초록 ▼

연구의 목적 및 내용
선천면역 및 염증억제 과정에서 TGF-β의 신호전달 경로를 구성하는 억제 Smad 단백질에 의해 매개되는 유전체 및 관련 단백질들의 분자생화학적 분석을 수행함으로써 억제 Smad 단백질에 의한 선천면역 및 염증성 질환의 새로운 제어 기전을 규명하고 궁극적으로 억제 Smad 단백질을 이용한 선천면역 및 염증관련 질환의 제어를 위한 기술 개발을 최종목표로 함. 이를 위해 다음과 같은 세부목표(연구결과 참조)를 설정하여 연구를 수행하였음.
연구결과
(1) 억제 Smad 단백질에 의한 선천면역 억제과정

연구의 목적 및 내용
선천면역 및 염증억제 과정에서 TGF-β의 신호전달 경로를 구성하는 억제 Smad 단백질에 의해 매개되는 유전체 및 관련 단백질들의 분자생화학적 분석을 수행함으로써 억제 Smad 단백질에 의한 선천면역 및 염증성 질환의 새로운 제어 기전을 규명하고 궁극적으로 억제 Smad 단백질을 이용한 선천면역 및 염증관련 질환의 제어를 위한 기술 개발을 최종목표로 함. 이를 위해 다음과 같은 세부목표(연구결과 참조)를 설정하여 연구를 수행하였음.
연구결과
(1) 억제 Smad 단백질에 의한 선천면역 억제과정의 생화학적 기전 규명과 E3 ubiquitin ligase의 탐색: 선천면역 신호전달 경로에서 MyD88 의존적 신호전달경로의 TGF-β에 의한 새로운 억제 기전을 규명함. 즉 TGF-β에 의해 발현이 증가된 억제 Smad6 단백질이 MyD88 단백질에 결합하고 Smad6 단백질에 의해 recruit되는 E3 ubiquitin ligase인 Smurf 단백질 복합체에 의해 MyD88 단백질의 K48-linked polyubiquitination이 일어남으로서 MyD88 단백질의 선택적 분해가 이루어짐을 최초로 규명함 (2011년 Nat. Communications.에 논문게재)
(2) IL-1R/TLR 매개 신호전달 과정에서 Smad7의 분자생물학적 기능 규명: Smad7 단백질은 Smad6와 유사하게 Pellino-1 단백질에 결합하여 IL-1R/TLR4 신호를 매개하는 IRAK1-매개 신호전달 복합체의 형성을 저해하며 TGF-β에 의한 IL-1R/TLR4 신호전달 경로의 억제에 Smad6와 Smad7이 모두 요구됨을 규명함(2010년 Biochem. Biophys. Res. Commun.에 게재)
(3) Pellino-1에 결합하는 억제 Smad 단백질의 최소부위 규명과 NF-κB 매개 염증성 질환의 therapeutic peptide로의 가능성 탐색: Pellino-1과 결합하는 Smad6의 최소부위(아미노산 422번부터 441번)와 Smad7의 최소부위(300번부터 319번)를 규명하고 이러한 최소부위가 염증관련 NF-κ B 신호전달만 특이적으로 억제함을 확인함 (일부 데이터 Nat. Med.에 submit)
(4) Pellino-1과 결합하는 Smad6 유래 펩타이드의 패혈증 치료 효과 규명: Palmitic acid가 결합된 Smad6 아미노산 422번부터 441번까지의 펩타이드(Smaducin-6)가 마우스 패혈증 모델에서 치료효과가 있음을 증명하고 그 기전을 규명함(Nat. Med.에 submit). TGF-β 신호전달 경로를 구성하는 억제 Smad 단백질을 이용한 염증성 질환의 치료 효과를 최초로 제시하였으며 억제 Smad6 단백질을 이용한 패혈증 치료 기술을 제시함(국내 특허 출원).
(5) 억제 Smad 단백질에 의한 TGF-β non-canonical pathway의 규명: 염증 및 스트레스에 관련된 MAPK를 활성화 시키는 TGF-β 매개 non-canonical Smad-independent signaling은 억제 Smad6에 의해 recruit되는 A20 단백질에 의한 TRAF6의 deubiquitination 기전에 의해 이루어짐을 규명. TGF-β Smad-independent non-canonical pahtway의 자가 조절 기전에 대한 실마리를 최초로 규명함.
연구결과의 활용계획
□ 생체 방어기전인 선천면역(innate immunity)과 염증반응의 조절 기전을 규명함으로써 패혈증과 같은 난치성 염증질환들의 치료를 위한 이행성 연구(translational research)의 토대 구축
□ 선천면역 질환 및 염증억제를 위한 치료용 펩타이드로서 억제 Smad6 유래 펩타이드의 효과를 검증함으로서 Smad6 유래 펩타이드와 Pellino-1간의 상호작용을 mimic하는 새로운 chemical들의 개발이 가능함
□ TGF-β에 의한 항염증 기전에 대한 이해의 폭을 높임으로써 염증반응에서 항염증반응으로 shift가 이루어지는 분자적 기전에 대한 연구의 실마리를 제공함

Abstract ▼

Purpose&contents
The aim of this project is that we characterize therapeutic effects of the inhibitory Smads, Smad6 and Smad7, in inflammatory diseases and also identify new mechanism about the negative regulation of innate immune response by TGF-β through genome-wide and molecular/biochemical ap

Purpose&contents
The aim of this project is that we characterize therapeutic effects of the inhibitory Smads, Smad6 and Smad7, in inflammatory diseases and also identify new mechanism about the negative regulation of innate immune response by TGF-β through genome-wide and molecular/biochemical approaches. Based on the basic studies, our final goal is to develop the way to control the TLR4-hypeactivated inflammatory diseases such as sepsis using the inhibitory Smads. To achieve our goal, we performed the sub-projects shown in Results section.
Result
(1) Identification of new mechanism underlying the negative regulation of innate immune responses by the inhibitory Smads and E3 ubiquitin ligases: We characterized new mechanisms of the negative regulation of MyD88-dependent TLR4 signaling by TGF-β. In this study, we showed that Smad6-specific recruitment of E3 ubiquitin ligases, Smurf proteins, are responsible for MyD88 ubiquitination and degradation in the presence of anti-inflammatory TGF-β cytokine (Published in Nat. Commun. 2011)
(2) Functional characterization of Smad7 in IL-1R/TLR signaling: We found that Smad7 bound to different region of Pellino-1, compared to Smad6, and subsequently disrupted Pelliono-1-mediated signaling complex of IL-1R/TLR4 signaling. We also showed that both inhbitory Smads are required for complete anti-inflammatory activity of TGF-β1 suppressing IL-1R/TLR4 signaling (Published in Biochem. Biophys. Res. Commun. 2010)
(3) A possible role of Smad6- and Smad7-derived minimal regions which bind to Pellino-1 and inhibit NF-κB-mediated pro-inflammatory gene expressions: We identified the minimal regions of Smad6 and Smad7 which specifically bind to Pellino-1. Each minimal region was composed of 20 amino acids and specifically inhibited LPS-induced NF-κB signaling, but not TGF-β signaling.
(4) Therapeutic effects of Smad6-derived peptide (Smaducin-6) on mouse sepsis model: We demonstrate that Palmitic acid-conjugated Smad6-derived peptide(Smaducin-6), composed of Smad6 amino acids 422 to 441, increased the survival rates of sepsis and septic shock mice through decreasing pro-inflammatory cytokines and inhibiting apoptosis. These therapeutic effects was due to the disruption of Pellino-1-mediated signaling complexes by Smaducin-6 peptide. These findings are the first report that the inhibitory Smad6 is able to be used as a therapeutic peptide in TLR4-hyperactivated inflammatory diseases such as sepsis (Submit to Nat. Med. a patent application).
(5) Identification of the negative regulation of TGF-β non-canonical pathway by Smad6: We first identified a new mechanism of auto-regulatory feedback mechanism of TGF-β non-canonical pathway by Smad6. We found that Smad6 deubqiutinates TRAF6 protein through recruiting A20 deubiquitinating enzyme and is involved in the negative regulation of TGF-β non-canonical pathway.
Expected Contribution
□ Establish the basis of translational researches treating inflammation-related diseases such as sepsis, through characterizing the regulatory mechanism of inflammation and innate immunity by TGF-β or inhibitory Smads
□ Contribute to design new chemicals or small molecules for sepsis treatment mimicking the interaction of Smad6-derived peptide (Smaducin-6) with Pellino-1
□ Provide molecular mechanism about how inflammatory responses are resolved by anti-inflammatory cytokines, in particular, TGF-β.

목차 Contents

• 도약연구사업 최종보고서(제출용) ... 1
• 목 차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 13
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 18
• 4. 목표달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 59
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 61
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 63
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 64
• 8. 참고문헌 ... 64
• 9. 연구성과 ... 67
• 10. 기타사항 ... 82