초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 신약후보 선도물질들을 포함한 ‘다양한 바이오신소재를 효율적으로 생합성 할 수 있는 방선균 유전체공학 원천기술 개발’을 목표로 연구를 수행하였으며, 보다 구체적으로는 다기능 생리활성 (즉, 항진균, 항암, 면역억제, 및 세포사멸 등) 특징을 갖는 신약 후보물질인 선형 폴리케타이드 화합물 토토마이세틴의 골격 변형 (Post-PKS) 생합성에 관여하는 효소 및 조절자들을 의도적으로 재설계하고, 이들 재조합 방선균으
로부터 변형된 구조의 다양한 생리활성을 띄는 토토마이세틴 유도체를 효율적으로

연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 신약후보 선도물질들을 포함한 ‘다양한 바이오신소재를 효율적으로 생합성 할 수 있는 방선균 유전체공학 원천기술 개발’을 목표로 연구를 수행하였으며, 보다 구체적으로는 다기능 생리활성 (즉, 항진균, 항암, 면역억제, 및 세포사멸 등) 특징을 갖는 신약 후보물질인 선형 폴리케타이드 화합물 토토마이세틴의 골격 변형 (Post-PKS) 생합성에 관여하는 효소 및 조절자들을 의도적으로 재설계하고, 이들 재조합 방선균으
로부터 변형된 구조의 다양한 생리활성을 띄는 토토마이세틴 유도체를 효율적으로 생합성 할 수 있는 분자공정시스템구축을 성공적으로 구축하였다.
연구결과
유전체 재설계 및 오믹스 활용기술로 대표되는 ‘방선균 유전체공학 기술’은 미생물 유래 유용 생리활성물질 및 다양한 바이오신소재 발굴 분야에 해당하는 기술로서, 생리활성 물질의 생합성과 조절에 관여하는 신규 유전자원의 확보 및 분자수준에서의 인위적 맞춤 활성 발현을 통하여 신약 선도물질 및 특이적인 바 이 오 신 소 재 도출이 가능하다는 특징을 가지고 있다. 폴리케타이드는 현존하는 천연물 중에서 가장 많은 수를 차지하는 천연화합물로서 본 연구에서는, 항진균, 항암, 세포사멸, 및 활성화된 T 세포에만 특이적으로 작용하는 신규 면역억제 활성을 지닌 다기능 생리활성 물질인 선형폴리케타이드 토토마이세틴을 생산하는 토양 방선균으로부터 TMC 생합성 (특히 골격 변형 (Post-PKS) 및 조절에 관여하는 유전자들을 조합유전학 (combinatorial genetics) 및 합성생물공학 (synthetic biotechnology) 기술 등을 포함하는 방선균 유전체 공학기술을 활용하여 기존과는 다른 protein phosphatase (PP1, PP2A, SHP2) 저해활성을 띄는 여러 종의 신규 재조합 균주 및 토토마이세틴 유도체를 효율적으로 생합성하였다. 궁극적으로 본 연구를 통하여, ‘TMC 생합성 Post-PKS 유전자군 및 조절 유전자군이 의도적으로 재설계된 방선균으로부터 다양한 활성을 갖는 효율적인 ’다기능 선형폴리케타이드 생리활성신소재 개발 및 분자공정시스템구축’을 성공적으로 이루었다.
연구결과의 활용계획
폴리케타이드계 의약품 시장은 연간 150억 달러 규모로 단일 구조 군으로는 최고에 달한다. 특히 면역억제제는 최근 이종장기이식 및 자가면역질환 환자수가 급증함에 따라 그 수요가 급속히 증가하고 있는 약물로서, 2005년도 세계시장규모가 120억 달러에 도달하여 연평균 성장률이 42%를 상회하는 단일품목으로는 시장규모 및 시장성장속도가 매우 큰 약물 중 하나로 예측된다. 하지만, 면역억제, 세포사멸유도제, 및 항암제를 포함
한 거의 대부분의 기존 의약품이 세포 비특이적인 부작용 및 내성문제 등을 야기하고 있기에, 이를 극복하기 위하여 다양한 화학적 유도체 개발 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다. 따라서 다기능 생리활성 특징과 선형폴리케타이드라는 구조적 희귀성을 갖는 TMC 유래 선형폴리케타이드계 생리활성신소재 발굴은 ‘다양한 신약후보물질 도출 및 개량신약 선도물질들을 효율적으로 생합성 할 수 있는 원천기술 개발로 활용될 수 있으리라 예상되며, 경제․산업적 측면에서도 기대효과가 매우 높은 성과라 사료된다.

Abstract ▼

Purpose&contents
The main purpose of this research is to develop a platform technology for generating diverse drug lead compounds as well as novel biomaterials using Streptomyces genome engineering. More specifically, we rationally engineered the post-PKS biosynthetic and regulatory genes involve

Purpose&contents
The main purpose of this research is to develop a platform technology for generating diverse drug lead compounds as well as novel biomaterials using Streptomyces genome engineering. More specifically, we rationally engineered the post-PKS biosynthetic and regulatory genes involved in a multi-functional (e.g. antifungal, anti-cancer, immunosuppressive, and apoptosis) linear polyketide compound called tautomycetin, followed by successful establishment of a molecular bio-process system to generated diverse structural-&-functional tautomycetin analogues in recombinant Streptomyces strains.
Result
Streptomyces genome engineering including genome reconstitution and Omics application is a state-of-the-art technology suitable for development of novel microbial bio-active compounds and diverse bio-materials. Moreover, this technology enables us to isolate novel genetic resources and to screen potential drug lead compounds via rational molecular redesigning. A linear tautomycetin, which belongs to one of the largest natural product family, polyketide, contains muti-functional bio-activities including a T-cell specific immunosuppressive activity. We successfully engineered post-PKS genes and some regulatory genes involved in tautomycetin biosynthetic pathway through combinatorial genetics and synthetic biotechnology, thus generating diverse structural-&-functional tautomycetin analogues. Some of these analogues exhibited significantly different activities
toward several target protein phosphatase (PP1, PP2A, SHP2) inhibitor activities. In addition, production level of these tautomyetin analogues were also significantly improved through transcriptomics-driven regulatory network optimization. Eventually, we successfully established a rationally-redesigned recombinant Streptomyces strains, and synthesized several post-PKS modified tatunomycetin analogues showing significantly-different pharmacokinetic patterns.
Expected Contribution
Polyketide-derived pharmaceuticals consist one of the largest single market (15 billion dollars per year). Especially, a demand for immuosuppressive drugs is increasing due to organ transplantations and auto-immune therapies (42% annual market increase and approximately 12 billion dollar market at 2005). In addition, the markets for apoptosis and anti-cancer drugs is also rapidly rising (15% annual market increase and approximately 18 billion dollar market at 2005). Unfortunately, however, all these existing drugs in the market have some adverse side-effects with non-specific targeting, toxicity, and resistance problems. Since there must be on-going drug optimization processes required through conventional chemical modifications, the results described here provides an excellent alternative approaches to overcome these problems. The successful examples and results of Streptomyces genoming engineering using tautomycetin biosynthesis will not only provide an academic excellency as well as economic feasibility.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 10
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 58
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 59
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 62
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 64
• 8. 참고문헌 ... 66
• 9. 연구성과 ... 68
• 10. 기타사항 ... 83