Abstract
The dnrF gene, responsible for conversion of aklavinone to $\varepsilon$-rhodomycinone via C-11 hydroxylation, was mapped in the daunorubicin gene cluster of Streptomyces peucetius subsp. caesius ATCC 27952, close to drrAB, one of the anthracycline resistance genes. To characterize the enzymatic properties of the aklavinone 11-hydroxylase, the dnrF gene was overexpressed in Escherchia coli. The pET-22(+) plasmid which has the T7 promoter under the control of lacUV5 gene was used for the overexpression of the dnrF gene, and the recombinant plasmid pET213 that contains the dnrF gene linked to the T7 promoter of pET-22b(+) was introduced into the E. coli BL2l. When the expression of the dnrF gene was induced by IPTG at the final concentration of 1 mM, the induced protein could be detected in SDS-PAGE only in insoluble precipitate. The insoluble protein was electroeluted from the gel and used for the preparation of antiserum in mice. Various culture conditions were tested to maximize the expression of the aklavinone 11-hydroxylase in soluble form. The enzymatic activity was checked by the bioconversion experiment, and the protein was confirmed by the SDS-PAGE and the Western blot analysis. From the analysis of the data, it was concluded that the culture induced with IPTG at the final concentration of 0.02 mM at 37$^{\circ}C$ yielded the best productivity of active form of enzyme.
일반적으로 Streptomyces류는 성장이 늦고 유지가 어려운 반면, E. coli는 배양기간이 짧고 유전자 조작도 간편한 장점이 있기 때문에, E. coli를 이용하여 유용단백질을 생산하는 연구가 일반적인 흐름이다. 그러나 E. coli에서 외래유전자를 도입하여 대량으로 생산을 시키는 경우에 비용해성의 inclusion body를 형성하는 경우가 많으므로 용해성의 활성형 단백질을 생산하기 위하여는 여러 가지 조건을 고려하여야 한다. 본 논문에서는 aklavlnone 11-hydroxylase gene(dnrF)을 E. coli BL2l에서 발현시킬 때의 배양조건을 배양온도와 IPTG농도의 두가지 요소를 조합하여 변형시키는 방법으로, 활성형 단백질의 생산을 최대화하고 inclusion body의 형성을 최소화하는 배양조건을 조사하였다. 그 결과, 37$^{\circ}C$에서 배양했을 때에는 0.02mM의 IPTG를 첨가하였을 때 inclusion body를 가장 적게 만들고, 그에 따라 생산되는 효소활성도 가장 높았다. 반면, 28$^{\circ}C$로 배양온도를 낮추었을 때에는 0.06mM의 IPTG를 첨가하였을 때 aklavinone 11-hydroxylase효소가 최대로 생산됨을 SDS-PAGE 및 효소 활성측정으로 확인하였다. IPTG농도를 0.1 mM로 높인 경우에는 28$^{\circ}C$, 37$^{\circ}C$에서 모두 aklavinone 11-hydroxylase효소가 과발현되어 Inclusion body를 가장 많이 생성하였음을 알 수 있었다. 방선균에서 동일 유전자를 대량발현시키는 경우 발현된 단백질의 효소 활성은 있으나 SDS-PAGE상에서의 단백질의 관찰이 불가능하였고, 동시에 단백질의 정제시 효소활성이 소실되어 정제가 불가능하였다. 이러한 효소 활성의 소실의 원인은 세포내의 어떤 저분자물질일 것으로 추정되며 본 연구에서 제작한 antibody를 이용하면, 효소의 정제가 용이하게 수행될 것이다. 특히 대장균계에서의 활성형 효소의 최적발현조건에서 세포를 배양하거나, inclusion body의 refolding을 실시한 후, 항체를 이용한 Western blot assay를 지표로 효소를 정제하면, 미지의 cofactor의 정체도 밝혀지고 aklavinone 11-hydroxylase류의 효소 특성 연구에 큰 도움이 될 것이다. 또한 이 효소를 이용한 다양한 종류의 bioconversion을 실시하여 그동안 background 때문에 생성된 product의 검출이 불가능했었던 소량의 생성산물의 분석도 가능할 것으로 판단되어 금후의 bioconversion연구에 기대하는 바가 크다.
