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보고서 상세정보

노인성 치매질환의 예방 및 치료를 위한 백신용 형질전환 식물개발
Development of plant-derived vaccine for Alzheimer`s disease

  • 사업명

    21C프론티어연구개발사업

  • 과제명

    노인성 치매질환의 예방 및 치료를 위한 백신용 형질전환 식물개발

  • 주관연구기관

    한국생명공학연구원
    Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology

  • 연구책임자

    김현순

  • 참여연구자

    전재흥   염정원   문기범   김윤식   김미선  

  • 보고서유형

    최종보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2010-03

  • 과제시작년도

    2008

  • 주관부처

    교육과학기술부

  • 사업 관리 기관

    한국과학재단
    Korea Science and Engineering Foundtion

  • 등록번호

    TRKO201000012485

  • 과제고유번호

    1345086134

  • 키워드

    베타아밀로이드 (Aβ).베타시크리테아제 (BACE).면역유도.형질전환 감자.형질전환 토마토.치매모델동물.beta-amyloid.beta-secretase.immunization.transgenic potato.transgenic tomato.transgenic mice.

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    An alternative vaccine, developed from plant-derived antigens of transgenic crops, is considered to be a good candidate for the n...

    An alternative vaccine, developed from plant-derived antigens of transgenic crops, is considered to be a good candidate for the next generation of vaccines. A plant-derived vaccine could be orally administered by consumption of the antigen-transformed plant product, ultimately inducing an immune response in the recipient. The successful development of a potato-derived vaccine would allow manufactures to meet huge, steady demands. Studies have focused on the generation of transgenic potatoes expressing the main antigens related to Alzheimer’s disease (AD) and an analysis of potatoes. AD is a neurodegenerative disorder in the elderly characterized by memory loss and cognitive impairment. As AD progresses, insoluble amyloid plaques forms are deposited in the brain. Suppressing the generation of beta-amyloid (Aβ) is considered an effective strategy for preventing and treating AD. Here, we report on the feasibility of potato-derived antigens for use as a vaccine against AD. Also, we generated transgenic plants for Aβ with tandem repeats. Integration of the human Aβ gene into the tomato genome detected by PCR and Northern blot. Expression of the Aβ protein was confirmed by western blot and ELISA, and then the transgenic tomato line expressing the highest protein level was selected for vaccination. Mice immunized orally with total soluble extracts from the transgenic plants elicited an immune response after receiving a booster. The results indicate that tomato plants may provide a useful system for the production of human Aβ antigen. Human BACE protein was expressed in nuclear transformed transgenic potato and tomato plants in an attempt to develop a plant-derived AD vaccine. Following analysis of these transgenic plants, the human BACE was shown to accumulate to levels of 0.12-0.19% of total soluble protein (TSP). We report a feasibility study for producing the human β-site APP cleaving enzyme (BACE) viatrans formation of tobacco chloroplasts. ELISA analysis revealed that transplastomic lines accumulated BACE to levels of 2.0 % of total soluble proteins. When mice were gavaged with the transplastomic tobacco extracts, they showed an immune response against the BACE antigen. The successful production of plastid-based BACE protein has the potential for developing a plant-based vaccine against Alzheimer disease


    퇴행성뇌질환 중 알츠하이머병은 65세 인구의 5%-10%에 이르는 발병율을 나타내고 있다. 이 질병의 원인으로 주목되는 베타아밀로이드 단백질은 이상응집이 일어나 뇌신경세포를 죽이는 것으로 생각되고 있다. 이 중에 베타아밀로이드의 응...

    퇴행성뇌질환 중 알츠하이머병은 65세 인구의 5%-10%에 이르는 발병율을 나타내고 있다. 이 질병의 원인으로 주목되는 베타아밀로이드 단백질은 이상응집이 일어나 뇌신경세포를 죽이는 것으로 생각되고 있다. 이 중에 베타아밀로이드의 응집을 억제하기 위한 방법으로 제시된 것이 백신이고 현재 많은 팀에서 연구를 진행하고 있으며 임상 진행 등 어느 정도 결실을 얻고 있다. 본 과제는 선행 연구들과의 차별화를 감안하여 베타아밀로이드 및 BACE 유전자를 식물체에서 발현 유도하였다. 경구 섭취를 통해 베타아밀로이드 내지는 BACE 단백질에 대한 항체가 체내에 만들어져 베타아밀로이드의 형성을 억제하거나 형성된 플라그를 용해시키고자 하였다. 대상 작물은 접근과 활용성이 용이한 감자와 토마토를 선택하였으며, 형질전환을 실시하여 얻어진 식물체 분석 결과 단백질의 양과 질에서 백신으로 사용 가능성 을 확인하였고, 일반 실험동물 쥐와 치매 유전자가 도입된 형질전환 쥐에서 면역반응 유도 실험을 수행하였다. 알츠하이머병의 모델 동물은 베타아밀로이드 항체가 낮은 level 로 존재하며 그 항체 형성이 잘 일어나지 않는 특징이 있다. 본 과제를 통해 경구로 섭취한 베타아밀로이드가 어느 정도 mouse 내에 항체를 형성하는 것을 확인하였으며 또 일부의 쥐에서 뇌 속의 베타아밀로이드가 감소한 경향을 보였으나 그 유의성이 현저하지는 않았다. 면역 유도 반응의 유효성을 증대시키고 예방용과 치료용의 두 목적에 각각 부합하기 위한 인체적용 프로토콜을 만들기 위한 실험을 수행 막바지에 있다. 결론적으로 본 과제의 결과로 형질 전환 감자, 담배, 토마토 등이 도출되었고 유전자 도입도 베타아밀로이드와 BACE 등 다양하게 시도하였다. 특히, 형질전환 감자의 경우 향후의 임상 실험 진행을 고려하여 안전성평가 시험을 수행하였고, 그 결과 비형질전환 감자추출물 투여군과 형질전환 감자추출물 투여군과의 독성학적 차이는 관찰되지 않아 안전함을 입증하였다. 이러한 결과들은 '베타아밀로이드 유전자의 다중 연결체를 발현하는 형질전환 식물 세포 및 이로부터 배양된 식물'이라는 명칭으로 지난 2009년 12월29일 미국특허등록을 받은 바 있다.


  • 목차(Contents) 

    1. 서식 ...1
    2. 제출문 ...3
    3. 보고서 초록 ...5
    4. 요약문 ...6
    5. SUMMARY ...10
    6. CONTENTS ...12
    7. 목차 ...13
    8. 제1장 연구개발과제의 개요 ...14
    9. 제2장 국내외 기술개발 현황 ...16
    10. 제3장 연구개발수...
    1. 서식 ...1
    2. 제출문 ...3
    3. 보고서 초록 ...5
    4. 요약문 ...6
    5. SUMMARY ...10
    6. CONTENTS ...12
    7. 목차 ...13
    8. 제1장 연구개발과제의 개요 ...14
    9. 제2장 국내외 기술개발 현황 ...16
    10. 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...18
    11. 제1절 항원 단백질의 발현율 향상을 위한 시스템 개발 ...18
    12. 1. 베타시크리테아제 발현 형질전환체 개발 ...18
    13. 2. 발현율 향상을 위한 벡터 개발 ...29
    14. 제2절 면역유도 작용 향상을 위한 Abeta-항원항체재조합 단백질 ...33
    15. 제3절 식물-유래 베타아밀로이드를 이용한 Mice immunization ...41
    16. 제4절 베타아밀로이드 발현 형질전환 감자의 안전성 분석 ...49
    17. 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...73
    18. 제1절 연구개발목표의 달성도 ...73
    19. 제2절 관련분야에의 기여도 ...74
    20. 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...75
    21. 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ...76
    22. 제7장 참고문헌 ...77
  • 참고문헌

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