KR970005583B1 - Novel osteoinductive compositions - Google Patents
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Abstract
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Description
[발명의 명칭][Name of invention]
골 유도(oseteoinductive) 조성물Osteoinductive Composition
[발명의 상세한 설명]Detailed description of the invention
본 발명은 신규 단백질 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 이들 단백질은 연골 및 뼈 형성을 유도할 수 있다.The present invention relates to novel proteins and methods for their preparation. These proteins can induce cartilage and bone formation.
[배경 기술]Background Technology
뼈는 섬유성속의 단백질 콜라겐, 및 프로테오글리칸, 비콜라겐성 단백질, 지방 및 산성단백질로 구성된 광범위한 매트릭스 구조를 특징으로 하는 고분화 조직이다. 일생을 통해 계속적으로 일어나는 뼈 형성 및 뼈 조직의 재싱/보수 방법은 분화된 세포에 의해 수행된다. 정상적인 뼈의 긴뼈 개발은 연골 모델의 형성이 선행되어야 한다.Bone is a highly differentiated tissue characterized by a fibrous protein collagen and a broad matrix structure composed of proteoglycans, non-collagenic proteins, fats and acidic proteins. The methods of bone formation and reshaping / repair of bone tissue that occur continuously throughout life are performed by differentiated cells. Long bone development of normal bone should precede the formation of a cartilage model.
뼈의 성장은 아마 조골세포(뼈 형성 세포)에 의해 매개되며, 뼈의 개조는 명백히 파골 세포라고 하는 뼈 파괴세포 및 조골세포의 연합활성에 의해 수행된다. 각종의 골형성, 연골-유도 및 뼈 유도 인자가 기술되어 있다. 예를 들면 유럽특허출원 제148,155 및 169,016호 참고.Bone growth is probably mediated by osteoblasts (bone forming cells), and bone remodeling is performed by the associated activity of osteoblasts and osteoblasts, apparently called osteoclasts. Various bone formation, cartilage-inducing and bone inducing factors have been described. See, for example, European patent applications 148,155 and 169,016.
[발명의 간단한 설명]Brief description of the invention
본 발명은 정제된 형태의 신규 단백질을 제공하는 것이다. 특히 BMP-1, BMP-2 콜레스 I (또는 BMP-2), BMP-3 및 BMP-2 콜레스 Ⅱ(또는 BMP-4)로 정의된 4개의 신규 단백질에 관한 것이다. 여기서 BMP는 뼈 형성 단백질이다.The present invention provides a novel protein in purified form. In particular it relates to four novel proteins defined as BMP-1, BMP-2 choles I (or BMP-2), BMP-3 and BMP-2 choles II (or BMP-4). Where BMP is a bone forming protein.
단백질은 하기표 Ⅱ 내지 Ⅷ에서 설명된 아미노산 서열과 동일하거나 실제로 동종인 팹티드 서열을 함유한다. 이들은 지정된 부위에서 뼈형성을 유도할 수 있다. 이들 뼈 유도인자들은 또한 하술하는 생체내 쥐의 뼈형성 분석에서 10∼1000ng/g의 뼈농도의 활성을 포함하여 생화확적 및 생물학적 특징을 갖는다. 본 발명의 단백질은 표에 기재한 DNA 서열에 의해 코오딩되거나, 그에 혼성화될 수 있고, 뼈성장 인자 생물적 특성을 갖는 폴리펩티드를 코오딩할 수 있는 서열 또는 이런 특성을 갖는 다른 각종 변형 서열에 의해 코오딩될 수 있다.The protein contains a peptide sequence that is identical or actually homologous to the amino acid sequences set forth in Tables II-X below. They can induce bone formation at designated sites. These bone inducers also have biochemical and biological characteristics, including the activity of bone concentrations of 10-1000 ng / g in the in vivo rat bone formation assays described below. Proteins of the present invention may be encoded by, or hybridized to, the DNA sequences listed in the table and may be encoded by polypeptides having bone growth factor biological properties or by various other modified sequences having such properties. Can be coded.
본 발명의 단밸질중의 하나는 BMP-1으로 정의된 것이다. 인간 BMP-1 또는 hBMP-1의 부분은 게놈 hBMP-1 단편을 나타내는 표 V의 아미노산 #1 내지 아미노산 #37, 또는 hBMP-1 cDNA를 나타내는 표 Ⅵ의 아미노산 #1 내지 아미노산 #730과 같거나 실제로 같은 펩티드 서열을 함유한다. hBMP-1 또는 관련된 뼈유도 인자는 이들 서열의 적어도 한 부분을 함유함을 특징으로 한다. 이들 팹티드 서열은 각각 표 Ⅴ의 뉴클레오리드 #3440 내지 뉴클레오리드 #3550 및 표 Ⅵ의 뉴클레오티드 #36 내지 뉴클레오티드 #2225에 도시된 DNA서열과 같거나 실제로 같은 DNA 서열에 의해 코오딩된다. 이들 hBMP-1폴리펩티드는 뼈형성 유도능을 또다른 특징으로 한다. hBMP-1는 생체내 쥐뼈 형성 분석에서 10∼1000ng/g의 뼈농도의 활성을 갖는다.One of the proteins of the present invention is defined as BMP-1. The portion of human BMP-1 or hBMP-1 is equal to or substantially equivalent to amino acids # 1 to amino acids # 37 in Table V representing genomic hBMP-1 fragments, or amino acids # 1 to amino acids 730 in Table VI representing hBMP-1 cDNA It contains the same peptide sequence. hBMP-1 or related bone induction factors are characterized as containing at least one portion of these sequences. These peptide sequences are encoded by DNA sequences that are the same as or substantially identical to the DNA sequences shown in nucleotides # 3440 to nucleotides # 3550 and nucleotides # 36 to nucleotides # 2225 of Table V, respectively. These hBMP-1 polypeptides are another feature of their ability to induce bone formation. hBMP-1 has a bone concentration of 10-1000 ng / g in the rat bone formation assay in vivo.
bBMP-1으로 정의된 본 발명의 동족 소의 성장인자는 게놈 bBMP-1 단편을 나타내는 하기표 Ⅱ의 아미노산 #1 내지 아미노산 #37과 같거나 실제로 같은 서열을 함유한 펩티드 서열을 함유한다. 이펩티드 서열은 표 Ⅱ의 뉴클레오티드 #294 내지 뉴클레오티드 #404에 도시된 것과 같거나 실제로 같은 DNA 서열에 의해 코오딩된다. 하기 표 Ⅱ에서 확인된 소의 펩티드 서열은 또한 37아미노산 길이이다. bBMP-1은 또한 뼈 형성 유도능을 또다른 특징으로 한다.The cognate growth factor of the invention, defined as bBMP-1, contains a peptide sequence that contains sequences identical or substantially identical to amino acids VII to amino acids VII of Table II, which represent genomic bBMP-1 fragments. The peptidic sequences are encoded by DNA sequences that are identical or substantially identical to those shown in nucleotides # 294 to nucleotides # 404 in Table II. The bovine peptide sequences identified in Table II below are also 37 amino acids long. bBMP-1 is also characterized by its ability to induce bone formation.
본 발명의 또다른 뼈유도 단백질 조성물은 BMP-2 클래스 Ⅰ(또는 BMP-2)로 정의된 것이다. 이 단백질은 cDNA hBMP-2 클레스 Ⅰ을 나타내는 표 Ⅶ의 아미노산 #1 내지 아미노산 #396과 같거나 실제로 같은 펩티드 서열의 적어도 일부를 함유한다. 이 펩티드 서열은 표 Ⅶ의 뉴클레오티드 #356 내지 뉴클레오티드 #1543에 도시된 것과 같거나 실제로 같은 DNA 서열에 의해 코오딩된다. 표 Ⅶ에서 확인된 인간 펩티드 서열은 396아미노산 길이이다. hBMP-2 또는 관련된 뼈유도 단백질은 또한 이 펩티드 서열의 적어도 한 부분을 함유한다. hBMP-2클레스 Ⅰ은 또한 뼈 형성 유도능을 또다른 특징으로 한다.Another bone-induced protein composition of the present invention is defined as BMP-2 class I (or BMP-2). This protein contains at least a portion of a peptide sequence that is equal to or substantially the same as amino acids # 1 to amino acids # 396 in Table VII representing cDNA hBMP-2 class I. This peptide sequence is encoded by a DNA sequence that is the same as or substantially the same as shown in nucleotides # 356 to nucleotides # 1543 in Table VIII. The human peptide sequence identified in Table VII is 396 amino acids long. hBMP-2 or related bone-inducing proteins also contain at least a portion of this peptide sequence. hBMP-2 class I is also characterized by its ability to induce bone formation.
bBMP-2클래스 Ⅰ(또는 bBMP-2)로 정의된 본 발명의 동족 소뼈유도 단백질은 게놈 서열을 나타내는 하기표 Ⅲ에서 확인된 DNA서열을 갖는다. 이 소 DNA 서열은 약 129아미노산 코오딩 서열을 가지며, 그 뒤에 약 205뉴클레오티드(3`비-코오딩 서열로 추정됨)을 갖는다. bBMP-2클레스 Ⅰ은 뼈형성 유도능을 또다른 특징으로 한다. 본 발명의 또다른 뼈유도 단백질 조성물은 BMP-2 클래스 Ⅱ 또는 BMP-4로 정의된 것이다. 인간 단백질 hBMP-2 클레스 Ⅱ(또는 hBMP-4)는 hBMP-2클레스 Ⅱ의 cDNA를 나타내는 표 Ⅷ의 아미노산 #1 내지 아미노산 #408과 같거나 실제로 같은 팹티드 서열의 적어도 일부분을 함유한다. 이 펩티드 서열은 표 Ⅷ의 뉴클레오티드 #403 내지 뉴클레오티드 #1626에 도시된 것과 같거나 실제로 같은 DNA서열의 적어도 일부분에 의해 코오딩된다. 이 인자는 뼈 형성유도능을 또다른 특징으로 한다.The cognate bovine skeletal proteins of the invention, defined as bBMP-2 class I (or bBMP-2), have the DNA sequences identified in Table III below, which represent genomic sequences. This small DNA sequence has about 129 amino acid coding sequences followed by about 205 nucleotides (estimated 3 ′ non-coding sequences). bBMP-2 class I is further characterized by its ability to induce bone formation. Another bone-induced protein composition of the present invention is defined as BMP-2 class II or BMP-4. Human protein hBMP-2 class II (or hBMP-4) contains at least a portion of a peptide sequence that is equal to or substantially the same as amino acids # 1 to amino acid # 408 of Table V, which represents the cDNA of hBMP-2 class II. This peptide sequence is encoded by at least a portion of the DNA sequence as shown in nucleotides # 403 to nucleotides # 1626 of Table VIII or substantially the same. This factor is another feature of bone induction ability.
본 발명의 또다른 뼈유도인자 BMP-3은 소의 동족 bBMP-3으로 표시된다. bBMP-3의 소의 게놈 서열을 나타내는 표 Ⅳ A 및 B의 DNA서열 및 아미노산 서열을 함유한다. 이는 표 Ⅳ A 및 B의 아미노산 #1 내지 아미노산 #175과 같거나 실제로 같은 팹티드 서열의 적어도 일부분을 함유한다. BMP-3은 뼈형성 유도능을 또다른 특징으로 한다. 소의 인자는 동족 인간 BMP-3 단백질 또는 기타 포유류 뼈유도 단백질을 수득하기 위한 도구로 이용될 수 있다. 이 소의 뼈유도 인자의 적당한 특성화는 이 서열의 이용 방법을 위해 필수적인 출발점을 제공한다. 유전 공학의 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 공지된 기술을 이용하는 이 방법은 인간 게놈 또는 cDNA라이브러리를 스크린하기 위한 탐침으로 소의 DNA서열을 사용하며, 탐침에 혼성화하는 DNA서열을 확인하는 것을 포함한다. 혼성 가능한 서열을 갖는 클론을 플라크 정제하고, 그로부터 DNA를 분리하여 서브클로닝하고, DNA서열 분석한다. 그러므로, 본 발명의 또다른 측면은 이 방법에 의해 제조된 인간 단백질 hBMP-3이다.Another bone derivative BMP-3 of the present invention is represented by the cognate bBMP-3 of cattle. DNA sequences and amino acid sequences of Tables IV A and B, which represent the bovine genomic sequence of bBMP-3. It contains at least a portion of a peptide sequence that is equal to or substantially the same as amino acids # 1 to amino acids # 175 of Table IV A and B. BMP-3 is another feature of its ability to induce bone formation. Bovine factor can be used as a tool to obtain cognate human BMP-3 protein or other mammalian bone-derived proteins. Proper characterization of this bovine bone induction factor provides an essential starting point for the use of this sequence. This method, using techniques known to those of ordinary skill in the art of genetic engineering, uses bovine DNA sequences as probes to screen the human genome or cDNA libraries, and includes identifying DNA sequences that hybridize to the probes. . Clones with hybridizable sequences are plaque purified, DNA is isolated therefrom, subcloned and DNA sequenced. Therefore, another aspect of the invention is the human protein hBMP-3 produced by this method.
본 발명의 또다른 측면은 치료에 유효한 양의 본 발명에 따른 일종 이상의 뼈 성장 인자 폴리펩티드를 약학적으로 수용 가능한 부형제와 함께 함유한 약학 조성물을 제공하는 것이다. 이들 조성물은 다른 치료에 유요한 서약을 더 함유할 수 있다. 이들은 또한 뼈의 결함이 있는 부위에 단백질을 부여하고, 뼈성장 구조를 제공하기 위한 적당한 매트릭스를 포함할 수 있다. 이들 조성물은 각종의 뼈 결함 및 치근막질환의 치료 방법에 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 이들 방법은 뼈 형성이 필요한 환자에게 유효량의 상술한 신규 단백질 BMP-1, BMP-2 클레스 Ⅰ, BMP-2 클레스 Ⅱ 및 BMP-3의 적어도 일종을 투여하는 것이다.Another aspect of the invention is to provide a pharmaceutical composition containing a therapeutically effective amount of at least one bone growth factor polypeptide according to the invention with a pharmaceutically acceptable excipient. These compositions may further contain pledges useful for other treatments. They may also include suitable matrices for contributing proteins to bone defective sites and providing bone growth structures. These compositions can be used in various methods of treating bone defects and periodontal disease. These methods according to the invention are to administer an effective amount of at least one of the aforementioned novel proteins BMP-1, BMP-2 Class I, BMP-2 Class II and BMP-3 to patients in need of bone formation.
본 발명의 또다른 측면은 형질발현시 뼈 형성 유도능을 갖는 인간 또는 소의 폴리펩티드를 코오딩하는 DNA서열이다. 이 서열은 5`∼3` 방향에 표Ⅱ 내지 Ⅷ에 기재된 뉴클레오티드 서열을 갖는다. 또는 엄격한 조건하에 표 Ⅱ 내지 Ⅷ의 DNA서열과 혼성화하는 DNA서열 및 엄격하지 않은 조건하에 언급된 DNA서열과 혼성화하여 혈질발현시 적어도 일종의 뼈 성장 인자 생물적 특성을 갖는 단백질을 코오딩하는 DNA서열이 본 발명에 포함된다. 마지막으로, 표Ⅱ 내지 Ⅷ의 서열의 대응 서열 또는 기타변형 서열(이 뉴클레오리드 변화가 펩티드 서열에 변화를 일으키는 것 또는 일으키지 않는 것도 포함)도 본 발명에 포함된다.Another aspect of the invention is a DNA sequence encoding a human or bovine polypeptide having the ability to induce bone formation upon expression. This sequence has the nucleotide sequences shown in Tables II to V in the 5 'to 3' direction. Or a DNA sequence that hybridizes with the DNA sequences of Tables II to VII under stringent conditions and a DNA sequence mentioned under stringent conditions to encode a protein having at least one type of bone growth factor biological property upon hemostasis. It is included in the present invention. Finally, the corresponding or other modified sequences of the sequences of Tables II-VII, including whether or not these nucleotide changes cause or change the peptide sequence, are also included in the present invention.
본 발명의 또다른 측면은 형질 발현 조절 서열과 기능적으로 결합된 상술한 DNA서열을 함유한 벡타이다. 이 벡타는 그를 위한 혈질 발형 조절 서열과 기능적으로 결합된 뼈 성장 인자 폴리펩티드의 형질발현을 코오딩하는 DNA서열로 형질 전환된 세포주를 배양하는 뼈 성장 인자 폴리펩티드의 제조방법에 이용될 수 있다. 이 방법은 폴리펩티드의 형질발현을 위한 숙주 세포로 갖공 공지 세포를 이용할 수 있다. 현재 바람직한 세포주는 포유류 세포주 및 박테리아 세포이다.Another aspect of the invention is a vector containing the above-described DNA sequence that is functionally linked with the expression expression control sequence. This vector can be used in a method for producing a bone growth factor polypeptide for culturing a cell line transformed with a DNA sequence encoding the expression of a bone growth factor polypeptide functionally bound to the hematopoietic control regulatory sequence therefor. This method can utilize pore known cells as host cells for the expression of polypeptides. Currently preferred cell lines are mammalian cell lines and bacterial cells.
본 발명의 또다른 측면 및 이점은 하기의 상세한 설명 및 바람직한 예를 참고로 명백해질 것이다.Further aspects and advantages of the invention will be apparent with reference to the following detailed description and preferred examples.
[발명의 상세한 설명]Detailed description of the invention
본 발명의 단백질은 하기 표Ⅱ 내지 Ⅷ에 나타낸 서열과 같거나 실제로 동종인 아미노산 서열 또는 그의 일부를 함유한다. 이들 단백질은 또한 뼈 형성 유도능을 갖는다.The protein of the present invention contains an amino acid sequence or a portion thereof which is identical or substantially homologous to the sequences shown in Tables II-X below. These proteins also have the ability to induce bone formation.
여기에서 제공된 뼈 성장 인자는 천연적으로 변형된(예, 아미노산에 일어날 수 있는 뉴클레오티드 서열의 대립 변형이 폴리펩티드를 변화시킨다) 또는 인공적으로 조작된 표 Ⅱ-Ⅷ의 서열과 유사한 서열에 의해 코오딩되는 인자를 포함한다. 예를 들면, 합성폴리펩티드는 표 Ⅱ-Ⅷ의 아미노산 잔기의 전체 또는 부분적 복제연속 서열일 수 있다. 이들 서열은 표 Ⅱ-Ⅷ의 뼈 성장인자 폴리펩티드와의 1차, 2차 또는 3차 구조 및 배위특징에 따라 이들과 공통적인 뼈 성장 인자 생물적 특성을 가질 수 있다. 그러므로 치료방법에 있어 천연의 뼈 성장 인자폴리펩티드를 위한 생물적 활성 치환체로 이용될 수 있다.Bone growth factors provided herein are encoded by sequences that are naturally modified (e.g., allelic modifications of nucleotide sequences that may occur in amino acids change polypeptides) or that are similar to those of artificially engineered sequences in Table II-VII. Contains the arguments. For example, the synthetic polypeptide may be a full or partial replication sequence of amino acid residues in Table II-VII. These sequences may have bone growth factor biological properties common to them depending on their primary, secondary or tertiary structure and coordination characteristics with the bone growth factor polypeptides of Table II-VII. Therefore, it can be used as a biologically active substituent for natural bone growth factor polypeptides in therapeutic methods.
여기에 기재된 뼈 성장 인자의 서열의 또다른 특이한 변이는 글리코실화부위를 1개 또는 2개 모두 변형시키는 것이다. 글리코실화의 부제 또는 단지 일부의 글리코실화는 표 Ⅱ-Ⅷ에 나타낸 뼈 성장 인자의 서열에 존재하는 아스파라진-결합글리코실화 인지부위의 1개 또는 2개 모두를 아미노산 치환 또 삭제함으로써 생성된다. 아스파라진-결합글리코실화 인지 부위는 적당한 세포 글리코실화효소에 의해 특이하게 인지되는 트리펩티드 서열을 함유한다. 이들 트리펩티드 서열은 아스파라진-X-트레오닌 또는 아스파라진-X-세린이다. 여기서 X는 보통 어떤 아미노산일 수도 있다. 글리코실화인지 부위의 제1 또는 제3아미노산 위치의 1개 또는 2개 모두의 각종 아미노산 치환 또는 삭제는 변형된 트리펩티드 서열에 비-글리코실화를 일으킨다.Another specific variation of the sequence of bone growth factors described herein is to modify one or both glycosylation sites. Subsidies of glycosylation or only some of the glycosylation are generated by deleting one or both of the asparagine-binding glycosylated recognition sites present in the sequence of bone growth factors shown in Table II-VII. Asparagine-binding glycosylation recognition sites contain tripeptide sequences that are specifically recognized by appropriate cellular glycosylase enzymes. These tripeptide sequences are asparagine-X-threonine or asparagine-X-serine. Where X is usually any amino acid. Various amino acid substitutions or deletions of one or both of the first or third amino acid positions of the glycosylation recognition site result in non-glycosylation of the modified tripeptide sequence.
본 발명은 또한 다른 단백질성 물질을 코오딩하는 DNA서열과 결합되어 있지 않고, 형질 발현시 뼈성장 인자를 코오딩하는 신규 DNA서열을 포함한다. 이들 DNA 서열은 5` 내지 3` 방향에 표 Ⅱ-Ⅷ에 도시된 서열 및 엄격한 혼성화 조건[T. Maniatis et al. Molecular Cloning (A Laboratory Manual), Cold Spring Harbor Lasboratory(1982), p. 387-389] 하에 표 Ⅱ-Ⅷ의 DNA서열에 혼성화하는 서열을 포함한다.The present invention also includes novel DNA sequences that encode bone growth factors upon expression that are not bound to DNA sequences that encode other proteinaceous material. These DNA sequences are those shown in Table II-VII in the 5 ′ to 3 ′ direction and stringent hybridization conditions [T. Maniatis et al. Molecular Cloning (A Laboratory Manual), Cold Spring Harbor Lasboratory (1982), p. 387-389], includes sequences that hybridize to the DNA sequences of Table II-VII.
이완된 혼성화 조건하에 표 Ⅱ-Ⅷ의 서열에 혼성화하여, 형질 발현시에 뼈 성장 인자 생물적 특성을 갖는 뼈 성장 인자를 코오딩하는 DNA 서열도 본 발명의 뼈 성장 인자를 코오딩한다. 예를 들면, 표 Ⅱ-Ⅷ의 서열과 중요한 부분, 에를 들면 글리코실화 부위 또는 이황화 결합이 유사하여, 일종 이상의 뼈 성장 인자 생물적 특성을 갖는 뼈 성장 인자를 코오딩하는 DNA서열은, 이 서열이 표 Ⅱ-Ⅷ의 서열에 엄격하게 혼성화되지는 않지만, 본 발명의 신규 종의 성장인자를 코오딩하는 것이 명백하다.DNA sequences that hybridize to the sequences of Table II-VII under relaxed hybridization conditions to encode bone growth factors having bone growth factor biological properties upon expression, also encode bone growth factors of the present invention. For example, a DNA sequence encoding a bone growth factor having an important part, for example, a glycosylation site or disulfide bond, similar to the sequence shown in Table II-VII, and having at least one bone growth factor biological property, Although not strictly hybridized to the sequences of Table II-VII, it is evident that the growth factors of the novel species of the invention are encoded.
마찬가지로, 뼈 성장 인자 폴리펩티드를 코오딩하는 DNA서열은 표 Ⅱ-Ⅷ의 서열에 의해 코오딩되며, 유전 코오딩의 변형 또는 대립 변형(아미노산 변화를 일으키거나 일으킬 수 없는 종에서의 천연 염기변화)으로 인해 코오딩된 서열이 상이한 서열도 본 발명의 신규 성장 인자를 코오딩한다. 활성, 반감기 또는 그에 의해 코오딩된 폴리펩티드의 생산을 강화시키기 위해 점변이 또는 유도변형에 의해 야기된 표 Ⅱ-Ⅷ의 DNA서열의 변형 서열도 본 발명에 포함된다.Similarly, the DNA sequences encoding the bone growth factor polypeptides are encoded by the sequences in Table II-III, with alterations or allelic modifications of genetic coding (natural base changes in species that may or may not cause amino acid changes). Sequences that differ because of the encoded sequence also encode new growth factors of the invention. Also included in the present invention are the modified sequences of the DNA sequences of Table II-VII caused by point mutations or induced modifications to enhance activity, half-life or production of polypeptides encoded thereby.
본 발명의 또다른 측면은 신규 골유도 인자의 제조방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 방법은 형질발현시 본 발명의 신규 뼈 성장 인자 폴리펩티드를 코오딩하는 DNA서열로 형질 전환된 적당한 세포 또는 세포주를 공지 조절 서열의 조절하에 배양하는 것이다. 적당한 세포 또는 세포주는 차이니즈 햄스터 난소 세포(CHO)와 같은 포유류 세포일 수 있다. 적당한 포유류 숙주 세포의 선택 및 형질 전환, 배양, 증식, 스크린 및 생성물의 제조방법 및 정제방법은 이 분야에서 공지이다[Gething and Sambrook, Nature, 293; 620-625(1981) 또는 Kaufman et all., Mol. Cell. Biol., 5(7); 1750-1759(1965) 또는 Howley et all., 미합중국 특허 제4,419,446호].Another aspect of the present invention is to provide a method for producing a novel osteoinduction factor. The method of the present invention is to cultivate a suitable cell or cell line transformed with a DNA sequence encoding a novel bone growth factor polypeptide of the present invention under the control of known regulatory sequences upon expression. Suitable cells or cell lines can be mammalian cells such as Chinese hamster ovary cells (CHO). Methods of selecting and transforming, culturing, propagating, screening and producing suitable mammalian host cells and methods of purification are known in the art. [Gething and Sambrook, Nature, 293; 620-625 (1981) or Kaufman et all., Mol. Cell. Biol., 5 (7); 1750-1759 (1965) or Howley et all., US Pat. No. 4,419,446].
후술하는 실시예에 설명된 또다른 적당한 포유류 세포주는 원숭이 COS-1 세포주이다. 마찬가지로 유용한 포유류 세포주는 CV-1세포주이다.Another suitable mammalian cell line described in the Examples below is a monkey COS-1 cell line. Likewise useful mammalian cell lines are CV-1 cell lines.
박테리아 세포는 적당한 숙주이다. 예를 들면, 이·콜리(예 HB101, MC1061)의 각종 균주가 생물과학의 분야에서 숙주 세포로 공지되어 있다. 비·서브릴리스, 슈도모나스, 기타 간균 등의 각종 균주가 이 방법에 이용될 수 있다.Bacterial cells are suitable hosts. For example, various strains of E. coli (eg HB101, MC1061) are known as host cells in the field of biosciences. Various strains such as B. subrilis, Pseudomonas and other bacilli can be used in this method.
이 분야에 통상의 지식을 가진자에게 공지된 이스트세포의 각종 균주로 본 발명의 폴리펩티드의 형질 발현을 위한 숙주 세포로 이용될 수 있다. 또한 필요한 경우, 곤충세포도 본 발명의 방법에서 숙주 세포로 이용될 수 있다[Miller et all, Genetic Engineering, 8' 277-298(Pleunm Press 1986) 및 여기에 인용된 참고 문헌].Various strains of yeast cells known to those of ordinary skill in the art can be used as host cells for the expression of the polypeptides of the invention. In addition, insect cells may also be used as host cells in the methods of the present invention if necessary (Miller et all, Genetic Engineering, 8 '277-298 (Pleunm Press 1986) and references cited therein).
본 발명의 또 다른 측면은 이들 신규 골유도 폴립펩티드의 형질 발현 방법에 이용되는 벡타를 제공하는 것이다. 바람직하게는 이 벡타는 본 발명의 신규 인자를 코오딩하는 상술한 신규 DNA서열 전체를 포함하는 것이다. 또한 벡타는 뼈유도 단백질 서열을 형질 발현하는 적당한 형질 발현 조절 서열도 함유한다. 그렇지 않으면 상술한 변형 서열이 배합된 벡타도 본 발명의 한 예이며, 뼈 유도 단백질의 제조에 유용하다. 이 벡타는 세포주의 형질 전환 방법에 이용될 수 있으며, 선택된 숙주 세포에서 복제 및 형질 발현을 지시할 수 있는 본 발명의 DNA코오딩 서열과 기능적으로 결합된 선택적 조절 서열을 함유한다. 이런 벡타를 위해 유용한 조절 서열은 이 분야에 통상의 지식을 가진자에게 공지이며, 선택된 숙주 세포에 따라 선택될 수 있다. 이러한 선택은 통상적인 것이며, 본 발명의 부분을 차지하는 것은 아니다.Another aspect of the invention is to provide a vector for use in the method of expressing these novel osteoinduced polypeptides. Preferably this vector contains the entirety of the novel DNA sequences described above encoding the novel factor of the invention. The vector also contains an appropriate expression control sequence that expresses bone-induced protein sequences. Otherwise, the vector in which the above-described modified sequence is combined is an example of the present invention, and is useful for preparing bone-derived proteins. This vector can be used in a method of transforming a cell line and contains an optional regulatory sequence that is functionally bound to the DNA coding sequence of the invention capable of directing replication and expression in a selected host cell. Regulatory sequences useful for such vectors are known to those of ordinary skill in the art and may be selected depending on the host cell selected. Such choices are conventional and do not constitute a part of the present invention.
뼈가 정상적으로 형성되지 않은 환경에서 뼈의 성장을 유도하는 본 발명의 단백질은 골절의 치료에 응용될 수 있다. 일종 이상의 본 발명의 단백질을 이용하는 골 형성 방법은 개방 골정 정복뿐만 아니라 폐쇄 골절 정복에 있어 예방 용도를 가지며, 인공 관절의 고정을 향상시킬 수 있다.The protein of the present invention, which induces bone growth in an environment where bone is not normally formed, can be applied to the treatment of fractures. The bone formation method using at least one protein of the present invention has a prophylactic use in conquering closed fracture as well as open bone conquest and can improve fixation of artificial joints.
골형성제에 의해 유도된 신규의 뼈 형성은 선천성, 외상유도 또는 종양절제유도 두 개 안면 기형의 치료에 이용되며, 또한 비용성형수술에도 유용하다. 본 발명의 골 형성 인자는 치근막 질병의 치료 및 기타 치과 치료에 있어 가치가 있다. 이런 골 형성제는 뼈-형성세포를 유인하고, 뼈 형성 세포의 성장을 자극하거나, 뼈 형성 세포의 친세포의 분화를 유인하는 환경을 제공할 수 있다. 물론, 본 발명의 단백질은 다른 치료 용도를 가질 수 있다.The new bone formation induced by osteogenic agents is used for the treatment of congenital, trauma-induced, or tumor-induced craniofacial malformations, and is also useful for costly surgery. The bone formation factors of the present invention are of value in the treatment of dental root disease and other dental treatments. Such bone forming agents can provide an environment that attracts bone-forming cells, stimulates the growth of bone forming cells, or induces the differentiation of parent cells of bone forming cells. Of course, the proteins of the invention may have other therapeutic uses.
본 발명의 또 다른 측면은 골절 및 뼈의 결함 또는 치근막의 질환과 관련된 기타상태의 치료 방법 및 치료용 조성물이다. 이런 조성물은 치료에 유효한 양의 일종 이상의 본 발명의 뼈유도 인자 단백질을 함유한다. 본 발명에 따른 뼈 유도 인자는 약학적으로 수용 가능한 부형제 또는 매트릭스와 혼합되어 치료 조성물에 존재할 수 있다. 더욱이 본 발명의 치료 방법 및 조성물은 치료량의 본 발명의 뼈유도 인자를 치료랑의 일종 이상의 본 발명의 다른 뼈 유도 인자와 함께 함유한다. 또한, 본 발명에 따른 단백질 및 본 발명의 단백질의 배합물은 상호작용할 수 있는 일종 이상의 상이한 골 유도인자와 공동부여될 수 있다. 더욱이 뼈 유도 단백질은 뼈 결함의 치료에 유익한 다른 약재와 배합될 수 있다. 이런 약제는 각종 성장 인자에만 제한되는 것은 아니다. 목적하는 pH, 등장성, 안정성 등을 갖는 생리적으로 수용 가능한 단백질 조성물의 재법은 이 분야에서 기술 범위내에 있는 것이다.Another aspect of the invention is a method of treating and treating compositions for fractures and bone defects or other conditions associated with diseases of the fascia. Such compositions contain at least one type of bone induction factor protein of the invention in a therapeutically effective amount. The bone induction factor according to the invention may be present in the therapeutic composition in admixture with a pharmaceutically acceptable excipient or matrix. Moreover, the therapeutic methods and compositions of the present invention contain a therapeutic amount of the bone induction factor of the present invention together with one or more other bone inducing factors of the present invention in the form of a therapeutic. In addition, proteins according to the invention and combinations of proteins of the invention may be co-administered with one or more different bone inducers that can interact. Moreover, bone inducing proteins can be combined with other medicines that are beneficial for the treatment of bone defects. Such agents are not limited to various growth factors. Methods of physiologically acceptable protein compositions having the desired pH, isotonicity, stability and the like are within the skill of the art.
특히, BMP-1은 조성물에 단독으로 사용될 수 있다. BMP-1은 또한 본 발명의 일종 이상의 다른 단백질과 배합 사용될 수 있다. BMP-1 및 BMP-2 클레스 Ⅰ이 배합 사용될 수 있다. BMP-1 및 BMP-2 클레스 Ⅱ도 배합 사용될 수 있다. BMP-1 및 BMP-3도 배합 사용될 수 있다. 더욱이 BMP-1은 2또는 3개의 본 발명의 다른 단백질과 배합 사용될 수 있다. 예를 들면 BMP-1, BMP-2, 클래스 Ⅰ 및 BMP-2 클래스 Ⅱ를 배합할 수 있다. 또한 BMP-1을 BMP-2클래스 Ⅰ 및 BMP-3과 배합할 수 있다. 더욱이 BMP-1을 BMP-2클래스 Ⅱ 및 BMP-3과 배합할 수 있다. BMP-1, BMP-2클래스 Ⅰ,BMP-2 Ⅱ 및 BMP-3을 배합할 수 있다.In particular, BMP-1 may be used alone in the composition. BMP-1 can also be used in combination with one or more other proteins of the invention. BMP-1 and BMP-2 Class I can be used in combination. BMP-1 and BMP-2 Class II may also be used in combination. BMP-1 and BMP-3 may also be used in combination. Moreover, BMP-1 can be used in combination with two or three other proteins of the invention. For example, BMP-1, BMP-2, Class I and BMP-2 Class II can be blended. BMP-1 can also be combined with BMP-2 class I and BMP-3. Furthermore, BMP-1 can be combined with BMP-2 class II and BMP-3. BMP-1, BMP-2 class I, BMP-2 II and BMP-3 can be blended.
BMP-2 클래스 Ⅰ은 약학 조성물에서 단독으로 사용될 수 있다. 또한 BMP-2 클래스 Ⅰ은 일종 이상의 본 발명의 다른 단백질과 배합 사용될 수 있다. BMP-2 클래스 Ⅰ은 BMP-2 클래스 Ⅱ와 배합될 수 있다. 이는 BMP-3과도 배합될 수 있다. 더욱이 BMP-2 클래스 Ⅰ은 클래스 Ⅱ 및 BMP-3과 배합될 수 있다.BMP-2 Class I can be used alone in pharmaceutical compositions. BMP-2 class I can also be used in combination with one or more other proteins of the invention. BMP-2 Class I can be combined with BMP-2 Class II. It can also be combined with BMP-3. Moreover, BMP-2 Class I can be combined with Class II and BMP-3.
BMP-2 클래스 Ⅱ은 약학 조성물에서 단독으로 사용될 수 있다. 또한 상기에 확인된 바와 같이 다른 단백질과 배합 사용될 수도 있다. 더욱이 BMP-3과 배합 사용될 수도 있다.BMP-2 class II may be used alone in pharmaceutical compositions. It can also be used in combination with other proteins as identified above. Furthermore, it may be used in combination with BMP-3.
BMP-3은 조성물에서 단독으로 사용될 수 있다. 더욱이 상기에 확인된 바와 같이 각종 배합으로 사용될 수 있다.BMP-3 can be used alone in the composition. Furthermore, it can be used in various combinations as identified above.
치료 방법은 이식 또는 장치와 같이 조성물을 국소 투여하는 것이다. 투여할 때, 본 발명에 사용하기 위한 치료 조성물은 물론 피로겐이 없는 것이며, 생리적으로 수용 가능한 형태이다. 더욱이 이 조성물은 뼈 손상 부위에 넣기 위해 점성형으로 주사되거나 캡술화될 수 있다. 바람직하게는 뼈 성장 유도인자 조성물은 뼈 손상 부위에 뼈유도 인자를 부여하여 뼈 및 연골의 발육을 위한 구조를 제공하며, 임의로 체내에 흡수될 수 있는 매트릭스를 포함한다. 이런 매트릭스는 기타 이식의학용 기타의 물질로 형성될 수 있다.The method of treatment is topical administration of the composition, such as implantation or device. When administered, the therapeutic composition for use in the present invention is, of course, pyrogen free and in physiologically acceptable form. Moreover, the composition can be injected or capsulated viscously for insertion into the site of bone injury. Preferably, the bone growth inducer composition provides a structure for the development of bone and cartilage by imparting bone induction factors to the site of bone injury, and optionally includes a matrix that can be absorbed into the body. Such matrices may be formed from other materials for other transplant medicine.
물질의 선택은 예를 들면 생물접합성, 생물분해성, 기계적 특성, 미용적 외관 및 접촉 특성을 기초로 한다. 마찬가지로, 골 유도 인자의 적용은 적당한 재형에 의한다. 골 유도인자를 위한 바람직한 매트릭스는 황산칼슘, 트리칼슘포스페이브, 하드록시아파리트, 폴리락트산, 포릴무수물과 같은 생물 분해성 및 화학적 물질; 뼈 또는 피부 콜라겐, 기타 순수 단백질 또른 세포의 매트릭스 성분과 같은 생물 분해성 및 생물적 물질; 소결된 히드록시아파티트, 바이오글래스, 알루미네이트 또는 기타 세라믹과 같은 비-생물 분해성 및 화학성 물질; 또는 폴리락트산 및 히드록시아파티트 또는 콜라겐 및 트리칼슘포스페이트와 같은 상술한 물질의 배합물일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 조성물에 칼슘-알루미네이트-포스페이트와 같은 바오세라믹을 포함시킬 수 있으며, 이는 예를 들면 공극, 입자크기, 입장형 및 생물 분해능을 변화시킨다.The choice of material is based, for example, on biocompatibility, biodegradability, mechanical properties, cosmetic appearance and contact properties. Likewise, application of bone induction factors is by appropriate reform. Preferred matrices for bone inducers include, but are not limited to, biodegradable and chemical substances such as calcium sulfate, tricalcium phosphate, hydroxyoxyatrate, polylactic acid, foryl anhydride; Biodegradable and biological materials such as bone or skin collagen, other pure protein or matrix components of cells; Non-biodegradable and chemical materials such as sintered hydroxyapatite, bioglass, aluminate or other ceramics; Or combinations of the foregoing materials such as polylactic acid and hydroxyapatite or collagen and tricalcium phosphate. The composition may include baoceramides, such as calcium-aluminate-phosphate, which, for example, change voids, particle size, position and biodegradability.
투여량은 성장인자의 작용을 변화시키는 각종 요인, 예를 들면 형성된 뼈의 중량, 뼈 손상 부위, 손상된 뼈의 상태, 환자의 나이, 성별 및 다이어트, 감염의심도, 투여시간 및 기타 임상적 요인을 고려하여 담당의사에 의해 결정된다. 투여량은 재구성에 사용되는 매트릭스의 종류 및 BMP의 조성에 따라 변화될 수 있다. 최종 조성물에 IGF1(인슐린 유사성장 인자1)과 같은 기타 공지성장인자를 첨가하는 것이 투여에 효과적일 수 있다. 일반적으로 투여량은 필요한 뼈의 중량 1g당 약 10∼106ng단백질 범위이어야 한다. 뼈 성장 및/또는 치료의 주기적 관찰은 X-선에 의한다. 이런 치료 조성물은 종특이적으로 뼈유도인자가 부족한 수의 분야에도 가치가 있다. 특히 인간뿐만 아니라 가축동물 및 형통맡은 본 발명의 뼈 유도인자로 치료할 수 있는 대상이다.Dosage depends on various factors that change the action of growth factors, such as the weight of the formed bone, the site of bone damage, the condition of the damaged bone, the age, sex and diet of the patient, the severity of the infection, the time of administration and other clinical factors. The decision is made by the attending physician. Dosage may vary depending on the type of matrix used for reconstitution and the composition of BMP. Adding other known growth factors such as IGF1 (insulin-like growth factor 1) to the final composition may be effective for administration. In general, the dosage should range from about 10 to 10 6 ng protein per gram of bone needed. Periodic observation of bone growth and / or treatment is by X-ray. Such therapeutic compositions are also valuable in a number of fields that are species specific and lack bone inducers. In particular, not only humans, but also domestic animals and promising bone inducers of the present invention can be treated.
하기의 실시예는 소의 단백질은 회수하여 특정화하고 이들을 이용하여 인간 단백질을 회수하여 인간 단백질을 수득하고, 재조합 기술을 통해 이 단백질을 형성발현시키는 본 발명의 실예를 설명하는 것이다.The following example illustrates an embodiment of the present invention in which bovine proteins are recovered and characterized and recovered using human proteins to obtain human proteins, which form and express these proteins through recombinant techniques.
[실시예 1]Example 1
소의 뼈유도인자의 분리Isolation of Bovine Bone Derivatives
마쇄된 소의 뼈 분말(20-120메쉬, Helitrex)을 학술하는 바와 같이 몇가지 추출단계를 생략하고는 M.R. Urist et all., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 70; 3511(1973)의 방법에 따라 제조한다. 10kg의 마쇄된 분말을 0.6N HCl 중에서 HCl을 계속 교환하면서 4℃에서 45시간 동안 거세게 교반하여 광물질을 소실시킨다. 생성된 현탁액을 4℃에서 16시간 동안 50ℓ의 2M CaCl2및 10mM 에틸렌디아민-테트라아세트산[EDTA]로 추출하고, 50ℓ의 0.5M EDTA로 4시간 동안 추출한다. 잔류물을 증류수로 3번 세척하고, Clin. Orthop. Rel. Res., 171; 213(1982)에 설명된 바와 같이 20ℓ의 4M 구아니딘히드로클로라이드[GuC1], 20m트리스(pH7.4), 1mM M-에틸말레이미드, 1mM 요오도아세트아미드, 1mM페닐메틸술포닐플루오린에 재현락시킨다. 16∼20시간 후, 상층액을 제거하고, 또다른 10ℓ의 GiC1 완충액으로 대치한다. 다시 24시간 동안 잔류물을 추출한다.As described in the grinding of bovine bone powder (20-120 mesh, Helitrex), MR Urist et all., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 70; Prepared according to the method of 3511 (1973). 10 kg of crushed powder was stirred vigorously at 4 ° C. for 45 hours while continuing to exchange HCl in 0.6N HCl to lose minerals. The resulting suspension is extracted with 50 L of 2M CaCl 2 and 10 mM ethylenediamine-tetraacetic acid [EDTA] at 4 ° C. for 16 h and with 4 L of 0.5 M EDTA for 4 h. The residue was washed three times with distilled water, and Clin. Orthop. Rel. Res., 171; 20 L 4M guanidine hydrochloride [GuC1], 20 mM tris, pH 7.4, 1 mM M-ethylmaleimide, 1 mM iodoacetamide, 1 mM phenylmethylsulfonylfluorine as described in 213 (1982). Let's do it. After 16-20 hours, the supernatant is removed and replaced with another 10 L GiC1 buffer. The residue is extracted again for 24 hours.
조 GuC1 추출물을 합하고, 10,000분자량 절단막으로 펠리콘 장치에서 약 20배 농축한 후, 50mM 트리스, 0.1M NaCL, 6M 우레아(pH 7.2), 제1컬럼용 출발 완충액에 투석한다. 투석후, 단백질을 4ℓ DEAE 셀룰로오즈 칼럼에 넣고, 비결합 분획을 수거한다.The crude GuC1 extracts are combined and concentrated about 20-fold in a pelicon apparatus with a 10,000 molecular weight cut membrane and then dialyzed into 50 mM Tris, 0.1 M NaCL, 6 M urea (pH 7.2), starting buffer for the first column. After dialysis, the protein is placed in a 4 L DEAE cellulose column and the unbound fractions are collected.
비결합 분획을 농축하고, 6M 우레아에 용해시킨 50mM NaAc, 50mM NaC1(pH4.6)에 투석한다. 비결합 분획을 카르복시메틸셀룰로오즈 칼럼에 넣는다. 칼럼에 결합되지 않는 단백질을 출발 완충액으로 pH세척함으로써 제거하고, 뼈 유도 인자를 함유한 물질을 50mM NaAc, 0.25mM NaC1, 6M 우레아(pH4.6)에 의해 칼럼으로부터 발착시킨다. 이 단계의 용출에서 얻은 단백질을 20-내지-40배 농축하고, 80mM KPO4, 6M 우레아(pH6.0)으로 5배 희석한다. 용액의 pH를 500mM K2HPO4에 의해 6.0으로 조절한다. 시료를 80mM KPO4, 6M 우레아(pH6.0)에 평형된 히드록실아파티트 칼럼(LKB)에 넣고, 같은 완충액으로 칼럼을 세척함으로써 모든 비결합 단백질을 제거한다. 뼈 유도인자 활성물질을 100mMKPO4(pH7.4) 및 6M 우레아로 용출시킨다.Unbound fractions are concentrated and dialyzed in 50 mM NaAc, 50 mM NaC1 (pH 4.6) dissolved in 6M urea. Unbound fractions are placed in a carboxymethylcellulose column. Proteins that do not bind to the column are removed by pH washing with starting buffer and the material containing bone inducing factor is extracted from the column with 50 mM NaAc, 0.25 mM NaC1, 6M urea (pH4.6). Proteins from this step of elution are concentrated 20--40 times and diluted 5-fold with 80 mM KPO4, 6M urea (pH 6.0). The pH of the solution is adjusted to 6.0 with 500 mM K 2 HPO 4 . The sample is placed in a hydroxylapatite column (LKB) equilibrated in 80 mM KPO 4 , 6M urea (pH 6.0) and all unbound proteins are removed by washing the column with the same buffer. Bone inducer activator is eluted with 100mMKPO4 (pH7.4) and 6M urea.
단백질을 약 10배 농축하고, 고체 NaC1을 0.15M의 최종 농도로 가한다. 이 물질을 50mM KPO4, 150mM NaC1, 6M 우레아(pH7.4)로 평형된 헤파리-세파로즈 칼럼에 넣는다. 출발 완충액으로 칼럼을 세척한 후, 뼈 유도인자 활성을 갖는 단백질을 50mM KPO4, 700mM NaC1, 6M 우레아(pH7.4)로 용출시킨다. 이 분획을 최소 부피로 농축하고, 0.4m1 분획을 4M GuU1, 20mM 트리스(pH7.2)로 평형된 시리즈로 연결된 세페로즐 6 및 세페로즈 12 칼럼에 넣고 0.25m1/분의 유속으로 칼럼을 전개시킨다. 뼈유도 인자 활성을 갖는 단백질은 약 30,000달톤 단백질에 상응하는 상대적 이동성을 갖는다.The protein is concentrated about 10-fold and solid NaC1 is added to a final concentration of 0.15M. This material is placed in a Hepari-Sepharose column equilibrated with 50 mM KPO 4 , 150 mM NaCl, 6 M urea (pH 7.4). After washing the column with starting buffer, proteins with bone inducer activity are eluted with 50 mM KPO 4 , 700 mM NaCl, 6 M urea (pH 7.4). The fractions were concentrated to a minimum volume and 0.4m1 fractions were placed in the Seperozel 6 and Seperose 12 columns connected in series equilibrated with 4M GuU1, 20 mM Tris (pH 7.2) and the column developed at a flow rate of 0.25 m1 / min. Let's do it. Proteins with bone induction factor activity have a relative mobility corresponding to about 30,000 Dalton proteins.
상기의 분획을 모아서 50mM NaAc, 6M 우래아(pH4.6)에 투석시키고, 파마시아 MonoS HR 칼럼에 넣는다. 칼럼을 1.0M MaC1, 50mM NaAc, 6M 우레아(pH4.6)의 경사로 전개한다. 활성분획을 모아서, 10% 트리플루오로아세트산(TFA)에 의해 pH3.0으로 조절한다. 이 물질을 0.1% TFA로 평행시킨 0.46×25cm 비닥 c4 칼럼에 넣고, 칼럼을 90% 아세토니프릴, 0.1%TFA(31.4%아세토니트릴, 0.1% TFA∼49.5% 아세토니프릴, 0.1%TAF, 1분당 1m1씩 60분당)의 경서로 전개시킨다. 활성 물질은 약 40∼44%아세토니트릴에서 용출된다. 적당한 분획의 일부를 하기 방법중 한 방법에 따라 요오드화시킨다[P. J. McConahey et all, Int. Arch. Allergy, 29; 185-189(1966); A, E. Bolton et al, Biochem J, 133; 529(1973); 및 D. F. Bowen-Pope, J. Biol, Chem., 237; 5161(1962)]. 이들 분획에 존재하는 요오드화 단백질을 SDS겔 전기영동 및 우레아트리톤 X100 등전초점법에 의해 분석한다.The fractions are collected, dialyzed in 50 mM NaAc, 6 M urea (pH4.6) and placed in a Pharmacia MonoS HR column. The column is developed with a ramp of 1.0 M MaC1, 50 mM NaAc, 6 M urea, pH 4.6. The active fractions are collected and adjusted to pH 3.0 with 10% trifluoroacetic acid (TFA). Place this material in a 0.46 × 25 cm Bid c4 column paralleled with 0.1% TFA, and place the column in 90% acetonitrile, 0.1% TFA (31.4% acetonitrile, 0.1% TFA-49.5% acetonitrile, 0.1% TAF, 1 1 meter per minute, 60 minutes per minute. The active substance elutes in about 40-44% acetonitrile. Some of the appropriate fractions are iodized according to one of the following methods [P. J. McConahey et all, Int. Arch. Allergy, 29; 185-189 (1966); A, E. Bolton et al, Biochem J, 133; 529 (1973); And in D. F. Bowen-Pope, J. Biol, Chem., 237; 5161 (1962). Iodide proteins present in these fractions are analyzed by SDS gel electrophoresis and ureatriton X100 isoelectric focusing method.
이 단계에서 뼈유도인자는 약 10-50% 순수한 것으로 평가된다.At this stage, the bone induction factor is estimated to be about 10-50% pure.
[실시예 2]Example 2
소의 뼈 유도인자의 특정화Characterization of Bovine Bone Inducers
A. 분자량A. Molecular Weight
실시예 1로부터의 단백질 약 20㎍을 동결 건조시키고, 1X SDS시료 완충액에 재용해시킨다. 37℃에서 15분간 가열한 후, 시료를 15% SDS 폴리아크릴아미드 겔에 넣고, 냉각하면서 전기영동한다. 미리염색된 분자량 표준(Bethesda Research Labs)에 대하여 분자량을 결정한다. 완결직후, 뼈 유도인자를 함유한 겔의 레인을 0.3cm 피스로 얇게 절단한다. 각 피스를 짓이겨, 1.4m1의 0.1% SDS를 가한다. 시료를 실온에서 반새 서서히 진탕하여 단백질을 용출시킨다. 각 겔슬라이스를 탈염시켜 생물 분석에서의 방해를 막는다. 각 시료로부터의 상충액을 10% TFA에 의해 pH3.0으로 산성화시키고, 0.45리크론막을 통해 여과시킨 후, 0.1%TFA 내지 0.1% TFA, 90% CH3CN 경사로 전개된 0.46cm×5cm C4 비닥 칼럼에 부하시킨다. 적당한 뼈 유도인자-함유 분획을 모아서, 20mg쥐의 매트릭스로 재구성한다. 이 겔 시스템에서의 대부분의 뼈 유도인자 분획은 약 26,000-30,000달톤의 분자량을 갖는 단백질의 운동성을 갖는다.About 20 μg of protein from Example 1 is lyophilized and redissolved in 1 × SDS sample buffer. After heating at 37 ° C. for 15 minutes, the sample is placed in a 15% SDS polyacrylamide gel and subjected to electrophoresis while cooling. Molecular weights are determined against prestained molecular weight standards (Bethesda Research Labs). Immediately after completion, the lane of the gel containing the bone inducer is thinly cut into 0.3 cm pieces. Each piece is crushed and 1.4m1 of 0.1% SDS is added. The sample is shaken halfway slowly at room temperature to elute the protein. Each gel slice is desalted to prevent interference in biological assays. The supernatant from each sample was acidified to pH3.0 with 10% TFA, filtered through a 0.45 liter membrane and then 0.46 cm x 5 cm C4 beads developed with 0.1% TFA to 0.1% TFA, 90% CH 3 CN gradient. Load the column. Appropriate bone inducer-containing fractions are pooled and reconstituted into a 20 mg mouse matrix. Most bone inducer fractions in this gel system have the motility of proteins with molecular weights of about 26,000-30,000 Daltons.
B. 등전 초점법B. Isoelectric Focusing
뼈 유도인자 활성의 등전점을 변성 등전 초점에서 결정한다. 트리톤 X100 우레아겔 시스템(Hoeffer Scientific)을 다음과 같이 변형시킨다; 1) 사용된 40%의 양쪽성 전해질은 세르발라이트(Servalyte) 3/10이고; 60%는 세르발라이트 7-9이다. 2) 사용된 음극분해 부착물은 40mM NaOH이다. 실시예 1로부터의 단백질 약 20㎍을 동결 건조시켜, 시료 완충액에 용해시키고 동전 초점겔에 넣는다. 이겔을 20와트, 10℃에서 약 3시간 동안 방치한다. 완결 후, 뼈유도인자를 함유한 레인을 0.5cm슬라이스로 얇게 절단한다. 각 피스를 1.0m1 6M 우레아, 5mM 슬라이스로 얇게 절단한다. 각 피스를 1.0m1 6M 우레아, 5mM트리스(pH7.8)중에서 짓이기고, 시료를 실온에서 휘젓는다. 시료를 상술한 바와 같이 산성화, 여과, 탈염 및 분석한다. 실시예 3에 기재된 분석에서 결정된 활성물질의 주요 부분은 pI8.8-9.2와 일치하도록 이동한다.The isoelectric point of bone inducer activity is determined at the degenerate isoelectric focus. The Triton X100 Urea Gel System (Hoeffer Scientific) is modified as follows; 1) 40% of the ampholytic electrolyte used is Seralite 3/10; 60% is cervalite 7-9. 2) The catholyte deposit used was 40 mM NaOH. About 20 μg of protein from Example 1 is lyophilized, dissolved in sample buffer and placed in a coin focus gel. The gel is left at 20 Watts, 10 ° C. for about 3 hours. After completion, the lanes containing the bone guide factor are cut thinly into 0.5 cm slices. Cut each piece thinly into 1.0m1 6M urea, 5mM slices. Each piece is crushed in 1.0 ml 6 M urea, 5 mM Tris (pH 7.8) and the sample is stirred at room temperature. Samples are acidified, filtered, desalted and analyzed as described above. The major part of the active material determined in the assay described in Example 3 shifts to match pI8.8-9.2.
C. 서브유니트 특정화C. Subunit specification
뼈 유도인자의 서브유니트 조성도 결정한다. 상술한 바와 같이 제조된 15% SDS 겔로부터 순수한 뼈유도인자를 분리한다. 시료의 일부를 시료 완충액중의 5mM DTT로 교환하고, 15% SDS 겔에 재전기영동한다. 약 30kd 단백질은 30kd에서 부벤드 뿐만 아니라 약 20kd 및 18kd에서 2개의 주밴드를 나타낸다. 2밴드의 넓이는 대부분 글리코실화, 기타 후 번역 변형, 단백질 분해 또는 카트바밀화에 의한 불균일성을 나타낸다.The subunit composition of the bone inducer is also determined. Pure bone inducer is isolated from the 15% SDS gel prepared as described above. A portion of the sample is replaced with 5 mM DTT in sample buffer and reelectrophoresed on a 15% SDS gel. The about 30kd protein exhibits two main bands at about 20kd and 18kd as well as the bubend at 30kd. The width of the two bands mostly indicates heterogeneity by glycosylation, other post-translational modifications, proteolysis or cartbamylation.
[실시예 3]Example 3
뼈 유도인자의 생물적 활성Biological Activity of Bone Inducers
셀페스와 레디의 일반적 방법[Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A, 80 : 6591-6595(1963)]에 따른 쥐의 뼈형성 분석을 사용하여 실시예 1에서 수득된 본 발명의 소 뼈유도 인자의 골 형성 활성을 평가한다. 이 분석을 또한 다른 종의 뼈 유도인자를 평가하는데 사용될 수 있다. 분석될 분획을 물에 투석시킴으로써 에탄올 침전단계를 배치한다. 용액 또는 현탄액을 휘발성 용매, 예를 들면 0.1∼0.2% TFA에 재용해시키고, 생성도니 용액을 20mg의 쥐 매트릭스에 가한다. 이 물질을 동결 및 동결 건조시키고, 생성된 분말을 #5 젤라틴 캡슐을 21∼49일된 숫컷롱에 반스 쥐의 복흉부에 피하 이식한다. 7∼14일후 이식물을 제거한다. 각 이식물의 반을 알칼리 포스파타제 분석[A. H. Reddi et al., Proc, Natl. Acad. Sci., 69 : 1601(1972)]에 사용하고, 나머지 반은 고정시켜 조직 분석한다. 일반적으로 요부의 글리콜메타크릴레이트 부분을 본 쿄사 및 산푸스키능을 염색하여 새로운 뼈의 무기질을 검출한다. 매트릭스 형성 과정에서 연골아세포 및 조골세포에 의해 생성된 효소 알칼리 포스파타제도 측정한다. 새로운 연골 및 뼈 형정은 종종 알칼리 포스타파제 농도와 상관관계가 있다. 하기 표 1은 쥐의 매트릭스 시료의 반응량을 설명하는 것이며, 뼈유도 인자로 처리하지 않은 대조군도 나타낸다.General methods of Selfes and Ready [Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A, 80: 6591-6595 (1963)] is used to assess the bone formation activity of the bovine bone induction factor of the invention obtained in Example 1 using a rat bone formation assay. This assay can also be used to evaluate bone inducers of other species. The ethanol precipitation step is placed by dialysis of the fraction to be analyzed into water. The solution or suspension is redissolved in a volatile solvent, such as 0.1-0.2% TFA, and the resulting sludge solution is added to 20 mg of rat matrix. The material is lyophilized and lyophilized, and the resulting powder is subcutaneously implanted into the abdominal thorax of Vans rats in a 21-49 day male maleon. After 7-14 days, remove the implant. Half of each implant was analyzed for alkaline phosphatase [A. H. Reddi et al., Proc, Natl. Acad. Sci., 69: 1601 (1972), and the other half is fixed and tissue analyzed. Generally, the glycol methacrylate portion of the lumbar part is stained with the Kyosa and Sanfusky ability to detect minerals of new bone. The enzyme alkaline phosphatase produced by chondrocytes and osteoblasts during the matrix formation is also measured. New cartilage and bone formations often correlate with alkaline phosphatase concentrations. Table 1 below illustrates the reaction amount of the mouse matrix sample, and also shows a control group not treated with a bone induction factor.
이 단계에서 뼈 유도인자는 약 10∼15% 순수한 것이다. At this stage, the bone inducer is about 10-15% pure.
형성된 뼈 또는 연골은 매트릭스에 의해 차지된 공간에 한정되는 것이다. 시료를 상술한 바와 같이 SDS 겔전기영동 및 등전 초점법에 의해 분석하고, 자동 방사선 사진을 찍는다. 이 분석을 활성과 26∼30kd에서의 단백질 밴드 및 pI9.0의 상관관계를 나타낸다.The bone or cartilage formed is confined to the space occupied by the matrix. Samples are analyzed by SDS gel electrophoresis and isoelectric focusing methods as described above, and automated radiographs are taken. This assay correlates activity with protein bands and pI9.0 at 26-30 kd.
1OD/mg-cm의 흡광계수를 단백질을 위한 평가기준으로 사용하고, 특징분획에서 뼈 유도인자의 순도를 측정한다. 상술한 바와 같이 희석한 생체내 쥐의 뼈 형성 분석에서 단백질은 10∼200ng 단백질/g 뼈 내지 1㎍ 단백질/g 뼈 이상에서 생체내 활성이다.An extinction coefficient of 1 OD / mg-cm is used as an evaluation criterion for the protein and the purity of the bone inducer in the feature fraction is measured. In the bone formation assay of mice diluted in vivo as described above, the protein is in vivo active at 10-200 ng protein / g bone to 1 μg protein / g bone or more.
[실시예 4]Example 4
소의 뼈 유도인자 단백질 조성물Bovine Bone Inducer Protein Compositions
분자량 28-30kd의 실시예 2A의 단백질 조성을 실시예 2C에 설명된 바와 같이 교환하고, 트립신으로 분해한다. 표준방법에 의해 하기의 아미노산 서열을 갖는 8개의 트립신 분해단편을 분리한다.The protein composition of Example 2A with a molecular weight of 28-30 kd is exchanged as described in Example 2C and digested with trypsin. Eight trypsin digestion fragments having the following amino acid sequences are isolated by standard methods.
단편 1 : A A F L G D I A L D E E D L GFragment 1: A A F L G D I A L D E E D L G
단편 2 : A F Q V Q Q A A D LFragment 2: A F Q V Q Q A A D L
단편 3 : N Y Q D M V V E GFragment 3: N Y Q D M V V E G
단편 4 : S T P A Q D V S RFragment 4: S T P A Q D V S R
단편 5 : N Q E A L RFragment 5: N Q E A L R
단편 6 : L S E P D P S H T L E EFragment 6: L S E P D P S H T L E E
단편 7 : F D A Y YFragment 7: F D A Y Y
단편 8 : L K P S N ? A T I Q S I V EFragment 8: L K P S N? A T I Q S I V E
소의 뼈로부터 실시예 1에 설명한 것과 유사한 정재도식에 따라 덜 정제된 단백질 제제를 제조한다. 정제단계는 히드록실아파티트 및 헤파린세파로즈컬럼의 순서를 역으로 하고, DE-52 칼럼, CM 셀룰로오즈 칼럼 및 모노 S칼럼을 생략하는 것을 제외하고는 상술한 단계와 같다. 간략하면, 농축된 조 4M 추출물을 4℃에서 85%의 최종에탄올 농도로 한다. 혼합물을 원심분리하고, 침전물을 50mM 트리스, 0.15M NaC1, 6.0M 우레아에 재용해시킨다. 이 물질을 설명한 바와 같이 헤파린 세파로즈에 분획화한다. 헤파린 결합 물질을 설명한 바와 같이 히드록시 아파티트에 분획화한다. 활성분획을 모아서 농축하고 고배율 겔 여과(TSK 30000, 6M 구아니디늄 클로라이드, 50mM 트리스, pH7.2)에서 분획화한다. 활성 분획을 모아서 0.1% TFA에 투석한 후, 설명한 바와 같이 C바닥역상 칼럼에서 분획화한다. 제제를 교환하고, 아크릴아미드 겔에 전기영동한다. 18K 밴드에 상응하는 단백질을 용출시키고, 트립신으로 분해한다. 하기의 아미노산 서열을 갖는 트립신 분해 단편을 분리한다.A less purified protein formulation is prepared from bovine bone according to a similar scheme as described in Example 1. The purification step is the same as the one described above except for the reverse order of the hydroxylapatite and heparinsepharose columns, omitting the DE-52 column, the CM cellulose column and the mono S column. Briefly, the concentrated crude 4M extract is brought to a final ethanol concentration of 85% at 4 ° C. The mixture is centrifuged and the precipitate is redissolved in 50 mM Tris, 0.15 M NaCl, 6.0 M urea. This material is fractionated into heparin sepharose as described. Heparin binding material is fractionated to hydroxy apatite as described. The active fractions are combined, concentrated and fractionated in high magnification gel filtration (TSK 30000, 6M guanidinium chloride, 50 mM Tris, pH7.2). The active fractions are pooled and dialyzed in 0.1% TFA and then fractionated in a C bottomed up column as described. The formulations are exchanged and electrophoresed on acrylamide gels. The protein corresponding to the 18K band is eluted and digested with trypsin. Trypsin digest fragments having the following amino acid sequences are isolated.
단편 9 : S L K P S N H A T I Q S ? VFragment 9: S L K P S N H A T I Q S? V
단편 10 : S F DA Y Y C S ? AFragment 10: S F DA Y Y C S? A
단편 11 : V Y P N M T V E S C AFragment 11: V Y P N M T V E S C A
단편 12 : V D F A D I ? WFragment 12: V D F A D I? W
트립신 분해단편 7 및 8은 각각 단편 10 및 9와 실제로 동일하다.Trypsin digests 7 and 8 are actually identical to fragments 10 and 9, respectively.
A. bBMP-1A. bBMP-1
알 레테의 방법[J. Mol. Biol., 183(1); 1-12(1985)]에 따라, 올리고뉴클레오티드의 풀(또는 특정올리고뉴클레오티드)을 함유한 탐침을 디자인하고, 자동화 DNA합성기에서 합성한다. 한팅침은 하기의 뉴클레오티드 서열의 비교적 긴(32뉴클레오티드) 게스머(guessmer)[J. J. Toole et al, Nature, 312 : 342-347(1984)]로 구성된다;Alette's Method [J. Mol. Biol., 183 (1); 1-12 (1985), probes containing pools of oligonucleotides (or specific oligonucleotides) are designed and synthesized in automated DNA synthesizers. The Hanting needle is a relatively long (32 nucleotide) gessmer of the following nucleotide sequence [J. J. Toole et al, Nature, 312: 342-347 (1984);
TCCTCATCCAGGGCATGTCGCCCAGGAAGGCTCCTCATCCAGGGCATGTCGCCCAGGAAGGC
유전 코오드가 변화되었기 때문에(1개 이상의 코오돈이 같은 아미노산을 코오딩할 수 있다), 탐침 풀에서 올리고뉴클레오티드의 수는 진핵세포에서 코오돈의 사용빈도, G : T염기쌍의 상대적 안정성, 및 진핵세포 코오딩 서열에서 디뉴클레오티드 CpG의 상대적 희귀성을 기초로 감소된다[Toole et al., supra.]. 제 2 세트의 탐침은 아미노산을 코오딩할 수 있는 모든 가능한 서열을 함유한 더 짧은 올리고 뉴클레오티드(17뉴클레오티드 길이)로 구성된다. 제 2 세트의 방침은 하기의 서열을 갖는다.Because the genetic code has changed (one or more codons can encode the same amino acid), the number of oligonucleotides in the probe pool is dependent on the frequency of codon use in eukaryotic cells, the relative stability of the G: T base pair, and the eukaryotic It is reduced based on the relative rarity of dinucleotide CpG in the cell coding sequence (Toole et al., Supra.). The second set of probes consists of shorter oligonucleotides (17 nucleotides in length) containing all possible sequences capable of encoding amino acids. The second set of policies has the following sequence.
(a) A [A/G][A/G]TC[T/C]TC[T/C]TC[T/C]TC[A/G]TC[T/C]AA(a) A [A / G] [A / G] TC [T / C] TC [T / C] TC [T / C] TC [A / G] TC [T / C] AA
(b) A [A/G][A/G]TC[T/C]TC[T/C]TC[A/G]TCNAG(b) A [A / G] [A / G] TC [T / C] TC [T / C] TC [A / G] TCNAG
괄호안의 뉴클레오티드는 양자선택될 수 있다. N은 A, T, C 또는 G를 의미한다.Nucleotides in parentheses may be protonated. N means A, T, C or G.
두 경우 모두에서 탐침 다지인을 위해 사용된 아미노산 서열의 부분은 가능한 한 많이 변화된 코오돈은 피하도록 선택한다. 자동 DNA합성기에서 올리고뉴클레오티드를 합성한다. 그리고 탐침을 폴리 뉴클레오티드 키나아제 및 32P-ATP로 방사선표지시킨다.In both cases, the part of the amino acid sequence used for the probe design is chosen to avoid codons that have changed as much as possible. Oligonucleotides are synthesized in an automated DNA synthesizer. The probe is then radiolabeled with polynucleotide kinase and 32P-ATP.
이들 2세트의 탐침을 사용하여 소의 게놈 재조합 라이브러리를 스크린한다. 라이브러리를 다음과 같이 형성한다 : 소의 간 DNA를 제한 엔도 뉴클레아제 효소 Sau 3A로 부분 분해하고, 슈크로오즈 경사를 통해 침강시킨다. 15-30kb범위내에서 크기 분획화된 DNA를 박테리오파지 BamHI 벡타 EMBL3에 결찰시킨다[Frischauf et al, J. Mol. Biol, 170 : 827-847(1983)]. 라이브러리를 플레이트당 8000제조합체로 플레이트한다. 우등의 방법[Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 75 : 3688-91(1978)]을 변형시켜 폴라크의 복제니트로셀룰로오즈 리플리카를 제조하여 증식시킨다.These two sets of probes are used to screen bovine genomic recombination libraries. The library is formed as follows: Bovine liver DNA is partially digested with the restriction endonuclease enzyme Sau 3A and settled through a sucrose gradient. DNA sized within the range of 15-30 kb is ligated to bacteriophage BamHI vector EMBL3 [Frischauf et al, J. Mol. Biol, 170: 827-847 (1983). Plate the library at 8000 combinations per plate. Method of honor [Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 75: 3688-91 (1978)] to produce and propagate Polak's cloned nitrocellulose replicas.
32량체 탐침을 32p-감마-ATP로 키나아재화시키고, 45℃에서 5X SSC, 0.1% SDS, 5X 덴하르트, 100㎍/㎖ 연어정자 DNA 중에서 1세트의 필터에 혼성시키고, 45℃에서 5X SSC, 0.1% SDS로 세척한다. 17량체 탐침을 키나아제화하고, 48℃의 3M 테트라 메틸암모늄클로라이드(TMAC), 0.1M 인산나트륨 pH6.5, 1mM EDTA, 5X 덴하르트, 0.6% SDS, 100㎍/㎖ 연어정자 DNA중에서 다른 세트의 필터에 혼성화하고, 50℃에서 3M TMAC, 50mM 트리스 pH8.0에서 세척한다. 이러한 조건은 17량체 탐침 풀에 미스매치가 검출되는 것을 최소화한다[Wood et al, Proc. Natl. Acad. Sci, U. S. A. 82 : 1585-1588(1985)]. 이 방법에 이해 400,000제조합체를 스크린하고, 하나의 복제포지티브를 플라크 정제한다. 람다 bp-50으로 정의된 이 재조합 박테리오 파지의 플레이트 분해물로부터 DNA를 분리한다. bp-50은 1986년 12월 16일자로 미합중국 메릴란드 록빌 12301피크론 드라이브 어메리칸 타입 컬쳐 콜렉션(ATCC)에 ATCC 40295의 수탁번호로 기탁되어 있다. 이 기탁 및 그의 본 명세서에 기재된 모든 기탁은 특허절차를 위한 미생물기탁의 국제적 승인은 부파페스트 협약 및 그의 규정에 따른 것이다. 이 bp-50클론은 bBMP-1으로 정의된 소의 뼈 성장인자의 적어도 일부를 코오딩한다.The 32-mer probe was kinylated with 32p-gamma-ATP, hybridized to one set of filters in 5X SSC, 0.1% SDS, 5X Denhardt, 100 μg / ml salmon sperm DNA at 45 ° C., and 5X SSC at 45 ° C. Wash with 0.1% SDS. The 17-mer probe was kinase and subjected to another set of 48M 3M tetra methylammonium chloride (TMAC), 0.1M sodium phosphate pH6.5, 1 mM EDTA, 5X Denhardt, 0.6% SDS, 100 μg / ml salmon sperm DNA. Hybridize to filter and wash in 3M TMAC, 50 mM Tris pH8.0 at 50 ° C. This condition minimizes the detection of mismatches in the 17-mer probe pool [Wood et al, Proc. Natl. Acad. Sci, U. S. A. 82: 1585-1588 (1985). Understand this method for screening 400,000 formulations and plaque purification of one replication positive. DNA is isolated from plate digests of this recombinant bacteriophage defined as lambda bp-50. The bp-50 was deposited on December 16, 1986 under the accession number ATCC 40295 in the Rockville 12301-Pikron Drive American Type Culture Collection (ATCC). This deposit and all deposits described therein, the international approval of the microbial deposit for the patent procedure is in accordance with the Bufafest Convention and its provisions. This bp-50 clone encodes at least a portion of the bovine bone growth factor defined as bBMP-1.
이 bBMP-1 클론의 올리고뉴클레오티드 혼성화부분은 M13에 서브클로닝되어 표준 기술에 의해 서열화된 약 800bp EcoRI 단편에 편제되어 있다. 람다 bp-50의 부분 DNA 서열 및 유도된 아미노산 서열은 하기 표 2에 나타낸다. 소의 뼈 28-30kd 물질로부터 분리된 트립신 분해단편에 상응하는 아미노산 서열은 표 Ⅱ에서 밑줄로 표시한다. 서열의 제1밑줄부분은 올리고뉴쿨레오티드 탐침이 디자인된 상기의 트립신 분해 단편 1에 상응하며, 제2밑줄 부분은 상기의 트립신 분해 단편 2에 상응한다. 예상되는 아미노산 서열은 트립신 분해 단편 2가 트립신의 특이성을 고려하여 예상되는 바와 같이 염시어 잔기(R)에 의해 선행된다는 것을 나타낸다. 표 2의 뉴클레오티드 위치 #292-293에서 두쌍 CT를 선행하는 핵산 서열은 콘센서스 어셉터 서열(즉, 피리미딘 리치 트랙, TCTCTCTCC, 그 다음 AG)의 존재 및 유도된 아미노산 서열의 적당한 위치에서 염기성 잔기의 부족을 고려하면 인트론(비코오딩 서열)으로 추정된다. 이 bBMP-1 게놈 서열은 표 2에 나타낸다. 이 게놈 클론으로부터 예상되는 bBMP-1 펩티드 서열은 37아미노산길이이며, 표 2의 뉴클레오티드 #294 내지 #404의 DNA서열에 의해 코오딩된다.The oligonucleotide hybridization portion of this bBMP-1 clone is subcloned to M13 and organized into an approximately 800 bp EcoRI fragment sequenced by standard techniques. Partial DNA sequences and derived amino acid sequences of lambda bp-50 are shown in Table 2 below. The amino acid sequence corresponding to the trypsin digestion fragment isolated from bovine bone 28-30 kd material is underlined in Table II. The first underlined portion of the sequence corresponds to the trypsin digested fragment 1 above, in which the oligonucleotide probe was designed, and the second underlined portion corresponds to the trypsin digested fragment 2 above. The predicted amino acid sequence indicates that trypsin digest fragment 2 is preceded by a salty residue (R) as expected in view of the specificity of trypsin. The nucleic acid sequence preceding the two-pair CT at nucleotide position # 292-293 in Table 2 is a basic residue at the appropriate position of the consensus acceptor sequence (ie pyrimidine rich track, TCTCTCTCC, then AG) and the derived amino acid sequence. Considering the lack of, it is assumed to be an intron (noncoding sequence). This bBMP-1 genomic sequence is shown in Table 2. The bBMP-1 peptide sequence expected from this genomic clone is 37 amino acid long and is encoded by the DNA sequences of nucleotides # 294 to # 404 in Table 2.
B. bBMP-2B. bBMP-2
단편 3의 아미노산 서열을 기초로 올리고 뉴클레오티드의 풀로 구성된 2개의 탐침을 디자인하여 상술한 바와 같이 자동 DNA합성기에서 합성한다.Based on the amino acid sequence of fragment 3, two probes consisting of pools of oligonucleotides are designed and synthesized in an automated DNA synthesizer as described above.
이들 탐침을 방사선 표지시키고, 벡타가 람다 J1 Bam H1 arms[Mullins et al Nature 3C8 : 856∼858(1984)]인 것을 제외하고는 파트 A에서 설명한 바와 같이 형성된 소의 게놈 라이브러리를 스크린한다. 방사선 표지된 17량체 탐침 #1을 파트A에서 설명된 17량체 탐침을 위한 방법에 따라 1세트의 필터에 혼성화시킨다.These probes are radiolabeled and screened for a genomic library of cattle formed as described in Part A, except that the vector is lambda J1 Bam H1 arms (Mullins et al Nature 3C8: 856-858 (1984)). The radiolabeled 17-mer probe # 1 is hybridized to one set of filters according to the method for 17-mer probes described in Part A.
파트 A에서 설명한 방법에 의해 400,000재조합체를 스크린한다. 하나의 복제포지티브를 플라크 정제하고, 람다 bp-21로 정의된 재조합 박테리오파지의 플레이트 분해물로부터 DNA를 분리한다. 박테리오파지 bp-21은 1987년 3월 6일자로 ATCC에 ATCC 40310의 수탁번호로 기탁되어 있다. bp-21클론은 bBMP-2로 정의된 소의 성장인자를 코오딩한다.Screen the 400,000 recombinants by the method described in Part A. One replication positive is plaque purified and DNA is isolated from plate digests of recombinant bacteriophages defined as lambda bp-21. Bacteriophage bp-21 has been deposited with the ATCC on accession number ATCC 40310 on March 6, 1987. The bp-21 clone encodes a growth factor for cattle defined as bBMP-2.
이 bBMP-2 클론의 올리고뉴클레오티드 혼성화 부분은 M13에 서브클로닝되어 표준 기술에 의해 서열화된 약 1.2kb Sac I 제한단편에 편재되어 있다. bp-21의 이 Sac I 단편 및 계속되는 Hind Ⅲ-Sac I 제한단편의부분 DNA 서열 및 유도된 아미노산 서열은 표 3에 나타낸다. 이 클론으로부터의 bBMP-2펩티드 서열언 129아미노산 길이이며, 뉴클레오티드 #1 내지 뉴클레오티드 #387의 DNA서열에 의해 코오딩된다. 소의 뼈 28∼30kd 물질로부터 분리된 트립신분해단편에 상응하는 아미노산서열은 표 3에서 밑줄로 표시한다. 서열은 밑줄 부분은 bBMP-2의 올리고 뉴클레오티드 탐침이 다지인된 상기의 트립신 분해 단편 3에 상응한다. 예상되는 아미노산 서열은 트립신 분해단편 3이 트립신의 특이성을 고려하여 예상되는 바와 같이 염기성 잔기(K)이 의해 선행된다는 것을 나타낸다. CGT에 의해 코오딩되는 아르기닌 잔기는 그에 인접한 스톱코오돈(TAG)를 고려하면 단백질의 카르복시 말단으로 추정된다.The oligonucleotide hybridization portion of this bBMP-2 clone is ubiquitous in the approximately 1.2 kb Sac I restriction fragment subcloned to M13 and sequenced by standard techniques. The partial DNA sequences and derived amino acid sequences of this Sac I fragment and subsequent Hind III-Sac I restriction fragments of bp-21 are shown in Table 3. The bBMP-2 peptide sequence from this clone is 129 amino acids in length and is encoded by the DNA sequence of nucleotides # 1 to nucleotides # 387. The amino acid sequences corresponding to trypsin fragments isolated from bovine bone 28-30 kd material are underlined in Table 3. The sequence corresponds to the trypsin digest fragment 3 above, in which the underlined portion is designed with an oligonucleotide probe of bBMP-2. The predicted amino acid sequence indicates that trypsin digest 3 is preceded by a basic residue (K) as expected in view of the specificity of trypsin. Arginine residues encoded by CGT are assumed to be the carboxy terminus of the protein, taking into account the adjacent stopcodon (TAG).
C. bBMP-3C. bBMP-3
트립신분해 단편9(탐침 #3), 10(탐침 #2) 및 11(탐침 #1)의 아미노산 얼을 기초로 올리고 뉴클레오티드의 풀로 구성된 탐침을 디자인하여 자동 DNA 합성기에서 합성한다.A probe consisting of a pool of oligonucleotides is designed and synthesized on an automated DNA synthesizer based on the amino acids Earl of trypsin fragment 9 (probe # 3), 10 (probe # 2) and 11 (probe # 1).
탐침 #1 : ACNGTCAT [A/G] TTNGG [A/G] TAProbe # 1: ACNGTCAT [A / G] TTNGG [A / G] TA
탐침 #2 : CA [A/G] TA [A/G] TANGC [A/G] TC [A/G] TTProbe # 2: CA [A / G] TA [A / G] TANGC [A / G] TC [A / G] TT
탐침 #3 : TG [A/G/T] ATNGTNGC [A/G] TG [A/G] TTProbe # 3: TG [A / G / T] ATNGTNGC [A / G] TG [A / G] TT
EMBL3에서 형성된 재조합소의 게놈 라이브러리를 파트A에서 설명한 TMAC 혼성화방법에 의해 스크린한다. 32p로 표지된 탐침 #1을 갖는 복제물에서 400,000재조합체를 스크린한다. 이 탐침에 혼성화된 모든 재조합체를 제2플라이틀 위해 재플레이트한다. 제2플레이트로부터 3중 니트로 셀룰로오즈 리플리카롤 제조하여 상술한 바와 같이 증식시킨다. 3세트의 필터를 TMAC 조건하에 다시 탐침 #1, #2 및 #3에 혼성화한다. 1클론 람다 bp-819를 이들 3탐침에 혼성화하고, 플라크 정제한 후 플레이트 분해물로부터 DNA를 분리한다. 박테리오파지람다 bp-819는 1987년 6월 16일자로 ATCC에 ATCC 40344의 수탁번호로 기탁되어 있다. 이 bp-819 클론은 bBMP-3으로 정의된 소의 뼈 성장 인자를 코오딩한다.The genomic library of recombinants formed in EMBL3 is screened by the TMAC hybridization method described in Part A. Screen 400,000 recombination screens in replicate with probe # 1 labeled 32p. All recombinants hybridized to this probe are replated for the second fly. Triple nitro cellulose replicas are prepared from the second plate and propagated as described above. Three sets of filters are hybridized to probes # 1, # 2 and # 3 again under TMAC conditions. Monoclonal lambda bp-819 is hybridized to these three probes and plaque purified to separate DNA from plate digests. Bacteriophagelambda bp-819 was deposited with the ATCC 40344 as accession number to the ATCC on June 16, 1987. This bp-819 clone encodes bovine bone growth factor defined as bBMP-3.
탐침 #2에 혼성하는 bp-819의 부분을 편재화 및 서열화한다. 이 부분의 부분 DAN 및 유도된 아미노산 서열은 표 4a에 나타낸다. 트립신 분해 단편 10 및 12에 상응하며, 제2밑줄 서열은 단편 10에 상응한다. 그러므로 탐침 #2에 혼성화하는 bp-819의 부분은 적어도 111 아미노산을 코오딩한다. 이 아미노산 서열은 뉴클레오티드 #414내지 $746의 DNA서열에 의해 코오딩된다.The portion of bp-819 that hybridizes to probe # 2 is localized and sequenced. Partial DAN and derived amino acid sequences of this part are shown in Table 4a. Corresponds to trypsin digest fragments 10 and 12, and the second underline sequence corresponds to fragment 10. Therefore, the portion of bp-819 that hybridizes to probe # 2 encodes at least 111 amino acids. This amino acid sequence is encoded by the DNA sequence of nucleotides # 414 to # 746.
탐침 #1 및 #3에 혼성화하는 bp-819의 부분을 편재화 및 서열화 한다. 이 부분의 부분 NDA 및 유도된 아미노산 서열은 표 4b에 나타낸다. 트립신 분해 단편 9 및 11에 상응하는 아미노산 서열은 밑줄로 표시한다. 제1밑줄 서열은 단편 9에 상응하며, 제2밑줄 서열은 단편 11에 상응한다. 탐 침 #1 및 #3에 혼성하는 bp-819의 이 부분의 팹티드 서열은 64 아미노산 길이이며, 표 4b의 뉴클레오티드 #305내지 #493에 의해 코오딩된다. 세쌍 AGA에 의해 코오딩되는 아르기닌 잔기는 그에 입접한 스톱코오돈(TAA)의 존재를 고려하면 단백질의 카르복시 말단으로 추정된다. 쌍 TC(위치 305∼306)를 선행하는 핵산서열은 콘센서스 어셉터 서열(즉, 피리미딘 리치 스트레치 TTCTCCCTTTTCGTTCCT, 그다음 AG)의 존재 및 유도된 아미노산 서열의 적당한 위치에 염기성 잔기보다는 스톱의 존재를 고려하면 인트론(비-코오딩 서열)로 추정된다.The portion of bp-819 that hybridizes to probes # 1 and # 3 is localized and sequenced. The partial NDA and derived amino acid sequences of this portion are shown in Table 4b. The amino acid sequences corresponding to trypsin digest fragments 9 and 11 are underlined. The first underline sequence corresponds to fragment 9 and the second underline sequence corresponds to fragment 11. The peptide sequence of this portion of bp-819 that hybridizes to probes # 1 and # 3 is 64 amino acids long and is encoded by nucleotides # 305- # 493 in Table 4b. Arginine residues encoded by the three-pair AGA are assumed to be the carboxy terminus of the protein, given the presence of stop codons (TAA) in contact therewith. Nucleic acid sequences preceding pair TC (positions 305-306) take into account the presence of consensus acceptor sequences (ie, pyrimidine rich stretch TTCTCCCTTTTCGTTCCT, then AG) and the presence of stops rather than basic residues at appropriate positions of the derived amino acid sequences. It is assumed to be intron (non-coding sequence).
그러므로 bBMP-3은 표 4a 및 표 4b의 DNA 및 아미노산서열에 의해 특정화 된다. 이 클론의 펩티드 서열은 175아미노산 길이이며, 표 4a의 뉴클레오티드 #414 내지 뉴클레오리드 $746 및 표 4b의 뉴클레오티드 #305 내지 뉴클레오티드 #493의 DNA서열에 의해 코오딩된다.BBMP-3 is therefore characterized by the DNA and amino acid sequences of Tables 4a and 4b. The peptide sequence of this clone is 175 amino acids long and is encoded by the DNA sequences of nucleotides # 414 to nucleotide # 746 in Table 4a and nucleotides # 305 to nucleotide # 493 in Table 4b.
[실시예 5]Example 5
인간 뼈 유도 인자Human bone inducer
A. hBMP-1A. hBMP-1
소 및 인간의 뼈 성장 인자 유전자가 매우 유사한 것으로 추정되기 때문에, 표 Ⅱ의 소 bBMP-1 DNA 서열(또는 그의 일부)을 탐침으로 사용하여 인간 게놈 라이브러리를 스크린한다. 소의 게놈클론의 800bp EcoR Ⅰ 단편을 니크 번역에 의해 32p로 표지시킨다. 인간 게놈 라이브러리(Toole et al., supra)를 20플레이트에 플레이트당 40,000재조합체로 플레이트 한다. 각 플레이트로부터 복제니트로셀룰로오즈 필러 리플리카를 제조하고, 50℃에서 약 14시간 동안 5×SSC, 5×덴하르트, 100㎍/㎖ 변성연어정자 DNA, 0.1% SDS(표준 혼성화 용액) 중에서 니크번역 탐침에 혼성화한다. 필터를 50℃에서 1×SSC, 0.1%SDS에 세척하고 자동 방사선 사진을 찍는다. 5복제포지티브를 분리하고 플라크 정제한다. LP-HI로 정의된 이들 재조합 박테리 오파지중 하나의 플레이트 분해물로부터 DNA를 수득한다. LP-HI은 1987년 3월 6일자로 ATCC에 ATCC 40311의 수락번호로 기탁되어 있다. 이 클론은 hBMP-1이라고 하는 인간 게놈 뼈 성장인자의 적어도 일부분을 코오딩한다. LP-HI의 혼성화 부분은 2.5kb Xba I/Hind Ⅲ 제한단편에 편재되어 있다.Since the bovine and human bone growth factor genes are presumed to be very similar, the bovine bBMP-1 DNA sequence (or a portion thereof) of Table II is used as a probe to screen the human genome library. An 800 bp EcoR I fragment of bovine genomic clone is labeled 32 p by nick translation. Human genome libraries (Toole et al., Supra) are plated at 20 plates with 40,000 recombinants per plate. Replicate nitrocellulose filler replicas were prepared from each plate and nick translation probes in 5 × SSC, 5 × Denhard, 100 μg / ml denatured salmon sperm DNA, 0.1% SDS (standard hybridization solution) at 50 ° C. for about 14 hours. Hybridize to. The filter is washed in 1 × SSC, 0.1% SDS at 50 ° C. and auto radiographed. 5 Replicate positives are isolated and plaque purified. DNA is obtained from plate digests of one of these recombinant bacteriophages defined as LP-HI. LP-HI has been deposited with the ATCC on March 6, 1987 as the acceptance number of ATCC 40311. This clone encodes at least a portion of a human genomic bone growth factor called hBMP-1. The hybridization portion of LP-HI is ubiquitous in the 2.5 kb Xba I / Hind III restriction fragment.
람다 LP-HI의 부분 DNA 서열 및 유도된 아미노산 서열은 하기 표 5에 나타낸다. 이 클론으로부터의 펩티드 서열은 37아미노산 길이이며, 뉴클레오티드 #3440 내지 뉴클레오티드 #3550의 DNA 서열에 의해 코오딩된다. 표 5의 코오딩 서열은 약 28뉴클레오티드(5` 비코오딩 서열로 추정됨) 및 약 19뉴클레오티드(3` 비코오딩 서열로 추정됨)에 인접해 있다. 표 2의 bBMP-1서열을 표 5의 hBMP-1게놈 서열과 비교하면 두 서열이 상당히 유사하다.Partial DNA sequences and derived amino acid sequences of lambda LP-HI are shown in Table 5 below. The peptide sequence from this clone is 37 amino acids long and is encoded by the DNA sequences of nucleotides # 3440 to nucleotides # 3550. The coding sequence of Table 5 is adjacent to about 28 nucleotides (estimated 5 ′ noncoding sequence) and about 19 nucleotides (estimated 3 ′ noncoding sequence). Comparing the bBMP-1 sequences in Table 2 with the hBMP-1 genomic sequences in Table 5, the two sequences are quite similar.
코오딩 부분의 크기 및 비코오딩 부분의 위치가 일반적으로 다른 종의 동종 유전자에 보존되어 있기 때문에, 뼈 유도인자 유전자의 코오딩 및 비코오딩 부분의 확인될 수 있다. 유사 부위에 RNA프로세싱 시그날에 의해 인접된 두종 유전자 사이의 유사부분은 코오딩 부분을 나타낸다.Since the size of the coding portion and the position of the non-coding portion are generally conserved in homologous genes of other species, the coding and non-coding portions of the bone inducer gene can be identified. Similar parts between the two genes adjacent to each other by RNA processing signals at similar sites indicate the coding part.
표 5에 기재된 인간 코오딩 서열에 특이한 탐침을 사용하여 뼈 유도인자를 합성하는 인간 세포주 또는 조직을 확인한다. 하기의 방법에 따라 탐침을 제조한다. 자동 합성기에서 하기의 서열Probes specific to the human coding sequences listed in Table 5 are used to identify human cell lines or tissues that synthesize bone inducers. Probes are prepared according to the following method. The sequence shown below in an automatic synthesizer
(a) GGGAATTCTGCCTTTTCTTGHGGGACATTGCCCTGGACGAAGA(a) GGGAATTCTGCCTTTTCTTGHGGGACATTGCCCTGGACGAAGA
GGACCTGAGGGACCTGAG
(b) CGGGATCCGTCTGAGATCCACAGCCTGCTGTACCTGGAAGGCCC(b) CGGGATCCGTCTGAGATCCACAGCCTGCTGTACCTGGAAGGCCC
TCAGGTCAGG
을 갖는 2뉴클레오티드를 합성하여 어닐링하고, 이·콜리 DNA폴리머라제 Ⅰ의 클레오눙 단편을 사용하여 확장시킨 후, 제한효소 EcoR Ⅰ 및 Bam HI으로 분해하여 M13벡타에 삽입한다. 이 서브클론의 템플레이트 제제로부터 포준기술에 의해 단일하닥 32p표지된 탐침을 얻는다. 각종 세포 및 조직원으로부터의 폴리아데닐화된 RNA를 포름알데히드-아가로즈겔에 전기영동하고, 툴 등의 방법에 의해 니트로셀룰로오즈에 옮긴다. 탐침은 42℃에서 밤새 50% 포름아미드, 5×SSC, 0.1% SDS, 40mM 인산나트륨 pH6.5, 100㎍/㎖ 변성 연어정자 DNA 및 5mM 바나딜 리보뉴 클레오시드중에서 니트로셀룰로오즈 블로트에 혼성화하고, 65℃에서 0.2×SSC, 01.% SDS에 세척한다. 자동 방사선 사진을 적은 후, 인간 골종세포주 U-2 os로부터의 RNA를 함유한 레인은 약 4.3 및 3.0kb의 RNA종에 상응하는 혼성화밴드를 함유한다. U-2 os 폴리아데닐화 RNA로부터 cDNA를 합성하고, 공지의 기술(Toole et al., supra)에 의해 람다 gt 10에 클로닝한다. 이 라이브러리로부터의 20,000재조합체를 각 50 플레이트에 플레이트 한다. 이 플레이트로부터 복제니트로셀룰로오즈 리플리카를 제조한다. 상술한 올리고 뉴클레오티드를 32p-감마-ATP로 키나아제와하고, 55℃에서 표준 활성화 용액중에서 밤새 2세트의 리플리카에 혼성화한다. 필터를 55℃에서 1×SSC, 0.1% SDS에 세척하고, 자동방사선 사진 찍는다. 람다 U2os-1으로 정의된 1복제 포지티브를 플라크 정제한다. 람다 U2os-1은 1987년 6월 16일자로 ATCC에 ATCC 40343의 수탁번호로 기탁되어 있다.2 nucleotides are synthesized and annealed, expanded using cleavage fragments of E. coli DNA polymerase I, digested with restriction enzymes EcoR I and Bam HI, and inserted into M13 beta. From the template preparation of this subclone, single-dose 32p labeled probes are obtained by canning techniques. Polyadenylated RNA from various cells and tissue sources is electrophoresed to formaldehyde-agarose gel and transferred to nitrocellulose by a tool or the like. Probes were hybridized to nitrocellulose blot in 50% formamide, 5 × SSC, 0.1% SDS, 40 mM sodium phosphate pH6.5, 100 μg / ml denatured salmon sperm DNA and 5 mM vanadil ribonucleosides at 42 ° C. overnight. Wash in 0.2 × SSC, 01.% SDS at 65 ° C. After autoradiography, lanes containing RNA from human osteoblast cell line U-2 os contain hybridization bands corresponding to RNA species of about 4.3 and 3.0 kb. CDNA is synthesized from U-2 os polyadenylation RNA and cloned into lambda gt 10 by known techniques (Toole et al., Supra). 20,000 recombinants from this library are plated on each 50 plate. Replicate nitrocellulose replicas are prepared from this plate. The oligonucleotides described above are kinase with 32p-gamma-ATP and hybridized to two sets of replicas overnight in standard activation solution at 55 ° C. The filter is washed in 1 × SSC, 0.1% SDS at 55 ° C. and autoradiated pictures are taken. Plaque purification of monoclonal positives defined as lambda U2os-1. Lambda U2os-1 has been deposited with the ATCC under accession number ATCC 40343 on 16 June 1987.
람다 U2os-1의 삽입물의 완전한 뉴클레오티드 서열 및 유도된 아미노산 서열은 표 6에 기재되어 있다. 이 cDNA 클론은 Met를 코오딩하며, 분비된 단백질의 특징적인 소수성 리더서열에 의해 연결되며, 뉴클레오티드 위치 2226∼2228에서 스톱 코오돈을 함유한다. 이 클론은 이 아미노산 서열을 기초로 og83kd의 분자량을 갖는 730아미노산의 단백질을 코오딩하는 2190bp의 오픈 리딩 프레임을 함유한다. 이 클론은 표 Ⅴ의 코오딩 부분과 동일한 서열을 함유한다. 이 단백질은 제1번역 생성물이며, 이를 절단하여 hBMP-1 단백질을 제조한다. 그러므로, 이 클론을 게놈 hBMP-1 서열 람다 LP-HI에 포함된 인간 유전자 단편에 상응하는 hBMP-1을 위한 cDNA이다. BMP-1의 아미노산 #550 내지 #590은 표면성장 인자이며, 단백질 C, X 및 IX의 성장인자의 부분이다.The complete nucleotide sequence and the derived amino acid sequence of the insert of lambda U2os-1 are shown in Table 6. This cDNA clone encodes Met and is linked by a characteristic hydrophobic leader sequence of the secreted protein and contains a stop codon at nucleotide positions 2226-2228. This clone contains an open reading frame of 2190 bp that encodes a protein of 730 amino acid with a molecular weight of og 83 kd based on this amino acid sequence. This clone contains the same sequence as the coding portion of Table V. This protein is the first translation product, which is cleaved to produce hBMP-1 protein. Therefore, this clone is the cDNA for hBMP-1 corresponding to the human gene fragment contained in the genomic hBMP-1 sequence lambda LP-HI. Amino acids # 550 to # 590 of BMP-1 are surface growth factors and are part of the growth factors of proteins C, X and IX.
B. hBMP-2 : 클래스 Ⅰ 및 ⅡB. hBMP-2: Class I and II
실시예 4b에 설명된 HindⅢ-SacⅠ소의 게놈 bBMP-2 단편을 M13 벡타에 서브 클로닝한다. 이 서브 클론의 펨플레이트 제재로부터 32p-표지된 단일 가닥 DNA탐침을 제조한다. 이 탐침을 사용하여 파트 A에서 설명한 것과 같은 각종 세포 및 조직원으로부터 폴리아데닐화 RNA를 스크린한다. 인간 세포 U-2 os로부터의 RNA를 함유한 레인에서 약 3.8kd읠 mRNA종에 상응하는 혼성화 밴드가 검출된다. HindⅢ-SacⅠ단편을 니크번역에 의해 32p로 표지시키고, 이를 사용하여 65℃에서 밤새표준 혼성화 완충액에서 혼성화함으로써 상술한 U-2 os cDNA라이브러리의 니트로셀룰로오즈 필터 리플리카를 스크린하고, 1×SSC, 0.1% SDS에서 65℃로 세척한다. 13복제포지티브 클론을 수거하여, 제2플레이트를 위해 재플레이트 한다. 제2플레이트로부터 복제니트로셀룰로오즈 리플리카를 제조하고, 2세트를 1차 스크린으로 소의 게놈 탐침에 혼성화한다. 한 세트의 필터를 1×SSC, 0.1% SDS에 세척하고, 다른 한 세트는 0.1×SSC, 0.1% SDS에 65℃에서 세척한다.The genomic bBMP-2 fragment of HindIII-SacI cattle described in Example 4b is subcloned into M13 vector. A 32p-labeled single stranded DNA probe is prepared from the femplate preparation of this subclone. This probe is used to screen polyadenylation RNA from various cells and tissue sources as described in Part A. Hybridization bands corresponding to about 3.8 kdV mRNA species are detected in lanes containing RNA from human cell U-2 os. Screen the nitrocellulose filter replica of the U-2 os cDNA library as described above by labeling the HindIII-SacI fragment with 32 p by nick translation and hybridizing it in a standard hybridization buffer at 65 ° C. overnight, 1 × SSC, 0.1 Wash at 65 ° C. in% SDS. 13 Replicate positive clones are collected and replated for the second plate. Replicate nitrocellulose replicas are prepared from the second plate and two sets are hybridized to bovine genomic probes on the primary screen. One set of filters is washed in 1 × SSC, 0.1% SDS and the other set is washed at 65 ° C. in 0.1 × SSC, 0.1% SDS.
더 엄격한 세척 조건(0.1×SSC, 0.1% SDS)하에 강(4제조합체) 또는 약(7재조합체) 혼성화시그날을 나타내는 것으로 미루어 2종류의 hBMP-2 cDNA 클론이 명백하다. 모두 11재조합 박테리오 파지를 플라크 정제하고, 각 플레이트 분해물로부터 소량의 DNA 제제를 제조하고, 삽입물을 시열분석에 의해 psp65 및 M13에 서브클로닝한다. hBMP-2 클래스Ⅰ(또는 BMP-2로 공지됨)으로 정의된 강혼성화 클론의 서열분석에 의하면, 이들 이 표 3의 서열과 상당히 서열 유사성을 갖는다는 것을 나타낸다. 그러므로, 이들 클론은 그의 부분 서열이 표 3에 기재되어 있는 bBMP-2 유전자에 의해 코오딩된 인간 단백질을 코오딩하는 cDNA이다. hBMP-2 클래스Ⅱ(또는 BMP-4로 공지됨)으로 정의된 약혼성화 재조합체의 서열분석에 의하면, 이들이 그의 코오딩 부분의 3`말단에서 표 3의 서열과 아주 유사하며 5`부분에서는 약간 덜 유사하다는 것을 나타낸다. 그러므로, 이들은 상기와 같은 구조와 동일하지는 않지만 유사한 인간 단백질을 코오딩한다.Two types of hBMP-2 cDNA clones are evident in light of strong (quadruent) or weak (seven-recombinant) hybridization signals under more stringent washing conditions (0.1 x SSC, 0.1% SDS). All 11 recombinant bacteriophages are plaque purified, a small amount of DNA preparation is prepared from each plate digest, and the inserts are subcloned into psp65 and M13 by thermal analysis. Sequencing of strongly hybridized clones defined as hBMP-2 class I (or BMP-2) indicates that they have significantly sequence similarity to the sequences in Table 3. Therefore, these clones are cDNAs that encode human proteins whose subsequences are encoded by the bBMP-2 genes described in Table 3. Sequencing of the hybridization recombinants defined as hBMP-2 class II (or known as BMP-4) shows that they are very similar to the sequences in Table 3 at the 3 ′ end of their coding portion and slightly at the 5 ′ portion. Less similar. Therefore, they encode similar human proteins, although not identical to such structures.
전체 길이의 hBMP-2 클래스ⅠcDNA 클론은 다음의 방법으로 수득된다. 클래스 Ⅱ 서브 클론(Ⅱ-10-)중 하나의 1.5kb 삽입물을 분리하여 니크 번역에 의해 방사선 표지시킨다. 상기에서 스크린된 1세트의 U-2 os cDNA라이브러리의 니트로셀룰로오즈 리플리카(50필터, 1,000,000, 재조합 박테리오파지에사응)`를 엄격한 조건하에 이 탐침과 재혼성화시킨다(표준 혼성화 완충액중에서 65℃로 혼성화; 65℃에서 0.2×SSC, 0.1% SDS에 세척). 클래스 Ⅱ 탐침에 혼성화하지 않는 소의 게놈 탐침에 혼성화하는 모든 재조합체를 수거하여 플라크 정제한다(10재조합체). 플레이트 스톡을 제조하고, 소규모 박테리오파지 DNA제제를 제조한다. M13에 서브클로닝한 후, 서열분석하면 이들중 4이 고유클래스 Ⅰ클론을 중복하는 클론을 나타낸다는 것이 나타난다. 이들 중 하나인 람다 U-2os-39는 약 1.5kb 산입물을 함유하며, 1987년 6월 16일자로 ATCC에 ATCC의 수탁번호로 기탁되어 있다. 부분 DNA서열(람다 U-2os-39 및 몇 개의 다른 hBMP-2 클래스ⅠcDNA 재조합체로부터 얻어짐) 및 유도된 아미노산 서열은 하기표 7에 나타낸다. 람다 U-2os-39는 그의 부분 서열이 표 3에 존재하는 소의 유전자 단편에 의해 코오딩되는 전체 인간 단백질 BMP-2 클래스Ⅱ를 코오딩하는데 필요한 뉴클레오티드 서열전체를 함유할 것이다. 이 인간 cDNA hBMP-2 클래스 Ⅱ는 396 아미노산의 단백질을 코오딩하는 1188bp의 오픈 리딩프레임을 함유한다. 이 396 아미노산의 단백질은 이 아미노산 서열을 기초로 하면 45kd의 분자량을 갖는다. 이 서열은 제1번역 생성물을 나타낸다. 이 단백직을 모든 프레임에서 스톱 코오돈을 갖는 342bp의 5`비번역 부분에 의해 선행된다. 이 5` 비번역 부분을 선행하는 13bp부분은 cDNA 콜로닝 방법에 상용된 링커를 나타낸다.Full length hBMP-2 class IcDNA clones are obtained by the following method. The 1.5 kb insert of one of the class II subclones (II-10-) is isolated and radiolabeled by nick translation. Nitrocellulose replicas (50 filters, 1,000,000, corresponding to recombinant bacteriophages) of one set of U-2 os cDNA libraries screened above` are rehybridized with this probe (hybridized to 65 ° C. in standard hybridization buffer); Wash in 0.2 × SSC, 0.1% SDS at 65 ° C.). All recombinants hybridizing to bovine genomic probes that do not hybridize to class II probes are harvested and plaque purified (10 recombinants). Plate stocks are prepared and small scale bacteriophage DNA preparations are prepared. After subcloning to M13, sequencing revealed that four of them represent clones that overlap the native class I clones. One of them, lambda U-2os-39, contains an approximate 1.5 kb input and has been deposited with the ATCC as the accession number of the ATCC on June 16, 1987. Partial DNA sequences (obtained from lambda U-2os-39 and several other hBMP-2 class I cDNA recombinants) and derived amino acid sequences are shown in Table 7 below. Lambda U-2os-39 will contain the entire nucleotide sequence necessary for encoding the entire human protein BMP-2 Class II whose partial sequence is encoded by the bovine gene fragments shown in Table 3. This human cDNA hBMP-2 class II contains a 1188 bp open reading frame encoding a protein of 396 amino acids. This 396 amino acid protein has a molecular weight of 45 kd based on this amino acid sequence. This sequence represents the first translation product. This protein is preceded by a 5 'untranslated portion of 342 bp with a stop codon in every frame. The 13 bp portion preceding this 5 ′ untranslated portion represents a linker commercially available for cDNA colonization methods.
전체 길이의 hBMP-2 클래스 Ⅱ인간 cDNA클론은 하기의 방법으로 수록된다. 니크 번역에 의해 표지된 그의 플라스티드 서브클론으로부터, 클래스 Ⅱ 제조합체 Ⅱ-10-1의 5`말단으로부터 200bp EcoRⅠ-SacⅠ단편을 분리하고, 1세트의 U-2 os cDNA 라이브러리의 복제 니트로 셀룰로오즈리플리카(25필터/세트; 500,000 재조합체를 나타낸다)에 혼성화한다. 상술한 엄격한 조건하에 혼성화 및 세척을 수행한다. 16복제포지티브를 수거하고, 제2플레이트를 위해 재플레이트한다. 제2플레이트의 니트로셀룰로오즈 필터 리플리카를 제조하고, Ⅱ-10-1의 서열에 상응하도록 합성된 하기 서열Full-length hBMP-2 class II human cDNA clones are recorded in the following manner. From its plastid subclone labeled by Nick translation, a 200 bp EcoR I-Sac I fragment was isolated from the 5 ′ end of class II preparation II-10-1 and cloned nitrocellulose ripple of one set of U-2 os cDNA libraries. Hybridize to Lyca (25 filters / set; represents 500,000 recombinants). Hybridization and washing are performed under the strict conditions described above. 16 replication positives are collected and replated for the second plate. Nitrocellulose filter replica of the second plate was prepared and synthesized according to the sequence of II-10-1
CGGGCTCAGGATACTCAAGACCAGTCGCTGCGGGCTCAGGATACTCAAGACCAGTCGCTG
의 올리고뉴클레오티드에 혼성화한다. 50℃에서 표준 혼성화 완충액에 혼성화시키고, 50℃에서 1xSSC, 0.1% SDS에 세척한다. 이 올리고 뉴클레오티드에 혼성화하는 14재조합 박테리오 파지를 플라크 정제한다. 플레이트 스톡을 제조하고, 소규모 박테리오 파지 DNA제재를 제조한다. 이들 중 3개를 M13에 서브클로닝한 후, 서열 분석하면 이들이 고유 클래스 Ⅱ 클론을 중복하는 클론을 나타낸다는 것이 나타난다. 이들 중 하나인 람다 U2os-3은 1987년 6월 16일자로 ATCC에 ATCC 40342의 수탁번호로 기탁되어 있다. U2os-3은 약 1.8kb의 삽입들을 함유한다. U2os-3의 부분 DNA 서열 및 유도된 아미노산 서열은 하기표 ⅤⅢ에 나타낸다. 이 클론은 전체 인간 BMP-2 클래스 Ⅱ 단백질을 코오딩하는데 필요한 뉴클레오티드 서열 전부를 포함한다. 이 cDNA 서열은 모든 프레임에서 스톱코오든을 갖는 394bp의 5`비번역 부분에 의히 선행되는 408아미노산의 단백질을 코오딩하는 1224bp의 오픈 리딩 프레임을 함유하며, 308bp의 3`비번역 부분 및 그 뒤에 인-프레임 스톱코오든을 함유한다. 5`비번역 부분을 선행하는 8bp 부분은 cDNA 클로닝 과정에 사용된 링커이다. 이 408아미노산의 단백질의 47kd의 분자량을 가지며, 제1번역 생성물을 나타낸다.Hybridizes to oligonucleotides. Hybridize to standard hybridization buffer at 50 ° C. and wash in 1 × SSC, 0.1% SDS at 50 ° C. Fourteen recombinant bacteriophages that hybridize to this oligonucleotide are plaque purified. Plate stocks are prepared and small scale bacteriophage DNA preparations are prepared. After subcloning three of them into M13, sequencing revealed that they represent clones that overlap the native class II clones. One of them, Lambda U2os-3, was deposited with the ATCC at accession number ATCC 40342 dated June 16, 1987. U2os-3 contains insertions of about 1.8 kb. The partial DNA sequence and derived amino acid sequence of U2os-3 are shown in Table VIII below. This clone contains all of the nucleotide sequences needed to encode the entire human BMP-2 class II protein. This cDNA sequence contains a 1224 bp open reading frame encoding a protein of 408 amino acid preceded by a 394 bp 5 ′ untranslated portion with stopcode in every frame, followed by a 3 ′ untranslated portion of 308 bp Contains in-frame stopcode. The 8bp portion preceding the 5 ′ untranslated portion is the linker used in the cDNA cloning process. This 408 amino acid has a molecular weight of 47 kd of the protein and shows the first translation product.
표 3, 4, 7 및 8에 나타낸 BMP-2 클래스 Ⅰ 및 Ⅱ 및 BMP-3의 서열은 인히빈(inhibin)의 배타(B) 및 베타(A) 서브유니트와 상당한 유사성을 갖는다. 인히빈은 피임에 사용하기 위해 현재 연구중에 있는 호르몬의 일종이다[A. J. Mason et al, Nature, 318 : 659∼663(1985)].The sequences of BMP-2 classes I and II and BMP-3 shown in Tables 3, 4, 7 and 8 have significant similarities to the exclusive (B) and beta (A) subunits of inhibin. Inhibin is a type of hormone currently being studied for use in contraception [A. J. Mason et al, Nature, 318: 659-663 (1985).
유사정도는 상기의 인히빈보다 덜하지만, 이들은 세포의 성장을 억제 또는 자극하거나 분화를 일으킬 수 있는 형질전환 성장인자-베타(TGF-b) 및 숫컷 태아의 발생동안 물러관을 억제시키는 정소 당잔백질 물러 억제물질(MIS)과 유사하다. 더욱이, hBMP-2 클래스 Ⅱ를 코오딩하는 표 7의 서열은 드로소필라 데카펜타플레직(DPP-C)로커스 트렌스트립트와 매우 유사하다[J. Mass-ague, Cell, 49 : 437∼438(1987); R. W. Padgettet al, Nature, 325 : 81∼84(1987): R. L. Cate et al, Cell 45 : 685∼698(1986)]. 그러므로, BMP-2 클래스 Ⅱ는 이 발생 변이 로커스로부터의 트랜스크립트로부터 제조된 인간 유사성의 단백질이다.The similarity is less than that of inhibins, but they are transformative growth factor-beta (TGF-b) and testicular glycoproteins that retreat during development of the male fetus that can inhibit or stimulate the growth of cells or cause differentiation. It is similar to the backing inhibitor (MIS). Moreover, the sequence of Table 7 encoding hBMP-2 class II is very similar to the drosophila decapentaflexic (DPP-C) locus transcript [J. Mass-ague, Cell, 49: 437-438 (1987); R. W. Padgettet al, Nature, 325: 81-84 (1987): R. L. Cate et al, Cell 45: 685-698 (1986)]. Therefore, BMP-2 class II is a protein of human similarity prepared from transcripts from this developmental mutation locus.
C. BMP-3C. BMP-3
소와 인간의 뼈성장인자 유전자는 상당히 유사하기 때문에, 표 4a 및 4b의 소 DNA 서열에 혼성화하는 올리고 뉴클레오티드 탐침을 사용하여 인간 게놈 라이브러리를 스크린한다. 이들 탐침을 사용하여 인간 게놈 라이브러리(Toole et al., supra)를 스크린하고, 추정되는 포지티브를 분리하여 상술한 바와 같이 DNA 서열을 수득한다. 이 재조합체가 인간 뼈 유도인자 분자의 일부를 코오딩한다는 증거는 소/인간 단백질 및 유전자 구조 유사성에 따른다.Since the bovine and human bone growth factor genes are quite similar, the human genome library is screened using oligonucleotide probes that hybridize to the bovine DNA sequences of Tables 4a and 4b. These probes are used to screen the human genome library (Toole et al., Supra) and isolate the putative positives to obtain DNA sequences as described above. Evidence that this recombinant encodes part of the human bone inducer molecule is based on bovine / human protein and gene structure similarity.
인간 BMP-3 분자의 일부를 코오딩하는 NDA를 함유한 제조합 박테리오파지를 수득하고, 인간 코오딩 서열을 실시예 5(a)에 설명한 바와 같이 탐침으로 사용하야 BMP-3을 합성하는 인간 세포주 또는 조직을 확인한다. 올리고(dT) 셀룰로오즈 크로미토그래피에 의해 mRNA를 선택하고, cDNA를 합성하여 공지기술(Tll. e et al., supra)에 의해 람다 gt 10에 클로닝한다.A synthetic cell bacteriophage containing NDA encoding a portion of the human BMP-3 molecule is obtained and the human coding sequence is used as a probe as described in Example 5 (a) to synthesize the BMP-3 human cell line or Check the organization. MRNA is selected by oligo (dT) cellulose chromatography, and cDNAs are synthesized and cloned into lambda gt 10 by known techniques (Tll. E et al., Supra).
그렇지 않으면, 이 인간 뼈 유도인자를 코오딩하는 완전한 유전자를 필요하다면 추가의 재조합 클론에서 확인 및 수득할 수 있다. 이 인간 뼈 유도인자의 3` 또는 ` 부분을 더 함유한 추가의 재조합체는 원래 클론의 말단에 특이한 DNA 서열을 확인하고 이를 탐침으로 사용하여 인간 게놈 라이브러리를 재스크린 함으로써 수득될 수 있다. 표준 분자 생물학 기술에 의해 단일 플라스티드에서 유전자를 재합성하고, 박테리아에서 증식시킨다. 완전한 BMP-3 인자 유전자를 적당한 형질발현 벡타에 이동시킬 수 있다. 이 유전자를 함유한 형질발현 벡타를 포유류세포, 예를 들면 원숭이 COS 세포에 감염시키고, 인간 유전자를 전사시킨 후, RNA를 정확히 스폴라이스한다. 감염된 세포로 부터의 배지를 뼈 유도인자 활성분석하면, 유전자가 완전하다는 것을 나타낸다. 이들 세포로부터 mRNA를 수득하고, 이 mRNA원으로부터 cDNA를 합성하여 클로닝한다. 상술한 공정은 탐침원으로 소의 뼈 유도인자 및/ 또는 인간 뼈 유도인자를 이용하여 목적하는 타종의 뼈 유도인자를 분리하는데 유사하게 이용될 수 있다. 이런 타종 뼈 유도인자는 골절치료에 유사한 이용성을 가질 수 있다.Otherwise, the complete gene encoding this human bone inducer can be identified and obtained in additional recombinant clones if necessary. Additional recombinants further containing the 3 ′ or `portion of this human bone inducer can be obtained by identifying DNA sequences specific to the ends of the original clone and using them as probes to rescreen the human genome library. Genes are resynthesized in a single plast by standard molecular biology techniques and propagated in bacteria. The complete BMP-3 factor gene can be transferred to an appropriate expression vector. Transfection vectors containing this gene are infected with mammalian cells, such as monkey COS cells, after transcribing human genes, followed by splices of RNA exactly. Analysis of bone inducer activity of the medium from infected cells indicates that the gene is complete. MRNA is obtained from these cells, and cDNA is synthesized and cloned from this mRNA source. The process described above can be similarly used to separate bone inducers of other species of interest using bovine bone inducers and / or human bone inducers as probe sources. Such other bone inducers may have similar utility in treating fractures.
[실시예 6]Example 6
뼈 유도인자의 형질발현Expression of Bone Inducers
소, 인간 또는 기타 포유류 뼈 유도인자를 제조하기 위해, 그를 코오딩하는 DNA를 적당한 형질발현벡타에 옮기고, 공지의 우전공학기술에 의해 포유류 세포에 도입한다.To prepare bovine, human or other mammalian bone inducers, the DNA encoding them is transferred to appropriate expression vectors and introduced into mammalian cells by known quantitative engineering techniques.
이 분야에 통상의 지식을 가진자라면, 표 Ⅱ∼Ⅷ의 서열 또는 기타 변형된 서열 및 pCD[Okayama et al., Mol, Cell Biol., 2 : 161∼170(1982)] 및 pJL3, pJL4[Gough et al., EMBO J., 4 : 645∼653(1985)]와 같은 공지의 벡타를 이용함으로써 포유류 형질벡타를 형성할 수 있다. 이들 벡타를 적당한 숙주세포에 형질전환시켜 골 유도인자를 형질발현 시킬 수 있다.One of ordinary skill in the art would be those of Tables II-III or other modified sequences and pCD [Okayama et al., Mol, Cell Biol., 2: 161-170 (1982)] and pJL3, pJL4 [ Mammalian plasma vectors can be formed by using known vectors such as Gough et al., EMBO J., 4: 645-653 (1985). These vectors can be transformed into appropriate host cells to express bone inducers.
이 분야에 통상의 지식을 가진자라면, 코오딩서열의 양쪽의 포유류 조절서열을 제거 또는 박테리아서열로 대차함으로써 표 2∼8의 서열을 조작하여 박테리아 세포에 의해 세포내 또는 세포의 형질발현 할 수 있는 박테리아 벡타를 제조할 수 있다. 예를 들면, 코오딩 서열을 더 조작할 수 있다(예, 다른 공지 링커에 결찰시키거나, 그로부터 비코오딩 서열을 삭제 또는 다른 공지 기술에 의해 뉴클레오티드의 교환에 의해 변형시킨다). 변형된 뼈 유도인자 코오딩 서열을 문헌[T. Taniguchi et al., Proc. Natl Acald. Sci. USA, 77 : 5230∼5233(1980)]에 기재된 방법을 사용하여 공지의 박테리아 벡타에 삽입할 수 있다. 이 박테리아 벡타를 박테리아 숙주 세포에 형질전환시켜, 뼈 유도인자를 형질발현 시킬 수 있다. 박테리아 세포에 뼈 유도인자의 세포의 형질발현하는 방법은 예를 들면 유럽특허출원 EPA 177,343을 참고한다.One of ordinary skill in the art can manipulate the sequences of Tables 2-8 by removing the mammalian regulatory sequences of both coding sequences or by aligning them with bacterial sequences to allow intracellular or cellular expression of cells by bacterial cells. Bacterial vectors can be prepared. For example, coding sequences can be further manipulated (eg, ligated to other known linkers, or noncoding sequences therefrom modified by deletion or exchange of nucleotides by other known techniques). Modified bone inducer coding sequences are described in T. Taniguchi et al., Proc. Natl Acald. Sci. USA, 77: 5230-5233 (1980)] can be used to insert into known bacterial vectors. This bacterial vector can be transformed into a bacterial host cell to express a bone inducer. See, for example, European Patent Application EPA 177,343 for the expression of cells of bone inducers in bacterial cells.
곤충세포에 형질발형시키기 위한 곤충벡타의 형성을 위해 유사한 조작을 수행할 수 있다[예, 공개된 유럽특허출원 155,476호의 방법]. 본 발명의 인자를 이스트 세포에 의해 세포내 또는 세포의 형질발현시키기 위해 이스트 조절 서열을 이용하여 이스트 벡타를 형성할 수 있다[공개된 PCT 출원 WO86/00639 및 유럽특허출원 EPA 123,289의 방법 참고]. 포유류 세포로부터 본 발명의 골유도인자를 고수율로 제조하는 방법은 이종 뼈유도인자 유전자의 다중 복제물을 함유한 세포를 형성하는 것이다. 이종유전자를 증식가능한 마커, 예를 들면 디히드로 폴레이트 리덕타제(DHFR)유전자에 결찰시켜, 문헌[Kaufman and sharp, J. Mol, Biol, 159 : 601∼629(1982)]에 따라 증가된 농도의 메토트렉세이트(MTX)에서 증식시키기 위해 증가된 유전자 복제물을 함유한 세포를 선택할 수 있다. 이러한 접근은 다른 여러 가지 세포 종류에도 이용될 수 있다.Similar manipulations can be carried out for the formation of insect beta for the transfection of insect cells (eg the method of published European patent application 155,476). Yeast vectors can be formed using yeast regulatory sequences to express intracellular or intracellularly by factors of the present invention (see methods of published PCT Application WO86 / 00639 and European Patent Application EPA 123,289). A method for producing the osteoinducer of the invention in high yield from mammalian cells is to form cells containing multiple copies of the heterologous bone inducer gene. Heterologous genes are ligated to proliferable markers, such as the dihydrofolate reductase (DHFR) gene, increasing concentrations according to Kaufman and sharp, J. Mol, Biol, 159: 601-629 (1982). Cells containing increased gene copies can be selected for propagation in methotrexate (MTX). This approach can also be used for many other cell types.
예를들면, 그의 형질발현을 위한 다른 플라스미트 서열과 기능적으로 결합된 본 발명의 뼈 유도인자의 DNA서열을 함유한 플라스미트 및 DHER 형질발현 플라스미드 pADA26SV(A)3[Kaufman and sharp, Mol, Cell, Biol, 2 : 1304(1982)]를 인산칼슘 공동침전 및 감염에 의해 DHFR-결팁 CHO 세포, DUKX-BⅡ에 같이 도입할 수 있다. 투석된 태내 송아지 혈청을 함유한 알파 배지에서 성장시키기 위한 DHFR 형질발현 형질전환체를 선택하고, 문헌[Kaufman et al., Mol, Cell, Biol., 5 : 1750(1983)]에 설명된 바와 같이 증가하는 농도의 MTX(0.02, 0.2, 1.0 및 5㎛ MTX의 연속 단계)에서 성장 시킴으로써 증식시키기 위한 DHFR 형질발현 형질전환체를 선택한다. 형질 전환체를 클로닝하고 쥐의 뼈 활성 분석에 의해 생물적으로 활성인 뼈 유도인자 형질발현을 조절한다. 뼈 유도인자 형질발현은 MTX 내성의 증가에 따라 증가되어야 한다. 유사한 방법을 수행하여 다른 뼈 유도인자를 제조할 수 있다.For example, a plasmid and DHER expression plasmid pADA26SV (A) 3 containing a DNA sequence of a bone inducer of the present invention functionally linked with other plasmid sequences for its expression, pADA26SV (A) 3 [Kaufman and sharp, Mol, Cell , Biol, 2: 1304 (1982) can be introduced into DHFR-binding CHO cells, DUKX-BII, by co-precipitation and infection with calcium phosphate. Selecting DHFR transgenic transformants for growth in alpha medium containing dialyzed fetal calf serum and as described in Kaufman et al., Mol, Cell, Biol., 5: 1750 (1983) DHFR transgenic transformants are selected for proliferation by growing in increasing concentrations of MTX (sequential steps of 0.02, 0.2, 1.0 and 5 μm MTX). The transformants are cloned and the biologically active bone inducer expression is regulated by bone activity analysis in mice. Bone inducer expression should increase with increasing MTX resistance. Similar methods can be followed to prepare other bone inducers.
또는, 인간유전자를 상술한 바와 같이 직접 형질 발현시킨다. 활성 뼈 유도인지는 박테리아 또는 이스트 세포에서 제조될 수 있다. 그러나, 현재 생물적으로 활성인 재조합 인간 뼈 유도인자를 위한 바람직한 형질발현게는 안정하게 형질전환된 CHO 세포이다.Alternatively, human genes are directly expressed as described above. Active bone-derived phosphates can be produced in bacteria or yeast cells. However, a preferred transgene for current biologically active recombinant human bone inducers is stably transformed CHO cells.
실시예 5의 인간 뼈 유도인자(hBMP-1)을 제조하기 위한 특정예로는, 벡타 arms를 SalⅠ으로 분해시켜 U2os-1의 삽입물을 수득하여 xhoⅠ으로 분해된 포유류 형질발현 벡타 pMT2CX에 서브클로닝한다. 이 서브클론으로부터의 플라스미드 DNA를 DEAE-텍스트란 방법[Sompayrac and Danna PNAS 78 : 7575∼7578(1981): Luthman and Magnusson, Nucl. ACIDS Res. 11 : 1295∼1308(1983)에 의해 COS세포에 감염시킨다. 40∼70시간 후 감염을 시작하는 세포로부터 혈청이 없는 24시간 조절배지를 선택한다.As a specific example for preparing the human bone inducer of Example 5 (hBMP-1), the vector arms are digested with SalI to obtain an insert of U2os-1 and subcloned into mammalian transgenic vector pMT2CX digested with xhoI. . Plasmid DNA from this subclone was subjected to DEAE-textlan method [Sompayrac and Danna PNAS 78: 7575-7578 (1981): Luthman and Magnusson, Nucl. ACIDS Res. 11: Infect COS cells by 1295-1308 (1983). Choose a 24 hour control medium without serum from cells that begin infection after 40 to 70 hours.
포유류 형질발현 벡타 pMT2 Cla-Xho(pMT2 CX)는 테트라 시클린 내성유전자 대산에 알피실린 내성 유전자를 함유하여 cDNA클론의 삽입을 위한 XhoⅠ부위를 더 함유한다는 점에서 p91023(b)(Wong et al., Science 228 : 810∼815, 1985)와는 상이한 p91023(b)의 유도체이다. pMT2 Cla-Xho의 작용성은 문헌(Kaufman, R. J., 1985, Proc. Natl. Acad. Sci. ISA 82 : 689∼693)에 설명되어 있으며, 아테노비루스 VA유전자, 72bp인헨서를 포함한 SV40 복제원, 5` 스플라이스 부위 및 아데노비루스데이트 mRNA에 존재하는 주요 아데노비루스 트리파티트 리더서열을 포함한 아데노 비루스 주레이트 프로모터, 3` 스플라이스 어셉터 부위, DHFR 삽입물, SV40 얼리폴리아데닐화 부위(SV40) 및 이·콜리에서 증식시키는데 필요한 pBR322 서열을 함유한다.Mammalian expression vector pMT2 Cla-Xho (pMT2 CX) contains the alpicillin resistance gene in tetracycline resistance gene acid and further contains the XhoI site for insertion of cDNA clones p91023 (b) (Wong et al. , Science 228: 810-815, 1985) is a derivative of p91023 (b). The functionality of pMT2 Cla-Xho is described in Kaufman, RJ, 1985, Proc. Natl. Acad. Sci. ISA 82: 689-693, and has been described as the Atenovirus VA gene, the SV40 clone including the 72 bp enhancer, 5 Adenovirus jurate promoters, including the splice site and the major adenovirus tripartite sequences present in adenovirus date mRNA, 3` splice acceptor sites, DHFR inserts, SV40 early polyadenylation sites (SV40) and Contains the pBR322 sequence necessary for propagation in coli.
플라스미스는 pMT2 Cla-Xho는 pMT2-VWF의 EcoRⅠ분해에 의해 수록되며, ATCC에 ATCC 67122의 수탁번호로 기탁되어 있다. pMT-2VWF에 존재하는 cDNA 삽입물을 EooRⅠ분해하여, 결찰되어 이·콜리 HB101 또는 DH-5를 암피실린 내성 형질전환시키기 위해 사용될 수 있는 직선형의 pMT2를 수득한다. 플라스미드 pMT2 DNA는 공지방법에 의해 제조될 수 있다. pMT2 CX2를 Eco RV 및 XbaⅠ으로 분해하고, 분해된 DNA를 DNA 폴리터라제Ⅰ의 클레노우 단편으로 처리한 후, Cla링커(NEBiolabs, CATCGATG)를 결찰시킴으로써 형성된다. 이는 pMT2의 인헨서 서열 및 SV40 복제원 근처의 HindⅢ 부위로부터 출발하여 염기 2266∼2421를 제거한다. 플라스미드 DNA를 EcoRⅠ로 분해하여 상기와 같이 두딘 말단으로 만든 후, EcoRⅠ어댑터Plasmids were recorded by EcoRl digestion of pMT2 Cla-Xho by pMT2-VWF and deposited in the ATCC under accession number ATCC 67122. EooRl digestion of cDNA inserts present in pMT-2VWF yields a linear pMT2 that can be ligated and used for ampicillin resistant transformation of E. coli HB101 or DH-5. Plasmid pMT2 DNA can be prepared by a known method. It is formed by digesting pMT2 CX2 with Eco RV and XbaI, treating the digested DNA with a cleno fragment of DNA polyterase I, and then ligation with Clalinker (NEBiolabs, CATCGATG). This removes bases 2266-2421 starting from the enhancer sequence of pMT2 and the HindIII site near the SV40 replicator. The plasmid DNA was digested with EcoR I to make a dudine terminal as described above, and then the Eco R I adapter
5`PO4-AATTCCTCGAGAGCT 3`5`PO 4 -AATTCCTCGAGAGCT 3`
3` GGAFGCTCTCGA5`3` GGAFGCTCTCGA5`
에 결찰시키고, XhoⅠ으로 분해하여 결찰시킴으로써 pMT2 Cla-Xho을 수득한다. 그리고 이·콜리를 암피실린 내성으로 형질전환시키는데 사용할 수 있다. 플라스미드 pMT2 Cla-Xho DNA는 공지방법에 의해 제조될 수 있다.Ligation, digestion with XhoI and ligation yield pMT2 Cla-Xho. And E. coli can be used to transform ampicillin resistance. Plasmid pMT2 Cla-Xho DNA can be prepared by a known method.
[실시예 7]Example 7
형질발현된 뼈 유도인자의 생물적 활성Biological Activity of Transduced Bone Inducers
A. BMP-1A. BMP-1
상기 실시예 6에서 수득된 형질발현된 뼈 유도인자(hBMP-1)의 생물적 활성을 측정하기 위해 인자를 헤파린 세파로오즈 칼럼에서 부분정제한다. 1개의 100mm 디시로부터의 감염 상충액 4ml를 YM10막에 한외여과 함으로써 약 10배 농축하고, 20mM 트리스, 0.15M NaCl, pH7.4(출발 완충액)에 대해 투석한다. 이 물질을 출발 완충액중의 1.1ml 헤파린 세포로오즈 칼럼에 넣는다. 8ml의 출발완충액으로세척함으로써 비결합 단백질을 제거하고, BMP-1을 하유한 결합 단백질을 20mM 트리스, 2.0M NaCl, pH7.43∼4ml로 세척힘으로써 탈착시킨다.Factors are partially purified on a heparin Sepharose column to measure the biological activity of the transgenic bone inducer (hBMP-1) obtained in Example 6 above. 4 ml of infectious supernatant from one 100 mm dish is concentrated about 10-fold by ultrafiltration onto a YM10 membrane and dialyzed against 20 mM Tris, 0.15 M NaCl, pH7.4 (starting buffer). This material is placed in a 1.1 ml heparin cellulosic column in starting buffer. Unbound protein was removed by washing with 8 ml of starting buffer, and the bound protein containing BMP-1 was desorbed by washing with 20 mM Tris, 2.0 M NaCl, pH 7.43-4 ml.
헤파린 칼럼에 의해 결합된 단백질을 센트리콘 10에 약 10배 농축하고 0.1% 트리플루오로 아세트산으로 다이아필터 함으로써 염을 감소시킨다. 적당량의 이 용액을 20mg의 쥐 매트릭스와 혼합하고, 실시예 3에서 설명한 바와 같이 생체내 뼈 및 연공 형성을 분석한다. 모의 감염 상층 분획을 대조로 사용한다.Salts are reduced by concentrating the protein bound by the heparin column about 10-fold in Centricon 10 and diafiltering with 0.1% trifluoro acetic acid. Appropriate amount of this solution is mixed with 20 mg of rat matrix and assayed for bone and soft tissue formation in vivo as described in Example 3. The mock infection upper fraction is used as a control.
특정량의 인간 BMP-1을 가한 쥐 매트릭스를 함유한 이식물을 7일후 쥐로부터 제거하고, 조직학적 평가를 수행한다. 각 이식물의 대표적인 부분을 새로운 뼈 물질의 존재를 확인하기 위해 본 코사 및 산푸스킨으로 염색하고, 연골-특이성 매트릭 형성의 존재를 확인하기 위해 톨루이던 불루로 염색한다. 그 부분 내에 존재하는 세포의 종류 및 이들 세포의 표현형을 평가한다.Implants containing a mouse matrix to which a certain amount of human BMP-1 was added are removed from the rats after 7 days and histological evaluation is performed. Representative portions of each implant are stained with Boncosa and Sanpuskin to confirm the presence of new bone material and stained with toluid blue to confirm the presence of cartilage-specific matrix formation. The type of cells present in that portion and the phenotype of these cells are evaluated.
이식후 7일째에 매트릭스 물질에 인간 BMP-1을 가하여 연골형 마디를 형성한다. 메타크로마틱 매트릭스의 모양 및 형질발현에 의해 연골 이세포형 세포를 확인할 수 있다. 인간 BMP-1에 대해 관찰된 활성량은 매트릭스에 가해진 인간 BMP-1 단백질의 량에 따른다. 표 9는 관출된 뼈 유도인자의 량에 대한 인간 BMP-1 단백질의 투여-반응 관계를 설명하는 것이다.At 7 days after implantation, human BMP-1 was added to the matrix material to form cartilage nodes. Chondrocyte-cell-like cells can be identified by the shape and expression of the metachromatic matrix. The amount of activity observed for human BMP-1 depends on the amount of human BMP-1 protein added to the matrix. Table 9 illustrates the dose-response relationship of human BMP-1 protein to the amount of bone inducer derived.
연골(c) 활성은 0(-) 내지 5의 스케일로 평가한다.Cartilage (c) activity is assessed on a scale of 0 (-) to 5.
헤파린 세파로오즈 분획화 COS세포 추출물에서 유사한 정도의 활성이 관찰된다. 6M 우레아를 모든 완충액에 포함시키는 것을 제외하고는 상기와 유사한 방법으로 부분정제를 수행한다. 더욱이, 상술한 바와 같은 쥐 뼈 형성분석에서, BMP-2도 연골형성 활성을 갖는다.Similar levels of activity were observed in heparin Sepharose fractionated COS cell extracts. Partial purification is carried out in a similar manner to the above except that 6M urea is included in all buffers. Moreover, in the rat bone formation assay as described above, BMP-2 also has chondrogenic activity.
상술한 방법에 의해 탐침원으로 소 뼈 유도인자 및 또는 인간 뼈 유도인자를 사용하여 목적하는 다른 뼈 유도인자를 분리할 수 있다. 이런 다른 뼈 유도인자들도 골절치료에 유사한 이용성을 갖는다.By the method described above, bovine bone inducers and / or human bone inducers can be used as probes to isolate other desired bone inducers. These other bone inducers also have similar utility in treating fractures.
상기의 설명은 본 발명의 바람직한 예를 상세히 설명한 것이다. 이 설명을 고려하여 이 분야에 통상의 지식을 가진라면 이 발명을 실시하는데 있어 변형 및 변화시킬 수 있다. 이러한 변형 및 변화는 첨부된 특허청구의 범위에 포함되는 것이다.The above description details the preferred examples of the present invention. Considering this description, those skilled in the art can make modifications and variations in practicing the present invention. Such modifications and variations are intended to be included in the scope of the appended claims.
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