곤충 초파리 S2 세포 시스템에서의 인간 의약단백질 생산 및 당 구조 분석

Abstract

인류는 현대 문명의 발달과 함께 많은 편리함 그리고 생활 수준의 향상을 누리며 살고 있다. 21세기를 살아가는 현대 인류는 과거에 비교하여 볼 때 분명히 더 나아진 삶을 살고 있는 것이다. 그러나, 과도한 편리함은 반대로 현대 문명의 질병들을 유발하고 있다. 대표적으로 암이 그러하고 스트레스로 인한 과로와 그 외에 많은 질병들이 우리 삶에 새로이 생겨났거나 전에 모르던 질병을 의학의 발전과 함께 알게 된 경우도 있다. 이러한 질병을 치료하기 위해서는 의약 치료제가 필요한데 이러한 치료제는 대부분이 당단백질로 이루어져 있다. 당단백질이란 단백질의 기본 구조에 당 구조가 결합이 된 복합체를 말한다. 기존의 연구들에서는 주로 이러한 의약단백질을 포유 세포에서 생산하여 적용하는 경우가 많았으며 현재 대량생산을 위한 연구들이 이루어지고 있는 실정이다. 하지만, 본 연구에서는 포유 세포에 비해서는 생산성이 높은 곤충 세포 시스템을 활용하여 이러한 인간 의약단백질을 생산하고 이의 당 구조를 분석함으로써 향후 곤충 세포를 이용한 인간 유래의 의약단백질 생산과 그 당 구조 개선에 기반이 되는 연구를 수행하고자 하였다. 곤충 세포 시스템으로는 초파리 S2 세포를 선정하였는데 초파리 S2 세포는 외래 유전자를 안정적으로 발현하여 원하는 단백질을 생산하는 균주를 만드는데 용이하다. 인간 유래 의약단백질로는 human erythropoietin (hEPO)와 human 90K (h90K)를 선정하였는데 hEPO는 빈혈치료제로 그동안 많이 연구되어 왔고 h90K는 최근 Mac-2 결합 단백질로 명명되기도 한 치료제로 주로 암 전이 억제에 관여하여 항암치료제로 쓰인다. 인간 유래의 hEPO와 h90K 단백질 유전자를 초파리 S2 세포에 도입하고 생산 및 분리, 정제한 후 N-glycan을 떼어내어 구조를 HPLC 및 MALDI-MS로 분석하였다. 단백질의 생산량은 hEPO가 약 18 mg/L이었고 h90K는 약 28 mg/L였으며 Western blot 분석을 통해 본 단백질 크기는 hEPO가 약 25 kDa 그리고 h90K는 약 78 kDa이었다. 이는 기존의 포유 세포 시스템에서 생산되는 단백질의 크기 (hEPO의 경우 약 36 kDa, h90K의 경우 약 97 kDa)에 비해 작은 값으로 그만큼 당화과정이 덜 일어나 크기가 작아지는 것으로 볼 수 있다. 한편, 당 구조 분석에서는 paucimannosidic 구조를 가짐으로써 곤충 초파리 S2 세포 시스템에서 일어나는 당화과정을 특정할 수 있었다. 본 연구에서 얻은 결과를 통해서 초파리 S2 세포 시스템에서 일반적인 다른 곤충 세포 시스템에서와 마찬가지로 paucimannosidic 구조를 갖는 당단백질을 생산할 수 있었고 이를 통해 향후 개선된 구조를 갖는 당단백질을 생산하기 위한 당화과정 수식 효소들을 도입시켜 줌으로써 곤충 세포 시스템에서의 당화과정 개선에 기여할 수 있는 결론을 도출하였다.