KR20230161719A - Method for extraction of plant-derived exosomes with high purity - Google Patents

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KR20230161719A KR1020220061426A KR20220061426A KR20230161719A KR 20230161719 A KR20230161719 A KR 20230161719A KR 1020220061426 A KR1020220061426 A KR 1020220061426A KR 20220061426 A KR20220061426 A KR 20220061426A KR 20230161719 A KR20230161719 A KR 20230161719A
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Abstract

본 발명은 식물 유래 엑소좀 추출 방법 및 상기 방법에 의해 추출된 식물 유래 엑소좀에 관한 것으로, 본 발명의 추출 방법은 식물 시료를 1차 초원심분리(ultracentrifugation)하여 엑소좀이 포함된 펠렛을 수득하는 단계; 상기 펠렛을 자당 농도 구배 초원심분리(sucrose density gradient ultracentrifugation)하여 자당 농도가 30%(w/v) 내지 45%(w/v)인 층으로부터 엑소좀이 포함된 분획물을 수득하는 단계; 및 폴리머 기반 침전법(polymer-based precipitation method)을 이용하여 상기 분획물로부터 엑소좀을 분리하는 단계를 포함함으로써 식물 시료로부터 고순도의 엑소좀을 추출할 수 있다.The present invention relates to a method for extracting plant-derived exosomes and plant-derived exosomes extracted by the method. The extraction method of the present invention involves first ultracentrifugation of a plant sample to obtain a pellet containing exosomes. steps; Subjecting the pellet to sucrose density gradient ultracentrifugation to obtain a fraction containing exosomes from a layer with a sucrose concentration of 30% (w/v) to 45% (w/v); and separating exosomes from the fraction using a polymer-based precipitation method, thereby making it possible to extract high-purity exosomes from plant samples.

Description

고순도의 식물 유래 엑소좀 추출 방법{Method for extraction of plant-derived exosomes with high purity}{Method for extraction of plant-derived exosomes with high purity}

본 발명은 고순도의 식물 유래 엑소좀 추출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for extracting high purity plant-derived exosomes.

엑소좀(Exosome)은 지름 약 50-150 nm의 나노 크기의 구형 지질 이중층 소포체로, 단백질과 small RNA 등을 운반하여 진핵생물의 세포 간 신호 전달에 중심적인 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 엑소좀 연구는 기능, 물리적 특성, 구성요소, 생성 및 분비 등을 포함하여 포유류 및 박테리아와 같은 동물세포에서 광범위하게 연구되어 왔다. 최근 연구들은 동물뿐만 아니라 식물도 엑소좀을 분비한다고 보고하고 있으며, 식물 엑소좀은 병원체 공격에 대한 식물 면역 반응 조절을 비롯하여 다양한 병리생리학적 상황에서 중요한 구성요소임을 나타내는 연구가 진행되고 있다. 뿐만 아니라 식물 엑소좀은 동물 세포 유래 엑소좀보다 상대적으로 추출이 용이 하고, 동물에 투여 시 면역반응이 적으며, 포유류의 장 질환, 대장염 종양, 알콜성 간 질 환 등에 치료효과를 보인다. 이러한 이유로 식물 엑소좀은 인간의 질병을 완화시킬 수 있는 잠재적인 신약소재나 유용 건강식품의 소재로서 활용가능성이 주목받고 있다.Exosomes are nano-sized spherical lipid bilayer vesicles with a diameter of approximately 50-150 nm, and are known to play a central role in signaling between eukaryotic cells by transporting proteins and small RNA. Exosome research has been extensively studied in animal cells such as mammals and bacteria, including function, physical properties, components, production and secretion, etc. Recent studies have reported that not only animals but also plants secrete exosomes, and research is underway showing that plant exosomes are important components in various pathophysiological situations, including the regulation of plant immune responses to pathogen attacks. In addition, plant exosomes are relatively easier to extract than animal cell-derived exosomes, have less immune response when administered to animals, and show therapeutic effects on mammalian intestinal diseases, colitis tumors, and alcoholic liver disease. For this reason, plant exosomes are attracting attention for their potential use as a material for new drugs or useful health foods that can alleviate human diseases.

인삼(Panax ginseng)은 면역반응 조절, 신경 및 심장질환 보호, 항암 등 인간의 건강에 다양한 이로운 효과로 인해 동아시아 국가에서 2000년 이상 유용 약용식물로 사용되어 왔다. 또한 인삼의 추출물은 한약재로서 면역력과 기억력을 향상시키고 항피질 및 항노화 능력을 향상시키기 위해 사용되어 왔다. 인삼의 약리학적 작용은 진세노사이드와 그 외 단백질, 핵산, 지질 등의 생체 활성 성분이 기인하고 있으며, 이로 인해 인간 건강에 효과적이라고 알려져 있다. 더 나아가 최근 인삼 유래 엑소좀 추출 연구가 보고되어 왔으며, 인간 피부 세포에서 노화 방지 및 색소침착 방지 효과를 가지고 있어 인삼 유래 엑소좀이 지속가능한 생체 활성 물질이자 기능성 운반체로 잠재적으로 사용될 수 있음을 시사하고 있다.Ginseng ( Panax ginseng ) has been used as a useful medicinal plant in East Asian countries for more than 2,000 years due to its various beneficial effects on human health, such as regulating immune responses, protecting against nervous and heart diseases, and anticancer. Additionally, ginseng extract has been used as a herbal medicine to improve immunity and memory, and to improve anti-cortical and anti-aging abilities. The pharmacological action of ginseng is due to its bioactive components such as ginsenoside and other proteins, nucleic acids, and lipids, and is known to be effective for human health. Furthermore, a study on the extraction of ginseng-derived exosomes has recently been reported, and has anti-aging and anti-pigmentation effects in human skin cells, suggesting that ginseng-derived exosomes can potentially be used as a sustainable bioactive material and functional carrier. there is.

그러나 인삼을 포함한 식물 유래 엑소좀의 잠재적 중요성에도 불구하고, 식물 유래 엑소좀의 구성요소나 표면 단백질을 비롯해 이의 생물학적 효과가 충분히 알려져 있지 않다. 여기에는 식물 엑소좀을 높은 순도로 추출할 수 있는 기술이 충분히 확보되어 있지 않기 때문이다. 따라서, 효과적인 식물 엑소좀 분리 방법을 확립하는 것은 임상연구를 비롯한 식물 세포외 소포체 활용 연구에 있어서 선행되어야 할 핵심 과제이다.However, despite the potential importance of plant-derived exosomes, including ginseng, their biological effects, including their components and surface proteins, are not fully known. This is because the technology to extract plant exosomes with high purity is not sufficiently secured. Therefore, establishing an effective plant exosome isolation method is a key task that must be preceded in research on plant extracellular vesicle utilization, including clinical research.

한국등록특허 제2125567호Korean Patent No. 2125567

본 발명은 식물 유래 엑소좀을 고순도로 추출하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a method for extracting plant-derived exosomes with high purity.

1. 식물 시료를 1차 초원심분리(ultracentrifugation)하여 엑소좀이 포함된 펠렛을 수득하는 단계;1. Obtaining a pellet containing exosomes by first ultracentrifuging the plant sample;

상기 펠렛을 자당 농도 구배 초원심분리(sucrose density gradient ultracentrifugation)하여 자당 농도가 30%(w/v) 내지 45%(w/v)인 층으로부터 엑소좀이 포함된 분획물을 수득하는 단계; 및Subjecting the pellet to sucrose density gradient ultracentrifugation to obtain a fraction containing exosomes from a layer with a sucrose concentration of 30% (w/v) to 45% (w/v); and

폴리머 기반 침전법(polymer-based precipitation method)을 이용하여 상기 분획물로부터 엑소좀을 분리하는 단계를 포함하는 식물 유래 엑소좀 추출 방법.A plant-derived exosome extraction method comprising the step of isolating exosomes from the fraction using a polymer-based precipitation method.

2. 위 1에 있어서, 상기 식물은 약용 식물인, 식물 유래 엑소좀 추출 방법.2. The method of extracting plant-derived exosomes according to 1 above, wherein the plant is a medicinal plant.

3. 위 1에 있어서, 상기 식물은 인삼인, 식물 유래 엑소좀 추출 방법.3. In 1 above, wherein the plant is ginseng, plant-derived exosome extraction method.

4. 위 1에 있어서, 상기 자당 농도가 30%(w/v) 내지 45%(w/v)인 층의 밀도는 1.12 g/cm3 내지 1.20 g/cm3인, 식물 유래 엑소좀 추출 방법.4. The method of extracting plant-derived exosomes according to 1 above, wherein the density of the layer with a sucrose concentration of 30% (w/v) to 45% (w/v) is 1.12 g/cm 3 to 1.20 g/cm 3 .

5. 위 1에 있어서, 상기 엑소좀을 분리하는 단계는 PEG(polyethylene glycol)를 포함하는 시료를 상기 분획물에 처리하여 상기 분획물로부터 엑소좀을 분리하는 것인, 식물 유래 엑소좀 추출 방법.5. In 1 above, the step of separating the exosomes is to separate the exosomes from the fraction by treating the sample containing PEG (polyethylene glycol) to the fraction.

6. 위 1 내지 5 중 어느 하나의 방법에 의해 추출된 식물 유래 엑소좀.6. Plant-derived exosomes extracted by any of the methods 1 to 5 above.

본 발명의 방법을 이용하면 식물 시료로부터 고순도의 엑소좀을 추출할 수 있어 세포 잔해물, 노폐물, 단백질 및 거대 입자와 같은 불순물에 대해 엑소좀을 효율적으로 분별하여 추출할 수 있다. 특히, 약용 식물로부터 고순도의 엑소좀을 수득할 수 있어 제약 산업에 폭 넓게 활용될 수 있다.Using the method of the present invention, high purity exosomes can be extracted from plant samples, and exosomes can be efficiently separated and extracted for impurities such as cell debris, waste, proteins, and large particles. In particular, high purity exosomes can be obtained from medicinal plants, so they can be widely used in the pharmaceutical industry.

도 1은 초원심분리법(ultraentrifugation method) 수행 후 자당 농도 구배 초원심분리법(sucrose density gradient ultracentrifugation method)에 의해 애기장대(Arabidopsis) 및 인삼(Ginseng) 유래 엑소좀을 분리하고 전자현미경을 통해 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 2 초원심분리법 수행 후 자당 농도 구배 초원심분리법에 의해 분리된 애기장대 및 인삼 유래 엑소좀의 Nanoparticle Tracking Analysis (NTA) 정량 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 폴리머 기반 침전법(polymer-based precipitation method) (ExoQuick 시약 처리법)에 의해 애기장대 및 인삼 유래 엑소좀을 분리하고 전자현미경을 통해 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 폴리머 기반 침전법(ExoQuick 시약 처리법)에 의해 분리된 애기장대 및 인삼 유래 엑소좀의 Nanoparticle Tracking Analysis (NTA) 정량 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 초원심분리법, 자당 농도 구배 초원심분리법 및 폴리머 기반 침전법(ExoQuick 시약 처리법)을 결합한 방식에 의해 분리된 애기장대 및 인삼 유래 엑소좀의 Nanoparticle Tracking Analysis (NTA) 정량 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 추출 방법 별로 애기장대 및 인삼 유래 엑소좀의 농도 및 순도 정량 비교 결과를 나타낸 것이다.
Figure 1 shows the results of separating Arabidopsis and ginseng -derived exosomes by the sucrose density gradient ultracentrifugation method after performing the ultracentrifugation method and analyzing them using an electron microscope. It represents.
Figure 2 shows the results of Nanoparticle Tracking Analysis (NTA) quantitative analysis of Arabidopsis and ginseng-derived exosomes separated by sucrose concentration gradient ultracentrifugation after ultracentrifugation.
Figure 3 shows the results of separating Arabidopsis and ginseng-derived exosomes by a polymer-based precipitation method (ExoQuick reagent treatment method) and analyzing them through an electron microscope.
Figure 4 shows the results of Nanoparticle Tracking Analysis (NTA) quantitative analysis of exosomes derived from Arabidopsis thaliana and ginseng isolated by a polymer-based precipitation method (ExoQuick reagent treatment method).
Figure 5 shows the results of Nanoparticle Tracking Analysis (NTA) quantitative analysis of Arabidopsis and ginseng-derived exosomes isolated by a method combining ultracentrifugation, sucrose gradient ultracentrifugation, and polymer-based precipitation (ExoQuick reagent treatment method). .
Figure 6 shows the results of quantitative comparison of concentration and purity of exosomes derived from Arabidopsis thaliana and ginseng by extraction method.

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

본 발명은 식물 시료를 1차 초원심분리(ultracentrifugation)하여 엑소좀이 포함된 펠렛을 수득하는 단계; 상기 펠렛을 자당 농도 구배 초원심분리(sucrose density gradient ultracentrifugation)하여 자당 농도가 30%(w/v) 내지 45%(w/v)인 층으로부터 엑소좀이 포함된 분획물을 수득하는 단계; 및 폴리머 기반 침전법(polymer-based precipitation method)을 이용하여 상기 분획물로부터 엑소좀을 분리하는 단계를 포함하는 식물 유래 엑소좀 추출 방법을 제공한다.The present invention includes the steps of first ultracentrifuging a plant sample to obtain a pellet containing exosomes; Subjecting the pellet to sucrose density gradient ultracentrifugation to obtain a fraction containing exosomes from a layer with a sucrose concentration of 30% (w/v) to 45% (w/v); and isolating exosomes from the fraction using a polymer-based precipitation method.

본 발명자들은 초원심분리법(ultracentrifugation method), 자당 농도 구배 초원심분리법(sucrose density gradient ultracentrifugation) 및 폴리머 기반 침전법(polymer-based precipitation method)을 모두 이용하여 식물로부터 엑소좀을 추출하는 경우, 초원심분리법 수행 후 자당 농도 구배 초원심분리법을 이용하거나 폴리머 기반 침전법만을 이용한 경우에 비해 고순도의 엑소좀을 수득할 수 있다는 것을 발견하였다.When extracting exosomes from plants using all of the ultracentrifugation method, sucrose density gradient ultracentrifugation, and polymer-based precipitation method, the present inventors used ultracentrifugation After performing the separation method, it was found that exosomes of high purity could be obtained compared to the case of using sucrose concentration gradient ultracentrifugation or polymer-based precipitation alone.

상기 펠렛을 수득하는 단계 수행 전 상기 식물 시료를 순차적 원심분리(centrifugation)하는 단계를 더 수행할 수 있다. 상기 펠렛을 수득하는 단계 수행 전 상기 식물 시료를 순차적 원심분리하여 상등액을 수득하는 단계를 더 수행할 수 있다. 상기 순차적 원심분리하는 단계를 수행하여 식물 시료로부터 세포 잔해 및 대형 소포체를 제거할 수 있다. 이 경우, 상기 펠렛을 수득하는 단계는 상기 수득된 상등액을 1차 초원심분리하여 엑소좀이 포함된 펠렛을 수득하는 것일 수 있다.Before performing the step of obtaining the pellet, a step of sequential centrifugation of the plant sample may be further performed. Before performing the step of obtaining the pellet, a step of sequentially centrifuging the plant sample to obtain a supernatant may be further performed. Cell debris and large endoplasmic reticulum can be removed from the plant sample by performing the sequential centrifugation steps. In this case, the step of obtaining the pellet may be to obtain a pellet containing exosomes by first ultracentrifuging the obtained supernatant.

상기 식물은 약용 식물 또는 식용 식물일 수 있다. 상기 약용 식물은 인삼, 홍삼, 당귀, 작약, 포공영, 금은화, 익모초, 상백피, 고삼, 구기자, 어성초, 홍경천 등일 수 있다.The plant may be a medicinal plant or an edible plant. The medicinal plants may be ginseng, red ginseng, angelica root, peony, euphorbia, honeysuckle, motherwort, Morus chinensis, sophora ginseng, goji berry, Houttuynia cordata, rhodiola rosea, etc.

상기 식물 시료는 식물의 잎, 줄기, 뿌리, 꽃 및 전초를 모두 포함하는 의미이다. 상기 식물 시료는 식물을 분쇄한 것일 수 있다. 상기 식물 시료는 식물을 분쇄하여 수득된 추출물일 수 있다.The plant sample includes all leaves, stems, roots, flowers, and plants of the plant. The plant sample may be a ground plant. The plant sample may be an extract obtained by grinding a plant.

상기 식물 시료는 식물을 분쇄한 후 순차적 원심분리(centrifugation)를 수행하여 세포 잔해 및 대형 소포체가 제거된 상등액일 수 있다. 상기 식물 시료는 식물을 분쇄하여 수득된 추출물을 순차적 원심분리하여 세포 잔해 및 대형 소포체가 제거된 상등액일 수 있다.The plant sample may be a supernatant obtained by pulverizing the plant and then performing sequential centrifugation to remove cell debris and large endoplasmic reticulum. The plant sample may be a supernatant obtained by pulverizing the plant and sequentially centrifuging the extract to remove cell debris and large endoplasmic reticulum.

상기 원심분리란 샘플을 회전시켜 샘플 내에 포함된 물질들을 밀도차, 점성, 질량, 모양, 점도 등에 따라 침전하는 속도 차이를 만들어 각 물질을 분리하는 방법이다. 상기 순차적 원심분리란 회전 속도를 증가시켜 원심분리를 다회 수행하는 방법으로, 샘플 내에 포함된 비교적 밀도가 작은 물질도 분리할 수 있다.The centrifugation is a method of separating each substance by rotating the sample to create a difference in the sedimentation speed of the substances contained in the sample according to the density difference, viscosity, mass, shape, viscosity, etc. The sequential centrifugation is a method of performing centrifugation multiple times by increasing the rotation speed, and can separate substances with relatively low density contained in the sample.

상기 식물 시료를 1차 초원심분리(ultracentrifugation)하여 엑소좀이 포함된 펠렛을 수득한다.The plant sample is subjected to first ultracentrifugation to obtain a pellet containing exosomes.

상기 용어 “1차 초원심분리”는 후술하는 자당 농도 구배 초원심분리와 구분하기 위한 것으로, 일반적인 초원심분리를 의미한다.The term “first ultracentrifugation” is intended to distinguish it from the sucrose concentration gradient ultracentrifugation described later, and refers to general ultracentrifugation.

상기 초원심분리(ultracentrifugation)는 상기 원심분리와 동일한 원리에 의한 분리 방법으로 원심분리와는 회전 속도에 차이가 있다. 상기 초원심분리의 회전 속도는 예를 들면, 100,000 g 이상, 120,000 g 이상 또는 150,000 g 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The ultracentrifugation is a separation method based on the same principle as the centrifugation, but the rotation speed is different from centrifugation. The rotation speed of the ultracentrifugation may be, for example, 100,000 g or more, 120,000 g or more, or 150,000 g or more, but is not limited thereto.

상기 엑소좀(exosome)은 세포 간 정보교환을 위해 세포들이 외부 환경으로 분비하는 나노 크기의 소포체를 의미한다. 본 명세서에서 상기 엑소좀은 세포외소포체와 혼용되어 이용될 수 있다.The exosome refers to a nano-sized endoplasmic reticulum that cells secrete into the external environment for information exchange between cells. In the present specification, the exosome may be used interchangeably with extracellular endoplasmic reticulum.

이후, 상기 수득된 펠렛을 자당 농도 구배 초원심분리(sucrose density gradient ultracentrifugation)하여 자당 농도가 30%(w/v) 내지 45%(w/v)인 층으로부터 엑소좀이 포함된 분획물을 수득한다.Thereafter, the obtained pellet is subjected to sucrose density gradient ultracentrifugation to obtain a fraction containing exosomes from a layer with a sucrose concentration of 30% (w/v) to 45% (w/v). .

상기 엑소좀이 포함된 분획물을 수득하는 단계 수행 전 상기 펠렛을 현탁 용액에 현탁하는 단계를 더 수행할 수 있다. 상기 현탁 용액은 예를 들면, PBS 용액일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Before performing the step of obtaining the fraction containing the exosomes, a step of suspending the pellet in a suspension solution may be further performed. The suspension solution may be, for example, a PBS solution, but is not limited thereto.

상기 자당 농도(밀도) 구배 초원심분리(sucrose density gradient ultracentrifugation)는 자당의 농도(밀도) 구배가 형성된 원심관(centrifuge tube)에 샘플을 중층한 후 수행하는 초원심분리이다. 상기 자당 농도(밀도) 구배는 예를 들면, 자당 농도 8%(w/v) 내지 60%(w/v) 구배일 수 있다.The sucrose density gradient ultracentrifugation is ultracentrifugation performed after layering a sample in a centrifuge tube in which a sucrose concentration (density) gradient is formed. For example, the sucrose concentration (density) gradient may be a sucrose concentration gradient of 8% (w/v) to 60% (w/v).

상기 자당 농도가 30%(w/v) 내지 45%(w/v)인 층의 밀도는 1.12 g/cm3 내지 1.20 g/cm3일 수 있다. 상기 층의 밀도는 엑소좀의 밀도와 유사한 범위의 밀도에 해당하므로 해당 층을 분획하여 이용하는 경우, 엑소좀을 수득할 수 있다.The density of the layer having a sucrose concentration of 30% (w/v) to 45% (w/v) may be 1.12 g/cm 3 to 1.20 g/cm 3 . The density of the layer corresponds to a density in a similar range to that of exosomes, so when the layer is fractionated and used, exosomes can be obtained.

상기 수득된 엑소좀이 포함된 분획물은 자당 농도가 30%(w/v) 내지 45%(w/v)인 층에 형성된 엑소좀 띠일 수 있다.The obtained fraction containing exosomes may be an exosome band formed in a layer with a sucrose concentration of 30% (w/v) to 45% (w/v).

이후, 폴리머 기반 침전법(polymer-based precipitation method)을 이용하여 상기 분획물로부터 엑소좀을 분리한다.Afterwards, exosomes are separated from the fraction using a polymer-based precipitation method.

상기 엑소좀을 분리하는 단계 수행 전 상기 분획물을 현탁 용액에 현탁하는 단계를 더 수행할 수 있다. 상기 현탁 용액은 예를 들면, PBS 용액일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Before performing the step of separating the exosomes, a step of suspending the fraction in a suspension solution may be further performed. The suspension solution may be, for example, a PBS solution, but is not limited thereto.

상기 폴리머 기반 침전법(polymer-based precipitation method)은 폴리머를 포함하는 침전 용액과 샘플을 혼합하여 엑소좀을 침전시켜 엑소좀을 고순도로 분리하는 방법이다. 상기 폴리머 기반 침전법은 폴리머를 포함하는 침전 용액과 샘플의 혼합물을 원심분리하여 형성된 펠렛으로부터 엑소좀을 분리하는 것일 수 있다.The polymer-based precipitation method is a method of separating exosomes with high purity by mixing a sample with a precipitation solution containing a polymer to precipitate exosomes. The polymer-based precipitation method may be to separate exosomes from a pellet formed by centrifuging a mixture of a sample and a precipitation solution containing a polymer.

상기 엑소좀을 분리하는 단계는 폴리머를 포함하는 시료를 상기 분획물에 처리하여 상기 분획물로부터 엑소좀을 분리하는 것일 수 있다.The step of separating the exosomes may involve treating the sample containing the polymer to the fraction and separating the exosomes from the fraction.

일 실시예에 있어서, 상기 폴리머 기반 침전법을 이용하여 상기 분획물로부터 엑소좀을 분리하는 단계는 PEG(polyethylene glycol)를 포함하는 시료를 상기 분획물에 처리하여 상기 분획물로부터 엑소좀을 분리하는 것일 수 있다.In one embodiment, the step of separating exosomes from the fraction using the polymer-based precipitation method may be separating exosomes from the fraction by treating the fraction with a sample containing PEG (polyethylene glycol). .

일 실시예에 있어서, 상기 폴리머 기반 침전법을 이용하여 상기 분획물로부터 엑소좀을 분리하는 단계는 System Biosciences 사의 ExoQuick-TC 시약을 상기 분획물에 처리하여 상기 분획물로부터 엑소좀은 분리하는 것일 수 있다.In one embodiment, the step of isolating exosomes from the fraction using the polymer-based precipitation method may be separating exosomes from the fraction by treating the fraction with ExoQuick-TC reagent from System Biosciences.

본 발명은 전술한 식물 유래 엑소좀 추출 방법에 의해 추출된 식물 유래 엑소좀을 제공한다.The present invention provides plant-derived exosomes extracted by the above-described plant-derived exosome extraction method.

식물 유래 엑소좀 추출 방법에 대해서는 전술하였는 바, 생략하기로 한다.As the plant-derived exosome extraction method has been described above, it will be omitted.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.

실시예Example

1. 초원심분리법(Ultracentrifugation isolation)을 통한 애기장대 및 인삼에서의 세포외소포체 분리1. Isolation of extracellular endoplasmic reticulum from Arabidopsis thaliana and ginseng through ultracentrifugation isolation

(1) 실험 재료 및 방법(1) Experimental materials and methods

실험에 사용한 식물은 야생형 애기장대(Col-0)와 한국 재래 품종인 인삼(자경종)이다. 세포외소포체 분리를 위한 추출물을 제조하기 위해 각각 l g의 4주차 애기장대와 1년차 인삼 뿌리를 샘플로 사용하였다. 각 식물 개체들은 흐르는 물에 반복적으로 세척하였으며, 세척 후 10 mL의 Phosphate-buffered Saline (PBS, pH7.2)와 함께 균질기로 분쇄하여 추출물을 확보하였다. 그 후 애기장대와 인삼 추출물을 정제하기 위해서 각 추출물을 4℃에서 1,000 g으로 10분, 3,000 g으로 20분,10,000 g으로 60분 간 순차적으로 원심 분리하여 세포 잔해를 제거하였다.The plants used in the experiment were wild-type Arabidopsis thaliana (Col-0) and ginseng, a Korean native variety. To prepare an extract for isolation of extracellular endoplasmic reticulum, lg of 4-week-old Arabidopsis thaliana and 1-year-old ginseng root were used as samples, respectively. Each plant was washed repeatedly in running water, and after washing, it was pulverized in a homogenizer with 10 mL of Phosphate-buffered Saline (PBS, pH 7.2) to obtain the extract. Then, to purify the Arabidopsis thaliana and ginseng extracts, each extract was sequentially centrifuged at 4°C for 10 minutes at 1,000 g, 20 minutes at 3,000 g, and 60 minutes at 10,000 g to remove cell debris.

확보한 애기장대와 인삼의 추출물은 150,000 g으로 90분 간 1차적으로 초원심분리하였으며 그 후 침전된 펠렛을 100 μL의 PBS에 희석하여 자당 농도구배별로 분리하였다. 희석한 펠렛은 자당 농도구배를 위해 농도별로(8%/15%/30%/45%/60%) 층을 나눈 초원심분리튜브에 옮긴 후, 초원심분리기를 사용하여 4℃에서 90분 간 150,000 g에서 원심분리하였다(Optima XE-100, Beckman Coulter, USA). 약 1.12-1.20 g/cm3의 밀도에 해당하는 30-45%(w/v) 층의 띠를 채취하여 10 mL의 PBS에 희석하여 동일한 원심분리 조건(150,000 g, 90분, 4℃)에서 원심분리하였고, 최종적으로 남은 세포외소포체 펠렛은 PBS (pH7.2) 100 μL로 희석하여 사용 시까지 -80℃로 초저온상태로 보관하였다. 분리한 세포외소포체는 초저온 투과전자현미경(Cyro-TEM, JEM3200FS, JEOL, USA)을 통한 현미경 이미지 분석을 통해서 형태학적으로 특성화하였다. 또한 NTA(Nanoparticle tracking analysis) 분석을 통해 세포외소포체의 농도, 크기분포, 순도를 측정하여 세포외소포체를 특성화하였다. NTA 분석은 NTA 분석장비 (NanosightNS300™)을 통해 분석하였다.The obtained extracts of Arabidopsis thaliana and ginseng were first ultracentrifuged at 150,000 g for 90 minutes, and the precipitated pellet was then diluted in 100 μL of PBS and separated according to the sucrose concentration gradient. The diluted pellet was transferred to an ultracentrifuge tube divided into layers by concentration (8%/15%/30%/45%/60%) for sucrose concentration gradient, and then ultracentrifuged for 90 minutes at 4°C. Centrifugation was performed at 150,000 g (Optima XE-100, Beckman Coulter, USA). A band of 30-45% (w/v) layer corresponding to a density of about 1.12-1.20 g/cm 3 was collected, diluted in 10 mL of PBS, and centrifuged under the same centrifugation conditions (150,000 g, 90 minutes, 4°C). Centrifugation was performed, and the final remaining extracellular vesicle pellet was diluted with 100 μL of PBS (pH 7.2) and stored in cryogenic conditions at -80°C until use. The isolated extracellular vesicles were morphologically characterized through microscopic image analysis using cryogenic transmission electron microscopy (Cyro-TEM, JEM3200FS, JEOL, USA). In addition, extracellular vesicles were characterized by measuring the concentration, size distribution, and purity of extracellular vesicles through NTA (Nanoparticle tracking analysis) analysis. NTA analysis was performed using NTA analysis equipment (NanosightNS300™).

(2) 실험 결과(2) Experiment results

기존의 세포외소포체 분리 방식인 초원심분리법이 인간의 혈청, 소변 등 다양한 생물유체로부터 사용 및 검증되어 왔고, 식물의 경우 생강, 자몽의 세포외소포체 분리에 있어서 활용되었다. 초원심분리법이 식물 연구의 모델인 애기장대와 대표적 약용식물인 인삼의 세포외소포체 분리에도 효과가 있는지 확인하였다.Ultracentrifugation, a conventional extracellular vesicle separation method, has been used and verified in various biological fluids such as human serum and urine, and in the case of plants, it has been used to separate extracellular vesicles from ginger and grapefruit. It was confirmed whether the ultracentrifugation method is effective in separating extracellular endoplasmic reticulum from Arabidopsis thaliana, a model for plant research, and ginseng, a representative medicinal plant.

각 식물 추출물은 상기 실험방법에 기재된 바와 같이, 세포 잔해를 제거하였고 150,000 g의 원심분리를 통해 세포외소포체를 침전시킨 후 각 세포외소포체를 자당 농도구배 과정을 통해 정제하였다. 분리한 애기장대와 인삼 유래 세포외소포체는 초저온 투과전자현미경을 통해 형태학적으로 특성화한 결과, 구형의 이중막 소포체임을 확인하였다(도 1).As described in the experimental method above, cell debris was removed from each plant extract, extracellular vesicles were precipitated through centrifugation at 150,000 g, and each extracellular vesicle was purified through a sucrose concentration gradient process. The isolated Arabidopsis and ginseng-derived extracellular vesicles were morphologically characterized using cryogenic transmission electron microscopy, and were confirmed to be spherical double-membrane vesicles (Figure 1).

도 1A은 본 실시예에서 사용된 4주 차 애기장대(상단)와 1년 차 인삼(하단)의 이미지로, 흰색 화살촉은 인삼 추출물 생산에 사용된 인삼의 뿌리를 나타낸다(Scale bar= 3 cm). 도 1B는 자당 농도 구배 초원심분리 후 층별로 구분된 애기장대 추출물(상단) 및 인삼 추출물(하단)의 이미지이며, 각 검정 화살촉은 형성된 세포외소포체 띠를 나타낸다. 도 1C 및 도 1D는 각각 본 실시예에서 의해 분리된 애기장대 및 인삼 유래 세포외 소포체의 초저온 투과전자현미경 대표 이미지(도 1C) 및 확대 이미지(도 1D)이며, 각 화살표는 분리된 세포외소포체를 나타낸다. (Scale bar= 100 nm).Figure 1A is an image of 4-week-old Arabidopsis thaliana (top) and 1-year ginseng (bottom) used in this example, and white arrowheads indicate ginseng roots used to produce ginseng extract (Scale bar = 3 cm). . Figure 1B is an image of an Arabidopsis thaliana extract (top) and a ginseng extract (bottom) separated by layer after sucrose gradient ultracentrifugation, and each black arrowhead represents the formed extracellular endoplasmic reticulum band. Figures 1C and 1D are cryogenic transmission electron microscopy representative images (Figure 1C) and enlarged images (Figure 1D) of extracellular vesicles derived from Arabidopsis thaliana and ginseng isolated in this example, respectively, and each arrow represents isolated extracellular vesicles. represents. (Scale bar=100 nm).

초원심분리법을 통해 분리한 애기장대 및 인삼 유래 세포외소포체의 형태학적 특성화뿐만 아니라 NTA 분석을 통해 농도, 크기 분포로 특성화하였다(도 2). 각 1g의 식물체에서 초원심분리법을 통해 분리된 세포외소포체들은 상기 실험방법에 기재한 바와 같이, NTA 분석장비를 통해 샘플 당 3회 촬영한 영상을 측정하여 NTA 분석을 하였고, 산출된 값을 이용하여 애기장대와 인삼의 세포외소포체의 농도와 순도를 비교하였다. 초원심분리를 통해 분리한 애기장대 유래 세포외소포체의 농도는 약 3.96×1012 particles/mL이며, 인삼 유래 세포외소포체는 애기장대 유래 세포외소포체의 약 4.1배인 1.65×1013 particles/mL로 측정되었다. 또한 초원심분리법을 통해 분리한 애기장대 및 인삼 유래 세포최소포체의 추출 순도를 비교하였다. 세포외소포체 추출 순도는 전체 추출한 입자 중 50~150 nm의 크기에 해당하는 소포체의 비율을 측정하여 계산하였다. 50~100 nm 크기에 해당하는 소포체의 농도는 각각 7.14×1012 particles/mL, 2.39×1012 particles/mL였다. 이는 전체 소포체에 대해 각각 75.9%, 34.1%에 해당하며 각 퍼센트 수치는 세포외소포체의 추출 순도를 의미한다.Arabidopsis and ginseng-derived extracellular vesicles isolated through ultracentrifugation were characterized not only in terms of morphology but also in terms of concentration and size distribution through NTA analysis (Figure 2). Extracellular vesicles separated from each 1 g of plant through ultracentrifugation were subjected to NTA analysis by measuring images taken three times per sample using the NTA analysis equipment, as described in the experimental method above, and the calculated values were used. The concentration and purity of extracellular endoplasmic reticulum of Arabidopsis thaliana and ginseng were compared. The concentration of extracellular vesicles derived from Arabidopsis thaliana isolated through ultracentrifugation is about 3.96 It was measured. In addition, the purity of extraction of Arabidopsis and ginseng-derived cytoplasmic vesicles isolated through ultracentrifugation was compared. The purity of extracellular vesicle extraction was calculated by measuring the ratio of vesicles with a size of 50 to 150 nm among all extracted particles. The concentrations of endoplasmic reticulum corresponding to the size of 50~100 nm were 7.14×10 12 particles/mL and 2.39×10 12 particles/mL, respectively. This corresponds to 75.9% and 34.1%, respectively, of the total endoplasmic reticulum, and each percentage figure represents the extraction purity of extracellular endoplasmic reticulum.

도 2A는 본 실시예에서 분리한 애기장대 유래 세포외소포체(상단)와 인삼 유래 세포외소포체(하단)의 NTA 영상 프레임 이미지를 나타낸다. 도 2B는 본 실시예에서 분리한 소포체 입자들의 크기분포와 농도에 양에 대한 선형 그래프를 나타낸 것이다. 도 2B 그래프의 녹색박스는 50-150 nm의 소포체 크기에 해당하는 범위를 나타내며,적색 영역은 3회의 반복 측정에 따른 표준오차를 나타낸다. 도 2C는 본 실시예에서 분리한 애기장대와 인삼 유래 세포외소포체의 농도 정량 비교 그래프(상단)와 순도 비교 그래프(하단)를 나타낸다. 도 2C의 Error bar는 3회 반복측정에 따른 표준오차를 나타내며 별표(*)는 해당샘플과 대조군간의 통계학적으로 유의미한 차이를 나타낸다 (p value < 0.01, t-test).Figure 2A shows NTA video frame images of Arabidopsis-derived extracellular vesicles (top) and ginseng-derived extracellular vesicles (bottom) isolated in this example. Figure 2B shows a linear graph of the size distribution and concentration of the endoplasmic reticulum particles isolated in this example. The green box in the graph of Figure 2B represents the range corresponding to the endoplasmic reticulum size of 50-150 nm, and the red area represents the standard error based on three repeated measurements. Figure 2C shows a graph comparing the quantitative concentration (top) and purity (bottom) of extracellular endoplasmic reticulum derived from Arabidopsis thaliana and ginseng isolated in this example. The error bar in Figure 2C represents the standard error based on three repeated measurements, and the asterisk (*) represents a statistically significant difference between the sample and the control group (p value < 0.01, t-test).

2. ExoQuick-TC™ 방법을 통한 애기장대 및 인삼에서의 세포외소포체 분리2. Isolation of extracellular endoplasmic reticulum from Arabidopsis and ginseng using the ExoQuick-TC™ method

(1) 실험재료 및 방법(1) Experimental materials and methods

애기장대 및 인삼 유래 추출물로부터 대표적인 세포외소포체 분리 시약인 ExoQuick (ExoQuick-TC™, System Biosciences, USA)을 사용하여 세포외소포체를 분리하였다. 다양한 세포외소포체 분리 키트 중 ExoQuick은 대표적인 침전 방식 기반의 세포외소포체 분리 시약이다. 각 식물 추출물을 PBS로 10 mL까지 채운 후, 2 mL의 ExoQuick 시약을 처리하여 충분히 혼합하였다. 혼합된 용액은 세포외소포체 침전을 위해 4℃에서 12시간 이상 세워둔 상태로 냉장 보관 후 1,500 g로 30분 간 원심분리하여 상층액을 제거한 후 침전된 세포외소포체 펠렛을 획득하였다. 추출한 세포외소포체 펠렛은 100 μL의 PBS로 희석하였으며 초저온 투과전자현미경을 통한 현미경 이미지 분석을 통해서 형태학적으로 특성화하였다. 또한 ExoQuick 처리 방법을 통해 분리한 세포외소포체는 NTA 분석을 통해 세포외소포체의 농도, 크기분포, 순도가 계산되었다. NTA 분석은 NTA 분석장비(Nanosight NS300TM)를 통해 분석하였으며 샘플 당 3회 측정된 영상의 평균값을 통해 계산하였다.Extracellular vesicles were isolated from Arabidopsis and ginseng-derived extracts using ExoQuick (ExoQuick-TC™, System Biosciences, USA), a representative extracellular vesicle isolation reagent. Among various extracellular vesicle isolation kits, ExoQuick is a representative precipitation-based extracellular vesicle isolation reagent. Each plant extract was filled with PBS to 10 mL, then treated with 2 mL of ExoQuick reagent and thoroughly mixed. The mixed solution was kept refrigerated at 4°C for more than 12 hours to precipitate extracellular vesicles, then centrifuged at 1,500 g for 30 minutes to remove the supernatant, and then the precipitated extracellular vesicle pellet was obtained. The extracted extracellular vesicle pellet was diluted with 100 μL of PBS and morphologically characterized through microscopic image analysis using cryogenic transmission electron microscopy. In addition, the concentration, size distribution, and purity of extracellular vesicles isolated through the ExoQuick treatment method were calculated through NTA analysis. NTA analysis was performed using NTA analysis equipment (Nanosight NS300 TM ) and calculated through the average value of images measured three times per sample.

(2) 실험결과(2) Experiment results

최근 다양한 용도로 세포외소포체를 분리해 연구할 수 있는 상업용 키트가 다수 출시되고 있으며 이를 이용한 대표적인 세포외소포체 분리 방법으로 중합체 기반 침전 방식(polymer-based exosome precipitation kit)인 ExoQuick 처리법이 있다. 식물 연구의 모델인 애기장대와 대표적 약용 식물인 인삼 추출물을 통해 ExoQuick 처리법이 식물 세포외소포체 추출에 효과가 있는지 기능을 확인하였고 그 농도와 순도를 확인하였다.Recently, a number of commercial kits that can isolate and study extracellular vesicles for various purposes have been released, and a representative method for separating extracellular vesicles using these is the ExoQuick treatment method, a polymer-based exosome precipitation kit. Using Arabidopsis thaliana, a model for plant research, and ginseng extract, a representative medicinal plant, the ExoQuick treatment was confirmed to be effective in extracting plant extracellular endoplasmic reticulum, and its concentration and purity were confirmed.

순차적인 원심분리로 세포 잔해를 제거한 애기장대 및 인삼 추출물은 상기 실험방법과 같이 ExoQuick 시약 처리를 통해 침전된 세포외소포체 펠렛을 획득하였다. 분리한 애기장대 및 인삼의 세포외소포체는 초저온 투과전자현미경을 통해 형태학적으로 특성화한 결과, 구형의 이중막 소포체임를 확인하였다(도 3).Arabidopsis thaliana and ginseng extracts, from which cell debris was removed by sequential centrifugation, were treated with ExoQuick reagent as in the above experimental method to obtain precipitated extracellular vesicle pellets. The isolated extracellular vesicles of Arabidopsis thaliana and ginseng were morphologically characterized through cryogenic transmission electron microscopy, and were confirmed to be spherical double-membrane vesicles (Figure 3).

도 3A는 본 실시예에서 사용된 4주 차 애기장대(상단)와 1년 차 인삼(하단)의 이미지로, 흰색 화살촉은 인삼 추출물 생산에 사용된 인삼의 뿌리를 나타낸다(Scale bar= 3 cm). 도 3B는 ExoQuick 시약 처리를 통해 획득한 세포외소포체 펠렛의 이미지(애기장대(상단) 및 인삼(하단))이며, 각 검정 화살촉은 침전된 세포외소포체 펠렛을 나타낸다. 도 3C 및 도 3D는 각각 본 실시예에서 의해 분리된 애기장대 및 인삼 유래 세포외 소포체의 초저온 투과전자현미경 대표 이미지(도 3C) 및 확대 이미지(도 3D)이며, 각 화살표는 분리된 세포외소포체를 나타낸다. (Scale bar= 100 nm).Figure 3A is an image of 4-week-old Arabidopsis thaliana (top) and 1-year ginseng (bottom) used in this example, where white arrowheads indicate the roots of ginseng used to produce ginseng extract (Scale bar = 3 cm). . Figure 3B is an image of an extracellular vesicle pellet (Arabidopsis (top) and ginseng (bottom)) obtained through ExoQuick reagent treatment, and each black arrowhead represents a precipitated extracellular vesicle pellet. Figures 3C and 3D are cryogenic transmission electron microscopy representative images (Figure 3C) and enlarged images (Figure 3D) of extracellular vesicles derived from Arabidopsis thaliana and ginseng isolated in this example, respectively, and each arrow represents isolated extracellular vesicles. represents. (Scale bar=100 nm).

또한 ExoQuick 처리법을 통해 분리한 식물 유래 세포외소포체는 NTA 분석장비(Nanosight NS300)를 이용한 NTA 분석을 통해 농도, 크기 분포로 특성화하였다(도 4).In addition, plant-derived extracellular vesicles isolated through the ExoQuick treatment method were characterized in terms of concentration and size distribution through NTA analysis using NTA analysis equipment (Nanosight NS300) (Figure 4).

도 4A는 본 실시예에서 분리한 애기장대 유래 세포외소포체(상단)와 인삼 유래 세포외소포체(하단)의 NTA 영상 프레임 이미지를 나타낸다. 도 4B는 본 실시예에서 분리한 소포체 입자들의 크기분포와 농도에 양에 대한 선형 그래프를 나타낸 것이다. 도 4B 그래프의 녹색박스는 50-150 nm의 소포체 크기에 해당하는 범위를 나타내며,적색 영역은 3회의 반복 측정에 따른 표준오차를 나타낸다. 도 4C는 본 실시예에서 분리한 애기장대와 인삼 유래 세포외소포체의 농도 정량 비교 그래프(상단)와 순도 비교 그래프(하단)를 나타낸다. 도 4C의 Error bar는 3회 반복측정에 따른 표준오차를 나타내며 별표(*)는 해당샘플과 대조군간의 통계학적으로 유의미한 차이를 나타낸다 (p value < 0.01, t-test).Figure 4A shows NTA video frame images of Arabidopsis-derived extracellular vesicles (top) and ginseng-derived extracellular vesicles (bottom) isolated in this example. Figure 4B shows a linear graph of the size distribution and concentration of the endoplasmic reticulum particles isolated in this example. The green box in the graph of Figure 4B represents the range corresponding to the endoplasmic reticulum size of 50-150 nm, and the red area represents the standard error based on three repeated measurements. Figure 4C shows a graph comparing the quantitative concentration (top) and purity (bottom) of extracellular endoplasmic reticulum derived from Arabidopsis thaliana and ginseng isolated in this example. The error bar in Figure 4C represents the standard error based on three repeated measurements, and the asterisk (*) represents a statistically significant difference between the sample and the control group (p value < 0.01, t-test).

3. Combined Ultracentrifugation-ExoQuick 방법을 통한 세포외소포체 분리3. Isolation of extracellular endoplasmic reticulum through Combined Ultracentrifugation-ExoQuick method

(1) 실험재료 및 방법(1) Experimental materials and methods

높은 순도의 세포외소포체를 추출하기 위해 초원심분리법에 ExoQuick 처리를 통한 정제법을 결합한 방식의 세포외소포체 추출법(Combined Ultracentrifugation-ExoQuick method)을 통해 애기장대와 인삼에서 세포외소포체를 추출하였다. 각 1g의 애기장대 및 인삼 추출물을 확보하였고, 위 1-(1)에 기재한 방법과 같이 순차적인 원심분리(4℃에서 1,000 g으로 10분, 3,000 g으로 20분,10,000 g으로 60분)를 통해 각 추출물의 세포 잔해와 대형 소포체를 제거하였다. 1차적으로 초원심분리를 통한 세포외소포체 분리를 위하여 150,000 g으로 90분 간 4℃에서 원심분리하였다. 이를 통해 확보한 펠렛은 100 μL의 PBS로 희석한 후 농도별로 층을 나눈 자당 농도구배 튜브(8%/15%/30%/45%/60%)에 동일한 조건(150,000 g, 90분, 4℃)으로 원심분리 후 30-45%(w/v) 자당 층에 생성된 세포외소포체 띠를 수집하였다. 해당 자당층(30-45%)은 세포외소포체에 해당하는 밀도인 약 1.12~1.20 g/cm3의 밀도에 해당하며, 수집한 세포외소포체 띠는 PBS로 10 mL까지 채워 희석하였다. 세포외소포체와 PBS가 혼합된 10 mL의 용액을 2차적으로 정제하기 위해 2 mL의 ExoQuick 시약을 처리하였다. 침전 유도를 위해서 튜브를 세워둔 상태로 4℃에 12시간 냉장보관 후 1,5000 g로 30분 간 원심분리하여 상층액 제거 후 세포외소포체 펠렛을 획득하였다. 세포외소포체 펠렛은 100 μL의 PBS로 희석하였으며 초저온 투과전자현미경을 통한 현미경 이미지 분석을 통해서 형태학적으로 특성화하였다. 다른 분리방법을 통해 분리한 세포외소포체들과 같이 더 구체적인 특성화를 위하여 NTA 분석을 통해 세포외소포체의 농도, 크기분포, 순도를 계산하였다. NTA 분석은 NT 분석장비(Nanosight NS300TM)을 통해 분석하였으며 샘플 당 3회 측정된 영상의 평균값을 통해 계산하였다.In order to extract high purity extracellular vesicles, extracellular vesicles were extracted from Arabidopsis thaliana and ginseng using the Combined Ultracentrifugation-ExoQuick method, which combines ultracentrifugation and purification through ExoQuick treatment. 1 g each of Arabidopsis thaliana and ginseng extracts were obtained, and sequential centrifugation was performed as described in 1-(1) above (1,000 g for 10 minutes, 3,000 g for 20 minutes, and 10,000 g for 60 minutes at 4°C). Cell debris and large endoplasmic reticulum were removed from each extract. First, to separate extracellular vesicles through ultracentrifugation, centrifugation was performed at 150,000 g for 90 minutes at 4°C. The pellet obtained through this was diluted with 100 μL of PBS and then placed in a sucrose concentration gradient tube (8%/15%/30%/45%/60%) divided by concentration under the same conditions (150,000 g, 90 minutes, 4 After centrifugation at ℃), the extracellular endoplasmic reticulum band generated in the 30-45% (w/v) sucrose layer was collected. The sucrose layer (30-45%) corresponds to a density of about 1.12-1.20 g/cm 3 , which is the density corresponding to extracellular endoplasmic reticulum, and the collected extracellular endoplasmic reticulum bands were filled with PBS and diluted to 10 mL. 2 mL of ExoQuick reagent was used for secondary purification of 10 mL of a solution of extracellular endoplasmic reticulum and PBS. To induce precipitation, the tube was left standing and refrigerated at 4°C for 12 hours, then centrifuged at 1,5000 g for 30 minutes to remove the supernatant, and an extracellular vesicle pellet was obtained. The extracellular vesicle pellet was diluted with 100 μL of PBS and morphologically characterized through microscopic image analysis using cryogenic transmission electron microscopy. For more specific characterization, as with extracellular vesicles isolated through other separation methods, the concentration, size distribution, and purity of extracellular vesicles were calculated through NTA analysis. NTA analysis was performed using NT analysis equipment (Nanosight NS300 TM ) and calculated through the average value of images measured three times per sample.

(2) 실험결과(2) Experiment results

세포외소포체 활용 및 응용 연구를 위해서는 소포체 이외의 물질이나 대형 소포체가 아닌 세포외소포체를 대상으로 하는 고순도 세포외소포체 분리 기술을 필요로 한다. 식물에서 세포외소포체를 높은 순도로 분리하기 위해서 초원심분리법과 ExoQuick 처리를 통한 정제법을 결합한 방식의 세포외소포체 추출방법(Combined Ultracentrifugation-ExoQuick method)을 애기장대와 인삼에 적용하였고 기능을 확인하였다. 1차적으로 초원심분리법 수행 후 자당 농도 구배 초원심분리법을 통해 추출한 애기장대 및 인삼 유래 세포외소포체를 2차적으로 ExoQuick 시약 처리를 통해 정제하였다. Combined Ultracentrifugation-ExoQuick 방법을 통해 추출한 애기장대 및 인삼 유래 세포외소포체는 초저온 투과전자현미경을 통해 형태학적으로 특성화한 결과 구형의 이중막 소포체를 확인하여 해당 세포외소포체 분리방법의 기능을 검증하였다. Combined Ultracentrifugation-ExoQuick 방법을 통해 분리한 애기장대 및 인삼 유래 세포외소포체는 형태학적 특성화뿐만 아니라 NTA 분석을 통한 농도, 크기분포 분석으로 특성화하였다(도 5).Research on the use and application of extracellular vesicles requires high-purity extracellular vesicle isolation technology targeting substances other than endoplasmic reticulum or extracellular vesicles rather than large endoplasmic reticulum. In order to isolate extracellular endoplasmic reticulum from plants with high purity, the Combined Ultracentrifugation-ExoQuick method, which combines ultracentrifugation and purification through ExoQuick treatment, was applied to Arabidopsis thaliana and ginseng and its function was confirmed. . Arabidopsis and ginseng-derived extracellular endoplasmic reticulum, which was firstly extracted through ultracentrifugation and then sucrose concentration gradient ultracentrifugation, was secondarily purified by treatment with ExoQuick reagent. Arabidopsis and ginseng-derived extracellular vesicles extracted through the Combined Ultracentrifugation-ExoQuick method were morphologically characterized using cryogenic transmission electron microscopy. As a result, spherical double-membrane vesicles were identified, thereby verifying the function of the extracellular vesicle isolation method. Arabidopsis and ginseng-derived extracellular vesicles isolated through the Combined Ultracentrifugation-ExoQuick method were characterized not only by morphological characterization but also by concentration and size distribution analysis through NTA analysis (Figure 5).

도 5A는 본 실시예에서 분리한 애기장대 유래 세포외소포체(상단)와 인삼 유래 세포외소포체(하단)의 NTA 영상 프레임 이미지를 나타낸다. 도 5B는 본 실시예에서 분리한 소포체 입자들의 크기분포와 농도에 양에 대한 선형 그래프를 나타낸 것이다. 도 5B 그래프의 녹색박스는 50-150 nm의 소포체 크기에 해당하는 범위를 나타내며,적색 영역은 3회의 반복 측정에 따른 표준오차를 나타낸다. 도 5C는 본 실시예에서 분리한 애기장대와 인삼 유래 세포외소포체의 농도 정량 비교 그래프(상단)와 순도 비교 그래프(하단)를 나타낸다. 도 5C의 Error bar는 3회 반복측정에 따른 표준오차를 나타내며 별표(*)는 해당샘플과 대조군간의 통계학적으로 유의미한 차이를 나타낸다 (p value < 0.01, t-test).Figure 5A shows NTA video frame images of Arabidopsis-derived extracellular vesicles (top) and ginseng-derived extracellular vesicles (bottom) isolated in this example. Figure 5B shows a linear graph of the size distribution and concentration of the endoplasmic reticulum particles isolated in this example. The green box in the graph of Figure 5B represents the range corresponding to the endoplasmic reticulum size of 50-150 nm, and the red area represents the standard error based on three repeated measurements. Figure 5C shows a graph comparing the quantitative concentration (top) and purity (bottom) of extracellular endoplasmic reticulum derived from Arabidopsis thaliana and ginseng isolated in this example. The error bar in Figure 5C represents the standard error based on three repeated measurements, and the asterisk (*) represents a statistically significant difference between the sample and the control group (p value < 0.01, t-test).

더 나아가 Combined Ultracentrifugation-ExoQuick 방법(UC+EQ)의 효율을 비교분석하기 위해 NTA 분석을 통해 분리한 애기장대 및 인삼 유래 세포외소포체의 농도, 크기분포, 순도를 분석 후 초원심분리법(UC), ExoQuick 처리법(EQ)을 통해 분리한 애기장대 및 인삼 유래 세포외소포체의 농도와 순도를 정량 비교하였다(도 6). 도 6에서 Error bar는 3회 반복측정에 따른 표준오차를 나타내며 별표(*)는 해당샘플과 대조군간의 통계학적으로 유의미한 차이를 나타낸다 (p value < 0.01, t-test).Furthermore, to compare and analyze the efficiency of the Combined Ultracentrifugation-ExoQuick method (UC+EQ), the concentration, size distribution, and purity of Arabidopsis and ginseng-derived extracellular vesicles isolated through NTA analysis were analyzed, followed by ultracentrifugation (UC), The concentration and purity of extracellular endoplasmic reticulum derived from Arabidopsis thaliana and ginseng isolated through ExoQuick treatment (EQ) were quantitatively compared (Figure 6). In Figure 6, the error bar indicates the standard error based on three repeated measurements, and the asterisk (*) indicates a statistically significant difference between the sample and the control group (p value < 0.01, t-test).

combined Ultracentrifugation-ExoQuick 방법을 통해 추출한 소포체의 농도는 애기장대 유래 세포외소포체는 9.23×1010 particles/mL이며, 인삼 유래 세포외소포체는 1.87×1012 particles/mL로 측정되었다. 이는 초원심분리법을 통해 분리한 소포체 대비 각각 약 19배, 8배 가량 감소된 양이었다. 그러나 순도(전체 소포체 대비 50-150 nm) 크기의 소포체 양)의 경우, 각 99.9±0.1%, 83.3±5.7%로 초원심분리법을 통한 세포외소포체 대비 각각 1.3배, 2.4배 증가하였다.The concentration of endoplasmic reticulum extracted through the combined Ultracentrifugation-ExoQuick method was measured to be 9.23×10 10 particles/mL for Arabidopsis-derived extracellular vesicles and 1.87×10 12 particles/mL for ginseng-derived extracellular vesicles. This amount was reduced by approximately 19 and 8 times, respectively, compared to the endoplasmic reticulum isolated through ultracentrifugation. However, in the case of purity (the amount of endoplasmic reticulum (50-150 nm in size compared to all endoplasmic reticulum)), it was 99.9 ± 0.1% and 83.3 ± 5.7%, respectively, 1.3- and 2.4-fold increases compared to extracellular endoplasmic reticulum through ultracentrifugation.

이러한 결과는 Combined Ultracentrifugation-ExoQuick 방법이 두 방법 대비 식물 세포외소포체를 대상으로 고순도로 균일하게 분리할 수 있는 방법임을 나타내고 있다.These results show that the Combined Ultracentrifugation-ExoQuick method is a method that can uniformly separate plant extracellular endoplasmic reticulum with high purity compared to the two methods.

본 발명은 식물에서 세포외소포체를 높은 순도로 추출하는 방법을 제시하고 있으며, 인삼 뿐만 아니라 다른 식용 및 약용작물에서 세포외소포체를 높은 순도로 분리할 수 있는 원천 기술을 제공하고 있다. 뿐만 아니라 이 초순도 분리 기술은 향후 식물세포체 형성 및 기능 연구에 중요 기반 기술로 활용되리라 기대한다.The present invention proposes a method for extracting extracellular endoplasmic reticulum from plants with high purity, and provides a source technology for isolating extracellular endoplasmic reticulum with high purity from ginseng as well as other edible and medicinal crops. In addition, we expect that this ultra-pure separation technology will be used as an important foundational technology for future research on plant cell body formation and function.

Claims (6)

식물 시료를 1차 초원심분리(ultracentrifugation)하여 엑소좀이 포함된 펠렛을 수득하는 단계;
상기 펠렛을 자당 농도 구배 초원심분리(sucrose density gradient ultracentrifugation)하여 자당 농도가 30%(w/v) 내지 45%(w/v)인 층으로부터 엑소좀이 포함된 분획물을 수득하는 단계; 및
폴리머 기반 침전법(polymer-based precipitation method)을 이용하여 상기 분획물로부터 엑소좀을 분리하는 단계를 포함하는 식물 유래 엑소좀 추출 방법.
Obtaining a pellet containing exosomes by first ultracentrifuging the plant sample;
Subjecting the pellet to sucrose density gradient ultracentrifugation to obtain a fraction containing exosomes from a layer with a sucrose concentration of 30% (w/v) to 45% (w/v); and
A plant-derived exosome extraction method comprising the step of isolating exosomes from the fraction using a polymer-based precipitation method.
청구항 1에 있어서, 상기 식물은 약용 식물인, 식물 유래 엑소좀 추출 방법.
The method of extracting plant-derived exosomes according to claim 1, wherein the plant is a medicinal plant.
청구항 1에 있어서, 상기 식물은 인삼인, 식물 유래 엑소좀 추출 방법.
The method of claim 1, wherein the plant is ginseng.
청구항 1에 있어서, 상기 자당 농도가 30%(w/v) 내지 45%(w/v)인 층의 밀도는 1.12 g/cm3 내지 1.20 g/cm3인, 식물 유래 엑소좀 추출 방법.
The method of claim 1, wherein the density of the layer having a sucrose concentration of 30% (w/v) to 45% (w/v) is 1.12 g/cm 3 to 1.20 g/cm 3 .
청구항 1에 있어서, 상기 엑소좀을 분리하는 단계는 PEG(polyethylene glycol)를 포함하는 시료를 상기 분획물에 처리하여 상기 분획물로부터 엑소좀을 분리하는 것인, 식물 유래 엑소좀 추출 방법.
The method of claim 1, wherein the step of isolating the exosomes involves separating the exosomes from the fraction by treating the sample containing PEG (polyethylene glycol) with the fraction.
청구항 1 내지 5 중 어느 하나의 방법에 의해 추출된 식물 유래 엑소좀.
Plant-derived exosomes extracted by the method of any one of claims 1 to 5.
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