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한국실험동물학회 뉴스레터	2022년 6월
[우수논문 소개] 근육 재생을 촉진하는 유효 성분 발굴

근육 재생을 촉진하는 유효 성분 발굴 - 새로운 개념의 근육 재생 치료제 개발 가능성 제안 (왼쪽) 윤미섭 교수 (가천대학교 의과대학 의예과 분자의학 교실), msyoon@gachon.ac.kr, 교신저자 (가운데) 최철수 교수 (가천대학교 의과대학 의예과 분자의학 교실), cschoi @gachon.ac.kr, 교신저자 (오른쪽) 백미옥 박사과정 학생(가천대학교 GAIHST) 가천대학교 의과대학 분자의학교실 윤미섭 교수, 최철수 교수 공동연구팀이 근육 재생을 촉진하는 유효 성분을 발굴하여 이를 직접적으로 전달하는 새로운 개념의 근육 재생 치료제 개발 개발 가능성을 제안하였다 (논문제목: Self-transducible LRS-UNE-L peptide enhances muscle regeneration. *J Cachexia Sarcopenia Muscle.* 2022, 13(2):1277-1288). (논문 바로 가기) 본 연구팀은 근육량의 조절과 근육 세포 분화의 주요 조절인자인 mTORC1을 활성화 하는 생체 유효 펩타이드를 발굴하였다. 이를 근육에 직접적으로 전달하기 위해 안전성이 높은 Adeno associated virus (AAV)와 근육세포 특이적으로 전달 가능한 세포투과성 펩타이드인 M12를 이용하여 근육세포에 유효 펩타이드를 직접 전달하는 기술을 활용하였다. 이를 통해 근육증강 효과를 확인함으로써 근감소증의 예방 및 치료에 활용할 수 있는 근육증강제 개발의 가능성을 동물 모델을 통해 확인하였다. 본 연구 결과는 생체 유효 펩타이드의 근육 재생 약효를 검정하여 근감소증 치료제로서의 개발 가능성을 확보하고 근육 생장조절인자 기반 근육질환 치료제 개발의 가능성을 확립하였다. 또한, 본 연구를 통해 구축된 근육 세포 특이적인 유효 펩타이드 전달 기술은 다양한 근육조절인자를 활용한 근육치료제 개발에 활용될 것으로 기대된다. 근육 질환 치료제 확립은 근육 질환뿐만 아니라, 근육 증진을 통한 대사성 질환 극복 기술 개발에 크게 기여할 것으로 기대되며, 더 나아가 근감소증의 초기 예방으로 인해 추가로 발생하는 당뇨, 심혈관 질환, 골절 등을 막음으로써 노년 삶의 질을 높이는 대안이 될 것 이다. * mTORC1: 단백질 합성등을 조절하여 세포 생장을 조절하는 세포내 주요 조절인자. * Adeno associated virus (AAV) : 현재 개발 중인 유전자 치료제에 가장 일반적으로 사용되는 전달 시스템임. AAV는 다양한 유형의 조직을 특정하여 표적화할 수 있으며 비병원성이고 스스로 복제할 수 없기 때문에 안전성이 높고 오랫동안 유전자의 발현이 지속되는 장점을 가짐. * 세포투과성 펩타이드 (Cell Permeable Peptide) : 단백질, DNA, RNA 등과 같은 고분자 물질을 세포내로 전달하고자 하는 목적으로 사용되는 특정 아미노산 서열의 조합인 신호전달 펩타이드 <연구 요약> ○본 연구팀은 Vps34와 인지질분해효소 D1(PLD1)의 활성을 조절하는 Leucyl-t-RNA synthetase (LRS) C-말단의 UNE-L이 Vps34와 직접적으로 결합하여 mTORC1의 활성을 촉진시킴을 밝혔다. 이 결과를 통해 LRS-UNE-L이 mTORC1의 활성을 조절하는 생체 유효 펩타이드임을 확인하였다. ○ 또한, Adeno-associated Virus (AAV)-UNE-L을 tibialis anterior (TA)에 국부적으로 주사한 후 8주후에 BaCl2로 근육을 손상시켰을 때 근육의 재생이 유의적으로 증진되는 것을 관찰하였다. 이를 기반으로 신약개발을 위해 근육세포 특이적인 세포 투과 펩타이드인 M12를 UNE-L과 결합하여 근육 세포 특이적 mTORC1을 활성화하는 단백질을 제작하고 근육세포 특이적으로 이동함을 FACS 분석과 면역형광염색을 통해 확인하였다. M12-LRS-UNE-L은 BaCl2근육 손상 마우스의 근육재생을 유의하게 증진시켰고 이과정은 인지질 분해효소 D1(PLD1)에 의해 조절되는 것을 PLD1녹아웃 마우스를 통해 확인하였다. * Vps34: class III 포스파티딜이노시톨 3-카이나아제 (phosphatidyl inositol-3- kinase, PIK3C3)는 phosphatidylinositol (PI)를 인산화시켜 phosphatidylinositol 3-phosphate (PtdIns3P)를 생성하는 효소임. 세포내 막이동, 자가포식 (autophagy), 아미노산 신호전달에 따른 mTOR 활성화에 중요하게 작용함. * 인지질분해효소 D1 (phospholipase D1, PLD1): phosphatidylcholine을 Choline과 phosphatidic acid로 가수분해하는 효소임. 특히, phosphatidic acid는 mTOR에 직접적으로 결합하여 mTOR를 활성화시키는 신호전달인자임. [그림1] 류신-tRNA합성효소의 구조와 류신-tRNA 합성효소와 UNE-L의 mTORC1 활성화 기전 [그림2] LRS-UNE-L에 의한 mTORC1 활성화와 UNE-L과 Vps34의 직접적인 interaction [그림3] AAV-UNE-L에 의한 근육재생 증진 효과 확인 [그림4] 근육 세포투과성 펩타이드 M12가 결합된 M12-LRS-UNE-L의 근육세포 특이적 전달 확인 [그림5] 근육 특이적 M12-LRS-UNE-L의 근육 재생 증진 효과 확인

근육 재생을 촉진하는 유효 성분 발굴

- 새로운 개념의 근육 재생 치료제 개발 가능성 제안

(왼쪽) 윤미섭 교수 (가천대학교 의과대학 의예과 분자의학 교실), msyoon@gachon.ac.kr, 교신저자

(가운데) 최철수 교수 (가천대학교 의과대학 의예과 분자의학 교실), cschoi @gachon.ac.kr, 교신저자

(오른쪽) 백미옥 박사과정 학생(가천대학교 GAIHST)

가천대학교 의과대학 분자의학교실 윤미섭 교수, 최철수 교수 공동연구팀이 근육 재생을 촉진하는 유효 성분을 발굴하여 이를 직접적으로 전달하는 새로운 개념의 근육 재생 치료제 개발 개발 가능성을 제안하였다 (논문제목: Self-transducible LRS-UNE-L peptide enhances muscle regeneration. J Cachexia Sarcopenia Muscle. 2022, 13(2):1277-1288). (논문 바로 가기)

본 연구팀은 근육량의 조절과 근육 세포 분화의 주요 조절인자인 mTORC1을 활성화 하는 생체 유효 펩타이드를 발굴하였다. 이를 근육에 직접적으로 전달하기 위해 안전성이 높은 Adeno associated virus (AAV)와 근육세포 특이적으로 전달 가능한 세포투과성 펩타이드인 M12를 이용하여 근육세포에 유효 펩타이드를 직접 전달하는 기술을 활용하였다. 이를 통해 근육증강 효과를 확인함으로써 근감소증의 예방 및 치료에 활용할 수 있는 근육증강제 개발의 가능성을 동물 모델을 통해 확인하였다.

본 연구 결과는 생체 유효 펩타이드의 근육 재생 약효를 검정하여 근감소증 치료제로서의 개발 가능성을 확보하고 근육 생장조절인자 기반 근육질환 치료제 개발의 가능성을 확립하였다. 또한, 본 연구를 통해 구축된 근육 세포 특이적인 유효 펩타이드 전달 기술은 다양한 근육조절인자를 활용한 근육치료제 개발에 활용될 것으로 기대된다. 근육 질환 치료제 확립은 근육 질환뿐만 아니라, 근육 증진을 통한 대사성 질환 극복 기술 개발에 크게 기여할 것으로 기대되며, 더 나아가 근감소증의 초기 예방으로 인해 추가로 발생하는 당뇨, 심혈관 질환, 골절 등을 막음으로써 노년 삶의 질을 높이는 대안이 될 것 이다.

* mTORC1: 단백질 합성등을 조절하여 세포 생장을 조절하는 세포내 주요 조절인자.

* Adeno associated virus (AAV) : 현재 개발 중인 유전자 치료제에 가장 일반적으로 사용되는 전달 시스템임. AAV는 다양한 유형의 조직을 특정하여 표적화할 수 있으며 비병원성이고 스스로 복제할 수 없기 때문에 안전성이 높고 오랫동안 유전자의 발현이 지속되는 장점을 가짐.

* 세포투과성 펩타이드 (Cell Permeable Peptide) : 단백질, DNA, RNA 등과 같은 고분자 물질을 세포내로 전달하고자 하는 목적으로 사용되는 특정 아미노산 서열의 조합인 신호전달 펩타이드

<연구 요약>

○본 연구팀은 Vps34와 인지질분해효소 D1(PLD1)의 활성을 조절하는 Leucyl-t-RNA synthetase (LRS) C-말단의 UNE-L이 Vps34와 직접적으로 결합하여 mTORC1의 활성을 촉진시킴을 밝혔다. 이 결과를 통해 LRS-UNE-L이 mTORC1의 활성을 조절하는 생체 유효 펩타이드임을 확인하였다.

○ 또한, Adeno-associated Virus (AAV)-UNE-L을 tibialis anterior (TA)에 국부적으로 주사한 후 8주후에 BaCl2로 근육을 손상시켰을 때 근육의 재생이 유의적으로 증진되는 것을 관찰하였다. 이를 기반으로 신약개발을 위해 근육세포 특이적인 세포 투과 펩타이드인 M12를 UNE-L과 결합하여 근육 세포 특이적 mTORC1을 활성화하는 단백질을 제작하고 근육세포 특이적으로 이동함을 FACS 분석과 면역형광염색을 통해 확인하였다. M12-LRS-UNE-L은 BaCl2근육 손상 마우스의 근육재생을 유의하게 증진시켰고 이과정은 인지질 분해효소 D1(PLD1)에 의해 조절되는 것을 PLD1녹아웃 마우스를 통해 확인하였다.

* Vps34: class III 포스파티딜이노시톨 3-카이나아제 (phosphatidyl inositol-3- kinase, PIK3C3)는 phosphatidylinositol (PI)를 인산화시켜 phosphatidylinositol 3-phosphate (PtdIns3P)를 생성하는 효소임. 세포내 막이동, 자가포식 (autophagy), 아미노산 신호전달에 따른 mTOR 활성화에 중요하게 작용함.

* 인지질분해효소 D1 (phospholipase D1, PLD1): phosphatidylcholine을 Choline과 phosphatidic acid로 가수분해하는 효소임. 특히, phosphatidic acid는 mTOR에 직접적으로 결합하여 mTOR를 활성화시키는 신호전달인자임.

[그림1] 류신-tRNA합성효소의 구조와 류신-tRNA 합성효소와 UNE-L의 mTORC1 활성화 기전

[그림2] LRS-UNE-L에 의한 mTORC1 활성화와 UNE-L과 Vps34의 직접적인 interaction

[그림3] AAV-UNE-L에 의한 근육재생 증진 효과 확인

[그림4] 근육 세포투과성 펩타이드 M12가 결합된 M12-LRS-UNE-L의 근육세포 특이적 전달 확인

[그림5] 근육 특이적 M12-LRS-UNE-L의 근육 재생 증진 효과 확인

비회원이 작성한 글입니다!