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고체상 합성법에 의해 합성된 N-(3-hydroxysulfonyl)-L-homoserine Lactone 유사체들의 Vibrio harveyi 쿼럼 센싱에 대한 저해 효과
Solid Phase Synthesis of N-(3-hydroxysulfonyl)-L-homoserine Lactone Derivatives and their Inhibitory Effects on Quorum Sensing Regulation in Vibrio harveyi 원문보기

한국미생물·생명공학회지 = Korean journal of microbiology and biotechnology, v.37 no.3, 2009년, pp.248 - 257  

김철진 (럿거스 뉴저지 주립대학교 화학과) ,  박형연 (서울대학교 생명공학공동연구원) ,  김재은 (삼성전자 종합기술원) ,  박희진 (서울대학교 화학생물공학부) ,  이본수 (인하대학교 자연과학대학 화학과) ,  최유상 (부산대학교 약학대학 약학과) ,  이준희 (부산대학교 약학대학 약학과) ,  윤제용 (서울대학교 화학생물공학부)

초록
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Vibrio harveyi 쿼럼 센싱 (quorum sensing; QS) 신호전달에 대한 저해제들이 주 신호물질인 N-3-hydroxybutanoyl-L-homoserine lactone(3-OH-$C_4$-HSL)의 분자 구조를 변형함에 의해 개발되었다. 일련의 구조 변형체들인 N-(3-hyoxysulfonyl)-L-homoserine lactones(HSHLs)들은 고체상 유기합성법 (solid-phase organic synthesis method)으로 합성되었다. 이 물질들의 생체내 쿼럼 센싱 저해능이 V. harveyi 발광을 이용한 bloassay를 system에 의해 측정되었을 때, 모두 의미있는 저해효과를 보여주었다. 이 물질들과 3-OH-$C_4$-HSL 수용체 단백질인 LuxN 사이의 상호작용을 분석하기 위하여 LuxN의 신호 결합 부위를 다른 acyl-HSL 결합 단백질들과의 유사성에 기초하여 시험적으로 결정하였다. 이 추정 신호결합 부위의 부분적 삼차구조를 ORCHESTRA program을 이용하여 예측하였으며, 이 부위 내에서 3-OH-$C_4$-HSL와 HSHLs의 결합 형태와 에너지를 계산하였다. 이렇게 모델링을 통해 얻어진 결과와 생체 내 bioassay를 통해 얻어진 결과의 비교를 통해, 수용체 단백질과 그 리간드 사이의 상호 작용에 관한 in silica 해석이 특히 단백질의 삼차 구조에 대한 정보가 제한적인 경우에 보다 나은 저해제 개발을 위한 유용한 방법이 될 수 있음을 제안한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The inhibitors against Vibrio harveyi quorum sensing (QS) signaling were developed by modifying the molecular structure of the major signal, N-3-hydroxybutanoyl-L-homoserine lactone (3-OH-$C_4$-HSL). A series of structural derivatives, N-(3-hydroxysulfonyl)-L-homoserine lactones (HSHLs) w...

주제어

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문제 정의

  • 3. In vivo QS inhibition by compounds synthesized in this study. The luminescence induced by 1 μM 3-OH-C4-HSL was set to 100% and the reduced levels of luminescence by adding the compounds were relatively presented in percentage.
  • 본 연구에서는 3-OH-C4-HSL의 분자 구조를 변형함에 의해 가능성 있는 V harveri^ QS 저해제들을 탐색하고자 하였다. 이를 위해 3-OH-C4-HSL의 lactone head 부분과 hydroxybutanoyl tail 부분을 연결하는 carboxamide 결합 부위를 고체상 합성법 (solid phase synthesis method)을 이용해 sulfonamide 결합으로 변형하여 M3-hydroxysulfonyl-L-HSL 을 제조하고, 이를 더욱 다양하게 변형하였다.
  • 본 연구에서는 V harveyi QS에 대한 새로운 저해제를 개발하기 위하여, body 부분이 sulfonamide 결합으로 변형되고, 다양한 구조의 tail 부분 치환기를 가지는 화합물들을 고체상 유기합성법으로 합성한 후, 이들 화합물들의 실제 in vivo QS 저해 효과를 측정하고, 또한 수용체 단백질인 LuxN 의 추정 신호결합 부위와의 결합 형태 및 에너지를 in silico 모델링을 통해 분석하였다. 이렇게 모델링으로 예측한 결합구조를 바탕으로 각 화합물이 가지는 서로 다른 저해능을 설명하고자 하였다.
  • 수행하였다. 우선 공통적으로 존재하는 lactone head와 sulfonamide bond body가 신호 결합부위의 극성 아미노산 잔기들과 수소결합을 형성하는지 여부와, 다양한 tail 부분 치환기들이 소수성이 강한 large pocket에 적절히 위치할 수 있는지 여부를 조사하였다. 그 결과, Table 3과 Fig.
  • 그러나, 세균 QS 저해제 개발을 위한 지속적, 선도적 연구의 일환으로, 본 연구에서는 LasR, TraR과 LuxN의부분적 아미노산 서열 유사성으로부터 LuxN의 신호 결합 부위를 추정하고, 그 부위의 부분적 삼차구조를 기반으로 in silico 모델링을 수행하여 리간드-LuxN 간의 상호작용과 그 결합 형태 및 에너지를 분석하는 새로운 시도를 수행하였다. 이러한 방법은 이전에 시도된 바가 없으나, 본 연구팀은 acyl- HSL 구조와 in silico 모델링에 기반한 QS 저해제 개발에 대한 이전의 연구 경험으로부터, 아직 삼차 구조가 알려지지 않은 수용체 단백질에 대한 상호작용 연구라는 새로운 시범적인 시도로써 본 연구를 수행하였다. 본 연구에서 시도된 모든 화합물들이 in vivo 에서 의미있는 QS 저해력을 보여주었다는 점에서, 이러한 모델링 연구가 특히 수용체 단백질의 삼차구조 정보-가 제한적인 경우에 보다 나은 경쟁적 저해제의 개발에 가치있는 방법이라고 할 수 있을 것이다.
  • 통해 분석하였다. 이렇게 모델링으로 예측한 결합구조를 바탕으로 각 화합물이 가지는 서로 다른 저해능을 설명하고자 하였다. 본 연구에서 시도된 모든 화합물들은, 원신호 물질인 3-OH-C4-HSL보다 LuxN의 추정 신호 결합 부위에 더 적합한 자세로 결합할 수 있어, 더 나은 결합에너지를 보여주었으며, 실제로 in V机세서도 좋은 저해력을 보여주었다, 이는 모델링으로 얻어진 결합에너지(Table 2)와 in vivo 저해력 (Fig.

가설 설정

  • 각각 Pseudomonas aeruginosa와 Agrobacterium tumefa- ciens의 QS 수용체 단백질들인 LasR과 TraR 신호 결합부 41 (signal binding domain)의 아미노산 서열을 LuxN 서열과 비교하여, LasR과 TraR의 신호 결합부위와 부분적으로 잘 보존된 부분을 LuxN의 신호 결합부위로 가정하고 이를 모델링 연구에 사용하였다(Fig. 2). 이 추정 신호 결합 부위의 부분적 삼차구조를 ORCHESTRA 프로그램으로 예측하여[20], 이를 기반으로 FlexX 프로그램을 통해 Fig.
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참고문헌 (28)

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  28. The NMR-data for the compound 6a: $^{I}H$ NMR ( $CDCl_{3}$ , 400MHz) $\delta$ 7.89 (s, 1H, NH), 4.79 (s, 1H, OH) 4.53 (ddd, J5.96 hz,1H, CH-Lac), 4.46 (ddd, J5.96 hz, 1H, CH-Lac), 3.88 (m, 2 H, $CH_2$ ), 3.47-3.44 (m, 1 H, CH-Lac), 2.90 (d, J6.96 hz, 2H, $CH_2$ ), 2.70 (d, J6.12hz, 2H, $CH_2$ ), 2.52-2.49 (m, 1H, CH-Lac), 2.10-2.08 (m, 1H, CH-Lac), 2.0 (s, 1H, NH), 1.65 (m, 2H, $CH_2$ ), 1.48-1.39 (m. 8H, $CH_2$ ); HRMS (CI) calcd for $C_{13}H_{24}N_2O_5S$ ( $M^+$ + 1) 320.4100, found 320.4101 (Abbreviations: DIEA; diisopropyl ethylamine, HOBt, 1-hydroxybenzotriazole, BOP; benzotriazol-l-yl-oxy-tris(dimethylamino)phosphonium hexafluorophosphate, NMP; N-methyl-2-pyrrolidone, THF; tetrahydrofuran, and DMF; dimethylformamide) 

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