KR100414182B1 - Molecular cloning and characterization of a gene encoding protein disulfide isomerase from Bombyx mori Bm5 cell line - Google Patents

Molecular cloning and characterization of a gene encoding protein disulfide isomerase from Bombyx mori Bm5 cell line Download PDF

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Abstract

본 발명은 누에 배양세포로부터 분리한 프로테인 디설피드 이소머레이즈 (protein disulfide isomerase)를 코딩하는 cDNA 유전자의 염기서열 및 그로부터 연역된 아미노산 서열에 관한 것이다.The present invention relates to a nucleotide sequence of a cDNA gene encoding protein disulfide isomerase isolated from silkworm cultured cells and an amino acid sequence deduced therefrom.

Description

누에 배양세포로부터 분리한 프로테인 디설피드 이소머레이즈를 코딩하는 cDNA 유전자의 염기서열 및 그의 연역 아미노산{Molecular cloning and characterization of a gene encoding protein disulfide isomerase from Bombyx mori Bm5 cell line}Molecular cloning and characterization of a gene encoding protein disulfide isomerase from Bombyx mori Bm5 cell line} encoding cDNA gene encoding protein disulfide isomerase isolated from silkworm culture cells

본 발명은 누에 배양세포로부터 분리한 프로테인 디설피드 이소머레이즈 (protein disulfide isomerase; PDI)를 코딩하는 cDNA의 염기서열 및 그로부터 연역된 아미노산 서열에 관한 것이다.The present invention relates to a base sequence of cDNA encoding protein disulfide isomerase (PDI) isolated from silkworm cultured cells and an amino acid sequence deduced therefrom.

DNA에서 mRNA가 합성되고, mRNA로부터 단백질이 합성되는 것은 유전공학의 기본적인 개념이다. 이때, 세포질 내에서 합성되는 단백질은 직쇄상으로 아미노산이 연결되어 있는 펩티드 가닥의 단백질 1차 구조를 갖는다. 여기에서, 단백질의 1차 구조라는 것은 직쇄상으로 연결되어 있는 아미노산의 순서만을 의미한다. 이러한 단백질의 1차 구조는 아미노산들의 특성(전하, 소수성, 친수성, 아미노산의 크기 등) 및 아미노산 서열 내의 분자들간의 상호작용(수소결합, 비공유결합, 디설피드 결합 등)에 의해서, 단백질의 2차 구조(일부 펩티드 서열이 α-헬릭스 구조, β-시트 구조 등을 형성한 것) 및 3차 구조(한 가닥의 펩티드가 구조를 형성한 것)가 형성된다. 또한, 형성된 펩티드 가닥들은 서로간의 상호작용에 의해서 단백질의 4차 구조를 형성한다. 이러한 과정에 의해서, 단백질들은 고차구조를 형성함으로써, 효소 활성부위, 효소활성 조절 부위, 리간드 결합부위 등의 구조 및 단백질의 활성을 만들어내게 된다.Synthesis of mRNA from DNA and protein synthesis from mRNA is a fundamental concept of genetic engineering. In this case, the protein synthesized in the cytoplasm has a protein primary structure of peptide strands in which amino acids are linearly linked. Here, the primary structure of a protein means only the sequence of amino acids connected in linear form. The primary structure of these proteins is secondary to the protein, due to the nature of the amino acids (charge, hydrophobicity, hydrophilicity, amino acid size, etc.) and interactions between molecules in the amino acid sequence (hydrogen bonds, non-covalent bonds, disulfide bonds, etc.). Structures (some peptide sequences formed α-helix structures, β-sheet structures, etc.) and tertiary structures (one strand of peptides formed structures) are formed. In addition, the formed peptide strands form the quaternary structure of the protein by interaction with each other. By this process, the proteins form a higher order structure, thereby producing the structure and activity of the protein, such as enzyme active site, enzyme activity control site, ligand binding site.

종래에는, 이러한 단백질의 구조화(protein folding)를, 단순히 열역학적으로 가장 안정화된 상태로 변화해가는 과정으로 이해하였다. 그러나, 활성을 갖는 형태로 구조화가 이루어진 단백질에 대하여 열을 가하여 변성시킨 후, 본래의 환경을 다시 설정하였을 때, 변성된 대부분의 단백질(unfolding protein)은 본래의 활성을 회복하지 못함이 밝혀졌다. 이러한 연구결과는, 단백질의 구조화는 단순히 열역학적 안정화 과정만이 아니라는 것을 의미하고, 단백질 구조화를 돕는 제 2의 물질이 존재한다는 것을 제안하였다.Conventionally, such protein folding is understood as a process of simply changing to the most thermodynamically stable state. However, it was found that most of the denatured proteins did not restore their original activity when the original environment was reset after applying heat to the structured protein in an active form. These findings suggest that protein structuring is not just a thermodynamic stabilization process, and that there is a second material that helps protein structuring.

이러한 제 2의 물질을 찾고자 많은 연구가 진행되었고, 그 결과로 프로테인 디설피드 이소머레이즈라는 단백질이 밝혀졌다. 프로테인 디설피드 이소머레이즈는 단백질의 구조형성에 중요한 역할을 하는 펩티드 내 또는 서로 다른 펩티드간의 디설피드 결합에 관여하는 효소이다. 대부분의 당단백질(glycoprotein)들은 디설피드 결합(S-S)을 갖고 있고, 적절한 디설피드 결합은 이들 단백질의 고차구조 형성과 기능발현에 필수적인 생화학반응이다(Raina Missiaks, Annu. Rev. Microbiol., 51, 179-202, 1997; Rietsch Beckwith, Annu. Rev. Genet., 32, 163-184, 1998). 따라서, 열역학적으로만 디설피드 결합이 이루어지거나, 또는 외부 스트레스 등에 의해서 디설피드 결합이 비정상적으로 이루어지는 경우, 프로테인 디설피드 이소머레이즈는 이들 비정상적인 디설피드 결합을 정상적으로 돌림으로써, 단백질의 구조화 및 생체활성기능을 적절하게 만드는 기능을 한다.Many studies have been conducted to find such a second substance, and as a result, a protein called protein disulfide isomerase was discovered. Protein disulfide isomerase is an enzyme involved in disulfide bonds in peptides or between different peptides that play an important role in the structure of proteins. Most glycoproteins have disulfide bonds (SS), and proper disulfide bonds are essential biochemical reactions for higher order structure formation and function expression (Raina Missiaks, Annu. Rev. Microbiol., 51, 179-202, 1997; Rietsch Beckwith, Annu. Rev. Genet., 32, 163-184, 1998). Therefore, when disulfide bonds are thermodynamically only or disulfide bonds are abnormally caused by external stress or the like, protein disulfide isomerase normally turns these abnormal disulfide bonds, thereby structuring and activating a protein It makes the function appropriate.

다시 말하면, 단백질의 디설피드 결합에 관여하는 프로테인 디설피드 이소머레이즈(protein disulfide isomerase, PDI, EC 5.3.4.1)는 일종의 구조화된 단백질의 편집자(protein-folding editor)로서 기능하여, 부적절하게 구조화된 단백질 내의 디설피드 결합을 적절하게 결합시켜, 기능성이 있는 단백질로 이성질화시킨다.In other words, protein disulfide isomerase (PDI, EC 5.3.4.1), which is involved in protein disulfide binding, functions as a kind of protein-folding editor, improperly structured. Disulfide bonds in proteins are appropriately bound to isomerize to functional proteins.

프로테인 디설피드 이소머레이즈의 발견 당시에는, 이를 단지 산화환원효소로 인식하였지만, 현재에는 디설피드 결합을 갖는 수많은 단백질의 구조화, 조립(assembly) 및 번역 후 변형과정(post translational modification)에 관여하는 56kDa의 다기능 단백질로서(Freedmanet al., Trends Biochem., 19, 331-336, 1994; Creightonet al., Trends Biochem., 13, 18-23, 1995), 소포체 내강(ER lumen)에서 약 103M의 높은 농도로 존재하고, 소포체 전체 단백질 중량의 약 12%를 차지하는 단백질 구조화에 중요기능을 하는 것으로 보고되었다(Zapunet al., Proteins, 14, 10-15, 1992). 또한, 프로테인 디설피드 이소머레이즈는 단백질 고차구조의 형성을 촉진하는 분자 샤페론(chaperone)으로서의 기능도 보고되었다(LaMantia Lennarz, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 88, 4453-4457, 1991; Wang, Biochemistry, 63, 407-412, 1997; Caiet al., J. Biol. Chem., 269, 24550-24552, 1994).At the time of the discovery of the protein disulfide isomerase, it was only recognized as an oxidoreductase, but is now involved in the structure, assembly and post translational modification of numerous proteins with disulfide bonds. As a multifunctional protein of Freedman et al ., Trends Biochem., 19, 331-336, 1994; Creighton et al ., Trends Biochem., 13, 18-23, 1995), about 10 3 in the ER lumen It has been reported to be present at high concentrations of M and play an important role in protein structuring, which accounts for about 12% of the vesicle total protein weight (Zapun et al ., Proteins, 14, 10-15, 1992). Protein disulfide isomerase has also been reported to function as a molecular chaperone that promotes the formation of protein higher structures (LaMantia Lennarz, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 88, 4453-4457, 1991; Wang; , Biochemistry, 63, 407-412, 1997; Cai et al ., J. Biol. Chem., 269, 24550-24552, 1994).

척추동물에서 클로닝된 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 1차 구조분석 결과, 프로테인 디설피드 이소머레이즈는 티오레독신(thioredoxin)과 같은 단백질-티올 산화환원효소(protein-thiol oxidoreductase)의 활성부위인 -Cys-Gly-His-Cys- 의 모티프(motif)를 2개 갖고 있고(Novia Lennarz, J. Biol. Chem., 267, 3553-3556, 1992; Darby Creighton, Biochemistry, 34, 11725-11735, 1995), C-말단에는 소포체 잔류 시그널(ER retentional signal)인 Lys-Asp-Glu-Leu를 갖고 있어, 총 3개의 특정 모티프를 갖고 있다는 것도 보고되었다(Munro and Pelham, Cell, 48, 899-907, 1987; Vauxet al., Nature, 345, 495-502, 1990; Koivunenet al., EMBO J., 18, 65-74, 1999).As a result of primary structural analysis of protein disulfide isomerase cloned in vertebrates, protein disulfide isomerase is an active site of protein-thiol oxidoreductase such as thioredoxin. 2 motifs of Cys-Gly-His-Cys- (Novia Lennarz, J. Biol. Chem., 267, 3553-3556, 1992; Darby Creighton, Biochemistry, 34, 11725-11735, 1995) The C-terminus has Lys-Asp-Glu-Leu, an ER retentional signal, which has been reported to have three specific motifs (Munro and Pelham, Cell, 48, 899-907, 1987). Vaux et al ., Nature, 345, 495-502, 1990; Koivunen et al ., EMBO J., 18, 65-74, 1999).

현재, 척추동물을 포함하여 다양한 생물 종에서 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 1차 아미노산 구조가 전체 염기서열 분석을 통해 밝혀졌다(Pihlajaniemiet al., EMBO J., 6, 643-649, 1987; Edmanet al., Nature, 317, 267-270, 1985; Li Larkins, Mol. Biol., 30, 873-882, 1996; Veijolaet al., Biochem. J., 317, 721-729, 1996; LaMantiaet al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 88, 4453-4457, 1991; Mazzarellaet al., J. Biol. Chem., 265, 1094-1101, 1990; Yamauchiet al., Biochem. Biophys. Res. Commun., 146, 1485-1492, 1987; Fliegelet al., J. Biol. Chem., 265, 15496-15502, 1990; Wilsonet al., Mol. Biochem. Parasitol., 68, 103-117, 1994; Ngiamet al., Curr. Genet., 31, 133-138, 1997; Chen Hayes, Plant Physiol., 106, 1705-1706, 1994).Currently, the primary amino acid structure of protein disulfide isomerase in various species, including vertebrates, has been revealed through full sequencing (Pihlajaniemi et al ., EMBO J., 6, 643-649, 1987; Edman et al ., Nature, 317, 267-270, 1985; Li Larkins, Mol. Biol., 30, 873-882, 1996; Veijola et al ., Biochem. J., 317, 721-729, 1996; LaMantia et al ., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 88, 4453-4457, 1991; Mazzarella et al ., J. Biol. Chem., 265, 1094-1101, 1990; Yamauchi et al ., Biochem. Biophys. Res. Commun., 146, 1485-1492, 1987; Fliegel et al ., J. Biol. Chem., 265, 15496-15502, 1990; Wilson et al ., Mol. Biochem. Parasitol., 68, 103-117 , 1994; Ngiam et al ., Curr. Genet., 31, 133-138, 1997; Chen Hayes, Plant Physiol., 106, 1705-1706, 1994).

그러나, 곤충에서는 유일하게 초파리에서만 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 유전자 염기서열 및 아미노산의 1차 구조가 보고되었을 뿐(McKayet al., Mol.Biol., 25,647-654, 1995), 다른 곤충에서는 전무한 실정이다.However, only insects have reported the gene sequence and amino acid primary structure of protein disulfide isomerase only in Drosophila (McKay et al ., Mol. Biol., 25,647-654, 1995), but no other insects. It is true.

이에, 본 발명자들은 누에로부터 프로테인 디설피드 이소머레이즈를 코딩하는 유전자의 염기서열 및 아미노산 서열을 찾고자 연구를 수행한 결과, 누에 난소세포로부터 유래한 Bm5 배양세포주에 튜니카마이신을 처리하여, 단백질의 비정상적인 구조를 유도하고, 이때 발현이 유도된 유전자들만을 분석하여, 기존에 밝혀진 프로테인 디설피드 이소머레이즈와 유사한 기능을 갖는 새로운 유전자를 발견함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.Thus, the present inventors conducted a study to find the nucleotide sequence and amino acid sequence of the gene encoding the protein disulfide isomerase from silkworms, and treated tunicamycin to Bm5 cultured cell line derived from silkworm ovary cells, The present invention was completed by inducing an abnormal structure and analyzing only the genes from which expression was induced, and discovering a new gene having a function similar to that of a protein disulfide isomerase previously known.

따라서, 본 발명의 목적은 누에 배양세포로부터 분리한 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자를 코딩하는 신규한 cDNA의 염기서열 및 그의 연역 아미노산 서열을 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide a novel cDNA base sequence and its deduced amino acid sequence encoding the protein disulfide isomerase gene isolated from silkworm cultured cells.

도 1은 누에 배양세포로부터 분리한 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 cDNA를 포함한 플라스미드 벡터 pGEMT-bPDI의 제한효소 지도를 나타낸 것이다.Figure 1 shows a restriction map of the plasmid vector pGEMT-bPDI containing cDNA of protein disulfide isomerase isolated from silkworm culture cells.

도 2는 누에의 각 조직에서의 프로테인 디설피드 이소머레이즈 mRNA의 발현을 RNA 도트 블랏팅법(dot blotting)으로 검사한 결과이다.(도 2에서, S, F, Ma, M 및 E는 각각 견사선, 지방체, 말피기관, 중장 및 표피를 나타낸다.)Fig. 2 shows the results of RNA dot blotting of the expression of protein disulfide isomerase mRNA in each tissue of silkworms. (In Fig. 2, S, F, Ma, M and E are silk glands, respectively. , Fat body, epidermal organs, middle and epidermis.)

도 3은 각종 스트레스 유도제를 처리할 때, 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 mRNA 발현량 증가를 RNA 도트 블랏팅법으로 검사한 결과이다.(도 3에서, C, D, A, T, Ca, M 및 H는 각각 대조군, DTT, 안티마이신 A, 튜니카마이신, Ca2+이노포어 A23187, 모넨신 및 H2O2로 처리된 세포를 나타낸다.)Figure 3 shows the results of the mRNA dot blotting method of the mRNA expression of protein disulfide isomerase when treated with a variety of stress inducing agents (in Figure 3, C, D, A, T, Ca, M and H represents cells treated with control, DTT, antimycin A, tunicamycin, Ca 2+ inophore A23187, monensin and H 2 O 2 , respectively.)

도 4는 SDS-PAGE 분석 및 웨스턴 블랏 분석(Western blot analysis)을 통해, 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자의 기능을 단백질 차원에서 분석한 결과이다.(도 4A는 SDS-PAGE 분석을, 4B는 웨스턴 블랏 분석에 관한 것이고, M, 1, 2 및3은 각각 단백질 크기 마크, 정상세포주, 야생형바이러스에 형질감염된 세포주 및 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자가 도입된 재조합 바이러스에 형질감염된 세포주를 나타낸다.)Figure 4 is a result of protein-specific analysis of the function of the protein disulfide isomerase gene through SDS-PAGE analysis and Western blot analysis (Fig. 4A is SDS-PAGE analysis, 4B is Western Blot analysis, where M, 1, 2 and 3 represent protein size marks, normal cell lines, cell lines transfected with wild-type virus and cell lines transfected with recombinant virus into which the protein disulfide isomerase gene was introduced.)

도 5는 이러한 차별화 스크리닝법에 의한 cDNA 클론의 선별 결과를 보여주는 도면이다.(도 5에서, C는 정상세포주로부터 제작한 프로브를 이용한 것이고, T는 튜니카마이신을 처리한 세포주로부터 제작한 프로브를 이용한 것이다.)5 is a view showing the results of screening the cDNA clones by the differentiation screening method (in FIG. 5, C is a probe prepared from a normal cell line, T is a probe prepared from a tunicamycin-treated cell line Is used.)

다양한 종의 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자간에는, 연역 아미노산 수준에서 비교적 높은 상동성을 나타내지만, 유전자 염기서열 수준에서는 거의 상동성이 없다. 이러한 이유로, 기존에 밝혀진 종의 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 염기서열을 참조하여 프로브를 제작하고, 이를 사용하여 종래의 방법에 따라 전체 프로테인 디설피드 이소머레이즈를 코딩하는 cDNA를 확보한다는 것은 거의 불가능했다. 또한, 초파리에서 밝힌 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 기능이 완전히 해석되지 않았고, 단지 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유사 유전자로 취급되고 있기 때문에, 곤충들 간에 존재하는 상동서열 부위에 대한 파악도 쉽지 않아,초파리의 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자로부터 누에의 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자를 찾아내는 것이 매우 어렵다.Between protein disulfide isomerase genes of various species, they show relatively high homology at the deduced amino acid level, but little homology at the gene sequence level. For this reason, it is almost impossible to construct a probe by referring to a nucleotide sequence of a protein disulfide isomerase of a known species and to use it to obtain a cDNA encoding the entire protein disulfide isomerase according to a conventional method. did. In addition, since the function of protein disulfide isomerase revealed in Drosophila is not fully interpreted, and it is treated only as protein disulfide isomerase-like gene, it is not easy to identify the homologous sequence region between insects. It is very difficult to find the protein disulfide isomerase gene of silkworm from the protein disulfide isomerase gene.

따라서, 누에의 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자를 포함하는 cDNA 클론을 얻기 위하여, 본 발명은,Therefore, in order to obtain a cDNA clone containing the protein disulfide isomerase gene of silkworms,

1) 곤충 베큘로바이러스 발현계(baculovirus expression system)의 숙주세포로서 이용하는 누에 난소세포로부터 유래한 Bm5 배양세포주에 인위적으로 튜니카마이신을 처리하여 단백질의 비정상적인 구조를 유도하는 단계;1) artificially treating tunicamycin with a Bm5 culture cell line derived from silkworm ovary cells used as a host cell of an insect baculovirus expression system to induce abnormal structure of the protein;

2) 상기 단계 1)에서 단백질 비정상적인 구조를 유도하였을 때, 발현이 유도되는 cDNA들을 차별화 스크리닝법(differential screaning)에 의해 선별하는 단계;2) selecting the cDNAs from which expression is induced by differential screaning when the protein abnormal structure is induced in step 1);

3) 상기 선별된 유전자의 부분 염기서열을 분석하고, 분석된 염기서열을 공지된 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 서열과 비교하여, 유사한 기능을 갖는 cDNA을 선발하는 단계; 및,3) analyzing partial nucleotide sequences of the selected genes, and comparing the analyzed nucleotide sequences with sequences of known protein disulfide isomerases to select cDNAs having similar functions; And,

4) 상기 단계 3)에서 선발된 cDNA의 전체 염기서열을 결정하고, 이로부터 아미노산 서열을 연역하는 단계;4) determining the total nucleotide sequence of the cDNA selected in step 3), and deducing the amino acid sequence therefrom;

를 포함하는 방법에 의해서, 상기 누에의 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자를 클로닝함을 특징으로 한다.By the method comprising, characterized in that for cloning the protein disulfide isomerase gene of the silkworm.

상기와 같은 방법에 의해서, 누에로부터 클로닝된 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 염기서열은 서열번호 1에 나타내었고, 그로부터 연역된 아미노산 서열은 서열번호 2에 나타내었다.By the above method, the nucleotide sequence of the protein disulfide isomerase cloned from silkworm was shown in SEQ ID NO: 1, and the amino acid sequence deduced therefrom is shown in SEQ ID NO: 2.

서열번호 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 프로테인 디설피드 이소머레이즈유전자는 전체 크기가 2,565bp이고, 암호화 영역(open reading frame; 이하, 'ORF'라 함)은 서열번호 1에 기재된 염기서열 중 117∼1,601의 위치에 존재하였으며, 3'-말단의 염기서열에는 폴리-A(poly-A) 염기를 포함하고, 2개의 잠정 전사 종결신호인 'AATAAA'가 존재함을 확인할 수 있었다. 상기 cDNA의 ORF로부터 494개의 아미노산을 연역할 수 있었으며, 추정되는 단백질의 분자량은 55.6kDa이었다.As shown in SEQ ID NO: 1, the protein disulfide isomerase gene of the present invention has a total size of 2,565 bp, and an open reading frame (hereinafter referred to as 'ORF') is one of the nucleotide sequences of SEQ ID NO: It was present at the positions of 117-1,601, the base sequence of the 3'-end includes a poly-A (poly-A) base, it was confirmed that the presence of two intermittent transcription termination signal 'AATAAA'. The 494 amino acids could be deduced from the ORF of the cDNA, and the estimated molecular weight was 55.6 kDa.

또한, 서열번호 1에 기재된 누에 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자의 염기서열에 대하여, 상동성 분석용 컴퓨터 프로그램인 CLUSTAL W Program (https://www.clustalw.genome.ad.jp)을 통해, 공지된 프로테인 디설피드 이소머레이즈들과의 상동성을 비교한 결과, 노랑초파리(D. melanogaster)와는 55%의 상동성을 나타내었고, 인간 (H. sapians), 랫트 (R. norvegicus), 옥수수 (Z. mays), 선충 (C. elegans) 및 효모(S. cerevisiae)와는 각각 29%, 49%, 28%, 40% 및 25%의 상동성으로 낮게 나타났다(표 1 참조).Further, the nucleotide sequence of the silkworm protein disulfide isomerase gene described in SEQ ID NO: 1 is known through the CLUSTAL W Program (https://www.clustalw.genome.ad.jp), which is a computer program for homology analysis. Comparing homology with the protein disulfide isomerases showed 55% homology with D. melanogaster, human ( H. sapians ), rat ( R. norvegicus ), corn ( Z. mays ), nematodes ( C. elegans ) and yeast ( S. cerevisiae ) showed low homology with 29%, 49%, 28%, 40% and 25%, respectively (see Table 1).

그러나, 표 2에서 보는 바와 같이, 다른 종에서 공지된 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 3개 특정 활성부위인 1) N-말단의 티오레독신-유사 효소활성부위(RegionⅠ), 2) C-말단의 티오레독신-유사 효소활성부위(regionⅡ) 및3) 소포체(ER) 잔류 시그널 영역(regionⅢ)은 매우 높게 보존되어 있었다.However, as shown in Table 2, 1) the N-terminal thioredoxin-like enzyme activity site (Region I), 2) the C-terminal, three specific active sites of the known protein disulfide isomerase in other species The thioredoxin-like enzyme activity site (region II) and 3) the ER (res) residual signal region (region III) were highly conserved.

-Cys-Gly-Pro-Cys-로 알려진 티오레독신 효소활성부위의 서열은 단백질-티올 산화환원효소의 효소활성부위 서열인 -Cys-Gly-His-Cys-와 매우 유사하다는 것이 보고되어 있다(Edmanet al., Nature, 317, 267-270, 1985; Darbyet al., Biochemistry 35, 10517-10528, 1996). 또한, 현재까지의 연구결과에 의하면, 프로테인 디설피드 이소머레이즈에는 이러한 티오레독신-유사 서열이 N-말단(RegionⅠ)과 C-말단(RegionⅡ) 두 곳에 존재하고, 이 부위는 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 활성중심부위이다.It is reported that the sequence of the thioredoxin enzyme active site known as -Cys-Gly-Pro-Cys- is very similar to that of -Cys-Gly-His-Cys-, which is the enzyme active site sequence of protein-thiol oxidoreductase. Edman et al ., Nature, 317, 267-270, 1985; Darby et al ., Biochemistry 35, 10517-10528, 1996). In addition, according to the present studies, the protein disulfide isomerase contains these thioredoxin-like sequences in two places, N-terminus (Region I) and C-terminus (RegionII), and this site is protein disulfide isoform. It is the active center of Murrays.

본 발명에서 분리한 누에의 프로테인 디설피드 이소머레이즈에도 N-말단 및C-말단에 상기 티로레독신-유사 효소활성부위의 아미노산 서열을 갖고 있다는 것을 확인하였다. 즉, RegionⅠ은 서열번호 2의 53∼56의 서열에, RegionⅡ는 서열번호 2의 395∼398에 각각 존재한다.It was confirmed that the protein disulfide isomerase of silkworm isolated in the present invention had an amino acid sequence of the tyroredoxin-like enzyme active site at the N-terminus and the C-terminus. That is, Region I is present in the sequences of 53 to 56 of SEQ ID NO: 2, and Region II is present in 395 to 398 of SEQ ID NO: 2, respectively.

또한, regionⅢ은 소포체에서의 효소위치결정에 관여하는 소포체 잔류 시그널 모티프로, 그의 아미노산 서열은 Lys-Asp-Glu-Leu로 알려져 있다(Munro Pelham, 1987 ; Vaux 등, 1990, Koivunen 등, 1999). 본 발명에서 밝혀낸 누에의 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 연역 아미노산 서열에도, 이러한 regionⅢ의 소포체 잔류 시그널(서열번호 2의 461∼464의 서열)이 존재함을 확인하였다.In addition, region III is a vesicle residual signal motif involved in enzyme positioning in the endoplasmic reticulum, and its amino acid sequence is known as Lys-Asp-Glu-Leu (Munro Pelham, 1987; Vaux et al., 1990, Koivunen et al., 1999). In the deduced amino acid sequence of the protein disulfide isomerase of silkworm revealed in the present invention, it was confirmed that such a vesicle residual signal (SEQ ID NO: 461 to 464 of SEQ ID NO: 2) was also present.

한편, 누에로부터 견사선(S), 지방체(F), 말피기관(Ma), 중장(M) 및 표피조직(E)을 분리하고, 이로부터 mRNA를 추출한 후, 본 발명의 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 cDNA를 프로브(probe)로 하여, RNA 도트 블랏팅을 수행한 결과, 도 2에서 보는 바와 같이, 중장을 제외한 모든 조직에서 발현이 되었고, 특히 지방체에서 가장 많은 양이 발현됨을 알 수 있다. 누에에서의 지방체 조직은 포유동물의 간에 해당하는 조직이므로, 이러한 결과는 프로테인 디설피드 이소머레이즈가 포유동물에서는 간세포에서 가장 많은 발현된다는 종래의 보고(Teradaet al., J. Biol. Chem., 270, 20410-20416,1995; Millset al., Biochem. J., 213, 245-248, 1983; Nietoet al., Biochem. J., 267, 317-323, 1990)와 일치하는 것으로 볼 수 있다.Meanwhile, the silk gland (S), fat body (F), epidermal organ (Ma), middle intestine (M) and epidermal tissue (E) are separated from silkworms, and mRNA is extracted therefrom, followed by the protein disulfide isomerray of the present invention. As a result of RNA dot blotting using the cDNA of the probe as a probe, as shown in FIG. 2, it was expressed in all tissues except the middle intestine. . Since fat tissue in silkworms is the equivalent of mammalian liver, these results indicate that protein disulfide isomerase is most expressed in hepatocytes in mammals (Terada et al ., J. Biol. Chem. , 270, 20410-20416,1995; Mills et al ., Biochem. J., 213, 245-248, 1983; Nieto et al ., Biochem. J., 267, 317-323, 1990). Can be.

또한, 누에 배양세포 Bm5에 DTT, 안티마이신 A, 튜니카마이신, Ca2+이노포어 A23187, 모넨신 및 H2O2의 각종 스트레스 유도제를 처리하였을 때, 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 전사량을 증가시키는 스트레스 유도제는, 도 3에서 보는 바와 같이, 튜니카마이신 및 Ca2+이노포어 A23187이었다. 이러한 결과는, 헬라 세포(HeLa cell)에서 각종 스트레스 유도제를 처리하였을 때에도 튜니카마이신 및 Ca2+이노포어 A23187이 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 전사량을 증가시킨다는 종래의 보고와도 일치한다(Odaniet al., Biochem. Biophys. Res. Commun., 220, 264-268, 1996).In addition, when silkworm cultured cells Bm5 were treated with various stress inducing agents of DTT, antimycin A, tunicamycin, Ca 2+ inophore A23187, monensin and H 2 O 2 , the amount of transcription of protein disulfide isomerase was increased. Increasing stress inducers were tunicamycin and Ca 2+ inophores A23187, as shown in FIG. 3. These results are consistent with previous reports that tunicamycin and Ca 2+ Inophore A23187 increase the amount of transcription of protein disulfide isomerase even when treated with various stress inducing agents in HeLa cells (Odani). et al ., Biochem. Biophys. Res. Commun., 220, 264-268, 1996).

따라서, 본 발명에서 밝혀낸 프로테인 디설피드 이소머레이즈는 종래의 프로테인 디설피드 이소머레이즈와 조직 발현형태 및 스트레스 유도제에 대한 반응형태도 동일하므로, 본 발명에서 선발한 서열번호 1의 서열을 갖는 cDNA는 프로테인 디설피드 이소머레이즈를 코딩함을 확인할 수 있었다.Therefore, the protein disulfide isomerase disclosed in the present invention is the same as the conventional protein disulfide isomerase and the tissue expression form and the reaction form for the stress inducing agent, cDNA having a sequence of SEQ ID NO: 1 selected in the present invention is a protein It was confirmed that the disulfide isomerase was coded.

또한, 누에 배양세포로부터 분리한 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자가 세포내에서 정확하게 발현되면서 발현된 재조합단백질이 기존에 밝혀진 프로테인 디설피드 이소머레이즈와 동일한지를 확인하기 위하여, SDS-PAGE 및 웨스턴 블랏팅 분석(Western blot analysis)을 수행하였다. 그 결과, 정상세포주나 야생형 바이러스에 감염된 세포주에서는 관찰되지 않는 단백질 밴드가 SDS-PAGE 상에 뚜렷이 관찰되었고(약 55.6kDa의 위치), 이를 프로테인 디설피드 이소머레이즈 단백질로 추정하였다.In addition, SDS-PAGE and Western blotting analysis was performed to confirm that the recombinant protein expressed as the protein disulfide isomerase gene isolated from silkworm cultured cells is exactly the same as the protein disulfide isomerase that has been previously identified. Western blot analysis was performed. As a result, protein bands not observed in normal cell lines or cell lines infected with wild-type virus were clearly observed on the SDS-PAGE (position of about 55.6 kDa), which was assumed to be protein disulfide isomerase protein.

또한, 이를 뒷받침하기 위하여 랫트(Rat)의 프로테인 디설피드 이소머레이즈 항체를 사용하여 웨스턴 블랏팅을 수행한 결과, 상기 SDS-PAGE 수행결과와 동일하게, 정상세포주나 야생형 바이러스에 감염된 세포주에서는 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 발현을 확인할 수 없었으나, 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자가 도입된 제조합 바이러스에 감염된 세포주에서는 프로테인 디설피드 이소머레이즈가 강하게 발현됨을 확인하였다. 또한, 이러한 결과는 랫트(Rat) 프로테인 디설피드 이소머레이즈에 대한 폴리클로날 항체를 이용한 결과이므로, 본 발명에서 분리해낸 누에 프로테인 디설피드 이소머레이즈는 프로테인 디설피드 이소머레이즈가 공통적으로 갖고 있는 특이적 항원결정기(epitope)를 갖고 있다고 볼 수 있다. 따라서, 본 발명에서 밝혀낸 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자는 종래의 프로테인 디설피드 이소머레이즈와 동일한 기능을 갖는 유전자임을 다시 한번 확인할 수 있었다.In addition, Western blotting was performed using a protein disulfide isomerase antibody of rat to support this. As in the SDS-PAGE results, protein disulfide was detected in normal cell lines or wild-type virus-infected cell lines. Although expression of feed isomerase could not be confirmed, it was confirmed that protein disulfide isomerase was strongly expressed in the cell line infected with the synthetic virus to which the protein disulfide isomerase gene was introduced. In addition, since these results are a result of using a polyclonal antibody against rat protein disulfide isomerase, the silkworm protein disulfide isomerase isolated in the present invention has a protein disulfide isomerase in common. It can be seen that it has a specific epitope. Therefore, it was confirmed once again that the protein disulfide isomerase gene disclosed in the present invention has the same function as the conventional protein disulfide isomerase.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하겠지만, 본 발명의 범위가 이에 의해서 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited thereto.

하기의 실시예에서는 누에로부터 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자를 클로닝하는 과정에 대하여 설명하고(실시예 1), 본 발명에서 새롭게 밝혀낸 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자가 기존에 밝혀진 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자와 유사한 기능을 갖는지를 확인하기 위하여, 발현 조직 검정(실시예 2) 및 스트레스 유도제 처리에 따른 발현조절을 전사 수준에서의 해석(실시예 3)을 수행하였다. 또한, 본 발명에서 밝혀낸 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자의 기능을, 단백질 수준에서 확인하기 위하여 SDS-PAGE 분석 및 웨스턴 블랏 분석(실시예 4)을 수행하였다.In the following examples, the procedure for cloning the protein disulfide isomerase gene from silkworms (Example 1), and the protein disulfide isomerase in which the protein disulfide isomerase gene newly discovered in the present invention was previously identified In order to confirm that the gene has a function similar to that of the expression tissue assay (Example 2) and the expression regulation according to the stress inducer treatment was analyzed at the transcription level (Example 3). In addition, SDS-PAGE analysis and Western blot analysis (Example 4) were performed to confirm the function of the protein disulfide isomerase gene found in the present invention at the protein level.

[실시예 1] 누에로부터 분리한 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 cDNA 클로닝 및 유전자 서열 분석Example 1 cDNA Cloning and Gene Sequencing of Protein Disulfide Isomerase Isolated from Silkworms

1. cDNA 유전자 은행 작성1. Creating a cDNA Gene Bank

누에 배양세포인 Bm5에 배양세포 1㎖당 5㎍의 튜니카마이신(tunicamycin)을 25℃에서 5시간동안 처리하여, 단백질의 당화(glycosylation) 및 디설피드 결합이 저해될 때 발현량이 증가되는 유전자들의 발현을 유도하였다. 그런 다음, 누에 배양세포 Bm5를 회수한 후, PBS(phosphate buffered saline)로 2회 세척한 다음, 그로부터 전체 RNA를 분리하였다. 그런 다음, 전체 RNA로부터 당업계의 통상적인 방법에 따라, 전체 RNA로부터 폴리(A)+ RNA만을 순수분리하였다. 그런 다음, 순수 분리된 폴리(A)+ RNA를 이용하여 단일쇄 cDNA, 이중쇄 cDNA를 차례대로 합성하고, 5'-말단 및 3'-말단에 각각EcoRⅠ 및XhoⅠ 제한효소 인식 서열을 부여하였다. 이렇게 제작된 cDNA는 pBluescript SK- Plasmid를 포함하고 있는 Lambda ZAP Ⅱ 벡터에 방향성 있게 삽입한 후,in vitropackaging을 거쳐, cDNA 유전자 은행을 제작하였다. 제작된 cDNA 유전자 은행의 pfu(plaque forming unit)는 1.2×106이었다.5m of tunicamycin per ml of cultured cells were treated for 5 hours at 25 ° C in silkworm cultured cells Bm5, and the expression levels of the genes increased when glycosylation and disulfide bonds were inhibited. Expression was induced. Then, silkworm cultured cells Bm5 was recovered, washed twice with PBS (phosphate buffered saline), and total RNA was separated therefrom. Then, only poly (A) + RNA was purified from the total RNA, according to a conventional method in the art. Then, single-chain cDNA and double-chain cDNA were synthesized in sequence using purely isolated poly (A) + RNA, and EcoR I and Xho I restriction enzyme recognition sequences were assigned to the 5'- and 3'-ends, respectively. It was. The cDNA thus prepared was directionally inserted into a Lambda ZAP II vector containing pBluescript SK-Plasmid, followed by in vitro packaging, and a cDNA gene bank was prepared. The pfu (plaque forming unit) of the constructed cDNA gene bank was 1.2 × 10 6 .

한편, 상기 cDNA 유전자은행으로부터, 벡터 내에 삽입된 cDNA의 크기 및 삽입 절편의 유무를 확인하기 위해, 무작위로 선발된 파아지(phage)를in vivoexcision하여 pBluescript SK-로 전환하였다. 상기 전환된 플라스미드를EcoRⅠ및XhoⅠ 제한효소로 절단하여 확인한 결과, 모든 클론들의 절편 크기는 500bp 이상이었다.Meanwhile, from the cDNA gene bank, randomly selected phages were converted into pBluescript SK- by in vivo excision in order to confirm the size of cDNA inserted into the vector and the presence or absence of insertion fragments. The converted plasmids were digested with EcoR I and Xho I restriction enzymes and found to have a fragment size of at least 500 bp.

따라서, cDNA 제작효율에 관여하는 클론들의 절편 크기, 유전자 은행의 pfu 및 절편의 삽입율이(Sung 등, 1998), cDNA 유전자 은행의 유전자 분석에 적합한 것으로 판단되었다.Therefore, the fragment size of the clones involved in cDNA production efficiency, the pfu of the gene bank and the insertion rate of the fragment (Sung et al., 1998) were judged to be suitable for genetic analysis of the cDNA gene bank.

2. 차별화 스크리닝에 의한 발현량 증가 클론 선별2. Selection of clones with increased expression by differentiation screening

상기에서 제작된 cDNA 유전자 은행으로부터, 튜니카마이신을 처리하였을 때, 정상 배양세포에 비하여 발현량이 증가한 cDNA 클론을 차별화 스크리닝법(differential screening; Hget al., Nucleic Acids Res., 19, 6123-6127, 1991)에 의해 선별하였다. 즉, 차별화 스크리닝법을 통한 유전자 발현량이 증가된 클론들의 선별은 다음과 같은 방법으로 수행하였다.From the cDNA gene bank prepared above, when screened with tunicamycin, cDNA clones with increased expression compared to normal cultured cells were screened differently (Hg et al ., Nucleic Acids Res., 19, 6123-6127). , 1991). In other words, the selection of clones with increased gene expression through differentiation screening was performed as follows.

상기 제작된 cDNA 유전자은행으로부터 무작위 선발한 768개의 cDNA 파아지 클론들을in vivoexcision 방법을 이용하여, 플라스미드 pBluescript SK-로 전환하였다. 그런 다음, hybri-dot manifold system(BRL Co., USA)을 이용하여, 2장의 나일론에 동일하게 블랏팅하고, 하나의 나이론막에는 정상 세포주로부터 분리한 폴리(A)+ RNA를 이용하여 합성한 단일쇄 cDNA를 프로브로 하고, 다른 하나에는 튜니카마이신이 처리된 배양세포로부터 분리한 폴리(A)+ RNA를 이용하여 합성한 단일쇄 cDNA를 프로브로 하여, 하이브리드형성(hybridization)을 수행하였다. 그 결과, 정상 세포주에 대한 나이론막에 비해, 튜니카마이신을 처리한 세포주에 대한 나일론막에서 더 강한 신호가 나타난 40개의 cDNA 클론들을 선별하였다(도 5 참조).768 cDNA phage clones randomly selected from the cDNA gene bank prepared above were converted to plasmid pBluescript SK- using an in vivo excision method. Then, using a hybri-dot manifold system (BRL Co., USA), the same blot was applied to two nylons, and one nylon membrane was synthesized using poly (A) + RNA isolated from normal cell lines. Hybridization was performed using a single chain cDNA as a probe and the other as a probe using a single chain cDNA synthesized using poly (A) + RNA isolated from cultured cells treated with tunicamycin. As a result, 40 cDNA clones were selected that showed a stronger signal in the nylon membrane for the tunicamycin treated cell line compared to the nylon membrane for the normal cell line (see FIG. 5).

3. 차별화에서 선별된 클론들에 대한 염기서열 분석3. Sequencing of Selected Clones in Differentiation

상기 차별화 스크리닝법에 의해 선별된 40개 cDNA 클론들의 염기서열 분석은 자동염기서열 분석장치(Perkin Elmer Co., ABI 377)를 사용하여 수행한 다음, 분석된 염기서열에 대해서, NCBI 유전자은행 데이터베이스 검색을 수행하여, 프로테인 디설피드 이소머레이즈와 높은 상동성을 나타내는 cDNA 클론을 선발하였다.The sequencing of 40 cDNA clones selected by the differentiation screening method was performed using an automatic sequencing device (Perkin Elmer Co., ABI 377), and then the NCBI gene bank database search for the analyzed sequencing. CDNA clones were selected that showed high homology with protein disulfide isomerase.

4. 선발된 클론의 전체염기서열 분석4. Complete base sequence analysis of selected clones

상기에서 선발된 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자로 추정되는 cDNA에 대하여 전체염기서열을 분석하였다. cDNA 클론의 염기서열은 SP6, T7 및 하기 10개의 합성 프라이머를 사용하여 결정하였다.The entire base sequence was analyzed for the cDNA estimated to be the protein disulfide isomerase gene selected above. The base sequence of the cDNA clone was determined using SP6, T7 and the following 10 synthetic primers.

서열번호 1SEQ ID NO: 1 5'-GTTGAATTCTATGCTCCATG-3'5'-GTTGAATTCTATGCTCCATG-3 ' 서열번호 2SEQ ID NO: 2 5'-GGCTGAAGAAGAAGACTGGC-3'5'-GGCTGAAGAAGAAGACTGGC-3 ' 서열번호 3SEQ ID NO: 3 5'-GGAGGCTGAAGATGAAGATG-3'5'-GGAGGCTGAAGATGAAGATG-3 ' 서열번호 4SEQ ID NO: 4 5'-CGATTTCGAGAAATACCTTG-3'5'-CGATTTCGAGAAATACCTTG-3 ' 서열번호 5SEQ ID NO: 5 5'-CGGCACCCTGAAGCAGCATC-3'5'-CGGCACCCTGAAGCAGCATC-3 ' 서열번호 6SEQ ID NO: 6 5'-GCCAACGAACTGGAACACAC-3'5'-GCCAACGAACTGGAACACAC-3 ' 서열번호 7SEQ ID NO: 7 5'-GGAAGATGTGCCTGCCAAAG-3'5'-GGAAGATGTGCCTGCCAAAG-3 ' 서열번호 8SEQ ID NO: 8 5'-AATGCGAATCTTATTTTATG-3'5'-AATGCGAATCTTATTTTATG-3 ' 서열번호 9SEQ ID NO: 9 5'-AGCTGTATTTATAATTTCTG-3'5'-AGCTGTATTTATAATTTCTG-3 ' 서열번호 10SEQ ID NO: 10 5'-CTTGTGTATCTCAAATTGGA-3'5'-CTTGTGTATCTCAAATTGGA-3 '

전체서열 결정을 위한 DNA는, Wizard Plus SV minipreps DNA purification system(Promega Co.)을 이용하여 분리하였다. 분리된 DNA 250∼500ng 및 3.2 pmole의 프라이머를 Termination Reaction Mix(Perkin Elmer Co.에) 혼합한 후, PCR 반응을 수행하였다. 그런 다음, 4.5% 염기서열 분석용 겔에 전개하여 염기서열을 결정하였고, DNA Sequencing Analysis Software(Perkin Elmer Co.)에 의해 염기서열을 분석하였다.DNA for total sequence determination was isolated using Wizard Plus SV minipreps DNA purification system (Promega Co.). 250-500 ng of the isolated DNA and 3.2 pmole of primer were mixed with Termination Reaction Mix (Perkin Elmer Co.), followed by PCR reaction. Then, the nucleotide sequence was determined by developing on a 4.5% sequencing gel, and the nucleotide sequence was analyzed by DNA Sequencing Analysis Software (Perkin Elmer Co.).

그러나, 분석된 cDNA의 전체염기서열은 ORF 전체를 포함하고 있었지만, 3'-말단의 비번역 부위 일부가 절단되어 있었다. 즉, 전사종결코돈(TAA)는 확인할 수 있었지만, 전사 잠정종결신호인 AATAAA 서열 및 폴리-A 꼬리(poly-A tail) 영역을 확인할 수 없었다.However, the entire base sequence of the analyzed cDNA contained the entire ORF, but part of the 3'-terminal untranslated region was cleaved. That is, the transcription termination codon (TAA) could be confirmed, but the transcriptional termination signal AATAAA sequence and the poly-A tail region could not be identified.

5. RACE-PCR법에 의한 3'-말단 서열의 확보5. Securing the 3'-terminal sequence by RACE-PCR method

따라서, RACE-PCR법(rapid amplication of cDNA ends)에 의해 절단된 3'-말단의 비번역 부위를 확보하였다. 그런 다음, PCR 생성물을 pGEM-T easy 벡터(Promega Co., USA)의EcoRI/SpeI 제한효소 위치에 삽입하여 pGEMT-bPDI을 제작하였다(도 1참조). 그런 다음, 3'-말단의 비번역 부위가 확보된 cDNA의 전체 염기서열을 얻어내었다. 상기와 같이 얻어진, 누에로부터 분리한 프로테인 디설피드 이소머레이즈를 코딩하는 cDNA의 염기서열을 서열번호 1에 나타내었다.Therefore, 3'-terminal untranslated sites cut by the RACE-PCR method (rapid amplication of cDNA ends) were secured. Then, the PCR product was inserted at the Eco RI / Spe I restriction site of pGEM-T easy vector (Promega Co., USA) to prepare pGEMT-bPDI (see FIG. 1). Then, the entire nucleotide sequence of cDNA having the 3'-terminal untranslated site was obtained. The base sequence of the cDNA encoding the protein disulfide isomerase obtained as mentioned above and isolated from silkworm is shown in SEQ ID NO: 1.

6. 누에로부터 분리한 프로테인 디설피드 이소머레이즈를 코딩하는 cDNA의 염기서열의 해석6. Interpretation of the nucleotide sequence of cDNA encoding protein disulfide isomerase isolated from silkworm

서열번호 1에서 보는 바와 같이, 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자는 전체 크기가 2,565bp이며, ORF는 서열번호 1에 기재된 염기서열 중 117∼1,601의 위치이었고, 3'-말단의 염기서열에는 폴리-A(poly-A) 염기를 포함하여, 2개의 잠정 전사 종결신호인 'AATAAA'가 존재함을 확인할 수 있었다. 상기 cDNA의 ORF로부터 494개의 아미노산을 연역할 수 있었으며, 추정되는 단백질의 분자량은 55.6kDa이었다. 상기에서 연역된 아미노산 서열은 서열번호 2에 나타내었다.As shown in SEQ ID NO: 1, the protein disulfide isomerase gene has a total size of 2,565 bp, the ORF was 117-1,601 in the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, and the poly- Including the A (poly-A) base, it was confirmed that there are two potential transcription termination signals 'AATAAA'. The 494 amino acids could be deduced from the ORF of the cDNA, and the estimated molecular weight was 55.6 kDa. The amino acid sequence deduced above is shown in SEQ ID NO: 2.

한편, 서열번호 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 아미노산 서열의 N-말단에는 일반적으로 알려진 단백질-티올 산화환원효소의 활성부위인 -CGHC-를 갖고 있었으며(서열번호 2의 53∼56 및 395∼398의 위치), 그의 C-말단에는 소포체 잔류 시그널(ER retention signal)인 -KDEL 모티프(서열번호 2의 제 461∼464의 위치)도 확인되었다.On the other hand, as shown in SEQ ID NO: 2, the N-terminus of the amino acid sequence of the protein disulfide isomerase of the present invention had -CGHC-, an active site of a generally known protein-thiol oxidoreductase (SEQ ID NO: 2). At positions 53 to 56 and 395 to 398), and at the C-terminus thereof, a -KDEL motif (positions 461 to 464 of SEQ ID NO: 2), which is an ER retention signal, was also identified.

따라서, 서열번호 1 및 서열번호 2에 기재한 염기서열 및 아미노산 서열은 누에로부터 분리한 프로테인 디설피드 이소머레이즈를 코딩하고 있음을 확인할 수 있다.Therefore, it can be confirmed that the nucleotide sequence and the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2 encode a protein disulfide isomerase separated from silkworms.

[실시예 2] 누에 배양세포로부터 분리한 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 발현 조직 검정Example 2 Expression Tissue Assay of Protein Disulfide Isomerase Isolated from Silkworm Cultured Cells

누에에서의 프로테인 디설피드 이소머레이즈 발현조직의 검정을 위하여, 5령 유충누에로부터 견사선, 지방체, 말피기관, 중장 및 표피를 분리한 후, 이들 조직으로부터 SV Total RNA Isolation System(Promega Co.)을 이용하여 전체 RNA를 분리하였다. 그런 다음, 분리된 전체 RNA에 대하여, 65℃에서 10분간 가온하여 변성시킨 후, 각각 조직으로부터 분리한 RNA 5㎍을 나이론 막에 블랏팅(blotting)을 수행하였다. 그런 다음, Prime-It Ⅱ Random Primer Labelling Kit (Stratagene Co.)를 이용하여, [α-32P]dATP로 표지된 누에의 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 cDNA(즉, 상기 차별화스크리닝 과정에서 선발된, 비번역부위가 절단된 클론) 및 18S rRNA cDNA를 제작하였다. 그런 다음, 이를 프로브로 하여 RNA 도트 블랏팅(RNA dot blotting)을 수행하였다. 그 결과를 도 2에 나타내었다.For the assay of protein disulfide isomerase-expressing tissues in silkworms, silk gland, fat body, epidermal organs, mid- and epidermis were isolated from 5 larvae silkworms, and then SV Total RNA Isolation System (Promega Co.) Total RNA was isolated using. Then, the whole RNA isolated was warmed and denatured at 65 ° C. for 10 minutes, and then 5 μg of RNA isolated from each tissue was blotted onto the nylon membrane. Then, using Prime-It II Random Primer Labeling Kit (Stratagene Co.), cDNA of protein disulfide isomerase of silkworms labeled with [α- 32 P] dATP (ie, selected from the differentiation screening process) , Clones with untranslated sites) and 18S rRNA cDNA were prepared. Then, RNA dot blotting was performed using this as a probe. The results are shown in FIG.

도 2에서 보는 바와 같이, 누에 배양세포로부터 분리한 프로테인 디설피드 이소머레이즈는 견사선(M), 지방체(F), 표피(E) 및 말피기관(Ma)에서는 발현되었지만, 중장(M)에서는 거의 발현되지 않았다. 또한, 프로테인 디설피드 이소머레이즈는 특히 지방체에서 가장 많은 양이 발현이 됨을 확인하였다.As shown in FIG. 2, protein disulfide isomerase isolated from silkworm cultured cells was expressed in silk glands (M), fat body (F), epidermis (E) and epidermal organ (Ma), but in the middle intestine (M). Hardly expressed. In addition, it was confirmed that the protein disulfide isomerase was expressed the most amount, especially in fat body.

따라서, 척추동물 유래의 프로테인 디설피드 이소머레이즈가 주로 간세포에서 발현된다는 보고(Teradaet al., J. Biol. Chem., 270, 20410-20416,1995; Millset al., Biochem. J., 213, 245-248, 1983; Nietoet al., Biochem. J., 267, 317-323, 1990)와, 누에의 지방체가 포유동물의 간에 해당한다는 점에서, 서열번호 1에 기재된 누에 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 전사체 발현 형태는, 포유동물 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 발현 형태와 동일함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 서열번호 1의 염기서열이 프로테인 디설피드 이소머레이즈임을 알 수 있다.Thus, reports that vertebrate disulfide isomerases derived from vertebrates are mainly expressed in hepatocytes (Terada et al ., J. Biol. Chem., 270, 20410-20416,1995; Mills et al ., Biochem. J., 213, 245-248, 1983; Nieto et al ., Biochem. J., 267, 317-323, 1990) and the silkworm protein disulfide as described in SEQ ID NO: 1 in that the fat of silkworm corresponds to the mammalian liver. It can be seen that the transcript expression form of isomerase is the same as the expression form of mammalian protein disulfide isomerase. Thus, it can be seen that the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 of the present invention is protein disulfide isomerase.

[실시예 3] 스트레스 유도제 처리에 따른 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 발현증가Example 3 Expression Increase of Protein Disulfide Isomerase by Stress Inducer Treatment

Lee, Curr. Opinion in Cell Biol., 4, 267-273, 1992에 따르면, 유전자가 발현되어 정상적인 서열을 갖는 단백질 펩티드가 형성되었으나, 외부환경의 영향으로 단백질 구조화(protein folding)가 정상적으로 이루어지지 않은 상태의 펩티드들이 세포의 소포체 내강에 존재할 때, 이들 펩티드의 구조를 정상화하기 위해서 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 전사량을 증가시킨다고 한다.Lee, Curr. According to Opinion in Cell Biol., 4, 267-273, 1992, genes were expressed to form protein peptides with normal sequences, but peptides in which protein folding was not normally performed due to the influence of the external environment When present in the endoplasmic reticulum of cells, it is said to increase the amount of transcription of protein disulfide isomerase to normalize the structure of these peptides.

따라서, 본 발명의 누에 프로테인 디설피드 이소머레이즈도, 외부 스트레스에 의해서 단백질의 구조화가 비정상적으로 이루어질 때, 고차구조형성 촉진효소(ER foldase) 및 분자 샤페론으로서의 기능을 나타내는지를 확인하기 위하여, 누에 배양세포 Bm5에 각종 스트레스 유도제를 처리한 후, 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 발현량을 검사하였다.Therefore, in order to confirm whether the silkworm protein disulfide isomerase of the present invention exhibits functions as an ER foldase and a molecular chaperone when abnormal structuring of the protein is caused by external stress. After treatment with various stress inducing agents to cells Bm5, the expression level of protein disulfide isomerase was examined.

여기에서 사용된 스트레스 유도제는, 환원제인 DTT(Dithioreitol), ATP 생합성 억제제인 안티마이신 A(Antimycin A), 단백질의 당화 및 디설피드 결합 형성 억제제인 튜니카마이신, 칼슘이온의 항상성 억제제인 Ca2+이노포어 A23187(inophore A23187), 단백질의 소포체에서 골지체로의 이동 억제제인 모넨신(monensin) 및 H2O2를 사용하였다.The stress inducing agent used here is DTT (Dithioreitol), a reducing agent, Antimycin A, an inhibitor of ATP biosynthesis, Tunikamycin, an inhibitor of glycosylation and disulfide bond formation, and Ca 2+, an inhibitor of homeostasis of calcium ions. Inophore A23187 (monensin) and H 2 O 2 , inhibitors of protein vesicle-to-Golgi shift, were used.

누에 배양세포 Bm5에, DTT, 안티마이신 A, 튜니카마이신, Ca2+이노포어 A23187, 모넨신 및 H2O2를 각각 3mM, 8μM, 5㎍/㎖, 10μM, 100μM 및 100μM의 농도로 5시간동안 처리한 후, 상기 처리된 세포로부터 전체 RNA를 분리하여, 상기 실시예 2의 RNA 도트 블랏팅 방법과 동일한 방법으로, 상기 처리된 각 세포에서의 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 mRNA 발현량을 분석하였다. 대조군으로는 어떤 물질도 처리하지 않은 정상 세포주로 하였다. 그 결과는 도 3에 나타내었다.In silkworm cultured cells Bm5, DTT, antimycin A, tunicamycin, Ca 2+ inophore A23187, monensin and H 2 O 2 were added at concentrations of 3 mM, 8 μM, 5 μg / ml, 10 μM, 100 μM and 100 μM, respectively. After treatment for a period of time, the total RNA was isolated from the treated cells, and the mRNA expression level of protein disulfide isomerase in each of the treated cells was determined in the same manner as in the RNA dot blotting method of Example 2. Analyzed. As a control, a normal cell line without any substance was used. The results are shown in FIG.

도 3에서 보는 바와 같이, 누에의 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자는 다른 스트레스 유도제에 비하여, 튜니시마이신 또는 Ca2+이노포어 A23187로 처리한 세포에서 강하게 발현되었다. 이러한 결과는, 1996년 Odani 등이 헬라세포(HeLacell)에 열충격(heat shock), 스트레스유도제로서 A23187, 튜니카마이신, 사이클로헥시이미드(cyclohexiimide), DTT 및 Δ12-프로스타글란딘(prostaglandin) J2를 처리하였을 때, 헬라세포에서의 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 mRNA 발현량 증가결과(Odaniet al., Biochem. Biophys. Res. Commun., 220, 264-268, 1996)와 유사하다.As shown in FIG. 3, the protein disulfide isomerase gene of silkworm was strongly expressed in cells treated with tunisimacin or Ca 2+ inophore A23187, compared to other stress inducing agents. These results indicate that 1996 Odani et al. Treated HeLacell with heat shock, stress inducer A23187, tunicamycin, cyclohexiimide, DTT and Δ12-prostaglandin J2. When the mRNA expression level of protein disulfide isomerase in HeLa cells was increased (Odani et al ., Biochem. Biophys. Res. Commun., 220, 264-268, 1996).

또한, 이런 결과를 통해, 본 발명의 프로테인 디설피드 이소머레이즈도, 기존에 밝혀진 프로테인 디설피드 이소머레이즈와 유사하게 고차구조 형성촉진 효소(ER foldase) 및 분자 샤페론으로서 기능을 하며(LaMantia Lennarz, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 88, 4453-4457, 1991; Wang, Biochemistry, 63, 407-412, 1997; Caiet al., J. Biol. Chem., 269, 24550-24552, 1994), 소포체의 칼슘결합과 결합하는 단백질 중 하나임을 추정(Macer Koch, J. Cell Sci., 91, 61-70, 1988)할 수 있다.In addition, through these results, the protein disulfide isomerase of the present invention also functions as an ER foldase and a molecular chaperone similarly to the protein disulfide isomerase previously known (LaMantia Lennarz, Proc). Natl.Acad.Sci. USA, 88, 4453-4457, 1991; Wang, Biochemistry, 63, 407-412, 1997; Cai et al ., J. Biol. Chem., 269, 24550-24552, 1994), It can be estimated that one of the proteins that bind to the calcium binding of the endoplasmic reticulum (Macer Koch, J. Cell Sci., 91, 61-70, 1988).

따라서, 본 발명의 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자는 기존에 밝혀진 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자와 동일한 기능을 갖는다는 것을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the protein disulfide isomerase gene of the present invention has the same function as the previously known protein disulfide isomerase gene.

[실시예 4] 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자가 도입된 재조합바이러스의 세포내 도입 및 발현확인Example 4 Intracellular Introduction and Expression Confirmation of Recombinant Virus Incorporated with Protein Disulfide Isomerase Gene

본 발명에서 누에의 배양세포로부터 분리한 프로테인 디설피드 이소머레이즈가, 기존에 밝혀진 프로테인 디설피드 이소머레이즈와 동일한 기능을 하는지를 단백질 수준에서 확인하기 위하여, SDS-PAGE 및 웨스턴 블랏 분석을 수행하였다.In the present invention, SDS-PAGE and Western blot analysis were performed to confirm whether protein disulfide isomerase isolated from silkworm cultured cells had the same function as protein disulfide isomerase previously known at the protein level.

먼저, pBAC-1 곤충베큘로바이러스 전이벡터에, 상기 실시예 1에서 분리한 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자를 삽입하여, 플라스미드 재조합 전이벡터 pBAC1-bPDI를 제작하였다. 그런 다음, 상기 재조합 전이벡터 pBAC1-bPDI 및 야생형 곤충베큘로바이러스를, 숙주세포로서 거염나방 (Spodopetera frugiperda: fall armyworm) 번데기의 난소 (ovary) 조직으로부터 유래된 Sf-9 세포주에 공형질감염(cotransfection)시켜, 상동 재조합에 의해 재조합 전이벡터 pBAC1-bPDI가 야생형 바이러스 게놈상에 통합(integration)되도록 유도하였다. 여기에서, "상동 재조합"은, 경계서열(border sequence)의 서열 상동성을 이용한 통상적인 DNA 재조합 방법을 의미한다.First, the protein disulfide isomerase gene isolated in Example 1 was inserted into a pBAC-1 insect baculovirus transfer vector to prepare a plasmid recombinant transfer vector pBAC1-bPDI. Then, the recombinant transfer vector pBAC1-bPDI and wild-type insect baculovirus were cotransfected into Sf-9 cell line derived from ovary tissue of pupa of Spodopetera frugiperda (fall armyworm) as a host cell. Homologous recombination led to the integration of the recombinant transfer vector pBAC1-bPDI onto the wild-type virus genome. As used herein, "homologous recombination" means a conventional DNA recombination method using sequence homology of a border sequence.

재조합 전이벡터 pBAC1-bPDI가 통합된 곤충베큘로바이러스는 다음과 같은 방법에 의해서 선발하였다. 즉, 상기 공형질감염된 Sf-9 세포를 현미경 상에서 확인한 후, 공형질감염된 Sf-9 세포를 96-웰 플레이트(well plate)에 한계 희석법을 이용하여 웰(well)당 1∼2개의 세포를 깔았다. 그런 다음, 4일 정도 배양한 세포 배양액을 새로운 96-웰 플레이트(well plate)에 옮겨서 X-gal로 염색하여, 염색되지 않은 화이트 플라크(white plaque)을 선발함으로써, 조합 전이벡터 pBAC1-bPDI가 통합된 곤충베큘로바이러스를 선발하고, 이 재조합 바이러스를 vAc-bPDI로 명명하였다.Insect baculovirus incorporating the recombinant transfer vector pBAC1-bPDI was selected by the following method. In other words, after confirming the co-infected Sf-9 cells on the microscope, 1 to 2 cells per well were plated by using a limiting dilution method in the 96-well plate. . The cell cultures incubated for 4 days were then transferred to a new 96-well plate and stained with X-gal to select unstained white plaques, thereby incorporating the combinatorial transition vector pBAC1-bPDI. Insect baculovirus were selected and named for this recombinant virus vAc-bPDI.

누에 배양세포로부터 분리한 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자가 도입된 재조합 바이러스 vAc-bPDI를 sf-9 곤충세포에 형질감염시켜, 상기 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자를 발현시켰다. 발현을 확인하기 위하여, 재조합 바이러스가 형질감염된 세포를 72시간 동안 배양한 후, 이로부터 단백질을 분리하고, SDS-PAGE를 수행하였다. 그 결과는 도 4a에 나타내었다. 도 4a에서 보는 바와 같이, 정상세포주(레인 1)나 야생형 바이러스에 감염된 세포주(레인 2)에서는 관찰되지 않는 단백질 밴드가, 재조합 바이러스 vAc-bPDI를 형질감염시킨 세포주(레인 3)에서는 확인되었다. 이 밴드의 크기는 상기 유전자 분석을 통해 추정된 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 크기(약 55.6kDa)와 일치함을 확인하였다. 따라서, 상기 발현된 단백질은 프로테인 디설피드 이소머레이즈 단백질임을 확인할 수 있었다.Recombinant virus vAc-bPDI, into which the protein disulfide isomerase gene was isolated from silkworm cultured cells, was transfected into sf-9 insect cells to express the protein disulfide isomerase gene. To confirm expression, cells transfected with the recombinant virus were incubated for 72 hours, and then proteins were separated therefrom and subjected to SDS-PAGE. The results are shown in Figure 4a. As shown in FIG. 4A, protein bands not observed in the normal cell line (lane 1) or the cell line infected with the wild type virus (lane 2) were confirmed in the cell line (lane 3) transfected with the recombinant virus vAc-bPDI. The size of this band was confirmed to be consistent with the estimated size of protein disulfide isomerase (about 55.6 kDa) through the genetic analysis. Thus, the expressed protein was confirmed to be protein disulfide isomerase protein.

또한, 상기 결과에 대해서 확인하기 위하여, 랫트(Rat) 프로테인 디설피드 이소머레이즈에 대한 폴리클로날 항체(하바드의과대학 Peter Arvan으로부터 분양)를 사용하여, 웨스턴 블랏 분석을 수행하였다. 웨스턴 블랏은 당업계의 통상적인 방법을 이용하여 수행하였고, 그 결과는 도 4b에 나타내었다.In addition, to confirm the above results, Western blot analysis was performed using a polyclonal antibody against rat protein disulfide isomerase (prepared from Peter Arvan, Harvard Medical School). Western blots were performed using routine methods in the art and the results are shown in FIG. 4B.

도 4b에서 보는 바와 같이, 정상세포주(레인 1)나 야생형 바이러스에 감염된 세포주(레인 2)에서는 프로테인 디설피드 이소머레이즈의 발현을 확인할 수 없었으나, 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자가 도입된 제조합 바이러스를 형질감염시킨 세포주(레인 3)에서는 프로테인 디설피드 이소머레이즈가 강하게 발현됨을 확인하였다. 또한, 도 4b의 결과는 랫트(Rat) 프로테인 디설피드 이소머레이즈에 대한 폴리클로날 항체를 이용한 웨스턴 블랏 결과이므로, 본 발명에서 분리해낸 누에 프로테인 디설피드 이소머레이즈는 프로테인 디설피드 이소머레이즈가 공통적으로 갖고 있는 특이적 항원결정기(epitope)를 갖고 있다. 따라서, 본 발명에서 밝혀낸 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자는 종래의 프로테인 디설피드 이소머레이즈와 동일한 기능을 갖는 유전자임을 재차 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 4B, expression of protein disulfide isomerase was not detected in normal cell line (lane 1) or wild-type virus-infected cell line (lane 2), but the protein disulfide isomerase gene was introduced. In the cell line transfected with virus (lane 3), it was confirmed that protein disulfide isomerase was strongly expressed. In addition, since the result of Figure 4b is a result of Western blot using a polyclonal antibody against rat protein disulfide isomerase, the silkworm protein disulfide isomerase isolated from the present invention is a protein disulfide isomerase. It has a specific epitope which it has in common. Therefore, it was confirmed again that the protein disulfide isomerase gene disclosed in the present invention has the same function as the conventional protein disulfide isomerase.

본 발명의 프로테인 디설피드 이소머레이즈 염기서열 및 아미노산 서열은, 곤충 생체 및 배양세포를 숙주로하는 베큘로바이러스 발현계를 통해 재조합단백질 생산할 때, 과다하게 발생하는 비정상적인 구조의 재조합 단백질을 정상화시킬 수 있어, 본래의 활성이 유지되는 유용단백질의 발현량을 향상시킬 수 있다.The protein disulfide isomerase nucleotide sequence and amino acid sequence of the present invention can normalize the recombinant protein of abnormal structure that occurs excessively when the recombinant protein is produced through a baculovirus expression system that hosts insect organisms and cultured cells. Therefore, the expression level of the useful protein in which the original activity is maintained can be improved.

또한, 본 발명의 프로테인 디설피드 이소머레이즈 염기서열을 이용하여 프로테인 디설피드 이소머레이즈를 제조할 경우, 현재 척추동물의 간으로부터 분리하여 고가로 판매되고 있는 프로테인 디설피드 이소머레이즈를 대체할 수 있고, 본 발명의 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자를 형질전환시킨 곤충 또는 배양세포를 제조하여, 보다 안정적인 유용물질을 생산할 수도 있고, 직접 재조합 단백질을 만들어 세포배양액에 첨가함으로써, 보다 저렴하게 유용 단백질을 대량생산할 수도 있다.In addition, when the protein disulfide isomerase is prepared using the protein disulfide isomerase sequence of the present invention, protein disulfide isomerase, which is currently separated from the liver of vertebrates, can be replaced by an expensive product. In addition, insects or cultured cells transformed with the protein disulfide isomerase gene of the present invention may be prepared to produce more stable useful materials, and by directly making recombinant proteins and adding them to the cell culture medium, the useful proteins may be cheaper. It can also be mass produced.

Claims (2)

누에로부터 분리되고, 서열번호 1에 기재된 염기서열을 갖는 누에로부터 분리된 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자(protein disulfide isomerase)의 염기서열.A base sequence of a protein disulfide isomerase isolated from silkworms and isolated from silkworms having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1. 상기 제 1항의 염기서열로부터 연역되고, 서열번호 2에 기재된 아미노산 서열을 갖는 누에로부터 분리된 프로테인 디설피드 이소머레이즈 유전자의 아미노산 서열.An amino acid sequence of a protein disulfide isomerase gene isolated from the silkworm having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 deduced from the nucleotide sequence of claim 1.
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