Human garnulocyte-colony stimulating factor(hG-CSF), a hematopoietic growth factor$^{1)}$, was produced and secreted from tobacco cell suspension. hG-CSF produced from tobacco cell suspension culture is biologically active form. The produced amount of hG-CSF is about 100${\mu}g/L$ in 9 days after inoculation.
The pharmacokinetics of CJ-50001 (recombinant human granulocyte-colony stimulating factor, developed by R&D center of Cheil Jedang Corp.) were investigated in rats and dogs. The serum concentrations of CJ-50001 were measured by a sandwich enzyme immunoassay. After single intravenous (iv) administration of Cf-50001 to rats at a dose of 5 $\mu$g/kg, the mean terminal half-life and area under the concentration-time curve (AUC) were 0.96 h and 124.497g . h/ml, respectively. After single subcutaneous (sc) administration at the same dose, maximum serum concentration was observed at about 2 hours after administration, and the mean terminal half-life, AUC and the bioavailability were 1.11 h,63.58$\mu$g . h/ml and 51.07%, respectively. In repeated dosing studies, CJ-50001 was administered iv and sc to rats at a daily dose of 5$\mu$g/kg for 7 days. The pharmacokinetic parameters, such as mean AUC and terminal half-life, were no significantly different from those of single administration. Following single iv and sc administration of CJ-50001 to dogs at a dose of 5 $\mu$g/kg, mean AUCs were much higher than those of rats, due to the decreased clearence (CL). After sc administration to dogs, maximum serum concentration was observed at 2~4 hours after administration and the bioavailability was 54.60%.
조혈촉진 cytokine인 Granulocyte colony stimulating factor (G-CSF)는 골수세포를 자극하여 granulocyte로 증식, 분화시키는 기능을 가지며, 현재 아주 고가의 치료제로 사용되고 있다. 인간 G-CSF (hG-CSF)를 아직 시도되지 않은 누에 유래 세포주인 BM5 세포에서 발현시키고 생산 효율을 높이기 위해 hG-CSF cDNA를 변형하였다. hG-CSF의 cDNA의 endoplasmic reticulum (ER) signal sequence 부분을 누에의 소포체에서 분비되는 단백질인 prophenoloxidase (PPAE), protein disulfide isomerase (PDI)와 bombyxin (BX)에서 유래한 누에특이 ER signal sequence로 대체한 hG-CSF의 cDNA 함유 벡터를 구축하였다. 이들 벡터를 사용하여 형질전환한 BM5 세포의 배양액에 분비된 G-CSF 단백질을 western blot으로 분석하여 발현을 확인하였다. 누에특이 ER signal sequence들로 대체된 hG-CSF cDNA를 포함하는 벡터에 의한 hG-CSF 단백질 생산이 인간 G-CSF cDNA가 든 벡터에 의한 hG-CSF의 생산보다 월등히 효율적이었다. 또한, PPAE-signal sequence를 포함하는 hG-CSF 단백질은 배양배지에서 형질전환 4일 후에 최고에 달하였고, 7 일째까지 비슷한 양이 배지 내에서 검출되었다. 이상의 결과는 인간유래 유전자가 곤충세포 내에서 발현 될 때 인간유래 유전자 보다는 곤충 유전자발현 시스템에 맞게 변형했을 경우 더 효율적인 단백질 발현을 얻을 수 있음을 보여 준다.
To examine the feasibility of the long-term production of the human granulocyte colony stimulating factor (hG-CSF) using the $_{L}-arabinose$ promoter system of Escherichia coli, flask relay culture and cyclic fed-batch culture were performed. In the flask relay culture, it was found that the pismid was maintained stably up to about 170 generations in an uninduced condition, whereby the cells could also maintain the capability of expressing hG-CSF expression were maintained stably up to at least 100 generations. In contrast, in the cyclid fed-batch culture, segregational plasmid instability was observed within about 4 generations after induction, even though the cell growth and hG-CSF production reached their maximum balues, 78.0 g/l of dry cell weight and 7.0 g/l of hG-CSF, respectively. It would appear that, when compared to the flask relay culture, the high-cell density and high-level expression of hG-CSF in the cyclic fed-batch cultrure led to the segregational plasmid instability; in other words, a severe metabolic burden existe on the cells due to the high-level expression of hG-CSF. Accordingly, based on these long-term cultures, the segregational and structural plasmid instability was observed and a strategy to overcome such problems could be designed.
PARK SO-LIM;SHIN EUN-JUNG;HONG SEUNG-PYO;JEON SUNG-JONG;NAM SOO-WAN
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제15권6호
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pp.1267-1272
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2005
The effects of coexpression of GroEL/ES and DnaK/DnaJ/GrpE chaperones on the productivity of the soluble form of human granulocyte colony stimulating factor (hG-CSF) in E. coli were examined. Recombinant hG-CSF protein was coexpressed with DnaK/DnaJ/GrpE or GroEL/ES chaperones under the control of the araB or Pzt-1 promoter, respectively. The optimal concentration of L-arabinose for the expression of DnaK/DnaJ/GrpE was found to be 1 mg/ml. When L-arabinose was added at $OD_{600}$=0.2 (early-exponential phase), soluble hG-CSF production was greatly increased. In addition, it was observed that the DnaK/DnaJ/GrpE and GroEL/ES chaperones had no synergistic effects on preventing aggregation of hG-CSF protein. Consequently, by coexpression of the DnaK/DnaJ/GrpE chaperone, the signal intensity of the hG-CSF protein band in the soluble fraction of cell lysate was increased from $3.5\%\;to\;13.9\%$, and Western blot analysis also revealed about a 4-5-fold increase of production of soluble hG-CSF over the non-induction case of DnaK/DnaJ/GrpE.
인간 과립구 성장인자(hG-CSF)는 골수에서 생산되는 단백질로 호중구의 분화 및 생성을 촉진시키는 역할을 한다. 현재 재조합 hG-CSF는 암화학요법에 의한 호중구감소증, 골수이식시 호중구 감소증, 재생불량성 빈혈에 수반되는 호중구 감소증 등으로 적응증이 확대되고 있다. 본 연구에서는 OmpA signal sequence를 삽입하여 인간 과립구 성장인자(hG-CSF)가 분비발현되도록 고안된 T7 promoter 에 의하여 발현되는 pYRCl 발현백터를 제조하였다. E. coli BL2l (pYRCl) 발현시 $37^{\circ}C$에서 배양하는 경우 많은 양의 봉입체(aggregates)를 형성한다. 이에 비하여 $10\mu$M ucose를 포함하는 변형된 MBL배지에서 10 g/$\ell$IPTG를 유도물질로 7시간동안 $25^{\circ}C$에서 배양하였을 때 전체 periplasm단백질의 15%가 soluble rhG-CSF이었다. 또한, 유가식 배양방법을 사용하여 E. coli BL2l(pYRCl)에서 soluble rhG-CSF의 생산조건을 조사하였다. 유가식 배양에서 rhG-CSF의 발현량이 비증식속도를 $0.43 h^{-1}$ 에서 0.14 $h^{-1}$ 으로, 유도 배양시간을 최적화함으로써 rhG-CSF의 발현량이 4.4mg/$\ell$에서 24mg/$\ell$ 로 증가하였다.
Sucrose 의 경우 저농도에서는 후반부로 갈수록 세포생장 속도는 현저히 감소하는데 비해 hGM-CSF 생산은 후반부에 급격히 증가함을 확인하였다. 고농도 sucrose를 사용하는 경우에는 lag phase가 길어지는 동안에 hGM-CSF의 생산이 증가하였다. 따라서 배양 초기에는 고농도 sucrose가, 배양 후반에는 저농도 sucrose로 존재하는 경우에 hGM-CSF를 많이 얻을 수 있었다. Nitrogen source의 농도는 60.52 mM과 121.04 mM일 때가 세포의 생장이나 hGM-CSF의 생산을 증가시켰으며, phosphate의 경우에는 4.96 mM 일 때가 대조구인 2.48 mM 일 때보다 hGM-CSF의 생산을 3 배 증가시켰다.
유전자재조합 hG-CSF의 생리활성을 분석하기 위하여 편상의 암세포로부터 분리되어진 cDNA를 이용하여 hG-CSF 유전자를 분리하여 동물세포(CHO cell lines)를 이용하여 재조합 단백질을 생산하였다. 재조합 단백질의 체내 생리활성을 분석하기 위하여0일과 2일에 피하주사 후 5일에 혈액을 채취하여 백혈구 수를 분석하였다. 투여 전과 비교하여 5일째에 백혈구 수는 현저하게 증가하였다. 또한, pEGFP-mUII-hG-CSF벡터를 소 태아로부터 분리되어진 체세포에 형질전환을 시켜서, EGFP signal을 나타내는 세포를 confocal를 이용하여 분리하여 수립하였다. 따라서, 이러한 결과는 유전자재조합 hG-CSF는 체내에서 강력한 생리활성을 나타내며, 또한 당쇄가 첨가되어지고 이중으로 연결되어진 새로운 돌연변이체를 포함하여 고 활성 재조합체의 생산이 가능할 것으로 보이며, pEGFP-mUII-hG-CSF벡터는 복제 형질전환 가축 생산을 위하여 유용하게 사용되어질 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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