KR20030034156A

KR20030034156A - 막 관통 펩타이드 및 이의 용도

Info

Publication number: KR20030034156A
Application number: KR10-2003-7002754A
Authority: KR
Inventors: 궈융; 모스클래런스씨; 야오정빈; 키슬러조지에이2세
Original assignee: 아벤티스 파마슈티칼스 인크.
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2001-08-23
Publication date: 2003-05-01
Also published as: IL154589A; US20030229202A1; US7754678B2; AR033834A1; BRPI0113477B1; DE60133585T2; ZA200301476B; JP4896356B2; TWI317737B; US20060100134A1; KR100810927B1; DE60133585D1; BRPI0113477B8; JP2004512275A; BR0113477A; GB0103110D0

Abstract

본 발명은 관심 화합물에 대한 시험관내, 생체외 및 생체내 세포내에서의 전달 장치로서 유용한 막 관통 펩타이드에 관한 것이다. 보다 특히, 본 발명은 관심 화합물을 세포에 전달하기 위한 단백질 캐리어로서 사용할 수 있는 막 관통 펩타이드의 동정법 및 막 관통 펩타이드에 결합되어 있는 관심 화합물을 세포에 전달하는 방법을 포함한다.

Description

막 관통 펩타이드 및 이의 용도{Membrane penetrating peptides and uses thereof}

본원은 2000년 8월 25일에 출원된 미국 가특허원 제60/227,647호 및 2001년 2월 7일에 출원된 영국 특허원 제0103110.3호를 우선권으로 청구한다.

소형 분자, 올리고뉴클레오타이드 및 단백질의 생물학적 막을 통한 전달은 주요한 도전 직면 요법 및 확인 파라다임이다. 최근에는 안테나페디아, TAT-HIV 및 VP22로부터 유래된 전달 펩타이드는 생물학적 막을 관통하여, 적재 비히클로서 작용하고, 특이적 세포하 구획에 대해 표적화할 수 있는 것으로 확립되었다. 본발명자들은 본원에서 전달 펩타이드로서 작용하는 사람 Period 1(hPER1) 일주기성 단백질내에서의 핵 국재화 서열(NLS)의 동정을 제시한다. 보다 중요하게는, 데이터베이스 마이닝을 이용하여, 본 발명자들은 다른 단백질의 NLS내에 매봉되고 유전자-암호화된 전달 펩타이드의 수가 3 내지 14에 이르는 추가의 전달 펩타이드를 밝혀내었다. 본 발명자들의 데이터는 전달 펩타이드가 NLS내에서 발견되며, 게놈 전체에 걸쳐 우세하고, 다양하고, 광범위하게 분포되어 있음을 제시한다. 특정의 세포외 및 세포내 단백질이 경막 세포내 특이적 소기관에 표적화되거나 세포로부터 분비되는 것으로 충분히 확립되어 있다. 세포내 단백질 표적화를 발생시키는 생물학적 메카니즘은 지속적으로 특성화되나, 국재화에 대한 특정의 메카니즘은 관심 단백질내에 함유된 특이적 리더 서열 또는 단백질내 서열에 의해 발생하는 것으로 충분히 인지되어 있다. 선택된 세포 소기관의 국재화는 특이적 표적화 서열에 의해 촉진된다. 다수의 핵 국재화 서열(NLS)은 단백질을 수송시키거나 달리 세포질로부터 핵 막으로 통과시키는 단백질내에서 동정되었다.

표적화 서열을 함유하는 융합 단백질 및 또 다른 기타 비표적화된 단백질은 선택된 표적화 서열에 따라 선택된 세포 소기관내에 국재화되어 있다. 예를 들어, 문헌[참조: Ferullo, J. M. and Paget, E. FR 279695]에는 효소를 시토졸 이외의 세포 구획, 예를 들어, 액포에 배향시키는 시그널 서열에 융합된 하이드록시페닐피루베이트 디옥시게나제(HPPD)의 선택적 구획화가 개시되어 있다. 유사하게는, 제WO 0147950호(Wehrle-Haller, Bernhard M.; Imhof, Beat A)에는 세포-표면-고정화 성장 인자의 세포 표면에서의 기저측 표적화 및 연장된 노출의 원인이 되는 신규한 결정인자가 동정되어 있다. 시그널은 아미노산 서열 X1h2X3h4Lp5p6(여기서, X1은 극성 아미노산 잔기 또는 알라닌이고, h2는 임의의 소수성 아미노산 잔기이고, X3은 임의의 아미노산 잔기이고, h4는 로이신 및 이소로이신을 제외한 소수성 아미노산 잔기이고, L은 로이신 잔기이고, p5는 임의의 극성 아미노산 잔기이고, p6은 임의의 극성 아미노산이다)로 이루어진 모노-로이신 의존성 기저측 소팅 시그널이다. 문헌[참조: Richardson, A. E., et al.,Plant J.(2001), 25(6), 641-649]에는 효소 아스퍼질러스 파이타제를 당근 익스텐신 유전자로부터의 시그널 펩타이드 서열을 포함하도록 조작하는 것이 기술되어 있다. 생성된 융합 단백질은 세포외 효소로서 인접한 토양한 토양에 분비된 경우에만 단지 유효하고, 형질전환 계통에서 총 뿌리 파이타제 활성에서 20배 증가를 유발하고, 식물의 성장 및 인 함량이 무기 인산염으로 보충된 대조 식물과 동등하도록 개선된 인 영양을 후속적으로 유발한다. 제WO 0132894호(Lok, S.)에는 형질감염된 세포의 표면으로 재조합 단백질을 고정화시키기 위한 II형 세포 표면 단백질의 시그널 고정 도메인 서열의 사용이 개시되어 있다. II형 세포 표면 단백질의 특징적인 국면은 이들이 단일 소수성 경막 도메인에 의해 세포 막내에 보유되어 있고, 세포 외부의 이들의 C-말단으로 배향되어 있다는 점이다.

보다 최근에, 활성 수송 메카니즘 또는 '세공'을 필요로 하지 않으면서 세포 막을 통과할 수 있는 몇몇 단백질이 동정되었다. 최근에는 안테나페디아, TAT 및 VP22로부터 유래된 막 관통 펩타이드(MPP, 단백질 전달 도메인, "PTD"로도 공지됨)는 생물학적 막을 관통하여 특이적 세포하 구획에 대해 표적화할 수 있는 것으로확립되어 있다. 이미 개시된 상기 단백질 중 어느 것도 포유동물 단백질로부터 유래되지 않는다. 본 발명은 포유동물 또는 효소 단백질 핵 국재화 서열(NLS)로부터 유래되고 NLS와 중복되는 폴리펩타이드가 MPP로서 작용할 수 있다는 발견 및 대형 단백질, 예를 들어, 생물학적으로 활성 단백질 또는 다른 유기 화합물에 결합되어 있는 경우라도 세포 막을 관통할 수 있는 특이적 폴리펩타이드 서열의 동정법에 관한 것이다.

핵 수송은 유전자 발현 및 세포 분열을 포함하는 다수의 생물학적 과정뿐만 아니라, 바이러스 복제, 종양 발생 및 종양 세포 증식에 본질적이다. 핵 수송의 메카니즘은 단지 최근에 상세하게 특성화되었으며, 다수의 개별 단계를 포함하는 것으로 제시되었다. 핵으로 수송될 예정인 단백질은 이들의 아미노산 서열내에 핵 국재화 서열("NLS")로 불리는 단신의 아미노산을 함유한다. 이들의 서열은 아미노산 서열내 어느 위치에서도 발생할 수 있고, 전형적으로는 4개 내지 약 8개의 아미노산이다. 이들 서열은 일반적으로는 본질적으로 염기성(즉, 양으로 하전)이나, 동정된 컨센서스 서열은 존재하지 않는다. 따라서, 특정 단백질에 특이적인 것으로 간주되는 다양한 상기 서열이 존재한다.

세포내에서, 이들 NLS는 NLS-함유 단백질내에서 보조 단백질에 의해 또는 입체형태 변화에 의해 차폐되거나 비차폐될 수 있다. NLS는 이것이 단백질의 코어에 매봉되어 있어 단백질의 표면 상에 노출되지 않기 때문에 차폐될 수 있다. NLS의 비차폐 및 세포질 단백질의 핵 전위는 저해 서브유니트의 인산화, 탈인산화, 단백질분해적 분해, 서브유니트 결합 또는 해리 등에 의해 유발될 수 있다. 따라서,NLS의 차폐 및 비차폐는 이에 의해 핵으로의 상기 세포질 단백질의 수송을 조절할 수 있는 메카니즘을 제공한다. 예를 들어, 전사 인자 NF-AT는 NF-AT를 세포내 칼슘의 존재하에서는 핵으로 전위시키지만, 칼슘의 부재하에서는 NF-AT 폴리펩타이드내의 다른 도메인과 분자내 결합을 형성시킴으로써 보호되는 핵 국재화 서열을 함유한다.

문헌[참조: Lee, H. C. and Bernstein, H. D.Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.(2001), 98(6), 3471-3476]에는 시그널 인식 입자(SRP)에 의한 완전 막 단백질의 표적화와 대조적으로 분자 샤프롱 SecB에 의해 이. 콜라이(E. coli) 내부 막에 대해 표적화되는 말토스 결합 단백질(MBP) 및 외부 막 단백질 A(OmpA)와 같은 전분비 단백질에 대해 관련된 메카니즘이 연구되어 있다. 상기 저자는 MBP 또는 OmpA 시그널 펩타이드의 AcrB의 제1 경막 절편으로의 치환은 수송에 대한 SecB의 의존성을 폐지하고, 상기 두 단백질을 SRP 표적화 경로로 변경시킴을 밝혀내었다.

몇몇 단백질은 세포질내에 우세하게 보유되는 단백질을 확보하는 세포질 국재화 서열(CLS) 또는 핵 이출 서열을 함유한다. 예를 들어, 문헌[참조: Hamilton, M. H. et al.,J. Biol. Chem.(2001), 276(28), 26324-26331]에는 기질 인식 및 특이성을 초래하는 우비퀴틴-프로테아좀 경로의 성분인 우비퀴틴-단백질 리가제(E3), hRPF1/Nedd4가 핵에 진입할 수 있지만, hRPF1/Nedd4내에서의 기능적 Rev형 핵 이출 서열의 존재는 우세한 세포질 국재화를 확보하는 것으로 입증되어 있다.

문헌[참조: Heineman, T. C. and Hall, S. L.Virology(2001), 285(1), 42-49]에는 VZV gB의 세포질 도메인내의 3개의 컨센서스 내재화 모티프가 연구되어 있고, VZV gB의 내재화 및 골지에 대한 이의 후속적 국재화가 이의 세포질 도메인내의 2개의 티로신계 서열 모티프에 의해 매개되는 것으로 조사되어 있다. 포유동물 세포 및 효모에 있어서, 경막 단백질의 세포질 말단내의 아미노산 모티프는 내질 세망(ER)에의 국재화 또는 이로부터의 신속한 이출을 매개함으로써 초기 분비 경로에서의 단백질 표적화에서 주요한 역할을 한다[참조: Hoppe, H. C. and Joiner, K. A.Cell. Microbiol.(2000), 2(6), 569-578].

포유동물의 엔도펩티다제인 퓨린은 항정 상태에서 트랜스-골지 네트워크(TGN)에 우세하게 국재화된다. 퓨린의 이러한 구획에의 국재화는 단백질이 TGN과 원형질 막 사이의 사이클링을 겪는 발동적인 과정의 결과인 것으로 간주된다. 원형질 막으로부터의 TGN 국재화 및 내재화는 퓨린의 세포질 도메인내에 함유된 표적화 정보에 의해 매개된다. 문헌[참조: Voorhees, P., et al.,EMBO J.(1995), 14(20), 4961-75]에는 퓨린의 항정 상태 국재화 및 트래픽킹에 기여하는 2개 이상의 세포질 결정인자가 존재하는 것으로 보고되어 있다. 제1 결정인자는 내재화 시그널로서 주로 작용하는 표준 티로신계 모티프인 YKGL(잔기 758-761)에 해당한다. 제2 결정인자는 산성 잔기(E 및 D)의 대형 집단을 함유하는 강력한 친수성 서열(잔기 766-783)로 이루어져 있고, 임의의 티로신계 또는 디-로이신계 모티프는 함유하지 않는다. 이러한 제2 결정인자는 TGN에 대한 국재화를 제공할 뿐만 아니라, 원형질 막으로부터의 내재화를 매개할 수 있다.

트랜스-골지 네트워크(TGN)는 단백질 소팅/표적화에서 주요 역할을 하며, 서열 SXYQRL은 자체로 유의한 TGN 국재화를 제공할 수 있다. 문헌[참조: Wong, S. H., and Hong, W.J. Biol. Chem.(1993), 268(30), 22853-62]에는 주로 TGN에 국한된 완전 막 단백질인 TGN38의 32-잔기 서열의 상세한 돌연변이 유발이 보고되어 있으며, 각각 23, 25 및 28번째 위치의 Ser, Tyr 및 Leu 잔기는 TGN 국재화에 대해 필수적인 것으로 조사되어 있다. TGN38의 세포질 32-잔기 서열이 글리코포린 A(표면 단백질)의 외부 및 경막 도메인에 융합되어 있는 경우에, 생성된 키메라 단백질은 TGN에 국재화되어 있다.

특정한 단백질은 특이적 소기관에서만 활성이거나, 이들의 국재화에 따라 상이한 기능을 할 수 있는 것으로 충분히 인지되어 있다. 예를 들어, 적합한 세포하 국재화는 NF-κB 기능의 조절에 결정적이다. 문헌[참조: Huang, T. T., et al.,Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.(2000), 97(3), 1014-1019]에는 잠재성 NF-κB 복합체가 유도전 상태에서 핵에 진입하고 진출할 수 있는 것으로 제시되어 있고, 불활성 복합체의 세포질 국재화에 필요한 IκBα의 잔기 45-54내에서 이전에는 비특성화된 핵 이출 서열이 동정되어 있다. NF-κB/IκBα 복합체는 핵 국재화 시그널-의존성 핵 이입 및 CRM1-의존성 핵 이출에 의해 세포질 및 핵 사이를 왕복하고, 핵 이입보다 우세한 핵 이출은 불활성 복합체의 대규모의 세포질 국재화에 기여하여, 세포외 시그널에 의해 유효한 NF-κB 활성화를 달성하는 것으로 간주된다.

전형적인 핵 국재화 서열-함유 단백질의 핵 이입은 핵공 복합체(NPC)의 세포질 표면에서의 이입 복합체의 어셈블리, 및 이어서 NPC를 통한 상기 복합체의 이동 및 이입 기질의 핵 내부로의 방출을 포함한다. Ran과 함께, 2종의 다른 가용성 인자는 전형적이거나 염기성인 NLS를 함유하는 단백질의 핵으로의 핵 이입을 매개하는데 절대적으로 필요한 것으로 간주된다. 제1 인자는 전형적인 NLS에 결합한 다음, 카리오페린/임포틴 β1(Kapβ1)과의 복합체를 형성하는 카리오페린/임포틴 α(Kapα)이다[참조: Adam, S. A., and Gerace, L. (1991) Cell 66, 837-847; Gorlich, D., et al. (1994) Cell 79, 767-778; Moroianu, J., et al. (1995) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 92, 2008-2011; Radu, A., et al. (1995) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 92, 1769-1773; Grolich, D., et al. (1995) Curr. Biol. 5, 383-392; Chi, N. C., et al. (1995) J. Cell Biol. 130, 265-274]. Kapβ1은 핵공 복합체(NPC) 단백질과 상호작용하고, 이들 상호작용에 의해 NPC를 통해 이입 복합체의 이동을 매개하는 것으로 간주된다[참조: Rexach, M., and Blobel, G. (1995) Cell 83, 683-692; Radu, A., Blobel, G., and Moore, M. S. (1995) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 92, 1769-1773; Iovine, M. K., Watkins, J. L., and Wente, S. R. (1995) J. Cell Biol. 131, 1699-1713; Radu, A., Moore, M. S., and Blobel, G. (1995) Cell 81, 215-222]. 또 다른 단백질, p1O/NTF2는 또한 핵 이입에 관련되지만, 이의 기능은 단지 Ran을 핵내로 취입할 수 있으며, 여기서, 이는 후속적으로 새로 들어오는 이입 복합체를 해체하는데 필요하다[참조: Moore, M. S., and Blobel, G. (1994) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 91, 10212-10216; Paschal, B. M., and Gerace, L. (1995) J. Cell Biol. 129, 925-937; Ribbeck, K., Lipowsky, G., Kent, H. M., Stewart, M., and Gorlich, D. (1998) EMBO J. 17, 6587-6598; Smith, A., Brownawell, A., and Macara, I. G. (1998) Curr.Biol. 8, 1403-1406].

효모내에 단지 하나의 Kapα 상동체(SRP1 또는 Kap60)가 존재하더라도, 척추동물 세포는 전형적인 NLS와 결합하고 서열 상동체를 공유할 수 있는 다수의 단백질을 함유한다[참조: Ref. Nachury, M. V., Ryder, U. W., Lamond, A. I., and Weis, K. (1998) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 95, 582-587, 및 상기 문헌내의 참조문헌]. 이들 단백질은 다양한 명칭으로 불리지만, 3종의 주요한 계열로 분류할 수 있다. Kapα1 계열은 마우스 S2 단백질 이외에 사람 단백질 NPI-1/임포틴 α1/카리오페린 α1/Rch2/hSRP1 및 제2의 관련된 단백질 임포틴 α6을 함유한다[참조: Moroianu, J., et al., (1995) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 92, 2008-2011; Cortes, P., et al., (1994) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 91, 7633-7637; O'Neill, R. E., et al., (1995) J. Biol. Chem. 270, 22701-22704; Kohler, M., et al., (1997) FEBS Lett. 417, 104-108; Tsuji, L., et al., (1997) FEBS Lett. 416, 30-34]. 제2 계열, Kapα2는 사람 Rch1/hSRP1/임포틴 α2/카리오페린 α2 및 마우스 단백질 펜둘린/PTAC 58을 함유한다[참조: Gorlich, D., Prehn, S., Laskey, R. A., and Hartmann, E. (1994) Cell 79, 767-778; Cuomo, C. A., Kirch, S. A., Gyuris, J., Brent, R., and Oettinger, M. A. (1994) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 91, 6156-6160; Kussel, P., and Frasch, M. (1995) Mol. Gen. Genet. 248, 351-363; Imamoto, N., Shimamoto, T., Takao, T., Tachibana, T., Kose, S., Matsubae, M., Sekimoto, T., Shimonishi, Y., and Yoneda, Y. (1995) EMBO J. 14, 3617-3626; K., Mattaj, I. W., and Lamond, A. I. (1995) Science268, 1049-53]. 제3 계열, Kapα3은 2종의 사람 단백질, QIP-1/임포틴 α3 및 KPNA3/hSPR1γ/hSRP4, 및 마우스 단백질 Q1 및 Q2를 함유한다[참조: Nachury, M. V., et al., (1998) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 95, 582-587; Kohler, M., et al., (1997) FEBS Lett. 417, 104-108; Tsuji, L., et al., (1997) FEBS Lett. 416, 30-34; Takeda, S., et al., (1997) Cytogenet. Cell Genet. 76, 87-93; Seki, T., et al., (1997) Biochem. Biophys. Res. Commun. 234, 48-53; Miyamoto, Y., et al., (1997) J. Biol. Chem. 272, 26375-26381]. 상기 부류의 각각은 서로 다른 부류 및 효모 SRP1에 약 50%의 상동체를 공유하고, 상기 포유동물 단백질의 각각은 하나 이상의 전형적인 NLS-함유 단백질의 이입을 매개할 수 있는 것으로 제시되어 있다[참조: Nachury, M. V., et al., (1998) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 95, 582-587; Sekimoto, T., et al., (1997) EMBO J. 16, 7067-7077; Nadler, S. G., et al., (1997) J. Biol. Chem. 272, 4310-4315; Prieve, M. G., et al., (1998) Mol. Cell. Biol. 18, 4819-4832].

Stat-1 이입은 Kapα1/NPI-1에 의해서는 매개되나, Kapα2/Rch1에 의해서는 매개되지 않지만, 활성화된 Stat-1은 NLS 결합 아마딜로(Armadillo) 반복체와 별개인 Kapα1의 COOH-말단 영역에 결합하는 것으로 간주된다. 관찰된 상이한 Kapα의 RCC1에의 결합 차이는 RCC1 상의 NLS에 단독으로 기인하고, 따라서 아마도 Kapα3의 NLS 결합 영역에 기인하는 것으로 간주된다[참조: Sekimoto, T., et al., (1997) EMBO J. 16, 7067-7077]. 문헌[참조: Kamei, Y., et al., (1999) J. Histochem. Cytochem. 47, 363-372]에는 마우스에 있어서 Kapα3 상동체가 다수의조직에서 발현되는 것으로 제시되어 있고, Kapα3이 "한정된 수의 특유한 친핵성 단백질, 예를 들어, 헬리카제 Q1"을 이입하는데 작용할 수 있는 것으로 이론이 확립되어 있다. 문헌[참조: Talcott, B. and Moore, M.S., 2000 J. Biol Chem, 275(14) 10099-10104]에 제공된 결과는 RCC1이 Kapα3이 이들의 핵 이입을 매개하는데 사용하는 단백질의 그룹에 포함되어야 함을 제시한다.

미국 특허 제6,191,269호에는 핵 국재화 서열(NLS)의 특성을 가지고 프로피이스의 핵 국재화를 매개할 수 있는 N-말단 IL-1 알파 프로피이스의 cDNA 서열내에 함유된 핵 국재화 서열, T76-NGKVLKKRRL의 존재가 교시되어 있다[참조: Stevenson et al. (1997)Proc. Natl. Acad. Sci.USA 94:508-13]. N-말단 IL-알파 프로피이스를 암호화하는 cDNA의 배양된 혈관간 세포내로의 도입은 핵 축적을 초래한다[참조: Stevenson et al. 상기 문헌].

미국 특허 제5,877,282호에는 안테나페디아 호메오도메인 시그널 서열 펩타이드는 아미노산 서열 RQIKIWFQNRRMKWKK이고; 섬유아세포 성장 인자 시그널 서열 펩타이드는 AAVALLPAVLLALLA이고; HIV Tat 시그널 서열 펩타이드는 아미노산 서열 CFITKALGISYGRKKRRQRRRPPQGSQTH이다.

문헌[참조: Schwartze, S.R., et al.,Science285:1569-1572 (1999)]에는 TAT 융합 단백질로서 복강내 주사된 리포터 단백질, 116kD 베타-갈락토시다제의 조직내로 및 혈액-뇌 경계를 교차한 전달이 보고되어 있다. 슈바르체(Schwartze)는 N-말단 플루오레세인 이소시아네이트 (FITC)-Gly-Gly-Gly-Gly 모티프를 갖는 HIV tat 단백질로부터 유래된 11개의 아미노산 단백질 전달 도메인(PTD)을 사용하였다.저자는 TAT PTD에 화학적으로 가교 결합된 베타-Gal을 전달하기 위한 초기 시도는 한정된 수의 조직내에 산재성이고 약한 베타-Gal 활성을 야기하는 것으로 보고하고 있다. 본 저자들은 개선된 전달은 사용된 프레임내 융합 및 정제 방법으로 인한 것으로 추측하고 있다.

IFNγ의 핵 국재화는 C 말단내의 다가염기성 NLS에 의해 매개되고, 이는 IFNγ의 생물학적 활성의 세포외적으로 및 세포내적으로 완전한 발현에 필요하다[참조: Subramaniam, Prem S., et al.,J. Cell Sci.(2000), 113(15), 2771-2781]. 이러한 NLS는, NLS를 함유하는 IFNγ의 C-말단 영역(95-133)에 대한 항체가 STAT1α 핵 전위의 도입을 차단하지만, 이들 항체는 IFNα 처리된 세포내에서의 STAT1α의 핵 전위에 영향을 미치지 못하기 때문에 IFNγ에 의해 활성화된 전사 인자 STAT1α의 핵 전위에 완전한 세포내 역할을 하는 것으로 간주된다. C-말단 NLS 영역이 결실된 사람 IFNγ의 결실 돌연변이체, IFNγ(1-123)는 생물학적으로 불활성이지만, 야생형 단백질과 유사한 K_d를 갖는 세포 상에서 IFNγ 수용체 복합체에 여전히 결합할 수 있다. NLS의 결실은 IFNγ 수용체 복합체에 결합한 후에 IFNγ의 생물학적 활성에 필요한 STAT1α의 핵 전위를 개시하는 IFNγ(1-123)의 능력을 특이적으로 폐기한다. NLS 모티프를 함유하는 마우스 IFNγ의 C-말단 펩타이드, IFNγ(9-133)는 마우스 대식세포 세포주에 의해 세포내적으로 취입될 경우에 STAT1α의 핵 전위를 유도한다. NLS 모티프의 결실은 STAT1α 핵 전위를 유발하는 세포내 펩타이드의 능력을 특이적으로 폐기한다. IFNγ로 활성화된 세포내에서, IFNγ는STAT1α 및 STAT1α 핵 이입을 매개하는 임포틴-α 유사체, Npi-1을 함유하는 복합체의 일부로 밝혀졌다. STAT1α의 티로신 인산화, IFNγ/Npi-1/STAT1α 복합체의 형성 및 STAT1α의 후속적인 핵 전위는 모두 IFNγ NLS의 존재에 의존적이다.

다가염기성 서열¹²⁶RKRKRSR¹³²를 함유하는 IFN-γ의 펩타이드 제공 아미노산 95-132(IFN-γ (95-132))는 ATP 및 GTP 둘 다를 필요로 하는 에너지-의존성 양식으로 자동형광 단백질인 APC의 핵 흡수를 특이화시킬 수 있다. 핵 이입은 상기 다가염기성 서열이 결실된 경우에 폐기된다[참조: Subramaniam, P., et al., 1999 J Biol Chem 274(1) 403-407]. SV40 대형 T-항원의 원형 다가염기성 NLS 서열을 함유하는 펩타이드는 또한 IFN-γ(95-132)에 의해 매개되는 핵 이입을 저해할 수 있으며, 이는 IFN-γ내의 NLS가 SV40 T-NLS에 의해 사용되는 Ran/임포틴 경로의 성분을 통해 작용할 수 있음을 제시한다. APC에 결합되는 경우에 무손상 IFN-γ는 또한 이의 핵 이입을 매개할 수 있으며, 이러한 핵 이입은 펩타이드 IFN-γ(95-132) 및 SV40 T-NLS 펩타이드에 의해 차단되며, 이는 무손상 IFN-γ가 또한 Ran/임포틴 경로를 통해 핵으로 수송됨을 제시한다.

핵 단백질은 핵공 복합체(NPC)로 불리는 핵 봉입체에 걸쳐진 수성 채널을 통해 핵내로 이입된다. ~20-40Da 미만의 이온 및 분자는 핵공 복합체를 통해 소극적으로 확산할 수 있더라도, 보다 큰 단백질은 에너지- 및 시그널-의존성인 포화성 경로에 의해 수송된다. 핵 단백질 이입을 특이화시키는 시그널(NLS) 1은 염기성 아미노산 잔기에서 풍부한 통상적으로 단신인 아미노산이지만, 다른 부류의 NLS는최근에 기술되었다. 염기성 아미노산-유형 NLS를 함유하는 단백질의 이입에서 초기 단계는 시토졸내에서 발생하며, 여기서, NLS-함유 단백질은 수용체(NLS 수용체, 임포틴 α 및 카리오페린으로 다양하게 호칭됨)에 결합되어 있다(13). 핵공 복합체의 세포질 표면과 결합한 다음, 다른 시토졸 인자의 참가와 결합한 기질-수용체 복합체는 핵 내부에 핵공 복합체내에 게이팅된 채널을 통해 수송된다. NLS-매개된 핵 이입의 생체내 이벤트는 시토졸 추출물 및 ATP로 보충된 디지토닌-투과성 세포를 사용하는 시험관내 시스템에서 재현된다(14). 이러한 시험관내 검정법에서의 수송은 생체내 이입을 차단하는 동일한 저해제에 의해 차단되고, 신속하며, 용이하게 정량화된다.

산성 섬유아세포 성장 인자(FGF)에 대한 전구체인 FGF-1의 N-말단내의 NLS 서열 NYKKPKL은 핵 전위 시그널로서의 이의 기능 또는 경막 수용체 키나제의 결합 및 활성화를 유지하는데 필요한 구조의 안정화에서의 이의 역할을 통해 FGF-1의 장기간 활성에 영향을 미치는 것으로 제안되어 있다[참조: Luo, Y., et al.,J. Biol. Chem.(1996), 271(43), 26876-26883]. 예를 들어, 최적 활성을 위한 외인성 헤파린에 대한 의존도에서의 현저한 증가와 함께, FGF-1에서의 NYKKPKL 서열에서의 잔기의 연속적인 결실은 열적 안정성, 프로테아제에 대한 내성, 유사분열 활성 및 경막 수용체에 대한 친화성의 점진적인 손실을 유발한다. 가장 큰 변화는 라이신-로이신 잔기를 통한 전체 서열의 결실로부터 발생한다. 충분하게 높은 농도의 헤파린의 존재하에서, 결실 돌연변이체는 야생형 FGF-1에 동등한 유사분열 활성을 나타낸다.

FGF-1은 NTS를 함유하지만, 핵 전위는 외인성이며 내인성이지 않은 경로를 필요로 한다. FGF-1의 NLS인 NYKKPKL은 세균성 β-갈락토시다제(βgal) 유전자의 발현을 형질감염된 NIH 3T3 세포에 대해 지시할 수 있지만, 이러한 NTS는 FGF-1 자체를 FGF-1-βgal 융합 단백질의 핵으로 표적화시킬 수 없으며, 이는 FGF-1이 내인적으로 발현된 FGF-1이 핵으로 전위되는 것을 방지하는 추가의 서열을 FGF-1이 함유할 수 있음을 제시한다[참조: Zhan, X., et al.,Biochem. Biophys. Res. Commun.(1992), 188(3), 982-91].

시그널 전위를 위해 Jak-Stat 경로를 사용하는 단백질인 인터페론-γ(IFN-γ)는 사이토킨으로 세포외적으로 처리된 세포내의 핵으로 신속하게 전위된다. NLS는 사람 및 마우스 IFN-γ의 C-말단내에서 동정되고 특성화되었다. 문헌[참조: Larkin, J., et al.,J. Interferon Cytokine Res.(2001), 21(6), 341-348]에는 사람 IFN-γ(HuIFN-γ)가 상류 부위에 제2의 NLS를 함유하는 것으로 보고되어 있다. HuIFN-γ의 아미노산 122-132를 제시하는 마우스 IFN-γ에서 동정된 NLS 서열과 유사한 제1 서열은 에너지-의존성 방식으로 자동형광 단백질 알로피코시아닌(APC)의 핵 이입을 매개할 수 있다. HuIFN-γ의 아미노산 78-92를 제시하는 제2 서열은 또한 에너지-의존성 방식으로, 그러나 상당히 감소된 정도로 APC의 핵 이입을 매개할 수 있다. APC에 결합된 두 서열의 핵 이입은 비결합된 HuIFN-γ(122-132)와의 경쟁에 의해 강하게 차단된다. 서열 HuIFN-γ(78-92)에 의한 경쟁은 APC-결합된 HuIFN-γ(78-92)의 이입을 차단하지만, 동일한 농도에서, APC-결합된 HuIFN-γ(122-132)의 핵 이입은 저해할 수 없는데, 이는 HuIFN-γ(78-92)가 HuIFN-γ(122-132)보다 덜 유효한 NLS임을 제시한다. 이는 122-132에서의 하류 NLS가 결핍된 HuIFN-γ의 항바이러스 활성의 >90% 손실과 일치한다. APC-결합된 HuIFN-γ(122-132)의 핵 이입은 SV40 T NLS의 원형 다가염기성 NLS를 함유하는 펩타이드에 의해 저해되며, 이는 동일한 Ran/임포틴 세포 과정이 양쪽 경우에서 사용됨을 제시한다.

핵 국재화에 대한 메카니즘으로서의 NLS의 강한 보존이 존재하는 것으로 간주된다. 진화는 DNA-결합 단백질을 핵으로 구획화시킬 경우에 현존 DNA-결합 메카니즘의 일부를 사용하는 것으로 간주된다. 문헌[참조: Cokel, M., et al.,EMBO Rep.(2000), 1(5), 411-415]에는 문헌으로부터 실험적으로 입증된 91개의 NLS의 세트를 분석하고, 이들 세트를 반복된 "인 실리코 돌연변이 유발"을 통해 214개의 잠재적 NLS로 확대한 후에 모든 진핵생물 단백질 중 17% 이상이 핵으로 이입될 수 있는 것으로 추정되어 있다. 이러한 최종 세트는 전체 공지된 핵 단백질 중 43%와 정합하고, 공지된 비-핵 단백질과는 정합하지 않는다. 코켈(Cokel) 등은 NLS 및 DNA-결합 영역 둘 다가 공지되어 있지만, 214개 NLS 모티프 중 단지 56개만이 DNA-결합 영역과 중복되는 단백질 중 90%에 대해 NLS와 DNA-결합 영역 사이에 중복됨을 밝혀내었다. 이들 56개 NLS는 사람, 곤충, 연충 및 효모내의 약 800개 단백질에 대한 부분 DNA-결합 영역의 새로운 추정을 가능하게 한다.

보다 최근에, NLS 시그널 펩타이드가 DNA의 구조 변화를 유도할 수 있는 것으로 보고되었다. 식물 효소인 루피너스 루테우스(Lupinus luteus) 유래의 글루타미닐-tRNA 신터타제(GlnRS)는 N-말단에서 NLS, 즉 라이신이 풍부한 폴리펩타이드, KPKKKKEK를 함유한다[참조: Krzyzaniak, A., et al.,Mol. Biol. Rep.(2000), 27(1), 51-54]. 루핀 GlnRS2의 NLS 서열로부터 유래된 2종의 합성 펩타이드(20개 및 8개 아미노산 길이)는 DNA와 상호작용한다. 또한, 8개 이하의 아미노산 펩타이드는 DNA의 입체형태가 B 형태로부터 Z 형태로 변화하는 것을 야기한다. 이러한 관찰은 GlnRS의 리더 서열내에서의 NLS 폴리펩타이드의 존재가 핵으로의 단백질 수송에 필요할 뿐만 아니라, 유전자 발현의 조절에도 필요함을 명백하게 제시한다. 이는 DNA의 구조 변화에서의 NLS 시그널 펩타이드의 역할을 제시하는 첫 번째 보고이다.

전형적으로는, 종내에서의 NLS 서열의 강한 보존이 존재한다. 예를 들어, TGF-β 시그널 전달에 관련된 주요 Smad 단백질인 Smad 3 단백질의 N-말단 영역내의 NLS는 염기성 모티프 Lys⁴⁰-Lys-Leu-Lys-Lys⁴⁴를 보유하며, 이는 경로-특이적 Smad 단백질 전체 중에서 보존되며, 리간드에 반응한 Smad 3 핵 이입에 필요하다. Smad 단백질은 성장 인자-β(TGF-β) 및 관련된 사이토킨을 형질전환시키는 세포내 매개인자이다. 문헌[참조: Xiao, Z., et al.,J. Biol. Chem.(2000), 275(31), 23425-23428]에는 핵 국재화에서 작용하는 NLS의 기능이 동정되어 있다. 저자는 분리된 Smad 3 MH1 도메인이 임포틴 β에의 유의한 특이적 결합을 나타내며, 이는 NLS에서의 돌연변이에 의해 감소되거나 제거됨을 입증하였다. 전체 크기 Smad 3은 임포틴 β에 약하지만 특이적인 결합을 나타내며, 이는 I형 TGF-β 수용체에 의한 인산화 후에 증강된다. 대조적으로, 임포틴 α와 Smad 3 또는 이의 MH1 도메인 사이에서는 상호작용이 관찰되지 않으며, 이는 Smad 단백질의 핵 전위가 임포틴 β에의 직접 결합을 통해 발생할 수 있음을 제시한다. 저자는 경로-특이적 Smad 단백질(Smad 1, 2, 3, 5, 8 및 9) 모두의 활성화가 보존된 NLS 모티프에 노출된 다음, 임포틴 β에 직접적으로 결합하여, 핵 전위를 유발하는 것으로 추론하고 있다.

모든 세포내에서, 세포 막의 지질 이층은 하전된 분자의 통과에 대한 선택적 차단제로서 작용하며, 친수성 거대분자의 내재화는 전형적인 수송 경로에 의해 달성된다[참조: Hawiger, J., Curr Opin Chem Biol. 3, 89-94 (1999), Schwarze, S.R., et al., Trends in Cell Biology 10, 290-295 (2000)]. 내재화의 상기 전형적인 메카니즘은 수용체-매개된 세포내 이입 또는 수송체 의존성 흡수를 포함한다[참조: Cleves, A. E., Current Biology 7, R318-R320 (1997)]. 대조적으로, 분자의 증가하는 수는 이입 및/또는 이출 시그널을 결핍하는 것으로 발견되었다[참조: Cleves, A. E., Current Biology 7, R318-R320 (1997)]. 이들 분자는 메카니즘이 대부분 미지의 상태인 비통상적인 방법을 이용하여 세포질 또는 핵 구획에의 직접 접근을 획득한다. 이들 신규한 메카니즘은 일반적으로는 "비전형적"인 것으로 칭하며, 비정형적인 사용된 수송 경로를 의미한다. 후자 유형의 관련된 예는 HIV-1 TAT의 유전자-암호화된 단백질[참조: Frankel, A. D. and Pabo, C. O. Cell 55, 1189-1193 (1988)], 헤르페스 바이러스 VP22[참조: Elliott, G. and O'Hare, P. Cell 88, 223-233 (1997)] 및 안테나페디아, Antp[참조; Derossi, D., et al., J. Biol. Chem. 269, 10444-10450 (1994)]에서 발견된다. HIV-1 TAT의 전장 단백질[참조: Helland D.E., et al., J Virol 65, 4547-4549 (1991)] 및 VP22[참조:Pomeranz L.E. and Blaho J.A., J Virol 73, 6769-6781 (1999)]가 세포 막 내부로 및 외부로 신속하게 전위하는 것으로 현재 충분히 확립되어 있다. 실제로, 별개의 펩타이드 영역이 세포 구획으로 전위할 수 있는 상기 단백질 단독 또는 키메라 적재 펩타이드와 함께, 및 단백질[참조: Lindgren, M., et al., Trends Pharmacol Sci. 3, 99-103 (2000), Derossi, D., et al, Trends Cell Biol., 8, 84-87 (1998), Prochiantz A., Current Opinion in Cell Biology 12, 400-406 (2000), Steven R. Schwarze, S. R., et al., Trends in Cell Biology 10, 290-295 (2000)]내에서 동정되었다. 대조적으로, 전장 Antp 단백질은 생물학적 막을 횡단하는 것으로 제시되어 있지 않지만, 이의 암호화 영역내로부터 유래된 16개의 아미노산 합성 펩타이드는 강력한 막 관통 능력을 보유한다[참조: Derossi, D., et al, Trends Cell Biol., 8, 84-87 (1998)]. 상기 분자에 의해 사용된 비정형적인 수송의 수용된 관점은 "전달"로 불리고[참조: Schwarze, S.R., et al., Trends in Cell Biology 10, 290-295 (2000)], 통상적으로는 수용체 및 에너지 비의존성인 극도로 신속한 막 수송 경로로서 정의되고, 모든 세포 유영에서 4C에서 발생할 수 있다[참조: Schwarze, S.R. and Dowdy, S.F. Trends Pharmacol. Sci. 21, 45-48 (2000)]. 흥미롭게도, 이들 3종의 단백질은 모두 전사 조절에 관련된 핵 단백질이고, 이의 각각의 전달 펩타이드는 아르기닌 및 라이신이 풍부한 아미노산의 스트링으로 구성되어 있다[참조: Lindgren, M., et al., Trends Pharmacol Sci. 3, 99-103 (2000), Schwarze, S.R. and Dowdy, S.F. Trends Pharmacol. Sci. 21, 45-48 (2000)]. 그러나, 상기 유사성과 무관하게, 상기 전달 펩타이드는 아미노산 서열, 서열의 길이, 세포 국재화 및 막 관통 효능과 같은 다수의 상이한 특성을 보유한다. 따라서, 각각의 전달 서열이 세포 및 조직을 관통할 수 있더라도, 이들이 동일한 비정형적 수송 메카니즘을 사용하는지의 여부는 확립되어 있지 않다.

마지막으로, 미국 특허 제6,022,950호에는 하이브리드 분자를 동물의 세포에 결합시키기에 유효한 세포-결합 폴리펩타이드 리간드의 결합 도메인 일부의 하이브리드 분자, 세포질 막을 횡단하는 제3 부분을 세포의 시토졸로 전위하는 자연 발생 단백질의 전위 도메인 및 세포내로 도입되는 화학적 실체의 사용이 교시되어 있다. 그러나, 상기 특허에는 독소의 전위 도메인이 교시되어 있다. 전위 도메인을 보유하는 것으로 공지된 자연 발생 단백질은 디프테리아 독소 및 슈토모나스 내독소 A를 포함하고, 다른 독소 및 비독소 분자를 또한 포함할 수 있다. 디프테리아 독소 및 슈도모나스 내독소 A의 전위 도메인은 충분히 특성화되어 있고[참조예: Hoch et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 82:1692-1696, 1985; Colombatti et al., J. Biol. Chem. 261:3030-3035, 1986; 및 Deleers et al., FEBS 160:82-86, 1983], 이러한 도메인의 다른 분자내에서의 존재는 문헌[참조: Hwang et al., Cell 48:129-136, 1987; 및 Gray et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 81:2645-2649, 1984]에서 사용된 바와 같은 방법에 의해 측정할 수 있다.

세포 국재화의 조절 메카니즘, 세포내 수송의 조절에 관련된 단백질, 원형질 막에 대한 상이한 특성 및 조절 메카니즘, 및 핵 봉입체를 교시하는 문헌의 상당한 본문을 제공하더라도, 포유동물 단백질 유래의 폴리펩타이드는 비전형적인 메카니즘을 이용하여 원형질 막을 통해 전달할 수 있으며, 따라서 관심 화합물의 시험관내, 생체외 및 생체내 전달 장치로서 유용한 막 관통 펩타이드로서 유용할 수 있는 것은 의외이다. 또한, 관심 화합물을 세포내로 전달하는 비-단백질계 방법, 예를 들어, 전기천공, 리포좀과의 막 융합, DNA-피복된 미세추진제로의 고속 충격, 칼슘-인산염-DNA 침전물과의 배양, DEAE-덱스트란 매개된 형질감염, 변형된 바이러스 핵산으로의 감염 및 단일 세포, 통상적으로 난자내로의 직접 미세주사 등을 교시하는 상당한 문헌이 존재한다. 이들 방법의 각각은 비교적 비효율적이어서, 전달된 관심 화합물을 함유하는 세포의 비교적 낮은 비율을 야기하고, 대부분의 방법은 명백하게는 실제적으로 생체내 전달을 할 수 없다. 상기 방법 중 다수가 세포에 독성이어서, 비교적 높은 아폽토시스를 야기한다. 따라서, 관심 화합물의 세포내로의 간단하고 보다 효율적인 전달이 상당히 요망되고 있다.

발명의 요약

본 발명은 관심 화합물의 시험관내, 생체외 및 생체내 전달을 위한 캐리어로서 유용한 포유동물 및 효모 단백질로부터 유래된 폴리펩타이드에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 폴리펩타이드를 함유하는 조성물 및 관심 화합물을 시험관내, 생체외 및 생체내에서 전달하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 시험관내, 생체외 및 생체내에서 관심 화합물을 세포에 세포내 전달하기 위한 시험관내, 생체외 및 생체내 전달 장치로서 유용한 막 관통 펩타이드, 이를 포함하는 조성물 및 이를 사용하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 시험관내, 생체외 및 생체내에서 관심 화합물을 세포에 세포내 전달하기 위한 전달 장치로서 유용한 추가의 막 관통 펩타이드의 동정법을 포함한다.

도 1A. PAS의 위치, 세포질 국재화 및 핵 국재화 서열(NLS, 그러나 도면에서는 핵 국재화 도메인(NLD)으로서 제시함)을 제시하는 hPER1 융합 작제물의 도식도.융합 작제물의 명칭 및 위치는 좌측에 기재되어 있다. 숫자는 hPER1 단백질의 첫 번째 및 마지막 아미노산 잔기를 나타낸다. 각각의 융합 단백질의 축적의 주요 부위는 우측에 (n) 핵, (no) 핵소체, (c) 세포질, (diff) 확산으로 요약되어 있다. 모든 작제물은 EYFP로 N-말단 태그되어 있다. 정렬 사람 및 마우스 PER1-NLS는 하단에 도시되어 있다.

도 1B. 상기 도 1A에 기술되어 있는 바와 같은 hPER1 융합 단백질의 생세포내에서의 세포 국재화. CHO 세포는 각각의 패널의 상단에 제시되어 있는 융합 작제물로 일시적 형질감염되어 있고, EYFP 리포터(녹색)의 세포하 국재화는 형질감염한지 10시간 후에 형광 현미경을 이용하여 직접 가시화한다. EYFP 벡터를 단독으로 대조군으로서 사용한다(참조 5. EYFP-벡터).

도 2A. CHO 세포내에서의 막 관통 검정. N-말단 비오티닐화 합성 펩타이드 hPER1-PTD, Flag-hPER1-PTD, Flag-TAT-PTD(양성 대조군) 및 Flag-Flag(음성 대조군)를 배양 중 생 CHO 세포내에서 세포 막을 관통하는 능력에 대해 검정한다. 내재화된 펩타이드의 세포하 국재화를 스트렙타비딘-알렉사 594(적색) 또는 항-Flag mAb(녹색)인 2종 컬러 염색 방법을 이용하여 측정한다. 제3 칼럼은 오버레이(황색)이다. 공초점 현미경을 사용하여, 세포내 및 핵내 국재화를 추가로 확인한다. 공초점 영상화의 단일 섹션이 도시되어 있다.

도 2B. 스트렙타비딘 알렉사-594 형광(녹색)을 사용하여 TAT-PTD 및 Flag-Flag(음성 대조군)와 비교한 비오티닐화 펩타이드 hPER1-NLD(hPER1-PTD로도 공지되어 있음)의 핵 표적화. 5ng/ml의 Hoechst 33258을 사용하여 핵을 염색한다(청색,중앙 칼럼). 세 번째 칼럼은 공초점 영상화의 오베레이이다.

도 3. hPER1-PDT의 알라닌 스캐닝. 비오티닐화 hPER1-NPD를 알라닌을 갖는 지시된 위치에서 단일 아미노산 잔기 치환으로 합성하여, CHO 세포에서의 막 관통에 대해 검정한다. 세포를 10μM의 펩타이드 농도로 37℃에서 10분 동안 배양한 후에, 세척하고, 고정화시키고, 투과화시킨 다음, 표지된 스트펩타비딘 알렉사-594(적색, 2㎍/ml)를 사용하여 RT에서 15분 동안 검출한다. 대조 펩타이드는 hPER1 N-말단 아미노산 잔기 486-500으로부터 유래한다.

도 4. 세로토닌 5HT2A 수용체의 hPER1-MPP 융합 펩타이드로의 활성화. (A). hPER1-MPP 및 TAT-PTD 펩타이드를 단독으로 또는 제1 세포내 루프 I1(SLEKKLQNATN) 또는 5HT2A 수용체 유래의 C-말단 경막 7 도메인 TM7(KTYRSAFSRYIQYKENKKPLQLI)(진뱅크 수탁 번호 제M86841호)과 융합하여 합성한다. 수용체 활성은 표준 FLIPR 분석법을 이용하고 내인성 및 외인성 Ca⁺²수준을 측정함으로써 검정한다. 펩타이드 명칭은 다음과 같다:T(TAT-PTD),P(hPER1-MPP),I1(세포내 루프 1),T-I1(TAT-PTD-I1),P-I1(hPER1-MPP-I1),TM7(C-말단 도메인),TTM7(TAT-PTD-TM7),PTM7(hPER1-MPP-TM7) 및S(세로토닌).

도 4B. PTM7(폐쇄 원형) 및 TTM7(폐쇄 다이아몬드형) 펩타이드의 용량 반응. 세로토닌(대조군, 개방 삼각형)은 10μM의 최대 수용체 자극 농도로 사용한다.

도 5. 추가의 PTD의 동정. 추정 PTD 서열을 주요 단어로서 "전사 인자"로 주해를 단 진뱅크내 단백질 암호화 영역으로부터 해독된 펩타이드 서열을 갖는SwissPro, PRF, PIR-Protein info Resource, PDB를 포함한 복합 바이오인포매틱스 방법을 이용하여 탐색한다. 본 발명자들은 처음에 모든 공지 또는 추정 NLS에 대해 탐색한다. 다음, 본 발명자들은 PHI-BLAST(Pattern-Hit Initiate BLAST)를 이용하여, 축퇴성 패턴 발생 [R/H/K]-[R/H/K]-[R/H/K]-[R/H/K], (X)n(여기서, n은 4 이상의 정수이고, X는 매회 아르기닌, 히스티딘 또는 라이신이도록 독립적으로 선택된다)에 대해 탐색한다. 7374개의 추정 PTD 서열이 동정된다. 2회 탐색으로부터, 본 발명자들은 (A) 상기 서열에 대한 비오티닐화 펩타이드를 합성하거나, (B) GFP를 갖는 융합 단백질 및 형질감염된 CHO 세포를 프레임내에서 생성시킨다. 12개 펩타이드 중 9개는 형질감염된 것으로 발견되었고, 모든 서열은 형질감염된 세포내의 핵으로 국재화한다. hPER1-PTD, hPER3-PTD 및 TAT-PTD 펩타이드를 양성 대조군으로서 사용한다. 6개의 양성 서열 및 2개의 음성 서열이 제시되어 있다. 숫자는 모체 단백질 서열내의 아미노산 잔기를 나타내고, 이들 단백질에 대한 진뱅크 수탁 번호는 다음과 같다: (M24899, 사람 갑상선 호르몬 알파-1; L12699, 사람 호메오박스 단백질 Engrailed 1 HME1; X16416, 사람 프로토-온코진 티로신 단백질 키나제 ABL1; Q02575, 사람 HEN1/NSLC1; Q02577, 사람 HEN2/NSLC2; AAA74561, 랫트 HNF-3; CAB65887, 드로소필라 cAMP 의존성 전사 인자). 3종의 음성 펩타이드는 (V01512, c-Fos; AAD53184, 사람 사이클린 L ania-6a; CAB66914, 아라비돕시스 β-zip 전사 인자)이다.

도 6. 세포내로 β-갈락토시다제를 적재하는 hPER-PTD: HIV TAT 전달 펩타이드의 1종 이상의 특성은 단백질을 세포 및 조직내로 적재하는 이의 능력이다. 따라서, 본 발명자들은 hPER1 전달 펩타이드가 베타 갈락토시다제를 적재할 수 있는지의 여부를 측정하기 위해 탐색하였다. 이러한 실험을 수행하기 위해, 본 발명자들은 문헌[참조: Frankel et al. 1989 (19):7397-401]에 의한 프로토콜을 따르고, 이에 의해 본 발명자들은 hPER1-PTD 또는 hPER-PTD R7A를 전장 β-갈락토시다제에 화학적으로 결합시키고, CHO 세포내로 도입하는 이들 결합체 및 베타-갈락토시다제 단백질 단독의 능력에 대해 검정한다. 도 6, 좌측에 도시된 바와 같이, hPER-PTD β-갈락토시다제 융합물과 함께 배양된 세포는 X-gal의 첨가 후에 세포내의 청색에 의해 지시되는 바와 같이 β-갈락토시다제에 대한 양성 효소 활성을 나타낸다. 그러나, hPER-MPP R7A-갈락토시다제(중앙) 또는 β-갈락토시다제 단백질(우측)은 단독으로는 X-gal의 첨가 후에 청색 염색 반응성을 나타내지 않는 것으로 지시되는 바와 같이 세포에 진입할 수 없다. 이들 데이터는 TAT 펩타이드와 마찬가지로, hPER1-PTD가 대형(120kD) 단백질을 세포내로 적재할 수 있음을 지시한다.

본 발명은 사람 Period 1(hPER1) 단백질이 MPP로서 동정되어 있고 관심 화합물의 세포내 전달을 위한 전달 장치로서 유용한 NLS를 함유한다는 발견을 기초로 한다. hPER1은 일주기성 리듬의 조절에 관여하고, 인접 세포로 전위하는 hPER1의 능력은 일주기성 리듬을 조절하는 전체 생물학적 기능에 결정적일 수 있다. hPER1내에서 동정된 NLS는 이전에 동정된 NLS 서열내에서는 적합하지 않으나, 이의 동정은 MPP로서 또한 작용할 수 있는 다른 NLS 서열을 탐색하기 위한 알고리듬의 동정을 유발한다.

Period 1(hPER1)은 전사 조절과 관련된 핵 단백질이다. 이는 생물학적 시계의 "기어"에서 필수적인 성분이고[참조: Brown, S. A., and Schibler, U., Current Opinion in Genetics & Development 9, 588-594 (1999), Dunlap, J. C., Cell 96, 271-290 (1999)], 마우스에서의 연구는 PER1의 핵 진입이 CLOCK/BMAL 전사 복합체의 하향 조절에 필수적인 것으로 제시하였다[참조: Gekakis N, et al., Science 280, 1564-1569. (1998), Yagita, K., et al., Genes Dev 14, 1353-1363 (2000), Lowrey, P. L., et al., Science 288, 483-492 (2000)]. 그러나, 지금까지, 사람 PER1에 대한 기능적 NLS는 밝혀지지 않았다. 본 발명자들은 hPER1내에서 NLS를 동정하였고, 16번째 아미노산 및 13번째 아미노산(도 3 참조, hPER1-NLS 펩타이드, hPER1-MPP)이 강력한 막 관통 능력을 갖는 것으로 입증한다. 이러한 연구는 핵 단백질로부터 또한 유래된 4종의 추가의 MPP의 동정을 초래한다.

PER1은 일주기성 시계내의 주요한 성분이고, 이의 핵 진입은 매일 진동의 조절에서 중요한 역할을 한다[참조: Jin, X., et al., Cell 96, 57-68 (1999), Sangoram, A. M., et al., Neuron 21, 1101-13 (1998)]. 결실 및 융합 단백질 분석법을 이용하여, 본 발명자들은 hPER1 핵 국재화에 필수적이고 충분한 NLS를 동정하였다. 이러한 기능적 분석법은 hPER1의 NLS가 전형적인 핵 국재화 컨센서스 모티프와 동일하지 않아, 표준 NLS 탐색 절차를 이용하여서는 동정되지 않기 때문에 필수적이다. 본 발명자들은 hPER1-NLS의 단일 복제가 형질감염된 세포내에서 리포터 단백질 및 태그된 hPER1 단편(P1-F2 내지 P1-F7)의 핵 국재화를 유도하는데 충분함을 제시한다. PER1-NLS는 hPER1의 아미노산(830-845) 사이에 위치하고, 다른 PER 또는 입수가능한 데이터베이스내의 다른 핵 단백질내에서 발견되지 않는 아르기닌, 히스티딘 및 라이신이 풍부한 13개 아미노산 스트링내에 매봉되어 있다(표 1 참조). 따라서, PER 2 및 3이 핵 단백질[참조: Jin, X., et al., Cell 96, 57-68 (1999)]임에도 불구하고, 이들은 명백하게 핵 이입을 위해 다른 서열 또는 메카니즘을 사용한다.

염기성 잔기가 풍부한 한정된 수의 핵 단백질의 펩타이드 단편은 수용체 비함유, 에너지-의존성 방식으로 세포 막으로 관통하는 것으로 제시되어 있다. 3종의 단백질, TAT, Antp 및 VP22로부터의 서열은 지금까지 정의되지 않은 메카니즘에 의해 세포 및 조직으로 융합 분자를 관통시키고 적재하는 능력을 보유하는 것으로 입증되어 있다[참조예: 미국 특허 제5,804,604호, 제5,747,641호, 제5,674,980호, 제5,670,617호 및 제5,652,122호, 프랑켈(Frankel) 등에게 허여, 적재 분자의 세포내 전달을 위한 9개-아미노산 HIV TAT-유래된 폴리펩타이드(Arg-Lys-Lys-Arg-Arg-Gln-Arg-Arg-Arg)의 사용을 교시].

hPER1, hPER1-NLS 및 다른 MPP 사이의 유사성은 본 발명자들이 hPER1-MPP가 막 관통 능력을 보유할 수 있는지의 여부를 조사하도록 자극하였다. 본원에 제시된 면역조직화학 및 세포적적 데이터는 hPER1-MPP가 다양한 세포 유형에서 MPP로서 작용함을 제시한다. hPER1-MPP는 핵 원형질내 뿐만 아니라 핵소체내에서의 강한 초점 염색을 나타내고, 이는 hPER1-MPP의 핵하 어드레스는 핵에서는 확산되나 핵소체내에서는 농축되지 않는 hPER1(P1-FL) 단백질과 상이함을 제시한다. hPER1-MPP의 세포 관통은 서열의 역위(역위된 hPER1-MPP), 음으로 하전된 잔기 또는 4% PFA로 예비고정된 세포의 첨가 조건하에서도 차단되지 않으며, 비공개된 관찰인 후자는 관통이 수용체 및 막 비의존성이라는 견해를 지지한다. 이들 결과는 시그널 펩타이드 서열로부터 유래된 기술된 바와 같은 다른 펩타이드 부류[참조: Hawiger, J., Curr Opin Immunol. 9, 189-94 (1997)], DNA 항체[참조: Deng, S. X., et al., Int Immunol. 12, 415-423 (2000)] 및 더디고, 에너지 및 수용체 의존성인 카니즘을 이용하여 세포 막에 결합하고 횡단하는 다른 단백질 도메인[참조: Lindgren, M., et al., Trends Pharmacol Sci. 3, 99-103 (2000)]과는 대조적이다.

다른 MPP의 동정은 막 펩타이드 관통에 필요한 메카니즘 및 구조적 필수조건을 이해하는데 있어 본 발명자들의 부족에 의해 한정되었다. 특이적 펩타이드 구조 및/또는 변화가 막 관통에 중요하다는 가능성은 알라닌 스캐닝 실험에서 입증되어 있고, 이에 의해 아르기닌 7에서의 단일 아미노산 변화는 MPP 잠재력에 결정적인 것으로 간주된다. 생세포 또는 예비고정되고 투과화된 세포내에서 야생형 hPER-MPP를 변형된 PI-R7A와 비교함으로써(데이터 제시하지 않음), P1-R7A가 단지 관통에서 불완전한 것이지, 세포가 관통되기만 하면 핵 표적화에서는 불완전하지 않다. 이러한 발견은 아르기닌 7이 구조 기초 관통에서 주요한 역할을 하며, 따라서 미래의 구조-기능 연구를 위해 유용한 모델을 제공한다. TAT 펩타이드에 대한 구조 결정인자는 기술된 바 없으나, Antp의 경우에, 2개의 트립토판 잔기를 2개의 페닐알라닌으로 치환하는 것은 관통을 폐기한다[참조: Le Roux, I., et al., Proc Natl Acad Sci U S A. 90, 9120-9124 (1993)]. hPER1-MPP는 임의의 트립토판 잔기를 함유하지 않기 때문에, 이들 2개의 펩타이 사이의 막 관통은 상이한 메카니즘에 의해 발생할 수 있다.

전장 HIV TAT 및 VP22는 들 다 전형적인 분비 시그널 서열이 결핍되어 있고, 따라서 비전형적인 방식으로 세포내로 "전달에 의해" 이입될 수도 있는 비전형적인 메카니즘에 의해 이출된다[참조: Prochiantz A., Current Opinion in Cell Biology 12, 400-406 (2000)]. 따라서, 아마도 hPER1이 전장 TAT 및 VP22 단백질과 유사한 "전달" 메카니즘에 의해 일주기성 시계 정보를 인접한 SCN 뉴런 또는 일주기성 산출 경로에 분배하는 것으로 추측하는 것은 흥미롭다. 그러나, 단순하게 단백질의 본체내에 막 관통 서열을 보유하는 것은 막 관통 능력을 반드시 제공하는 것은 아닌데, 이는 전장 Antp 단백질이 세포로부터 이출되거나 세포내로 이입되지 않기 때문이다. 따라서, Antp 단백질의 세포내로의 비-전형적인 관통은 아마도 물리적 관련성을 가지지 않으며, Antp와 같이, 전장 hPER1이 세포 막 관통 단백질임을 제시하는 증거는 없다. 그러나, 이들 발견은 본 발명자들이 다른 MPP-함유 단백질을 탐색하도록 촉진하였다. 핵 단백질내에 염기성 잔기의 스트링을 동정하도록 디자인된 알고리듬을 갖는 단백질 데이터베이스를 탐색함으로써, 본 발명자들은 잠재적인 막 관통 펩타이드 영역이 함유된 수백가지 단백질을 발견하였고, 수가지 종으로부터 4종의 추가의 MPP를 발견하였다(도 5 참조). 상기 및 추가의 데이터베이스 마이닝 탐색은 MPP-유사 서열이 통상적이며, 다양한 단백질내에 존재하는 것으로 제시한다. 그러나, 리포터 서열에 융합될 경우에 항상 핵 국재화를 제공하지는 않는 다수의 추정 NLS와 마찬가지로[참조: Moroianu, J., J Cell Biochem. 32-33,76-83 (1999)], 임의의 잠재적 MPP는 실험에 의해 기능적으로 측정되어야만 한다. 전달 또는 비-전달 단백질이 MPP 영역을 암호화할 수 있는 것이 명백한 것으로 간주되더라도, 여전히 남아있는 흥미로운 의문점은 MPP-유사 서열을 함유하는 단백질이 상기 도메인을 사용하여, 정상 생리학적 과정을 활성화하는 세포 도메인내로 세포내적으로 신속하게 전위하는지의 여부이다. 세포내 정보의 신속한 전달이 중요한 전사 현상과 관련된 효능은 특히 유용할 것이며, 이는 세포 동기화, 발생 및 분화 파라다임에서의 경우일 수 있기 때문이다.

분자를 세포내 구획으로 적재하는 MPP의 능력은 충분히 확립되어 있다[참조: Lindgren, M., et al., Trends Pharmacol Sci. 3, 99-103 (2000), Derossi, D., et al, Trends Cell Biol., 8, 84-87 (1998)]. 다른 MPP와 유사하게, hPER1-MPP 및 본원에서 동정된 다른 MPP는 관심 화합물, 예를 들어, 대형 분자, 즉 펩타이드 및 단백질, 지질, 다당류, 다른 유기 분자를 세포내로 신속하고 효율적으로 전달할 수 있다. 본원에 제시된 데이터는 hPER1-MPP가 리간드의 효과와 유사한 세로토닌성 및/또는 아드레날린성 7TM-수용체 유도된 펩타이드를 사용하는 방식으로 수용체를 활성화시키는 것을 입증하고(표 4 참조, 데이터는 제시하지 않음), 이는 hPER1-MPP가 관심 화합물을 세포내 구획으로 전위함을 확인하며, 생리학적으로 관련된 시그널링은 관심 화합물에 결합된 MPP에 의해 동정될 수 있다는 견해를 지지한다. 본원에 기술된 방법을 이용하여, 본 발명은 표적에 결합된 MPP를 사용하는 표적 확인 및/또는 특이적 효소 또는 수용체에 결합하는 MPP를 사용하는 치료학적 방법을 기능장애성 효소 성능을 위해 또는 경로내에서 변화시키거나, 보정하거나 보충하는방법으로서 제공하는 것으로 확대할 수 있다. 또한, 특이적 수용체에 결합된 MPP를 사용하는 치료학적 방법은 기능장애성 수용체, 정상 또는 비정상 수용체의 저 발현을 변화시키거나, 보정하거나 보충하는 방법으로서 사용할 수 있다.

함께 고려하여, 본원에 제공된 결과는 세포 관통성을 보유하는 포유동물 단백질, 및 보다 구체적으로는 사람 핵 단백질에 의해 암호화된 MPP는 막 비의존성이고 아마도 펩타이드 구조에 의존성인 것으로 입증한다. hPER1-MPP는 특이적 핵하 부위에 표적화되나, 세포내 표적에 다른 거대분자를 효율적으로 전달하는 잠재력을 보유한다.

보다 중요하게는, 본 발명은 NLS 도메인을 기초로 하는 신규한 MPP를 지도화하기 위한 제1 예를 제공하고, 다수의 MPP-유사 영역이 다양한 단백질내에 함유되어 있는 것으로 제시한다. 본원에 제시된 데이터는 MPP가 NLS의 일부를 기초로 할 수 있거나, NLS의 일부와 중복될 수 있거나, 또는 신규한 펩타이드일 수 있음을 입증한다.

NLS 서열을 동정하는 방법은 당해 분야에 익히 공지되어 있고, 핵에 진입하는 천연 단백질의 능력으로 제공하는 것으로 이전에 동정된 NLS를 포함하거나, 이전에 동정된 NLS와 실질적인 서열 상동체를 기초로 하는 추정 NLS이다. 또는, NLS는 서열 결실 실험에 의해 동정할 수 있다[참조예:Luo JC, Shibuya MA variant of nuclear localization signal of bipartite-type is required for the nuclear translocation of hypoxia inducible factors (1alpha, 2alpha and 3alpha). Oncogene. 2001 Mar 22;20(12):1435-44 또는Hodel MR, Corbett AH, Hodel AE.Dissection of a nuclear localization signal. J Biol Chem. 2001 Jan 12;276(2):1317-25].

본 발명의 바람직한 막 관통 펩타이드(MPP, 펩타이드 전달 도메인 또는 'PTD'로도 공지됨)는 소형 폴리펩타이드이고, NLS로부터 유래될 수 있거나, 포유동물 또는 효모 단백질의 NLS와 중복될 수 있다. 바람직한 포유동물 단백질은 사람, 원장류, 마우스 또는 랫트 종의 것이다. 치료할 세포와 NLS-유래된 단백질에 대해 동일한 종을 사용하는 것이 일반적으로 바람직하다. 사람 종은 사람 세포를 치료하기 위해 사용될 경우에 NLS-유래된 단백질로서 특히 바람직하다. NLS는 광범위한 부류의 효소내에서 발견될 수 있고, 핵 단백질, 전사 인자, 사이토킨 및 키나제에 한정되지 않는다. 바람직한 MPP는 핵 단백질 또는 전사 인자로부터 유래된 것이다. 또는, 본 발명의 MPP는 서열 -(X-X-X-X)_n-(여기서, n은 1 내지 7의 정수이고, X는 매회 아르기닌, 히스티딘 및 라이신으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다)을 포함하는 소형 폴리펩타이드이다. 소형 MPP를 사용하는 것이 바람직하며, 따라서, n이 정수 1 내지 5인 것이 바람직하고, n이 정수 1 내지 3인 것이 보다 바람직하다. 적합한 MPP의 선택된 양태는 표 1 및 실시예 5에 제공되어 있다.

MPP 및/또는 관심 화합물은 개별적으로, 예를 들어, 화학적 합성 경로에 의해 및 상업적으로 구입가능한 시약에 의해 화학적으로 합성할 수 있다. 또는, MPP 및/또는 관심 화합물이 폴리펩타이드인 경우에, 이는 재조합 기술에 의해 합성할수 있고, 공지된 방법에 따라 정제할 수 있다. 숙주 세포, 클로닝 벡터, 프로모터 및 올리고뉴클레오타이드 링커는 익히 공지되어 있고, 상업적으로 구입가능하다. 재조합 기술 및 정제 방법을 이용하는 방법론은 또한 익히 공지되어 있다[참조: Current Protocols in Molecular Biology, 4 Vols. Wiley]. 일반적으로는, 재조합 기술이 바람직하데, 이는 보다 대규모 제조에 보다 적합하고, 대량 생산에 보다 경제적이기 때문이다. 또는, MMP는 전구체 단백질의 특이적 프로테아제 분해에 의해 수득할 수 있다.

관심 화합물은 MPP의 N- 또는 C-말단에서의 화학적 가교결합에 의해 MPP에 부착되거나 결합하여, 예를 들어, 디설파이드 또는 에스테르 결합에 의해 결합된(또한 융합이라고도 함) MPP와 관심 화합물을 생성시킬 수 있다. 또 다른 양태에 있어서, 관심 화합물이 펩타이드인 경우에, 펩타이드는 MPP 서열과 관심 화합물의 융합물을 암호화하는 발현 벡터를 갖는 숙주 세포를 사용하여 벡터의 발현과 MPP와 관심 화합물의 융합물의 수득을 가능하게 하는 조건하에 재조합 기술에 의해 합성할 수 있다.

또 다른 양태에서, MPP 및 관심 화합물은 화학적 링커를 통해 부착시키거나 결합시킬 수 있다. 화학적 링커는 당해 분야에 익히 공지되어 있으며, 디사이클로헥실카보디이미드(DCC), N-하이드록시석신이미드(NHS), 말레이미도벤조일-N-하이드록시석신이미드 에스테르(MBS), N-에틸옥시카보닐-2-에틸옥시-1,2-디하이드로퀴놀린(EEDQ) 및 N-이소부틸옥시-카보닐-2-이소부틸옥시-1,2-디하이드로퀴놀린(IIDQ)을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직한 링커는 또한 단량체성 실체, 예를 들어, 단일 아미노산일 수 있고, 소형 측쇄 또는 소형 폴리펩타이드 쇄를 갖는 아미노산 또는 다수의 아미노산의 중합체성 실체가 특히 바람직하다. 바람직한 폴리펩타이드 링커는 15개 이하의 아미노산이고, 10개 이하의 아미노산의 폴리펩타이드가 보다 바람직하다. 5개 이하의 아미노산의 폴리펩타이드 링커가 보다 더 바람직하다. 또 다른 양태에서, 링커는 소형 폴리펩타이드 쇄를 암호화하는 핵산일 수 있고; 바람직한 링커는 15개 이하의 아미노산의 폴리펩타이드를 암호화한다. 보다 바람직한 링커는 10개 이하의 아미노산의 폴리펩타이드를 암호화하는 핵산이다. 5개 이하의 아미노산의 소형 폴리펩타이드, 예를 들어, Gly-Phe-Leu-Gly, Gly-Gly, Gly-Leu 또는 Gly 등을 암호화하는 핵산이다.

재조합 기술을 사용하여, 상기한 바 및 당해 분야에 익히 공지된 바와 같이 MPP, 링커 및 관심 화합물의 융합물을 발현시킬 수 있다.

또 다른 양태에서, 링커는 선택된 조직 또는 세포에 전달되면 MPP 및 관심 화합물의 분해를 유도하는 분해가능한 링커일 수 있다. 이러한 양태에서는, 세포 또는 조직은 분해가능한 링커를 분해할 수 있는 내인성 효소(자연 발생 효소이거나 효소를 발현시키도록 재조합적으로 조작될 수 있음) 또는 외인성 효소(예를 들어, 주사, 흡수 등에 의해)를 가질 수 있다. 분해에 적합한 효소는, 예를 들어, 글루코아밀라제와 목적하는 폴리펩타이드 사이에 KEX2 프로테아제 인식 부위(Lys, Arg)를 사용하여, 천연 아스퍼질러스 KEX2-유사 프로테아제의 작용의 결과로서 목적하는 폴리펩타이드를 융합 단백질로부터 생체내 방출시키는 것을 포함한다[참조: Contreras et al., 1991; Broekhuijsen et al., 1993; Ward et al., 1995]. 분해가능한 링커 펩타이드의 또 다른 예는 인식 서열 Asp-Asp-Asp-Asp-Lys를 포함하며, 여기서, 상기 융합 단백질은 엔테로키나제에 의해 분해가능하다.

또는, 링커는 관심 화합물이 세포 내부에서 가수분해 및/또는 효소적 분해에 의해 융합 MPP로부터 탈착되도록 생분해성일 수 있다. 예를 들어, 종양은 종종 특이적 프로테아제를 발현시키며, 세포독성제의 전구약물의 전달에서 사용된다. 링커는 라이소좀 프로테아제, 예를 들어, 카텝신 B, C 또는 D에 대해 선택적일 수 있다. 전구 약물의 전달 및 이들의 후속적인 활성화는 익히 인지되어 있으며, 이러한 접근법은 혈액 중의 미성숙 링커 가수분해로 인해 상당히 적은 전신 독성을 제공할 수 있으며, 결과적으로 보다 다량의 관심 화합물, 즉 약물 또는 세포독성제가 종양 부위에 전달된다[참조예: T. Higuchi and V. Stella provide a thorough discussion of the prodrug concept in Pro-drugs as Novel Delivery Systems, Vol. 14 of the A. C. S. Symposium Series, American Chemical Society (1975)]. 용이하게 분해가능한 그룹의 예는 아세틸, 트리메틸아세틸, 부타노일, 메틸 석시노일, t-부틸 석시노일, 에톡시카보닐, 메톡시카보닐, 벤조일, 3-아미노사이클로헥실리데닐 등을 포함한다.

관심 화합물은 임의의 유기 분자이고, 소형 분자, 펩타이드, 지단백질, 및 다른 변형된 단백질, 다당류, 올리고뉴클레오타이드, 안티센스 올리고뉴클레오타이드, 및 약제학적, 예방학적, 진단학적 특성 및/또는 연구 중요성을 갖는 것으로 간주되는 임의의 다른 화합물을 포함한다. 관심 화합물은 약제학적 특성을 갖는 것으로 이미 공지되어 있는 소형 유기 분자일 수 있으며, 따라서 본 발명은 관심 화합물로 환자를 치료하는 방법으로서 사용될 수 있다. 또는, 관심 화합물은 미지의 기능을 갖는 신규한 단백질일 수 있으며, 따라서 본 발명은 관심 화합물의 기능을 동정하는 방법으로서 사용될 수 있다. 또 다른 양태에서, 관심 화합물은 안티센스 분자일 수 있으며, 따라서 본 발명은 전사를 변형시키는 방법으로서 사용될 수 있다. 또 다른 양태에서, 관심 화합물은, 예를 들어, 불활성 형태이지만, 세포내에서는 활성화될 수 있는 전구약물일 수 있다. 또 다른 양태에서, 관심 화합물은 세포독성제일 수 있으며, 따라서 본 발명은 세포독성제를 세포에 전달하는 방법으로서 사용될 수 있다. 관심 화합물은 또한 결합된 MMP를 생성시키는데 유용한 검출가능한 단백질 및 신규한 MMP의 동정을 위한 검출가능한 단백질을 포함한다. 검출가능한 단백질은 검출가능한 표현형을 세포내에서 제공할 수 있는 단백질인 GFP, 베타 갈락토시다제, 방사성표지된 단백질 및 비오티닐화 단백질을 포함한다.

본 발명은 또한 시험관내, 생체외 또는 생체내에서 관심 화합물을 세포내로 전달하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 전달은 결합된 MPP와 관심 화합물을 배양된 세포에 세포외로 가함으로써 시험관내에서 수행할 수 있다. 전달은 결합된 MPP와 관심 화합물을 환자로부터 제거된 배양된 샘플, 예를 들어, 혈액, 조직 또는 골수에 세포외로 또는 외인적으로 가함으로써 생체외에서 수행하여, 처리된 샘플을 환자에게 복귀시킬 수 있다. 전달은 결합된 MPP와 관심 화합물을 경피 투여, 흡입 또는 주사에 의해 환자에게 투여함으로써 생체내에서 수행할 수 있다.

임의의 유형의 세포를 본 발명에서 사용할 수 있다. 세포는 포유동물, 세균, 바이러스 또는 효모 기원일 수 있다. 세포는 종양학 스크리닝에 통상적으로사용되는 배양된 세포일 수 있다. 배양된 세포의 예는 CHO, HEK293T, HeLa 및 NIH3T3을 포함한다. 세포는 MPP 결합체로의 생체외 처리 및 환자에의 재도입에 적합한 환자로부터의 배양된 세포일 수 있다. 세포는 치료할 환자와 동일하거나 다른 환자로부터 유래될 수 있다.

결합된 MPP와 관심 화합물을 포함하는 본 발명의 조성물은 치료학적, 예방학적, 진단학적 또는 연구 목적에 사용될 수 있다. 당해 조성물은 또한 조성물의 취급, 안정성 및 저장 특성을 개선시키는 애쥬번트, 안정화제 등을 추가로 포함할 수 있다.

신규한 MPP를 동정하는 방법은 또한 본 발명의 일부이다. 막 관통 펩타이드를 동정하기 위한 한 방법은 서열 -(X-X-X-X)_n-(여기서, n은 1 내지 7의 정수이고, X는 매회 아르기닌, 히스티딘 및 라이신으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다)을 검출가능한 단백질, 예를 들어, GFP, 베타 갈락토시다제 등과 함께 포함하는 결합 펩타이드를 생성시키고, 당해 결합 펩타이드를 세포에 첨가하고, 당해 결합된 펩타이드가 세포의 세포질 및/또는 핵내에 위치하는지의 여부를 측정하는 것이다. 막 관통 펩타이드를 동정하기 위한 또 다른 방법은 포유 동물 또는 효모 단백질의 핵 국재화 서열로부터 유래되거나 이와 중복된 펩타이드 및 검출가능한 단백질, 예를 들어, GFP, 베타 갈락토시다제 등을 포함하는 결합 펩타이드를 생성시키고, 당해 결합 펩타이드를 세포에 첨가하여, 당해 결합된 펩타이드가 세포의 세포질 및/또는 핵내에 위치하는지의 여부를 측정하는 것이다.

다음의 약어가 아미노산에 대해 사용된다:

A는 Ala 또는 알라닌을 의미하고;

C는 Cys 또는 시스테인을 의미하고;

D는 Asp 또는 아스파르트산을 의미하고;

E는 Glu 또는 글루탐산을 의미하고;

F는 Phe 또는 페닐알라닌을 의미하고;

G는 Gly 또는 글리신을 의미하고;

H는 His 또는 히스티딘을 의미하고;

I는 Ile 또는 이소로이신을 의미하고;

K는 Lys 또는 라이신을 의미하고;

L은 Leu 또는 로이신을 의미하고;

M은 Met 또는 메티오닌을 의미하고;

N은 Asn 또는 아스파라긴을 의미하고;

P는 Pro 또는 프롤린을 의미하고;

Q는 Gln 또는 글루타민을 의미하고;

R은 Arg 또는 아르기닌을 의미하고;

S는 Ser 또는 세린을 의미하고;

T는 Thr 또는 트레오닌을 의미하고;

V는 Val 또는 발린을 의미하고;

W는 Trp 또는 트립토판을 의미하고;

Y는 Tyr 또는 티로신을 의미한다.

단백질은 좌측에 N-말단을 갖도록 기재한다.

다음의 약어가 사용된다: 'v/v'는 용적 대 용적을 의미하고; 'EYFP'는 서열 Glu-Tyr-Phe-Pro의 펩타이드 단편을 의미하고; 'ORF'는 오픈 리딩 프레임을 의미하고; 'PCR'은 폴리머라제 연쇄 반응을 의미하고; 'CHO'는 차이니즈 햄스터 난소 세포를 의미하고; 'HEK293T'는 사람 배아 신장 세포를 의미하고; 'HeLa'는 상피 선암종 세포를 의미하고; 'NIH3T3'은 스위스 마우스 배아 섬유아 세포를 의미하고; 'DMSO'는 디메틸 설폭사이드를 의미하고; 'FCS'는 소 태아 혈청을 의미하고; 'DMEM'은 둘베코 변형 이글 배지를 의미하고; 'PBS'는 인산염 완충 염수를 의미하고; 'BSA'는 소 혈청 알부민을 의미하고; 'C-말단'은 카복시-말단을 의미하고; 'N-말단'은 아미노-말단을 의미하고; 'PTD'는 펩타이드 전달 도메인을 의미하고; 'GPCR'은 G-단백질 결합된 수용체를 의미하고; 'TM'은 GPCR의 경막 도메인을 의미하고; 'I'는 GPCR의 세포내 루프를 의미하고; '5HT2A'는 세로토닌 수용체 2A를 의미하고; 'mAb'는 모노클로날 항체를 의미한다.

실시예 1

hPER1내에서의 NLS의 동정

플라스미드 작제

본원에 기술된 모든 hPer1 단편을 EYFP에의 프레임내 C-말단 융합물로서 클로닝시킨다. EYFP-hPer1 ORF, P1-N 및 P1-NX(도 1A)를 EcoRI 및 XhoI 분해된 단편의 EYFP-C1 벡터(Clontech)내로의 삽입에 의해 생성시킨다. 다른 단편은 전장 hPer1 cDNA로부터 PCR 증폭시키고, EYFP-C1 벡터내로 클로닝시킨다. 각각의 잔기에 존재하는 첫 번째 및 마지막 잔기는 도 1A에 제시한다. 모든 작제물은 자동화 DNA 서열분석에 의해 확인한다.

세포 배양 및 DNA 형질감염

CHO, HeLa 및 293T 세포는 10% 소 태아 혈청(FCS), 50단위/ml 페니실린, 50㎍ 스트렙토마이신 및 4mM L-글루타민으로 보충된 둘베코 변형 이글 배지(DMEM)(이후 완전 DMEM으로 칭함)내에 37℃에서 5% CO₂하에 유지시킨다. 세포의 형질감염은 제조업체의 지침에 따라 LIPOFECT-AMINETM™ 시약(Life Technologies)을 사용하여 2웰 Lab-Tek 커버슬립(Nunc Inc.)에서 수행한다.

펩타이드 및 펩타이드 내재화

펩타이드를 시판 벤더(Bio Synthesis)에 의해 합성한다. 펩타이드 내재화를 위해, 세포를 2웰 Lab-Tek 커버슬립(Nunc Inc.)으로 2X10⁵개 세포/웰의 밀도로 플레이팅시키고, 밤새 배양한다. 펩타이드를 PBS로 지시된 농도로 희석된 DMSO에 용해시킨다. 세포 단층을 달리 지시되지 않는 한 1μM 표준 농도로 10분 동안 실온(RT)에서 적합한 펩타이드/PBS 용액과 함께 배양한다. 4℃에서의 실험의 경우, 모든 배양을 고정화 과정의 종료까지 4℃에서 수행하는 것을 제외하고는 프로토콜은 동일하다.

면역형광 및 현미경 검사

EYFP 융합 단백질의 발현 및 세포하 국재화의 직접 검출을 위해, 형질감염된 세포를 PBS 중의 4%(v/v) 포름알데히드로의 고정화의 부재하에 또는 고정화 후에 4℃에서 20분 동안 직접적으로 조사하고, PBS로 세척한다. 비오티닐화 펩타이드의 간접 면역검정을 위해, 고정화된 세포를 PBS로 2회 세척하고, PBS 중의 0.3% Triton X-100으로 4℃에서 20분 동안 투과화시키고, PBS 중의 2% BSA로 RT에서 30분 동안 차단시킨다. 다음, 세포를 PBS로 세척하고, 스트렙타비딘-FITC™(Sigma) 또는 -Alex499(Molecular Probe)와 함께 배양하고, 0.2% Tween 20, PBS 중의 2% BSA로 RT에서 1시간 동안 1:400 희석시킨다. PBS로 2 x 5분 세척한 후, PBS 중의 0.3% Triton X-100으로 1회 20분 동안 세척한다. 특정 실험에서는, 핵을 PBS 중의 50ng/ml Hoechst 33258(Sigma) 또는 3pg/ml 프로피듐 요오다이드로 염색한다. 형광의 세포하 국재화를 Olympus 현미경 상에서 분석한다. 공초점 영상을 Zeiss 공초점 레이저 스캔 현미경(CLSM phoibos 1000)으로 촬영한다.

PER1의 핵 진입이 이의 기능에 대해 중요한 것으로 공지되어 있지만, 어떠한 추정 NLS도 표준 프로파일 스캐닝 프로그램[참조: Shearman, L. P., et al., Neuron 19, 1261-1269 (1997), Yagita, K., et al., Genes Dev. 14, 1353-1363 (2000)]을 이용하여 동정되지 않았다. hPER1의 NLS를 실험적으로 결정하기 위해,3종의 전장 hPER1(P1-FL)을 작제하고, P1-N, P1-NM 및 P1-C로 지명한다(도 1A). 다음, CHO 세포내에서 핵을 국재화하는 이들 작제물의 능력을 분석한다. EYFP-태그를 사용하여, 생세포내에서의 hPER1의 검출을 수월하게 하지만; EYEP-태그는 hPER1 융합 단백질 국재화에 명백한 기여를 하지 못하는데, 이는 N-말단 Flag-태그로 제작된 hPER1 작제물은 동일한 세포학적 분포 패턴을 나타내기 때문이다(데이터는 제시하지 않음). 일시적인 형질감염 후에, P1-FL 및 P1-NM 단백질은 형질감염된 핵내에서 형질감염된지 10시간 후 정도로 빨리 발현되는 한편, P1-N 및 P1-C는 단지 세포질내에 축적된다(도 1B). EYFP 벡터 대조군은 핵과 세포질 둘 다에 확산된다. 이들 결과는 본 발명자들이 영역 M으로서 명시한 hPER1 중의 기능적 NLS가 P1-N과 P1-C 사이에 위치함을 입증한다(도 1A 참조).

영역 M(아미노산 481-890)내에 NLS를 추가로 국재화하기 위해, 일련의 8개의 결실 작제물, P1-F1 내지 P1-F8을 생성시키고, 각각의 돌연변이체의 세포하 분포를 도 1A 및 B에 제시된 바와 같이 분석한다. 영역 M에서의 아미노산 581(P1-F2) 내지 위치 821(P1-F7)로부터의 후속적인 결실은 핵 국재화를 발생시킨다. 아미노산 821 내지 841(P1-F8)의 추가의 결실은 EYFP 벡터 대조군의 것과 유사한 국재화 패턴을 갖는 형질감염된 세포내에 확산된 형광 패턴을 발생시킨다. 이들 데이터는 NLS가 아미노산 821 내지 890 사이에 존재하고, 영역 M의 C-말단에 위치함을 제시한다. 이러한 관찰은 추가의 EYFP 융합 단백질, hPER1 아미노산 830-845에 함유된 P1-NLS의 작제에 의해 확인된다. 이러한 영역은 NLS로서 작용할 것으로 추측되는 염기성 잔기의 스트링을 함유한다[참조: Weis, K., Trends Biochem. Sci. 23, 185-189 (1998), Truant, R. and Cullen, B.R. Mol Cell Biol. 19, 1210-1217 (1999)]. 예상한 바와 같이, P1-NLS는 형질감염된 세포 100%에서 핵 국재화를 나타낸다(도 1B). 추가의 융합 작제물 중의 PER1의 다른 영역은 핵에의 국재화에 실패하였다(데이터는 제시하지 않음). 따라서, 본 발명자들은 hPER1의 NLS(hPER1-NLS)가 아미노산 830-845내에 국재화된 것으로 추론한다. 흥미롭게도, 작제물 P1-F1은 이것이 NLS를 함유한다는 사실과는 무관하게 엄격한 세포질 국재화 패턴을 가지며, 이것은 이러한 영역이 또한 이전에는 동정되지 않은 세포질 국재화 영역을 함유한다는 공개된 관찰을 지지한다[참조: Vielhaver, E., et al., Mol Cell Biol. 20, 4888-4899 (2000)]. 서열 정렬은 hPER1-NLS가 사람 및 마우스 PER1 단백질 사이에 보존되지만(도 1A), 다른 추정 NLS 또는 다른 사람, 마우스 또는 드로소필라 PER의 경우는 아니라는 것을 제시한다. 본 발명의 연구 종료 후, 비엘하버(Vielhaber) 등(2000)은 본 발명자들의 동정된 16개 아미노산 서열을 함유하는 보다 긴 마우스 PERS-NLS를 동정하였으며[참조: Vielhaver, E., et al., Mol Cell Biol. 20, 4888-4899 (2000)]; 따라서, 본 발명자들의 발견을 지지한다.

실시예 2

hPER1-NLS는 MPP를 암호화한다

3종의 동정된 유전자 암호화된 MPP(TAT, Antp 및 VP22)의 2가지 통상의 특성은 이들이 핵 단백질로부터 유래하며, 이들이 염기성 아미노산 잔기로 구성되어 있다는 것이다[참조: Lindgren, M., et al., Trends Pharmacol Sci. 3, 99-103(2000)]. hPER1은 또한 염기성 아미노산(SRRHHCRSKAKRSRHH, 참조 도 1)이 풍부한 NLS를 갖는 핵 단백질이다. 이러한 유사성은 본 발명자들이 hPER-NLS가 MPP로서 작용할 수 있을지의 여부를 측정하도록 유도하였다. 이러한 가설을 시험하기 위해, 본 발명자들은 수가지 N-말단 비오티닐화 펩타이드를 합성하였다: hPER1-MPP, Flag-태그된 hPER1-MPP, Flag-태그된 TAT-PTD, Flag-Flag 단독, 표 1 참조:

명칭	아미노산 서열	전달펩타이드¹	융합 단백질 상에서의핵 국재화²
hPER1	GRRHHCRSKAKRSRHH	+	+
Flag-hPER1	GMDYKDDDDKGSRRHHCRSKAKRSHH	+	nd
Flag-TAT	GMDYKDDDDKGYGRKKKRRQRRR	+	+
Flag	GMDYKDDDDKGMDYKDDDDK	-	-
안테나페디아	GRQIKIWFQNRRMKWKK	+	nd
9 아르기닌	GRRRRRRRRR	+	nd
9 라이신	GKKKKKKKKK	+	nd
9 히스티딘	GHHHHHHHHH	-	nd

NLS:
SV40	GDPKKKRKV	-	+
hPER2	GKKTGKNRKLKSKRVKPRD	-	+
hPER3	GRKGKHKRKKLP	+	+
갑상선 A-1	GKRVAKRKLIEQNRERRR	+	+
HME-1	GRKLKKKKNEKEDKRPRT	+	+
ABL-1	GKKTNLFSALIKKKKTA	+	+
뉴클레오플라스민 X	GRRERNKMAAAKCRNRRR	+	+
C-FOS	GRRERNKMAAAKCRNRRR	-	+
GCN-4	GKRARNTEAARRSRARKL	+	+

[R/H/K]- [R/H/K]- [R/H/K]- [R/H/K]
HEN1/NSLC1	GRRRRATAKYRTAH	+	+
HEN2/NSLC2	GKRRRRATAKYRSAH	+	+
HNF3	GRRRRKRLSHRT	+	+
cAMP 의존성 TF	GRRRRRERNK	+	+
사이클린 L ania-6a	GKHRHERGHHRDRRER	-	+
베타 Zip TF	GKKKRKLSNRESAKRSR	-	+
GFP	-	nd	-
Fn 1: 선택된 MPP에 대해 제시된 결과, 도 5 참조Fn 2: 선택된 MPP에 대해 제시된 결과, 도 5 참조

세포 막을 관통하는 능력에 대해 펩타이드를 검정한다. 세포내 국재화는 표지된 스트렙타비딘 알렉사 시약을 사용하는 직접 염색에 의해 또는 항-Flag mAb, 이어서 표지된 2차 항체를 사용하는 간접 염색에 의해 검정한다. 세포에 10μM의 농도의 배양물로 첨가할 경우에, hPER1-MPP, Flag-hPER1-MPP 및 Flag TAT-PTD 펩타이드는 100% 세포내로 신속하게 관통하는 것으로 밝혀졌다(도 2A 및 도 5). 두 검정 방법에 의해, hPER1-MPP, Flag-태그된 hPER1-MPP 및 Flag-태그된 TAT-PTD가 세포질을 통해 확산되어 분포하지만, 핵질 및 핵소체내의 별개의 초점으로서 간주되는 핵하 도메인내에 집중되는 것으로 관찰된다. 대조적으로, 비오티닐화 음성 대조 펩타이드인 Flag-Flag 및 hPER1 영역으로 유래된 수가지 추가의 펩타이드는 고농도에서도 단지 겨우 식별가능한 배경 염색이며, 핵 또는 핵소체에서는 염색되지 않는다(데이터는 제시하지 않음). 공초점 현미경을 사용하여, Flag-태그된 hPER1-MPP의 세포내 및 핵내 염색을 확인하고, 음성 대조 펩타이드는 내재화되지 않음을 확인한다(도 2A).

hPER1-MPP는 신속하게 세포 막을 관통하고, 핵 영역에 TAT-PTD 펩타이드와 유사한 효율로 국재화한다(도 2B). 동일한 결과가 CHO, HEK293T, HeLa, NIH3T3 및 배양된 랫트 원시 피질 뉴런을 사용하여 수득되며(데이터 제시하지 않음), 이는 세포 유형-비의존성 관통을 제시한다.

hPER1-MPP 내재화는 4℃ 및 37℃에서 유사한 효율로 및 세포 막 고정화 이후에도 신속하게(5분 이내) 발생한다(데이터 제시하지 않음). 따라서, hPER1의 아미노산 서열 830-845는 융합 단백질내에서 단백질 핵/핵소체 국재화 시그널로서 및MPP로서 작용하며, 막 관통은 전통적인 수용체-매개된 세포내 이입 메카니즘과는 무관하다.

실시예 3

아르기닌 7은 hPER1-MPP 활성에 필수적이다

지금까지, MPP가 세포 막을 횡단하는 메카니즘뿐만 아니라, 구조적 기초가 밝혀지지 않았다. 따라서, 본 발명자들은 막 관통 잠재력에 필수적인 특성을 유지하기 위해 중요한 주요 잔기가 hPER1-MPP내에 존재하는지의 여부를 측정하고자 한다. 본 발명자들은 hPER1-MPP내의 각각의 아미노산을 알라닌으로 개별적으로 치환하고(표 2), 야생형 hPER1-MPP과 비교하여 상기 돌연변이된 펩타이드의 생세포 관통 능력을 검정한다.

알라닌 스캐닝:

명칭	hPER1-PTD 알라닌 치환	전달 펩타이드
hPER1-PTD	S R R H H C R S K A K R S R H H	+
R2A	SAR H H C R S K A K R S R H H	+
R3A	S RAH H C R S K A K R S R H H	+
H4A	S R RAH C R S K A K R S R H H	+
H5A	S R R HAC R S K A K R S R H H	+
C6A	S R R H HAR S K A K R S R H H	+
R7A	S R R H H CAS K A K R S R H H	-
S8A	S R R H H C RAK A K R S R H H	+
K9A	S R R H H C R SAA K R S R H H	+
K11A	S R R H H C R S K AAR S R H H	+
R12A	S R R H H C R S K A KAS R H H	+
S13A	S R R H H C R S K A K RAR H H	+
R14A	S R R H H C R S K A K R S A H H	+
hPER1-PTD13	R R H H C R S K A K R S R	+
hPER1-대조군(484-503)	QELSEQIHRLLLQPV	-

도 3에 도시된 바와 같이, 단일 알라닌 치환의 대부분이 야생형 펩타이드와비교하여 막 관통 능력에 거의 영향을 미치지 않는다. 그러나, 아르기닌 7을 알라닌으로 변화시킬 경우(R7A)에 음성 대조군 펩타이드에 대해 관찰되는 정도로 검출가능한 세포학적 시그널이 감소한다. 따라서, 아르기닌 7의 알라닌으로의 돌연변이는 hPER1-MPP의 막 관통 특성을 상당히 감소시킨다. 동일한 관찰이 아르기닌 7의 글루탐산으로의 변화(R7E) 후에 관찰되었다(데이터는 제시하지 않음). 또한, N-말단 세린 및 2개의 C-말단 히스티딘의 hPER1-MPP로부터의 동시 결실(hPER1-MPP13)은 펩타이드의 양성 막 관통에 전면적인 영향을 거의 미치지 않는다(도 3).

아르기닌 7 잔기는 hPER1-MPP의 세포 관통 능력에 중요한 역할을 한다. 따라서, 본 발명자들은 R7A 돌연변이가 융합 단백질 P1-NLS에 영향을 미치는지의 여부를 측정하고자 한다. 융합 단백질 P1-R7A(아르기닌 7의 알라닌으로의 돌연변이)로 형질감염된 CHO 세포는 야생형 P1-NLS와 유사하게 강한 핵 염색을 갖는다(데이터는 제시하지 않음). 핵 국재화는 P1-R7A 돌연변이체 융합 단백질에서는 정상인 것으로 간주되지만, 핵소체에의 세포하 표적화는 붕괴된다(데이터는 제시하지 않음). 이들 데이터는 막 관통 및 핵소체 표적화가 단일 R7 아미노산 잔기에 의해 영향을 받음을 제시하고, hPER1-NLS의 핵 전위는 별개 및 특유의 결정인자를 가짐을 제시한다.

실시예 4

기능적 분자의 hPER1-MPP 전달

MPP의 특성 중 하나는 단백질 및 펩타이드를 세포내로 적재하는 능력이다.본 발명자들은 문헌[참조: Fawell, S., et al., Proc Natl Acad Sci U S A. 91, 664-668 (1994)]에 기술된 바와 같이 hPER1-MPP를 β-갈락토시다제에 결합하여, 융합 단백질을 배양물 중의 세포에 전달하는데 성공하였다(데이터는 제시하지 않음). 그러나, MPP의 기능적 유용성을 추가로 확대하기 위해, 본 발명자들은 생리학적으로 관련되고 생물학적으로 활성인 펩타이드와의 융합물로 hPER1-MPP를 시험하였다. 웨스 및 콜리규스(Wess and collegues (1993))는 G-단백질 결합된 수용체(GPCR) 상과의 보존된 경막 절편 7(TM7)에 대한 기능적 역할을 제시하였다. TM7과 함께, 제3의 세포내 루프(I3)는 GPCR 칼슘 시그널링에서 중요한 역할을 하는 한편[참조: Wess, JM., et al., EMBO J. 12, 331-338 (1993)], 세포내 루프 1 및 2(I1 and I2)는 중요한 것으로 간주되지 않는다. 세로토닌 수용체, 5HT2A를 사용하여, 본 발명자들은 I1 및 TM7 도메인으로부터 디자인된 펩타이드와의 융합물로 수용체를 활성화하는 hPER1-MPP 및 TAT-PTD의 능력을 실험에 의해 시험한다. 비오티닐화 펩타이드 hPER1-MPP TM7, TAT-PTD TM7, hPER1-MPP I1, TAT-PTD I1, hPER-MPP, TAT-PTD, TM7 또는 I1을 5HT2A 수용체 CHO 안정한 세포주와 함께 10μM의 농도로 배양한다. 펩타이드 막 관통을 상기한 바와 같이 스트렙타비딘-알렉사 594를 사용하여 검정한다. 도 4A에 도시된 바와 같이, 수용체 시그널링을 칼슘 반응의 수준에 의해 측정된 바와 같이 외인성 세로토닌, hPER1-MPP TM7 및 TAT-PTD TM7의 첨가에 의해 활성화시킨다. 그러나, TM7 단독 또는 임의의 다른 펩타이드는 칼슘 반응을 생성시킬 수 없다. 또한, hPER1-MPP TM7 및 TAT-PTD TM7에 의한 수용체의 활성화는 펩타이드 농도 의존성이다(도 4B). hPER1-MPP 또는 TAT-PTD와의 융합물로의 증가하는 수준의 활성화 펩타이드, TM7의 첨가는 용량 의존성 방식으로 칼슘 반응을 발생시킨다. TAT-PTD TM7은 hPER1-MPP TM7보다 강력한 5HT2A 수용체 활성화제인 것으로 간주된다. 이러한 결과에 대한 간단한 설명은 TAT-PTD TM7이 hPER1-MPP TM7보다 세포질적으로 국재화되거나 보다 더 큰 세포 관통 능력을 가진다는 것이지만, 본 발명자들은 실례를 관찰하지 못하였다. 유사한 결과가 또한 아드레날린성 활성화 펩타이드와의 융합물로 hPER1-MPP를 사용하여 본 실험실에서 수득되었다(비공개된 데이터). 이들 데이터는 hPER1-MPP가 세포 막을 관통할 뿐만 아니라, 펩타이드를 세포내 구획으로 적재하여, 생물학적으로 관련된 시그널 전달 이벤트를 개시할 수 있음을 입증하는 이전의 결과를 지지한다.

실시예 5

다른 유전자 암호화된 MPP의 동정

hPER1은 전사 조절에 관련된 것으로 제안된 핵 단백질이고, 지금까지 자연 발생 단백질로부터 유래된 모든 PTD는 전사 인자(TAT, Antp 및 VP22)이기 때문에, 본 발명자들은 다른 PTD 서열이 게놈내에 존재하는지의 여부를 측정하고자 한다. 이러한 목적을 위해, 본 발명자들은 2가지 접근법을 이용한다; 첫 번째, 본 발명자들은 모든 공지 및 추정 NLS에 대한 NCBI 비-풍부한 단백질 데이터 베이스(표 1, 10-17)를 탐색한다. 본 발명자들은 NLS 아미노산 서열에 상응하는 펩타이드를 합성하여, 펩타이드 전달에 대해 분석한다. 표 1 및 도 5, 6 및 7에 도시된 바와 같이, 합성된 펩타이드는 hPER-PTD 및 TAT-PTD와 유사한 막 관통 특성을 갖는다. 이들 단백질은 갑상선 호르몬 수용체 알파-1, 호메오박스 단백질 HME1 및 프로토-온코진 단백질 ABL-1의 사람 단백질을 포함한다. 또한, (표 1 및 도 5) 본 발명자들이 상기 펩타이드 서열과 GFP 사이에 프레임내 융합 단백질을 생성시켜, CHO 또는 HEK 293T 세포로 형질감염시킬 경우에, 모든 서열은 융합 단백질의 핵 국재화를 제공한다.

PTD를 동정하기 위한 본 발명자들의 두 번째 접근법은 축퇴성 알고리듬을 갖는 NCBI 비-풍부한 단백질 데이터베이스 컬렉션을 탐색함을 포함한다(도 5의 범례 참조). 이들 탐색 파라미터를 사용하여, 본 발명자들은 알고리듬에 대한 조건이 129,169회(24%)를 만족하는 533,291개 서열을 발견하였다. 본 발명자들의 탐색을 "전사 인자, 사이토킨 또는 티로신 키나제"를 포함하도록 한정함으로써, 본 발명자들은 알고리듬 패턴이 7374회(89%) 발생하고, 2333개 사이토킨 단백질 서열내에서는 패턴이 450회(19%) 발생하고; 2513개 티로신 키나제 단백질 서열내에서는 패턴이 843회(36%) 발생하는 8280개 전사 인자 단백질 서열을 발견하였다. 알고리듬은 핵 단백질내에서 대부분 빈번하게 발생하기 때문에, 본 발명자들은 펩타이드를 "전사 인자" 서열 중 6개의 경우에 추정 PTD에 대해 합성하여, 세포내로 관통하는 능력에 대해 검정한다. 표 1, 18-23행의 결과 및 도 3A에 제시된 바와 같이, 시험된 6개의 펩타이드 중 4개가 hPER1-PTD 및 TAT-PTD와 유사한 막 관통 특성을 갖는다. 이들 단백질은 뉴런 분화 및 발생에 관여하는 것으로 보고된 2개의 사람 단백질 HEN1/NSLC-1 및 HEN2/NSLC-2[참조: Uittenbogaard, M., Peavy, D.R. and Chiaramello, A. 1999. Expression of the bHLH gene NSCL-1 suggests a role inregulation of cerebellar granule cell growth and differentiation. J. Neurosci. Res. 57:770-781, Lipkowitz, S. et al. 1992. A comparative structural characterization of the human NSCL-1 and NSCL-2 genes. Two basic helix-loop-helix genes expressed in the developing nervous system. J. Biol. Chem. 267:21065-21071], 랫트 HNF-3(17) 및 드로소필라 cAMP 의존성 전사 인자(18)를 포함한다. 또한, (표 1 및 도 5) 본 발명자들이 상기 펩타이드 서열과 GFP 사이에 프레임내 융합 단백질을 생성시켜, CHO 또는 HEK 293T 세포로 형질감염시킬 경우에, 모든 서열은 융합 단백질의 핵 국재화를 제공한다. 이러한 결과는 PTD 서열이 NLS내에서 발견되거나 NLS와 중복될 수 있음을 제시한다. 그러나, 보든 NLS가 SV40, hPER2, C-FOS, 사이클린 L ania-6 및 베타 Zip 전사 인자 NLS에서 명백한 바와 같이 PTD인 것은 아니다(표 1). 이러한 결과는 또한 PTD 서열인 게놈 전체에 걸쳐 및 특히 핵 단백질내에 우세함을 제시한다.

실시예 6

β-갈락토시다제를 갖는 hPER-PTD

HIV TAT 전달 펩타이드의 한가지 이상의 특성은 단백질을 세포 및 조직내에 적재하는 능력이다. 따라서, 본 발명자들은 hPER1 전달 펩타이드가 베타 갈락토시다제를 세포내로 적재할 수 있는지의 여부를 측정하고자 한다. 이러한 실험을 수행하기 위해, 본 발명자들은 문헌[참조: Frankel et al. PNAS 1989 (19):7397-401]의 프로토콜에 따라고, 이에 의해 본 발명자들은 hPER1-PTD 또는 hPER-PTD R7A(Ala를 Arg⁷로 치환)를 전장 β-갈락토시다제에 화학적으로 결합시키고, 이들 결합체 및 베타-갈락토시다제 단백질 단독의 CHO 세포내로 전달하는 능력에 대해 검정한다. 도 6, 패널 1에 도시된 바와 같이, hPER-PTD β-갈락토시다제 융합물과 함께 배양된 세포는 X-gal의 첨가 후에 세포에서의 청색에 의해 지시되는 바와 같이 β-갈락토시다제에 대한 양성 효소 활성을 나타낸다. 그러나, hPER-MPP R7A β-갈락토시다제 또는 β-갈락토시다제 단백질 단독으로는 X-gal의 첨가 후에 청색 염색 반응성을 나타내지 않는 것으로 지시되는 바와 같이(패널 2 및 3) 세포에 진입할 수 없다. 이들 데이터는 TAT 펩타이드와 마찬가지로, hPER1-PTD가 대형(120kD) 단백질을 세포내로 적재할 수 있음을 지시한다.

Claims

관심 화합물에 결합되어 있는 막 관통 펩타이드를 포함하는, 관심 화합물을 세포내로 전달하기 위한 융합 단백질.
제1항에 있어서, 막 관통 펩타이드가 핵 국재화 서열로부터 유래되거나, 포유동물 또는 효모 단백질의 핵 국재화 서열과 중복되거나, 서열 -(X-X-X-X)_n-(여기서, n은 1 내지 7의 정수이고, X는 매회 아르기닌, 히스티딘 및 라이신으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다)을 포함하는 융합 단백질.
제2항에 있어서, 핵 국재화 서열이 핵 단백질 또는 전사 인자로부터 유래되는 융합 단백질.
제3항에 있어서, 전사 인자가 Period 단백질인 융합 단백질.
제4항에 있어서, Period 단백질이 사람 Period 단백질인 융합 단백질.
제5항에 있어서, 포유동물 Period 단백질이 사람 Period1 단백질인 융합 단백질.
제2항에 있어서, 막 관통 펩타이드가 서열 -(X-X-X-X)_n-(여기서, n은 1 내지 7의 정수이고, X는 매회 아르기닌, 히스티딘 및 라이신으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다)을 포함하는 융합 단백질.
제7항에 있어서, n이 정수 1 내지 4인 융합 단백질.
제8항에 있어서, n이 정수 1 또는 2인 융합 단백질.
제1항에 있어서, 관심 화합물이 펩타이드, 단백질, 화학적 실체, 핵산 또는 이의 모든 변형된 형태인 융합 단백질.
세포를 제1항에 따르는 융합 단백질과 접촉시킴을 포함하여, 관심 화합물을 세포내로 전달하는 방법.
배양된 세포를 제1항에 따르는 융합 단백질과 접촉시킴을 포함하여, 관심 화합물을 시험관내에서 세포내로 전달하는 방법.
세포를 제1항에 따르는 융합 단백질과 접촉시키고, 당해 세포를 환자의 신체에 도입함을 포함하여, 관심 화합물을 생체외에서 세포내로 전달하는 방법.
제1항에 따르는 융합 단백질을 환자에게 투여함을 포함하여, 관심 화합물을 생체내에서 세포내로 전달하는 방법.
서열 -(X-X-X-X)_n-(여기서, n은 1 내지 7의 정수이고, X는 매회 아르기닌, 히스티딘 및 라이신으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다)을 검출가능한 단백질과 함께 포함하는 결합 펩타이드를 생성시키고, 당해 결합 펩타이드를 세포에 외인적으로 첨가하고, 당해 결합된 펩타이드가 세포의 세포질 및/또는 핵내에 위치하는지의 여부를 측정함으로써, 서열 -(X-X-X-X)_n-(여기서, n은 1 내지 7의 정수이고, X는 매회 아르기닌, 히스티딘 및 라이신으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다)을 포함하는 막 관통 펩타이드를 동정하는 방법.
핵 국재화 서열의 부분 또는 전부를 검출가능한 단백질과 함께 포함하는 결합 펩타이드를 생성시키고, 당해 결합 펩타이드를 세포에 외인적으로 첨가하고, 당해 결합된 펩타이드가 세포의 세포질 및/또는 핵내에 위치하는지의 여부를 측정함으로써, 포유동물 또는 효모 단백질의 핵 국재화 서열로부터 유래되거나 이와 중복되는 서열을 포함하는 막 관통 펩타이드를 동정하는 방법.
서열 -(X-X-X-X)_n-(여기서, n은 1 내지 7의 정수이고, X는 매회 아르기닌, 히스티딘 및 라이신으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다)을 포함하는 막 관통 펩타이드를 포함하는 제1항에 따르는 융합 단백질을 세포에 투여함을 포함하여, 관심 화합물을 세포내로 전달하는 방법.
서열 -(X-X-X-X)_n-(여기서, n은 1 내지 7의 정수이고, X는 매회 아르기닌, 히스티딘 및 라이신으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다)을 포함하는 막 관통 펩타이드 및 관심 화합물을 포함하는, 관심 화합물을 세포내로 전달하기 위한 융합 단백질.
제18항에 있어서, 관심 화합물이 막 관통 펩타이드에 화학적으로 직접적으로 또는 링커에 의해 결합되어 있는 융합 단백질.
제19항에 있어서, 링커가 아미노산 링커 또는 폴리펩타이드 링커인 융합 단백질.
제18항에 있어서, 막 관통 단백질이 재조합 기술, 화학적 합성 또는 전구체 단백질의 분해에 의해 제조되는 융합 단백질.