본 연구의 목적은 위치특이적 펩타이드 및 단백질을 사용하여 재조합 대장균에서 활성형 인간 상피세포성장인자(hEGF)를 고효율로 발현할 수 있는 방법을 찾아내는 데 있다. 재조합 대장균내 cytoplasm 및 periplasm 영역에서 hEGF의 발현을 위해 각각 세개의 응합 펩타이드 및 단백질을 선정하여 상호 비교하였다. 재조합 대장균에서 hEGF의 발현유도시 대부분 불용성 단백질로 생산되는 현상을 극복하기 위해 cytoplasm영역에서는 ATS, thioredoxin, 리파제를 융합파트너로 사용하였으며 periplasm 영역에서는 foldase인 DsbA와 DsbC, 용융성 고발현 단백질인 maltose binding protein을 선택하여 사용하였다. Periplasm영역에서 발현유도를 시키는 융합단백질의 경우 cytoplasm영역에서의 발현양도 용융성 형태로 고발현 되는 것을 알 수 있었으며 전체적으로 약 2배가량의 용융성 형태로 발현되었다. hECF의 발현율을 가장 높일 수 있는 융합단백 질은 maltose binding protein이었으나 발현된 융합단백질의 24%가 불용성 단백질로 형성되어 활성형 형태로 얻는 데 한계가 있었으며, 활성형 형태로 hEGF의 발현을 위해서는 DsbA를 응합단백질로 사용한 경우에 18.1 mg/L로 가장 높은 발현농도를 보였다. Cytoplasm 영역에서 발현유도를 한 경우에는 ATS와 thioredoxin을 응합파트너로 hEGF를 발현한 경우 용융성 형태로 높은 발현율을 보였다. 특히 ATS와 같은 펩타이드를 N-말단에 융합시킨 경우 불용성을 방지하는 효과를 보여 이황화결합의 불완전성이나 소수성으로 인해 불용성 단백질로 발현되는 기존의 단백질을 활성형 형태로 발현하는데 될 수 있음을 확인할 수 있었다.
The efficient soluble expression of human epidermal growth factor (hEGF) was achieved by using functional fusion partners in cytoplasm and periplasm of Escherichia coli (E. coli). hEGF was over-expressed in inactive inclusion body form in cytoplasm of E. coli due to improper disulfide bond formation and hydrophobic interaction, yielding about 5.9 mg/L in flask culture. Six functional fusion partners were introduced by linking to N-terminal part of hEGF gene for the high-level expression of soluble and active hEGF in cytoplasm and peri plasm region. Three fusion partners for cytoplasmic expression such as acidic tail of synuclein (ATS), thioredoxin (Trx) and lipase, and three fusion partners for periplasmic expression such as periplasmic cystein oxidoreductases (DsbA and DsbC) and maltose binding protein (MBP) were investigated. hEGF fused with ATS and DsbA showed over 90% of solubility in cytoplasm and periplasm, respectively. Especially DsbA was found to be an efficient fusion partner for soluble and high-level expression of hEGF, yielding about 18.1 mg/L and three-fold higher level compared to that of insoluble non-fusion hEGF in cytoplasm. Thus, heterologous proteins containing complex disulfide bond and many hydrophobic amino acids can effectively be produced as an active form in E. coli by introducing a suitable peptide or protein.
