초록 ▼

연구의 목적 및 내용
(1) Bcl-2 family 단백질 Bcl-2 와 p53 간의 결합을 전산학 및 생물학적 방법으로 예측 및 분석하고 두 단백질 간 복합체의 삼차구조를 규명하여 p53 의 전사 독립적인 세포사멸 경로를 분자적 수준에서 이해하고자 함.
(2) 이와 같은 새로운 세포사멸 경로를 이용하여 Bcl-2 family 단백질의 기능을 저해하는 새로운 p53 mimetic 항암제 후보물질을 구조 기반으로 설계하고자 함.
연구결과
p53 의 전사 독립적인 세포사멸 경로의 분자적 기초를 규명하고 이를 응용

연구의 목적 및 내용
(1) Bcl-2 family 단백질 Bcl-2 와 p53 간의 결합을 전산학 및 생물학적 방법으로 예측 및 분석하고 두 단백질 간 복합체의 삼차구조를 규명하여 p53 의 전사 독립적인 세포사멸 경로를 분자적 수준에서 이해하고자 함.
(2) 이와 같은 새로운 세포사멸 경로를 이용하여 Bcl-2 family 단백질의 기능을 저해하는 새로운 p53 mimetic 항암제 후보물질을 구조 기반으로 설계하고자 함.
연구결과
p53 의 전사 독립적인 세포사멸 경로의 분자적 기초를 규명하고 이를 응용하여 Bcl-2 family 단백질 저해용 항암제 후보물질을 설계하기 위해 다음과 같은 연구를 수행하였음.
(1) 전산학적 in silico 단백질 결합 예측: 전산학적 기법을 활용한 binding motif 검색 및 in silico 단백질 결합 simulation을 통해 p53 transactivation domain (TAD)을 Bcl-2 단백질 결합 부위로 예측하였음.
(2) 생물학적 단백질 결합 검증: Bcl-2 와 p53 TAD 간 결합을 증명하기 위해 세포 수준에서 Bcl-2 와 p53 TAD 단백질 간 in vivo 결합을 검증하였음. NMR-binding assay실험 결과 p53 TAD 의 SN15 부위 (18-26번 잔기)와 AD39 부위 (45-58번 잔기)를 Bcl-2 결합 부위로 발굴하였음. Alanine-scanning mutagenesis 와 p53 mutants 의 Bcl-2 단백질 결합 활성 분석을 통해 Leu22, Trp23 및 Leu25 의 소수성 p53 잔기들이 Bcl-2 결합에 가장 중요한 아미노산 잔기임을 규명하였음.
(3) 단백질 복합체 삼차구조 규명: NMR chemical shift perturbation 및 paramagenetic relaxation enhancement (PRE) 실험을 수행하여 Bcl-2 와 p53 TAD 펩타이드 간 binding interface 와 binding orientation 에 대한 구조적 정보를 도출하였음. 이를 이용한 구조계산을 통해 Bcl-2 와 p53TAD 펩타이드 간 복합체의 삼차구조 규명함으로써 p53 단백질이 Bcl-2 의 기능을 저해하여 세포사멸을 유도하는 p53 의 전사 독립적인 세포사멸 경로의 분자적 기초를 규명하였음.
(4) 구조 기반 약물 설계: 계산생물학적 방법을 통해 Bcl-2/p53 TAD 복합체의 삼차구조 를 기반으로 Bcl-2 family 단백질 저해용 항암제 후보물질로서 SN15 및 AD39 펩타이드 analog 들을 설계하였고 PMI 펩타이드 analog 의 Bcl-2 family 단백질 결합 활성을 측정 하였음.
연구결과의 활용계획
(1) Bcl-2 와 p53 단백질 간 결합은 p53 의 전사 독립적인 세포사멸 경로와 미토콘드리아 세포사멸 경로를 직접적으로 연결하는 중요한 고리로서 이에 관한 연구 결과는 세포사멸 분야에서 매우 큰 학문적 가치가 있음. (2) Bcl-2 와 p53 단백질 간 복합체의 삼차구조 규명 결과는 현재 학계에서 논쟁이 되고 있는 결합부위에 대한 확실한 결론을 도출하였고 새로운 항암제 개발의 초석이 될 것임. (3) Bcl-2 family 단백질 저해용 새로운 항암제 후보물질의 구조 기반 설계 결과는 백혈병, 림프종, 골수종 등 여러 암에 대한 표적 항암제 개발에 활용될 것임.

Abstract ▼

Purpose&contents
(1) We aim to elucidate the molecular basis for the transcription-independent apoptosis pathway of p53 by analyzing the interaction of p53 with Bcl-2 family protein Bcl-2 and determining the three-dimensional structure of the complex between them. (2) Based on this novel pathway,

Purpose&contents
(1) We aim to elucidate the molecular basis for the transcription-independent apoptosis pathway of p53 by analyzing the interaction of p53 with Bcl-2 family protein Bcl-2 and determining the three-dimensional structure of the complex between them. (2) Based on this novel pathway, we aim to carry out structure-based design of a novel p53 mimetic candidate for anti-cancer therapeutics that inhibits the function of Bcl-2 family proteins.
Result
To elucidate the molecular basis for the transcription-independent apoptosis pathway of p53 and design Bcl-2 family protein-inhibiting anti-cancer therapeutic candidate, we performed the following experiments.
(1) Computational in silico protein binding prediction: We identified p53 transactivation domain (TAD) as Bcl-2 binding domain using binding motif search and in silico binding simulation.
(2) Biological validation of protein binding: We demonstrated in vivo binding of Bcl-2 with p53 TAD at the cellular level. The NMR-binding assay results identified SN15 (18-26 residues) and AD39 (40-58 residues) regions as Bcl-2 binding motifs. Alanine scanning mutagenesis and the binding experiments of the p53 TAD mutants revealed that the hydrophobic residues Leu22, Trp23 and Leu25 residues are the most critical determinants for binding to Bcl-2.
(3) Structure determination of the protein complex: Using NMR chemical shift perturbation and paramagnetic relaxation enhancement (PRE) techniques, we determined the binding interface and binding orientation between Bcl-2 and SN15 peptide. Using them, we determined the structure of Bcl-2/SN15 peptide complex, revealing the molecular basis for inhibition of Bcl-2 by p53 in the transcription-independent apoptosis pathway of p53.
(4) Structure-based design: Based on the Bcl-2/p53 TAD complex structure, we designed SN15 and AD39 peptide analogs as Bcl-2 family protein-inhibiting anti-cancer therapeutic candidates using computational methods and measured the Bcl-2 family protein-binding activity of PMI peptide analog.
Expected Contribution
(1) The results of the interaction between Bcl-2 and p53 is of great biological significance in the field of apoptosis since they serve as an important link between the transcription-independent apoptosis pathway of p53 and mitochondrial apoptosis pathway. (2) The structure determination of the complex between Bcl-2 family proteins and p53 TAD ended the controversy over the location of Bcl-2 family protein-binding site of p53 and will provide us a cornerstone for development of novel anti-cancer therapeutics. (3) Novel therapeutic candidates inhibiting Bcl-2 family proteins will be used for development of anti-cancer therapeutics against various cancers such as leukemia, lymphoma and myeloma.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 12
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 21
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 46
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 48
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 49
• 7. 주관연구책임자(공동연구원) 대표적 연구실적 ... 50
• 8. 참고문헌 ... 51
• 9. 연구성과 ... 53
• 10. 기타사항 ... 56
• 대표연구성과 ... 57
• 자체평가 의견서 ... 62