부처연구성과
동물모델에서 항간암 효능 갖는 펩타이드 설계
- 등록일2021-08-09
- 조회수3132
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성과명
동물모델에서 항간암 효능 갖는 펩타이드 설계
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연구자명
송행은, 이윤지, 김은미
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연구기관
서울대학교
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사업명
중견연구사업, 선도연구센터사업, 바이오·의료기술개발사업
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지원기관
과학기술정보통신부, 한국연구재단
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보도자료발간일
2021-07-30
- 원문링크
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키워드
#c-Src TM4SF5 #PTPIB #protein-protein interaction(단백질-단백질 상호작용)
- 첨부파일
7 20210729 목 조간 동물모델에서 항간암효능 갖는 펩타이드 설계...
핵심내용
동물모델에서 항간암 효능 갖는 펩타이드 설계
c-Src와 결합, 종양 생성 촉진하는 TM4SF5 방해할 펩타이드 제안
□ 세포의 과다 증식과 이동을 촉발하는 종양단백질간의 결합을 방해할 펩타이드(작은 단백질 조각)가 소개됐다.
□한국연구재단(이사장 노정혜)은 이정원 교수(서울대학교), 최선 교수(이화여자대학교) 연구팀이 간암 등에 관여하는 대표적 종양단백질 c-SRC와 TM4SF5의 결합을 방해하기 위한 펩타이드를 제안했다고 밝혔다.
※ TM4SF5(transmembrane 4 L six family member 5) : 세포막을 관통하는 단백질로 주로 정상 간보다 간암에서 발현이 높아지는 것으로 알려져 있다.
□ 이 두 단백질의 결합은 세포의 증식이나 이동과 관련된 신호를 활성화 시켜 종양을 유발하는 것으로 잘 알려져 있었다.
○ 특히 마땅한 억제제가 없고 메커니즘이 완전히 밝혀지지 않은 만성 간질환에서도 이들 단백질이 관여하는 것으로 알려져 있었다.
□ 연구팀은 분자모델링과 돌연변이 연구를통해 간암에서 많이 발현되는 세포막 단백질 TM4SF5이 종양단백질 c-Src와 결합하는 부위를 상세히밝혀냈다.
○ TM4SF5의 C-꼬리 부위(C-terminus)가세포질에 존재하는 불활성 화된 c-Src와 결합하여 c-SRC를 세포막으로 데려오고여기에 탈인산화효소까지 결합하여 c-SRC를 활성화시키는기전을 제시 하였다.
□ 나아가 이를 토대로 두 종양단백질의 결합을 막을 수 있도록 TM4SF5의 C-꼬리 부위를 닮은 펩타이드 조각을 설계했다.
○ 실제 TM4SF5와 경쟁, c-SRC를 낚아챔으로써 두 종양 단백질의 결합을 저지하길 기대한 것이다. 특히 세포침투를 돕는 바이러스 펩타이드 서열을 포함시켜 실질적 경쟁이 이뤄지도록 했다.
□ 실제 이 펩타이드 조각을 종양 생쥐모델 및 폐로의 전이암 형성이 유발되는 동물모델에 넣어준 결과 암 형성 및 폐로의 전이정도가 대조군에 비해저하되는 것을확인하였다.
□ 분자모델링과 돌연변이연구를 통해 종양단백질상호작용 부위을 상세히 규명함으로써 이같은 상호작용을 저지할 수 있는 억제제 개발의 단초가 될 것으로 기대된다.
□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업, 선도연구센터사업, 바이오·의료기술개발사업 및 국가슈퍼컴퓨팅센터의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 의학 분야 국제학술지 ‘Theranostics’에 7월 6일 게재되었다.
상세내용
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논문명 |
N-terminus-independent activation of c-Src via binding to a tetraspan (in) TM4SF5 in hepatocellular carcinoma is abolished by the TM4SF5 C-terminal peptide application |
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저널명 |
Theranostics |
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키워드 |
c-Src, metastasis(전이), protein-protein interaction(단백질-단백질 상호작용), PTPIB, TM4SF5 |
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DOI |
10.7150/thno.58739 |
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저 자 |
이정원 교수(교신저자/서울대학교), 최선 교수(교신저자/이화여자대학교) 송행은 석사(제1저자/서울대학교), 이윤지 교수(제1저자/중앙대학교), 김은미 박사(제1저자/서울대학교) |
1. 연구의 필요성
○ 간암은한국인을 포함한 동양인에게서 발병률이 높고 생존율이 2019년 기준으로 37%에 이르는 난치암중의 하나이다. 이러한 간 질환은 만성적 질환으로서 우리나라 경제활동의 주역인 40~50대 국민의 가장 높은 의료비용의 원인이 되고 있으며 마땅한 억제제가 없는 상황이다.
○ 간암 발병에 대해서는 지방간/지방간염의 단계에서 간 섬유화/경화를 거쳐 암으로 심화된다고 알려졌지만, 정확한메커니즘 규명과 더불어 효과적 치료제 개발이 절실히 필요하다.
○ 본 연구팀은 지난 20여 년 동안 TM4SF5(transmembrane 4 L six family member 5) 라는 세포막 단백질과 간 질환과의 연관성에 대해지속적으로 연구해 왔다. 특히 최근 연구결과를 통해 TM4SF5가 정상 간에서는 발현이 미미 하다가, 염증 등을 동반하는 대사 및 염증의 비정상적 질환 환경 및 단계에서 발현이 증가하면서, 지방간/지방간염(non-alcoholic steatohepatitis, NASH)의 발병과 간암의 발병에 중요한 역할을 하는 것을 규명 하였다 (Journal of Pathology 2021, Cell Metabolism 2019).
2. 연구내용
○ 본 연구에서는 TM4SF5와의 결합에 의한 인산화효소 c-Src의 활성화가 간 섬유화 및 간암 발병 및 전이 기전에 중요함을 규명 하였다.
○ 세포막 단백질인 TM4SF5의 C-꼬리 부위(C-terminus)가c-Src의 인산화 효소 도메인인 SH1 도메인과 결합하여 (타이로신 530이 인산화되어) 불활성화되어 있던 c-Src를 세포막 부위로 불러들이고, 여기에 탈인산화 효소 PTP1B가 결합하여 (타이로신 530의) 탈인산화를 통해 c-Src를 활성화시키는기전을 제시하였다.
○ c-Src는 여러 종류의 암 종에서 활성화되기에 종양유전자로서매우 중요한요소이며, 이에 대한 적절한 제어는 유망한 항암전략으로 여겨진다. 본 연구를 통해 세포막에 스스로 다가갈 수 없는 불활성화된 c-Src 형태라 할지라도, TM4SF5와의 결합에 의해 세포막 에서 활성화되는 새로운 기전을 확인한 것이 본 연구의 차별적 특정으로 여겨진다.
○ 또한 TM4SF5와 c-Src의 결합을 방해하는 TM4SF5의 C-꼬리 부위에 해당하는 펩타이드를세포 내부로 침투하기 쉽게 한 형태로 처리함으로써, 간암 발병 및 암전이를 효과적으로 조절할 수 있음을 확인하였고, 돌연변이 분석 및 구조 모델링을 통하여 TM4SF5와 c-Src의 결합 기전을 원자 수준에서 규명하였다.
○ 연구팀은 이번 연구에서 c-Src의 N-꼬리 부위가 없어도SH1 도메인과 결합하는 막단백질 TM4SF5에 의해 세포막에 근접할 수 있음을 확인했다. 이때, TM4SF5에 의해 선호되는 c-Src는 비활성화된(즉, 타이로신 530번이 인산화되어 비활성화된) 형태의 효소가 결합하게 되고, 추가적으로 TM4SF5가탈인산화효소 PTP1B와 결합하여 3중 결합체를 형성한다. 이 PTP1B는 c-SRC의 타이로신 530번을 탈인산화시켜 구조변화를 유도하여 활성화되도록 한다.
○ 이렇게 활성화된 c-Src는 TM4SF5의 다른 부위(TM4SF5의 세포막 관통 도메인 2번과 3번 사이의 intracellular loop)에 결합하는 FAK 효소를 활성화하기도 한다. 이로써 활성화된 c-Src는 직접 혹은 FAK을 통하여 간암의 형성과 전이에 중요히 작용한다는 것을 확인하였다.
○ 이 과정에서 c-Src와 TM4SF5의 결합에서 중요한 역할을 하는 부위 및 아미노산도 알아냈다. 돌연변이들을 제작하여 그들의 활성을 분석하고, 또한 단백질 분자모델링의 연구방법을 통하여 TM4SF5와 c-Src의 결합을 위해, TM4SF5는 2번째 세포 외부의 루프 loop (extracellular loop 2)부터 C-꼬리 부위에 이르는 부위가 중요하다는 것을 밝혔다.
○ 특히 TM4SF5의 D188(188번 아스파르트산), C189(189번 시스테인), R190 (190번 아르기닌) 아미노산이 결정적으로 중요하며, c-Src의 측면에서는 SH1 인산화 도메인의 K254(254번 라이신), D457(457번 아스파르트산), G462(462번 글루타민), 및 R463(463번 아르기닌)이 결합에 중요하게 관여함을 밝혔다.
○ 이러한 정보를 토대로두 단백질 간의 상호 결합 및 작용을 막을 수 있는 펩타이드를 설계하여, 그 둘의 결합을 방해함으로써, c-Src의 활성화가 불가능하게 시도하였다.
○ 즉, TM4SF5의 C-꼬리 부위에 해당하는 펩타이드를 TAT라고 하는 바이러스의 단백질(세포 침투 및 감염에 역할 하는 단백질)의 아미노산 서열들과 결부시키고, 그 사이에 세포막에 잘 위치하도록 하는 CAAX라고 하는 아미노산 서열 조각을 합쳐서합성 제작하였다.
○ 이 펩타이드를세포 및 동물모델에 주사 처리함으로써, 대조군 펩타이드에 대비하여, 세포에서는 TM4SF5와 c-Src의 결합 및 c-Src의 활성화가 억제되고, 동물모델에서는 간암의 형성과 전이가 억제됨을 확인할 수 있었다.
3. 기대효과
○ 단백질-단백질 결합 억제제의 개발에서 분자모델링의 전략과 더불어 생화학적/세포생물학적 연구접근법을 활용하는 다학제적 연구결과를 통해 TM4SF5 및 c-Src의 신호전달 활성화에 따른 간 섬유화 및 간암의 발병 기전을 규명하였다.
○ TM4SF5와 c-Src의 결합을 막아 c-Src 활성화를 제어할 수 있는 펩타이드개발의 단서를 확보함으로써, 중요한 간암을 포함하는 간 질환 제어 가능 바이오의약품 개발의 근거를 마련하였다.
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