KR970007196B1 - Process for purifying midkine expressed in a recombinant yeast - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 재조합 효모로부터 미드카인을 분리 정제하기 위한 방법의 개요를 나타낸 것이고,1 shows an overview of a method for isolating and purifying midkine from recombinant yeast,
제2도는 정제과정중의 미드카인을 전기영동한 결과를 나타낸 것이고,FIG. 2 shows the results of electrophoresis of midkine during purification.
제3도는 미드카인 단백질의 생물활성도를 나타낸 것이다.3 shows the bioactivity of the midkine protein.
본 발명은 유전자 조작에 의해 재조합 효모로부터 발현된 저순도의 미드카인(midkine)을 생물활성을 가지는 고순도의 미드카인으로 정제하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for purifying low purity midkine expressed from recombinant yeast by genetic engineering with high purity midkine having bioactivity.
일반적으로 생리활성 인자 또는 성장 인자는 세포성장 및 세포분화의 조절에 있어서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있는데(Slack, J M. et al., Nature 326, 197-200(1987); Rosa, F. et al., Science 239, 783-785(1988); Mutrata, M. et al., M. et al., P. N. A. S. 85, 2434-2438(1988); Thomas, K. R. et al., Nature 346, 847-850(1990); McMahon, A. P. et al., Cell 62, 1073-1085(1990)), 이중 섬유아세포 성장인자(fibroblast growth factor)에 속하는 것으로는 염기성 섬유아세포 성장인자(basic FGF), int-2 및 hst 등 여러 성장 인자들이 알려져 있으며 이들은 헤파린 결합능을 가지고 있어 헤파린 결합 성장 인자라고도 불리운다.In general, bioactive factors or growth factors are known to play an important role in the regulation of cell growth and cell differentiation (Slack, J M. et al., Nature 326, 197-200 (1987); Rosa, F. et. al., Science 239, 783-785 (1988); Mutrata, M. et al., M. et al., PNAS 85, 2434-2438 (1988); Thomas, KR et al., Nature 346, 847-850 (1990); McMahon, AP et al., Cell 62, 1073-1085 (1990)), belonging to the double fibroblast growth factor, basic FGF, int-2 and Several growth factors, such as hst, are known. They have heparin binding ability and are also called heparin binding growth factor.
최근 들어서 이들 섬유 아세포 성장인자와 구조적으로 많은 차이를 나타내는 새로운 헤파린 결합 성장인자들이 몇몇 그룹으로 부터 보고되었는데, 예를들면 헤파린 결합 신경성장 관련 물질(heparin binding neurotrophic growth-asssociated molecule, HB-GAM : Merenmies, J. et al., J. Biol. Chem. 265, 16721(1990)), 플레이오트로핀(pleiotrophin, PIN : Li, Y. S. et al., Science 250, 1690(1990)), 헤파린 결합 신경 성장인자(heparin binding neurotrophic factor, HBNF : Kovesdi, J. et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 172, 850(1990)), 및 미드카인(midkine, MK : Kadomatsu, K. et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 151, 1312(1988)) 등을 들 수 있다.Recently, new heparin-binding growth factors have been reported from several groups that show structurally significant differences from these fibroblast growth factors, for example, heparin binding neurotrophic growth-asssociated molecule (HB-GAM: Merenmies). , J. et al., J. Biol. Chem. 265, 16721 (1990)), pleiotrophin (PIN: Li, YS et al., Science 250, 1690 (1990)), heparin binding nerve growth Factor (heparin binding neurotrophic factor, HBNF: Kovesdi, J. et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 172, 850 (1990)), and midkine (midkine, MK: Kadomatsu, K. et al., Biochem Biophys Res. Commun. 151, 1312 (1988)).
이중 미드카인은 가또마쯔(Kadomatsu) 그룹에 의해서 쥐의 태아 암종 세포(mouse embrional carcinomacell, EC) 배양시 레티노인산(retinoic acid)에 의해 유도되는 분화 초기 단계에서 최초로 그 존재가 확인되었다. 즉, 이들은 태아 암정(EC) 세포가 적절하게 조절된 조건하에서는 분화되지 않은 상태로 존재하다가 레티노인산에 의해 분화가 유도된다는 사실(McBurney, M.W. et al., Nature 299, 165(1982))로 미루어 세포분화 과정에 관여하는 유전자가 있을 것으로 추정하고 분화 초기에 발현되는 유전자를 클로닝하는데 성공하였으며(Kadomatsu, K. et al., B.B.R.C. 151, 1312-1318(1988)), 이 유전자가 쥐의 임신 5일째에는 발현되기 않다가 7 내지 9일째에 태아 전반에 나타나다가 15일째에는 신장에서만 발현된다는 사실을 알아내었다(Kadomatsu, K. et al., J. Cell. Biol. 110, 607-616(1990)). 따라서 임신중기(midgestion)의 신장에서 발견되었다고 해서 미드카인(midkine)이라 명명하였다.The midkine was first identified by the Katomatsu group in the early stages of differentiation induced by retinoic acid in culturing mouse embrional carcinoma cells (EC). In other words, these cells are derived from the fact that fetal umbilical cord (EC) cells remain undifferentiated under appropriately controlled conditions, and that differentiation is induced by retinoic acid (McBurney, MW et al., Nature 299, 165 (1982)). Assuming that there is a gene involved in the differentiation process, we have successfully cloned the gene expressed early in differentiation (Kadomatsu, K. et al., BBRC 151, 1312-1318 (1988)), and this gene was on the fifth day of gestation in rats. Was found throughout the fetus on days 7-9 and only in the kidney on day 15 (Kadomatsu, K. et al., J. Cell. Biol. 110, 607-616 (1990)). . Therefore, it was named midkine because it was found in the kidney of midgestion.
도모무라(Tomomura)등은 5' 말단의 비해독지역(5'-untranslated region)에서 차이를 보이는 세 종류의 cDNA를 확인하고(MK1, MK2, MK3), 이중 MK2가 태아 암종 세포에서 레티노인산에 의해 유도되는 주요 미드카인 RNA에서 만들어졌음을 밝혀냈다(Tomomura, M. et al., J. Biol. Chem. 256, 10756(1990)), 또한,쯔쯔이(Tsutsui) 등의 쥐의 cDNA를 탐칩(probe)으로 이용하여 인간 태아 신장 cDNA 라이브러리로 부터 인간 미드카인 cDNA를 분리하였고 쥐와 인간 미드카인의 아미노산 서열을 비교 분석한 결과 87%의 유사성이 있음을 확인하였다(Tsutsui, J. et al., B.B.R.C. 176, 792-797(1991)).Tomomura et al identified three types of cDNA that differ in the 5'-untranslated region (MK1, MK2, MK3), of which MK2 is caused by retinoic acid in fetal carcinoma cells. It was found to be derived from the major midkine RNA that is induced (Tomomura, M. et al., J. Biol. Chem. 256, 10756 (1990)), and also probes for mouse cDNA such as Tsutsui et al. Human midkine cDNA was isolated from the human fetal kidney cDNA library, and the amino acid sequence of rat and human midkine was compared to show 87% similarity (Tsutsui, J. et al., BBRC 176). , 792-797 (1991).
한편, 도모무라(Tomomura) 등은 쥐의 태아 암종 세포의 분화 초기에 분비되는 미드카인 단백질과 쥐의 미드카인 유전자로 형질 전환된 섬유아세포 L 세포에서 분리된 미드카인 단백질로 실험한 결과 둘다 헤파린 결합능을 보이며 PC12 세포의 성장을 촉진시킴으로써 세포의 성장과 분화의 조절에 관여하는 인자임을 보고하였다(Tomomura, M. et al., B.B.R.C. 171, 603-609(l990)).On the other hand, Tomomura et al. Showed that heparin-binding ability of both the midkine protein secreted early in the differentiation of mouse fetal carcinoma cells and the midkine protein isolated from fibroblast L cells transformed with the mouse midkine gene. It has been reported that it is a factor involved in the regulation of cell growth and differentiation by promoting the growth of PC12 cells (Tomomura, M. et al., BBRC 171, 603-609 (l990)).
헤파린 결합 신경 성장인자(HBNF)와 미드카인의 아미노산 서열을 비교분석한 결과 약 55% 유사성을 가지고 있고, 9개의 시스테인(cysteine) 잔기의 위치가 일치하였으며 이는 두 물질의 3차 구조의 유사성을 암시하며 이미 신경촉진 활성을 갖는 HBNF와 마찬가지로 미드카인도 유사한 생물학적 활성을 가질 것으로 추축되었다(Kovesdi, I. et al., B.B.R.C 172, 850-854(1990)). 또한, 헤파린 결합 성장 관련 물질/플레이 오트로핀과 미드카인 서열간의 유사성도 상당히 높은 것으로 보고되었다(Tsutsui et al., B.B.R.C. 176 792-797(1991), Naito et al., B.B.R.C. 183. 701-707(1992)).A comparison of the amino acid sequences of heparin-bound neuronal growth factor (HBNF) and midcaine showed approximately 55% similarity, and the positions of nine cysteine residues matched, suggesting similarity of the tertiary structure of the two substances. It has been shown that midcaine, like HBNF, which already has neurostimulatory activity, has similar biological activity (Kovesdi, I. et al., BBRC 172, 850-854 (1990)). In addition, similarities between heparin binding growth-related substances / playotropins and midkine sequences have been reported to be quite high (Tsutsui et al., BBRC 176 792-797 (1991), Naito et al., BBRC 183. 701-707). (1992).
고베스디(Kovesdi) 등은 인간의 뇌에서 얻은 cDNA 라이브러리에서 미드카인 유전자를 얻은 후 대장균에서 발현시키고 헤파린 친화 칼럼과 이온 교환수지를 이용하여 미드카인 단백질을 정제한 뒤 생물학적 활성을 측정한 결과 HBNF와 거의 동일한 활성을 보임을 보고하였다(EP-476233(1991)). 최근에 무라마쯔(Muramatsu) 등은 L 세포에서 분리된 재조합 미드카인을 헤파린 친화칼럼과 소수성 크로마토그래피로 순수 정제한 후 그 활성을 보고하였다(Biochem. Biophys. Res. Commun. 177, 652-658(1991)).Kovesdi et al. Obtained the midkine gene from the cDNA library obtained from the human brain, expressed it in E. coli, purified the midkine protein using heparin affinity column and ion exchange resin, and measured the biological activity. Reported almost the same activity as (EP-476233 (1991)). Recently, Muramatsu et al. Reported the activity after pure purification of recombinant midkine isolated from L cells with heparin affinity column and hydrophobic chromatography (Biochem. Biophys. Res. Commun. 177, 652-658 ( 1991).
이에 본 출원인도 예의 연구한 결과 인간 미드카인 유전자를 유비퀴틴 유전자에 융합시킨 유전공학적인 방법으로 효모에서 인간 미드카인 단백질을 대량 발현시키는데 성공하였다(본 출원인이 동일자로 출원하는 특허출원 제_____호 참조). 하지만, 재조합 효모에서 발현된 미드카인이 효모내에서 굴절체(inclusion body)로 존재하는 경우 이를 정제하기 위해 기존의 무라마쯔 정제 방법을 바로 적용하기에는 어려움이 많았으며, 대장균에서 발현된 미드카인의 정제 방법인 고베스디에 의한 방법은 세포 파쇄액에 존재하는 오염단백질이 효모와는 많은 차이를 보이며 또한 일반적으로 대장균 유래의 발열물질(endotoxin)을 제거하는데 어려움이 많다.As a result of the intensive studies of the present applicant, the present inventor has succeeded in mass-expressing human midkine protein in yeast by a genetic engineering method in which the human midkine gene is fused to the ubiquitin gene (Patent Application No. _____ Reference). However, when the midkine expressed in recombinant yeast is present as an inclusion body in the yeast, it is difficult to apply the existing Muramatsu purification method directly to purify it, and the purification of the midkine expressed in E. coli In the method of Kobe's method, the contaminant protein present in the cell lysate differs significantly from the yeast, and in general, it is difficult to remove endotoxin derived from E. coli.
따라서 본 발명자들은 신경촉진활성을 가지며 성장과 분화를 조절하는 성장인자의 하나로서 앞으로 의학적으로 많은 이용이 기대되는 효모에서 대량발현시킨 미드카인을 활성을 가지는 고순도의 미드카인으로 정제하고자 연구한 결과 효모로부터 미드카인을 고순도로 정제할 수 있는 방법을 개발하게 되었다.Therefore, the present inventors have studied to purify the mid-kine expressed in high-purity mid-caine in the yeast which is expected to be widely used in the future as one of the growth factors that have neuro-promoting activity and regulate growth and differentiation. Has led to the development of a method to purify midcaine with high purity.
따라서, 본 발명의 목적은 효모에서 대량 발현되어 굴절체를 형성한 미드카인을 정제하기 위해 세포파쇄 및 가용성해 단백질의 제거, 불용해 침전물의 세척, 우레아를 이용한 불용해 단백질의 용해, S-세파로즈 양이온 교환 크로마토그래피와 페닐-세파로즈 소수성 크로마토그래피 등의 단계를 포함하는 고순도의 미드카인을 대량으로 정제하는데 유용한 정제방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to remove cell disruption and soluble protein, to clean up insoluble precipitate, to dissolve insoluble protein using urea, and S-cepha to purify mid-caine that is expressed in yeast and formed refractors. It is to provide a purification method useful for mass purification of high purity midkine, including steps such as rose cation exchange chromatography and phenyl-sepharose hydrophobic chromatography.
이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
미드카인이 발현된 재조합 효모로부터 미드카인을 정제하는 본 발명의 정제방법은,Purification method of the present invention for purifying the midkine from recombinant yeast expressing the midkine,
가) 재조합 효모 세포를 파쇄하고 원심분리하여 불용해 단백질을 수득하는 단계,A) crushing and centrifuging the recombinant yeast cell to obtain an insoluble protein,
나) 상기 단계 가)로부터 수득한 불용해 단백질을 트리톤 X-100을 포함하는 완충용액으로 세척하여 가용성 단백질을 제거하는 단계,B) washing the insoluble protein obtained in step a) with a buffer solution containing Triton X-100 to remove soluble protein,
다) 상기 단계 나)로부터의 불용해 단백질을 우레아로 용해시키고 원심분리하는 단계,C) dissolving insoluble protein from step b) with urea and centrifuging,
라) 상기 단계 다)로부터 수득한 상등액을 완충용액으로 희석하는 단계,D) diluting the supernatant obtained from step c) with a buffer solution,
마) 상기 희석 용액을 양이온 교환 수지 칼럼 크로마트그래피하여 단백질을 용출시키는 단계,E) eluting the protein by chromatographic column chromatography of the dilution solution,
바) 상기 용출액을 완충용액에 투석시키는 단계 및F) dialysis of the eluate into a buffer solution; and
사) 투석된 미드카인 용액을 원심분리하여 상등액을 소수성 칼럼 크로마토그래피하는 단계를 포함한다.G) centrifuging the dialysed midcaine solution to hydrophobic column chromatography of the supernatant.
미드카인 유전자를 포함하는 형질전환된 효모세포의 배양은 미드카인 유전자의 발현이 일어나는 조건에서 실시하며 이는 프로모터 종류등에 의해 좌우된다. 예를 들면 A/G 프로모터의 조절하에 미드카인 유전자를 효모내에서 발현시킬 경우(본 출원인의 동일자 대한민국 출원 제____ 호 참조), 형질전환된 효모세포를 5% 글루코스가 포함된 10ml의 루이신 결핍 배지에 넣고 30℃에서 12시간 진탕 배양한 후 50ml의 5% YEPD 배지에 옮겨 배양하고 1L의 2% YEPD 배지에 옮겨 약 48시간 진탕 배양하여 650nm에서 O.D.값이 20에 도달하면 배양을 끝내고 원심분리기를 이용하여 원심분리하여 효모세포를 침전시킨다. 침전된 세포들을 적절한 현탁 완충액, 예를 들면 1mM EDTA, 5mM 베타-머캅토에탄올, 20mM 트리스 완충용액(pH 8.0)에 현탁시킨다. 이때 프로테아제의 작용을 저해하기 위해 PMSF 등의 프로테아제 저해제를 첨가할수 있으며, 세포파쇄 과정 또한 단백질의 분해를 최소화 하기 위해 저온, 바람직하게는 4℃에서 실시한다. 세포파쇄 방법으로는 물리적 방법(예를들면, 세포 파쇄기, 초음파 처리등)과 비물리적 방법(예를들면, 열처리, 동결-해동, 삼투압 쇼크, 세포 분해 효소 이용)등 당해분야에 공지된 방법들중 하나를 사용할 수 있으며 예를 들면, 세포 파쇄기(bead beator)를 이용하여 5분씩 3번 세포를 파쇄한 다음 원심분리하여 침전물을 취한다. 상기에서 얻은 불용해 단백질 침전물을 트리톤 X-100 용액, 바람직하게는 0.1 내지 1%의 트리톤 X-100 용액으로 세척한다. 이때, 트리톤 X-100으로 세척한 후 2M 우레아 용액으로 세척할 수도 있다. 그 다음 우레아 용액을 넣고 상온에서 3시간 동안 교반시켜 불용해 단백질을 용해하는데 이때 우레라 농도는 8M이 바람직하며, 우레아 대신 구아니딘염, 도데실황산 나트륨 등을 사용할 수도 있으나 우레아는 중성이므로 곧 바로 이온 교환 크로마토그래피를 수행할 수 있는 장점이 있다.Cultivation of the transformed yeast cells containing the midkine gene is carried out under the conditions in which the expression of the midkine gene occurs, which depends on the type of promoter. For example, when the midkine gene is expressed in yeast under the control of the A / G promoter (see Applicant's Korean application No. ____), 10 ml of leucine is transformed into 5% glucose. After culturing for 12 hours at 30 ° C. in a deficient medium, transfer to 50 ml of 5% YEPD medium and incubate for 1 hour to 1% 2% YEPD medium for about 48 hours to incubate. The yeast cells are precipitated by centrifugation using a separator. Precipitated cells are suspended in a suitable suspension buffer such as 1 mM EDTA, 5 mM beta-mercaptoethanol, 20 mM Tris buffer, pH 8.0. In this case, protease inhibitors such as PMSF may be added to inhibit the action of the protease, and the cell disruption process is also performed at low temperature, preferably 4 ° C., in order to minimize the degradation of the protein. Cell disruption methods include those known in the art, such as physical methods (eg, cell breakers, sonication, etc.) and non-physical methods (eg, heat treatment, freeze-thaw, osmotic shock, cytolytic enzymes). Either of these may be used, for example, cells are crushed three times for 5 minutes using a bead bead, followed by centrifugation to take a precipitate. The insoluble protein precipitate obtained above is washed with Triton X-100 solution, preferably 0.1-1% of Triton X-100 solution. At this time, it may be washed with Triton X-100 and then with 2M urea solution. Then, add urea solution and stir at room temperature for 3 hours to dissolve insoluble protein. At this time, the urea concentration is preferably 8M, and guanidine salt, sodium dodecyl sulfate, etc. may be used instead of urea, but urea is neutral There is an advantage in that exchange chromatography can be performed.
그 다음, 상기 단백질 용해액을 원심분리기로 원심분리하여 상등액을 취한 다음 트리스 완충용액으로 희석하는데, 이때 사용하는 트리스 완충용액으로는 50mM 트리스 완충용액이 적당하며 2M 내지 5M 우레아, 바람직하게는 2M 우레아 농도가 되게 희석한 후 원심분리하여 상등액을 동일 우레아 농도의 동일 트리스 완충액으로 미리 평형화시킨 양이온 교환수지, 바람직하게는 S-세파로즈 양이온 교환 수지 컬럼에 흘려보내 미드카인을 결합시킨 후 유리된 상태로 남아있는 물질은 평형 완충용액으로 세척하고, 결합된 단백질은 0.5M 염화나트륨이 포함된 평형 완충 용액으로 세척하고, 1M 염화나트륨이 포함된 평형 완충용액으로 미드카인을 용출한다.Then, the protein lysate is centrifuged by centrifugation to take a supernatant and then diluted with Tris buffer solution. As the Tris buffer solution used, 50 mM Tris buffer solution is suitable and 2M to 5M urea, preferably 2M urea. After diluting to a concentration, the supernatant was flowed to a cation exchange resin, preferably S-sepharose cation exchange resin column, which had been previously equilibrated with the same Tris buffer solution of the same urea concentration, to bind the midkine, and then to the free state. The remaining material is washed with equilibration buffer, the bound protein is washed with equilibration buffer solution containing 0.5M sodium chloride and the midkine is eluted with equilibration buffer solution containing 1M sodium chloride.
용출된 각 분획을 전기영동하여 미드카인 분획을 확인한 후 미드카인 분획을 모아 인산 나트륨 완충용액으로 투석시키는데, 이때 MWCO 6000-8000의 투석막을 이용하여 3M 염화나트륨을 포함하는 50mM 인산나트륨(pH 6.8) 완충 용액을 투석하는 것이 바람직하다. 투석이 끝난 후 원심분리하여 상등액만 취하고 이상등액을 소수성 칼럼 크로마토그래피하는데, 이때 사용하는 소수성 칼럼으로는 페닐-세파로즈 칼럼이 바람직하다. 미리 적절한 완충용액으로 평형화된 소수성 칼럼에 통과시켰을때 결합하지 않고 유리되는 분획을 모아 폴리아크릴아마이드 젤 전기영동하여 고순도의 미드카인이 수득됨을 확인할 수 있다.The eluted fractions were electrophoresed to identify the midkine fractions, and then the midcaine fractions were collected and dialyzed with sodium phosphate buffer solution. Preference is given to dialysis of the solution. After completion of dialysis, the supernatant is taken only by centrifugation, and the supernatant is subjected to hydrophobic column chromatography. At this time, a phenyl-sepharose column is preferable. When passing through a hydrophobic column equilibrated with an appropriate buffer in advance, the fractions which are free without binding can be collected and polyacrylamide gel electrophoresed to obtain high purity midcaine.
본 발명에 따라 정제된 재조합 미드카인의 활성도 측정은 3T3 세포주(ATCC CCL92)를 이용하는 상기 무라마쯔(Muramatsu)의 방법을 사용하여 실시함으로써 미드카인의 활성을 확인할 수 있다.Activity measurement of the recombinant midkine purified according to the present invention can be carried out using the method of the above-mentioned Muramatsu (Muramatsu) using a 3T3 cell line (ATCC CCL92) can confirm the activity of the midkine.
이하 실시예에 의거 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기 실시예들은 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.Hereinafter, the invention will be described in detail with reference to the following Examples. The following examples are intended to illustrate the invention but do not limit the scope of the invention.
실시예Example
단계 1. 효모세포의 배양과정Step 1. Yeast Cell Culture
미드카인 유전자를 포함하는 형질전환된 효모 사카로마이세스 세레비지애 DC04-UB-MK, pYLBC-A/G-UB-MK(기탁번호 : ATCC 74259)를 5% 글루코스가 포함된 10ml의 루이신 결핍 배지에 넣고 30℃에서 12시간 진탕 배양한 후 50ml의 YEPD 배지에 옮겨 8시간 배양하고 1L의 2% YEPD 배지에 옮겨 약 48시간 진탕배양하여 650nm에서 OD 값이 20에 도달하면 배양을 끝내고 원심 분리기(Beckman, JB6, Rotor : JS4.2, 미국)로 3500rpm에서 25분간 원심 분리하여 효모 세포를 침전시키고 이 침전된 세포들을 모았다.Transformed yeast Saccharomyces cerevisiae DC04-UB-MK, pYLBC-A / G-UB-MK (Accession No .: ATCC 74259) containing the midkine gene, 10 ml of leucine with 5% glucose After culturing in shaken medium for 12 hours at 30 ° C., transfer to 50 ml of YEPD medium for 8 hours, incubate for 1 hour in 1L 2% YEPD medium, and incubate for about 48 hours to complete the culture when the OD reaches 20 at 650 nm. The yeast cells were precipitated by centrifugation at 3500 rpm for 25 minutes using a separator (Beckman, JB6, Rotor: JS4.2, USA) and the precipitated cells were collected.
단계 2. 세포 파쇄 및 불용해 단백질 분리과정Step 2. Cell disruption and insoluble protein isolation
상기 수득한 미드카인이 발현된 효모세포 5g을 30ml의 세포 파쇄 완충 용액(1mM EDTA, 5mM 베타 머캅토에탄올, 20mM 트리스 완충용액(pH 8.0)에 현탁시킨 다음 PMSF를 1mM의 농도가 되도록 첨가하고 4℃에서 세포 파쇄기(bead beator, Biospec Products, 미국)를 이용하여 5분씩 3번 세포를 파쇄하였다. 이 파쇄액에 상기 세포파쇄 완충 용액 10ml을 첨가한 후 10분간 교반시킨 다음 원심분리기(Beckman, J2-21, Rotor : JA14, 미국)로 12000rpm에서 20분간 원심분리한 후 상등액은 버리고 침전물에 1% 트리톤(Triton) X-100이 포함된 세포 파쇄 완충용액 40ml을 가한 다음 10분간 교반시킨 후 원심분리(12000rpm, 20분간)하여 상등액은 버리고 침전물을 수집하였다.5 g of the obtained midkine-expressed yeast cells were suspended in 30 ml of cell disruption buffer solution (1 mM EDTA, 5 mM beta mercaptoethanol, 20 mM Tris buffer solution (pH 8.0), and then PMSF was added to a concentration of 1 mM. Cells were crushed three times for 5 minutes using a cell crusher (Badman, Biospec Products, USA) at 10 ° C. 10 ml of the cell lysis buffer solution was added to the crushed solution, followed by stirring for 10 minutes, followed by centrifugation (Beckman, J2). -21, Rotor: JA14, USA) After centrifugation at 12000 rpm for 20 minutes, the supernatant was discarded and 40 ml of cell disruption buffer solution containing 1% Triton X-100 was added to the precipitate, followed by stirring for 10 minutes, followed by centrifugation. (12000 rpm, 20 minutes), the supernatant was discarded and the precipitate was collected.
단계 3. 불용해 미드카인 단백질의 용해과정Step 3. Dissolution of Insoluble Midcaine Protein
단계 2에서 얻은 침전물에 15ml의 8M 우레아 용액을 넣고 상온에서 3시간 동안 교반시킨 후 원심분리기(Beckman, J2-21, Rotor : JA14, 미국)로 12000rpm에서 15분간 원심분리하여 불용해 물질을 제거하고 미드카인이 용해되어 있는 상등액을 취하였다. 이 상등액에 50ml의 50mM 트리스 완충용액(pH 8.0)을 넣어 2M 우레아 농도가 되게한 후 원심분리하여 상등액을 취하였다.15 ml of 8M urea solution was added to the precipitate obtained in step 2 and stirred at room temperature for 3 hours, followed by centrifugation (Beckman, J2-21, Rotor: JA14, USA) at 12000 rpm for 15 minutes to remove insoluble materials. The supernatant in which midkine was dissolved was taken. 50 ml of 50 mM Tris buffer solution (pH 8.0) was added to the supernatant to a concentration of 2M urea, followed by centrifugation to obtain a supernatant.
단계 4. 양이온 교환 수지 칼럼 크로마토그래피 과정Step 4. Cation Exchange Resin Column Chromatography Process
상기 실시예에서 얻은 상등액을 2M 우레아 및 50mM 트리스 완충용액(pH 8.0)으로 미리 평형화시킨 S-세파로즈 양이온 교환 수지 칼럼(Pharmacica, 스웨덴, 2.5X10cm)에 10ml/cm/hr 속도로 통과시켜 미드카인을 결합시킨 다음 칼럼내에 유리된 상태로 남아있는 물질들을 2M 우레아 및 50mM 트리스 평형 완충용액(pH 8.0)으로 세척하였다. 수지에 결합된 단백질은 0.5M 염화나트륨을 포함하는 상기 평형 완충용액으로 충분하게 세척하고 1M 염화나트륨을 포함하는 평형 완충용액으로 용출한 후 용출된 분획을 폴리아크릴아마이드 젤 전기영동하여 미드카인 분획만을 모았다.The supernatant obtained in the above example was passed through an S-sepharose cation exchange resin column (Pharmacica, Sweden, 2.5 × 10 cm), previously equilibrated with 2M urea and 50 mM Tris buffer (pH 8.0), at a rate of 10 ml / cm / hr to give a midkine. Were combined, and the materials remaining free in the column were washed with 2M urea and 50 mM Tris equilibration buffer (pH 8.0). The protein bound to the resin was sufficiently washed with the above equilibration buffer containing 0.5 M sodium chloride, eluted with the equilibration buffer containing 1 M sodium chloride, and the eluted fraction was collected by polyacrylamide gel electrophoresis to collect only the midkine fraction.
단계 5. 투석과정Step 5. Dialysis Process
단계 4에서 얻은 미드카인 분획을 다음 과정인 페닐 세파로즈 칼럼에 적용하기 위해 MWCO 6000-8000의 투석막(Spectrum사, 미국)을 이용하여 3M 염화나트륨을 포함하는 50mM 인산 나트륨(pH 6.8) 완충용액에서 세번 투석하여 우레아를 완전히 제거하였다.To apply the midkine fraction obtained in step 4 to the next step, the phenyl sepharose column, three times in 50 mM sodium phosphate (pH 6.8) buffer containing 3M sodium chloride using a dialysis membrane (Spectrum, USA) of MWCO 6000-8000. Dialysis completely removed urea.
단계 6. 페닐 세파로즈 칼럼 크로마토그래피 과정Step 6. Phenyl Sepharose Column Chromatography Process
투석된 미드카인 용액을 원심분리(12000rpm, 30분간)하여 침전물온 버리고 상등액만을 취한 후 이 상등액을 3M NaCl, 50mM 인산 나트륨(pH 6.8) 완충용액으로 미리 평형화시킨 페닐-세파로즈 칼럼에 흘려보내 결합하지 않고 용출되는 분획을 취하여 폴리아크릴아마이드 젤 전기영동한 결과 고순도의 미드카인을 얻었다(제2도 참조).The dialysed midcaine solution was centrifuged (12000 rpm, 30 minutes) to discard the precipitate and only the supernatant was taken and the supernatant was flowed into a phenyl-sepharose column previously equilibrated with 3M NaCl, 50 mM sodium phosphate (pH 6.8) buffer to bind. Eluted fractions were taken and polyacrylamide gel electrophoresis resulted in high purity midcaine (see FIG. 2).
제2도에서 1열은 표준 분자량 단백질이고, 2열은 세포 파쇄후 전체 균질액이고, 3열은 전체 균질액중 원심분리한 침전물이고, 4열은 8M 우레아로 용해시킨 단백질이고, 5열은 S-새파로조 양이온 교환 크로마토그래피한 후 수집한 용액이고, 6열은 페닐 세파로즈 크로마토그래피후 최종 정제된 미드카인 단백질이다.In Figure 2, column 1 is the standard molecular weight protein, column 2 is the total homogenate after cell disruption, column 3 is the precipitate centrifuged in the total homogenate, column 4 is the protein dissolved in 8M urea, and column 5 is The solution was collected after S-safarose cation exchange chromatography and column 6 is the final purified midkine protein after phenyl sepharose chromatography.
참조예. 재조합 미드카인 단백질의 생물 활성도 측정.Reference example. Determination of Biological Activity of Recombinant Midkine Proteins.
본 발명에 따라 정제된 효모 유래 재조합 미드카인의 활성도 3T3 세포주(ATCC CCL92)를 이용하여 상기 무라마쯔의 방법을 사용하여 다음과 같이 실시하였다.Activity of the recombinant midkine derived yeast purified according to the present invention was carried out using the method of Muratatsu using the 3T3 cell line (ATCC CCL92) as follows.
ATCC로 부터 구입한 3T3 세포주(ATCC CCL92)를 DMEM 배양액(Gibo-BRL. Cat. NO. 430-2100EB)에 최종적으로 10% 우태아 혈청(Sigma Cat. NO. F-2138)이 함유되도록 한 후 24웰 배양용기(Falcon. Cat. NO. F3047)에 각 공(well)당 3X104세포가 되도록 세포수를 조정하여 깔아준후, 37℃ 7% CO2하의 배양조건하에서 24시간 동안 배양하였다. 다음에 상기의 상층 배양액을 제거한 후 DMEM과 햄(Ham)의 F-12 배양액이 1 : 1 비율로 섞인 배양액(Gibco Cat. No. 430-2400 EB), 10μg/ml의 인슐린, 10μm/ml의 트랜스 페린과 3×10-8M 농도의 나트륨 셀레나이트 및 160ng 내지 2.5ng의 미드카인이 첨가된 혼합 배양액을 1ml씩 각 공에 넣고 상기 배양조건에서 7시간 더 배양하였다. 여기에 각 웰 당 2u Ci의3H-싸이미딘(thymidine)(Amersham Cat. NO. TRK 686, 84 Ci/mmol)을 넣은 후 16시간 더 배양하고 배양된 세포들을 1ml 피펫을 사용하여 세포들을 배양용기 바닥으로 부터 제거한 후 밀리포어(Millipore)사이 12 웰 수확기(harvester)(Millipore Cat. NO. XX2702550)상에 장치된 유리섬유 필터 위에 세포로 인코포레이션된3H-싸이미딘을 흡착시켰고 이외의 인코포레이션되지 않은3H-싸이미딘은 제거하였다. 상기 장치하에서 유리 섬유필터를 1ml의 증류수로 1회 세척한 후, 다시 1ml의 메탄올로 1회 세척후 60℃에서 30분간 방치시켜 건조하였다. 이를 바이알에 넣은 후 섬광 칵테일(scintillation cocktail, Packard Cat, No, 6013324) 2ml 씩을 넣고 방출되는 방사선 동위원소(isotope)의 양을 섬광 계수기(Packard Liqrid Scintillation Analyzer, 1990 CA)에서 측정하였다. 이 결과는 제3도에 나타내었다. 본 활성도 측정방법에 따라 본 발명에 의해 정제된 미드카인이 무라마쯔등에 의해 활성도가 알려진 미드카인과 동일한 활성도를 보이고 있음을 나타내고 있다.After the 3T3 cell line (ATCC CCL92) purchased from ATCC was finally contained in DMEM culture (Gibo-BRL. Cat. NO. 430-2100EB), 10% fetal calf serum (Sigma Cat. NO. F-2138) The cells were adjusted and laid in a 24-well culture vessel (Falcon. Cat. NO. F3047) to be 3 × 10 4 cells per well, and then cultured for 24 hours under culture conditions at 37 ° C. 7% CO 2 . Next, the supernatant was removed, and the culture medium (Gibco Cat. No. 430-2400 EB) mixed with DMEM and Ham (F-12) in a ratio of 1: 1, 10 μg / ml of insulin, and 10 μm / ml A mixed culture solution containing transferrin, 3 × 10 −8 M sodium selenite, and 160 ng to 2.5 ng of midkine was added to each ball and incubated for 7 hours at the above culture conditions. Add 2 u Ci of 3 H-thymidine (Amersham Cat. NO. TRK 686, 84 Ci / mmol) to each well, and incubate for another 16 hours, and culture the cells using a 1 ml pipette. After removal from the bottom of the vessel, 3 H-cymidine incorporated into cells was adsorbed onto a glass fiber filter mounted on a 12 well harvester (Millipore Cat. NO.XX2702550) between Millipores and other phosphorus. Uncorporated 3 H-cymidine was removed. Under the apparatus, the glass fiber filter was washed once with 1 ml of distilled water, and then washed once with 1 ml of methanol and left to dry at 60 ° C. for 30 minutes. 2 ml of scintillation cocktail (Packard Cat, No, 6013324) was added to the vial, and the amount of isotope emitted was measured by a scintillation counter (Packard Liqrid Scintillation Analyzer, 1990 CA). This result is shown in FIG. According to the present activity measurement method, the midcaine purified by the present invention shows the same activity as that of midcaine, which is known by Muramatsu et al.
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