Multiple Monoclonal Antibodies Produced in a Single Transgenic Plant

Production of highly valuable immunotherapeutic proteins such as monoclonal antibodies and vaccines using plant biotechnology and genetic engineering has been studied as a popular research field. Plant expression system for mass production of such useful recombinant therapeutic proteins has several advantages over other existing expression systems with economical and safety issues. Immunotherapy of multiple monoclonal antibodies, which can recognize multiple targeting including specific proteins and their glycans highly expressed on the surface of cancer cells, can be an efficient treatment compared to a single targeting immunotherapy using a single antibody. In this study, we have established plant production system to express two different targeting monoclonal antibodies in a single transgenic plant through crossing fertilization between two different transgenic plants expressing anti-colorectal cancer mAbCO17-1A and anti-breast cancer mAbBR55, respectively. The F1 seedlings were obtained cross fertilization between the two transgenic parental plants. The presence, transcription, and protein expression of heavy chain (HC) and light chain (LC) genes of both mAbs in the seedlings were investigated by PCR, RT-PCR, and immunoblot analyses, respectively. Among all the seedlings, some seedlings did not carry or transcribe the HC and LC genes of both mAbs. Thus, the seedlings with presence and transcription of HC and LC genes of both mAbs were selected, and the selected seedlings were confirmed to have relatively stronger density of HC and LC protein bands compared to the transgenic plant expressing only each mAb. These results indicate that the F1 seedling plant with carrying both mAb genes was established. Taken together, plant crossing fertilization can be applied to generate an efficient production system expressing multiple monoclonal antibodies for immunotherapy in a single plant.

형질전환 식물체에서의 복합 단일 항체 단백질 생산

식물 생명공학 기술을 이용해 인간에게 유용한 치료단백질 및 백신을 생산하는 것은 최근에 각광받고 있는 연구 분야이다. 식물을 이용한 유용 단백질 생산은 다른 시스템에 비하여 경제적일 뿐만 아니라 병원성 인자에 대한 안전성이 있어서 유용하다고 할 수 있다. 암세포 표면에 특이적으로 발현하고 있는 분자 와 당 구조를 각각 인지할 수 있는 두 종류의 항체를 동시에 투여하는 면역 치료는 질병의 치료를 유도하는 데 있어서 효과적일 수 있다. 본 연구는 기존에 본 연구팀에서 확보하고 있었던 두 종류의 항체 단백질(mAb CO17-1A, mAb BR55) 생산 형질전환 식물체를 이용하여 상호교배를 통하여 한 식물에서 두 종류의 항체 단백질을 모두 생산하는 식물 발현 시스템 구축에 관한 연구이다. 각기 다른 유전자를 갖고 있는 식물체로부터 수분을 유도하여 씨앗을 얻고 이 씨앗을 배양하여 완벽한 식품 개체로 성장시켰으며, 그 식물체로부터 DNA, RNA, 단백질을 분리하여 형질전환 유전자를 포함하고 있는지 여부를 확인하였다. 그 결과, 개체에 차이는 있지만, 한 식물에서 두 항체 유전자를 갖고 있음을 확인할 수 있었고, 이 유전자는 식물체 내에서 안정적으로 transcription 되었음을 확인하였다. 또한, 두 종류의 항체를 동시 생산하는 식물체에서 분리한 단백질은 한 종류의 항체 단백질만 생산하는 식물체에 비하여 수용성 단백질 단위당 항체 발현률이 높게 나타나는 것을 확인하였다. 따라서 본 연구를 통하여 식물을 이 용한 유용 단백질 생산 효율을 높일 수 있는 시스템을 확립하였으며 앞으로 추가적으로 생산한 항체의 생물학적 활성 및 항암 효능, 당 구조 분석 등에 대한 연구용 수행한다면, 식물 생명공학적 방법을 통한 항체 생산에 대한 새로운 가능성을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.