KR100427645B1 - Human melanocortin-4 receptor specific antibody and the preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인간 멜라노코틴-4 수용체(melanocortin-4 receptor; MC-4R)에 대하여 특이적으로 결합하는 항체와 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 항체는 식욕조절과 비만유발에 중추적인 역할을 하는 멜라노코틴-4 수용체를 탐색하고 분석하는데 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to an antibody that specifically binds to human melanocortin-4 receptor (MC-4R) and a method for producing the antibody, the antibody of the present invention plays a pivotal role in appetite control and obesity induction It can be usefully used to search for and analyze the melanocortin-4 receptor.
Description
본 발명은 인간 멜라노코틴-4 수용체(melanocortin-4 receptor; MC-4R)에 대하여 특이적으로 결합하는 항체와 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 항체는 식욕조절과 비만유발에 중추적인 역할을 하는 멜라노코틴-4 수용체를 탐색하고 분석하는데 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to an antibody that specifically binds to human melanocortin-4 receptor (MC-4R) and a method for producing the antibody, the antibody of the present invention plays a pivotal role in appetite control and obesity induction It can be usefully used to search for and analyze the melanocortin-4 receptor.
멜라노코틴 수용체는 세포막을 7번 관통하는 구조를 가진 이른바 7-막횡단 단백질(transmembrane protein)로서, G-단백질과 연결된 신호 전달체계를 가진 세포표면의 수용체이다. 현재까지 인간에게서 밝혀진 멜라노코틴 수용체는 총 5가지 종류가 있으며(표 1참조) 이들은 각기 특이적인 조직세포 발현 양상과 기능을 가진 것으로 알려져 있다(Yeo, G. S. H., et al.,Q. J. Med.,2000, 93, 7-14). 특히 생리활성적인 측면에서 매우 다양한 역할을 수행하고 있는데, MC-1R의 경우에는피부와 체모의 색을 결정하고(Robbins, L. S., et al.,Cell,1993, 72, 827-834), MC-2R은 부신피질에 발현되어 스테로이드 호르몬의 분비를 조절하는 ACTH(adrenocorticotropin hormone)의 수용체로서의 역할을 수행하며(Clark, A. J., et al.,Lancet,1993, 341, 461-462), MC-5R은 피지선(sebaceous gland)의 분비와 관련이 있으며 또한 임파구상에서 ACTH 수용체로 작용한다는 보고들이 있다(Akbulut, S., et al.,Biochem. Biophys. Res. Commun.,2001, 281, 1086-1092). 한편, MC-3R은 현재까지 그 역할이 명확하게 밝혀지지 않았지만 최근의 연구에서 MC-3R이 결여된 생쥐는 지방조직의 증가와 식욕의 증진을 높여주고 있음이 밝혀져 이 수용체가 에너지 및 대사조절과 관련이 있다는 간접적인 증거가 제시되고 있다(Chen, A. S., et al.,Nat. Genet.,2000, 26, 97-102).Melanocortin receptor is a so-called 7-transmembrane protein that has a structure that penetrates the cell membrane seven times. It is a receptor on the cell surface having a signaling system connected with G-protein. To date, there are five types of melanocortin receptors identified in humans (see Table 1 ), and they are known to have specific tissue cell expression patterns and functions (Yeo, GSH, et al., QJ Med ., 2000 , 93, 7-14). In particular, it plays a very diverse role in terms of physiological activity. In the case of MC-1R, the color of skin and hair is determined (Robbins, LS, et al., Cell , 1993 , 72, 827-834), and MC-. 2R is expressed in the adrenal cortex and acts as a receptor for adrenocorticotropin hormone (ACTH) that regulates the secretion of steroid hormones (Clark, AJ, et al., Lancet , 1993 , 341, 461-462). It has been reported to be associated with secretion of sebaceous gland and also act as an ACTH receptor on lymphocytes (Akbulut, S., et al., Biochem. Biophys. Res. Commun ., 2001 , 281, 1086-1092). The role of MC-3R has not been clarified to date, but recent studies have shown that mice lacking MC-3R enhance adipose tissue and appetite. Indirect evidence of relevance is presented (Chen, AS, et al., Nat. Genet ., 2000 , 26, 97-102).
또한, MC-4R이 식욕의 조절과 관련이 있음이 아가우티(agouti) 유전자의 결손이 있는 생쥐들의 분석을 통해 알려졌다(Bultman, S. J., et al.,Cell,1992, 72, 1195-1204). 아가우티는 131개의 아미노산으로 이루어진 작은 폴리펩타이드로서 정상적인 상태에서는 모근세포(hair follicle)에서만 발현되어 멜라닌 세포상에 존재하는 MC-1R에 작용하는 것으로 알려져 있다. MC-1R의 자연형 리간드(natural ligand)는 α-MSH(melanocyte-stimulating hormone)로 알려져 있는데 이 펩타이드는 프로-오피오멜라노코틴(pro-opiomelanocortin)이라는 전구물질에서 ACTH라는 중간단계 물질을 거쳐 두 단계의 해독 후 절단(post-translational cleavage)을 통해 생성된다. 정상적인 생쥐에서는 이 α-MSH의 작용이 아가우티 펩타이드에 의해 중화되어 생쥐의 털 색깔이 변하는 아가우티 표현형으로 나타나게 되는데, 아가우티의 발현 조절에 이상이 생긴 돌연변이 생쥐의 경우 이 단백질이 뇌에서 발현되면 생쥐의 에너지 대사에 이상이 생겨 식욕증진(hyperphagia), 체중 증가, 비만 등의 현상이 나타난다. 일련의 연구 결과, 자연상태로 존재하는 아가우티와 이와 유사한 AGRP(auguti-related protein)라는 내생 리간드(endogenous ligand)와 α-MSH 상호간의 길항자(antagonist)-작용자(agonist) 작용이 MC-4R을 통해 시상하부 상에서 식욕조절과 관련된 신호를 매개하는 것으로 추정되고 있다(Wilson, B. D., et al.,Mol. Med. Today,1999, 5(6), 250-256). 한편, MC-4R 유전자를 인위적으로 결손시킨 생쥐에서 식욕촉진 현상이 나타났다는 보고(Huszar, D., et al.,Cell,1997, 88, 131-141)나 자연적으로 돌연변이된 MC-4R을 지닌 인간에서 비만의 발생이 관찰되었다는 보고(Yeo, G. S., et al.,Nat. Genet.,1998, 20, 111-112) 등을통해 MC-4R이 식욕조절 및 비만 발생에 중추적인 역할을 한다는 것이 확인 되었다.In addition, MC-4R has been shown to be involved in the regulation of appetite through the analysis of mice lacking the agouti gene (Bultman, SJ, et al., Cell , 1992 , 72, 1195-1204). Agauti is a small polypeptide consisting of 131 amino acids and is known to act on MC-1R present on melanocytes by being expressed only in hair follicles under normal conditions. The natural ligand of MC-1R is known as melanocyte-stimulating hormone (α-MSH), which passes through an intermediate layer called ACTH in a precursor called pro-opiomelanocortin. It is produced through post-translational cleavage of the step. In normal mice, the action of α-MSH is neutralized by agauti peptides, resulting in an agauti phenotype that changes the hair color of the mouse. Abnormalities in energy metabolism in mice can lead to hyperphagia, weight gain, and obesity. A series of studies have shown that the antagonist-agonist interaction between endogenous ligands, called auguti-related proteins (AGRPs) and similar α-MSHs, in a natural state is similar to that of MC- It is estimated that 4R mediates signals related to appetite control in the hypothalamus (Wilson, BD, et al., Mol. Med. Today , 1999 , 5 (6), 250-256). On the other hand, reports of appetite stimulation occurred in artificially deficient MC-4R genes (Huszar, D., et al., Cell , 1997 , 88, 131-141) or with naturally mutated MC-4R. Reports that obesity has been observed in humans (Yeo, GS, et al., Nat. Genet ., 1998 , 20, 111-112) suggest that MC-4R plays a pivotal role in appetite control and obesity development. It was confirmed.
식욕의 억제와 증진에 미치는 MC-4R의 역할이 알려짐에 따라 이 수용체에 대한 작용자(agonist)를 개발하여 식욕을 감소시키거나, 반대로 길항자(antagonist)를 제조하여 식욕 증진을 가능하게 하는 물질로서 사용하려는 많은 노력이 있어 왔다. 실예로 이러한 기능을 가진 신물질로서 α-MSH에 작용자로 작용하는 사이클릭 헵타-펩타이드(cyclic hepta-peptide)인 MT-Ⅱ나 길항자로 작용하는 SHU9119 또는 HS014 등이 개발되어 현재 그 효과와 특이성 등에 대한 연구가 계속되고 있다(Hurby, V. J., et al.,J. Med. Chem.,1995, 38, 3454-3461; Kask, A., et al.,Biochem. Biophys. Res. Commun.,1998, 248, 245-249).As MC-4R's role in suppressing and enhancing appetite is known, it is possible to develop an agonist for this receptor to reduce appetite or, conversely, to prepare an antagonist to enhance appetite. There have been many efforts to use it. For example, as a novel substance having such a function, a cyclic hepta-peptide cyclic hepta-peptide MT-II or an antagonist SHU9119 or HS014 has been developed. Research continues (Hurby, VJ, et al., J. Med. Chem ., 1995 , 38, 3454-3461; Kask, A., et al., Biochem. Biophys. Res. Commun ., 1998 , 248 , 245-249).
상기와 같이 MC-4R에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있는 반면, 실제로 이를 탐지하거나 분석하기 위한 시약이나 기법은 매우 부족한 실정이다. 수용체 리간드 간의 상호작용을 이용하여 방사성 동위원소나 그 밖의 방법으로 표지된 α-MSH의 리간드를 이용하여 MC-4R의 발현을 조사하는 방법은 리간드의 수용체에 대한 비특이성(α-MSH는 대부분의 MC-R에 대해 친화력을 보인다)으로 인하여 실제 사용에 어려움이 있으며, 인공적으로 제조된 MT-Ⅱ나 SHU9119 및 HS014 등도 모두 MC-R의 각 수용체에 대해 그다지 높은 특이성을 갖지 않기 때문에 그 이용이 불가능한 실정이다. 현재까지 상업적으로 확보가 가능한 항체들(goat anti-human MC4-R,cat#RDI-MC4RCabG; goat anti-(human/rat/mouse) MC4-R, cat#RDI- MC4RC1abG; rabbit anti-human MC4R, cat#RDI-MC4Rabr; Research Diagnostics Inc.)의 경우에도 그 인식되는 에피토프(epitope) 부위가 세포막 내의 지역(intracellular region)으로 제한되어 있기 때문에 웨스턴 블롯(western blot)이나 면역조직화학법(immunohistochemistry) 상으로만 이용이 가능하다.While research on MC-4R is being actively conducted as described above, there are very few reagents or techniques for detecting or analyzing the same. Investigating the expression of MC-4R using ligands of radioisotopes or other labeled α-MSH using interactions between receptor ligands is not specific for the receptors of the ligand (α-MSH is the most common Due to its affinity for MC-R), it is difficult to use in practice, and artificially manufactured MT-II, SHU9119 and HS014 do not have high specificity for each receptor of MC-R. It is true. Commercially available antibodies to date (goat anti-human MC4-R, cat # RDI-MC4RCabG; goat anti- (human / rat / mouse) MC4-R, cat # RDI-MC4RC1abG; rabbit anti-human MC4R, cat # RDI-MC4Rabr (Research Diagnostics Inc.) is also known for its western blot or immunohistochemistry because its recognized epitope sites are restricted to intracellular regions. Only available.
이에, 본 발명자들은 MC-4R을 세포표면에 발현되어 있는 상태 그대로 탐지할 수 있는 특이적인 항체를 개발하기 위하여 먼저 컴퓨터 모델링(computer modelling)을 통하여 세포 표면에 노출되어 있으리라 예상되는 부위를 예측, 이를 에피토프로 지정하고 이에 해당하는 부위를 MC-4R을 발현하는 세포주로부터 역전사 PCR을 통해 cDNA의 형태로 확보한 후에 대장균에서 재조합 단백질의 형태로 발현시켰다. 이어서 상기 재조합 단백질을 면역 증강제(adjuvant)와 혼합하여 BALB/c 생쥐에 주사하고 ELISA 분석으로 특이항체의 생성을 확인하였다. 마지막으로, 제조된 항체들이 MC-4R 수용체를 특이적으로 인식한다는 것을 MC-4R을 발현 또는 발현하지 않는 세포주들을 이용한 형광염색 분석을 통하여 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.Thus, the present inventors first predicted the site that is expected to be exposed to the cell surface through computer modeling in order to develop a specific antibody that can detect MC-4R as it is expressed on the cell surface. The epitope was designated and the corresponding site was secured in the form of cDNA by reverse transcription PCR from a cell line expressing MC-4R, and then expressed in recombinant protein form in E. coli. The recombinant protein was then mixed with an immune enhancer (adjuvant) and injected into BALB / c mice and confirmed the production of specific antibodies by ELISA analysis. Finally, the present invention was completed by confirming that the prepared antibodies specifically recognize the MC-4R receptor through fluorescence staining using cell lines expressing or not expressing MC-4R.
본 발명의 목적은 인간 멜라노코틴-4 수용체 특이적인 항원부위와 이를 특이적으로 인식하는 항체 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a human melanocottin-4 receptor-specific antigen site, an antibody that specifically recognizes the same, and a method of preparing the same.
도 1은 컴퓨터를 이용하여 분석된 멜라노코틴-4 수용체의 구조를 나타내는 그림이고, 1 is a diagram showing the structure of the melanocortin-4 receptor analyzed using a computer,
도 2는 멜라노코틴-4 수용체의 첫 번째 루프(loop)에서 유래된서열번호 1로 기재되는 106-118 아미노산으로 구성된 엑소루프(exoloop) 부위의 플라젤린(flagellin), 티오레독신(thioredoxin) 융합단백질의 발현을 위한 벡터를 제조하는 과정을 나타내는 모식도이고, FIG. 2 shows a flagellin, thiorredoxin fusion of an exoloop site consisting of 106-118 amino acids as set forth in SEQ ID NO: 1 derived from the first loop of the melanocortin-4 receptor. It is a schematic diagram showing the process of preparing a vector for expression of a protein,
도 3은 FliTrx-엑소루프 융합 단백질의 발현을 SDS-PAGE로 분석한 전기영동 사진이고, 3 is an electrophoresis picture of the expression of FliTrx-exoloop fusion protein analyzed by SDS-PAGE,
M : 사이즈 마커(molecular weight marker),M: molecular weight marker,
1 : 유도되지 않은 세포 파쇄액(non-induced cell lysate),1: non-induced cell lysate,
2 : IPTG-유도된 세포 파쇄액,2: IPTG-induced cell disruption,
3 : 수용성 분획(soluble fraction),3: soluble fraction,
4 : 불용성 분획(insoluble fraction),4: insoluble fraction,
5 : Q-세파로오즈(sepharose)로 정제된 융합단백질5: fusion protein purified by Q-sepharose
도 4는 멜라노코틴-4 수용체의 첫 번째 루프에서 유래된서열번호 1로 기재되는 106-118 아미노산으로 구성된 엑소루프 부위의 글루타치온 S-트랜스페라제(glutathione S-transferase; GST) 융합단백질의 발현을 위한 벡터를 제조하는 과정을 나타내는 모식도이고, Figure 4 shows the expression of glutathione S-transferase (GST) fusion protein of the exoloop site consisting of 106-118 amino acids as set forth in SEQ ID NO: 1 derived from the first loop of the melanocortin-4 receptor. It is a schematic diagram showing a process of manufacturing a vector for
도 5는 GST-엑소루프 융합 단백질의 발현을 SDS-PAGE로 분석한 전기영동 사진이고, 5 is an electrophoresis picture of the expression of GST-exoloop fusion protein analyzed by SDS-PAGE,
M : 사이즈 마커, 1 : 유도되지 않은 세포 파쇄액,M: size marker, 1: non-induced cell disruption,
2 : IPTG-유도된 세포 파쇄액, 3 : 수용성 분획,2: IPTG-induced cell disruption, 3: water soluble fraction,
4 : 불용성 분획, 5 : Q-세파로오즈로 정제된 융합단백질4: insoluble fraction, 5: fusion protein purified by Q-Sepharose
도 6은 제조된 인간 멜라노코틴-4 수용체를 발현하는 세포주에서 멜라노코틴-4 수용체가 발현되는지를 역전사 PCR로 분석한 결과를 나타내는 전기영동 사진이고, Figure 6 is an electrophoresis picture showing the results of reverse transcription PCR analysis of the expression of melanocytes-4 receptor in the prepared human melanocytes-4 receptor,
M : 사이즈 마커, 1 : HEK, 2 : HEK-hMC-4RM: size marker, 1: HEK, 2: HEK-hMC-4R
도 7은 제조된 항-MC-4R 폴리클로날(polyclonal) 항체의 항원특이성을 ELISA(enzyme-linked immunosorbent assay)로 분석한 결과를 나타내는 그래프이고, 7 is a graph showing the results of analyzing the antigen specificity of the prepared anti-MC-4R polyclonal antibody (enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA),
도 8의A는 MC-4R을 발현하는 세포주와 본 발명의 항-MC-4R 항체(검은색 히스토그램) 및 음성대조군 항체로 항-인간 CD4 항체(흰색 히스토그램)를 반응시킨 후 형광염색하여 유세포 측정(flow cytometry) 분석한 결과를 나타내는 그래프이고,Wherein the cell line with the invention that A is a 8 expressing the MC-4R -MC-4R antibody (black histogram) and a negative control wherein the antibody-human CD4 antibody were reacted (white histograms) by flow cytometry staining (flow cytometry) is a graph showing the results of the analysis,
도 8의B는 본 발명의 항-MC-4R 항체와 MC-4R을 발현하는 세포주(검은색 히스토그램) 및 음성대조군으로 MC-3R 발현 세포주(흰색 히스토그램)를 반응시킨 후 형광염색하여 유세포 측정(flow cytometry) 분석한 결과를 나타내는 그래프이다. FIG 8 B is a section of the present invention -MC-4R antibody and cell lines expressing the MC-4R (black histogram) and a negative control cell line MC-3R expression staining by flow cytometry after the reaction (white histogram) ( flow cytometry)
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 인간 멜라노코틴-4 수용체 특이적인 항원부위를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a human melanocottin-4 receptor-specific antigen site.
또한, 본 발명은 상기의 항원부위를 대장균에서 재조합 단백질의 형태로 발현시키는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for expressing the antigenic site in the form of recombinant protein in E. coli.
또한, 본 발명은 인간 멜라노코틴-4 수용체에 특이적인 항체 및 이의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides an antibody specific for the human melanocottin-4 receptor and a method of preparing the same.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
먼저, 본 발명은 인간 멜라노코틴-4 수용체 특이적인 항원부위를 제공한다.Firstly, the present invention provides human melanocytein-4 receptor specific antigenic sites.
현재까지 인간 MC-4R의 3차구조나 세포막 상에서 이 단백질이 취하고 있는 구조에 대한 정보가 없으므로, 본 발명자들은 컴퓨터 소프트웨어를 이용한 모델링을 통해 실제로 어떤 부위가 세포표면 밖으로 노출되어 있는지를 추정하였다.Since there is no information on the tertiary structure of human MC-4R or the structure of the protein on the cell membrane, the present inventors have estimated by computer modeling what regions are actually exposed outside the cell surface.
그 결과, 본 발명자들은 MC-4R의 7개의 막횡단부위(transmembrane domain)의 2차구조를 추정하였으며 이중 면역원성이 뛰어남과 동시에 MC-4R에 가장 특이적이며 구조적으로 가장 안정되어 있는 에피토프로서 제 1번 루프를 결정하였다(도 1참조). 이의 구체적인 핵산 및 아미노산 서열은서열번호 1및서열번호 2로 나타내었다. 본 발명에서는 상기의 서열 중에서도 면역항원으로서 보다 적절한 13개의 아미노산을 다시 선정하여서열번호 3으로 표기되는 MC-4R 특이 항원 부위로 지정하였다. 이 에피토프는 첫 번째 루프(106-118)에 해당하며, 본 발명에서는 MC-4R 엑소루프(exoloop)라고 명명하였다.As a result, the present inventors estimated the secondary structure of the seven transmembrane domains of MC-4R and showed excellent dual immunogenicity, and at the same time, it was the most specific and structurally stable epitope for MC-4R. Loop 1 was determined (see FIG. 1 ). Specific nucleic acid and amino acid sequences thereof are shown in SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2 . In the present invention, 13 amino acids more appropriate as immunogens among the above sequences were selected again and designated as the MC-4R specific antigen site represented by SEQ ID NO: 3 . This epitope corresponds to the first loop 106-118, and is named MC-4R exoloop in the present invention.
또한, 본 발명은 상기의 항원부위를 대장균에서 재조합 단백질의 형태로 발현시키는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for expressing the antigenic site in the form of recombinant protein in E. coli.
본 발명자들은 MC-4R 특이 항원부위를 재조합단백질의 형태로 대장균에서 발현시켰다. 즉,서열번호 5및서열번호 6으로 표기되는 프라이머를 이용하여 MC-4R 엑소루프의 cDNA를 클로닝한 후, 두 가지의 발현벡터(pFliTrx 벡터 및 pGEX 벡터)시스템을 이용하여 대장균에서 재조합 단백질의 형태(FliTrx-exoloop 및 GEX-exoloop)로 발현시켰다.The present inventors expressed the MC-4R specific antigenic site in E. coli in the form of recombinant protein. That is, after cloning the cDNA of MC-4R exoloop using the primers represented by SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6 , the form of the recombinant protein in E. coli using two expression vectors (pFliTrx vector and pGEX vector) system (FliTrx-exoloop and GEX-exoloop).
또한, 본 발명은 인간 멜라노코틴-4 수용체에 특이적인 항체 및 이의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides an antibody specific for the human melanocottin-4 receptor and a method of preparing the same.
본 발명자들은 상기에서 제조된 재조합 단백질(FliTrx-exoloop 및 GEX-exoloop)을 면역항원으로 하여 생쥐를 이용, 이에 특이적인 항체를 제조하였다. 최종 면역화 후 10일째에 생쥐를 경추 이탈시켜 죽인 후 혈액을 채취하여 혈청을 분리하고 ELISA를 통해 MC-4R 엑소루프에 특이적인 항체의 역가를 확인하였다.The present inventors prepared antibodies specific thereto using mice using the recombinant proteins (FliTrx-exoloop and GEX-exoloop) prepared above as immunogens. Ten days after the final immunization, mice were removed by cervical spine and killed, blood was collected, serum was isolated, and ELISA was used to confirm the titers of antibodies specific for MC-4R exoloops.
그 결과, 본 발명의 항체가 두 종류의 면역항원(FliTrx-exoloop 및 GST-exoloop) 모두에 대해 아주 높은 반응성을 나타내는 반면 엑소루프 없이 발현된 GST 단백질에 대해서는 거의 반응성이 없음을 확인하였다(도 6참조).As a result, it was confirmed that the antibody of the present invention shows very high reactivity against both kinds of immunoantigens (FliTrx-exoloop and GST-exoloop), but is almost unresponsive to the GST protein expressed without the exoloop ( FIG. 6 ) . Reference).
마지막으로, 본 발명자들은 본 발명의 항체가 실제 세포표면에서 발현되고 있는 상태로의 MC-4R의 발현을 탐지할 수 있는지를 면역형광(immunofluorescence) 염색법으로 확인하였다.Finally, the present inventors confirmed by immunofluorescence staining whether the antibody of the present invention can detect the expression of MC-4R in the state of being expressed on the actual cell surface.
본 발명에서 제조된 항-MC-4R 항체를 MC-4R을 발현하는 세포주와 반응시키고 세포세척액으로 여분의 항체를 씻어낸 후 다시 FITC-결합된 염소-항-생쥐 글로불린 2차항체를 처리하여 동안 반응시키고 세포세척액으로 여분의 항체를 제거한 후 PBS 용액에 세포들을 현탁시켜 FACScan 유세포 측정기로 형광신호를 분석하였다.The anti-MC-4R antibody prepared in the present invention was reacted with a cell line expressing MC-4R, and the excess antibody was washed with the cell wash solution and then treated with FITC-bound goat-anti-mouse globulin secondary antibody. After the reaction, the excess antibody was removed with the cell wash solution, and the cells were suspended in PBS solution, and the fluorescence signal was analyzed by the FACScan flow cytometer.
그 결과, 본 발명의 항체가 음성대조군 1차항체를 이용했을 때에 비해 매우 강하게 MC-4R 발현세포와 반응하여 높은 항원특이성을 나타내는 것을 확인하였다(도 8의A참조). 또한 본 발명의 항체가 MC-3R을 발현하는 세포주에 비해 MC-4R을 발현하는 세포주와 높은 반응성을 보인다는 것을 확인하여 기타의 MC 관련 수용체와 교차반응을 보이지 않고 특이적으로 MC-4R과만 반응함을 증명하였다(도 8의B참조).As a result, it was confirmed that the antibody of the present invention exhibits high specificity to the antigen reacts with MC-4R-expressing cells so strongly than when using a negative control primary antibody (refer to A in FIG. 8). In addition, the antibody of the present invention showed high reactivity with the MC-4R-expressing cell line compared with the MC-3R-expressing cell line, thus showing no cross-reaction with other MC-related receptors. (See B of FIG. 8 ).
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by Examples and Experimental Examples.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following Examples and Experimental Examples are merely illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following Examples.
<실시예 1> 인간 MC-4R 특이적인 항원부위의 결정Example 1 Determination of Human MC-4R Specific Antigen Site
현재까지 인간 MC-4R의 3차구조나 세포막 상에서 이 단백질이 취하고 있는 구조에 대한 정보가 없으므로, 본 발명자들은 컴퓨터 소프트웨어를 이용한 모델링을 통해 실제로 어떤 부위가 세포표면 밖으로 노출되어 있는지를 추정하였다. 구체적으로 총 7가지의 컴퓨터 소프트웨어(TopPred2, Stockholm University; TMpred, EMBnet-CH; TMHMM, CBS Denmark; SOSUI, Tokyo University; HMMTOP, Hungarian Academy of Science; DAS, Stockholm University; PredictProtein, Columbia University)를 사용하였다.Since there is no information on the tertiary structure of human MC-4R or the structure of the protein on the cell membrane, the present inventors have estimated by computer modeling what regions are actually exposed outside the cell surface. Specifically, a total of seven computer softwares (TopPred2, Stockholm University; TMpred, EMBnet-CH; TMHMM, CBS Denmark; SOSUI, Tokyo University; HMMTOP, Hungarian Academy of Science; DAS, Stockholm University; PredictProtein, Columbia University) were used. .
그 결과, 본 발명자들은 MC-4R의 7개의 막횡단부위(transmembrane domain)의 2차구조를 추정하였으며 이중 면역원성이 뛰어남과 동시에 MC-4R에 가장 특이적이며 구조적으로 가장 안정되어 있는 에피토프로서 제 1번 루프를 결정하였다(도 1). 이의 구체적인 핵산 및 아미노산 서열은서열번호 1및서열번호 2로 나타내었다. 본 발명에서는 상기의 서열 중에서도 면역항원으로서 보다 적절한 13개의 아미노산을 다시 선정하여서열번호 3로 표기되는 MC-4R 특이 항원 부위로 지정하였다. 이 에피토프는 첫 번째 루프(106-118)에 해당하며, 본 발명에서는 MC-4R 엑소루프(exoloop)라고 명명하였다.As a result, the present inventors estimated the secondary structure of the seven transmembrane domains of MC-4R and showed excellent dual immunogenicity, and at the same time, it was the most specific and structurally stable epitope for MC-4R. Loop 1 was determined ( FIG. 1 ). Specific nucleic acid and amino acid sequences thereof are shown in SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2 . In the present invention, 13 amino acids more appropriate as immunogens among the above sequences were selected again and designated as the MC-4R specific antigen site represented by SEQ ID NO: 3 . This epitope corresponds to the first loop 106-118, and is named MC-4R exoloop in the present invention.
<실시예 2> MC-4R 특이 항원부위의 발현Example 2 Expression of MC-4R Specific Antigen Site
<2-1> pFliTrx 벡터 시스템을 이용한 발현<2-1> Expression using pFliTrx vector system
본 발명자들은 MC-4R 특이 항원부위를 재조합단백질의 형태로 대장균에서 발현시켰다. 구체적으로,서열번호 5및서열번호 6으로 표기되는 프라이머를 이용하여 MC-4R 엑소루프의 cDNA를 클로닝한 후 Invitrogen 사의 pFliTrx 벡터에 서브클로닝하였다. 상기의 벡터는 대장균 상에서 단백질을 발현하는 벡터로서 원하는 단백질을 두 개의 시스테인(cysteine) 사이에 위치하도록 하여 하나의 시스테인 다리(cysteine bridge)를 만들어 자연적으로 루프를 형성할 수 있도록 하며, 단백질 자체가 티오레독신(thioredoxin)에 융합된 대장균의 플라젤라(flagella) 형태로 발현되어 수용성(solubility)이 매우좋고 과도한 발현(overexpression)이 용이하다는 특징을 갖고 있다. MC-4R 엑소루프에 해당하는 cDNA를 BstXⅠ과 XhoⅠ을 이용하여 pFliTrx 벡터의 플라젤린-티오레독신 부위로 서브클로닝 하였다(도 2). 이 발현 벡터(pFliTrx-hMC4R-exoloop1)를 대장균 내로 형질전환(transformation)시킨 후 SDS-PAGE로 단백질의 발현을 분석하였다.The present inventors expressed the MC-4R specific antigenic site in E. coli in the form of recombinant protein. Specifically, cDNA of MC-4R exoloop was cloned using primers represented by SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6 and then subcloned into pFliTrx vector of Invitrogen. The vector is a vector expressing a protein on Escherichia coli so that a desired protein is positioned between two cysteines to form a single cysteine bridge so that a natural loop can be formed. It is expressed in the form of a flagella (flagella) of Escherichia coli fused to thioredoxin and has a very good solubility and easy overexpression. CDNA corresponding to MC-4R exoloop was subcloned into the flagellin-thioredoxin site of pFliTrx vector using BstXI and XhoI ( FIG. 2 ). This expression vector (pFliTrx-hMC4R-exoloop1) was transformed into E. coli and then analyzed for protein expression by SDS-PAGE.
그 결과, 플라젤린-티오레독신에 융합된 13머 펩타이드(FliTrx-exoloop)의 융합단백질이 과량 발현되고 있음을 확인하였으며(도 3) 특히, 상기의 단백질이 수용성 형태로 발현되고 있음을 확인할 수 있었다(도 3의레인 3).As a result, it was confirmed that the fusion protein of the 13mer peptide (FliTrx-exoloop) fused to flagellin-thioredoxin was excessively expressed ( FIG. 3 ). In particular, the protein was expressed in a water-soluble form. were (Fig. 3 lane 3).
상기의 FliTrx-exoloop를 발현하는 대장균 형질전환체 GI826/pFliTrx-hMC-4R exoloop1을 2001년 7월 19일부로 한국 생명공학연구원 유전자은행에 기탁하였다(수탁번호: KCTC 10017BP).The Escherichia coli transformant GI826 / pFliTrx-hMC-4R exoloop1 expressing the FliTrx-exoloop was deposited with the Korea Biotechnology Research Institute Gene Bank on July 19, 2001 (accession number: KCTC 10017BP).
<2-2> pGEX 벡터 시스템을 이용한 발현<2-2> Expression using pGEX vector system
본 발명자들은 인간 MC-4R 특이 항원부위를 또 다른 벡터 시스템을 이용하여 대장균에서 발현시켰다. 구체적으로, <2-1에서 얻어진 MC-4R 엑소루프에 해당하는 cDNA를 증폭시켜 인비트로젠(Invitrogen)사의 pcDNA4/V5-His A벡터에 서브클로닝한 후 BstXⅠ과 XhoⅠ을 이용하여 잘라내고 이것을 다시 GST(glutathione-S-transferase)-융합단백질 발현용 벡터인 파마시아(Pharmacia)사의 pGEX-4T-3에 서브클로닝 하였다(도 4). 이렇게 제조된 벡터를 pGEX-hMC4R-엑소루프1 이라고 명명하였으며 이 벡터를 대장균에 형질전환 시킨 후 SDS-PAGE로 단백질의 발현을 분석하였다.We expressed human MC-4R specific antigenic sites in E. coli using another vector system. Specifically, amplify the cDNA corresponding to the MC-4R exoloop obtained in < 2-1 , subcloning into the pcDNA4 / V5-His A vector of Invitrogen, cut it out using BstXⅠ and XhoⅠ and cut it again. GST (glutathione-S-transferase) -fusion protein expression vector was subcloned to pGEX-4T-3, from Pharmacia ( Fig. 4 ). The thus prepared vector was named pGEX-hMC4R-exoloop1 and the vector was transformed into E. coli and analyzed for protein expression by SDS-PAGE.
그 결과, GST단백질과 융합된 13머 펩타이드(GST-exoloop)의 융합단백질이 과량 발현되고 있음을 확인하였다(도 5).As a result, it was confirmed that the fusion protein of the 13mer peptide (GST-exoloop) fused with the GST protein was excessively expressed ( FIG. 5 ).
상기의 GST-exoloop를 발현하는 대장균 형질전환체 TG1/pGEX-4T-3hMC-4R exoloop1을 2001년 7월 19일부로 한국 생명공학연구원 유전자은행에 기탁하였다(수탁번호: KCTC 10018BP).E. coli transformant TG1 / pGEX-4T-3hMC-4R exoloop1 expressing the GST-exoloop was deposited with the Korea Biotechnology Research Institute Gene Bank on July 19, 2001 (Accession Number: KCTC 10018BP).
<2-3> 발현된 MC-4R 특이 항원의 정제<2-3> Purification of Expressed MC-4R Specific Antigen
상기 <2-1> 및 <2-2>에서 제조된 융합단백질 형태의 MC-4R 특이 항원부위를 정제하여 면역 항원으로 사용하였다. 구체적으로, pFliTrx 벡터 시스템을 이용한 발현은 먼저 pFliTrx-hMC4R-exoloop1을 발현용으로 사용한 대장균 GI826에 형질전환 시킨 후 단일콜로니를 100 ㎍/㎖ 앰피실린(ampicillin)을 함유한 RM(1xM9 salts, 2% casamino acids, 1% glycerol, 1 mM MgCl2)배지에 넣고 30℃에서 진탕배양(180 rpm)시킨 후 다음날 100 ㎍/㎖ 앰피실린과 100 ㎍/㎖ 트립토판(tryptophan)을 함유한 발현용 IMC(1xM9 salts, 0.2% casamino acids, 0.5% glucose, 1 mM MgCl2)배지에 1/50로 희석하였다. 37℃에서 배지가 600 nm에서 흡광도가 0.3에서 0.6이 될 때까지 발현을 유도하였다. 그 뒤에 세포를 모아서 1/15 배양액의 라이시스 완충액(cell lysis buffer, 50 mM Tris-HCl pH 7.0, 1 mM EDTA, 1 mM β-mercaptoethanol)에 1번 현탁시키고 이 현탁액에 1 mM/㎖의 PMSF를 넣고 이 현탁액을 초음파를 사용하여 세포벽을 파쇄시켰다. 이 파쇄액을 4℃에서 13000 rpm으로 20분간 원심분리한 뒤 그 상등액을 0.2 μM 필터로 통과시킨 후 그 상등액을 DEAE-세파로스 칼럼(sepharose column, Pharmacia)에 결합시킨 후 0.5 M NaCl을 이용한 이온교환 크로마토그라피(Ion-exchange chromatography)를 이용하여 정제하였다. 이렇게 정제한 FliTrx-exoloop1 융합단백질의 순도와 정체성은 12% SDS-PAGE를 통해 확인하였다. 순도가 확인된 융합단백질은 다시 PBS로 투석하여 사용할 때까지-20℃에 보관하였다. pGEX 벡터 시스템을 이용한 발현은 먼저 pGEX-hMC4R-exoloop1을 발현용으로 사용한 대장균 JM109에 형질전환 시킨 후 37℃에서 진탕배양(180 rpm)시킨 후 다음날 100 ㎍/㎖ 앰피실린과 20 mM 글루코스(glucose)를 함유한 LB배지에 1/50로 희석하였다. 37℃에서 배지가 600 nm에서 흡광도가 0.6이 될 때까지 키운 뒤, 단백질의 발현을 유도하기 위하여 최종농도 0.5 mM로 IPTG를 첨가하였다. 3시간 뒤에 세포를 모아서 1/15 배양액의 STE 완충용액 (10 mM Tris-HCl pH 8.0, 100 mM NaCl, 1 mM EDTA)에 1번 현탁시켜 6000 rpm에서 10분간 원심분리한 뒤 그 침전물을 1/25 배양액의 0.1 ㎎/㎖ 라이소자임(lysozyme)과 0.2 mM PMSF가 포함된 STE 완충용액에 녹인 뒤 15분간 얼음 속에 방치하였다. 그 뒤 이 세포 현탁액에 5 mM DTT와 1.5% 사코실(sarcosyl)을 첨가하여 세포벽을 초음파로 파쇄시켰다. 이 파쇄액을 4℃에서 13000 rpm으로 20분간 원심분리한 뒤 그 상등액을 0.2 μM 필터로 통과시킨 후 그 상등액을 글루타치온 세파로스-4B 칼럼(glutathione Sepharose-4B affinity column, Pharmacia)에 결합시켰다. 이 칼럼을 PBS로 세척한 뒤 용출용 완충액(1 mM EDTA, 0.02% Triton X-100, 50 mM Tris-HCl pH 8.0)에 10 mM의 환원형 글루타치온(reduced glutathione,Amresco)을 첨가하여 용출하였다. 이렇게 정제한 GST-exoloop1 융합 단백질의 순도와 정체성은 15% SDS-PAGE를 통해 확인하였다. 순도가 확인된 융합단백질은 다시 PBS로 투석하여 사용할 때까지 -20℃에 보관하였다.MC-4R-specific antigen sites of the fusion protein forms prepared in <2-1> and <2-2> were purified and used as immunogens. Specifically, expression using the pFliTrx vector system was first transformed into E. coli GI826 using pFliTrx-hMC4R-exoloop1 for expression, followed by RM (1xM9 salts, 2%) containing 100 μg / ml ampicillin in a single colony. Casing acids, 1% glycerol, 1 mM MgCl 2 ) medium and shaken (180 rpm) at 30 ° C. the next day, the expression IMC containing 100 μg / ml ampicillin and 100 μg / ml tryptophan (1xM9) salts, 0.2% casamino acids, 0.5% glucose, 1 mM MgCl 2 ) diluted to 1/50 medium. Expression was induced at 37 ° C. until the media absorbed at 600 nm from 0.3 to 0.6. The cells were then collected and suspended once in 1/15 culture cell lysis buffer (50 mM Tris-HCl pH 7.0, 1 mM EDTA, 1 mM β-mercaptoethanol) and in this suspension 1 mM / ml PMSF. The suspension was disrupted and the cell wall was crushed using ultrasonic waves. The lysate was centrifuged at 13000 rpm for 20 minutes at 4 ° C, the supernatant was passed through a 0.2 μM filter, and the supernatant was bound to a DEAE-sepharose column (Pharmacia), followed by ion using 0.5 M NaCl. Purification was carried out by ion-exchange chromatography. Purity and identity of the purified FliTrx-exoloop1 fusion protein was confirmed by 12% SDS-PAGE. The confirmed fusion protein was stored at -20 ° C until dialysis and use again with PBS. Expression using the pGEX vector system was first transformed into E. coli JM109 using pGEX-hMC4R-exoloop1 for expression, followed by shaking culture (180 rpm) at 37 ° C, and then 100 μg / ml ampicillin and 20 mM glucose (glucose) the next day. It was diluted 1/50 in LB medium containing. After raising the medium at 37 ° C. until the absorbance was 0.6 at 600 nm, IPTG was added at a final concentration of 0.5 mM to induce the expression of the protein. After 3 hours, the cells were collected and suspended once in a 1/1 buffer culture STE solution (10 mM Tris-HCl pH 8.0, 100 mM NaCl, 1 mM EDTA), centrifuged at 6000 rpm for 10 minutes, and the precipitate was separated into 1 / It was dissolved in STE buffer containing 0.1 mg / ml lysozyme and 0.2 mM PMSF in 25 culture and left in ice for 15 minutes. 5 mM DTT and 1.5% sarcosyl were then added to the cell suspension to disrupt the cell wall by sonication. The lysate was centrifuged at 13000 rpm for 20 minutes at 4 ° C., and then the supernatant was passed through a 0.2 μM filter. The supernatant was bound to a glutathione Sepharose-4B affinity column (Pharmacia). The column was washed with PBS and eluted by adding 10 mM reduced glutathione (Amresco) to elution buffer (1 mM EDTA, 0.02% Triton X-100, 50 mM Tris-HCl pH 8.0). Purity and identity of the purified GST-exoloop1 fusion protein was confirmed by 15% SDS-PAGE. The confirmed fusion protein was stored at -20 ° C until dialysis was again used with PBS.
<실시예 3> MC-4R 엑소루프에 특이적인 항체의 제조Example 3 Preparation of Antibodies Specific to MC-4R Exoloop
본 발명자들은 상기실시예 2에서 제조된 MC-4R 엑소루프를 면역항원으로 하여 생쥐를 이용, 이에 특이적인 항체를 제조하였다. 구체적으로, FliTrx 융합 단백질 형태로의 13머 펩타이드를 6-8주령 BALB/c 생쥐에 주사하였다. 첫 번째 면역화는 총 40 ㎍의 정제된 단백질을 100 ㎕의 PBS(phophate-buffered saline)에 녹이고 동량의 완전 면역증강제(complete Freund's adjuvant)와 혼합하여 복강주사 하였으며, 두 번째 부터는 불완전 면역증강제(incomplete Freund's adjuvant)와 혼합하여 4 번째까지 각각 1주일 간격으로 복강주사 하였다. 최종 면역화 후 10일째에 생쥐를 경추 이탈시켜 죽인 후 혈액을 채취하여 혈청을 분리하고 ELISA를 통해 MC-4R 엑소루프에 특이적인 항체의 역가를 확인하였다.The present inventors prepared an antibody specific thereto using a mouse using the MC-4R exoloop prepared in Example 2 as an immunogen. Specifically, 13mer peptides in the form of FliTrx fusion proteins were injected into 6-8 week old BALB / c mice. In the first immunization, a total of 40 µg of purified protein was dissolved in 100 µl of phosphate-buffered saline (PBS) and mixed with the same amount of complete stimulant (complete Freund's adjuvant), followed by incomplete Freund's. adjuvant) was intraperitoneally injected at intervals of one week up to the fourth. Ten days after the final immunization, mice were removed by cervical spine and killed, blood was collected, serum was isolated, and ELISA was used to confirm the titers of antibodies specific for MC-4R exoloops.
그 결과, 본 발명의 항체가 두 종류의 면역항원(FliTrx-exoloop 및 GST-exoloop) 모두에 대해 아주 높은 반응성을 나타내는 반면 엑소루프 없이 발현된 GST 단백질에 대해서는 거의 반응성이 없음을 확인하였다(도 6). 따라서 본 발명의 항체는 MC-4R에 특이적이며 특히, 원하는 에피토프에 대하여 항체 생성이 성공적으로 이루어졌음이 증명되었다.As a result, it was confirmed that the antibody of the present invention shows very high reactivity against both kinds of immunoantigens (FliTrx-exoloop and GST-exoloop), but is almost unresponsive to the GST protein expressed without the exoloop ( FIG. 6 ) . ). Thus, the antibodies of the present invention are specific for MC-4R, and proved particularly successful in producing antibodies against the desired epitopes.
<실험예 1> MC-4R 엑소루프에 특이적인 항체를 이용한 면역형광 염색Experimental Example 1 Immunofluorescence Staining Using Antibodies Specific to MC-4R Exoloop
본 발명의 항체가 실제 세포표면에서 발현되고 있는 상태로의 MC-4R의 발현을 탐지할 수 있는지를 면역형광(immunofluorescence) 염색법으로 확인하였다. 구체적으로, 본 발명에서 제조된 항-MC-4R 항체를 PBS에 1:100으로 희석시킨 후 이를 1차항체로서 MC-4R을 발현하는 세포주인 HEK-293와 4℃에서 30분 동안 반응시켰다. 세포세척액(PBS/0.1% BSA/0.02% Na-azide)으로 여분의 항체를 씻어낸 후 다시 FITC-결합된 염소-항-생쥐 글로불린 2차항체를 처리하여 30분 동안 반응시고 세포세척액으로 여분의 항체를 제거하였다. 마지막으로, 250 ㎕의 PBS 용액에 세포들을 현탁시켜 FACScan 유세포 측정기로 형광신호를 분석하였다.It was confirmed by immunofluorescence staining whether the antibody of the present invention can detect the expression of MC-4R in the state of being expressed on the actual cell surface. Specifically, the anti-MC-4R antibody prepared in the present invention was diluted 1: 100 in PBS and then reacted with HEK-293, a cell line expressing MC-4R as a primary antibody, at 4 ° C. for 30 minutes. Wash the excess antibody with cell wash solution (PBS / 0.1% BSA / 0.02% Na-azide), and then treat FITC-bound goat-anti-mouse globulin secondary antibody for 30 minutes and react with cell wash solution. The antibody was removed. Finally, the cells were suspended in 250 μl of PBS solution and analyzed for fluorescence using a FACScan flow cytometer.
그 결과, 본 발명의 항체가(검은색 히스토그램) 음성대조군 1차항체를 이용했을 때(흰색 히스토그램)에 비해 매우 강하게 MC-4R 발현세포와 반응하여 높은 항원특이성을 나타내는 것을 확인하였다(도 8의A). 또한 본 발명의 항체가 MC-3R을 발현하는 세포주에 비해(흰색 히스토그램) MC-4R을 발현하는 세포주와 높은 반응성을 보인다는 것(검은색 히스토그램)을 확인하여 기타의 MC 관련 수용체와 교차반응을 보이지 않고 특이적으로 MC-4R과만 반응함을 증명하였다(도 8의B).As a result, it was confirmed that the antibody of the present invention reacted with MC-4R expressing cells very strongly compared to when using the negative control primary antibody (black histogram) (white histogram) ( Fig. 8 of the present invention). A ). In addition, it was confirmed that the antibody of the present invention showed high reactivity with the cell line expressing MC-4R (black histogram) compared with the cell line expressing MC-3R (white histogram) and cross-reacted with other MC related receptors. It was shown that it reacts only with MC-4R, not visible ( B of FIG. 8 ).
본 발명은 인간 멜라노코틴-4 수용체(melanocortin-4 receptor; MC-4R)에 대하여 특이적으로 결합하는 항체와 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 항체는 식욕조절과 비만유발에 중추적인 역할을 하는 멜라노코틴-4 수용체를 탐색하고 분석하는데 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to an antibody that specifically binds to human melanocortin-4 receptor (MC-4R) and a method for producing the antibody, the antibody of the present invention plays a pivotal role in appetite control and obesity induction It can be usefully used to search for and analyze the melanocortin-4 receptor.
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