초록 ▼

연구의 목적 및 내용
G-quadruplex는 다양한 발암유전자의 프로모터에 존재하여 유전자 발현에 영향을 미친다. 우리는 이 구조에 선택적으로 결합하여 이 유전자들을 억제하는 저분자 항암후보물질들을 IT/BT/유기합성 융합기술을 활용하여 단기간 내에 개발하고자 한다.
우선 G-quadruplex DNA구조 모델링과 이를 타겟으로 한 화합물 라이브러리 가상검색, in vitro 활성 측정과 생물리학적 분석을 이용해 hit 화합물군을 발굴하고자 한다. hit 화합물 군으로 수종의 선도 물질 도출, 유도체군 합성을 통한 구조

연구의 목적 및 내용
G-quadruplex는 다양한 발암유전자의 프로모터에 존재하여 유전자 발현에 영향을 미친다. 우리는 이 구조에 선택적으로 결합하여 이 유전자들을 억제하는 저분자 항암후보물질들을 IT/BT/유기합성 융합기술을 활용하여 단기간 내에 개발하고자 한다.
우선 G-quadruplex DNA구조 모델링과 이를 타겟으로 한 화합물 라이브러리 가상검색, in vitro 활성 측정과 생물리학적 분석을 이용해 hit 화합물군을 발굴하고자 한다. hit 화합물 군으로 수종의 선도 물질 도출, 유도체군 합성을 통한 구조-활성 관계 연구와 분자 설계를 통한 구조 최적화를 한 후에, cell-based 스크리닝을 통한 비선택적세포독성을 보이는 합성 화합물을 찾아 in vivo 실험 후보물질 도출하고자 한다.
연구결과
●발암 유전자 c-Myc의 NHEIII1 프로모터에 존재하는 G-quadruplex 구조에 대한 화합물 데이터베이스의 가상검색과 PCR-Stop assay 결과 c-Myc G-quadruplex에 선택성이 뛰어난 새로운 scaffold를 가진 B5 (phenoxazone), C2 (triazine), D2(pyrimidine)를 확보했음.
●B5 합성 및 B5의 핵심골격(phenoxazone)을 갖는 유도체들의 합성 경로 정립하고, 확립된 B5 유도체 합성 경로로 22종의 유도체를 확보하여 B5보다 in vitro 활성이 개선된 리간드 SB008을 발굴함.
●D2 합성 및 D2의 유도체들의 합성 경로 정립하여 4종의 유도체를 추가 합성함.
●새로운 scaffold를 가진 리간드 C2의 효율적 합성 경로를 확립하고 이들의 유도체 33종을 합성한 후 PCR-stop assay를 이용하여 in vitro 활성 측정을 통해 활성이 개선된 SC010과 SC021을 발굴했고, 특히 SC010이 NHEIII1 프로모터에 존재하는 G-quadruplex에 의해 C-MYC이 과잉 발현되는 Burkitt’s lymphoma cell line인 Ramos cell에서 선택적인 항암활성을 보여 유망한 항암 후보 물질로 규명함.
●분광학 분석 기술(CD)을 이용하여 hit 리간드와 G-quadruplex와의 complex 구조형성 여부 및 물리화학적 특성 변화를 규명함.
연구결과의 활용계획
●항암제의 새로운 타겟으로 떠오르고 있는 G-quadruplex라는 유전자 발현과 생물학적 활성을 조절하는 특이적인 2차 구조에 대한 유용한 정보를 제공하여, G-quadruplex를 타겟으로 하는 다른 scaffold를 개발하는데 참고 가능함.
●컴퓨터를 이용한 구조-활성 연구를 통해 빠르고 효율적인 선도물질과 효과적인 생리활성물질을 찾아내었으므로 다른 항암, 항바이러스 등의 다양한 타겟의 약물발견과 개발에 적용 가능함.
●본 연구에서 개발된 다양한 헤테로화합물을 생성하는데 쓰인 새로운 합성법은 유기 합성화학분야에서 새로운 약물 개발법에 응용되어 활용이 가능함.

Abstract ▼

Purpose&contents
This study aims to discover and develop small synthetic anticancer agents that selectively bind to the G-quadruplexes in the promoter region of oncogenes. The compounds capable of selectively binding to G-quadruplex could inhibit the expression of each oncogene by stabilizing the

Purpose&contents
This study aims to discover and develop small synthetic anticancer agents that selectively bind to the G-quadruplexes in the promoter region of oncogenes. The compounds capable of selectively binding to G-quadruplex could inhibit the expression of each oncogene by stabilizing the G-quadruplex structure and be developed as anticancer drugs.
The study starts with modeling of G-quadruplexes and virtual screening of chemical libraries in order to find hits which show good affinities to G-quadruplexes. Among the hits found, the first lead compounds will be selected through in vitro activity test employing PCR stop assay and biophysiscal analyses. After the confirmation of the lead compounds by re-synthesis, a variety of derivatives will be designed based on the modeling study and they will be synthesized. These synthetic methods should be efficient enough to synthesize diverse compounds in a short period of time. Such synthetic methods will be developed in the course of this study.
Result
Expression of oncogenic c-Myc is mainly controlled by nuclear hypersensitive element III1(NHEIII1), having purine-rich sequence which is capable of folding into G-quadruplex structure. G-quadruplex inhibits the transcription of c-Myc oncogene, and therefore, the ligands stabilizing this G-quadruplex can be developed as potential anticancer drugs.
In our preliminary study, B5 (phenoxazone), C2 (triazine), and D2 (pyrimidine) hit compounds were identified as G-quadruplex binding ligands by virtual screening of chemical database.
They showed selective PCR-arresting effects against the oligonucleotide containing c-Myc G-quadruplex sequence.
A total of 22 phenoxazone, 33 triazine, and 4 pyrimidine derivatives were synthesized, and their activities were evaluated by PCR stop assay. Several compounds (SB008, SC010, and SC021) showed an improved G-quadruplex stabilizing activity. The promoter assay also supported that binding of these ligands in the G-quadruplex forming promoter region results in turning-off the transcription of reporter gene. The circular dichroism analysis suggested that these ligands bind to c-Myc G-quadruplex in parallel-stranded conformation.
Interestingly, triazine derivative SC010 showed selective cytotoxic activity against Ramos cells having NHEIII1 region in the translocated c-Myc gene, in comparison with the CA46 cells in which this element is absent. The results suggest that SC010 may interact selectively with G-quadruplex in the NHEIII1 region of c-Myc promoter.
Expected Contribution
This study can provide an useful information on the DNA G-quadruplex, a recently emerging target for anticancer agents, and its functions in controlling gene expression and biological activity.
This study can demonstrate that the convergence of information technology (IT), bio-technology (BT), and synthetic chemistry can greatly improve the practicality and efficiency in drug discovery and development. The accumulated knowledge through this study on three dimensional structure modeling and docking/scoring technique of nucleic acids can be applied to the development of another anticancer agent and antiviral agents which also target nucleic acids. New synthetic method developed in this study to generate diverse heterocyclic compounds can add another practical tool for synthetic chemistry.
Finally, the anticancer agents developed by this study can be the first line anticancer drugs targeting DNA G-quadruplex.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업 (핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목 차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 28
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 29
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 29
• 7. 주관연구책임자(공동연구원) 대표적 연구실적 ... 30
• 8. 참고문헌 ... 30
• 9. 연구 성과 ... 32
• 10. 기타사항 ... 34
• [별첨1] 대표연구성과 ... 35