대장균과 식물시스템에서 재조합 인간 prominiinsulin 생합성 분석

Abstract

최근 급속도로 당뇨병 환자가 증가하면서 인슐린 시장이 크게 성장하고 있다. 또한 최근 식물체를 이용하여 의약용 단백질 생산이 경제적인 측면과 안정성 측면에서 매우 효과적임이 보고되고 있어 이를 이용한 분자농업이 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 인슐린 단백질을 식물체에서 생산하기 위한 유전자 발현 construct를 설계하기 위한 실험으로서 식물발현용 preprominiinsulin construct를 제조하기 위한 단계적 실험을 수행하였다. 우선 proinsulin이 무세포 식물 전사/번역시스템에서 성공적으로 발현됨을 확인하였다. Prominiinsulin construct를 제조하여 대장균에서 발현시키는데 성공하였으며, 이를 트립신으로 절단한 후 인간 항인슐린 항체를 이용한 western 분석을 통하여 효과적으로 A-펩타이드와 B-펩타이드가 형성되며 이후 적절하게 접힘이 일어나고 hexamer로 조립됨을 확인하였다. 이후 식물체에서 재조합 인슐린 유전자가 발현되는지를 확인하기 위하여 RFP 결합 construct를 제조하여 담배의 현탁배양세포인 BY-2 세포에 형질전환시켜 RFP 결합 preprominiinsulin이 성공적으로 발현됨을 확인 하였다. 이러한 성공적인 연구 결과를 토대로 향후 이 construct는 RFP 단백질을 제거하여 35S 프로모터에 직접 유도되는 [N 말단 <TEX>${\rightarrow}$</TEX> tobacco E2 시그널 펩타이드 <TEX>${\rightarrow}$</TEX> B-펩타이드(1-29 AA) <TEX>${\rightarrow}$</TEX> AAK <TEX>${\rightarrow}$</TEX> A-펩타이드(1-21 AA) <TEX>${\rightarrow}$</TEX> RR <TEX>${\rightarrow}$</TEX> His6 <TEX>${\rightarrow}$</TEX> KDEL <TEX>${\rightarrow}$</TEX> C 말단] construct를 제조하여 담배 식물체에 형질전환시켜 분자농업을 통해 인간 인슐린 단백질을 생산하는데 활용하고자 한다. Recently, the number of people with diabetes is rapidly increasing, coupled with the fact that the insulin market is remarkably increasing. Therefore, molecular farming for plant-derived pharmaceutical protein production is reported as becoming more attractive than ever. In this study, we carried out experiments step by step for development of recombinant insulin constructs, which were transformed into E. coli system, in vitro transcription and translation system, and tobacco cells. At first, recombinant proinsulin protein was successfully produced in in vitro transcription and translation system with wheat germ extract. After which, recombinant construct of prominiinsulin encoded a fusion protein of 7.8 kDa with trypsin cleavage sites at N terminus and C terminus of minimized C-peptide was tried to in vitro expression using E.coli culture. After purification with His-tag column, the resulting recombinant prominiinsulin protein was processed with trypsin, and then checked insulin biosynthesis by SDS-PAGE and western blot analysis with anti-insulin monoclonal antibody. The immunoreactive product of trypsin-treated miniinsulin was identical to the predicted insulin hexamer. The construct of 35S promoter-driven preprominiinsulin recombinant gene with signal peptide region for ER-targeting and red fluorescence protein gene [N terminus <TEX>${\rightarrow}$</TEX> tobacco E2 signal peptide <TEX>${\rightarrow}$</TEX> B-peptide (1-29 AA) <TEX>${\rightarrow}$</TEX> AAK <TEX>${\rightarrow}$</TEX> A-peptide (1-21 AA) <TEX>${\rightarrow}$</TEX> RR <TEX>${\rightarrow}$</TEX> His6 <TEX>${\rightarrow}$</TEX> KDEL <TEX>${\rightarrow}$</TEX> C terminus] was transformed into BY-2 tobacco cells. A polypeptide corresponding to the 38-kDa molecular mass predicted for fusion protein was detected in total protein profiles from transgenic BY-2 cells by western analysis. Therefore, this recombinant preprominiinsulin construct can be used for generation of transgenic tobacco plants producing therapeutic recombinant insulin.