Expression and Purification of Recombinant Human Interferon-gamma Produced by Escherichia coli

대장균이 생산한 재조합 인체 감마인터페론의 발현과 정제

For the production of the recombinant human interferon-gamma(rhIFN-${\gamma}$) in Escherichia coli, human glucagon and ferritin heavy chain were used as fusion partners. Even though rhIFN-${\gamma}$ is expressed as an inclusion body form in E. coli because of strong hydrophobicity of itself, over 50% of fused rhIFN-${\gamma}$ was expressed as soluble form in E. coli $Origami^{TM}$(DE3) harboring pT7FH(HE)-IFN-${\gamma}$ which encodes ferritin heavy chain-fused rhIFN-${\gamma}$. In the case of using glucagon-ferritin heavy chain hybrid mutant as a fusion partner, 6X His-tag was additionally introduced to N-terminus of GFHM(HE)-IFN-${\gamma}$ for enhancing purification yields of rhIFN-${\gamma}$. Fusion protein HGFHM(HE)-IFN-${\gamma}$ with two 6X His-tag was more effectively bound to Ni-NTA agarose bead than GFHM(HE)-IFN-${\gamma}$ with a 6X His-tag. rhIFN-${\gamma}$ was completely purified from enterokinase-treated HGFHM(HE)-IFN-${\gamma}$ by Ni-NTA affinity column. For high-level production of rhIFN-${\gamma}$, glucose was used as the sole carbon source with simple exponential feeding rate($2.4{\sim}7.2g/h$) in fed-batch process. The effective lactose concentration for the expression of the rhIFN-${\gamma}$ was $10{\sim}20mM$. Under the fed-batch culture conditions, rhIFN-${\gamma}$ production yield reached 11 g DCW/L for 6 hours after lactose induction.

IFN-${\gamma}$의 대량생산을 위한 기초연구로서 IFN-${\gamma}$의 아미노 말단에 glucagon과 ferritin을 융합파트너로 각각 결합시켜 재조합 IFN-${\gamma}$의 발현을 유도하였다. 대장균 내에서 발현되는 IFN-${\gamma}$는 그 자체로 매우 강한 소수성 결합의 양상을 나타내어 inclusion body 형태로 발현된다고 알려져 있으나 OrigamiTM(DE3) 균주로부터 50% 이상의 수용성 형태로 발현시켰다. IFN-${\gamma}$로부터 융합파트너를 제거할 수 있는 system을 개발하기 위해 융합파트너와 IFN-${\gamma}$ 사이에 enterokinase cleavage site를 도입하였으며, enterokinase에 의해 IFN-${\gamma}$에는 영향을 미치지 않고 효과적으로 융합파트너를 제거할 수 있었다. 재조합 IFN-${\gamma}$의 분리 및 정제를 위해 발현벡터상의 융합파트너와 IFN-${\gamma}$사이에 6X His-tag을 도입하였고 융합파트너의 N-말단에도 6X His-tag을 추가적으로 도입함으로써 융합파트너와 더불어 enterokinase에 의해 분해되지 않은 융합단백질을 Ni-NTA agarose column으로 제거함으로서 IFN-${\gamma}$를 완전 정제할 수 있었다. IFN-${\gamma}$의 발현을 유도하는 발현유도체로서 15 mM lactose를 이용하여 5 L 발효조에서 IFN-${\gamma}$의 발현을 검토한 결과, 재조합 균체의 단위 건조질량(dry cell weight, g)으로 약 11 g DCW/L 수준의 재조합 융합단백질을 얻을 수 있었다.