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https://www.krm.or.kr/krmts/link.html?dbGubun=SD&m201_id=10007019&local_id=10011448
누에 체액으로부터 유래한 30K 단백질을 이용한 CHO 세포에서 재조합 인간 조혈인자의 생산성 및 당쇄 향상
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
사업별 신청요강보기
  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number D00016
Year(selected) 2004 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2006년 05월 25일
Year type 결과보고
Year(final report) 2006년
Research Summary
  • Korean
  • 오늘날 모든 재조합 단백질 의약품 중 약 60-70%가 포유동물세포에서 생산되고 있다. 본 연구에서는 누에체액이 포유동물 세포의 사멸을 억제하는 효과를 밝혔으며, 누에체액과 30Kc6 유전자를 이용하여 재조합 단백질의 생산성을 향상시켰다. 인간 조혈 호르몬 (EPO)을 생산하는 재조합 CHO 세포의 2 단계 배양에 누에체액을 적용시켰다. 유혈청의 세포 성장 배지와 무혈청의 재조합 단백질 생산 배지를 분리하는 2 단계 배양은 FBS 사용의 단점을 극소화 할 수 있는 반면에, 혈청 제거 및 sodium butyrate가 유도하는 에이파토시스에 의해 세포 성장 및 단백질 생산이 제약을 받는다. 성장 단계에서의 누에체액의 전처리는 생산 단계에서 일어나는 에이파토시스를 억제하는 기작으로 세포 생존 시간을 연장시키고, EPO의 생산성을 5배 증가 시켰다. 누에체액에서 에이파토시스를 억제하는 성분이 30K 단백질임이 밝혀졌다. 30K 단백질을 인지하는 30Kc6 유전자를 EPO를 생산하는 CHO 세포에 도입하여 항-에이파토시스 능력을 가지는 세포주를 제작했다. 30Kc6 유전자를 발현하는 세포와 벡터만 가지는 표준 세포를 2 단계 시스템으로 배양했다. 30Kc6 유전자를 발현하는 세포는 에이파토시스를 억제하고, 성장을 지속하여 최대 세포 농도가 5배, EPO 생산성은 10배 증가했다. 누에체액 및 30Kc6 유전자는 미토콘드리아를 경유하는 에이파토시스에서 효과를 보였으며, 이는 30K 단백질이 Bax와 결합하여 미토콘드리아로의 전이를 차단했기 때문이다. 30Kc6 유전자의 발현은 미토콘드리아의 막 전위의 증가를 일으켜, 단위 세포당 ATP 수준을 향상시켰다. 30Kc6에 의해 에너지원이 증가된 세포는 시알릭 산의 말단 결합을 증가시키면서, EPO 당 사슬 패턴의 불균질을 감소시켰다. 시알릭 산의 양의 증가된 EPO는 생체 활성이 우수하므로, 30Kc6의 발현은 EPO의 실질 생산성은 10배 이상이다.
  • English
  • Today about 60-70% of all recombinant protein pharmaceuticals are produced in mammalian cells. In this work, the effect that silkworm hemolymph suppresses mammalian cell death was elucidated, and the productivity of recombinant protein was improved using hemolymph and 30Kc6 gene. Silkworm hemolymph was applied to the two phase culture of recombinant CHO cell producing human erythropoietin (EPO). While the two phase culture that separates serum-free medium for recombinant protein production and serum-containing medium for cell growth can minimize the defects induced by using FBS, cell growth and protein production are limited by serum deprivation/sodium butyrate-induced apoptosis. The pretreatment with hemolymph in growth phase extended life-time of cell and increased EPO productivity by 5-fold in production phase through the mechanism of apoptosis inhibition. It was investigated that 30K protein is the apoptosis-inhibiting component of silkworm hemolymph. Anti-apoptotic cell line was established through the introduction of 30Kc6 gene coding for 30K protein into CHO cell producing EPO. 30Kc6 expressing cell and control cell with vector only were cultivated by two phase culture system. Overcoming apoptosis by 30Kc6 expression led to both 5-fold maximum cell density and 10-fold increase in EPO productivity. Silkworm hemolymph and 30Kc6 showed the inhibitory effect on the mitochondria-mediated apoptosis, which was due to the blockage of Bax translocation into mitochondria followed by the binding of 30K protein with Bax. Expression of 30Kc6 increased mitochondrial membrane potential and subsequently elevates ATP level per unit cell. Energetic 30Kc6 expressing cells significantly reduced the heterogeneity of EPO glycosylation pattern by increasing the terminal binding of sialic acid to sugar chain. Since high sialylated EPO shows better activity in vivo, the substantial productivity of EPO is above 10 folds.
Research result report
  • Abstract
  • 오늘날 모든 재조합 단백질 의약품 중 약 60-70%가 포유동물세포에서 생산되고 있다. 본 연구에서는 누에체액이 포유동물 세포의 사멸을 억제하는 효과를 밝혔으며, 누에체액과 30Kc6 유전자를 이용하여 재조합 단백질의 생산성을 향상시켰다. 인간 조혈 호르몬 (EPO)을 생산하는 재조합 CHO 세포의 2 단계 배양에 누에체액을 적용시켰다. 유혈청의 세포 성장 배지와 무혈청의 재조합 단백질 생산 배지를 분리하는 2 단계 배양은 FBS 사용의 단점을 극소화 할 수 있는 반면에, 혈청 제거 및 sodium butyrate가 유도하는 에이파토시스에 의해 세포 성장 및 단백질 생산이 제약을 받는다. 성장 단계에서의 누에체액의 전처리는 생산 단계에서 일어나는 에이파토시스를 억제하는 기작으로 세포 생존 시간을 연장시키고, EPO의 생산성을 5배 증가 시켰다. 누에체액에서 에이파토시스를 억제하는 성분이 30K 단백질임이 밝혀졌다. 30K 단백질을 인지하는 30Kc6 유전자를 EPO를 생산하는 CHO 세포에 도입하여 항-에이파토시스 능력을 가지는 세포주를 제작했다. 30Kc6 유전자를 발현하는 세포와 벡터만 가지는 표준 세포를 2 단계 시스템으로 배양했다. 30Kc6 유전자를 발현하는 세포는 에이파토시스를 억제하고, 성장을 지속하여 최대 세포 농도가 5배, EPO 생산성은 10배 증가했다. 누에체액 및 30Kc6 유전자는 미토콘드리아를 경유하는 에이파토시스에서 효과를 보였으며, 이는 30K 단백질이 Bax와 결합하여 미토콘드리아로의 전이를 차단했기 때문이다. 30Kc6 유전자의 발현은 미토콘드리아의 막 전위의 증가를 일으켜, 단위 세포당 ATP 수준을 향상시켰다. 30Kc6에 의해 에너지원이 증가된 세포는 시알릭 산의 말단 결합을 증가시키면서, EPO 당 사슬 패턴의 불균질을 감소시켰다. 시알릭 산의 양의 증가된 EPO는 생체 활성이 우수하므로, 30Kc6의 발현은 EPO의 실질 생산성은 10배 이상이다.
  • Research result and Utilization method
  • 누에체액을 제조합 CHO 세포주의 성장배지에 첨가하여 재조합 단백질 생산단계에서 발생하는 세포주의 프로그램된 사멸인 에이파토시스를 억제시켜 생산성을 5배 증가시켰다. 체액내 세포사멸 억제 효과를 가지는 단백질인 30K 단백질을 인지하는 유전자를 CHO 세포주에 형질감염시켜 세포 내에서 안정적으로 발현시킬 경우, 세포의 성장을 5배 증가시키고, 재조합 단백질 의약품 에리쓰로포이에틴의 생산성을 10배 향상시켰다. 누에체액과 30K 유전자의 발현은 재조합 단백질의 글라이코실레이션 패턴에도 변화를 주어, 시알릭 산이 많이 결합된 균등질의 단백질을 생산케 하였다.
    누에체액과 30K 유전자의 이러한 결과는 포유동물 세포를 이용한 단백질 의약품 생산에 활용되어 숙주세포의 성장 및 생존율을 증가시키고, 재조합 단백질의 생산성을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 양질, 균등질의 글라이코실레이션 패턴이 형성된 당단백질의 생산을 유도시켜 의약품의 생체 활성을 증가시키는 방향으로 활용 가능하다.
  • Index terms
  • 재조합 단백질, 포유동물 세포, 에이파토시스, 누에체액, 30Kc6, 당쇄, 미토콘드리아, 막 전위, 차이니즈 햄스터 난소 세포, 시알릭 산, 에리쓰로포이에틴
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