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KR101711584B1 - Crystal Structure and Crystallization of modified EPRS protein - Google Patents

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KR101711584B1
KR101711584B1 KR1020120148212A KR20120148212A KR101711584B1 KR 101711584 B1 KR101711584 B1 KR 101711584B1 KR 1020120148212 A KR1020120148212 A KR 1020120148212A KR 20120148212 A KR20120148212 A KR 20120148212A KR 101711584 B1 KR101711584 B1 KR 101711584B1
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전영호
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재단법인 의약바이오컨버젼스연구단
고려대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 변형된 EPRS 단백질의 결정 구조 및 이의 결정화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상세하게는 인간으로부터 유래한 EPRS(bifunctional glutamate/proline tRNA synthetase) 단백질의 N말단 부분 1000개의 아미노산을 제거한 변형된 EPRS 단백질을 대량 발현하고 이를 정제하여 결정화 시키는 방법 및 이에 의하여 분석된 결정 구조에 관한 것이다.
따라서 본 발명은 인간 유래 EPRS 단백질 중 PRS 단백질 도메인 부분을 포함하는 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 변형된 EPRS 단백질의 결정구조 및 결정화 방법을 제공하고 있어, 이를 이용한 저해제 개발에 유용하게 이용될 수 있다.
The present invention relates to a crystal structure of a modified EPRS protein and a method of crystallizing the modified EPRS protein. More particularly, the present invention relates to a modified EPRS protein having a modified bipunctional glutamate / proline tRNA synthetase (EPRS) The present invention relates to a method for mass-expressing an EPRS protein, purifying and crystallizing the EPRS protein, and a crystal structure analyzed thereby.
Accordingly, the present invention provides a crystal structure and a crystallization method of a modified EPRS protein having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 including a PRS protein domain portion of a human-derived EPRS protein, and can be usefully used for the development of inhibitors using the same .

Description

변형된 EPRS 단백질의 결정 구조 및 이의 결정화 방법{Crystal Structure and Crystallization of modified EPRS protein}[0002] Crystal structure and Crystallization of modified EPRS protein [

본 발명은 변형된 EPRS 단백질의 결정 구조 및 이의 결정화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인간으로부터 유래한 EPRS(bifunctional glutamate/proline tRNA synthetase) 단백질의 N말단 부분 1000개의 아미노산을 제거한 변형된 EPRS 단백질을 대량 발현하고 이를 정제하여 결정화 시키는 방법 및 이에 의하여 분석된 결정 구조에 관한 것이다.
The present invention relates to a crystal structure of a modified EPRS protein and a method of crystallizing the modified EPRS protein, and more particularly, to a modified EPRS protein having 1000 amino acids at the N-terminal part of EPRS (bifunctional glutamate / proline tRNA synthetase) A method for purifying and crystallizing the same, and a crystal structure analyzed thereby.

아미노아실 tRNA 합성효소(aminoacyl-tRNA synthetase)는 특정 아미노산을 대응되는 tRNA에 정확하게 결합시키는 효소로서, 단백질 합성계에서는 꼭 필요하다. 아미노산과 tRNA을 결합시키는 과정은 크게 두 단계의 과정으로 나뉘는데, 첫 번째 과정은 하나의 ATP를 소모하여, 아미노산을 아미노아실아데닐레이트로 활성화하는 단계이고, 두 번째 과정은 활성화된 아미노산을 tRNA에 전달하는 단계이다. Aminoacyl-tRNA synthetase is an enzyme that binds a specific amino acid precisely to the corresponding tRNA, which is essential for protein synthesis. The first step is to consume one ATP and activate the amino acid to aminoacyladenylate. The second step is to activate the amino acid to tRNA .

포유동물의 아미노아실 tRNA 합성효소는 원핵생물의 아미노아실 tRNA 합성효소와 역할은 비슷하지만, 다른 부가적인 도메인을 가진다. 이 부가적인 도메인은 아미노아실 티알엔에이 합성효소나 다른 조절인자들과의 다양한 복합체 형성에 관여한다. 이런 구조적인 복잡성이 아미노아실 tRNA 합성효소의 기능적인 다양함과 사람의 여러 가지 질병과 관련이 있다는 것이 최근 밝혀졌다.Aminoacyl tRNA synthetases in mammals have similar roles as aminoacyl tRNA synthetases of prokaryotes, but have additional domains. This additional domain is involved in the formation of various complexes with aminoacyl thiourea synthetase or other regulatory factors. It has recently been shown that this structural complexity is related to the functional diversity of aminoacyl-tRNA synthetases and to various human diseases.

아미노아실 tRNA 합성효소의 비정상적인 발현, 돌연변이, 상이한 형성은 다양한 루트로 질병을 일으킨다. 예를 들면, 정상적인 촉매 활성을 보이더라도 비정상적인 세포 내 국한적인 축적, 비정상적인 분자 상호활동은 정상세포의 조절 네트워크를 방해해 종양기인성 혈관 형성, 면역 반응, 전자 번역 조절, 신호전달에 영향을 미친다. 세포의 프로테옴과 신호전달 경로의 방해는 종양발생이나 종양발생과 관계가 있는 스트레스에 대한 세포의 민감성에 영향을 미친다.Abnormal expression, mutation, and different formation of aminoacyl tRNA synthetase cause disease in various routes. For example, abnormal cellular accumulation, abnormal molecular interactions, even with normal catalytic activity, interfere with the regulatory network of normal cells, affecting tumor-induced angiogenesis, immune responses, electronic transcription regulation, and signal transduction. Disruption of the cell's proteome and signaling pathway affects the cell's susceptibility to stress related to tumorigenesis or tumorigenesis.

아미노아실 tRNA 합성효소 중 특이하게도 사람의 글루타메이트와 프롤린의 tRNA와의 결합을 촉진하는 효소(EPRS)는 특이하게도 하나의 폴리펩타이드 사슬에 존재한다. 글루타메이트를 촉매하는 도메인은 N 말단 부분에, 프롤린을 촉매하는 도메인은 C 말단에 각각 위치하며, 상기 두 도메인은 WHEP 도메인으로 연결되어 있다. 글루타밀 tRNA 합성효소는 class 1 아미노아실 tRNA 합성효소에 속하고, 프롤린 tRNA 합성효소는 class 2 아미노아실 tRNA 합성효소에 속한다. 두 도메인을 연결하는 WHEP 도메인은 57개의 아미노산 사슬이 3번 반복되어 있는 구조로 구성되어 있는데, 단백질-단백질 또는 단백질-RNA 상호작용을 매개한다. Of the aminoacyl tRNA synthetases, the enzyme (EPRS) that specifically promotes the binding of human glutamate to proline tRNA is specifically present in a single polypeptide chain. The domains catalyzing glutamate are located at the N-terminal region and the domains catalyzing proline are located at the C-terminal, respectively, and these two domains are linked to the WHEP domain. Glutamyl tRNA synthetase belongs to class 1 aminoacyl tRNA synthetase, and proline tRNA synthetase belongs to class 2 aminoacyl tRNA synthetase. The WHEP domain, which links the two domains, consists of 57 amino acid chains repeated three times, mediating protein-protein or protein-RNA interactions.

생명체의 대부분의 생명활동은 20여개 아미노산의 조합으로 만들어진 단백질이라는 매개체를 통하여 유지된다. 각종 생체 내 반응을 촉매하고 조절하는 효소계는 물론이고, 각종 신호의 전달체계 역시 단백질이라는 사실은 단백질의 중요성을 예시한다. 한편 단백질은 각자의 독특한 기능을 나타내기 위해 폴딩(folding)을 통해 3차원 구조 또는 입체 구조를 형성하는데, 이러한 3차원 구조에 변형이 생기면 질병 발생의 주요 원인이 된다. 단백질의 3차원 구조 규명은 단백질의 기능을 정확하게 이해하기 위한 근본이 되며, 기능이 밝혀지지 않은 단백질의 3차원 구조 규명은 그 기능을 파악할 수 있는 중요한 수단이 된다. 따라서 선진국들은 지놈 프로젝트 이후, 단백질의 구조 규명을 위해 국가적인 노력을 경주하고 있다. 그러나 단백질의 3차원 구조는 각각의 폴리펩티드를 이루고 있는 아미노산 하나하나의 서열에 의하기 때문에 각각을 고려하여 만들어질 단백질의 구조를 예측하는 것은 무척 어려운 일이다. Most life activities in life are maintained through a medium called a protein made up of a combination of 20 amino acids. The fact that not only the enzymes that catalyze and regulate various in vivo reactions but also the signal transduction systems of various signals are examples of the importance of proteins. Proteins, on the other hand, form a three-dimensional structure or a three-dimensional structure through folding in order to exhibit their unique functions. Deformation of the three-dimensional structure is a major cause of disease development. Identification of the three-dimensional structure of a protein is fundamental to understand the function of the protein accurately, and identification of the three-dimensional structure of the protein whose function is not known becomes an important means of grasping its function. Therefore, developed countries are making national efforts to identify protein structure after the genome project. However, since the three-dimensional structure of a protein depends on the sequence of each amino acid of each polypeptide, it is very difficult to predict the structure of a protein to be produced considering each one.

최근 생명공학의 발전은 신약 개발의 혁명을 예고하고 있다. 인간의 질병은 대부분 단백질의 이상에 의해 발생하고, 이러한 단백질의 기능을 억제하거나 증가시켜 정상적인 기능으로 바꾸는 것이 신약으로 개발되고 있다. 지금까지의 신약 발굴은 의약품 후보 물질을 대상으로 수많은 약효검증 실험의 반복을 통해 이루어져 왔다. 하지만 최근에는 질병 단백질의 구조를 규명하여 그 부위에 결합하는 화합물을 디자인하여 약물을 개발하는 추세로 바뀌고 있다.
Recent advances in biotechnology have foreseen a revolution in new drug development. Most human diseases are caused by abnormalities of proteins, and they are being developed into new drugs to inhibit or increase the function of these proteins and turn them into normal functions. Until now, the discovery of new drugs has been conducted through repetition of numerous drug validation experiments for drug candidates. However, in recent years, the structure of disease proteins to identify the binding site of the compound is designed to develop the drug is changing trend.

이에 본 발명자들은 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 변형된 EPRS 단백질을 결정화 및 구조분석을 하여 본 발명을 완성하였다.Thus, the present inventors completed the present invention by crystallizing and analyzing the modified EPRS protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.

따라서 본 발명의 목적은 인간 유래 EPRS(Bifunctional Glutamate/Proline synthetase) 단백질의 N말단 부분의 아미노산 1000개를 제거하여 서열번호 1의 아미노산 서열로 표시되고, 공간군이 P3121, 단위 세포 파라미터가 a=119.67Å, b=119.67Å, c=99.36Å, α=ß=90°, γ=120°이며, 다이머(dimer) 구조를 갖는 변형된 EPRS 단백질의 결정을 제공하는 것이다.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, wherein the space group is P3 1 21, the unit cell parameter is a = 119.67 Å, b = 119.67 Å, c = 99.36 Å, α = ß = 90 °, γ = 120 ° and providing a crystal of a modified EPRS protein having a dimer structure.

본 발명의 다른 목적은 (a) 인간 유래 EPRS(Bifunctional Glutamate/Proline synthetase) 단백질의 N말단 부분 1000개의 아미노산을 제거하여 서열번호 1의 아미노산 서열로 표시되는 변형된 EPRS(Bifunctional Glutamate/proline tRNA synthetase) 단백질을 발현 및 정제하는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계에서 정제된 단백질을 구연산나트륨/염산(Sodium citrate/HCl) 또는 카코딜염산 나트륨(Sodium cacodylate)을 침전제로 포함하는 보존용액으로 결정화하는 단계를 포함하는 상기 변형된 EPRS 단백질의 결정화 방법을 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a modified bipunctional glutamate / proline tRNA synthetase (EPRS) represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 by removing (a) 1000 amino acids from the N-terminal part of a human EPRS (Bifunctional Glutamate / Proline synthetase) Expressing and purifying the protein; And (b) crystallizing the protein purified in step (a) with a preservative solution containing sodium citrate / HCl or sodium cacodylate as a precipitant. And to provide a method for crystallizing EPRS protein.

본 발명의 다른 목적은 (a) 상기 변형된 EPRS 단백질과 후보 화합물을 반응시키는 단계; 및 (b) 상기 후보 화합물 중에서 상기 변형된 EPRS 단백질과 상호작용하는 화합물을 선발하여 EPRS 단백질의 활성을 저해하는 화합물을 결정하는 단계를 포함하는 EPRS 단백질 활성 저해제 개발 방법을 제공하는 것이다.
It is another object of the present invention to provide a method for preparing a modified EPRS protein, comprising: (a) reacting the modified EPRS protein with a candidate compound; And (b) selecting a compound that interacts with the modified EPRS protein among the candidate compounds, thereby determining a compound that inhibits the activity of the EPRS protein.

본 발명의 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 인간 유래 EPRS(Bifunctional Glutamate/Proline synthetase) 단백질의 N말단 부분의 아미노산 1000개를 제거하여 서열번호 1의 아미노산 서열로 표시되고, 공간군이 P3121, 단위 단위 세포 파라미터가 a=119.67Å, b=119.67Å, c=99.36Å, α=ß=90°, γ=120°이며, 다이머(dimer) 구조를 갖는 변형된 EPRS 단백질의 결정을 제공한다.
In order to achieve the above object, the invention is represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 by removing the amino acid 1000 of the N-terminal portion of the protein derived from human EPRS (Bifunctional Glutamate / Proline synthetase), space group P3 1 21, a unit cell parameter of a = 119.67 Å, b = 119.67 Å, c = 99.36 Å, α = ß = 90 °, γ = 120 ° and providing a crystal of a modified EPRS protein having a dimer structure do.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 (a) 인간 유래 EPRS(Bifunctional Glutamate/Proline synthetase) 단백질의 N말단 부분 1000개의 아미노산을 제거하여 서열번호 1의 아미노산 서열로 표시되는 변형된 EPRS(Bifunctional Glutamate/proline tRNA synthetase) 단백질을 발현 및 정제하는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계에서 정제된 단백질을 구연산나트륨/염산(Sodium citrate/HCl) 또는 카코딜염산 나트륨(Sodium cacodylate)을 침전제로 포함하는 보존용액으로 결정화하는 단계를 포함하는 상기 변형된 EPRS 단백질의 결정화 방법을 제공한다.
In order to accomplish another object of the present invention, the present invention provides a modified EPRS (SEQ ID NO: 1) amino acid sequence represented by amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 by (a) removing 1000 amino acids at the N-terminal part of a human EPRS (Bifunctional Glutamate / Proline synthetase) Bifunctional Glutamate / proline tRNA synthetase) protein; And (b) crystallizing the protein purified in step (a) with a preservative solution containing sodium citrate / HCl or sodium cacodylate as a precipitant. A method of crystallizing an EPRS protein is provided.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 (a) 상기 변형된 EPRS 단백질과 후보 화합물을 반응시키는 단계; 및 (b) 상기 후보 화합물 중에서 상기 변형된 EPRS 단백질과 상호작용하는 화합물을 선발하여 EPRS 단백질의 활성을 저해하는 화합물을 결정하는 단계를 포함하는 EPRS 단백질 활성 저해제 개발 방법을 제공한다.
In order to accomplish another object of the present invention, the present invention provides a method for producing a modified EPRS protein, comprising the steps of: (a) reacting the modified EPRS protein with a candidate compound; And (b) selecting a compound that interacts with the modified EPRS protein among the candidate compounds to determine a compound that inhibits the activity of the EPRS protein.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에서는 인간 유래 EPRS(Bifunctional Glutamate/Proline synthetase) 단백질의 N말단 부분의 아미노산 1000개를 제거하여 서열번호 1의 아미노산 서열로 표시되고, 공간군이 P3121, 단위 세포 파라미터가 a=119.67Å, b=119.67Å, c=99.36Å, α=ß=90°, γ=120°이며, 다이머(dimer) 구조를 갖는 변형된 EPRS 단백질의 결정을 제공한다.
In the present invention, 1000 amino acids of the N-terminal portion of the human EPRS (Bifunctional Glutamate / Proline synthetase) protein are removed and represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, and the space group is P3 1 21 and the unit cell parameter is a = 119.67 , b = 119.67 Å, c = 99.36 Å, α = ß = 90 °, γ = 120 ° and provides a crystal of a modified EPRS protein having a dimer structure.

본 발명에서 단위 세포 파라미터(unit cell parameter)란, 격자계수라고도 불리며, 단위 세포는 공간 격자(space lattice)를 구성하는 가장 해석이 용이한 최소 반복 단위(repeating unit)로서, 세 crystallographic axes로 정의되며, 이 세 벡터들의 길이(a, b, c)와 이들이 서로 이루는 각(α,ß,γ )을 의미한다.In the present invention, a unit cell parameter is also referred to as a lattice constant, and a unit cell is the smallest repeating unit which is the most easily interpretable constituting a space lattice, and is defined as three crystallographic axes , The lengths (a, b, c) of these three vectors and the angles (?,?,?) Between them.

공간군(space group)이란, 공간 그룹으로도 불리며, 결정의 단위 세포의 대칭(symmetry)을 의미하며, 대칭 요소들을 조합하면 군(group)을 형성하는데 총 230개의 대칭군이 가능하다.
Space group, also called space group, means the symmetry of the unit cell of crystals. A total of 230 symmetry groups are possible to form a group by combining symmetry elements.

본 발명에서 제공하는 변형된 EPRS 단백질은 PRS 도메인을 포함하는 단백질로서 EPRS 단백질의 N말단에서 1000개의 아미노산을 제거하여 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖도록 제조한 것이다. 단백질의 2차 구조와 Expasy, NCBI, ERGO(http://wit.integratedgenomics.com/Igwit)에서 얻은 단백질 도메인 분석자료 그리고 여러 균주에서 아미노산 유사성을 비교한 결과를 토대로 상기 1000개의 아미노산을 제거한 것이다.The modified EPRS protein provided in the present invention is a protein containing the PRS domain and is prepared so as to have the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 by removing 1000 amino acids from the N-terminus of the EPRS protein. Protein domain analysis data obtained from Expasy, NCBI, ERGO (http://wit.integratedgenomics.com/Igwit) and the secondary structure of the protein, and the result of comparing the amino acid similarities in various strains, the 1000 amino acids were removed.

본 발명의 단백질은 다이머(dimer) 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
The protein of the present invention is characterized by having a dimer structure.

본 발명은 (a) 인간 유래 EPRS(Bifunctional Glutamate/Proline synthetase) 단백질의 N말단 부분 1000개의 아미노산을 제거하여 서열번호 1의 아미노산 서열로 표시되는 변형된 EPRS(Bifunctional Glutamate/proline tRNA synthetase) 단백질을 발현 및 정제하는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계에서 정제된 단백질을 구연산나트륨/염산(Sodium citrate/HCl) 또는 카코딜염산 나트륨(Sodium cacodylate)을 침전제로 포함하는 보존용액으로 결정화하는 단계를 포함하는 상기 변형된 EPRS 단백질의 결정화 방법을 제공한다.
The present invention relates to a method for the production of a modified EPRS (Bifunctional Glutamate / proline tRNA synthetase) protein represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 by removing 1000 amino acids from the N-terminal part of human-derived bifunctional glutamate / proline synthetase (EPRS) And purifying; And (b) crystallizing the protein purified in step (a) with a preservative solution containing sodium citrate / HCl or sodium cacodylate as a precipitant. A method of crystallizing an EPRS protein is provided.

(a) 인간 유래 EPRS(Bifunctional Glutamate/Proline synthetase) 단백질의 N말단 부분 1000개의 아미노산을 제거하여 서열번호 1의 아미노산 서열로 표시되는 변형된 EPRS(Bifunctional Glutamate/proline tRNA synthetase) 단백질을 발현 및 정제하는 단계;(a) expressing and purifying a modified EPRS (Bifunctional Glutamate / proline tRNA synthetase) protein represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 by removing 1000 amino acids at the N-terminal part of a human EPRS (Bifunctional Glutamate / Proline synthetase) step;

상기 변형된 EPRS 단백질(본 발명 실시예의 EPRS_Tr2)의 아미노산 서열(서열번호 1)을 코딩하는 유전자를 증폭하기 위하여 상기 유전자의 5'-말단과 3'-말단에 대응하는 중합효소 연쇄반응(polymerase chain reaction, PCR)용 프라이머를 고안하여 합성한다. 유전자의 5' 말단에 대응하는 프라이머는 대장균 발현 벡터로 클로닝이 용이하도록 제한 효소 인지 부위가 존재하고, 3' 말단에 대응하는 프라이머에는 제한효소 인지 부위와 종료 코돈을 만들어 단백질 합성이 인위적으로 종료하도록 만든다. 이때 5' 말단에 대응하는 프라이머는 N-말단의 아미노산을 원하는 수만큼 제거하도록 제조한다. 호모 사피엔스 EPRS DNA 중 PRS 도메인을 포함하는 DNA를 주형으로 하고, 상기와 같이 제조된 프라이머를 사용하여 PCR 반응을 수행하여 PRS 도메인 유전자를 증폭한다.In order to amplify a gene encoding the amino acid sequence of the modified EPRS protein (EPRS_Tr2 of the present invention) (SEQ ID NO: 1), a polymerase chain corresponding to the 5'-terminal and 3'-terminal of the gene reaction, and PCR primers are designed and synthesized. The primer corresponding to the 5 'end of the gene has a restriction enzyme recognition site to facilitate cloning into an E. coli expression vector, and a restriction enzyme recognition site and termination codon are formed in the primer corresponding to the 3' end so that the protein synthesis is artificially terminated I make it. Here, the primer corresponding to the 5 'end is prepared so as to remove the desired number of N-terminal amino acids. The PRS domain gene is amplified by performing PCR using the primer prepared as described above as the template containing the PRS domain in Homo sapiens EPRS DNA.

본 발명의 변형된 EPRS 단백질의 발현은 당업계에 공지된 통상의 분자생물학 방법을 이용하여 실시할 수 있다. 당업계에서 통상적으로 이용되는 벡터, 예컨대 pGEM-T, pSC101, ColE1, pBR322, pUC8/9, pHC79, pUC19 또는 pET 등에 PCR로 증폭한 유전자를 삽입한다. 상기 발현벡터는 엠피실린 저항 유전자, 테트라사이클린 저항 유전자, 가나마이신 저항 유전자, 클로람페니콜 저항 유전자 등과 같은 통상의 선별마크를 포함할 수 있다. 삽입 후 적합한 숙주 세포, 예컨대 E. coli JM109, E. coli, BL21(DE3), E. coli RR1, E. coli LE392, E. coli B, E. coli X 1776, E. coli W3110과 같은 대장균, 바실러스 서브틸리스, 바실러스 츄린겐시스와 같은 바실러스 속 균주, 그리고 살모넬라 티피무리움, 세라티아 마르세슨스 및 다양한 슈도모나스 종과 같은 장내균과 균주 등에 형질전환시키고, 형질전환된 세포를 배양하여 상기 변형된 EPRS 단백질을 대량으로 발현시킬 수 있다. 발현에 사용되는 벡터는 가장 바람직하게는 pET 일 수 있고, 숙주세포는 대장균일 수 있다.Expression of the modified EPRS protein of the present invention can be carried out using conventional molecular biology methods known in the art. A gene amplified by PCR is inserted into a vector commonly used in the art, such as pGEM-T, pSC101, ColE1, pBR322, pUC8 / 9, pHC79, pUC19 or pET. The expression vector may include a conventional selection mark such as an ampicillin resistance gene, a tetracycline resistance gene, a kanamycin resistance gene, a chloramphenicol resistance gene, or the like. After insertion, suitable host cells such as E. coli JM109, E. coli, BL21 (DE3), E. coli RR1, E. coli LE392, E. coli B, E. coli X1776, E. coli W3110, Bacillus subtilis, Bacillus subtilis, Bacillus subtilis, and Enterobacteria and strains such as Salmonella typhimurium, Serratia marcesensus and various Pseudomonas sp., And the transformed cells are cultured to produce the modified EPRS A large amount of protein can be expressed. The vector used for expression may most preferably be pET, and the host cell may be E. coli.

단백질의 생성여부는 SDS-폴리아크릴아미드 겔 전기영동 또는 웨스턴 블롯팅 방법 등과 같은 통상적인 방법으로 확인할 수 있다. 변형된 EPRS 단백질(EPRS_Tr2)의 유전자를 포함하는 발현 벡터로 형질전환 된 대장균을 엠피실린, 테트라사이클린, 카나마이신, 클로람페니콜 등 선별마커에 대응하는 항생제가 함유된 배지에서 진탕 배양하여 일정한 세포농도에 다다랐을 때, IPTG(isopropyl--D-galactopyranoside)를 첨가하여 EPRS_Tr2의 발현을 유도한다. 상기 배양액을 원심분리하여 대장균 세포를 침전시킨 후, 대장균을 적당한 완충 용액에 현탁한 후 파쇄한다. 상기 파쇄물을 원심분리하여, 단백질이 녹아있는 상층액을 분리한 후, 이온교환수지, 친화성 결합수지, 사이징(sizing) 등을 이용하여 EPRS_Tr2를 분리 및 정제한다.Whether or not the protein is produced can be confirmed by a conventional method such as SDS-polyacrylamide gel electrophoresis or Western blotting method. When Escherichia coli transformed with the expression vector containing the gene of the modified EPRS protein (EPRS_Tr2) was shake cultured in a medium containing an antibiotic corresponding to a selection marker such as ampicillin, tetracycline, kanamycin and chloramphenicol to reach a constant cell concentration , IPTG (isopropyl-D-galactopyranoside) is added to induce the expression of EPRS_Tr2. The culture solution is centrifuged to precipitate E. coli cells, and E. coli is suspended in an appropriate buffer solution and then disrupted. The above crushed material is centrifuged, and the supernatant in which the protein is dissolved is separated, and EPRS_Tr2 is separated and purified by using an ion exchange resin, an affinity binding resin, sizing or the like.

(b) 상기 (a) 단계에서 정제된 단백질을 구연산나트륨/염산(Sodium citrate/HCl) 또는 카코딜염산 나트륨(Sodium cacodylate)을 침전제로 포함하는 보존용액으로 결정화하는 단계;
(b) crystallizing the protein purified in step (a) with a preservative solution containing sodium citrate / HCl or sodium cacodylate as a precipitant;

단백질의 3차원 구조를 규명하기 위하여, 표적 단백질이 결정성을 갖는 것이 중요하다. 표적 단백질의 3차원 구조 규명에 있어서, 일반적으로 X-선 결정화법(x-ray crystallography)이 사용되며, 이러한 X-선 결정화법을 사용하기 위한 전처리 단계로서 여러 가지 결정화 방법이 수행되어 있어야 한다. In order to identify the three-dimensional structure of the protein, it is important that the target protein has crystallinity. In the three-dimensional structure determination of target proteins, x-ray crystallography is generally used, and various crystallization methods have to be carried out as a pretreatment step for using this X-ray crystallization method.

상기 결정화 방법은 통상적인 농도 평형을 이용한 방법이다. 더 상세하게는 증기 평형법 또는 투석법일 수 있다. 상기 증기 평형법에는 시팅 드롭 증기 평형법 및 행잉 드롭 증기 평형법으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 가장 바람직하게는 행잉 드롭 증기 평형법 일 수 있다.The crystallization method is a method using conventional concentration equilibrium. More specifically, it may be a steam equilibrium method or a dialysis method. The steam equilibrium method may be selected from the group consisting of a Sitting Drop Steam Equilibrium Method and a Hanging Drop Steam Equilibrium Method. Most preferably a hanging drop steam equilibration method.

본 발명에서는 결정화 방법으로 행잉 드롭 증기 평형법(Hanging-drop vapour diffusion method)을 사용하였다. In the present invention, a hanging-drop vapor diffusion method was used as a crystallization method.

방울 혼합 증기 평형법의 결정화 원리와 과정은 아래와 같다. 밀폐된 공간에 모액의 작은 방울과 이보다 훨씬 큰 규모의 보존 용액(reservoir)이 분리된 채 공존할 때, 이들 사이에서 물 또는 다른 휘발성 물질의 이동이 일어나게 된다. 한편, 단백질의 용액 조건 중 열역학적으로 준안정 상태인 과포화 상태에서 침전제의 변화에 따라 단백질의 침전이 일어나며, 침전 속도가 느리게 진행되면서 안정된 결정화 상태가 된다. 여기에 사용 가능한 침전제는 잘 알려져 있으며, 이들은 농축 상태의 단백질 용액의 용해도를 줄여 주는 역할을 하게 된다. 이때 단백질 분자 주위의 상대적인 흡착층을 감소시키기 위하여, 단백질 분자들이 서로 응집하여 결정을 형성하게 된다. 따라서 저수조 용액은 이와 같은 침전제를 비롯하여, 완충액, 염, 세정제(detergent) 등이 다양한 농도로 섞여 있게 되는데, 단백질 용액과 이런 다양한 조건의 저수조 용액이 보통의 경우 약 1:1의 비율로 섞여서 방울을 형성하게 된다. 이렇게 얻어진 방울을 실리콘으로 코팅된 유리 슬라이드에 얹어 뒤집은 상태로 준비된 플레이트에 얹어 밀봉한다. 초기에는 방울 중의 단백질의 농도가 보존용액의 농도와 차이가 있어서 단백질이 결정상태로 존재하지 않지만, 밀봉된 상태로 놓아두면 서서히 평형이 이루어지게 되는데, 이때 상기에서 설명한 원리에 의하여 특정 상태의 조건에서 결정이 형성되는 것이다. 이와 같은 방울 혼합 증기평형법에서 보존용액 중의 침전제 뿐만 아니라 염, 완충액 및 세정제의 종류와 적정농도, 용액의 pH 및 실험온도는 단백질의 종류에 따라 달리 선택되고, 경우에 따라서는 단백질의 결정형성에 있어서 아주 중요한 요소가 된다.The principle and procedure of crystallization of the droplet mixed steam equilibrium method are as follows. When a small drop of mother liquor and a much larger reservoir coexist in an enclosed space, there is a transfer of water or other volatile matter between them. On the other hand, in supersaturated thermodynamically stable state of proteins, precipitation of proteins takes place according to the change of the precipitant, and the crystallization state becomes stable as the precipitation rate progresses slowly. Precipitants that can be used herein are well known and they serve to reduce the solubility of concentrated protein solutions. At this time, in order to reduce the relative adsorption layer around the protein molecules, the protein molecules coalesce to form crystals. Therefore, in the reservoir solution, buffer solution, salt, detergent, etc. are mixed at various concentrations such as precipitant, protein solution and reservoir solution of these various conditions usually mixed at a ratio of about 1: 1 Respectively. The droplets thus obtained are placed on a glass slide coated with silicone and placed on a prepared plate in a state of being turned upside down and sealed. Initially, the concentration of the protein in the droplet differs from the concentration of the preservative solution, so that the protein does not exist in a crystalline state. However, if the protein is placed in a sealed state, the equilibrium is gradually established. At this time, Crystals are formed. In such a mixed-solution steam equilibrium method, the type and proper concentration of the salt, buffer and detergent as well as the precipitant in the preservative solution, the pH of the solution and the temperature of the solution are selected depending on the type of the protein. In some cases, It becomes a very important factor.

시팅 드롭 증기 평형법과 행잉 드롭 증기 평형법은 상기 서술한 원리를 기본으로 구성되었다. 차이점은 시료를 놓는 위치에 있다.The sitting drop steam equilibrium method and the hanging drop steam equilibrium method are based on the above-described principle. The difference lies in the position of placing the sample.

행잉 드롭 증기 평형법은 아래 그림과 같이 진행된다. 행잉 드롭 증기 평형법은 단백질의 결정화에 가장 많이 쓰이고 있는 방법이다. 단백질 용액과 보존용액이 섞인 시료를 순수 보존용액과 증기 평형 상태에 있는 용기 상단에 부착시키면, 용기 내 보존용액에 비해 그 함량이 적은 시료가 평형상태를 이루기 위해, 시료 내 수분이 아래로 떨어지게 된다. 평형 상태에 도달하게 되면 단백질 결정을 얻게 된다.The hanging drop steam equilibration method proceeds as shown below. The hanging drop steam equilibrium method is the most commonly used method for protein crystallization. When a sample mixed with a protein solution and a preservative solution is adhered to the top of a container in a pure equilibrium state with a pure preservative solution, the water content in the sample falls below the equilibrium state of the sample having a lower content than the preservative solution in the vessel . When equilibrium is reached, protein crystals are obtained.

Figure 112012105233573-pat00001
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시팅 드롭 증기 평형법은 아래 그림과 같다. 시팅 드롭 증기 평형법은 행잉드롭 증기 평형법과 기본 원리가 동일하다. 다만, 단백질 용액과 보존용액을 섞은 시료가 증기 내부에 존재하는 차이가 있다.Sitting drop steam equilibration method is shown below. Sitting drop steam equilibrium method has the same basic principle as hanging drop steam equilibrium method. However, there is a difference in the presence of the sample in which the protein solution and preservative solution are mixed in the steam.

Figure 112012105233573-pat00002
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또 다른 방법으로서 투석법이 있다. 투석법은 단백질 용액이 다공성의 막으로 구성된 튜브 내에 존재하고, 외부에는 침전제를 포함하는 저수조 용액(보존용액)이 존재하며, 이 때 다공성 막은 크기가 작은 물 분자만 이동이 가능하므로 단백질 용액 내부의 물 분자가 다공성 막을 통과하여 침전물 쪽으로 서서히 이동하면서 농축되고, 그 결과 결정이 생성된다.
Another method is the dialysis method. In the dialysis method, a protein solution is present in a tube composed of a porous membrane, and a reservoir solution (preservative solution) containing a precipitant is present on the outside. Since the porous membrane can move only water molecules having a small size, Water molecules are concentrated through the porous membrane as they move slowly toward the precipitate, resulting in crystals.

본 발명의 서열번호 1의 아미노산 서열로 표시되는 변형된 EPRS 단백질 결정을 제조하기 위해서 보존용액에 포함된 침전제로서 구연산나트륨/염산(Sodium citrate/HCl) 또는 카코딜염산 나트륨(Sodium cacodylate)을 사용할 수 있다. 더 바람직하게는 상기 두 물질을 함께 쓸 수 있다. 전체 보존용액 내에서의 침전제의 농도는 사용되는 침전제의 종류에 따라서 달라지며, 일반적으로는 0.05~1.5M 범위인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 구연산나트륨/염산(Sodium citrate/HCl)은 농도가 0.5M 내지 1.5M이고, 카코딜염산 나트륨(Sodium cacodylate)은 농도가 0.05M 내지 0.15M일 수 있다.In order to prepare a modified EPRS protein crystal represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 of the present invention, sodium citrate / HCl or sodium cacodylate can be used as a precipitant contained in the preservation solution have. More preferably, the two materials can be used together. The concentration of the precipitant in the total preservative solution varies depending on the type of the precipitant to be used, and is preferably in the range of 0.05 to 1.5M. More preferably, the concentration of sodium citrate / HCl is 0.5M to 1.5M and the concentration of sodium cacodylate is 0.05M to 0.15M.

상기 보존용액은 상기 침전제 외에도 통상적으로 사용 가능한 염, 완충액 및 세정제 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 단백질 결정화는 pH 6.0 내지 7.0에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 범위는 실험적으로 결정된 것이며, 상기 범위의 pH 조건에서 반응 시 가장 우수한 결정을 얻을 수 있다. The preserving solution may contain salts, buffers and detergents conventionally usable in addition to the precipitating agent. In addition, it is preferable that the protein crystallization is performed at pH 6.0 to 7.0. The above range is determined experimentally, and the most excellent crystal can be obtained when the reaction is conducted under the pH of the above range.

본 발명의 단백질 결정을 형성하기 위한 반응 온도는 15℃ 내지 25℃인 것이 바람직하고, 18℃ 내지 22℃인 것이 더욱 바람직하다. 반응 기간은 1일 내지 10일이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 2일 내지 5일일 수 있다. 상기 반응 온도 및 반응 기간 범위는 X-ray 분석이 용이한 최적의 데이터를 갖는 결정을 얻을 수 있는 조건으로서 실험적으로 찾아진 범위이다.The reaction temperature for forming the protein crystals of the present invention is preferably 15 ° C to 25 ° C, more preferably 18 ° C to 22 ° C. The reaction period is preferably from 1 day to 10 days, more preferably from 2 days to 5 days. The reaction temperature and the reaction time range are experimentally found as conditions for obtaining crystals having optimal data for easy X-ray analysis.

제조된 결정성 EPRS_Tr2 단백질의 구조를 분석하기 위해서 X-선을 조사하면, X-선의 높은 에너지로 인해, 단백질의 수명이 짧아지고, 데이터의 강도도 약해져서 구조 분석에 좋지 않은 결과가 발생한다. 이러한 결점을 방지하기 위하여, X-선 분석 전에 단백질 결정을 고속으로 질소 냉각하는 고속 질소 냉각법을 수행하는 것이 바람직하다. 고속 냉각용 용액은 sodium malonate, sodium cacodylate trihydrate (pH6.0), sodium citrate tribasic dihydrate 으로 구성되고, sodium malonate의 농도는 3 내지 4 M, sodium cacodylate trihydrate (pH6.0) 농도는 0.05 내지 0.2 M, sodium citrate tribasic dihydrate 농도는 0.5 내지 1 M 인 것이 바람직하다. 상기 농도는 고속 냉각용 용액 내에서의 각 성분의 농도를 나타낸 것이다. 또한 상기 고속 질소 냉각법의 수행온도는 50 내지 200 K, 바람직하게는 80 내지 120 K에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 농도 및 온도 범위는 본 발명의 EPRS_Tr2 단백질이 그 결정성에 영향없이 질소 스트림에 잘 견딜 수 있고, 고속 질소 내에서 보관이 용이한 범위로서 실험적으로 얻어진 것이다.
When X-rays are irradiated to analyze the structure of the crystalline EPRS_Tr2 protein prepared, the lifetime of the protein is shortened due to the high energy of the X-ray, and the data intensity is also weak, resulting in poor results in structural analysis. In order to prevent such drawbacks, it is preferable to perform a high-speed nitrogen cooling method in which protein crystals are nitrogen-cooled at a high speed before X-ray analysis. The solution for rapid cooling consists of sodium malonate, sodium cacodylate trihydrate (pH 6.0) and sodium citrate tribasic dihydrate. The concentration of sodium malonate is 3 to 4 M, the concentration of sodium cacodylate trihydrate (pH 6.0) is 0.05 to 0.2 M, The sodium citrate tribasic dihydrate concentration is preferably 0.5 to 1 M. This concentration represents the concentration of each component in the solution for rapid cooling. Also, it is preferable that the operation temperature of the high-speed nitrogen cooling method is 50 to 200 K, preferably 80 to 120 K. The concentration and the temperature range are obtained experimentally as a range in which the EPRS_Tr2 protein of the present invention is able to withstand the nitrogen stream without affecting its crystallinity and is easy to store in high-speed nitrogen.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 (a) 본 발명의 변형된 EPRS 단백질과 후보 화합물을 반응시키는 단계; 및 (b) 상기 후보 화합물 중에서 상기 변형된 EPRS 단백질과 상호작용하는 화합물을 선발하여 EPRS 단백질의 활성을 저해하는 화합물을 결정하는 단계를 포함하는 EPRS 단백질 활성 저해제 개발 방법을 제공한다. In order to accomplish another object of the present invention, the present invention provides a method for producing a modified EPRS protein, comprising: (a) reacting a modified compound of the present invention with a candidate compound; And (b) selecting a compound that interacts with the modified EPRS protein among the candidate compounds to determine a compound that inhibits the activity of the EPRS protein.

(a) 제1항의 변형된 EPRS 단백질과 후보 화합물을 반응시키는 단계;(a) reacting a candidate compound with the modified EPRS protein of claim 1;

상기 (a) 단계는 EPRS 단백질의 활성을 억제하기 위해, 후보 저해제 물질들을 선발 또는 설계하여 반응시키는 단계이다.The step (a) is a step of selecting or designing and reacting the candidate inhibitor substances to inhibit the activity of the EPRS protein.

상기 후보 화합물은 기존에 만들어진 화합물 또는 본 발명에서 제공하는 변형된 EPRS 단백질 결정화 방법 또는 구조를 사용하여 설계한 화합물 일 수 있다. 화합물을 설계할 때, 본 발명의 변형된 EPRS 단백질의 3차원 결정 구조 또는 상기 단백질과 프롤린 및 아데닌이 결합하는 활성화 자리에 영향을 미치는 개별적 아미노산의 역할에 기초하여, 신규 화합물을 설계할 수 있다. The candidate compound may be a compound prepared using a conventional compound or a modified EPRS protein crystallization method or structure provided by the present invention. When designing a compound, new compounds can be designed based on the three dimensional crystal structure of the modified EPRS protein of the present invention or the role of the individual amino acids that affect the active site where the protein and proline and adenine bind.

본 발명의 변형된 EPRS 단백질의 구조는 효소 활성 부위와 생물학적인 조절 기작 사이의 세부화된 정보를 나타낸다. 활성 부위에서 촉매적으로 중요한 잔기들 모두 일정한 위치에 존재하고, 활성 구조를 갖는다. 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 본 발명의 상기 단백질에서는 히스티딘 242, 트레오닌 240, 121, 글루타믹산 123, 아르기닌 152, 아르기닌 163,278, 152, 글로타메이트 237 잔기들이 이에 포함된다. 히스티딘 242, 트레오닌 240, 121, 글루타믹산 123, 아르기닌 152 잔기들은 프롤린과 상호작용을 하고, 아르기닌 163,278, 152, 글로타메이트 237 잔기들은 아데노신과 상호작용을 한다(실시예 4-2 참조).
The structure of the modified EPRS protein of the present invention shows detailed information between the enzyme active site and the biological control mechanism. All catalytically important residues at the active site are in a constant position and have an active structure. In the protein of the present invention having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, histidine 242, threonine 240, 121, glutamic acid 123, arginine 152, arginine 163,278, 152, glutamate 237 residues are included. Histidine 242, threonine 240, 121, glutamic acid 123, arginine 152 residues interact with proline, and arginine 163,278, 152, glutamate 237 residues interact with adenosine (see Example 4-2).

(b) 상기 후보 화합물 중에서 상기 변형된 EPRS 단백질과 상호작용하는 화합물을 선발하여 EPRS 단백질의 활성을 저해하는 화합물을 결정하는 단계;(b) selecting a compound that interacts with the modified EPRS protein among the candidate compounds, thereby determining a compound inhibiting the activity of the EPRS protein;

상기 (b) 단계는 본 발명의 변형된 EPRS 단백질과 상호작용(결합)하는 화합물을 선발하고, 선발된 화합물이 EPRS 단백질의 활성을 저해하는지 여부를 스크리닝하는 단계이다.
The step (b) is a step of selecting a compound which interacts with (modified) the modified EPRS protein of the present invention and screening whether the selected compound inhibits the activity of the EPRS protein.

본 발명의 변형된 EPRS 단백질 저해제는 자가면역질환 치료제로 이용될 수 있다. The modified EPRS protein inhibitor of the present invention can be used as a therapeutic agent for an autoimmune disease.

창산이라는 약초의 뿌리에는 할로푸지논(Halofuginone)이 자가면역질환의 치료에 효과적이라는 여러 실험들이 있었는데, 그 약효의 근간이 되는 기작이 최근에 밝혀졌다. 할로푸지논은 아미노산반응경로(Amino acid response pathway, AAR)를 활성화시킴으로서 자가면역질환을 억제한다는 것이다. 영양소를 감지하는 AAR은 세포들이 세포 내 자원을 보존해야 할 때를 세포에게 알려준다. 예를 들어, 세포가 단백질 합성을 위해 필요한 아미노산 공급이 제한된다는 것을 감지하면, AAR 은 염증을 촉진시키는 시그널을 차단하는데, 이는 염증이 발생하는 조직은 많은 단백질을 요구하기 때문이다. 할로푸지논이 AAR 경로를 어떻게 활성화시키는지 분석한 결과, 할로푸지논이 EPRS를 억제하여, 프롤린의 합성을 저해한다는 것이 밝혀졌다. EPRS를 억제하면, 프롤린이 고갈되어 AAR 반응이 활성화되면서 자가면역질환이 완화된다는 것이다(Tracy L Keller et al. Nature Chemical Biology; 8: 311317 , 2012). 따라서 프롤린 합성에 관여하는 PRS 도메인을 포함하는 본 발명 단백질의 저해제는 자가면역질환 치료제로 이용될 수 있다.
There have been several experiments in the root of Changshan herbal medicine that Halofuginone is effective in the treatment of autoimmune diseases. Recently, the mechanism of its effect has been revealed. Halofuginone inhibits autoimmune disease by activating the amino acid response pathway (AAR). The AAR, which detects nutrients, tells the cells when they need to preserve intracellular resources. For example, when a cell detects that the supply of amino acids needed for protein synthesis is limited, AAR blocks signals that promote inflammation, because tissues in which inflammation occurs require many proteins. Analysis of how halopujinone activates the AAR pathway has shown that halofuginone inhibits EPRS and inhibits the synthesis of proline. Inhibition of EPRS results in the depletion of proline leading to the activation of the AAR response, which alleviates autoimmune disease (Tracy L Keller et al. Nature Chem. Biology 8: 311317, 2012). Therefore, an inhibitor of the protein of the present invention including a PRS domain involved in proline synthesis can be used as a therapeutic agent for an autoimmune disease.

본 발명은 인간 유래 EPRS 단백질 중 PRS 단백질 도메인 부분을 포함하는 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 변형된 EPRS 단백질의 결정구조 및 결정화 방법을 제공하고 있어, 이를 이용한 EPRS 저해제 개발에 효과적이다
The present invention provides a crystal structure and a crystallization method of a modified EPRS protein having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 including a PRS protein domain portion of a human-derived EPRS protein, and is effective for the development of an EPRS inhibitor using the same

도 1은 EPRS(bifunctional glutamate/proline tRNA synthetase)의 아미노산 서열을 나타낸 것이고, 빨간 네모 칸은 본 발명에서 결정화한 PRS(proline tRNA synthetase) 도메인의 아미노산 서열을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 EPRS_Tr2 단백질을 코딩하는 DNA를 PCR로 증폭한 후, 전기영동으로 추출한 결과이다.
도 3은 본 발명의 EPRS_Tr2 단백질 코딩 유전자를 포함하는 대장균 발현벡터 pET28a로 형질전환 된 대장균을 배양하여 얻은 세포 침전물을 SDS-폴리아크릴아마이드 젤 전기영동 결과를 나타낸 것이다. (C : IPTG Induction을 하지 않은 형질전환대장균을 Lysis한 샘플. T : 해당 농도의 IPTG와 시간으로 induction하여 얻은 대장균을 Lysis한 Total 샘플. S : Total 샘플을 얻은 상층액(Supernatant). P : Total 샘플을 얻은 펠릿(Pellet)).
도 4는 본 발명의 EPRS_Tr2 단백질을 정제 후, SDS-폴리아크릴아마이드 젤 전기 영동한 결과를 보여주는 사진이다. (M : 사이즈 마커, 45 ~ 72 lane : 단백질 용출 분획)
도 5는 본 발명의 EPRS_Tr2 단백질의 단결정 사진이다.
도 6은 본 발명의 EPRS_Tr2 단백질, ATP, Mg, 프롤린의 혼합 결정 사진이다.
도 7은 본 발명의 EPRS_Tr2 단백질의 단결정 X-선 회절 데이터 이미지이다.
도 8은 구조 정밀화가 완성되어 확보된 EPRS_Tr2 단백질의 구조 모식도로서 이량체(dimer)구조를 보인다.
도 9A는 아미노아실 tRNA 합성효소가 아미노산과 tRNA를 연결시켜주는 과정을 나타낸다.
도 9B는 본원발명의 EPRS_Tr2의 잔기들과 프롤린, 아데노신이 상호작용하고 있는 것을 구조 모식도로 표현한 것으로, 도 9A의 빨간 네모 상태를 나타낸다.
(파란색 : 질소 원소, 빨간색 : 산소 원소, 흰색 : 탄소 원소)
FIG. 1 shows the amino acid sequence of EPRS (bifunctional glutamate / proline tRNA synthetase), and the red square shows the amino acid sequence of the PRS (proline tRNA synthetase) domain crystallized in the present invention.
FIG. 2 shows the result of amplifying the DNA encoding the EPRS_Tr2 protein of the present invention by PCR followed by extraction by electrophoresis.
FIG. 3 shows SDS-polyacrylamide gel electrophoresis results of cell precipitates obtained by culturing Escherichia coli transformed with the E. coli expression vector pET28a containing the EPRS_Tr2 protein coding gene of the present invention. ( C : Lysis of transformed Escherichia coli without IPTG Induction T : Total lysis of Escherichia coli obtained by induction with IPTG and time of the corresponding concentration S : Supernatant obtained from total sample P : Total Pellets from which samples were obtained).
FIG. 4 is a photograph showing the result of SDS-polyacrylamide gel electrophoresis after purifying EPRS_Tr2 protein of the present invention. ( M : size marker, 45 to 72 lane : protein elution fraction)
5 is a single crystal photograph of the EPRS_Tr2 protein of the present invention.
FIG. 6 is a photograph of a mixed crystal of EPRS_Tr2 protein, ATP, Mg, and proline of the present invention.
Figure 7 is a single crystal X-ray diffraction data image of the EPRS_Tr2 protein of the present invention.
FIG. 8 is a structural schematic diagram of the EPRS_Tr2 protein, which is completed and completed, showing a dimer structure.
9A shows a process in which an aminoacyl tRNA synthetase links an amino acid with a tRNA.
FIG. 9B is a structural schematic diagram showing that the residues of EPRS_Tr2 of the present invention interact with proline and adenosine, and shows a red square state of FIG. 9A.
( Blue : nitrogen element, red : oxygen element, white : carbon element)

이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
However, the following examples are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

<실시예 1> &Lt; Example 1 >

EPRS_Tr2 유전자 발현EPRS_Tr2 gene expression

<1-1> EPRS_Tr2 유전자의 증폭<1-1> Amplification of the EPRS_Tr2 gene

EPRS(Bifunctional glutamate/proline-tRNA synthetase, Homo sapiens) 단백질의 게놈 서열 정보를 기초로 하여, EPRS 단백질 중, PRS(proline-tRNA synthetase) 도메인을 포함하는 C 말단(서열번호 1의 아미노산 서열)을 코딩하는 유전자를 아래 프라이머들을 사용하여 PCR(중합효소 연쇄반응)로 증폭하였다(도 1 참조). 상기 프라이머는 아래 [표 1] 에 기재하였다. 상기 PRS 도메인을 본 발명에서는 EPRS_Tr2로 명명하였다. (The amino acid sequence of SEQ ID NO: 1) comprising the PRS (proline-tRNA synthetase) domain, among the EPRS proteins, based on the genomic sequence information of EPRS (bifunctional glutamate / proline-tRNA synthetase, Homo sapiens) Was amplified by PCR (polymerase chain reaction) using the following primers (see Fig. 1). The primers are listed in Table 1 below. The PRS domain was named EPRS_Tr2 in the present invention.

서열번호SEQ ID NO: 방향성directional 서열order 길이Length 33 정방향Forward 5-aaaaagctagcggagcaggagaagggcagggg-35-aaaaa gctagc ggagcaggagaagggcagggg-3 32 mer32 mer 44 역방향Reverse 5-aactcgag tcagtagctgcgaccaaataaggtgtagtacttg-35-aa ctcgag tca gtagctgcgaccaaataaggtgtagtacttg-3 42 mer42 mer

상기 서열번호 3의 염기서열을 갖는 프라이머는 NheI 제한효소 인지부위(음영부분, gctagc)에 해당하는 염기서열을 포함하고, 서열번호 4의 염기서열을 갖는 프라이머는 종결코돈(밑줄 친 부분, tca), 제한효소 XhoI 인지부위(음영부분, ctcgag)에 해당하는 염기서열을 포함한다.The primer having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 includes a nucleotide sequence corresponding to the NheI restriction enzyme recognition site (shaded region, gctagc), the primer having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4 contains the termination codon (underlined portion, tca) , A restriction enzyme XhoI recognition site (shaded region, ctcgag).

PCR 반응액은 호모사피엔스 EPRS DNA 1 ul, 10mM dNTP 2 ul(최종농도:0.2mM), 5uM 프라이머 3 ul,(최종농도:0.3 uM), HotStarTaq DNA 중합효소 0.5 ul(5U/ul, Quiagen, USA), 10ul PCR 완충용액(Quiagen)에 80.5ul의 증류수를 넣어 제조하였다. 상기 반응액을 95℃에서 10분; 94℃에서 1분 30초; 58℃에서 1분; 72℃에서 1분 30초의 반응을 28회 반복하였다. 반응용액을 1% 아가로즈 젤에서 전기영동법으로 분리하여 약 1500 염기쌍의 EPRS_Tr2 유전자를 용출하여 얻었다. The reaction mixture contained 1 μl of homo sapiens EPRS DNA, 2 μl of 10 mM dNTP (final concentration: 0.2 mM), 3 μl of 5 μM primer (final concentration: 0.3 μM), 0.5 μl of HotStarTaq DNA polymerase ), And 10ul PCR buffer (Quiagen) with 80.5ul of distilled water. The reaction solution was incubated at 95 DEG C for 10 minutes; 1 min 30 sec at 94 &lt; 0 &gt;C; 1 min at 58 캜; The reaction at 72 캜 for 1 minute 30 seconds was repeated 28 times. The reaction solution was separated by electrophoresis on 1% agarose gel to obtain about 1,500 base pairs of EPRS_Tr2 gene.

이 용출액 16ul에 10배의 제한효소 반응 완충용액 2ul와 제한효소 NheI과 XhoI을 1ul씩 첨가하여 37에서 20분 동안 반응시켰다. 다음 이 반응용액을 1% 아가로즈 젤에서 전기영동법으로 분리하여 원하는 DNA 절편(이하 EPRS_Tr2 Nhe/Xho)을 추출한 후 50ul의 증류수 용액에 용존시켰다. 전기영동 결과 사진은 [도 2]에 표시하였다.
To 16 μl of this eluate was added 2 μl of restriction enzyme reaction buffer 10 times, 1 μl of restriction enzymes NheI and XhoI, and reacted at 37 for 20 minutes. Next, this reaction solution was separated by electrophoresis on 1% agarose gel, and a desired DNA fragment (hereinafter referred to as EPRS_Tr2 Nhe / Xho) was extracted and dissolved in 50 ul of distilled water. A photograph of the electrophoresis result is shown in Fig.

<1-2> <1-2> EPRSEPRS __ Tr2Tr2 유전자를 포함하는 발현벡터 제조 Generation of expression vector containing gene

Quiagen에서 구입한 플라스미드 pET28a를 제한효소 NheI과 XhoI을 이용하여 완전히 절단하고 1% 아가로즈 젤 상에서 분리하였다(이하 pET28a Nhe/Xho). EPRS_Tr2 Nhe/Xho 6 ul을 위의 플라스미드 벡터 pET28a Nhe/Xho 3 ul과 함께 반응튜브에 넣은 후 2 ul의 10배 연결반응용액 (500mM 트리스-염산, pH 7.8, 100mM 염화마그네슘, 100mM DTT, 10mM ATP), 10U의 T4 DNA 리가제를 넣고 총 부피가 20 ul가 되도록 증류수를 가한 다음 37℃에서 30분 동안 반응시켰다. Plasmid pET28a purchased from Quiagen was completely digested with restriction enzymes NheI and XhoI and separated on 1% agarose gel (hereinafter pET28a Nhe / Xho). 6 μl of EPRS_Tr2 Nhe / Xho was added to the reaction tube together with 3 μl of the above plasmid vector pET28a Nhe / Xho, and then 2 μl of a 10-fold ligated reaction solution (500 mM Tris-HCl, pH 7.8, 100 mM magnesium chloride, 100 mM DTT, 10 mM ATP ), 10 U of T4 DNA ligase, and distilled water was added thereto so that the total volume became 20 μl, followed by reaction at 37 ° C for 30 minutes.

상기 반응용액을 대장균 DH5 컴피턴트 세포에 첨가하여 형질전환 시킨 다음 50 ul/ml 농도의 LB-카나마이신 배지에 평판하여 대장균 형질전환체를 선별하였다. 이들로부터 플라스미드를 추출하고 제한효소 및 염기서열 분석에 의해 각각 pET28a-EPRS_Tr2를 얻은 것을 확인하였다. 상기에서 얻은 재조합 플라스미드에 클로닝된 EPRS_Tr2 유전자의 염기서열 확인은 Sanger 등 (Sanger, F., et al. (1977). PNAS U.S.A 74, 5463)의 방법에 따라 Big-Dye Cycle Sequencing System (Applied Biosystems, U.S.A)을 이용하여 수행하였고 ABI 377 DNA 염기서열 분석기에 의해 분석결과, EPRS_Tr2 유전자 염기서열은 서열번호 2 인 것을 확인하였다.
The reaction solution was transformed into E. coli DH5 competent cells, transformed, and plated on LB-kanamycin medium at a concentration of 50 μl / ml to select E. coli transformants. Plasmids were extracted from these plasmids and confirmed by pET28a-EPRS_Tr2 by restriction enzyme and base sequence analysis, respectively. The nucleotide sequence of the EPRS_Tr2 gene cloned into the recombinant plasmid thus obtained was determined using the Big-Dye Cycle Sequencing System (Applied Biosystems, USA) according to the method of Sanger et al. (Sanger, F., et al. USA). As a result of the analysis by the ABI 377 DNA sequencer, it was confirmed that the nucleotide sequence of EPRS_Tr2 gene was SEQ ID NO: 2.

<실시예 2>&Lt; Example 2 >

단백질의 정제Purification of proteins

<2-1> 대장균 내 EPRS_Tr2 수용화 및 과발현 여부 확인<2-1> Confirmation of EPRS_Tr2 encapsulation and overexpression in E. coli

상기 <실시예 2>에서 얻은 발현 벡터 pET28a-EPRS_Tr2을 발현 숙주인 대장균 Rosetta2(DE3)pLysS(Novagen Inc.)에 형질 전환시켰다. 형질전환된 대장균 균주를 100ug/ml의 카나마이신이 함유된 루리아 배지(LB, 1% 박토트립톤, 0.5% 효모 추출물, 1% 염화나트륨)에서 12시간 동안 진탕 배양한 후 이중 1ml을 100ml의 루리아 배지(100ug/ml의 카나마이신 함유)에 옮겨 37℃에서 박테리아의 흡광도가 600nm에서 약 0.6 정도가 될 때 IPTG(isopropyl-ß-D-galactopyranoside)를 최종농도가 1mM이 되게 첨가하였다. IPTG 첨가한 후 18시간 후에 5000rpm에서 10분간 원심분리하여 각각 세포 침전물을 수거하였다. 수거한 세포 침전물을 20mM Tris pH 8.0, 100mM 염화나트륨, 5mM MgCl2 조성의 완충용액에 현탁시킨 다음, 얼음중탕에서 초음파 분쇄기(Sonic Dismembrator, Fisher, 미국)를 이용하여 세포를 파쇄하였다. 원심분리기로 13000rpm에서 1시간 원심 분리한 후 그 상층액을 분리하였다. The expression vector pET28a-EPRS_Tr2 obtained in Example 2 was transformed into Escherichia coli Rosetta2 (DE3) pLysS (Novagen Inc.) as an expression host. The transformed Escherichia coli strain was shake-cultured for 12 hours with shaking culture in Luria medium (LB, 1% pectin, 0.5% yeast extract, 1% sodium chloride) containing kanamycin at 100 ug / ml for 12 hours. 100 ug / ml of kanamycin) and IPTG (isopropyl-ß-D-galactopyranoside) was added at a final concentration of 1 mM when the absorbance of the bacteria reached about 0.6 at 600 nm at 37 ° C. 18 hours after the addition of IPTG, cell suspensions were collected by centrifugation at 5000 rpm for 10 minutes. The collected cell suspensions were suspended in a buffer solution of 20 mM Tris pH 8.0, 100 mM sodium chloride and 5 mM MgCl 2 , and the cells were disrupted using an ultrasonic disintegrator (Fisher, USA) in an ice bath. After centrifugation at 13000 rpm for 1 hour with a centrifuge, the supernatant was separated.

본 발명에서 목표하는 EPRS_Tr2 단백질의 수용화 및 과발현 여부를 확인하기 위해, IPTG로 배양하지 않은 형질전환 대장균, IPTG로 배양한 형질전환 대장균, 상기 13000rpm으로 원심분리하여 생긴 상층액과 펠렛을 각각 SDS-PAGE를 실시하였고, 그 결과는 [도 3]에 표시했다.In order to confirm the solubilization and overexpression of the target EPRS_Tr2 protein in the present invention, the transformed Escherichia coli not transformed with IPTG, the transformed Escherichia coli cultured with IPTG, the supernatant obtained by centrifugation at 13000 rpm and the pellet were subjected to SDS- PAGE, and the results are shown in Fig.

도 3]에서 T는 total sample 이고, S는 상층액 sample, P는 펠렛 sample 이다. T와 S sample에서 표적 EPRS_Tr2 단백질(58kDa)의 band가 보이는데(도 3의 빨간 네모), 이는 EPRS_Tr2 단백질의 수용화와 과발현에 성공했다는 것을 의미한다.
3], T is the total sample, S is the supernatant sample, and P is the pellet sample. A band of the target EPRS_Tr2 protein (58 kDa) is seen in the T and S samples (red square in FIG. 3), which means that the EPRS_Tr2 protein has been successfully hydrated and overexpressed.

<2-2> 파쇄된 대장균에서 단백질의 정제&Lt; 2-2 > Purification of protein in disrupted Escherichia coli

상기 상층액을 20 mM Tris pH 8.0, 100 mM 염화나트륨, 5 mM 마그네슘 클로라이드 조성의 완충용액으로 미리 평형된 니켈-니트릴로트리아세틱 액시드(Ni-NTA)칼럼 (파마시아, 미국)에 결합시킨 후 0-0.5M 이미다졸 농도구배를 이용하여 용출한 후 SDS-PAGE하여 EPRS_Tr2 단백질 부분만 모았다. The supernatant was bound to a pre-equilibrated nickel-nitrilotriacetic acid (Ni-NTA) column (Pharmacia, USA) with a buffer of 20 mM Tris pH 8.0, 100 mM sodium chloride, 5 mM magnesium chloride, After elution with an imidazole concentration gradient of -0.5M, only the EPRS_Tr2 protein portion was collected by SDS-PAGE.

상기 모은 EPRS_Tr2 단백질을 이온교환수지로 2ml 가량 농축한 후, 20mM Tris pH 8.0, 100mM 염화나트륨, 1% 글라이세롤, 5mM DTT 조성의 완충용액으로 평형된 젤 필트레이션 칼럼(Superdex 200, 26/80, 파마시아)에 주입시킨 후 단백질의 분자량에 의해 분리하여 SDS-PAGE로 확인하고 EPRS_Tr2 단백질을 정제하였다([도 4] 참조).
The collected EPRS_Tr2 protein was concentrated to about 2 ml with an ion exchange resin, and then purified by using a gel filtration column (Superdex 200, 26/80, 100 mM sodium chloride, 1% glycerol, 5 mM DTT) equilibrated with 20 mM Tris pH 8.0, Pharmacia), separated by the molecular weight of the protein, confirmed by SDS-PAGE, and the EPRS_Tr2 protein was purified (see FIG. 4).

<< 실시예Example 3> 3>

정제된 단백질의 결정화 및 냉각Crystallization and cooling of the purified protein

공지된 행잉 드롭 증기 평형법(Hanging-drop vapour diffusion method; Jancarik, J. et al.. J. Appl. Cryst; 24: pp.409-411, 1991)을 응용하여 상기 실시예 2에서 정제한 EPRS_Tr2 단백질을 결정화하였다. (EPRS_Tr2) purified in Example 2 by applying a known Hanging-drop vapor diffusion method (Jancarik, J. et al .. J. Appl. Cryst; 24: pp.409-411, The protein crystallized.

1M sodium cacodylate trihydrate(pH6.0), 0.85M sodium citrate tribasic dihydrate로 구성된 용액에 EPRS_Tr2을 넣고 단백질 농도를 36mg/ml로 조절하여 단백질 용액을 제조하였다. 최종 단백질 농도는 브래드포드 방법(Bradford, M., Anlytical biochemistry ; 72: pp.248-254, 1976)에 의해 결정하였다. EPRS_Tr2 was added to a solution consisting of 1M sodium cacodylate trihydrate (pH 6.0) and 0.85M sodium citrate tribasic dihydrate, and the protein concentration was adjusted to 36 mg / ml to prepare a protein solution. Final protein concentration was determined by the Bradford method (Bradford, M., Anlytical biochemistry ; 72: pp.248-254, 1976).

상기의 최종 단백질 용액과 초기 스크린 용액(Hampton research Inc, Emerald BIosystems Inc 제품)으로 단계별로 결정 조건을 검색하였다. 그 결과, 1.0M 구연산나트륨/염산(Sodium citrate/HCl) 및 0.1M 카코딜염산 나트륨(Sodium cacodylate)으로 이루어진 pH6.5의 조건이 가장 적합한 것으로 나왔다. The final protein solution and the initial screen solution (Hampton Research Inc, Emerald Biosystems Inc) were used to retrieve the determination conditions step by step. As a result, a pH 6.5 condition consisting of 1.0 M sodium citrate / HCl and 0.1 M sodium cacodylate was found to be the most suitable.

마이크로브릿지(microbridge) 표면에 EPRS_Tr2 단백질 용액 1㎕와 저수조 용액 1㎕의 혼합용액을 접촉시키고, 이 슬라이드를 저수조 용액 0.5ml가 들어 있는 플레이트 위에 덮어 20℃ 항온 상태에서 보관하였다. 3일 후에 결정이 생성되었고 육방정계 공간군을 나타내는 단백질 단결정을 획득하였다. 획득한 결정은 카메라(SHW-M110S)로 찍어 [도 5]에 기재하였다. 1 μl of the EPRS_Tr2 protein solution and 1 μl of the reservoir solution were brought into contact with the surface of the microbridge and the slide was covered on a plate containing 0.5 ml of the reservoir solution and kept at 20 ° C. After 3 days, crystals were formed and protein monocrystals representing hexagonal space groups were obtained. The obtained crystal was photographed by a camera (SHW-M110S) (FIG. 5).

EPRS_Tr2 결정을 직접 X-선에 노출 시 파생되는 문제점을 해결하기 위하여, 다음과 같이 EPRS_Tr2 결정을 문헌에 기재된 고속 질소 냉각법(Garman E.F. et al.. J. Appl. Cryst.. 30, pp.211-237,1997)을 응용하여 냉각시켰다. In order to solve the problem that the EPRS_Tr2 crystal is directly exposed to the X-ray, the EPRS_Tr2 crystal is determined by the high-speed nitrogen cooling method (Garman EF et al .. J. Appl. Cryst. 30, pp.211- 237, 1997).

고속질소 냉각법의 최적 조건을 검색한 결과, 3.4 M sodium malonate와 0.1 M sodium cacodylate trihydrate (pH6.0)과 0.85M sodium citrate tribasic dihydrate로 구성된 고속 냉각용 용액이 EPRS_Tr2 결정에 아무런 해를 입치지 않으면서 100 K의 액체 질소 스트림에 가장 잘 견디게 해주는 것으로 나타났다. 또한 실험 도중에 자주 발생되는 아이스링 (고속질소 냉각이 완전하지 않는 경우에 물이 얼어서 나타나는 현상) 현상도 보이지 않았다.
The optimum condition for the rapid nitrogen cooling method was found to be that the rapid cooling solution consisting of 3.4 M sodium malonate, 0.1 M sodium cacodylate trihydrate (pH 6.0) and 0.85 M sodium citrate tribasic dihydrate had no harmful effect on the EPRS_Tr2 crystal 100 K of liquid nitrogen stream. Also, there was no ice ring (phenomenon in which water freezes when high-speed nitrogen cooling is not completed) often occurred during the experiment.

<실시예 4><Example 4>

단백질 결정구조 분석Analysis of protein crystal structure

<4-1> X-&Lt; 4-1 > 회절diffraction 데이터 수집 Data collection

상기 실시예 3에서 얻어진 EPRS_Tr2 결정으로 포항공과 대학교내의 방사광 가속기(Marcromolecular Beam Line PL-7A)에서 데이터를 모으는 실험을 수행하였다. 가속기의 검출기는 Q210(Area Detector System Co. USA)으로서 EPRS_Tr2 결정의 데이터 한계는 2.6 이고, 결정의 공간군은 육방정계 공간군(P3121)이며, 격자 단위는 a=119.67Å , b=119.67Å, c=99.36Å 및 α=ß=90°, γ=120° 이다.Experiments were carried out by collecting data from a Marcromolecular Beam Line (PL-7A) in POSTECH with the EPRS_Tr2 crystal obtained in Example 3 above. The data limit of the EPRS_Tr2 determination is 2.6, the space group of crystals is the hexagonal space group (P3 1 21), the lattice unit is a = 119.67 Å, b = 119.67 Å, c = 99.36 Å and α = ß = 90 ° and γ = 120 °.

상기 실시예에서 제조한 EPRS_Tr2 단백질이 프롤린, AMP와 상호작용하는 아미노산 잔기를 파악하기 위해, ATP, Mg, 프롤린을 EPRS_Tr2 단백질과 혼합하였다. 상기 분자들의 상호작용을 유도하기 위해, EPRS_Tr2 단백질이 녹아있는 용액의 용매(1M sodium cacodylate trihydrate(pH6.0), 0.85M sodium citrate tribasic dihydrate)와 같은 용매에 녹인 후, 이 용액을 상기 단백질 용액에 첨가하여, 각각의 농도가 5mM이 되도록 한 후, 혼합 결정을 생성했다. 생성된 결정을 사진으로 찍은 결과, [도 6]과 같은 모양이었다. 상기 혼합 결정의 데이터 한계는 2.3Å 이며, 상기 혼합 결정의 공간군은 육방정계 공간군(P3121)으로 EPRS_Tr2 단결정과 같다. ATP, Mg, proline were mixed with the EPRS_Tr2 protein in order to identify the amino acid residues in which the EPRS_Tr2 protein prepared in the above example interacts with proline and AMP. In order to induce the interaction of the molecules, the solution is dissolved in a solvent such as 1M sodium cacodylate trihydrate (pH 6.0), 0.85M sodium citrate tribasic dihydrate dissolved in EPRS_Tr2 protein solution, To make each concentration 5 mM, and then mixed crystals were produced. The resulting crystals were photographed as shown in Fig. The data limit of the mixed crystal is 2.3 ANGSTROM, and the space group of the mixed crystal is a hexagonal space group (P3 1 21), which is the same as the EPRS_Tr2 single crystal.

EPRS_Tr2 단백질의 단결정 X-선 회절 이미지는 [도 7]에 표시하였다.
A single crystal X-ray diffraction image of the EPRS_Tr2 protein is shown in Fig.

<4-2> 3차원 구조 해석<4-2> Analysis of three-dimensional structure

상기 단백질 결정의 구조는 분자치환방법(Molecular replacement)과 Zn-MAD(Multi-wavelength anomalous dispersion, 다중이상분산법)를 이용하여 규명하였다. 상기 X-선 회절 데이터를 구조 프로그램 Phenix, CCP4, CNS 등을 이용해 Phasing 단계를 거쳐 3차원적인 구조로 규명하였다. The structure of the protein crystal was identified by molecular replacement and Zn-MAD (Multi-wavelength anomalous dispersion). The X-ray diffraction data were identified by a three-dimensional structure through a phasing step using structural programs Phenix, CCP4, CNS, and the like.

단백질 구조 분석 결과, 2개의 단량체를 포함하는 다이머(dimer) 구조인 것을 확인하였다([도 8] 참조). As a result of analyzing the protein structure, it was confirmed that it is a dimer structure including two monomers (see FIG. 8).

또한, ATP, Mg, 프롤린, EPRS_Tr2를 혼합한 결정의 전자밀도 구조를 규명한 결과는 [도 9 B]에 표시하였다. 상기 [도 9 B]에서 아데닌, 프롤린과 상호작용하는 EPRS_Tr2의 아미노산 잔기들을 확인할 수 있다. 프롤린과 상호작용을 하는 잔기들은 히스티딘 242, 트레오닌 240, 121, 글루타믹산 123, 아르기닌 152 이고, 아데노신 부분과 상호작용하는 잔기는 아르기닌 163,278, 152, 글로타메이트 237 인 것을 확인할 수 있다.
In addition, the electron density structure of crystals obtained by mixing ATP, Mg, proline and EPRS_Tr2 is shown in FIG. 9B. In FIG. 9B, amino acid residues of EPRS_Tr2 interacting with adenine, proline can be identified. The residues interacting with proline are histidine 242, threonine 240, 121, glutamic acid 123, arginine 152, and the residues interacting with the adenosine moiety are arginine 163, 278, 152, glutamate 237.

본 발명은 인간 유래 EPRS 단백질 중 PRS 단백질 도메인 부분을 포함하는 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 변형된 EPRS 단백질의 결정구조 및 결정화 방법을 제공하고 있어, 이를 이용한 EPRS 저해제 개발에 이용할 수 있어, 산업상 이용가능성이 높다.The present invention provides a crystal structure and a crystallization method of a modified EPRS protein having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 including a PRS protein domain portion of a human-derived EPRS protein and can be used for the development of EPRS inhibitors using the same, It is highly available.

<110> Medicinal Bioconvergence Research Center <120> Crystal Structure and Crystallization of modified EPRS protein <130> NP12-0075 <160> 4 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 512 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> EPRS_Tr2 protein AA sequence <400> 1 Gly Ala Gly Glu Gly Gln Gly Pro Lys Lys Gln Thr Arg Leu Gly Leu 1 5 10 15 Glu Ala Lys Lys Glu Glu Asn Leu Ala Asp Trp Tyr Ser Gln Val Ile 20 25 30 Thr Lys Ser Glu Met Ile Glu Tyr His Asp Ile Ser Gly Cys Tyr Ile 35 40 45 Leu Arg Pro Trp Ala Tyr Ala Ile Trp Glu Ala Ile Lys Asp Phe Phe 50 55 60 Asp Ala Glu Ile Lys Lys Leu Gly Val Glu Asn Cys Tyr Phe Pro Met 65 70 75 80 Phe Val Ser Gln Ser Ala Leu Glu Lys Glu Lys Thr His Val Ala Asp 85 90 95 Phe Ala Pro Glu Val Ala Trp Val Thr Arg Ser Gly Lys Thr Glu Leu 100 105 110 Ala Glu Pro Ile Ala Ile Arg Pro Thr Ser Glu Thr Val Met Tyr Pro 115 120 125 Ala Tyr Ala Lys Trp Val Gln Ser His Arg Asp Leu Pro Ile Lys Leu 130 135 140 Asn Gln Trp Cys Asn Val Val Arg Trp Glu Phe Lys His Pro Gln Pro 145 150 155 160 Phe Leu Arg Thr Arg Glu Phe Leu Trp Gln Glu Gly His Ser Ala Phe 165 170 175 Ala Thr Met Glu Glu Ala Ala Glu Glu Val Leu Gln Ile Leu Asp Leu 180 185 190 Tyr Ala Gln Val Tyr Glu Glu Leu Leu Ala Ile Pro Val Val Lys Gly 195 200 205 Arg Lys Thr Glu Lys Glu Lys Phe Ala Gly Gly Asp Tyr Thr Thr Thr 210 215 220 Ile Glu Ala Phe Ile Ser Ala Ser Gly Arg Ala Ile Gln Gly Gly Thr 225 230 235 240 Ser His His Leu Gly Gln Asn Phe Ser Lys Met Phe Glu Ile Val Phe 245 250 255 Glu Asp Pro Lys Ile Pro Gly Glu Lys Gln Phe Ala Tyr Gln Asn Ser 260 265 270 Trp Gly Leu Thr Thr Arg Thr Ile Gly Val Met Thr Met Val His Gly 275 280 285 Asp Asn Met Gly Leu Val Leu Pro Pro Arg Val Ala Cys Val Gln Val 290 295 300 Val Ile Ile Pro Cys Gly Ile Thr Asn Ala Leu Ser Glu Glu Asp Lys 305 310 315 320 Glu Ala Leu Ile Ala Lys Cys Asn Asp Tyr Arg Arg Arg Leu Leu Ser 325 330 335 Val Asn Ile Arg Val Arg Ala Asp Leu Arg Asp Asn Tyr Ser Pro Gly 340 345 350 Trp Lys Phe Asn His Trp Glu Leu Lys Gly Val Pro Ile Arg Leu Glu 355 360 365 Val Gly Pro Arg Asp Met Lys Ser Cys Gln Phe Val Ala Val Arg Arg 370 375 380 Asp Thr Gly Glu Lys Leu Thr Val Ala Glu Asn Glu Ala Glu Thr Lys 385 390 395 400 Leu Gln Ala Ile Leu Glu Asp Ile Gln Val Thr Leu Phe Thr Arg Ala 405 410 415 Ser Glu Asp Leu Lys Thr His Met Val Val Ala Asn Thr Met Glu Asp 420 425 430 Phe Gln Lys Ile Leu Asp Ser Gly Lys Ile Val Gln Ile Pro Phe Cys 435 440 445 Gly Glu Ile Asp Cys Glu Asp Trp Ile Lys Lys Thr Thr Ala Arg Asp 450 455 460 Gln Asp Leu Glu Pro Gly Ala Pro Ser Met Gly Ala Lys Ser Leu Cys 465 470 475 480 Ile Pro Phe Lys Pro Leu Cys Glu Leu Gln Pro Gly Ala Lys Cys Val 485 490 495 Cys Gly Lys Asn Pro Ala Lys Tyr Tyr Thr Leu Phe Gly Arg Ser Tyr 500 505 510 <210> 2 <211> 1536 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> EPRS_Tr2 protein DNA sequence <400> 2 ggagcaggag aagggcaggg gcctaagaaa cagaccaggt tgggtcttga ggcaaaaaaa 60 gaagaaaatc ttgctgattg gtattctcag gtcatcacaa agtcagaaat gattgaatac 120 catgacataa gtggctgtta tattcttcgt ccctgggcct atgccatttg ggaagccatc 180 aaggactttt ttgatgctga gatcaagaaa cttggtgttg aaaactgcta cttccccatg 240 tttgtgtctc aaagtgcatt agagaaagag aagactcatg ttgctgactt tgccccagag 300 gttgcttggg ttacaagatc tggcaaaacc gagctggcag aaccaattgc cattcgtcct 360 actagtgaaa cagtaatgta tcctgcatat gcaaaatggg tacagtcaca cagagacctg 420 cccatcaagc tcaatcagtg gtgcaatgtg gtgcgttggg aattcaagca tcctcagcct 480 ttcctacgta ctcgtgaatt tctttggcag gaagggcaca gtgcttttgc taccatggaa 540 gaggcagcgg aagaggtctt gcagatactt gacttatatg ctcaggtata tgaagaactc 600 ctggcaattc ctgttgttaa aggaagaaag acggaaaagg aaaaatttgc aggaggagac 660 tatacaacta caatagaagc atttatatct gctagtggaa gagctatcca gggaggaaca 720 tcacatcatt tagggcagaa tttttccaaa atgtttgaaa tcgtttttga agatccaaag 780 ataccaggag agaagcaatt tgcctatcaa aactcctggg gcctgacaac tcgaactatt 840 ggtgttatga ccatggttca tggggacaac atgggtttag tattaccacc ccgtgtagca 900 tgtgttcagg tggtgattat tccttgtggc attaccaatg cactttctga agaagacaaa 960 gaagcgctga ttgcaaaatg caatgattat cgaaggcgat tactcagtgt taacatccgc 1020 gttagagctg atttacgaga taattattct ccaggttgga aattcaatca ctgggagctc 1080 aagggagttc ccattagact tgaagttggg ccacgtgata tgaagagctg tcagtttgta 1140 gccgtcagac gagatactgg agaaaagctg acagttgctg aaaatgaggc agagactaaa 1200 cttcaagcta ttttggaaga catccaggtc acccttttca caagggcttc tgaagacctt 1260 aagactcata tggttgtggc taatacaatg gaagactttc agaagatact agattctgga 1320 aagattgttc agattccatt ctgtggggaa attgactgtg aggactggat caaaaagacc 1380 actgccaggg atcaagatct tgaacctggt gctccatcca tgggagctaa aagcctttgc 1440 atccccttca aaccactctg tgaactgcag cctggagcca aatgtgtctg tggcaagaac 1500 cctgccaagt actacacctt atttggtcgc agctac 1536 <210> 3 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward Primer to amplify EPRS_Tr2 DNA <400> 3 aaaaagctag cggagcagga gaagggcagg gg 32 <210> 4 <211> 42 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse Primer to amplify EPRS_Tr2 DNA <400> 4 aactcgagtc agtagctgcg accaaataag gtgtagtact tg 42 <110> Medicinal Bioconvergence Research Center <120> Crystal Structure and Crystallization of modified EPRS protein <130> NP12-0075 <160> 4 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 512 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> EPRS_Tr2 protein AA sequence <400> 1 Gly Ala Gly Glu Gly Gly Gly Pro Lys Lys Gln Thr Arg Leu Gly Leu   1 5 10 15 Glu Ala Lys Lys Glu Glu Asn Leu Ala Asp Trp Tyr Ser Gln Val Ile              20 25 30 Thr Lys Ser Glu Met Ile Glu Tyr His Asp Ile Ser Gly Cys Tyr Ile          35 40 45 Leu Arg Pro Trp Ala Tyr Ala Ile Trp Glu Ala Ile Lys Asp Phe Phe      50 55 60 Asp Ala Glu Ile Lys Lys Leu Gly Val Glu Asn Cys Tyr Phe Pro Met  65 70 75 80 Phe Val Ser Gln Ser Ala Leu Glu Lys Glu Lys Thr His Val Ala Asp                  85 90 95 Phe Ala Pro Glu Val Ala Trp Val Thr Arg Ser Gly Lys Thr Glu Leu             100 105 110 Ala Glu Pro Ile Ala Ile Arg Pro Thr Ser Glu Thr Val Met Tyr Pro         115 120 125 Ala Tyr Ala Lys Trp Val Gln Ser His Arg Asp Leu Pro Ile Lys Leu     130 135 140 Asn Gln Trp Cys Asn Val Val Arg Trp Glu Phe Lys His Pro Gln Pro 145 150 155 160 Phe Leu Arg Thr Arg Glu Phe Leu Trp Gln Glu Gly His Ser Ala Phe                 165 170 175 Ala Thr Met Glu Glu Glu Ala Glu Glu Glu Glu Ile Leu Asp Leu             180 185 190 Tyr Ala Gln Val Tyr Glu Glu Leu Ala Ile Pro Val Val Lys Gly         195 200 205 Arg Lys Thr Glu Lys Glu Lys Phe Ala Gly Gly Asp Tyr Thr Thr Thr     210 215 220 Ile Glu Ala Phe Ile Ser Ala Ser Gly Arg Ala Ile Gln Gly Gly Thr 225 230 235 240 Ser His His Leu Gly Gln Asn Phe Ser Lys Met Phe Glu Ile Val Phe                 245 250 255 Glu Asp Pro Lys Ile Pro Gly Glu Lys Gln Phe Ala Tyr Gln Asn Ser             260 265 270 Trp Gly Leu Thr Thr Arg Thr Ile Gly Val Met Thr Met Val His Gly         275 280 285 Asp Asn Met Gly Leu Val Leu Pro Pro Arg Val Ala Cys Val Gln Val     290 295 300 Val Ile Ile Pro Cys Gly Ile Thr Asn Ala Leu Ser Glu Glu Asp Lys 305 310 315 320 Glu Ala Leu Ile Ala Lys Cys Asn Asp Tyr Arg Arg Arg Leu Leu Ser                 325 330 335 Val Asn Ile Arg Val Arg Ala Asp Leu Arg Asp Asn Tyr Ser Pro Gly             340 345 350 Trp Lys Phe Asn His Trp Glu Leu Lys Gly Val Pro Ile Arg Leu Glu         355 360 365 Val Gly Pro Arg Asp Met Lys Ser Cys Gln Phe Val Ala Val Arg Arg     370 375 380 Asp Thr Gly Glu Lys Leu Thr Val Ala Glu Asn Glu Ala Glu Thr Lys 385 390 395 400 Leu Gln Ala Ile Leu Glu Asp Ile Gln Val Thr Leu Phe Thr Arg Ala                 405 410 415 Ser Glu Asp Leu Lys Thr His Met Val Val Ala Asn Thr Met Glu Asp             420 425 430 Phe Gln Lys Ile Leu Asp Ser Gly Lys Ile Val Gln Ile Pro Phe Cys         435 440 445 Gly Glu Ile Asp Cys Glu Asp Trp Ile Lys Lys Thr Thr Ala Arg Asp     450 455 460 Gln Asp Leu Glu Pro Gly Ala Pro Ser Met Gly Ala Lys Ser Leu Cys 465 470 475 480 Ile Pro Phe Lys Pro Leu Cys Glu Leu Gln Pro Gly Ala Lys Cys Val                 485 490 495 Cys Gly Lys Asn Pro Ala Lys Tyr Tyr Thr Leu Phe Gly Arg Ser Tyr             500 505 510 <210> 2 <211> 1536 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> EPRS_Tr2 protein DNA sequence <400> 2 ggagcaggag aagggcaggg gcctaagaaa cagaccaggt tgggtcttga ggcaaaaaaa 60 gaagaaaatc ttgctgattg gtattctcag gtcatcacaa agtcagaaat gattgaatac 120 catgacataa gtggctgtta tattcttcgt ccctgggcct atgccatttg ggaagccatc 180 aaggactttt ttgatgctga gatcaagaaa cttggtgttg aaaactgcta cttccccatg 240 tttgtgtctc aaagtgcatt agagaaagag aagactcatg ttgctgactt tgccccagag 300 gttgcttggg ttacaagatc tggcaaaacc gagctggcag aaccaattgc cattcgtcct 360 actagtgaaa cagtaatgta tcctgcatat gcaaaatggg tacagtcaca cagagacctg 420 cccatcaagc tcaatcagtg gtgcaatgtg gtgcgttggg aattcaagca tcctcagcct 480 ttcctacgta ctcgtgaatt tctttggcag gaagggcaca gtgcttttgc taccatggaa 540 gaggcagcgg aagaggtctt gcagatactt gacttatatg ctcaggtata tgaagaactc 600 ctggcaattc ctgttgttaa aggaagaaag acggaaaagg aaaaatttgc aggaggagac 660 tatacaacta caatagaagc atttatatct gctagtggaa gagctatcca gggaggaaca 720 tcacatcatt tagggcagaa tttttccaaa atgtttgaaa tcgtttttga agatccaaag 780 ataccaggag agaagcaatt tgcctatcaa aactcctggg gcctgacaac tcgaactatt 840 ggtgttatga ccatggttca tggggacaac atgggtttag tattaccacc ccgtgtagca 900 tgtgttcagg tggtgattat tccttgtggc attaccaatg cactttctga agaagacaaa 960 gaagcgctga ttgcaaaatg caatgattat cgaaggcgat tactcagtgt taacatccgc 1020 gttagagctg atttacgaga taattattct ccaggttgga aattcaatca ctgggagctc 1080 aagggagttc ccattagact tgaagttggg ccacgtgata tgaagagctg tcagtttgta 1140 gccgtcagac gagatactgg agaaaagctg acagttgctg aaaatgaggc agagactaaa 1200 cttcaagcta ttttggaaga catccaggtc acccttttca caagggcttc tgaagacctt 1260 aagactcata tggttgtggc taatacaatg gaagactttc agaagatact agattctgga 1320 aagattgttc agattccatt ctgtggggaa attgactgtg aggactggat caaaaagacc 1380 actgccaggg atcaagatct tgaacctggt gctccatcca tgggagctaa aagcctttgc 1440 atccccttca aaccactctg tgaactgcag cctggagcca aatgtgtctg tggcaagaac 1500 cctgccaagt actacacctt atttggtcgc agctac 1536 <210> 3 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward Primer to amplify EPRS_Tr2 DNA <400> 3 aaaaagctag cggagcagga gaagggcagg gg 32 <210> 4 <211> 42 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer to amplify EPRS_Tr2 DNA <400> 4 aactcgagtc agtagctgcg accaaataag gtgtagtact tg 42

Claims (7)

인간 유래 EPRS(Bifunctional Glutamate/Proline synthetase) 단백질의 N말단 부분의 아미노산 1000개를 제거하여 서열번호 1의 아미노산 서열로 표시되고, 공간군이 P3121, 단위 세포 파라미터가 a=119.67Å, b=119.67Å, c=99.36Å, α=ß=90°, γ=120°이며, 다이머(dimer) 구조를 갖는 변형된 EPRS 단백질의 결정.
1, the space group is represented by P3 1 21, the unit cell parameter is represented by a = 119.67 Å, b = 1 , 2, 3, 4, 119.67 Å, c = 99.36 Å, α = ß = 90 °, γ = 120 °, and a dimer structure.
(a) 인간 유래 EPRS(Bifunctional Glutamate/Proline synthetase) 단백질의 N말단 부분 1000개의 아미노산을 제거하여 서열번호 1의 아미노산 서열로 표시되는 변형된 EPRS(Bifunctional Glutamate/proline tRNA synthetase) 단백질을 발현 및 정제하는 단계; 및
(b) 상기 (a) 단계에서 정제된 단백질을 구연산나트륨/염산(Sodium citrate/HCl) 또는 카코딜염산 나트륨(Sodium cacodylate)을 침전제로 포함하는 보존용액으로 결정화하는 단계를 포함하는 제1항의 단백질 결정화 방법.
(a) expressing and purifying a modified EPRS (Bifunctional Glutamate / proline tRNA synthetase) protein represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 by removing 1000 amino acids at the N-terminal part of a human EPRS (Bifunctional Glutamate / Proline synthetase) step; And
(b) crystallizing the protein purified in step (a) with a preservative solution containing sodium citrate / HCl or sodium cacodylate as a precipitant. Crystallization method.
제2항에 있어서, 상기 (b) 단계의 결정화 방법은 방울 혼합 증기 평형법인 것을 특징으로 하는 제1항의 단백질 결정화 방법.[3] The method of claim 2, wherein the crystallization method of step (b) is a droplet mixed steam equilibrium method. 제2항에 있어서, 상기 구연산나트륨/염산(Sodium citrate/HCl)은 농도가 0.5M 내지 1.5M이고, 카코딜염산 나트륨(Sodium cacodylate)은 농도가 0.05M 내지 0.15M인 것을 특징으로 하는 제1항의 단백질 결정화 방법.
The method according to claim 2, wherein the concentration of sodium citrate / HCl is 0.5M to 1.5M, and the concentration of sodium cacodylate is 0.05M to 0.15M. &Lt; / RTI &gt;
제2항에 있어서, 상기 (b)단계의 단백질 결정화는 pH 6.0 내지 7.0에서 수행되는 것을 특징으로 하는 결정화 방법.
The crystallization method according to claim 2, wherein the protein crystallization in step (b) is performed at a pH of 6.0 to 7.0.
제2항에 있어서, 상기 (b)단계의 단백질 결정화는 15 내지 25℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 결정화 방법.
The crystallization method according to claim 2, wherein the protein crystallization in step (b) is performed at a temperature of 15 to 25 ° C.
(a) 제1항의 변형된 EPRS 단백질 결정과 후보 화합물을 반응시키는 단계; 및
(b) 상기 후보 화합물 중에서 상기 변형된 EPRS 단백질 결정과 상호작용하는 화합물을 선발하여 변형된 EPRS 단백질의 활성을 저해하는 화합물을 결정하는 단계
를 포함하는 변형된 EPRS 단백질 활성 저해제 개발 방법.
(a) reacting a candidate compound with the modified EPRS protein crystal of claim 1; And
(b) selecting a compound that interacts with the modified EPRS protein crystal among the candidate compounds to determine a compound that inhibits the activity of the modified EPRS protein
Lt; RTI ID = 0.0 &gt; EPRS &lt; / RTI &gt; protein activity inhibitor.
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