Monitoring of Structural Changes during in vitro Unfolding and Refolding of Recombinant Human Growth Hormone

재조함 인성장호르몬의 in vitro 풀림과 재접힘 과정의 구조변화 모니터링

Using recombinant human growth hormone as a model protein, we carried out unfolding by adding a denaturant such as urea, guanidine HCl, or SDS followed by refolding by dilution and dialysis. The objectives were to monitor the structural changes during in vitro refolding process and, based on the results, to develop a quantitative method of refolding progress assessment. The changes in surface hydrophobicity were measured by fluorescence tagging of 1-anilinonaphthalene-8-sulfonate(1,8-ANS) to the hydrophobic portions, and those in the secondary structure were monitored by using far UV-CD(circular dichroism) spectroscopy. Also, we used RP-HPLC to separate and quantify the folded and unfolded proteins to correlate the result with the structure analysis. Our results indicate the surface hydrophobicity are well correlated with the formations of the secondary structure, primarily ${\alpha}$-helices, as well as the disulfide bridges. We expect this monitoring technique can be applied in industrial fields as a means to quantitatively assess the progress of in-vitro refolding of recombinant proteins.

재조합 인성장호르몬을 사용하여 in vitro 재접힘 공정(풀림, 희석에 의한 공기 중 산화, 그리고 투석)을 수행하였다. 표면소수성이 풀림-재접힘 공정에 중요한 역할을 한다는 것을 형광값의 변화를 통하여 알 수 있었다. 변성제의 intermediate 농도는 Urea와 Gu-HCl 경우 하나의 peak로 SDS와 Sarkosyl의 경우 두개의 peak로 나타났다. 형광값의 변화 중 특이한 점은 Urea의 경우 공기 중 산화와 투석 중의 후반부에 형광값이 증가한다는 것이다. 따라서 공기 중 산화도중 형광값이 증가하기 전에 투석을 시킨 결과 형광값이 증가를 막을 수 있었다. 아직 이 원인에 대해 자세히 알 수 없지만 계속 실험 중에 있다. 이번 실험에서 표면소수성 변화와 연관시켜 fluorescence를 이황화결합에 의한 산화된 형태를 알아보기 위한 방법으로 RP-HPLC를 마지막으로 단백질의 2차원적인 구조를 알아 보기 위해 CD를 사용하였다. CD측정 결과 Gu-HCl보다 SDS의 경우 ${\alpha}$-helices의 파괴가 더 많음을 볼 수 있었다. 재접힘된 rhGH는 본래의 2차원적 구조의 90%이상을 얻을 수 있었다. 이 실험이 기지는 의의는 이 모든 실험결과를 토대로 단백질 재접힘을 모니터링 하였다는 점이다. 즉, 형광값의 변화를 통하여 형광값이 증가하는 것은 표면 소수성이 증가함을 보이는 것으로 단백질의 풀림이 일어난 것이고 3차원적 구조가 깨지고 2차원 구조를 알아 볼 수 있는 ${\alpha}$-helices의 감소를 의미하였다. 이와는 반대로 형광값이 감소하는 것을 통해 재접힘이 일어남을 알 수 있었고, 이러한 결과를 바탕으로 단백질의 재접힘 공정의 변화과정을 형광값을 통하여 모니터링 할 수 있었다. 또한 이 실험의 목적 단백질은 rhGH이지만 다른 단백질에 적용이 될 경우 단백질 재접힘 과정을 수시로 모니터링하고 상태를 예측할 수 있으므로 산업현장에서 소량의 sample로 재접힘 상태를 쉽고 빠르게 판단할 수 있을 것이다. 단백질 재접힘 과정에서 이러한 개념의 성공적 도입은 단백질 회수 수율을 높임으로써 생물분리공정 분야의 기술 발전에 이바지 하리라 사료된다.