서강대학교

초록/요약

Peptide의 대량생산은 의학 관련 바이오 물질의 생산 및 새로운 치료 분자의 개발에 필요하다. Peptide는 화학합성 (Solid-phase chemical synthesis)과 유전공학적 발현을 통해 생산이 가능하다. 하지만 화학합성을 통해 peptide를 합성 할 경우에는 합성하는 peptide의 길이에 제약을 받을 뿐만 아니라 생산 비용이 높아지기 때문에 peptide를 이용하는 commercial development에 한계점이 따른다. 이에 따라 유전공학적 발현을 통해 세포 내에서 경제적으로 peptide를 대량 생산하는 연구가 진행되고 있다. 하지만 독성을 가지고 있거나 길이가 짧은 peptide를 발현시킬 경우 숙주 세포에 대해 세포 독성을 나타내어 숙주 세포의 성장을 저해하거나, 숙주 세포의 단백질 분해효소에 의해 쉽게 분해가 되는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 peptide를 안정적으로 발현하기 위해 Maltose binding protein (MBP)와 fusion시켜서 숙주 세포에 대한 독성을 억제하고, 발현된 단백질의 길이를 증가시켜 숙주 세포의 단백질 분해효소로부터 보호하여 peptide의 효과적으로 발현시켰다. 그 후 가격이 비싼 enzyme이나 chemical reagent를 사용해서 cleavage를 하는 과정을 거치면 분리한 peptide가 modification되거나, cleavage과정으로 인한 peptide 생산의 비용이 증가하게 된다. 때문에 20가지의 자연에 존재하는 아미노산 이외에 다양하고 유용한 작용기를 가지는 unnatural amino acid의 한 종류인 α-hydroxy acid를 사용해서 사용빈도가 가장 적은 stop codon인 amber nonsense codon (TAG)에 Orthogonal aminoacyl-tRNA synthetase/suppressor tRNA (aaRS / tRNACUA) pair를 통한 genetic incorporation 방법으로 fusion된 단백질 사이에 도입해 cleavage한다면 간단하고 경제적으로 peptide를 얻을 수 있다고 예상하였다. 이러한 예상에 따라 본 연구에서는 19개의 아미노산으로 이루어진 Antimicrobial peptide인 NKC peptide를 MBP와 fusion시켜 숙주 세포의 성장에 영향을 끼치지 않으면서 발현 시켰다. 또한 본 연구실에서 사용하는 PylRS W mutant를 사용해 기존의 연구에서 사용한 synthatase보다 3 배 가량 더 높은 효율로 BocLysOH (BKOH)를 도입해 antimicrobial peptide를 안정적으로 대량 발현했다. 그 후 발현한 단백질을 hydrazine을 이용해 cleavage함으로서 원하는 target peptide만을 얻는 실험을 진행하였고, MALDI-TOF MS로 NKC peptide만을 얻은 것을 확인하였다. unnatural amino acid또한 기존의 BKOH 합성법 대신 다른 합성법을 사용해 BKOH를 좋은 수율로 합성해서 사용함으로써 unnatural amino acid를 구매해서 사용하는 것 보다 더 경제적이고 좋은 수율로 NKC peptide를 얻는 연구를 진행하였다. 본 연구에서 사용한 BKOH의 도입 및 application은 경제적이고 간단한 peptide의 대량 생산법으로 활용할 수 있으며, 이러한 방법으로 숙주세포 내에서 독성을 가지는 다양하고 유용한 peptide와 기능성 단백질의 효율적인 생산이 가능해지므로 antimicrobial peptide의 경제적인 생산으로 산업화 촉진을 위한 발판을 마련했을 뿐 아니라 peptide의 연구의 활성화에 기여할 수 있을 것으로 본다.