초록 ▼

본 연구는 항균성 펩타이드의 선도 물질로서 gaegurin 4 (GGN4)의 구조와 작용기전을 규명하고 이를 바탕으로, 활성과 안정성을 극대화하고 부작용을 최소화한 최적의 유도체를 설계, 개발하며 또한 그 구조-기능관계를 밝히는 것을 목표로 하였다. 펩타이드들의 구조 규명을 위해서는 핵자기공명법을 이용함으로써 용액상에서의 3차원 구조를 계산하였고, 구조-기능 관계를 파악하기 위해, 결정된 구조를 바탕으로 각종 분광학적 실험들이 추가되었다.
GGN4는 한국산 개구리의 표피에서 분리된 37잔기의 펩타이드로서, 다양한 미생물종에 대

본 연구는 항균성 펩타이드의 선도 물질로서 gaegurin 4 (GGN4)의 구조와 작용기전을 규명하고 이를 바탕으로, 활성과 안정성을 극대화하고 부작용을 최소화한 최적의 유도체를 설계, 개발하며 또한 그 구조-기능관계를 밝히는 것을 목표로 하였다. 펩타이드들의 구조 규명을 위해서는 핵자기공명법을 이용함으로써 용액상에서의 3차원 구조를 계산하였고, 구조-기능 관계를 파악하기 위해, 결정된 구조를 바탕으로 각종 분광학적 실험들이 추가되었다.
GGN4는 한국산 개구리의 표피에서 분리된 37잔기의 펩타이드로서, 다양한 미생물종에 대해 넓은 범위의 항균 활성을 가지지만 인간의 적혈구 세포에 대한 용혈 활성은 매우 작게 가지고 있다. 생체막 유사 환경인 SDS micelles에 결합한 GGN4의 구조를 분석한 결과 2번 잔기에서 10번 잔기까지의 N-말단 helix와 16번 잔기부터 32번 잔기까지의 C-말단 helix가 11번에서 15번 잔기들로 이루어진 helix-like loop로 연결된 구조를 취하였다. 또한 두 helix가 loop를 중심으로 $\60^{\circ}$에서 $\120^{\circ}$의 각도를 이루는 유동적인 conformation을 취함을 알 수 있었다. NMR 방법으로 internal backbone dynamics를 분석한 결과에서는 C-말단 helix가 N-말단 helix보다 flexible한 mobility를 보였고, loop 지역의 motion은 N-말단 helix와 비슷한 수준으로 나타났다. TFE/water 및 SDS micelles 상에서의 GGN4 및 reduced GGN4의 구조를 비교하고, 기존에 보고된 다른 항균 펩타이드의 전기생리학적, 물리화학적 특징과 구조-활성 관계를 비교하여 GGN4의 작용기전을 추론할 수 있었다. 즉, GGN4는 정전기적 인력에 의해 생체막에 평행하게 결합함으로써 helix 구조를 이루게 되는데, 이때 전형적인 amphipathic helix의 구조와 적절한 길이의 C-말단 helix의 유지가 GGN4 활성에 중요하며, 생체막에 결합된 GGN4 분자들이 ion-phore를 형성함으로써 생체막을 파괴하고 따라서 세포가 사멸되는 것으로 추정된다.

Abstract ▼

This project was aimed at a development of a lead molecule for new peptide antibiotics that was optimized to increase antimicrobial activity and to reduce the side effect. This goal could be necessarily attained by the investigation of the structure-function relationships of antimicrobial peptides.

This project was aimed at a development of a lead molecule for new peptide antibiotics that was optimized to increase antimicrobial activity and to reduce the side effect. This goal could be necessarily attained by the investigation of the structure-function relationships of antimicrobial peptides. For this, we revealed the 3-dimensional structure of anitimicrobial peptides in solution mimicking the biological membrane, by using NMR methods. The structure-function relationships were elucidated on the basis of the structure and additional various spectroscopic studies.
Gaegurin 4 (GGN4), a 37-residue peptide isolated from the skin of a Korean frog, shows a broad range of activity against prokaryotic cells but shows very little hemolytic activity against human red blood cells, The solution structure of GGN4 in SDS micelles, a membrane-mimetic environment, was determined by NMR spectroscopy. The structure consists of two helices extending from residues 2-10 and from residues 16-32. These two helices are connected by a flexible loop spaning between the residues 11 and 15, and do not contact with each other allowing the relative inter-helical angle of about $60-120^{\circ}$. The backbone dynamics analysis showed that the C-terminal helix have more dynamic internal mobility than the N-terminal helix. The dynamic parameters in the loop region were similar those in the N-terminal helix. We compared the revealed structure and physico-chemical properties of GGN4 in SDS micelles as well as TFE/water with those of other known antimicrobial peptides. The results imply that GGN4 would adopt helical structure upon the binding probably parallel to membrane by electrostatic interactions. In doing so, the typical amphipathic feature and the proper length of the C-terminal helix are key requirements for the activity, The membrane-bound GGN molecules seem to form a ion-phore in the cell membrane, and therby kill the cells by desrupting the membranes.

목차 Contents

• Ⅱ. 총괄연구개발과제 연구결과...8
• 1. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 목표...8
• 2. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 내용 및 결과...9
• 3. 총괄연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론...17
• 4. 총괄연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도...20
• 5. 총괄연구개발과제의 활용계획...23