좀을 이용한 리포펙션(Lipofection) 방법일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Transduction can be performed by a general plasmid or vector introduction method known in the art, for example, a method using genetic scissors, calcium phosphate precipitation method, calcium chloride treatment method, protoplast fusion method, sonoporation method , electroporation, encapsulation of polynucleotides in liposomes, microinjection, RBC ghost fusion, or lipofection using liposomes, but It is not limited thereto.

본 발명의 조류 제조방법은 생식선 키메라 조류를 야생형 조류와 교배하여 이형 접합 자손 세대를 얻는 단계; 및 상기 이형 접합 자손 세대를 교배하여 동형 접합 자손 세대를 얻는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.The algae production method of the present invention comprises the steps of crossing a germline chimera bird with a wild type bird to obtain a heterozygous offspring generation; and obtaining a homozygous progeny by crossing the heterozygous progeny.

상기 이형 접합 자손세대는 상기 생식선 키메라 조류와 야생형 조류의 형질 특성을 모두 갖는 것으로 외래 유전자에 의해 코딩되는 단백질이 생산되기는 하나, 그 생산량은 동형 접합 자손세대의 절반에 해당한다. 따라서 이형 접합 자손 세대를 교배하여 동형 접합 자손세대를 얻는 단계를 포함하여 제조된 조류가 대량의 단백질을 생산하는데 더 적합할 수 있다.The heterozygous progeny have both the trait characteristics of the germline chimera bird and the wild-type bird, and produce a protein encoded by an exogenous gene, but the production amount corresponds to half of the homozygous progeny. Therefore, an algae prepared by crossing heterozygous progeny to obtain homozygous progeny may be more suitable for producing large amounts of protein.

상기 조류는 목적 단백질이 난관에서 발현되어 난백으로 분비되도록 하는 유전자가 도입된 형질전환 조류를 의미하며, 예를 들면 닭, 메추리, 꿩, 칠면조, 오리 등일 수 있고, 난백을 구성하는 주요 단백질의 종류가 10개 정도에 불과해 재조합 단백질의 생산 후 정제가 용이하고 저렴한 생산비용과, 높은 수율, 인간과 유사한 단백질 당쇄형질을 갖는다는 측면 및 계란의 대량생산이 가능하도록 육종 개량 이루어져 단백질을 대량생산할 수 있다는 측면에서 바람직하게는 닭일 수 있다.The bird refers to a transgenic bird into which a gene that allows a target protein to be expressed in the fallopian tube and secreted into egg white is introduced, and may be, for example, chicken, quail, pheasant, turkey, duck, etc. There are only about 10, so it is easy to purify after production of recombinant protein, low production cost, high yield, protein sugar chain trait similar to human, and breeding and improvement to enable mass production of eggs, so that protein can be mass-produced From the side, it may preferably be chicken.

또한 본 발명은 목적 단백질의 제조방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a method for producing a target protein.

상기 제조방법은 전술한 유전자 편집 조류 제조용 조성물을 조류 생식세포에 형질도입하는 단계; 상기 형질도입된 생식세포를 조류 배아에 이식하여 생식선 키메라 조류를 얻는 단계; 및 상기 조류의 난백에서 목적 단백질을 정제하는 단계;를 포함한다.The manufacturing method comprises the steps of transducing the above-described composition for preparing gene-edited algae into avian germ cells; transplanting the transduced gametes into avian embryos to obtain germline chimera birds; and purifying the target protein from the egg white of the bird.

상기 형질도입하는 단계 및 생식선 키메라 조류를 얻는 단계는 전술한 바와 같다.The transduction step and the step of obtaining germline chimera birds are the same as described above.

목적 단백질을 정제하는 단계는 당 분야에 공지된 일반적인 단백질 정제 방법에 의해 수행될 수 있으며, 구체적으로는 크로마토그래피에 의해 수행될 수 있으며, 예를 들면 이온 교환 크로마토그래피, 크기 배제 크로마토그래피, 친화성 크로마토그래피일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The step of purifying the target protein may be performed by a general protein purification method known in the art, and may be specifically performed by chromatography, for example, ion exchange chromatography, size exclusion chromatography, affinity It may be chromatography, but is not limited thereto.

목적 단백질은 예를 들면 인간 아디포넥틴일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The target protein may be, for example, human adiponectin, but is not limited thereto.

인간 아디포넥틴은 비만, 당뇨병 및 대사질환 치료제로 이용될 수 있는 가능성이 제시되고 있으나, 원핵세포 유래의 재조합 아디포넥틴의 경우 번역 후 과정이 없어 다중화가 불가능해 생체내 기능성이 없는 것으로 알려져 있고, 인간 세포 기반의 아디포넥틴 생산은 생산 단가가 매우 높아 당뇨병 치료제로 아디포넥틴의 사용은 어려운 실정이다. 본 발명의 목적 단백질 제조방법, 즉 아디포넥틴의 제조방법을 이용할 경우에는, 혈중 아디포넥틴의 다중화가 높은 수준으로 형성될 수 있는 고혈당 상태를 기반으로, 생리활성도가 높은 고분자 아디포넥틴 (HMW형태)을 대량으로 생산할 수 있는 장점을 갖는다.Human adiponectin has the potential to be used as a treatment for obesity, diabetes and metabolic diseases, but in the case of prokaryotic cell-derived recombinant adiponectin, it is known that it has no in vivo functionality because it does not have post-translational processes and multiplexing is impossible. The production cost of adiponectin is very high, making it difficult to use adiponectin as a treatment for diabetes. In the case of using the method for producing the target protein of the present invention, that is, the method for producing adiponectin, it is possible to mass-produce adiponectin (HMW form), a polymer with high physiological activity, based on a hyperglycemic state in which adiponectin multiplexing in blood can be formed at a high level. has the advantages of

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것으로, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by examples. The following examples are intended to illustrate the present invention, but the content of the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example

1. 실험 방법1. Experiment method

(1) CRISPR / Cas9 발현 플라스미드의 구축(1) Construction of CRISPR/Cas9 expression plasmid

닭 오브알부민 유전자 (cOVA)의 1번 인트론을 표적으로 하는 (gRNA recognition site (서열번호 1): 5'- GCTGTACATAGTACCATGCA-3', and PAM sequence: GGG) 올인원 CRISPR/Cas9 플라스미드를 구축하였다. CRISPR/Cas9 플라스미드 구축에 사용된 CRISPR 키트는 Takashi Yamamoto (Addgene, #1000000054)으로부터 제공받았으며 백본 CRISPR/Cas9 플라스미드는 Feng Zhang(Addgene, #62988)에서 제공받았다. 백본 CRISPR/Cas9 플라스미드에 가이드 RNA (gRNA) 서열을 삽입하기 위해 센스 및 안티센스 올리고 뉴클레오티드를 설계하고 Bionics 에서 합성하였다. 센스 및 안티센스 올리고 뉴클레오티드의 어닐링은 95 ℃에서 30초, 72 ℃에서 2분, 37 ℃에서 2분, 25 ℃에서 2분의 열 순환 조건에서 수행되었다.An all-in-one CRISPR/Cas9 plasmid targeting intron 1 of the chicken ovalbumin gene (cOVA) (gRNA recognition site (SEQ ID NO: 1): 5'-GCTGTACATAGTACCATGCA-3', and PAM sequence: GGG) was constructed. The CRISPR kit used to construct the CRISPR/Cas9 plasmid was provided by Takashi Yamamoto (Addgene, #1000000054) and the backbone CRISPR/Cas9 plasmid was provided by Feng Zhang (Addgene, #62988). Sense and antisense oligonucleotides were designed to insert guide RNA (gRNA) sequences into the backbone CRISPR/Cas9 plasmid and synthesized at Bionics. Annealing of sense and antisense oligonucleotides was performed under thermal cycling conditions of 95 °C for 30 sec, 72 °C for 2 min, 37 °C for 2 min, and 25 °C for 2 min.

(2) 공여자 플라스미드의 구축(2) Construction of donor plasmid

닭 OVA 1번 인트론에 표적 유전자 삽입을 위해, OVA 1번 인트론, OVA 2번 엑손, 라이소자임 신호 펩타이드 코딩 서열, 닭화된(chickenized) 인간 아디포넥틴 코딩 서열 및 BGH 폴리 A부위를 포함하는 공여자 플라스미드 (서열번호 3 내지 9)를 바이오니아에서 합성하였다 (표 1). 그 후 시토메갈로 바이러스(CMV) 프로모터를 가진 퓨로마이신 내성 유전자를 클로닝하여 합성된 공여자 플라스미드에 삽입하였다. 공여자 플라스미드는 선형화를 위한 OVA 1번 인트론 sgRNA 인식 부위를 가진다.For insertion of the target gene into the chicken OVA intron 1, a donor plasmid containing OVA intron 1, OVA exon 2, lysozyme signal peptide coding sequence, chickenized human adiponectin coding sequence and BGH poly A site (SEQ ID NO: 3 to 9) were synthesized at Bioneer (Table 1). Thereafter, a puromycin resistance gene having a cytomegalovirus (CMV) promoter was cloned and inserted into the synthesized donor plasmid. The donor plasmid has an OVA 1 intronic sgRNA recognition site for linearization.

서열
번호
order
number
구성composition 5' → 3'5' → 3'
33 cOVA 1번 인트론cOVA intron #1 CTACCATAGAGTACCCTGCATGGTACTATGTACAGCATTCCATCCTTACATTTTCACTGTTCTGCTGTTTGCTCTAGCTACCATAGAGTACCCTGCATGGTACTATGTACAGCATTCCATCCTTACATTTTCACTGTTCTGCTGTTTGCTCTAG 44 cOVA 2번 엑손cOVA exon 2 ACAACTCAGAGTTCACCACAACTCAGAGTTCACC 55 라이소자임 신호 펩타이드lysozyme signal peptide ATGAGGTCTTTGCTAATCTTGGTGCTTTGCTTCCTGCCCCTGGCTGCTCTGGGGATGAGGTCTTTGCTAATCTTGGTGCTTTGCTTCCTGCCCCTGGCTGCTCTGGGG 66 닭화된 인간 아디포넥틴Chickenized human adiponectin GGTCACGATCAGGAAACCACGACACAGGGACCCGGAGTTCTGCTTCCACTGCCCAAAGGGGCCTGTACAGGATGGATGGCGGGCATCCCAGGTCATCCGGGCCATAATGGGGCCCCCGGGAGAGATGGGAGAGATGGCACTCCTGGCGAGAAGGGTGAGAAGGGAGATCCAGGTTTAATTGGACCTAAGGGAGACATTGGTGAAACCGGCGTACCTGGGGCTGAGGGCCCCCGGGGGTTTCCGGGGATCCAAGGAAGGAAAGGTGAACCAGGAGAAGGTGCCTATGTCTACCGCTCAGCATTCAGTGTGGGATTGGAGACATACGTTACTATACCCAACATGCCTATAAGATTTACTAAGATCTTCTACAATCAGCAAAACCACTATGATGGAAGCACTGGCAAATTCCACTGCAACATTCCTGGACTGTATTACTTTGCTTACCACATCACAGTTTATATGAAGGATGTGAAGGTCAGCCTATTCAAGAAAGACAAAGCAATGTTGTTCACGTACGATCAGTATCAGGAGAACAATGTGGATCAGGCAAGCGGCTCCGTGCTCCTGCATCTGGAGGTGGGAGACCAAGTCTGGCTGCAGGTGTATGGAGAAGGAGAGAGAAATGGCCTCTACGCTGACAACGACAATGACTCTACCTTTACAGGCTTTCTTCTCTACCACGACACCAACTGAGGTCACGATCAGGAAACCACGACACAGGGACCCGGAGTTCTGCTTCCACTGCCCAAAGGGGCCTGTACAGGATGGATGGCGGGCATCCCAGGTCATCCGGGCCATAATGGGGCCCCCGGGAGAGATGGGAGAGATGGCACTCCTGGCGAGAAGGGTGAGAAGGGAGATCCAGGTTTAATTGGACCTAAGGGAGACATTGGTGAAACCGGCGTACCTGGGGCTGAGGGCCCCCGGGGGTTTCCGGGGATCCAAGGAAGGAAAGGTGAACCAGGAGAAGGTGCCTATGTCTACCGCTCAGCATTCAGTGTGGGATTGGAGACATACGTTACTATACCCAACATGCCTATAAGATTTACTAAGATCTTCTACAATCAGCAAAACCACTATGATGGAAGCACTGGCAAATTCCACTGCAACATTCCTGGACTGTATTACTTTGCTTACCACATCACAGTTTATATGAAGGATGTGAAGGTCAGCCTATTCAAGAAAGACAAAGCAATGTTGTTCACGTACGATCAGTATCAGGAGAACAATGTGGATCAGGCAAGCGGCTCCGTGCTCCTGCATCTGGAGGTGGGAGACCAAGTCTGGCTGCAGGTGTATGGAGAAGGAGAGAGAAATGGCCTCTACGCTGACAACGACAATGACTCTACCTTTACAGGCTTTCTTCTCTACCACGACACCAACTGA 77 BGH 폴리 ABGH Poly A CTAGAGCTCGCTGATCAGCCTCGACTGTGCCTTCTAGTTGCCAGCCATCTGTTGTTTGCCCCTCCCCCGTGCCTTCCTTGACCCTGGAAGGTGCCACTCCCACTGTCCTTTCCTAATAAAATGAGGAAATTGCATCGCATTGTCTGAGTAGGTGTCATTCTATTCTGGGGGGTGGGGTGGGGCAGGACAGCAAGGGGGAGGATTGGGAAGACAATAGCAGGCATGCTGGGGACTAGAGCTCGCTGATCAGCCTCGACTGTGCCTTCTAGTTGCCAGCCATCTGTTGTTTGCCCCTCCCCCGTGCCTTCCTTGACCCTGGAAGGTGCCACTCCCACTGTCCTTTCCTAATAAAATGAGGAAATTGCATCGCATTGTCTGAGTAGGTGTCATTCTATTCTGGGGGGTGGGGTGGGGCAGGACAGCAAGGGGGAGGATTGGGAAGACAATAGCAGGCATGCTGGGGA 88 CMV 프로모터CMV promoter CGATGTACGGGCCAGATATACGCGTTGACATTGATTATTGACTAGTTATTAATAGTAATCAATTACGGGGTCATTAGTTCATAGCCCATATATGGAGTTCCGCGTTACATAACTTACGGTAAATGGCCCGCCTGGCTGACCGCCCAACGACCCCCGCCCATTGACGTCAATAATGACGTATGTTCCCATAGTAACGCCAATAGGGACTTTCCATTGACGTCAATGGGTGGACTATTTACGGTAAACTGCCCACTTGGCAGTACATCAAGTGTATCATATGCCAAGTACGCCCCCTATTGACGTCAATGACGGTAAATGGCCCGCCTGGCATTATGCCCAGTACATGACCTTATGGGACTTTCCTACTTGGCAGTACATCTACGTATTAGTCATCGCTATTACCATGGTGATGCGGTTTTGGCAGTACATCAATGGGCGTGGATAGCGGTTTGACTCACGGGGATTTCCAAGTCTCCACCCCATTGACGTCAATGGGAGTTTGTTTTGGCACCAAAATCAACGGGACTTTCCAAAATGTCGTAACAACTCCGCCCCATTGACGCAAATGGGCGGTAGGCGTGTACGGTGGGAGGTCTATATAAGCAGAGCTCTCTGGCTAACTAGAGAACCCACTGCTTACTGGCTTATCGAAATTCGATGTACGGGCCAGATATACGCGTTGACATTGATTATTGACTAGTTATTAATAGTAATCAATTACGGGGTCATTAGTTCATAGCCCATATATGGAGTTCCGCGTTACATAACTTACGGTAAATGGCCCGCCTGGCTGACCGCCCAACGACCCCCGCCCATTGACGTCAATAATGACGTATGTTCCCATAGTAACGCCAATAGGGACTTTCCATTGACGTCAATGGGTGGACTATTTACGGTAAACTGCCCACTTGGCAGTACATCAAGTGTATCATATGCCAAGTACGCCCCCTATTGACGTCAATGACGGTAAATGGCCCGCCTGGCATTATGCCCAGTACATGACCTTATGGGACTTTCCTACTTGGCAGTACATCTACGTATTAGTCATCGCTATTACCATGGTGATGCGGTTTTGGCAGTACATCAATGGGCGTGGATAGCGGTTTGACTCACGGGGATTTCCAAGTCTCCACCCCATTGACGTCAATGGGAGTTTGTTTTGGCACCAAAATCAACGGGACTTTCCAAAATGTCGTAACAACTCCGCCCCATTGACGCAAATGGGCGGTAGGCGTGTACGGTGGGAGGTCTATATAAGCAGAGCTCTCTGGCTAACTAGAGAACCCACTGCTTACTGGCTTATCGAAATT 99 퓨로마이신 내성 유전자Puromycin resistance gene ATGACCGAGTACAAGCCCACGGTGCGCCTCGCCACCCGCGACGACGTCCCCAGGGCCGTACGCACCCTCGCCGCCGCGTTCGCCGACTACCCCGCCACGCGCCACACCGTCGATCCGGACCGCCACATCGAGCGGGTCACCGAGCTGCAAGAACTCTTCCTCACGCGCGTCGGGCTCGACATCGGCAAGGTGTGGGTCGCGGACGACGGCGCCGCGGTGGCGGTCTGGACCACGCCGGAGAGCGTCGAAGCGGGGGCGGTGTTCGCCGAGATCGGCCCGCGCATGGCCGAGTTGAGCGGTTCCCGGCTGGCCGCGCAGCAACAGATGGAAGGCCTCCTGGCGCCGCACCGGCCCAAGGAGCCCGCGTGGTTCCTGGCCACCGTCGGAGTCTCGCCCGACCACCAGGGCAAGGGTCTGGGCAGCGCCGTCGTGCTCCCCGGAGTGGAGGCGGCCGAGCGCGCCGGGGTGCCCGCCTTCCTGGAGACCTCCGCGCCCCGCAACCTCCCCTTCTACGAGCGGCTCGGCTTCACCGTCACCGCCGACGTCGAGGTGCCCGAAGGACCGCGCACCTGGTGCATGACCCGCAAGCCCGGTGCCTGAATGACCGAGTACAAGCCCACGGTGCGCCTCGCCACCCGCGACGACGTCCCCAGGGCCGTACGCACCCTCGCCGCCGCGTTCGCCGACTACCCCGCCACGCGCCACACCGTCGATCCGGACCGCCACATCGAGCGGGTCACCGAGCTGCAAGAACTCTTCCTCACGCGCGTCGGGCTCGACATCGGCAAGGTGTGGGTCGCGGACGACGGCGCCGCGGTGGCGGTCTGGACCACGCCGGAGAGCGTCGAAGCGGGGGCGGTGTTCGCCGAGATCGGCCCGCGCATGGCCGAGTTGAGCGGTTCCCGGCTGGCCGCGCAGCAACAGATGGAAGGCCTCCTGGCGCCGCACCGGCCCAAGGAGCCCGCGTGGTTCCTGGCCACCGTCGGAGTCTCGCCCGACCACCAGGGCAAGGGTCTGGGCAGCGCCGTCGTGCTCCCCGGAGTGGAGGCGGCCGAGCGCGCCGGGGTGCCCGCCTTCCTGGAGACCTCCGCGCCCCGCAACCTCCCCTTCTACGAGCGGCTCGGCTTCACCGTCACCGCCGACGTCGAGGTGCCCGAAGGACCGCGCACCTGGTGCATGACCCGCAAGCCCGGTGCCTGA

(3) 닭 원시생식세포 (PGC)의 배양(3) Cultivation of chicken primordial germ cells (PGC)

백색 레그혼 (WL) PGC는 20% FBS (Thermo Fisher Scientific), 2 % 닭 혈청 (Thermo Fisher Scientific), 1x 뉴클레오사이드 (MilliporeSigma), 2mM L-글루타민, 1x 비필수 아미노산, 베타-머캅토에탄올, 10mM 나트륨 피루베이트, 1x 항생제-항균제 (Thermo Fisher Scientific) 및 인간 염기성 섬유아세포 성장인자 (10ng/ml; Komabiotech)가 첨가된 녹아웃 DMEM에서 유지되고 계대되었다. 닭 PGC는 5 % CO2 및 60-70 % 상대 습도의 대기 하에서 37 ℃의 인큐베이터에서 배양되었다. PGC는 부드러운 피펫팅을 통해 5~6 일 간격으로 미토마이신-비활성화된 마우스 배아 섬유아세포에 계대 배양되었다.White Leghorn (WL) PGCs contain 20% FBS (Thermo Fisher Scientific), 2% chicken serum (Thermo Fisher Scientific), 1x nucleosides (MilliporeSigma), 2 mM L-glutamine, 1x nonessential amino acids, beta-mercaptoethanol, They were maintained and passaged in knockout DMEM supplemented with 10 mM sodium pyruvate, 1x antibiotic-antimycotic (Thermo Fisher Scientific) and human basic fibroblast growth factor (10 ng/ml; Komabiotech). Chicken PGCs were cultured in an incubator at 37 °C under an atmosphere of 5% CO 2 and 60–70% relative humidity. PGCs were subcultured on mitomycin-inactivated mouse embryonic fibroblasts at intervals of 5 to 6 days via gentle pipetting.

(4) 표적 유전자 삽입을 위한 PGC의 형질도입 및 퓨로마이신 선별(4) PGC transduction and puromycin selection for target gene insertion

닭 PGC의 게놈 편집을 위해, 공여자 플라스미드 (6μg)와 CRISPR/Cas9 플라스미드 (6μg)는 1ml의 Opti-MEM에 현탁된 12μl의 Lipofectamine 2000 시약과 함께 배양된 PGC (1x105 세포)에 공동 도입하였다. 형질도입 9 시간 후, 형질도입 혼합물은 PGC 배양 배지로 교체하였다. 퓨로마이신 (1μg/ml)은 형질도입 1일 후 배양 배지에 첨가했으며, 선별 기간은 2 일이었다.For genome editing of chicken PGCs, donor plasmid (6 μg) and CRISPR/Cas9 plasmid (6 μg) were co-introduced into cultured PGCs (1× 10 5 cells) with 12 μl Lipofectamine 2000 reagent suspended in 1 ml Opti-MEM. Nine hours after transduction, the transduction mixture was replaced with PGC culture medium. Puromycin (1 μg/ml) was added to the culture medium 1 day after transduction, and the selection period was 2 days.

(5) cOVA 아디포넥틴 (AdipoQ) 넉-인(knock-in, KI) 닭의 제조(5) production of cOVA adiponectin (AdipoQ) knock-in (KI) chickens

cOVA AdipoQ KI닭을 제조하기 위해 한국 오계(Ogye) 수용자 난자의 날카로운 끝 부분에 창(window)을 절단하고 3000 개 이상의 cOVA AdipoQ 게놈 편집 WL PGC를 HH(Hamburger and Hamilton) 14-17단계 수용자 배아의 등쪽 대동맥에 이식하였다. 계란 창을 파라핀 필름으로 밀봉하고 부화할 때까지 끝이 뾰족한 상태로 배양하였다. 성 성숙 후 수컷 수여자 닭의 정자를 품종-특이적 PCR로 평가하였고, WL 정자를 가진 닭은 야생형 WL 암컷 닭과 교배시켰다. 생식선-키메라 닭은 자손 깃털 색과 후속 게놈 DNA 분석을 기반으로 확인되었다.To prepare cOVA AdipoQ KI chickens, a window was cut at the sharp end of Korean Ogye recipient eggs, and more than 3000 cOVA AdipoQ genome edited WL PGCs were transfected into HH (Hamburger and Hamilton) stage 14-17 recipient embryos. It was transplanted into the dorsal aorta. Egg windows were sealed with paraffin film and incubated with the tips pointed until hatching. After sexual maturity, sperm from male recipient chickens were evaluated by breed-specific PCR, and chickens with WL sperm were mated with wild-type WL female chickens. Germline-chimeric chickens were identified based on offspring feather color and subsequent genomic DNA analysis.

(6) KI 병아리에서 cOVA AdipoQ KI 앰플리콘 검출(6) Detection of cOVA AdipoQ KI amplicon in KI chicks

닭 PGCs와 cOVA AdipoQ KI 닭에서 변형된 대립 유전자를 확인하기 위해, 게놈 DNA는 cOVA 1번 인트론 및 AdiponQ코딩 서열에 대한 특정 프라이머 (서열번호 10및 11; F: 5'-GGCAACTGGCTTCTGGGACAGT-3', R: 5'-TCTCTCCCATCTCTCCCGGG-3')로 녹-인(knock-in) PCR을 사용하여 분석되었다. 모든 반응은 100ng의 게놈 DNA, 10x PCR 버퍼, 0.4μl dNTP (각각 10mM), 각 프라이머 10pM 및 0.5U Taq 중합 효소 (Bionics)를 포함하는 총 PCR 부피 20μl으로 동일한 조건에서 다음과 같은 열 순환 조건에서 수행되었다: 95 ℃에서 5 분에 이어, 95 ℃에서 30 초, 60 ℃에서 30 초, 72 ℃에서 30 초, 마지막으로 72 ℃에서 5 분의 35 사이클을 반복. 염기서열 분석을 위해, 앰플리콘을 pGEM-T Easy Vector에 어닐링하고 ABI Prism 3730XL DNA 분석기를 사용하여 염기서열 분석하였다. 서열은 BLAST를 사용하여 조립된 게놈과 비교되었다.To identify altered alleles in chicken PGCs and cOVA AdipoQ KI chickens, genomic DNA was prepared using specific primers for the cOVA intron 1 and the AdiponQ coding sequence (SEQ ID NOs: 10 and 11; F: 5'-GGCAACTGGCTTCTGGGACAGT-3', R : 5'-TCTCTCCCATCTCTCCCGGG-3') was analyzed using knock-in PCR. All reactions were performed in the same conditions with a total PCR volume of 20 μl containing 100 ng of genomic DNA, 10x PCR buffer, 0.4 μl dNTPs (10 mM each), 10 pM of each primer and 0.5 U Taq polymerase (Bionics) under the following thermocycling conditions. It was performed: 95 °C for 5 min, followed by 35 cycles of 95 °C for 30 sec, 60 °C for 30 sec, 72 °C for 30 sec, and finally 72 °C for 5 min. For sequencing, amplicons were annealed to pGEM-T Easy Vector and sequenced using an ABI Prism 3730XL DNA Analyzer. Sequences were compared to the assembled genome using BLAST.

(7) cOVA 아디포넥틴 (AdipoQ) 넉-인(knock-in, KI) 닭 계란과 WT 계란의 외부 특성 비교(7) Comparison of external characteristics of cOVA adiponectin (AdipoQ) knock-in (KI) chicken eggs and WT eggs

각 계란은 체중 측정을 위해 21 마리의 야생형(WT) cOVA AdipoQ KI 암컷으로부터 20 개, 난백 부피 측정을 위해 15마리의 야생형 cOVA AdipoQ KI 암컷으로부터 17개를 수집하였다. 무게는 전자 저울을 사용하여 측정되었고 부피는 100mL 질량 실린더를 사용하여 측정되었다.Each egg was collected 20 from 21 wild-type (WT) cOVA AdipoQ KI females for weight measurement and 17 from 15 wild-type cOVA AdipoQ KI females for egg white volume measurement. Weight was measured using an electronic balance and volume was measured using a 100 mL mass cylinder.

(8) 인간 아디포넥틴에 대한 조직면역염색(8) Tissue immunostaining for human adiponectin

알을 낳는 성체 (35 주 이상) WT 및 cOVA adipoQ 닭의 난관 매그넘 세그먼트는 PBS(phosphate-buffered saline)로 강하게 세척한 후 4 % 완충 파라 포름알데히드에 고정되었다. 이어서 세그먼트를 파라핀 블록에 포매하고 파라핀-포매 난관 조직을 6μm 두께로 절편하였다. 탈 파라핀화 및 재 수화된 샘플을 열-유발 에피토프 회복 (heat-induced epitope retrieval, HIER)을 위해 pH 6.0의 시트르산 나트륨 완충 용액에 담근 후 전자레인지에서 10 분간 가열하였다. 조직면역염색 분석을 위해 샘플을 PBS 내 0.1 % Triton X-100으로 5 분간 투과시키고, 비특이적 결합을 차단하기 위해 0.1 % 정상 염소 혈청으로 1 시간 배양하였다. 샘플은 다음 1차 항체를 사용하여 간접적 라벨링에 의해 4 ℃에서 밤새 순차적으로 염색되었다; 재조합 항-인간 아디포넥틴 항체 (1: 100 희석; ab75989, Abcam). 1 차 항체를 검출하기 위해 FITC는 RT에서 1 시간 동안 항-토끼 IgG 항체에 접합시켰다. 이 형광 샘플은 DAPI로 대비 염색하고(counterstained), 공초점 현미경 (LSM-700; Carl Zeiss)으로 관찰했다.Oviduct magnum segments from adult egg-laying (over 35 weeks) WT and cOVA adipoQ chickens were washed vigorously with phosphate-buffered saline (PBS) and then fixed in 4% buffered paraformaldehyde. Segments were then embedded in paraffin blocks and paraffin-embedded fallopian tube tissues were sectioned at 6 μm thickness. The deparaffinized and rehydrated samples were immersed in sodium citrate buffer at pH 6.0 for heat-induced epitope retrieval (HIER) and then heated in a microwave oven for 10 minutes. For tissue immunostaining analysis, samples were permeabilized with 0.1% Triton X-100 in PBS for 5 minutes and incubated with 0.1% normal goat serum for 1 hour to block non-specific binding. Samples were sequentially stained overnight at 4 °C by indirect labeling using the following primary antibodies; Recombinant anti-human adiponectin antibody (1:100 dilution; ab75989, Abcam). To detect the primary antibody, FITC was conjugated to an anti-rabbit IgG antibody for 1 h at RT. These fluorescent samples were counterstained with DAPI and observed under a confocal microscope (LSM-700; Carl Zeiss).

(9) SDS-PAGE 및 쿠마시 블루 염색(9) SDS-PAGE and Coomassie blue staining

쿠마시 블루 염색의 경우, cOVA AdipoQ chicken과 WT chicken의 계란 난백(EW)을 채취하고 DW으로 40 배 희석하여 동일한 부피의 2x Laemmli 샘플 버퍼와 혼합했다. 혈청 단백질은 15 % SDS-PAGE에서 분리되었다. 분리 후, 젤을 실온에서 2 시간 동안 쿠마시 블루 염색 용액으로 염색하고 탈염 버퍼를 사용하여 밤새 탈염시켰다.For Coomassie blue staining, egg whites (EW) from cOVA AdipoQ chicken and WT chicken were collected, diluted 40-fold in DW, and mixed with an equal volume of 2x Laemmli sample buffer. Serum proteins were separated on 15% SDS-PAGE. After separation, the gels were stained with Coomassie blue staining solution for 2 h at room temperature and desalted overnight using desalting buffer.

(10) cOVA AdipoQ KI 닭 계란 난백의 웨스턴블랏 분석(10) Western blot analysis of cOVA AdipoQ KI chicken egg white

웨스턴 블로팅의 경우, cOVA AdipoQ 닭의 난백을 채취하여 DW로 10배 희석하고 동일한 부피의 2배 Laemmli 샘플 버퍼와 혼합하였다. 혈청 단백질은 명확한 검출을 얻기 위해 15% SDS-폴리아크릴아미드 젤에서 분리되었다. 분해된 단백질은 Hybond 0.45 μm PVDF (Polyvinylidene difluoride) 멤브레인(GE Healthcare Life Sciences)에 트랜스퍼하고 실온에서 1시간 동안 5% BSA로 블로킹하였다. 이 멤브레인은 블로킹 버퍼(1:1000)로 희석한 염소 항-인간 아디포넥틴 항체(Abcam) 존재하에 밤새 배양한 후, 1:5000으로 희석한 HRP-접합 2차 항체로 1시간 배양하였다. 면역 활성 단백질은 ECL Western blot 검출 시스템(GE Healthcare Life Sciences)으로 시각화하였다. 야생형 WL 닭 계란 난백이 대조군으로 사용되었다.For Western blotting, cOVA AdipoQ chicken egg whites were harvested, diluted 10-fold in DW and mixed with an equal volume of 2-fold Laemmli sample buffer. Serum proteins were separated on 15% SDS-polyacrylamide gels to obtain unambiguous detection. The digested proteins were transferred to a Hybond 0.45 μm polyvinylidene difluoride (PVDF) membrane (GE Healthcare Life Sciences) and blocked with 5% BSA for 1 hour at room temperature. The membrane was incubated overnight in the presence of goat anti-human adiponectin antibody (Abcam) diluted in blocking buffer (1:1000) and then incubated for 1 hour with HRP-conjugated secondary antibody diluted 1:5000. Immune activation proteins were visualized using the ECL Western blot detection system (GE Healthcare Life Sciences). Wild-type WL chicken egg white was used as a control.

(11) 효소-결합 면역흡착 분석 (ELISA)(11) Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA)

인간 아디포넥틴(hAdiponectin) 및 HMW 인간 아디포넥틴의 농도는 제조업체의 지침에 따라 인간 총 아디포넥틴 및 HMW 아디포넥틴 효소-결합 면역 흡착 분석 (ELISA) 키트 (RnD systems, DRP300 및 DHWAD0)를 사용하여 측정되었다. 표준 단백질의 광학 밀도와 비교하여 총 아디포넥틴 및 HMW 아디포넥틴의 농도를 측정하였다.Concentrations of human adiponectin (hAdiponectin) and HMW human adiponectin were measured using human total adiponectin and HMW adiponectin enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) kits (RnD systems, DRP300 and DHWAD0) according to the manufacturer's instructions. Concentrations of total adiponectin and HMW adiponectin were determined by comparison to the optical density of the standard protein.

(12) cOVA 아디포넥틴 KI 닭 계란에서 인간 아디포넥틴 추출 및 정제(12) cOVA adiponectin KI Human adiponectin extraction and purification from chicken eggs

인간 아디포넥틴 정제를 위해, 계란-난백을 동일한 부피의 40 % 황산 암모늄에 첨가하였다. 혼합물을 4 ℃에서 밤새 교반한 다음, 4 ℃에서 1 시간 동안 3000g로 원심 분리하였다. 펠렛을 원래 난백 부피까지 4 부피의 20mM Tris-HCl, 50mM NaCl 완충액 (pH 8.0)에 재현탁시켰다. 그런 다음 0.22 μm 병 필터를 통해 샘플을 여과했다. 샘플을 5ml HiTrap Q 컬럼 (GE Healthcare Bio-Sciences)에 로딩되었으며, 단백질은 100ml 구배(gradient) 20mM Tris-HCl, 1M NaCl 완충액 (pH 8.0)으로 용리(eluted)되었다. 단백질을 추가로 정제하고 20mM Tris-HCl, 50mM NaCl 완충액 (pH 8.0)으로 사전 평형화된 (pre-equilibrated) HiLoad Superdex 75 컬럼 (GE Healthcare Bio-Sciences)을 사용하여 크기 배제 크로마토 그래피 (SEC)로 분획화하였다.For human adiponectin purification, egg-egg white was added to an equal volume of 40% ammonium sulfate. The mixture was stirred overnight at 4 °C and then centrifuged at 3000 g for 1 hour at 4 °C. The pellet was resuspended in 4 volumes of 20 mM Tris-HCl, 50 mM NaCl buffer (pH 8.0) to the original egg white volume. Samples were then filtered through a 0.22 μm bottle filter. The sample was loaded onto a 5ml HiTrap Q column (GE Healthcare Bio-Sciences) and the protein was eluted with a 100ml gradient 20mM Tris-HCl, 1M NaCl buffer (pH 8.0). Proteins were further purified and fractionated by size exclusion chromatography (SEC) using a HiLoad Superdex 75 column (GE Healthcare Bio-Sciences) pre-equilibrated with 20 mM Tris-HCl, 50 mM NaCl buffer (pH 8.0). angry

2. 실험 결과2. Experimental results

(1) cOVA 아디포넥틴 넉-인(knock-in) 닭 제조(1) cOVA adiponectin knock-in chicken production

본 연구에서 인간 아디포넥틴 (human adiponectin, hAdiponectin) 을 생산하는 유전자 편집 닭을 생산하기 위해 난관 특이적으로 발현하는 단백질인 ovalbumin (OVA) 유전자의 내인성 프로모터를 활용하여 인간 아디포넥틴을 생산하고자 했다. 이를 위해 닭 원시생식세포 (Primordial germ cells, PGCs)를 이용하여 OVA 유전자의 2번 엑손의 시작 코돈 부위, 신호 펩타이드 서열, 인간 아디포넥틴 코딩 서열, CMV 프로모터 및 퓨로마이신 저항성 유전자가 포함된 유전자 서열을 OVA유전자의 1번 엑손과 2번 엑손 사이 인트론 서열에 삽입하였다. 이를 위해 사용된 벡터는 닭 OVA (cOVA)의 1번 인트론을 편집할 수 있는 가이드 RNA(gRNA) 발현 벡터를 이용해 인트론 서열에 indel 돌연변이를 유도하고, 공여자 플라스미드 (cOVA; 아디포넥틴; CMV; PuroR)에 해당 gRNA가 인지할 수 있는bait 염기서열을 추가하여, 공여자 플라스미드의 선형화를 유도하고 non-homologous end joining(NHEJ)에 의해 게놈 상에 삽입될 수 있게 설계하였다 (도 1A). PGC에 이들 벡터와 GFP를 발현하는 CMV::EGFP 벡터를 공동-형질도입하였고 퓨로마이신 처리를 통해 세포를 선별하고 (도 1B), 선별된 세포의 유전자형을 확인하였다 (도 1C). 선별된 세포를 수용체 배아에 주입해 생식선 키메라를 형성하고, 생식선 키메라의 교배를 통해 G1 KI 닭을 제조하였다 (도1D 및 1E). 생산된 닭의 gDNA를 PCR검사를 통해 유전자형을 확인하고, 유전자 편집이 이루어진 개체만을 선별하였다 (도 1F). 본 결과들을 통해 인간 아디포넥틴을 발현하는 유전자가 닭 OVA유전자 좌위에 특이적으로 삽입된 유전자 편집 닭의 제조가 성공적으로 이루어졌음을 확인할 수 있다.In this study, we tried to produce human adiponectin (hAdiponectin) by utilizing the endogenous promoter of ovalbumin (OVA) gene, a protein expressed in oviduct-specifically, to produce gene-edited chickens that produce human adiponectin (hAdiponectin). To this end, the gene sequence including the start codon region of exon 2 of the OVA gene, the signal peptide sequence, the human adiponectin coding sequence, the CMV promoter and the puromycin resistance gene was converted into OVA using chicken primordial germ cells (PGCs). It was inserted into the intronic sequence between exon 1 and exon 2 of the gene. The vector used for this purpose is a guide RNA (gRNA) expression vector capable of editing intron 1 of chicken OVA (cOVA) to induce an indel mutation in the intron sequence, and a donor plasmid (cOVA; adiponectin; CMV; PuroR) By adding a bait sequence recognizable to the gRNA, linearization of the donor plasmid was induced and it was designed to be inserted into the genome by non-homologous end joining (NHEJ) (Fig. 1A). PGCs were co-transduced with these vectors and the CMV::EGFP vector expressing GFP, cells were selected through puromycin treatment (FIG. 1B), and the selected cells were genotyped (FIG. 1C). The selected cells were injected into recipient embryos to form germline chimeras, and G1 KI chickens were constructed through mating of germline chimeras (Figures 1D and 1E). The gDNA of the produced chickens was confirmed through PCR testing, and only individuals with gene editing were selected (FIG. 1F). Through these results, it can be confirmed that the production of gene-edited chickens in which the gene expressing human adiponectin was specifically inserted into the chicken OVA gene locus was successfully performed.

(2) cOVA 아디포넥틴 이종형질 넉-인(knock-in) 닭 계란의 특성(2) Characteristics of cOVA adiponectin heterogeneous knock-in chicken eggs

G1 닭에서 생산된 유전자 편집 계란의 특성을 분석했다. 특성 분석을 위해 산란중인 W0090, W0141, W0149 세 마리 G1 암컷 개체들을 (35주령 이상) 사용했고, 이들의 유전자형을 검증하였다 (도2A). 해당 암컷 유래의 계란들은 야생형(WT) 계란에 비해 크기가 작고 가벼운 것으로 확인되었다 (도 2B, 2E). 21개의 WT 계란과 20개의 cOVA AdipoQ KI 계란의 무게는 각각 60.32 ±5.40 g과 39.19 ±3.85g을 나타내었다 (도2E). cOVA AdipoQ KI 계란의 난백 성상은 WT에 비해 젤라틴성(gelatinous) 물질로 구성되어 있고, 색상 또한 불투명했다 (도 2C). 15개의 WT계란과 17개의 cOVA AdipoQ KI 계란의 난백량은 각각 30.67 ±2.09ml 및 10.47 ±1.32ml로 확인되었다 (도2D, 2F). 이를 통해 인간 아디포넥틴 유전자가 삽입된 유전자 편집 닭 유래의 계란은 난백의 함량이 낮고, 계란의 크기와 무게도 WT에 비해 적었다. 이는 외래 유전자의 단백질 발현으로 인한 난백 성분 조성의 변화가 일어났음을 간접적으로 시사한다.Gene-edited eggs from G1 chickens were characterized. For characterization, three G1 females (over 35 weeks of age), W0090, W0141, and W0149, during spawning were used, and their genotypes were verified (Fig. 2A). Eggs from the corresponding females were found to be smaller and lighter in size than wild-type (WT) eggs (Fig. 2B, 2E). The weights of 21 WT eggs and 20 cOVA AdipoQ KI eggs were 60.32 ± 5.40 g and 39.19 ± 3.85 g, respectively (Figure 2E). The egg white properties of cOVA AdipoQ KI eggs were composed of a gelatinous material and were opaque in color compared to WT eggs (Fig. 2C). The egg white volume of 15 WT eggs and 17 cOVA AdipoQ KI eggs were found to be 30.67 ± 2.09 ml and 10.47 ± 1.32 ml, respectively (Fig. 2D, 2F). As a result, eggs derived from gene-edited chickens into which the human adiponectin gene was inserted had lower egg white content, and egg size and weight were smaller than those of WT. This indirectly suggests that the composition of egg white components has changed due to the protein expression of the foreign gene.

(3) 이종형질 넉-인 닭의 인간 아디포넥틴의 검증(3) Verification of human adiponectin in heterogeneous knock-in chickens

다음으로 닭의 난관에서 인간 아디포넥틴의 생산여부를 확인하기 위해 산란중인 cOVA 아디포넥틴 KI 닭의 난관에 대해 인간 아디포넥틴 항체에 대한 조직면역염색을 진행했다. 분석 결과 cOVA 아디포넥틴 KI닭의 난관에서 특이적인 발현이 확인되었고, 대조군인 WT 난관에서의 아디포넥틴 발현은 확인할 수 없었다 (도3A). W0090, W0141, W0149 세 마리 G1 암컷 개체들의 난백을 분리해 SDS-PAGE를 진행한 결과 WT와는 다른 단백질 분포 양상을 확인할 수 있었고, 환원된(reduced) 샘플의 경우, 인간 아디포넥틴의 단량체 사이즈에서 다량 검출되었다 (도 3B). cOVA 아디포넥틴 KI 닭의 계란 난백에 대한 면역 블로팅 결과, 열이 아닌 변성 조건에서 360kDa 이상의 고분자 중량 (HMW) 형태의 아디포넥틴과 육량체 (150kDa~)형태의 아디포넥틴이 주로 확인되었으며, 삼량체 (60kDa~)와 단량체 (28kDa~)형태의 아디포넥틴도 일부 검출되었다. 환원 조건에서는 HMW, 육량체 형태의 아디포넥틴 단백질이 단량체와 삼량체의 형태로 축적됨을 확인하였다 (도 3C). 정확한 정량을 위해 전체 아디포넥틴 및 HMW 아디포넥틴에 대한 특이적ELISA를 진행했다. 개체별 및 시기별 아디포넥틴의 발현 수준을 확인하기 위해 상기 실험에서 사용되었던 W0090, W0141, W0149 세 마리 G1 암컷 계란의 난백 샘플들에 대한 ELISA를 수행했다. 실험결과 W0090, W0141, W0149 세마리 G1 암컷 계란의 난백 샘플들에서 1, 3, 5주에 전체 아디포넥틴이 1.7mg~4.5mg /ml 수준으로 고루 발현함을 확인했다 (도 3D). 또한 HMW 아디포넥틴만을 특정해서 발현 수준을 확인한 결과 0.3mg~1.2mg/ml 수준으로 발현되고 있음을 확인했고, 이는 전체의 17~26% 수준으로 확인되었다 (도 3E). 이를 난백당 (평균 10ml) 함량으로 환산하면 전체 아디포넥틴의 경우 계란당 17~45mg수준이며, HMW 아디포넥틴은 계란당 3~12mg 수준임을 확인할 수 있었다. 본 결과를 통해 닭의 난관 특이적인 인간 아디포넥틴의 발현이 유도됨을 확인할 수 있었고, 높은 생물학적 활성을 지니는 다중화(multimerization)된 형태의 인간 아디포넥틴이 계란의 난백에 다량 축적됨을 알 수 있다.Next, in order to confirm the production of human adiponectin in the chicken oviduct, tissue immunostaining for human adiponectin antibody was performed on the oviduct of laying cOVA adiponectin KI chickens. As a result of the analysis, specific expression of cOVA adiponectin was confirmed in the oviducts of KI chickens, but adiponectin expression was not confirmed in the oviducts of control WT chickens (Fig. 3A). As a result of SDS-PAGE of the egg whites of three G1 females, W0090, W0141, and W0149, a protein distribution pattern different from that of WT was confirmed. In the case of the reduced sample, a large amount was detected in the monomer size of human adiponectin. (Fig. 3B). cOVA adiponectin KI As a result of immunoblotting of chicken egg whites, adiponectin in the form of a high molecular weight (HMW) of 360 kDa or more and adiponectin in the form of a hexamer (150 kDa~) were mainly identified under denaturing conditions other than heat, and adiponectin in the form of a trimeric (60 kDa~ ) and monomeric (28kDa~) forms of adiponectin were also partially detected. Under reducing conditions, it was confirmed that HMW and hexameric adiponectin proteins were accumulated in the form of monomers and trimers (FIG. 3C). For accurate quantification, specific ELISA for total adiponectin and HMW adiponectin was performed. In order to confirm the expression level of adiponectin by individual and time period, ELISA was performed on egg white samples from three female G1 eggs, W0090, W0141, and W0149, which were used in the experiment. As a result of the experiment, it was confirmed that egg white samples from three G1 female eggs, W0090, W0141, and W0149, expressed total adiponectin at a level of 1.7 mg to 4.5 mg/ml at 1, 3, and 5 weeks (Fig. 3D). In addition, as a result of confirming the expression level by specifying only HMW adiponectin, it was confirmed that it was expressed at a level of 0.3 mg to 1.2 mg/ml, which was confirmed to be 17 to 26% of the total (FIG. 3E). When this was converted into egg white sugar content (average 10ml), it was confirmed that the total adiponectin was 17-45mg per egg, and the HMW adiponectin was 3-12mg per egg. Through this result, it was confirmed that the expression of human adiponectin specific to the oviduct of chickens was induced, and it was found that a multimerized form of human adiponectin having high biological activity was accumulated in egg white in large quantities.

(4) cOVA 아디포넥틴 넉-인 닭 계란로부터 인간 아디포넥틴 정제(4) human adiponectin purification from cOVA adiponectin knock-in chicken eggs

계란의 난백에서 생산된 인간 아디포넥틴의 정제를 위해 40% 황산 암모늄으로 단백질을 침전시키고, 원심분리을 통해 분리된 상층액을 HiTrap Q 컬럼을 통해 1차 정제를 진행했다. 일부 분획(fraction)에서 비-환원 조건과 환원 조건에서 밴드-이동(band-shift)가 일어나 HMW 사이즈가 단량체 사이즈로 축적되는 것을 확인했고, 이를 통해 7, 8, 9번 분획에 존재함을 확인했다 (도 4A, 4B). 이를 Superdex G75 컬럼을 이용한 크기 배제 크로마토그래피를 통해 2차 정제를 진행했고, 4, 5, 6번 분획에 정제된 인간 아디포넥틴이 HMW을 위주로 분포하고 있음을 확인했다 (도 4C, 4D). 이를 농축해 최종적으로 21.8mg/ml의 인간 아디포넥틴을 획득했고, 육량체(H) 및 HMW 형태로 주로 형성되어 있음을 확인하였다. For the purification of human adiponectin produced from egg white, the protein was precipitated with 40% ammonium sulfate, and the supernatant separated by centrifugation was subjected to primary purification through a HiTrap Q column. In some fractions, it was confirmed that a band-shift occurred under non-reducing and reducing conditions, and the HMW size accumulated to the monomer size, and through this, it was confirmed that it existed in fractions 7, 8, and 9. were (Figs. 4A, 4B). This was subjected to secondary purification through size exclusion chromatography using a Superdex G75 column, and it was confirmed that the purified human adiponectin was mainly distributed in HMW in fractions 4, 5, and 6 (FIGS. 4C and 4D). It was concentrated to finally obtain 21.8 mg/ml of human adiponectin, and it was confirmed that it was mainly formed in the form of hexamer (H) and HMW.

<110> SEOUL NATIONAL UNIVERSITY R&DB FOUNDATION <120> Preparation method for producing avian species producing Adiponectin and target proteins <130> 21P04006 <160> 11 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 20 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> gRNA for ovalbumin intron1 <400> 1 gctgtacata gtaccatgca 20 <210> 2 <211> 27 <212> PRT <213> Gallus gallus <400> 2 His His Ala Asn Glu Asn Ile Phe Tyr Cys Pro Ile Ala Ile Met Ser 1 5 10 15 Ala Leu Ala Met Val Tyr Leu Gly Ala Lys Asp 20 25 <210> 3 <211> 77 <212> DNA <213> Gallus gallus <400> 3 ctaccataga gtaccctgca tggtactatg tacagcattc catccttaca ttttcactgt 60 tctgctgttt gctctag 77 <210> 4 <211> 17 <212> DNA <213> Gallus gallus <400> 4 acaactcaga gttcacc 17 <210> 5 <211> 54 <212> PRT <213> Gallus gallus <400> 5 Ala Thr Gly Ala Gly Gly Thr Cys Thr Thr Thr Gly Cys Thr Ala Ala 1 5 10 15 Thr Cys Thr Thr Gly Gly Thr Gly Cys Thr Thr Thr Gly Cys Thr Thr 20 25 30 Cys Cys Thr Gly Cys Cys Cys Cys Thr Gly Gly Cys Thr Gly Cys Thr 35 40 45 Cys Thr Gly Gly Gly Gly 50 <210> 6 <211> 693 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> chickenized human adiponectin <400> 6 ggtcacgatc aggaaaccac gacacaggga cccggagttc tgcttccact gcccaaaggg 60 gcctgtacag gatggatggc gggcatccca ggtcatccgg gccataatgg ggcccccggg 120 agagatggga gagatggcac tcctggcgag aagggtgaga agggagatcc aggtttaatt 180 ggacctaagg gagacattgg tgaaaccggc gtacctgggg ctgagggccc ccgggggttt 240 ccggggatcc aaggaaggaa aggtgaacca ggagaaggtg cctatgtcta ccgctcagca 300 ttcagtgtgg gattggagac atacgttact atacccaaca tgcctataag atttactaag 360 atcttctaca atcagcaaaa ccactatgat ggaagcactg gcaaattcca ctgcaacatt 420 cctggactgt attactttgc ttaccacatc acagtttata tgaaggatgt gaaggtcagc 480 ctattcaaga aagacaaagc aatgttgttc acgtacgatc agtatcagga gaacaatgtg 540 gatcaggcaa gcggctccgt gctcctgcat ctggaggtgg gagaccaagt ctggctgcag 600 gtgtatggag aaggagagag aaatggcctc tacgctgaca acgacaatga ctctaccttt 660 acaggctttc ttctctacca cgacaccaac tga 693 <210> 7 <211> 232 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> BGH poly A <400> 7 ctagagctcg ctgatcagcc tcgactgtgc cttctagttg ccagccatct gttgtttgcc 60 cctcccccgt gccttccttg accctggaag gtgccactcc cactgtcctt tcctaataaa 120 atgaggaaat tgcatcgcat tgtctgagta ggtgtcattc tattctgggg ggtggggtgg 180 ggcaggacag caagggggag gattgggaag acaatagcag gcatgctggg ga 232 <210> 8 <211> 655 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CMV promoter <400> 8 cgatgtacgg gccagatata cgcgttgaca ttgattattg actagttatt aatagtaatc 60 aattacgggg tcattagttc atagcccata tatggagttc cgcgttacat aacttacggt 120 aaatggcccg cctggctgac cgcccaacga cccccgccca ttgacgtcaa taatgacgta 180 tgttcccata gtaacgccaa tagggacttt ccattgacgt caatgggtgg actatttacg 240 gtaaactgcc cacttggcag tacatcaagt gtatcatatg ccaagtacgc cccctattga 300 cgtcaatgac ggtaaatggc ccgcctggca ttatgcccag tacatgacct tatgggactt 360 tcctacttgg cagtacatct acgtattagt catcgctatt accatggtga tgcggttttg 420 gcagtacatc aatgggcgtg gatagcggtt tgactcacgg ggatttccaa gtctccaccc 480 cattgacgtc aatgggagtt tgttttggca ccaaaatcaa cgggactttc caaaatgtcg 540 taacaactcc gccccattga cgcaaatggg cggtaggcgt gtacggtggg aggtctatat 600 aagcagagct ctctggctaa ctagagaacc cactgcttac tggcttatcg aaatt 655 <210> 9 <211> 600 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> puromycin resistant gene <400> 9 atgaccgagt acaagcccac ggtgcgcctc gccacccgcg acgacgtccc cagggccgta 60 cgcaccctcg ccgccgcgtt cgccgactac cccgccacgc gccacaccgt cgatccggac 120 cgccacatcg agcgggtcac cgagctgcaa gaactcttcc tcacgcgcgt cgggctcgac 180 atcggcaagg tgtgggtcgc ggacgacggc gccgcggtgg cggtctggac cacgccggag 240 agcgtcgaag cgggggcggt gttcgccgag atcggcccgc gcatggccga gttgagcggt 300 tcccggctgg ccgcgcagca acagatggaa ggcctcctgg cgccgcaccg gcccaaggag 360 cccgcgtggt tcctggccac cgtcggagtc tcgcccgacc accagggcaa gggtctgggc 420 agcgccgtcg tgctccccgg agtggaggcg gccgagcgcg ccggggtgcc cgccttcctg 480 gagacctccg cgccccgcaa cctccccttc tacgagcggc tcggcttcac cgtcaccgcc 540 gacgtcgagg tgcccgaagg accgcgcacc tggtgcatga cccgcaagcc cggtgcctga 600 600 <210> 10 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> adipon Q-F primer <400> 10 ggcaactggc ttctgggaca gt 22 <210> 11 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> adipon Q-R primer <400> 11 tctctcccat ctctcccggg 20 <110> SEOUL NATIONAL UNIVERSITY R&DB FOUNDATION <120> Preparation method for producing avian species producing Adiponectin and target proteins <130> 21P04006 <160> 11 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 20 <212> RNA <213> artificial sequence <220> <223> gRNA for ovalbumin intron1 <400> 1 gctgtacata gtaccatgca 20 <210> 2 <211> 27 <212> PRT 213 <br> <400> 2 His His Ala Asn Glu Asn Ile Phe Tyr Cys Pro Ile Ala Ile Met Ser 1 5 10 15 Ala Leu Ala Met Val Tyr Leu Gly Ala Lys Asp 20 25 <210> 3 <211> 77 <212> DNA 213 <br> <400> 3 ctaccataga gtaccctgca tggtactatg tacagcattc catccttaca ttttcactgt 60 tctgctgttt gctctag 77 <210> 4 <211> 17 <212> DNA 213 <br> <400> 4 acaactcaga gttcacc 17 <210> 5 <211> 54 <212> PRT 213 <br> <400> 5 Ala Thr Gly Ala Gly Gly Thr Cys Thr Thr Thr Gly Cys Thr Ala Ala 1 5 10 15 Thr 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Claims (10)

오브알부민 1번 인트론을 표적으로 하는 gRNA와 Cas9 코딩 서열을 포함하는 플라스미드; 및
오브알부민 1번 인트론 및 2번 엑손, 분비 신호 펩타이드 코딩 서열 및 목적 단백질 코딩 서열을 포함하는 플라스미드;를 포함하는 유전자 편집 조류 제조용 조성물.
a plasmid containing a gRNA targeting intron 1 of ovalbumin and a Cas9 coding sequence; and
A composition for preparing gene-edited algae comprising: a plasmid containing ovalbumin intron 1 and exon 2, a secretion signal peptide coding sequence, and a target protein coding sequence.
청구항 1에 있어서, 상기 목적 단백질은 인간 아디포넥틴인 유전자 편집 조류 제조용 조성물.
The composition for preparing gene-edited algae according to claim 1, wherein the target protein is human adiponectin.
청구항 1에 있어서, 분비 신호 펩타이드는 오브알부민, 오보트랜스페린, 오보뮤코이드, 오보뮤신, 오보억제제, 시스타틴, 아비딘 및 라이소자임으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 단백질의 분비 신호 펩타이드인, 유전자 편집 조류 제조용 조성물.
The gene editing alga according to claim 1, wherein the secretion signal peptide is a secretion signal peptide of at least one protein selected from the group consisting of ovalbumin, ovotransferrin, ovomucoid, ovomucin, ovoinhibitor, cystatin, avidin and lysozyme. composition for manufacture.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항의 조성물을 조류 생식세포에 형질도입하는 단계; 및 상기 형질도입된 생식세포를 조류 배아에 이식하여 생식선 키메라 조류를 얻는 단계;를 포함하는 조류의 제조방법.
Transducing the composition of any one of claims 1 to 3 into an avian germ cell; and transplanting the transduced gametes into avian embryos to obtain germline chimera birds.
청구항 4에 있어서, 상기 생식선 키메라 조류를 야생형 조류와 교배하여 이형 접합 자손 세대를 얻는 단계; 상기 이형 접합 자손 세대를 교배하여 동형 접합 자손 세대를 얻는 단계를 더 포함하는 조류의 제조 방법.
The method according to claim 4, comprising the step of crossing the germline chimera bird with a wild type bird to obtain a heterozygous progeny generation; Method for producing algae further comprising the step of obtaining a homozygous progeny by crossing the heterozygous progeny.
청구항 4에 있어서, 상기 조류는 닭, 메추리, 꿩, 칠면조, 오리인 조류의 제조 방법.
The method according to claim 4, wherein the bird is chicken, quail, pheasant, turkey, or duck.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항의 조성물을 조류 생식세포에 형질도입하는 단계;
상기 형질도입된 생식세포를 조류 배아에 이식하여 생식선 키메라 조류를 얻는 단계; 및
상기 조류의 난백에서 목적 단백질을 정제하는 단계;를 포함하는 목적 단백질의 제조방법.
Transducing the composition of any one of claims 1 to 3 into an avian germ cell;
transplanting the transduced gametes into avian embryos to obtain germline chimera birds; and
A method for producing a target protein comprising purifying the target protein from the egg white of the bird.
청구항 7에 있어서, 상기 생식선 키메라 조류를 야생형 조류와 교배하여 이형 접합 자손 세대를 얻는 단계; 상기 이형 접합 자손 세대를 교배하여 동형 접합 자손 세대를 얻는 단계를 더 포함하고,
상기 목적 단백질의 정제는 상기 동형 접합 자손 세대 조류의 난백에서 수행되는 것인 목적 단백질의 제조방법.
The method according to claim 7, comprising the step of crossing the germline chimera bird with a wild type bird to obtain a heterozygous progeny generation; Further comprising the step of crossing the heterozygous progeny generation to obtain a homozygous progeny generation,
The method of producing a target protein, wherein the purification of the target protein is performed from the egg white of the homozygous progeny bird.
청구항 7에 있어서, 상기 조류는 닭, 메추리, 꿩, 칠면조, 오리인 목적 단백질의 제조방법.
The method according to claim 7, wherein the bird is chicken, quail, pheasant, turkey, or duck.
청구항 7에 있어서, 상기 목적 단백질은 인간 아디포넥틴인 목적 단백질의 제조 방법.
The method according to claim 7, wherein the target protein is human adiponectin.
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