초록 ▼

1. 연구개발의 목적
Wnt 신호전달은 암 발생뿐만 아니라 상피-간엽 이행 과정을 거치는 암세포의 침윤성 성장과 전이를 유도함. 최근 Wnt 신호전달은 ß-catenin 활성화 과정을 통해 Axin2에 의한 GSK3 nuclear export function을 통해 E-cadherin repressor인 Snail의 인산화를 억제하여 활성도를 조절한다고 알려짐. 따라서 본 연구의 목표는 (1) Axin-GSK3 단백질간 결합과 nuclear export function에 의한 Snail 발현 조절 기전을 구조적으로 분석하여 S

1. 연구개발의 목적
Wnt 신호전달은 암 발생뿐만 아니라 상피-간엽 이행 과정을 거치는 암세포의 침윤성 성장과 전이를 유도함. 최근 Wnt 신호전달은 ß-catenin 활성화 과정을 통해 Axin2에 의한 GSK3 nuclear export function을 통해 E-cadherin repressor인 Snail의 인산화를 억제하여 활성도를 조절한다고 알려짐. 따라서 본 연구의 목표는 (1) Axin-GSK3 단백질간 결합과 nuclear export function에 의한 Snail 발현 조절 기전을 구조적으로 분석하여 Snail 단백질에 Wnt 신호에 의한 암세포의 전이를 차단할 수 있는 생물학적 조절 기전을 규명하고, (2) 표적단백질 구조, 결합 부위 분석, 화합물 데이터 베이스 검색, in silico ADME/T 예측을 통하여 세포 적용 가능한 고유 화합물올 발굴하여, 세포핵 내부의 GSK3 농도를 증가시키는 새로운 개념의 약물을 개발하고 이의 효과를 세포 및 in vivo invasion assay를 통하여 검증하고자 함.
2. 연구 방법
본 연구는 Axin2의 nuclear export function을 억제할 수 있는 dominant active GSK3 및 적 화합물 개발을 통해 세포 핵 내부의 GSK3 활성을 증가시키기고, 궁극적으로 새로운 개념의 치료 물질을 개발하기 위하여 (1) GSK3의 Axin 결합 부위에 대한 다양한 돌연변이 constructs 제작과 이들의 nuclear export function 및 Snail 인산화 조절효과 분석을 통한 dominant active GSK3 개발, (2) Axin과 결합하는 GSK3 결합 부위 구조 분석, (3) 화합물 라이브러리 구축과 가상 화합물 탐색을 통한 선도물질 도출, (4) 분자도킹을 통한 선도물질의 최적화, (5) 각 후보 물질의 in vitro, in vivo Axin-GSK3 결합 억제 효과 분석, (6) 개발된 construct 및 화합물에 의한 Snail 억제 및 암 침윤 억제 효과 분석으로 구성됨.
3. 연구 결과
(1) GSK3β mutants를 이용한 in vitro binding assay 결과, GSK3ß의 Y216 및 V267/268 부위가 Axin2와의 결합에 중요한 부위임.
(2) Axin2의 소수성 아미노산 잔기인 L374와 L378부위가 Axin2-GSK3β 단백간 상호작용에 중요한 부위이며, 수소결합 부위인 R377부위는 Axin2-GSK3ß 결합에 결정적이지 않았음.
(3) Pharmacophore 모델을 통해 선택된 Axin2-GSK3ß 결합억제 선도물질은 핵 내 GSK3β 발현을 증가시키고, 핵내 Snail은 억제시킴.
(4) 또한 선도물질은 E-cahderin 발현을 증가시키고 암세포의 이동을 억제시킴.
이상의 결과에서 Axin2-GSK3 결합의 부위는 상피간엽이행을 억제하는 타겟으로 적절함을 알 수 있었음.
4. 기대효과
본 연구는 상피 기원 종양 세포의 이동을 조절하는 Wnt 신호전달 체계의 분자-세포생물학적 기전을 규명하여 암세포의 침윤성 성장과 전이를 억제하는 표적을 발굴하고 분자모델링 기술을 이용하여 최적 후보 화합물 확보하는 것임. 본 연구의 수행으로 (1) Wnt/Snail axis 신호 전달에 의한 암세포 침윤성 성장 기전 규명, (2) 암세포의 침윤성 성장을 억제할 수 있는 Wnt 신호 표적 발굴과 응용, (3) 암세포의 침윤성 성장을 억제하기 위한 Wnt 신호 표적 화합물 확보를 통해 암세포의 침윤성 성장뿐만 아니라 다양한 질환의 발병기전인 Wnt 신호를 표적화하는 약물 개발을 기대할 수 있음.

Abstract ▼

1. Aims
Wnt signaling is involved in not only tumorigenesis but also invasion and metastasis of cancer via epithelial-mesenchymal transition (EMT), initiated with down-regulation of E-cadherin by the transcription factor Snail. Wnt signaling inhibits Snail phosphorylation through Axin2-dependent

1. Aims
Wnt signaling is involved in not only tumorigenesis but also invasion and metastasis of cancer via epithelial-mesenchymal transition (EMT), initiated with down-regulation of E-cadherin by the transcription factor Snail. Wnt signaling inhibits Snail phosphorylation through Axin2-dependent pathway that sustains nuclear accumulation of Snail by driving GSK3β13nucleocytoplasmic export, then consequently increases Snail protein levels and induces an EMT. Thus, this study was aimed to (1) to prove the regulating biological mechanism of WntlSnail axis and structurally analyze Axin-GSK3 complex for discover the potential cancer therapeutic targets, (2) construct the chemical development system including conformational analysis, binding structure analysis, chemical library screening, and in silico ADME/T analysis and develop Wnt inhibitor targeting of GSK3 nuclear export function of Axin.
2. Contents
To develop the chemical which target the Axin2-GSK3 protein-protein interaction sites and block the GSK3 nuclear export function of Axin, this study contained (1) clarification of the specific binding site at the Axin2-GSK3β interaction through the mutations of GSK3β-binding residues derived from Axin2 and Axin2-binding residues derived from GSK3, (2) conformational analysis of Axin2-GSK3 protein-protein interaction, (3) construction of chemical library and virtual screening of druggable molecule, (4) docking analysis and optimization of chemical candidate, (5) in vitro or in vivo validation of the Axin-GSK3 binding inhibition by chemical candidate, (6) verification of blocking Snail expression and cancer invasion by chemical candidate.
3. Results
(1) Amino acid residues of Y216 and V267/268 in GSK3β is crucial binding sites to interact with Axin2 according to in vitro binding assay with GSK3βmutants.
(2) Hydrophobic amino acid residues of Axin2, L374 and L378 form principal Axin2-GSK3β protein-protein interaction, but a single hydrogen bonding residue R377 is not critical for Axin2-GSK3β binding.
(3) The target molecule of Axin-GSK interaction, selected by pharmacophore model, increases nuclear GSK3β expression and its activity, consequently decreases Snail expression.
(4) The target also increases E-cadherin expression, and inhibits cancer cell migration.
The results of the study verified the possibility of molecular target for Axin-GSK3β binding sites as anti-EMT target.
4. Expected Contribution
This study is aimed to elucidate the biomolecular mechanism of Wnt signaling and to develop the therapeutic targets and adopt optimum compound for cancer cell invasion and metastasis. Therefore, with the results this study expects the followings, (1) elucidation of cellular and molecular mechanism of cancer development and progression by WntlSnaii axis, (2) identication of molecular targets for Wnt components blocking cancer invasion and its practical application, clinical use experimetal verification, and (3) development of the novel therapeutic drugs targeting Wnt pathway, which can be also applicated for other various diseases associated with Wnt signaling pathway as well as anti-cancer drug.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 목차 ... 4
• I. 연구개발결과 요약문 ... 5
• 연구개발사업 최종연구개발결과보고서 요약문 ... 5
• Project Summery ... 6
• II. 연구개발과제 연구결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 7
• 1.1. 연구개발의 배경 및 필요성 ... 7
• 1.2. 연구개발의 목표 및 내용 ... 8
• 2. 연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 11
• 2.1. 연구개발의 연구대상 및 추진전략 ... 11
• 2.2. 연구 개발 방법 ... 11
• 2.3. 연구개발의 추진체계 ... 13
• 3. 연구개발과제의 연구개발결과 ... 13
• 3.1. GSK3에 대한 약리단 규명 ... 13
• 3.2. Axin에 대한 약리단 규명 ... 14
• 3.3. GSK-Axin의 결합 모드 규명 ... 14
• 3.4. 기존 단백질-단백질 저해제의 3차원 구조 규명 ... 14
• 3.5. GSK3-기존 저해제의 complex model 규명 ... 15
• 3.6. 선도물질 도출을 위한 in silico SAR 연구 ... 16
• 3.7. 후보물질을 이용한 암세포 이동 억제 효과 검증 ... 16
• 3.8. Wnt 신호전달 억제 화합물 발굴 ... 17
• 3.9. 스크리닝 화합물의 molecular property 분석 ... 19
• 4. 연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 20
• 5. 연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도 ... 22
• (1) 연구성과 총괄 ... 22
• (2) 연구성과 상세내역 ... 23
• (3) 연구개발과제의 목표달성도 ... 31
• 6. 연구개발과제의 활용계획 ... 32
• (1) 연구종료 3년까지 예상 연구성과 ... 32
• (2) 연구성과의 활용계획 ... 32
• 7. 참고문헌 ... 33
• 8. 첨부서류 ... 36
• 끝페이지 ... 49