[보고서]구조기반 단백질 상호작용 조절기술 개발

김승준

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구조기반 단백질 상호작용 조절기술 개발

Structure-based development of technology for controlling protein-protein interaction

보고서상세정보
과제명	구조기반 단백질 상호작용 조절기술 개발
주관연구기관	한국생명공학연구원 Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology
연구책임자	김승준
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2018-01
과제시작년도	2017
주관부처	과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT
등록번호	TRKO202200002614
과제고유번호	1711055718
사업명	바이오.의료기술개발
DB 구축일자	2022-06-18
키워드	세포신호전달.단백질 복합체.단백질 결합 저해제.signal transduction.protein complex.protein-protein interaction inhibitor.

초록
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ㅇ 연구의 목적 및 내용
• 암, 퇴행성 신경질환, 대사질환 등 주요 난치질환은 세포신호전달 이상에 기인하는 경우가 많음
• 타이로신 특이적 탈인산화효소 (protein tyrosine phosphatase, PTP) 는 ...

ㅇ 연구의 목적 및 내용
• 암, 퇴행성 신경질환, 대사질환 등 주요 난치질환은 세포신호전달 이상에 기인하는 경우가 많음
• 타이로신 특이적 탈인산화효소 (protein tyrosine phosphatase, PTP) 는 타이로신 특이적 인산화 효소 (protein tyrosine kinase, PTK) 와 함께 기질의 인산화/탈인산화를 통해 세포신호전달에서 중요한 역할을 하고 있음
• PTK의 경우 여러 블록버스터 신약이 이미 나왔으나, 생물학적 중요성이 거의 동등한 PTP의 경우 활성화 도메인의 상호 구조적 유사성과 활성화 부위 표면 전하 때문에 약물 타겟으로 삼기에 어려운 점이 많았음
• 본 연구에서는 탈인산화 효소의 단백질-단백질 복합체 삼차구조 분석을 통한 신약개발 타겟 제공 및 구조기반 단백질 상호작용 저해물질 도출기술을 개발하고자 다음을 연구 목표로 하였음
‣ 세포신호전달 관련 어뎁터 도메인 및 단백질-단백질 결합 도메인 삼차구조 분석
‣ 삼차구조 기반 단백질 상호작용 저해물질 도출기술 개발
‣ 대사질환 관련 유사갈색지방세포 분화조절 PTP 탐색 및 연구 타겟 도출

ㅇ 연구개발성과
• 단백질 단독 혹은 단백질-단백질 복합체 삼차구조 규명 및 기능 연구
- HD-PTP Bro1 domain-STAM2 복합체 삼차구조 및 결합 선택성 규명
- SP-PTP 단백질 삼차구조 규명 및 효소활성 분석
- 췌장암 내성 유도 단백질 DUSP28 삼차구조 규명 및 효소 활성 분석
- 거대바이러스 APMV rab GTPase GTP 결합/GDP 결합 단백질 삼차구조 규명
- Tk-PTP 단백질 삼차구조 규명 및 효소활성 분석
- 살모넬라균 다재약물내성 관련 단백질 삼차구조 규명
- 중심체 형성 단백질 삼차구조 2종 규명
• 3차 구조 기반 단백질 활성 저해제 발굴
- 구조기반 가상검색을 통한 Scp1 phosphatase 타겟 IC₅₀ 3.4-9.8 μM 범위 저해 후보물질 8종 발굴
- 구조기반 가상검색을 통한 STEP phosphatase 타겟 IC₅₀ 3.21-10.6 μM 범위 저해 후보물질 10종 발굴
- 한국화합물은행(KCB) 대표화합물 물질탐색을 통한 PTPε 타겟 IC₅₀ 1.2-3.0 μM 범위 저해 후보물질 11종 포함 총 24종 발굴
• 단백질-단백질 결합 저해제 탐색 기술 개발
- HTS 기술 개발에 적용 가능한 20% 이상의 FRET을 보이는 형광 단백질-형광 물질쌍 2 종 발굴
• 대사질환 관련 유사갈색지방세포 분화조절 PTP 탐색
- 세포수준 유사갈색지방세포 활성/비활성 시스템 확립
- 유사갈색지방세포 활성 조절 PTP 발굴 및 기능 검증 (DUSP4, DUSP6 등 4종)
- p53 아세틸레이션을 통한 갈색 지방세포 분화조절 단백질 Set7/9 발굴
- p53의 핵 외부 수송에서 155번 threonine 잔기 인산화의 필요성 규명
‣ 단백질 삼차구조 13 종 규명
‣ 단백질 활성 저해 후보물질 총 42 종 발굴
‣ SCI 학술지 9편 게제

ㅇ 연구개발성과의 활용계획 (기대효과)
• 본 연구를 통하여 난치성 질환 관련 단백질 및 단백질 복합체 구조 13 종을 규명하여 구조 기반 신약물질 개발연구의 타겟 제공 및 3차 구조 기반 저해제 발굴함으로써, 해당 분야에 대한 생물학적 기능 이해 증진 및 저해제 도출의 핵심 플랫폼 확보
• FRET 가능한 형광 단백질-형광 물질 쌍 2 종 발굴을 통해, 단백질-단백질 결합 저해물질 도출 기술 개발을 위한 초석 마련. 앞으로 다양한 단백질 복합체의 결합을 저해하는 물질 도출을 위한 핵심 기술 개발의 시작점이 될 것으로 기대
• 대사질환 관련 유사갈색지방세포 분화조절 PTP 탐색 시스템 원천기술 개발의 근본을 마련하였으며, 이 시스템을 통해 발굴된 타겟을 이용한 유사갈색지방세포 분화 조절의 초석 마련

(출처 : 국문 요약문 5p)

Abstract
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ㅇ Purpose & Contents
- Several intractable diseases such as cancers, neurodegenerative disorders, and metabolic diseases are of...

ㅇ Purpose & Contents
- Several intractable diseases such as cancers, neurodegenerative disorders, and metabolic diseases are often caused by abnormal cell signaling
- PTP plays an important role in the cell signaling through substrate phosphorylation / dephosphorylation with PTK
- In the case of PTK, several blockbuster drugs have already been introduced, but in the case of PTP, there are many difficulties to develop it a drug target due to the structural similarity and the surface charge on the active site
- In this study, we aimed to screen a new target through the analysis of 3D structure of protein complex and to develop new high throughput screening (HTS) method for protein-ptorein interaction (PPI) inhibitor
‣ 3D structure analysis of protein complex related to cell signaling
‣ Inhibitor screening method (HTS) development for PPI
‣ PTP screening related to beige adipocyte differentiation for research target

ㅇ Results
• Determination of 3D structure and functional studies of target proteins
- Determination of 3D structure and identification of interaction selectivity between HD-PTP Bro1 domain and STAM2
- Determination of 3D structures and enzyme activity analysis of SP-PTP, Tk-PTP, and DUSP28 (pacreatic cancer-resident protein)
- Determination of 3D structures of Rab-GTP and -GDP from APMV, multivalent drug resistance-related protein from salmonella, and two centriol proteins
• Identification of novel inhibitor candidates based on 3D structure
- Identification of 8 inhibitors targeting Scp1 and 10 inhibitors targeting STEP less than 10.6 μM through virtual screening based on 3D structure
- Identification of 24 inhibitors targeting PTPε, including 11 candidates between IC₅₀ 1.2-3.0 μM through material screening with KCB representative compound
• Development of screening technology for PPI inhibitor
- Identification of two pairs of fluorescet protein-fluorescet dye showing FRET signal more than 20% adaptable to high throughput screening (HTS)
• Screening PTP related to differentiation of beige adipocyte
- Establishment of activity control system for beige adipocyte
- Discovery and functional verification of PTP related to beige adipocyte differentiation (4 species including DUSP4 and DUSP6)
- Discovery of Set7/9 p53 which is regulating protein for brown adipocyte differentiation by acetylation
- Discovery of important role of phosphorylation on 155 threonine in nuclear export of p53
‣ We Determined three-dimensional structures of 13 proteins
‣ We identified 42 PTP inhibitor candidates
‣ We Published 10 papers including 9 papers in SCI journals

ㅇ Expected Contribution
- We identified 13 protein structures related to refractory diseases to provide a target for research on the development of structure-based novel drug candidates and to identify a 3D structure-based inhibitor, thereby developing a core platform for understanding biological functions and deriving inhibitors
- We identified two pairs of fluorescent protein-fluorescent dye adaptable to HTS for PPI inhibitor, laying the groundwork for the development of protein-protein binding inhibitor screening technology. In the future, it will be a starting point for the development of key technologies for deriving substances that inhibit the binding of various protein complexes
- We developed the basis of the original technology of the PTP screening system that regulates the differentiation of beige adipocytes

(source: SUMMARY 6p)

목차
Contents
▼

표 / 그림 (52)

[그림] SHP2 와 allosteric 저해제 복합체 구조

참고문헌

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