KR900002841B1 - Method for producing of humman insulin by genetic engineering - Google Patents

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    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor

Abstract

In the method, using the synthetic method of solid phosphite the oligonucleotide coding for human insulin A and B was synthesized. From the synthesized oligonucleotides, the genes for A and B chain of insulin was constructed by the shot-gun method. After the E. coli plasmid, pUC19 was opened by the restriction enzyme Sph I and BamH I, and the above constructed gene was inserted by the reaction of DNA ligase. The inserted plasmid was called pSY A and pSY B. The base sequence of pSY A and pSY B was identified by the Sanger's method.

Description

유전공학 기법을 이용한 인체 인슈린의 새로운 유전자 설계 및 이를 이용한 인체 인슈린의 제조New Gene Design of Human Insulin Using Genetic Engineering Technique and Preparation of Human Insulin Using It

제 1 도는 인슈린 A사슬의 펩타이드를 지령하도록 고안한 유전자의 합성 설계도이다.1 is a schematic diagram of a gene designed to command a peptide of the insulin A chain.

제 2 도는 인슈린 B사슬의 펩타이드를 지령하도록 고안한 유전자의 합성 설계도이다.Figure 2 is a schematic diagram of the gene designed to command the peptide of the insulin B chain.

제 3 도는 화학적으로 합성된 올리고뉴클레오타이드들을 인슈린 A사슬 또는 B사슬을 지령하는 유전자로 조립한 후 변성 유전자분리용 플리아크릴아미드 겔 전기영동을 수행하여 확인한 결과이다.FIG. 3 shows the results obtained by assembling chemically synthesized oligonucleotides into genes for insulin A chain or B chain, followed by polyacrylamide gel electrophoresis for denatured gene separation.

제 4 도는 조립된 인슈린 A사슬 또는 B사슬의 유전자를 대장균의 플라스미드 pUC 19에 삽입하여 플라스미드 pSYA 또는 pSYB를 구축하는 과정에 대한 설명도이다.4 is an explanatory diagram illustrating a process of constructing plasmid pSYA or pSYB by inserting the assembled insulin A chain or B chain gene into E. coli plasmid pUC 19.

제 5 도는 플라스미드 pSYA 또는 pSYB 내에 존재하는 인슈린 A사슬 또는 B사슬 유전자를 디데옥시뉴클레오사이드를 이용한 염기배열 결정방법에 따라 확인한 결과중 일부이다.FIG. 5 is a part of the results of confirming the insulin A chain or B chain gene present in the plasmid pSYA or pSYB according to the base sequence determination method using dideoxynucleosides.

제 6 도는 인슈린 A사슬 또는 B사슬 유전자를 베타 갈락토시다아제 프로모터에 직접연결하여 발현되도록 구축된 플라스미드들인 pSYAP 또는 pSYBP를 제조해 나가는 과정에 대한 설명도이다.FIG. 6 is an explanatory diagram of a process for preparing pSYAP or pSYBP, which are plasmids constructed to be expressed by directly connecting an insulin A chain or B chain gene to a beta galactosidase promoter.

제 7 도는 인슈린 A사슬 또는 B사슬 유전자를 베타 갈락토시다아제 유전자의 전반부에 연결하여 융합 단백질로 발현되도록 구축된 플라스미드들인 pAA, pTA, pAB, pTB를 제조해 나가는 과정에 대한 설명도이다.FIG. 7 is an explanatory diagram of a process for preparing pAA, pTA, pAB, and pTB, which are plasmids constructed by connecting the insulin A chain or B chain gene to the first half of the beta galactosidase gene and expressed as a fusion protein.

제 8 도는 인슈린 A사슬 또는 B사슬 펩타이드를 대량 생산하여 대장균내에 축적되어진 봉입체를 현미경으로 관찰한 사진이다(가:발현전, 나:발현후).FIG. 8 is a photograph of microscopic observation of inclusion bodies accumulated in Escherichia coli by mass production of insulin A chain or B chain peptide (A: before expression, B: after expression).

본 발명은 유전공학기법을 이용하여 인체 인슈린을 제조하기 위해서, 인체 인슈린 구조상의 A사슬과 B사슬에 해당하는 유전자를 특이적으로 설계 및 합성된 신규 유전자의 발명과, 이 합성유전자를 미생물 및 동식물세포에 형질전환시킨 후 발현시켜 인슈린을 제조하는 공정을 특징으로 하는 발명에 관한 것이다.The present invention provides a novel gene specifically designed and synthesized genes corresponding to A and B chains in human insulin structure to produce human insulin using genetic engineering techniques, and the synthetic genes are microorganisms and plants and animals. The present invention relates to a process for producing insulin by transforming and then expressing a cell.

인슈린은 췌장의 랑겔한스 섬에 있는 베타 세포에서 분비되는 호르몬으로써 이의 결핍은 당뇨병과 과혈당증을 유발하게 된다. 유전자로부터 제조될 때에는 프리프로인슈린(pre-proinsulin) 형태로 생산되어지지만, B사슬의 아미노 말단에 부착되어진 24개의 아미노산(pre-sequence)이 세포내 망상조직에 의해 제거되어 인슈린의 전구체인 프로인슈린(pro-insulin)으로 만들어진다. 프로인슈린은 21개의 아미노산을 가진 A사슬과 30개의 아미노산을 가진 B사슬 및 이 두 사슬을 연결해 주고 있는 35개 아미노산으로 구성된 C사슬로 짜여져 있는데, 이는 트립신(trypsin)과 성상이 유사한 분해효소에 의해 가순분해되어 C사슬을 유리시킨 후에야, A사슬과 B사슬만을 가진 생리활성상태의 인슈린으로 되어진다.Insulin is a hormone secreted by beta cells on the pancreatic islet of Langelhans, and its deficiency causes diabetes and hyperglycemia. When produced from a gene, it is produced in the form of pre-proinsulin, but 24 amino acids (pre-sequence) attached to the amino terminus of the B chain are removed by intracellular network tissue, which is a precursor of insulin. It is made of (pro-insulin). Proinsulin is composed of the A chain with 21 amino acids, the B chain with 30 amino acids, and the C chain with 35 amino acids connecting the two chains, which are separated by trypsin-like degrading enzymes. Only after quenching and releasing the C chain, it becomes a physiologically active insulin with only A and B chains.

기존의 인슈린 제조공정으로써는 동물에서 유래하는 인슈린을 동물 장기로부터 분리 및 정제하는 것을 포함하고 있다. 모든 동물에 존재하는 인슈린들은 아미노산 배열상 가장 잘 보존되어 있는 단백질 중 하나이기 때문에 이러한 동물 인슈린의 이상적 응용이 가능하지만, 이를 위해서는 동물의 많은 장기를 필요로 하는 복잡한 공정일 뿐만 아니라, 정제된 인슈린에 다른 류의 호르몬이 극미량 혼재할 우려가 있고, 또한 인체 인슈린과 약간 다른 아미노산 배열로 인해 이에 민감한 면역반응을 나타내는 환자에게는 만성적인 병의 원인이 될 수도 있다.Existing insulin production processes include separating and purifying animal insulin derived from animal organs. Insulin, present in all animals, is one of the most conserved proteins in the amino acid sequence, making this ideal application of animal insulin, but this is not only a complex process that requires many organs of the animal, There is a possibility that other types of hormones may be mixed in a very small amount and may also cause chronic illness in patients with immune responses sensitive to human insulin and a slightly different amino acid sequence.

따라서, 이런 문제점들을 해결하기 위해서, 동물 인슈린과 인테 인슈린과의 아미노산 배열이 상이한 곳인 B사슬의 카르복실 말단에 있는 아미노산을 변조하는 방법에 개발되어 공지의 사실이 되어졌다(일본 공개특허 소57-79,898, 일본공개 특허 소60-70,100). 특히 돼지 췌장에서 분리된 이슈린의 B사슬 카르복실 말단에 존재하는 알라닌(alanine)을 특이적인 효소를 이용하여 가수분해한 후, 이를 인체 인슈린의 B사슬 카르복실 말단에 존재하는 쓰레오닌(threonine)으로 대체시키는 공정이 이에 해당한다. 그러나, 효소에 의한 가수분해 및 결합반응의 전환율이 낮을 뿐만 아니라, 동물 인슈린의 재조공정 보다 생산공정이 훨씬 복잡해지는 단점이 있다.Therefore, in order to solve these problems, it has been developed in a method of modulating the amino acid at the carboxyl terminus of the B chain where the amino acid sequence of animal insulin and inteinsulin are different from each other, and it is known. 79,898, Japanese Patent Laid-Open No. 60-70,100). In particular, after alanine (alanine) present in the B chain carboxyl terminal of the isoline isolated from porcine pancreas using a specific enzyme, it is hydrolyzed by a specific enzyme, and then threonine (threonine) at the B chain carboxyl terminal of human insulin Is replaced by However, the conversion rate of the hydrolysis and binding reaction by the enzyme is not only low, but the production process is much more complicated than the production process of animal insulin.

이러한 인체 단백질이나 호르몬을 대량생산하기 위해서 유전자 제조합기술의 도입이 필연적인 것으로 받아들여지듯이 인슈린의 경우에는 이의 유전자를 재조합하므로써 대장균에 의해 대량생산되어질 수 있다는 사실은 이미 공지되어 있다(미국 특허 4,366,246, 일본 공개특허 소 57-163,352). 이러한 유전자 재조합에 이용되는 유전자로써는 인체 프로인슈린을 지령하는 유전자 또는 인체 인슈린 A사슬 및 B사슬만을 지령하는 유전자가 이용되어지고 있으며, 이 유전자들을 운반체인 플라스미드(plasmid)에 삽입시켜 대장균에 형질전환시킨 후, 이를 발현시켜 이에 해당하는 단백질을 대량생산하고 이를 인슈린으로 전환시키는 제조공정이 개발되어져서 알려지게 되었다. 이 중, 인체 프로인슈린의 유전자를 이용한 경우, 대장균에서 생산된 프로인슈린을 인체 인슈린으로 전환시키는 공정이 아직 잘 확립되어져 있지 않는 형편에 있다. 따라서 현재 인체 인슈린 A사슬 및 B사슬의 유전자를 이용하여 이에 해당하는 단백질로써 사슬 및 B사슬의 펩타이드를 대장균에서 대량생산시킨 후, 이 두 사슬들을 화학적인 방법으로 결합시키는 공정이 가장 널리 알려져 오고 있다.It is already known that insulin can be mass-produced by E. coli by recombining its genes, as the introduction of gene synthesis technology is inevitable to mass-produce human proteins or hormones (US Patent 4,366,246). , Japanese Patent Laid-Open No. 57-163,352). Genes used for such gene recombination are genes that command human proinsulin or genes that direct human insulin A and B chains, and these genes are inserted into a plasmid, which is a carrier, to transform E. coli. Later, it became known that a manufacturing process for expressing it and mass-producing the corresponding protein and converting it into insulin was developed. Among these, when the gene of human proinsulin is used, the process of converting the proinsulin produced by Escherichia coli into human insulin is in a situation which is not well established yet. Therefore, the process of mass-producing chain and B-chain peptides in Escherichia coli as a corresponding protein using human insulin A and B chain genes, and then combining the two chains by chemical methods has been most widely known. .

본 발명에서는 이러한 인체 인슈린 A사슬과 B사슬 펩타이드를 미생물 및 동식물세포에서 대량생산시키기 위해서 이를 지령할 수 있는 유전자를 기존의 공지된 것들과 다르게 특유한 DNA배열을 갖도록 설계 및 합성하여 이용하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명에서는 인체 인슈린 A사슬 및 B사슬의 유전자를 설계 및 고안하는데 있어서 몇가지 특이한 사항들을 고려하므로써, 이에 해당하는 특징적인 DNA염기배열을 지닌 신규 유전자들을 합성 및 조립하여 제조하였다.In the present invention, the human insulin A chain and B chain peptides are designed and synthesized so as to have a unique DNA sequence unlike those known in the art for mass production of microorganisms and flora and fauna cells. . That is, in the present invention, considering several specific matters in designing and designing genes of human insulin A and B chains, new genes having a corresponding DNA base sequence were synthesized and assembled.

우선 합성된 유전들을 미생물 및 동식물세포에 도입시키는데 용이하도록 하기 위하여 이들 유전자들의 양말단에 특이한 제한효소의 인식부위나 또는 제한효소에 의한 절단부위의 접합점들을 선정하여 설계하므로써 이들 유전자들을 카셋트화하였다. 즉, 두 사슬 펩타이드들의 아미노 말단에 있으며 펩타이드 생합성 개시부 위인 아미노산 메티오닌(methionine)을 지령하는 유전자 부위에, 제한효소 SphⅠ의 절단부위의 접합점을 설계하므로써, 미생물 및 동식물 유전자에서 메티오닌을 지령하는 부위중 제한효소 SphⅠ 또는 이 효소와 절단부위가 상보적인 제한효소 Nla Ⅲ으로 절단되어질 수 있는 부위에 이들 합성된 유전자들을 대체시킬 수 있도록 하여서, 유전자내 염기암호의 해석단위(reading frame)와 용이하게 일치시킬 수 있도록 하였고, 나아가서 이렇게 대체하여 결합시킨 인체 인슈린 두 사슬들의 유전자들을 단독 펩타이드 또는 융합된 형태의 펩타이드로써 용이하게 발현되도록 하였다. 또한, 두 사슬들의 생합성 종료부위인 정지암호(stop codon) 주위에 제한효소 Dde Ⅰ, SacⅠ, Xho Ⅰ 및 BamH Ⅰ등의 인식부위를 설계하여서, 대체되어지는 유전자내의 여러 제한효소 인식부위들 중 이들 제한효소들이나 또는 이들 제한효소들의 절단부위와 상보적인 접합점을 갖는 제한효소들인 Cvn Ⅰ(Dde Ⅰ), Sal Ⅰ, Ava Ⅰ(Xho Ⅰ), Mbo Ⅰ, Bal Ⅱ, Bcl Ⅰ, Xho Ⅱ(BamH Ⅰ) 등의 절단부위들과 쉽게 결합시킬 수 있도록 하였다. 뿐만 아니라 이러한 목적을 효율적으로 수행하기 위해서, 유전자재조합기술에 의한 인체 인슈린의 대량생산을 위해서 암호염기배열(triplecodon)을 대장균의 암호사용빈도(codon usage)에 일치시켜 온 기존의 공지기술을 탈피하여, 인체내에 존재하는 인슈린 유전자의 염기암호 배열을 그대로 유지시키므로써 어떠한 세포내에서도 발현이 가능하도록 하였다. 단지 이렇게 설계된 인체 인슈린 유전자의 한가닥 단편조각인 올리고뉴클레오타이드(oligonucleotide) 들의 합성에 있어서 문제될 수 있는 연속적인 구아노신(guanosine)이 배열된 곳에서만, 이에 의해 지령될 수 있는 아미노산의 배열에 영향을 주지 않는 범위내에서 염기배열을 조정하였다. 이런 점들을 고려하여 설계 및 고안된 인체 인슈린 A사슬 및 B사슬의 유전자들은 참고도 1 도 및 참고도 2 도와 같다.In order to facilitate the introduction of the synthesized genes into microorganisms and flora and fauna cells, these genes were cassetteized by selecting and designing junctions of restriction sites or restriction sites of restriction enzymes specific to the sock ends of these genes. That is, by designing a junction point of the cleavage site of restriction enzyme Sph I at the gene site that commands amino acid methionine, which is at the amino terminus of the two-chain peptides and at the start of peptide biosynthesis, among the sites that command methionine in microorganisms and plant genes It is possible to replace these synthesized genes at sites that can be cleaved with restriction enzymes Sph I or its cleavage site with complementary restriction enzyme Nla III, so that it can be easily matched to the reading frame of the base code in the gene. In addition, the genes of the human insulin chains thus joined and replaced were easily expressed as a single peptide or a peptide in fused form. In addition, by designing recognition sites such as restriction enzymes Dde I, Sac I, Xho I and BamH I around the stop codon, the end of biosynthesis of the two chains, one of several restriction enzyme recognition sites in the gene to be replaced Restriction enzymes or restriction enzymes with junctions complementary to the cleavage sites of these restriction enzymes Cvn I (Dde I), Sal I, Ava I (Xho I), Mbo I, Bal II, Bcl I, Xho II (BamH I Easily combined with cutting parts such as In addition, in order to efficiently carry out this purpose, it is necessary to break away from the existing publicly known technology that has matched the codon usage of E. coli to the codon usage of E. coli for mass production of human insulin by genetic recombination technology. By maintaining the base code sequence of the insulin gene present in the human body, it was possible to express in any cell. It only affects the sequence of amino acids that can be dictated by the sequence of guanosine, which can be a problem in the synthesis of oligonucleotides, which are single-stranded fragments of the human insulin gene. The base sequence was adjusted within the range. The genes of human insulin A and B chains designed and designed in consideration of these points are the same as those of Fig. 1 and Fig. 2.

본 발명에서는 이와같이 설계된 인체 인슈린의 유전자를 합성 및 조립하기 위하여, 제 1 도 및 제 2 도에서와 같이 A사슬 및 B사슬의 유전자는 각각 6개의 한가닥 단편조각인 올리고뉴클레오타이드로 나누어 화학적으로 합성한 후 이들 단편조각들을 생화학적인 방법에 의해 조립하여 구성하였다. 인체 인슈린의 A사슬 및 B사슬을 지령하도록 설계된 유전자들을 분할시키는데 있어서는, 올리고뉴클레오타이드 자체내 및 각자 상호간의 상보성을 최소화시킬 수 있도록 분할위치를 선정하였고, 또한 일반적인 제한효소의 절단부위의 염기배열수가 4개이므로 이와의 상보적인 중복을 회피하기 위하여 접합점의 염기배열수를 6개가 되도록 하였다. 이렇게 설계되어 합성되어진 인체 인슈린 A사슬 및 B사슬 유전자의 올리고뉴클레오타이드들을 DNA 결합효소(T4 DNA ligase)에 의해 조립하여서 인슈린 사슬 및 사슬의 유전자로 조립하였다.In the present invention, in order to synthesize and assemble the gene of human insulin designed as described above, as shown in FIGS. 1 and 2, the genes of the A chain and the B chain are chemically synthesized after dividing into six oligonucleotides each of 6 fragments. These fragments were assembled by biochemical methods. In dividing genes designed to command the human chain A and B chains, the cleavage positions were selected to minimize complementarity between the oligonucleotide itself and each other. In order to avoid complementary duplication, the base sequence number of the junction was 6. The oligonucleotides of the human insulin A chain and B chain genes thus designed and synthesized were assembled by DNA binding enzymes (T4 DNA ligase) to assemble into insulin chains and chain genes.

본 발명에서는 이렇게 조립되어진 유전자는 미생물 및 동식물세포에 형질전환시키기 위해 DNA 운반체들인 플라스미드(plasmid), 박테리오파지(bacteriophage), 또는 동식물 바이러스(virus)에 결합시킬 수 있다. 여기에서는 우선 대장균의 플라스미드로써 피엘(PL) 프로모터(promoter) 또는 탁(tac) 프로모터를 가지고 있는 pABG(한국 특허출원 14,289,1987년) 또는 pTBG(한국 특허출원 14,287,1987년)에 삽입하였다. 본 발명에서는 인슈린 A사슬 및 B사슬의 유전자들을 그 자체로 발현시키기 위하여 이를 프로모터와 직접 연결을 시도하였으며, 또한 융합단백질(fused protein)로 생산하기 위해서 이들 프로모터와 연결되어 있는 베타 갈락토시다아제(beat glactosidase) 유전자(lacZ)의 전반부와의 연결도 실시하였다. 이렇게 구축한 플라스미드들은 대장균내에의 형질전환을 시도하여 인슈린 각 사슬의 펩타이드들을 생합성하는 것을 확인할수 있었다.In the present invention, the assembled gene may bind to DNA carriers, such as plasmids, bacteriophages, or flora and fauna viruses to transform microorganisms and flora and fauna cells. Here, the plasmid of E. coli was inserted into pABG (Korean Patent Application No. 14,289,1987) or pTBG (Korean Patent Application No. 14,287,1987) having a PL promoter or tac promoter. In the present invention, in order to express the genes of insulin A and B chains by themselves, an attempt was made to directly link them with a promoter, and also beta galactosidase (linked to these promoters to produce a fused protein) Connection with the first half of the beat glactosidase gene (lacZ) was also performed. The plasmids thus constructed were able to confirm the biosynthesis of peptides in each chain by attempting transformation in E. coli.

[실시예 1]Example 1

인체 인슈린 A사슬 및 B사슬을 지령하는 유전자를 구성하는 각 올리고뉴클레오타이드의 화학적 합성 DNA 합성방법중에서 자동화된 고상 포스파이트(phosphite) 합성법을 채택하여, 제 1 도 및 제 2 도와 같이 설계된 인체 인슈린 A사슬 및 B사슬을 지령하는 유전자들을 분합시켜 놓은 DNA 단편조작인 올리고뉴클레오타이드를 각각 합성하였다. 이에 따라 합성방향은 3' 끝에서 5' 끝 방향으로 진행하였다. 이때 처음 염기는 실리카 고상에 부착되어 있는 것을 사용하였고, 그 부착된 염기의 반응크기는 1마이크로몰이었다. 다음의 각 염기를 부착하기 위하여 4가지의 연속적인 화학반응을 진행하였는데, 그 반응들은 탈보호반응(detritylation), 축합반응, 산화반응, 캡핑반응(capping) 들로 구성되어 있었다. 탐보호반응에서는 3%이 염화초산 용액으로 처리하여 5'끝의 수산화기를 노출시켰고, 이때 반응의 부산물로 생성되는 트라이틀(trityl)기의 오렌지색은 실리카 고상에 부착되어진 염기의 양을 나타내어 주었다. 이렇게 탈보호된 염기의 수산화기와 다음 염기의 포스포아미다이트(phosporamidite) 형태를 테트라졸(tetrazole) 존재하에서 반응하여 한 염기를 다음의 한 염기를 부착하는데 이용하였다. 축합반응에서 형성된 염기간 결합은 포스파이트결합이므로 이를 산화시켜서 천연상태의 염기간 결합인 포스페이트(phosphate) 결합으로 변형시켜야 하는데, 이를 위하여 피리딘과 초산의 혼합용매 중에 용해시킨 1%요오드용액을 처리하여 산화시켰다. 또한 축합반응에서 축합되지 않은 염기에서 더이상 반응이 진행되지 않도록 하기 위하여, 앞의 탈보호반응에서 노출되어진 염기의 수산화기를 디메틸 아미노피리딘(dimethylaminopyridine) 존재하에서 무수초산으로 초산화시켜 캡핑하였다. 이러한 과정을 거쳐 한 염기가 부착되어진 고상 실리카는 다시 탈보호반응, 축합반응 산화반응 및 캡핑반응을 반족 진행하여 다음 염기들을 순차적으로 부착시켜 나갔다. 제 1 도와 제 2 도에 따라 인슈린 A사슬 및 B사슬의 유전자를 구성하는 각 올리고뉴클레오타이드의 마지막 염기까지 부착시킨후, 고상 실리카를 회수하여 이를 진한 암모니아수를 이용하여 50℃에서 처리하므로써, 합성된 올리고뉴클레오타이드를 실리카 지지체로 부터 유리시키고 또한 염기간의 포스페이트 결합을 보호했던 메틸기와 아데노신(adenosine) 구아노신(guanosine), 시토신(cyto-sine)의 아미노기를 보호했던 벤조일(benzoyl)기 및 이소부틸기(isobutyl)를 분해 제거시켰다. 이렇게 최종적으로 합성되어진 올리고뉴클레오타이드는 6-15%의 변성유전자분리용 폴리아크릴아미드 겔(denatured polyacrylamide gel) 상에서 전기영동을 수행하여 미반응물들과 분리하고, 이를 다시 셉펙 칼럼(Sep-Pak column)을 이용하여 탈염 정제하였다.Chemical Synthesis of Oligonucleotides Comprising Human Insulin A and B Chain Genes The automated human phosphite synthesis is adopted in the synthetic method of DNA synthesis. And oligonucleotides, which are DNA fragment manipulations in which the genes instructing the B chain are divided, are synthesized. Accordingly, the synthesis direction progressed from the 3 'end to the 5' end. At this time, the first base used was attached to the silica solid phase, the reaction size of the attached base was 1 micromolar. Four consecutive chemical reactions were carried out to attach the following bases. The reactions consisted of detritylation, condensation, oxidation and capping. In the Tam protection reaction, 3% was treated with acetic acid chloride solution to expose the hydroxyl groups at the 5 'end, and the orange color of the trityl group produced as a by-product of the reaction indicated the amount of base attached to the silica solid. The hydroxyl group of the deprotected base and the phosphosamidite form of the next base were reacted in the presence of tetrazole, and one base was used to attach the next one base. Since the base bond formed in the condensation reaction is a phosphite bond, it must be oxidized and transformed into a phosphate bond, which is a natural base bond. For this purpose, a 1% iodine solution dissolved in a mixed solvent of pyridine and acetic acid is treated. Oxidized. In addition, in order to prevent the reaction from proceeding in the non-condensed base in the condensation reaction, the hydroxyl group of the base exposed in the previous deprotection reaction was capped by acetic acid with acetic anhydride in the presence of dimethylaminopyridine. Through this process, the solid silica to which one base was attached was subjected to deprotection reaction, condensation reaction oxidation and capping reaction, and the following bases were sequentially attached. Oligo synthesized by attaching to the last base of each oligonucleotide constituting the genes of the insulin A chain and chain B according to FIGS. 1 and 2, recovering the solid silica and treating it at 50 ° C. using concentrated ammonia water. Benzoyl and isobutyl groups that protected the nucleotides from the silica support and protected the amino groups of adenosine guanosine and cytosine that protected the phosphate bonds between bases ) Was decomposed. The oligonucleotide finally synthesized was subjected to electrophoresis on 6-15% denatured polyacrylamide gel to separate the unreacted materials, and the Sep-Pak column was again separated. Desalination purification.

[실시예 2]Example 2

합성된 올리고뉴클레오타이드로부터 인슈린 A사슬 및 B사슬의 유전자 조립Gene Assembly of Insulin A and B Chains from Synthesized Oligonucleotides

인슈린 A사슬 및 B사슬을 지령하는 유전자들을 제 1 도 및 제 2 도와 같이 각각 6개로 분할시켜 합성한 올리고뉴클레오타이드들은 DNA결합효소(T4 DNA ligase)를 이용한 생화학적 방법에 의해 각 사슬들의 유전자로 조립되었다. 우선 실시예에서 합성된 각 올리고뉴클레오타이드들의 용이한 추적과 정량을 위하여, 설계된 유전자 전체의 5'-말단에 위치하게 될 올리고뉴클레오타이드(제 1 도의 Ⅰ-9과 Ⅰ-13, 제 2 도의 Ⅰ-3과 Ⅰ-8)만을 제외한 모든 올리고뉴클레오타이드들의 5'-말단의 수산기를 방사선 동위원소로 표지하였다. 방사성 동위원소로써는 아데노신 삼인산(adenosine triphosphate ; ATP)의 감마 위치에 질량 32의 인(32p)으로 표지된 것을 사용하였으며, DNA 인산화효소(T4 DNA kinase)를 이용하여 30-40℃에서 1-2시간 반응시켜 아데노신 삼인산의 방사선을 가진 임산기를 각 올리고뉴클레오타이드에 전이시켰다. 이렇게 하여 방사성을 가진 각 올리고뉴클레오타이드은 셉펙 칼럼을 통과시켜 미반응의 아데노신 삼인산을 제거한 후, 방사능을 측정하여 동일량이 되도록 조정하였다. 올리고뉴클레오타이드를 유전자 단위로 조립하는 방법으로써는 블럭(block)식 조리법, 숏건(shot-gun)식 조립법 및 연속식 조립법등이 있는데, 인슈린의 A사슬 및 B사슬의 유전자에서는 길이가 비교적 짧기 때문에, 본 발명에서는 숏건식 조립법을 이용하였다.Oligonucleotides synthesized by dividing the genes that command the insulin A and B chains into six groups as shown in FIGS. 1 and 2 are assembled into genes of the chains by a biochemical method using a DNA binding enzyme (T4 DNA ligase). It became. First, for easy tracking and quantification of each oligonucleotide synthesized in the examples, oligonucleotides (i-9 and i-13 in FIG. 1 and I-3 in FIG. 2) to be located at the 5'-end of the entire designed gene The 5'-terminal hydroxyl groups of all oligonucleotides except for and I-8) were labeled with radioisotopes. The radioisotope was labeled with a phosphorus (32p) with a mass of 32 at the gamma position of adenosine triphosphate (ATP), using a DNA kinase (T4 DNA kinase) for 1-2 hours at 30-40 ° C. In response, a pregnant group with radiation of adenosine triphosphate was transferred to each oligonucleotide. Thus, each radioactive oligonucleotide was passed through a Seppect column to remove unreacted adenosine triphosphate, and then adjusted to the same amount by measuring radioactivity. As a method of assembling oligonucleotides in gene units, there are block recipes, shot-gun assembly methods, and continuous assembly methods. Since the lengths of the A and B chain genes of insulin are relatively short, In the present invention, a shotgun assembly method was used.

위에서 방사능으로 표지된 각 올리고뉴클레오타이드들을 동일량이 되도록 혼합한 후, 방사능으로 표지하지 않고 남겨둔 각 유전자 전체의 5'-말단에 위치하는 올리고뉴클레오타이드들을 첨가하고 100℃에서 2분 이상 가열하여 실온에서 방치하였다. 이 올리고뉴클레오타이드들의 혼합액은 DNA결합효소를 이용한 생화학적 방법에 의해 4-40℃에서 1-50시간 반응시키므로써 인슈린 A사슬 및 B사슬의 유전자로 조립되었다. 최종적으로 조립된 유전자들은 5-10%의 변성유전자분리용 폴리아크릴아미드겔 상에서 전기영동을 수행하고 이를 엑스선 필름에 노출 및 감광시켜 각 사슬들의 유전자 위치를 확인하 후(제 3 도), 겔상에서 이 유전자들에 해당하는 부위만을 절취하여 완충액에 용출해 낸 다음 에탄올에서 침전시켜 이들 유전자만을 정제 회수하였다.Each of the oligonucleotides labeled above with radioactivity was mixed to the same amount, and oligonucleotides located at the 5'-end of each gene left unradioactively were added and heated at 100 ° C. for at least 2 minutes, and left at room temperature. . The mixed solution of oligonucleotides was assembled into genes of the insulin A and B chains by reaction at 4-40 ° C. for 1-50 hours by a biochemical method using a DNA binding enzyme. Finally, the assembled genes were subjected to electrophoresis on 5-10% polyacrylamide gel for denaturation of the degenerate gene, and then exposed and photosensitive to the X-ray film to confirm the gene position of each chain (FIG. 3). Only the regions corresponding to these genes were cut out, eluted in buffer, and precipitated in ethanol to recover only these genes.

[실시예 3]Example 3

조립된 인슈린 A사슬 및 B사슬 유전자들의 플라스미드내로의 삽입 및 삽입된 플라스미드를 이용한 대장균의 형질전환Insertion of the assembled insulin A and B chain genes into plasmids and transformation of E. coli using the inserted plasmids

대장균의 플라스미스(plasmid)인 pUC 19를 제한효소 SphI과 BamH I으로 개열시킨 후 여기에 인슈린 A사슬 또는 B사슬의 유전자를 대체하여 삽입하였다. 제한효소 Sph I과 BamHI을 동시에 첨가하고 30-40℃에서 30분 내지 2시간 반응시켜 플라스미드 pUC 19를 분해 개열시킨 후 페놀(phenol) 및 클로로포름(chloroform)으로 불순물을 추출 제거하고 에탄올을 침전시켜 정제 회수한 플라스미드 단편에, 실시예 2에서 조립 정제한 인슈린 A사슬 및 B사슬의 유전자를 2-10배량을 첨가하고 4-40℃에서 2-40시간 동안 DNA 결합효소 존재하에 반응 결합시켜 삽입하였다. 제 4 도에서와 같이, 이렇게 제조된 플라스미드중 인슈린 A사슬의 유전자가 플라스미드 pUC 19에 삽입 대체되어진 플라스미드는 pSYA로, 인슈린 B사슬의 유전자가 삽입 대체되어진 플라스미드는 pSYB로 각각 명명하였다.PUC 19, a plasmid of Escherichia coli, was cleaved with restriction enzymes SphI and BamH I and inserted into the A- or B-chain gene. Restriction enzymes Sph I and BamHI were added at the same time and reacted for 30 minutes to 2 hours at 30-40 ° C. to decompose and cleave plasmid pUC 19, extract impurities with phenol and chloroform, and precipitate and purify ethanol. To the recovered plasmid fragment, 2-10-fold genes of the insulin A chain and the B chain assembled and purified in Example 2 were added, and then reacted and inserted in the presence of a DNA binding enzyme at 4-40 ° C. for 2-40 hours. As shown in Figure 4, the plasmid in which the gene of insulin A chain was inserted and replaced in plasmid pUC 19 of the plasmid thus prepared was named pSYA, and the plasmid in which the gene of insulin B chain was inserted and replaced was named pSYB, respectively.

인슈린 A사슬 또는 B사슬의 유전자가 삽입하여 대체되어진 플라스미드 pSYA 또는 pSYB는 대장균 균주 JM103(Esch-erichiacoliJM103)에 형질전환시킨 후, 선별용 배지에서 이들 플라스미드를 가진 대장균을 선별 분리하였다. 형질전환을 하기 위해서는 하나한(D. Hanahan)에 의해 공지된 방법(DNA Cloning, 제 1 권, 109쪽-135쪽, 1985년판)을 사용하였다. 대장균 플라스미드 pUC 19에 인슈린 A사슬 또는 B사슬의 유전자가 삽입되면 베타 갈락토시다아제(beta-galactosidase)의 유전자가 불활성화된다는 사실을 바탕으로하여, 배지 1밀리리터 당 5-100마이크로그램의 암피실린(ampici-llin)과 0.01-1.0밀리몰의 이소프로 필티오갈락토피라노사이드(isopropyl-thiogalactopyrano-side ; IPTG)및 0.001-0.01%의 5-브로모-4-크로로-3-인몰딜-갈락토피라노사이드(5-bromo-4-chloro-3-indolyl-galactopyranoside ; X-gal)을 가진 엘비(LB) 배지를 선별용 배지로 하여 흰색 군락을 형성하는 대장균을 분리 선별해내었다. 이렇게 선별 분리한 대장균 균주로부터 공지의 방법에 따라 플라스미드를 분리 정제하고, 이를 제한효소 EcoR I, BamH I, Hind III, Pvu II 등으로 분해하여 인슈린 A사슬 또는 B사슬의 유전가가 원하는 위치에 원하는 방향으로 삽입되어진 플라스미드 pSYA 또는 pSYB인지 여부를 확인하였다.Plasmids pSYA or pSYB replaced by inserting the genes of the insulin A chain or B chain were transformed into E. coli strain JM103 (Esch-erichiacoli JM103), and then, E. coli carrying these plasmids were selected and separated from the selection medium. For transformation, a method known by D. Hanahan (DNA Cloning, Vol. 1, pp. 109-135, 1985 edition) was used. Based on the fact that the gene of the insulin A chain or B chain is inserted into the E. coli plasmid pUC 19, the beta galactosidase gene is inactivated, and thus 5-100 micrograms of ampicillin per milliliter of the medium ( ampici-llin), 0.01-1.0 mmol of isopropyl-thiogalactopyrano-side (IPTG) and 0.001-0.01% 5-bromo-4-chloro-3-inmolyl-gal Escherichia coli forming white colonies was isolated by using LB medium containing lactopyranoside (5-bromo-4-chloro-3-indolyl-galactopyranoside; X-gal) as a selection medium. Thus, the plasmid is isolated and purified from the E. coli strains selected according to a known method, and then digested with restriction enzymes EcoR I, BamH I, Hind III, Pvu II, etc., to the desired direction at the desired position of the insulin chain A or B chain. It was confirmed whether the plasmid pSYA or pSYB inserted into.

[실시예 4]Example 4

플라스미드 pSYA 또는 pSYB에 삽입되어 있는 인슈린 A사슬 또는 B사슬 유전자의 염기배열 확인Identification of the base sequence of the insulin A chain or B chain gene inserted into the plasmid pSYA or pSYB

플라스미드 pSYA 또는 pSYB내에 인슈린 A사슬 및 B사슬 유전자가 삽입되어 있는 위치 주변의 염기배열을 가진 올리고뉴클레오타이드들(5'-ACAACGTCGT GACTGGGAAAACCC-3' 5'-GCTATGAC CATGATTACGCCA-3')을 프라이머(primer)로 하여, 생거(F.Sanger) 등에 의해 공지되어진 디데옥시뉴클레오사이드(dideoxyuncleoside)를 이용하는 염기배열 결정법(Proceedings of National Academic Science, USA, 제 74권, 5,463쪽, 1977년판)에 따라, 삽입되어진 인슈린의 A사슬 또는 B사슬 유전자내의 염기배열을 확인하였다, 실시예 3에서 정제한 플라스미드 pSYA 또는 pSYB를 가성화소다토 변성시킨 후, DNA중합효소(DNA poymerase I, Klenow frgment)의 존재하에 데옥시뉴클레오사이드 삼인산(deoxynucleoside triphosphate ; ddNTP)와 디데옥시뉴클레오사이드 삼인산(dideoxyn- uclesoide triphosphate ; dNTP)의 혼합액을 첨가시켜 DNA의 길이 신장을 중간에 타단시키는데, 이때 반응물을 방사성원소로 표지하기 위해 데옥시아데노신 삼인산(deoxyunclesoide triphosphate ; dATP)의 알파 위치에 질량 32의 인(32p)으로 표지된 것을 사용하였다. 이렇게 중합반응에 의해 반응된 반응물을 5-10%의 변성유전자 분리용 폴리아크릴아미드겔 상에서 전기영동하고, 이 겔을 엑스선 필름에 노출 및 감광시켜 각 밴드의 위치에 따라 염기배열을 결정하였다. 제 5 도는 플라스미드 pSYA 또는 pSYB에 삽입되어 있는 인슈린 A사슬 또는 B사슬 유전자의 염기배열을 결정한 것 중 일부로써, 실시예 1에서 고안 및 설계한 것과 동일한 것을 알 수 있었다Oligonucleotides (5'-ACAACGTCGT GACTGGGAAAACCC-3 '5'-GCTATGAC CATGATTACGCCA-3') having a nucleotide sequence around the position where the insulin A chain and B chain genes are inserted in the plasmid pSYA or pSYB are used as primers. Inserted insulin according to the method of determination of nucleotide sequence using a dideoxyuncleoside known by F. Sanger et al. (Proceedings of National Academic Science, USA, Vol. 74, pp. 5,463, 1977). The nucleotide sequence in the A-chain or B-chain gene of was confirmed. After denatured plasmid pSYA or pSYB purified in Example 3, and denatured in the presence of DNA polymerase (DNA poymerase I, Klenow frgment) DNA elongation was extended by adding a mixed solution of deoxynucleoside triphosphate (ddNTP) and dideoxynucleoside triphosphate (dNTP). In other words, a label labeled with phosphorus (32p) with a mass of 32 at the alpha position of deoxyunclesoide triphosphate (dATP) was used to label the reaction with radioactive elements. The reactants reacted by the polymerization reaction were electrophoresed on polyacrylamide gel for 5-10% separation of the modified gene, and the gel was exposed to and exposed to an X-ray film to determine the base sequence according to the position of each band. 5 is a part of determining the nucleotide sequence of the insulin A chain or B chain gene inserted into the plasmid pSYA or pSYB, it can be seen that the same as designed and designed in Example 1

[실시예 5]Example 5

인슈린 A사슬 및 B사슬 펩타이드의 생산을 위해 유전자 발현이 용이하도록 조작된 플라스미드 구축 및 이들의 대장균내에서의 발현Plasmid Construction Engineered for Easy Gene Expression and Production in Escherichia Coli for Production of Insulin A and B Chain Peptides

인슈린 A사슬 또는 B사슬의 유전자를 대장균내에서 발현시키기 위해서는, 이들 유전자가 강한 프로모터(promoter)에 연결되어져야 하고, 더구나 융합단백질로 생산하고자 할 때에는 유전자상의 해석단위가 일치하여야 하며, 또한 유전자산물의 생산을 최대화하기 위해서는 유전자 발현이 유도되어질 수 있어야 한다.To express the genes of insulin A chain or B chain in Escherichia coli, these genes must be linked to strong promoters, and furthermore, when the fusion protein is to be produced, the unit of interpretation of the genes must be identical, and the gene product In order to maximize production, gene expression must be able to be induced.

우선 인슈린 A사슬 및 B사슬의 유전자 그 자체를 발현시키기 위해서는 이미 베타 갈락토시다아제의 프로모터와 이미 연결되어진 실시예 3에서 구축한 플라스미드 pSYA 또는 pSYB를 해석단위가 일치하도록 조작하였다. 즉, 이들 플라스미드들을 제한효소 HindIII로 가수분해 한 후, 이를 또다른 제한효소인 NlaIII로 약하게 부분가수분해시키고 아가로즈 겔상에서 원래의 플라스미드와 같은 부위의 플라스미드를 용출하였다. 이렇게 얻은 플라스미드 조각을 다시 DNA결합효소의 존재하에서 결합시키고 대장균 균주 JM 109에 도입시킨 다음, 플라스미드들을 분리하여 제한효소 Hind III의 인식부위를 상실한 것을 선별하였다. 이와 같이 하여 플라스미드 pSYA 또는 pSYB에서 19개의 염기쌍을 상실하고 다시 결합되어진 플라스미드를 각각 pSYAP 또는 pSYBP하고 명명하였다(제 6 도).First, in order to express the genes of the insulin A and B chains, the plasmid pSYA or pSYB constructed in Example 3, which was already linked to the promoter of beta galactosidase, was manipulated to match the interpretation units. That is, these plasmids were hydrolyzed with restriction enzyme HindIII, and then partially hydrolyzed with another restriction enzyme NlaIII and eluted plasmid at the same site as the original plasmid on agarose gel. The plasmid fragment thus obtained was bound again in the presence of DNA binding enzyme, introduced into E. coli strain JM 109, and the plasmids were separated to select that the recognition site of restriction enzyme Hind III was lost. This resulted in the loss of 19 base pairs in the plasmid pSYA or pSYB and the rebound plasmids named pSYAP or pSYBP, respectively (Fig. 6).

또한, 플라스미드 pASl을 제한효소 Pst I과 BamH I으로 개열시켜 분리한 피엘(PL)프로모터를 가진 단편과 플라스미드 pORFl을 Pst I과 BamH I 두 제한효소로 개열해 얻는 베타갈락토시다아제 유전자(lacZ)를 포함하고 있는 단편을 DNA결합효소로 연결시켜 제조한 플라스미드 pABG(한국 특허출원 14,287,1987년)와, 플라스미드 pT-6를 제한효소 Pst I과 Sal I로 개열시켜 탁(Tac)프로모터 영역을 지닌 단편을 분리하여 위의 플라스미드 pABG를 제한효소 Pst I과 Sal I로 개열시켜 얻은 베타 갈락토시다아제 유전자 영역부위를 가진 단편과 DNA결합효소 존재하에서 연결 제조한 플라스미드 pTBG(한국 특허출원 14,289,1987년)를 융합된 형태의 유전자 발현용 운반체로 사용하였다.In addition, the beta galactosidase gene (lacZ) obtained by cleaving the plasmid pORFl by the restriction enzymes Pst I and BamH I and the plasmid pORFl by cleavage by the two restriction enzymes Pst I and BamH I Plasmid pABG (Korean Patent Application No. 14,287,1987) prepared by linking a fragment containing a DNA binding enzyme and plasmid pT-6 with the restriction enzymes Pst I and Sal I and having a Tac promoter region. The plasmid pTBG prepared by linking the fragment with the beta galactosidase gene region obtained by cleaving the plasmid pABG by restriction enzymes Pst I and Sal I by separating the fragments in the presence of DNA binding enzyme (Korean Patent Application No. 14,289,1987) ) Was used as a carrier for gene expression in fused form.

베타 갈락토시다아제와 융합된 형태의 인슈린 A사슬 또는 B사슬 펩타이드를 생산하기 위해서는 인슈린의 각 사슬의 유전자를 베타 갈락토시다아제 유전자내에 결합시켜야 하는데, 이 때에는 플라스미드 pABG 또는 pTBG를 제한효소 BamH I과 Ava I으로 가수분해하여 1,327개의 염기쌍을 가진 베타 갈락토시다아제 유전자의 전반부를 절단 및 분리해낸 후, 이를 다시 제한효소 Nla III로 부분가수분해하여 1,076개의 염기쌍을 지닌 유전자 단편을 분리 제조하였다. 또한 실시예 3에서 제조한 플라스미드 pSYA 또는 pSYB에 존재하는 인슈린 A사슬 또는 B사슬 유전자는 제한효소 Hind III와 Sst I으로 가수분해하고 이를 다시 제한효소 Nla III로 가수분해하여 실시예 2에서 조립한 형태로 분리해 내었다. 이와같이 하여 얻은 피엘 프로모터 또는 탁 프로모터의 지배를 받는 베타 갈락토시다아제 유전자의 전반부를 내포하고 있는 단편들은 DNA결합효소의 존재하에 위에서 분리한 인슈린 각 사슬들의 유전자와 결합시키고, 결합된 유전자 단편들을 분리해내었다. 이렇게 조립 및 분리된 유전자 단편들은 대장균내에서 복제 및 발현시키기 위해서 DNA결합효소를 이용하여 원래의 플라스미드인 pABG 또는 pTBG내에 삽입하였는데, 이 경우 제한효소 BamH I과 Sst I으로 가수분해하여 얻은 플라스미드 pABG 또는 pTBG는 큰 단편내에 삽입하였으며, 이때 인슈린 A사슬의 유전자가 십입된 플라스미드들은 각각 pAA, pTA로 명명하였고, 인슈린 B사슬의 유전자가 삽입된 플라스미드들은 pAB, pTB로 각각 명명하였다(제 7 도).In order to produce the insulin A chain or B chain peptide fused with beta galactosidase, the gene of each chain of insulin must be combined into the beta galactosidase gene, in which case the plasmid pABG or pTBG is restricted to the restriction enzyme BamH I. After hydrolysis with and Ava I, the first half of the beta galactosidase gene having 1,327 base pairs was cleaved and separated, and then partially hydrolyzed with restriction enzyme Nla III to separate and prepare a gene fragment having 1,076 base pairs. In addition, the insulin A chain or B chain gene present in the plasmid pSYA or pSYB prepared in Example 3 was hydrolyzed by restriction enzymes Hind III and Sst I and hydrolyzed by restriction enzyme Nla III to assemble in Example 2 Separated out. The fragments containing the first half of the beta galactosidase gene dominated by the Piel promoter or Tak promoter thus obtained are combined with the genes of the respective insulin chains separated above in the presence of DNA binding enzyme, and the bound gene fragments are separated. I did it. The fragments thus assembled and isolated were inserted into the original plasmid pABG or pTBG using DNA binding enzymes for replication and expression in Escherichia coli. In this case, the plasmid pABG obtained by hydrolysis with restriction enzymes BamH I and Sst I or pTBG was inserted into a large fragment, wherein the plasmids into which the insulin A chain gene was inserted were named pAA and pTA, respectively, and the plasmids into which the insulin B chain gene was inserted were named pAB and pTB, respectively (FIG. 7).

이상의 플라스미드 구축을 위한 과정에 이용되어진 제한 효소들의 반응에서는 DNA 1마이크로그램당 0.1-50단위를 사용하여 30-40℃에서 30분-2시간 실시하였으며, 이로 인해 생성된 유전자 단편들의 분리에는 아가로즈 겔(agarose gel)에서 전기영동 후 용출(electroelution) 방법에 따랐고, 이들 유전자 단편들의 연결을 위해서는 DNA결합효소를 DNA 1마이크로그램당 1-50단위를 사용하여 4-40℃에서 10-100시간 동안 반응시켰다. 이렇게 얻어진 플라스미드들은 실시예 3에서와 같이 대장균 균주 JM 109에 형질전환시킨 후 흰색 군락을 형성하는 형진전활균주를 분리하고 이들 균주들에 도입되어진 플라스미드들을 분리 정제한 뒤 이들 플라스미드를 수종의 제한효소들로 가수분해하여 원하는 유전자가 원하는 위치에 삽입되어져 있는지를 확인하였다. 특히 pSYAP와 pSYBP 플라스미드의 경우에는 제한효소 Hind III의 인식부위의 상실 여부를 확인하였고, 플라스미드 pAA, pTA, pAB, 그리고 pTB의 경우는 제한효소 Ava I의 인식부위의 상실 여부를 확인하였다. 제 8 도는 이렇게 구축되어진 플라스미드들에 의해 인슈린 A사슬 및 B사슬의 펩타이드들이 대장균내에 생산되어져서 봉입체(inclusion body)를 형성하고 있음을 보여주고 있다.In the reaction of the restriction enzymes used in the above plasmid construction process, 0.1-50 units per microgram of DNA was carried out at 30-40 ° C. for 30 minutes to 2 hours. Electrophoresis was performed after electrophoresis on the gel (agarose gel), and for the ligation of these gene fragments, DNA binding enzymes were used at 1-40 units per microgram of DNA for 10-100 hours at 4-40 ° C. Reacted. The plasmids thus obtained were transformed into Escherichia coli strain JM 109 as in Example 3, followed by isolation of the proliferative strains forming a white colony, separation and purification of the plasmids introduced into these strains, and then the plasmids of several restriction enzymes. Hydrolysis was performed to confirm whether the desired gene was inserted at the desired position. In particular, in the case of pSYAP and pSYBP plasmids, the recognition sites of restriction enzyme Hind III were identified. In the case of plasmids pAA, pTA, pAB, and pTB, the recognition sites of restriction enzyme Ava I were confirmed. FIG. 8 shows that the peptides of the chains A and B of insulin were produced in Escherichia coli by the plasmids thus constructed to form an inclusion body.

[실시예 6]Example 6

유전공학적 방법으로 구축된 대장균으로부터 인슈린 A사슬 및 B사슬 펩타이드의 분리 및 인체 인슈린에로의 조립Isolation of Insulin A and B Chain Peptides from E. Coli Constructed by Genetic Engineering and Assembly into Human Insulin

실시예 5에서 구축한 플라스미드 pYAP, pAA, pTA(인슈린 A 사슬 유전자를 도입한 플라스미드), pSYBP, pAB, pTB(인슈린 B사슬 유전자를 가진 플라스미드)들로 형질 전환된 대장균을 암피실린(ampicillin)을 밀리리터당 5-100마이크로그램을 첨가한 엘비(LB) 배지에 접종하고 37℃에서 통기배양한 후 공지된 방법(일본공개특허 소 57-163,352)에 따라 인슈린 A사슬 또는 B사슬을 대장균내의 봉입체로부터 각각 분리 정제해내고, 이들 두사슬을 공지된 방법(미국특허 4,421,685)에 따라 디설피드(disulfide) 결합을 형성시켜 최종적으로 인체 인슈린을 제조하였다. 이렇게 만들어진 인체 인슈린은 고속액체 크로마토그래피(high performance liquid chromatography)에서 분석해본 결과 인슈린 표준품과 동일한 크로마토그램(chromatogram)을 보여주었다. 이때 이용한 분석조건으로는 50릴리몰의 초산나트륨(완충액 (pH7.0)에 20-50%의 이소프로판올(isopropanol)을 분당 0.5%의 농도경사로 주입하면서 분당 2밀리리터의 속도로 유출하였다.Escherichia coli transformed with plasmids pYAP, pAA, pTA (plasmid having an insulin A chain gene), pSYBP, pAB, and pTB (plasmid having an insulin B chain gene) constructed in Example 5 were loaded with ampicillin. Inoculated in Elbi (LB) medium added 5-100 micrograms per liter, and incubated at 37 ° C., and then the insulin A chain or B chain was isolated from the inclusion body in Escherichia coli according to a known method (Japanese Patent Publication No. 57-163,352). After separation and purification, these two chains were formed to form disulfide bonds according to a known method (US Pat. No. 4,421,685) to finally prepare human insulin. The human insulin thus produced was analyzed by high performance liquid chromatography and showed the same chromatogram as the insulin standard. As the analysis conditions used at this time, 50-50 mol of sodium acetate (buffer (pH 7.0) 20-50% isopropanol (isopropanol) was injected at a concentration of 0.5% per minute while flowing out at a rate of 2 milliliters per minute.

Claims (19)

인체 인슈린의 A사슬을 지령하도록 설계된 유전자로써 양 말단에 제한효소들의 절단부위와 똑같은 접합점을 갖게하여 이를 카셋트화 하므로써 유전자의 삽입 및 발현을 용이하도록 하는 것과, 5'-말단에 제한효소 Sph I의 절단부위와 동일한 접합점을 갖으며, 3'-말단에 제한효소 Xho I과 BaMH I의 인식부위를 갖고 있으며, 인슈린 A사슬을 지령하는 유전자의 염기배열이 인체내에 존재하는 인슈린 유전자의 염기배열과 동일한 배열을 지니도록 하는 것을 특징으로 하는 유전자.The gene is designed to command the human chain A of human insulin and has the same junction point as the cleavage site of restriction enzymes at both ends to facilitate the insertion and expression of the gene by cassetteization, and the restriction enzyme Sph I at the 5'-end. It has the same junction point as the cleavage site, has a recognition site of restriction enzymes Xho I and BaMH I at the 3'-end, and the base sequence of the gene which commands the insulin A chain is the same as the base sequence of the insulin gene in the human body. Gene characterized in that it has an array. 제 1 항의 신규 유전자를 규성하고 있는 합성 올리고뉴클레오타이드들인 5'-GGC ATT GTG GAA CAA TGC TGT ACC AGC ATC TGC TCC-3', 5'-CTC TAC CAG CTG GAG AAC TAC TGC AAC TAG-3', 5'-TGA GCA CGA G-3', 5'-GAT GCT GGT ACA GCA TTG TTC CAC AAT GCC CAT G-3', 5'-GCA GRA GTT CTC CAG CTG GTA GAG GGA GCA-3', 5'-GA TCC TCG AGC TCA CTA CTT-3'5'-GGC ATT GTG GAA CAA TGC TGT ACC AGC ATC TGC TCC-3 ', 5'-CTC TAC CAG CTG GAG AAC TAC TGC AAC TAG-3', 5 '-TGA GCA CGA G-3', 5'-GAT GCT GGT ACA GCA TTG TTC CAC AAT GCC CAT G-3 ', 5'-GCA GRA GTT CTC CAG CTG GTA GAG GGA GCA-3', 5'-GA TCC TCG AGC TCA CTA CTT-3 ' 인체 인슈린의 B사슬을 지령하도록 설계된 유전자로써 양 말단에 제한효소들의 절단부위와 똑같은 접합점을 갖게하여 이를 카셋트화 하므로써 유전자의 삽입 및 발현이 용이하도록 되며, 5'-말단에 제한효소 Sph I의 절단부위와 똑같은 접합점을 갖고 있으며, 3'-말단에 제한효소 Dde I, SacI, Xho I, 그리고 BamH I의 인식부위를 갖으며, 인슈린 B사슬을 지령하는 유전자의 염기배열이 인체에 존재하는 인슈린 유전자와 동일한 배열을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 유전자.It is a gene designed to command human chain B chain of human insulin, and it has the same junction point as the cleavage site of restriction enzymes at both ends, so that it can be inserted and expressed by the cassette, and the restriction enzyme Sph I is cleaved at 5'-end. Insulin gene having the same junction point as the site, the recognition sites of restriction enzymes Dde I, SacI, Xho I, and BamH I at the 3'-end, and the nucleotide sequence of the gene that commands the insulin B chain Gene to have the same arrangement as. 제 3 항의 신규 유전자를 구성하고 있는 합성 올리고뉴클레오타이드들인 5'-TTT GTG AAC CAA CAC CTG TGC GGC TCA CAC CTG GTG GAA GCT CTC-3', 5'-TTC CAC CAG TGA GCC GCA CAG GTG TTG GTT CAC AAA CAT G-3', 5'-TAC CTA GTG TGC GGG GAA CGA GGC TTC TTC TAC ACA CCC AAG ACC-3', 5'-GGG TGT GTA GAA GAA GCC TCG TTC CCC GCA CAC TAG ATG GAG AGC-3', 5'-TGA GCT CGA G-3', 5'-GA TCC TCG AGC TCA GGT CTT-3'.5'-TTT GTG AAC CAA CAC CTG TGC GGC TCA CAC CTG GTG GAA GCT CTC-3 ', 5'-TTC CAC CAG TGA GCC GCA CAG GTG TTG GTT CAC AAA CAT G-3 ', 5'-TAC CTA GTG TGC GGG GAA CGA GGC TTC TTC TAC ACA CCC AAG ACC-3', 5'-GGG TGT GTA GAA GAA GCC TCG TTC CCC GCA CAC TAG ATG GAG AGC-3 ', 5'-TGA GCT CGA G-3 ', 5'-GA TCC TCG AGC TCA GGT CTT-3'. 제 1 항의 유전자 또는 제 3 항의 유전자를 플라스미드내 발현 프로모터와 직접 연결하여 인슈린 A 사슬 또는 B사슬 펩타이드자체를 생산할 수 있도록 조작된 플라스미드와, 발현 프로모터가 베타 갈락토시다아제의 프로모터로 되는 것을 특징으로 하는 플라스미드.A plasmid engineered to directly connect the gene of claim 1 or the gene of claim 3 with an expression promoter in the plasmid to produce an insulin A chain or B chain peptide itself, and the expression promoter is a promoter of beta galactosidase. Plasmid. 제한 효소 BamH I과 Sst I으로 가수분해하여 얻은 플라스미드 PABG 또는 PTBG의 큰 단편내에 인슈린 A사슬의 유전자가 플라스미드 PUC 19에 삽입된 플라스미드 PSYAP와 B사슬의 유전자가 대체된 PSYBP.Plasmid PSYAP in which the gene of insulin A chain was inserted into plasmid PUC 19 in the large fragment of plasmid PABG or PTBG obtained by hydrolysis with restriction enzymes BamH I and Sst I. 제 6 항의 플라스미드를 갖도록 형질전환된 대장균 균주.E. coli strain transformed to have the plasmid of claim 6. 제 7 항의 대장균을 배양한 배양액으로부터 각각 인슈린 A사슬 펩타이드와 인슈린 B사슬 펩타이드를 추출 분리해낸 다음, 이들 두사슬의 펩타이드를 디설피드결합으로 연결시켜 인체 인슈린을 제조하는 방법.A method for producing human insulin by extracting and separating the insulin A chain peptide and the insulin B chain peptide from the culture medium of E. coli culture according to claim 7, and then connecting the two chain peptides by disulfide bonds. 제 1 항에 신규 유전자를 융합단백질로 발현시키기 위하여 이미 발현되어진 단백질의 유전자에 해석단위를 맞추어서 결합시키는 방법으로 인슈린 A사슬의 펩타이드를 생산하게 끔 조작된 플라스미드.The plasmid engineered to produce peptides of the insulin A chain by combining the genes of the protein already expressed in accordance with the interpretation unit in order to express the new gene as a fusion protein. 베타 갈락토시다아제 유전자의 일부로 발현되도록 이 유전자의 전반부 일부나 후반부 일부와 연결하여 구축된 제 9 항의 플라스미드.The plasmid of claim 9 constructed by linking with a part of the first half or a part of the second half of the beta galactosidase gene to be expressed. 유전자의 일부로 연결된 경우 전체 유전자가 피엘 프로모터의 지배를 받는 것을 특징으로 하는 제 16 항의 플라스미드.The plasmid of claim 16, wherein the entire gene is controlled by the PI promoter when linked as part of a gene. 인슈린 A사슬의 유전자가 삽입된 플라스미드 PAA 또는 PTA.Plasmid PAA or PTA with the gene of insulin A chain inserted. 제 11 항의 플라스미드를 갖도록 형질전환된 대장균 균주.E. coli strain transformed to have the plasmid of claim 11. 제 3 항의 신규 유전자를 융합단백질로 발현시키기 위하여 이미 발현되어지고 있는 유전자의 일부와 해석단위를 맞추어서 결합시키는 방법으로 인슈린 B사슬을 생산하도록 조작된 플라스미드.A plasmid that has been engineered to produce the insulin B chain by combining a part of a gene that is already expressed and an analysis unit in order to express the novel gene of claim 3 as a fusion protein. 베타 갈락토시다아제의 일부로 발현되도록 하기 위하여 이 유전자의 전반부 또는 후반부의 유전자 일부와 연결시켜 구축한 제 21항의 플라스미드.The plasmid of claim 21 constructed by linking with a part of the gene of the first or second part of the gene for expression as part of beta galactosidase. 유전자의 일부로 연결된 경우 전체 유전자가 피엘 프로모터 또는 탁 프로모터의 지배를 받는 것을 특징으로 하는 제 21 항의 플라스미드.The plasmid of claim 21, wherein when linked as part of a gene, the entire gene is governed by the PI promoter or Tak promoter. 인슈린 B사슬의 유전자가 삽입된 플라스미드 PAB 또는 pTB.Plasmid PAB or pTB with the gene of the insulin B chain inserted. 제 17 항의 플라스미드 형질전환된 대장균 균주.The plasmid transformed E. coli strain of claim 17. 제 13 항의 대장균을 배양하여 얻은 배양액으로부터 인슈린 A사슬이 융합되어지 단백질을 수수 분리해내고, 제 25 항의 대장균을 배양한 배양액으로부터 인슈린 B사슬이 융합되어진 융합단백질을 순수 분리해낸 후, 이들 두 융합단백질을 시안화브롬으로 개열하여 인슈린 A사슬 또는 B사슬은 순수 분리하고 이 두사슬의 펩타이들을 디설피드결합으로 연결하여 인체 인슈린을 제조하는 방법.The protein obtained by culturing Escherichia coli of claim 13 is isolated from the culture medium in which the insulin A chain is fused, and the fusion protein in which the insulin B chain is fused is purified from the culture medium in which Escherichia coli is cultured according to claim 25, followed by fusion of these two fusion proteins. A method of producing human insulin by cleaving a protein with bromine cyanide to purely separate the insulin A chain or the B chain, and connecting the two chain peptides by disulfide bonds.
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