High-level Expression of Human Procaspase-9 in Escherichia coli and Purification of its GST-tagged Recombinant Protein

대장균을 이용한 세포사멸 유도 단백질 caspase-9의 발현에 관한 연구

Human caspase-9, an essential apoptosis initiator protease, was excessively degraded when expressed in Escherichia coli under the conventional induction condition. To optimize the conditions for induction and develop a rapid purification method for obtaining significant amounts of wild-type procaspase-9, we expressed procaspase-9 as GST fusion in E. coli. The addition of 0.01 mM IPTG as an inducer to the bacterial culture and decreasing the culture temperature to 25oC improved the production of procasapse-9 protein by circumventing proteolytic degradation in E. coli. The wild-type procaspae-9 was purified to approximately 70% purity with relatively high yields using the method developed in this study. In addition, we found that GST-caspase-9 is autocatalytically cleaved after aspartic acid 315, which is the same site for processing in mammalian cells, during expression in E. coli.

Caspase는 세포사멸 과정에서 중심적 역할을 하는 cysteine 단백분해 효소이다. 그 중 caspase-9은 활성이 없는 전장 단백질로 존재하지만 Apaf-1과 cytochrome c와 함께 apoptosome을 이루면 활성화된다. 활성 된 caspase-9은 다른 caspase들을 활성 시키는 중요한 기능을 갖는다. 본 연구에서는 대장균에서 전장 caspase-9 단백질을 정제하고자 pGEX 발현 시스템을 이용하였다. 그러나 일반적 배양 및 유도조건에서 caspase-9을 발현시키면 과다한 단백분해로 인하여 전장 caspase-9 단백질이 매우 적게 발현되었다. 이를 극복하기 위해 배양조건과 유도인자의 농도를 변화시키자 caspase-9의 과다한 단백분해 현상이 감소되고 전장 caspase-9의 발현 정도도 상당량 향상되었다. 본 연구에서 확립된 배양조건으로 caspase-9을 발현, 정제하면 70%이상의 순도를 가진 GST-caspase-9 단백질을 손쉽게 얻을 수 있다. 더불어 GST 융합 caspase-9이 대장균에서 발현될 때도 포유세포 내에서 절단되는 것과 동일한 위치인 Asp315 에서 자가 단백분해 반응이 일어난다는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 caspase-9의 생화학적, 세포생물학적 기능연구에 필요한 전장 단백질을 다량으로 확보할 수 있는 간단하고 효과적인 정제방법을 제안한다.