초록 ▼

단백질의 O-GlcNAc 변형은 단백질 인산화 반응과 같이 단백질 번역 후 변형의 한 형태로 세포의 신호전달에 영향을 미치는 매우 중요한 인자이다. 이 변형의 잘못된 규제는 여러 질환들 (알츠하이머, 파킨슨 병, 당뇨, 암등등) 을 초래하는데 밀접한 관계가 있다 알려져 있다. 이러한 질환을 초래되는 메커니즘을 이해하고 나아가 이 질환들의 치료제를 개발하는 토대를 구축하기 위해서는 먼저 단백질의 O-GlcNAc 변환이 세포에 미치는 역할을 분자적 관점에서 이해하는 것이 필요하다. 본 연구 과제는 이러한 O-GlcNAc 변형의 보다 깊

단백질의 O-GlcNAc 변형은 단백질 인산화 반응과 같이 단백질 번역 후 변형의 한 형태로 세포의 신호전달에 영향을 미치는 매우 중요한 인자이다. 이 변형의 잘못된 규제는 여러 질환들 (알츠하이머, 파킨슨 병, 당뇨, 암등등) 을 초래하는데 밀접한 관계가 있다 알려져 있다. 이러한 질환을 초래되는 메커니즘을 이해하고 나아가 이 질환들의 치료제를 개발하는 토대를 구축하기 위해서는 먼저 단백질의 O-GlcNAc 변환이 세포에 미치는 역할을 분자적 관점에서 이해하는 것이 필요하다. 본 연구 과제는 이러한 O-GlcNAc 변형의 보다 깊은 이해를 돕고, 이 연구의 활성화 및 진보를 위해 도움을 줄 수 있는 유용한 화학적, 생물학적 도구를 개발하는 목적을 가지고 수행되었다. 첫째로, O-GlcNAc 변형을 주도하는 두 가지 중요한 효소들(O-GlcNAc transferase 와 O-GlcNAcase) 중의 하나인 O-GlcNAc transferase (OGT)의 효소 활성을 빠르고 쉽게 측정하는 방법을 개발하였다. OGT와 반대역할을 하는 OGA (O-GlcNAc을 제거를 담당)의 경우와 다르게 OGT 효소는 빠르게 그 효소 활성을 잃어버리는 경우가 있으
며 또한 그 효소 활성을 측정하는 빠르고 쉬운 방법이 결여되어 있다. 이러한 문제는 O-GlcNAc 연구를 지연시키는 큰 장애물이 되었었다. 이 결과물은 "Organic Letters"에 투고하기 위한 논문 작성 중에 있다. 둘째로, O-GlcNAc 변형을 주도하는 또 다른 효소인 OGA의 억제제를 개발하였고, 이는 세포 내 이 효소들의 생물학적 연구를 위한 도구들로 이용되고 있다 (연구논문: OGA inhibition by GlcNAc-Selenazoline, Bioorg. Med. Chem. 2010). 또한 이번 과제를 통해 개발된 OGT 효소활성 측정법을 통해 OGT의 억제제 토대로 사용될 수 있는 물질을 찾아내었고, OGT의 선택적이면서 효과적인 억제제를 개발하는 유용한 기초가 되었다.
셋째로 이 연구 과제를 진행하면서 습득한 O-GlcNAc에 관련된 지식 그리고 이 연구를 위한 화학적, 생물
학적 도구 개발을 통해 얻은 통찰력을 바탕으로 생물학의 실험지침서로 알려진 "Method in Molecular
Biology"에 O-GlcNAc cycling 효소에 관해 발표하였고, O-GlcNAc 연구를 위한 화학적 무기고에 관한
review 논문을 "Molecules"에 발표하였다.
다섯째, 여러 유기체에서 O-GlcNAc 으로 변형되는 단백질 규명을 위해 O-GlcNAc으로 변형되는 단백질의 용이한 분리와 분석을 위해 azide와 결합할 수 있는 디자인하였었던 물질을 합성하였다. 그러나 예상과 달리, 합성된 물질의 분자내 이황화 결합이 불안정하여 O-GlcNAc변형 단백질을 분리하는 도구로 사용할 수 없음이 확인되었다. 그러나 이러한 문제를 극복하기 위한 새로운 O-GlcNAc 단백질의 분리 도구를 찾던 중 비교적 최근에 개발되고 O-GlcNAc 연구에 활용되어지고 있는 고리형 알카인의 구조를 가지는 DIFO화합물의 문제점을 밝혀냈고, 이 화합물을 사용하여 얻은 결과를 해석할 시의 오류와 이를 방지하기 위한 대책을 발견하였다. 이 결과물은 곧 "ACS Chemical Biology” 에 투고될 예정이다. 본 연구에서는 여러 유기체에서 O-GlcNAc으로 변형되는 단백질 규명을 위해 말단 알카인이 결합되어 있는 resin을 사용하여 OGA-gene을 knockout 시킨 C. elegans와 wild-type Drosophila의 O-GlcNAc 변형 단백질을 분리, 축적하였으나, 아직 sample들의 질량분석결과가 나오지 않은 상태이다.
여섯째, isoform specific O-GlcNAcase 항체를 개발하였다.
ㆍO-GlcNAcase의 deletion analysis
ㆍGST, 6 X His, thioredoxin으로 tagging된 O-GlcNAcase 제조합 단백질 발현계 확립
ㆍNi²⁺－resin column을 이용한 O-GlcNAcase의 정제법 확립
ㆍ항원으로 사용할 아미노 말단부위와 (N-OGA)와 카르복시 말단부위 (C-OGA) O-GlcNAcase의 융합단백질 발현
ㆍ O-GlcNAcase의 peptide 항원 (N-OGA-2, C-OGA-6)의 합성과 토끼를 이용한 항체제조
ㆍ제조한 항체의 ELISA 분석과 anti-N-OGA-2 항체는 Western blot으로 확인
ㆍ두 항체의 정제 후 정량(α-N-OGA-2: 6.7 mg/ml, C-OGA-6: 1.97 mg/ml)

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목 차 ... 3
• I. 연구결과 요약문 ... 4
• II. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 32
• 5. 연구결과의 활용 계획 ... 33
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 33
• III. 연구성과 ... 34