초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
만성폐쇄성폐질환 (Chronic Obstructive Pulmonary Disease, COPD)은 호흡곤란을 유발하는 만성염증성 폐질환임. 대표적 병인은 흡연으로, 한국의 경우 현재 5대 사망원인 중 하나이며, 2020년에는 세계 3대 사망원인이 될 것으로 추정됨.
COPD 특이적 치료제가 없어 천식 치료에 사용되는 호흡기 확장제와 스테로이드에 의존하고 있는 실정임. 연구의 궁극적 목적은 천연물 Alisol B acetate (ABA)가 COPD 치료제 후보로서의 가능성 여부 규명에 있음. CO

□ 연구의 목적 및 내용
만성폐쇄성폐질환 (Chronic Obstructive Pulmonary Disease, COPD)은 호흡곤란을 유발하는 만성염증성 폐질환임. 대표적 병인은 흡연으로, 한국의 경우 현재 5대 사망원인 중 하나이며, 2020년에는 세계 3대 사망원인이 될 것으로 추정됨.
COPD 특이적 치료제가 없어 천식 치료에 사용되는 호흡기 확장제와 스테로이드에 의존하고 있는 실정임. 연구의 궁극적 목적은 천연물 Alisol B acetate (ABA)가 COPD 치료제 후보로서의 가능성 여부 규명에 있음. COPD의 주요 병리기전 중 하나가 autophagy라는 가설을 세우고, (1) ABA가 담배연기에 의해 발생하는 autophagy, mitophagy 억제 기전과 (2) 담배연기에 의해 발생하는 COPD 증상을 완화하는 효과를 규명함으로써 ABA를 이용한 COPD 치료제로서의 활용 가능성을 조사함.

□ 연구개발성과
COPD의 병리기전으로 autophagy라는 가설을 세우고, COPD 억제효과를 보인 한약재 택사의 주요 물질 중에 autophagy 억제효과를 보이는 Alisol B acetate (ABA)를 이용한 연구임. 연구개발성과는 다음과 같음.
1. 담배연기추출액 (Cigarette smoke extract: CSE)를 이용하여 임상에 가까운 COPD 연구모델을 구축하였음.
2. ABS에의한 autophagy 억제효과와 기전 규명: ABA는 autophagy의 주요 조절인자인 mTOR 활성을 회복시킴으로써 autophagy를 억제할 가능성을 규명함.
3. ABA가 autophagy flux를 조절하여 autophagy 억제할 가능성 조사: autophagy 주요 marker인 LC3B 단백질이 lysosome에 의해 빨리 분해되어ABA가 마치 autophagy를 억제하는 것으로 오인될 가능성을 조사하였으나, lysosome과의 융합에는 영향을 미치지 않았음.
4. ABS가 AMPK 활성을 억제하여 autophagy를 억제할 가능성 조사: CSE에 의한 AMPK 활성을 억제하지 않으면서 mTOR활성을 유지하는 새로운 현상이 관찰됨. 이 현상에 관해 보다 심도있는 연구가 진행 중임.
5. ABA가 Nrf2를 조절하여 autophagy를 억제할 가능성 조사:ABA가 직접 항염증인자 Nrf2를 활성시키지 않음. 그러나 autophagy 억제효과는 Nrf2 의존적임.
6. ABA에 의한 mitophagy 억제 기전 규명 연구: ABA는 mitophagy를 억제함. 따라서 mitophagy 억제기전을 mitochondria를 중심으로 조사하였고, ABA가 MUL1의 발현을 억제함을 규명함.
7. ABA에 의한 COPD 억제효과 규명: ABA에 의한 autophagy 억제와 COPD 억제효과의 연관성을 규명하기 위해 CSE를 이용한 COPD 마우스 모델을 만들고, ABA가COPD를 억제하는 지를 조사함. ABA는 마우스의 COPD를 감소시켰음.
결론적으로, ABA는 autophagy의 초기단계를 억제하고 미토콘드리아의 MLU1 발현을 억제함으로써 autophagy와 mitophagy 억제에 기여했을 가능성을 제시함.

□ 연구개발성과의 활용계획 (기대효과)
1. mTOR 활성제로서 ABA의 안전성과 유용성을 확립함으로써 autophagy와 mitophagy 현상을 이해하는데 유용한 천연물로 개발 가능.
2. COPD 치료제로서의 ABA의 활용성을 확립함으로써 COPD 치료를 위한 천연물 신약으로 개발 가능.
3. COPD 특이적 치료제 개발을 위한 연구는 건강사회 기여에 중요한 의학적, 학문적 가치를 가짐.

(출처 : 요약문 12p)

Abstract ▼

□ Purpose&Contents
Chronic obstructive pulmonary disease is a debilitating chronic inflammatory disease in the lung. The major cause of COPD is cigarette smoking. COPD is one of 5 mortalities that occurred in Korea and will be the 3^rd deadly disease according to WHO by 2020. No specifi

□ Purpose&Contents
Chronic obstructive pulmonary disease is a debilitating chronic inflammatory disease in the lung. The major cause of COPD is cigarette smoking. COPD is one of 5 mortalities that occurred in Korea and will be the 3^rd deadly disease according to WHO by 2020. No specific remedy is available except bronchial dilator and steroids. The purpose of the study is to explore whether alisol B acetate (ABA) can be developed as a therapeutics for COPD. We hypothesized that autophagy is one of the major mechanisms underlying the pathogenesis of COPD. Therefore, we examined whether and how ABA could suppress autophagy and determined the ameliorating effect of ABS in a COPD mouse model.

□ Results
Our prior study showed that alisma rhizome suppresses inflammation and emphysema in a COPD mouse model. Based on the hypothesis of autophagy involving in COPD, we screened the major chemical compounds isolated from alisma rhizome and found ABA as a potent inhibitor of autophagy. We established a COPD mouse model in which cigarette smoke extract (CSE) was used. As cigarette smoking is the major cause of COPD, the CSE based COPD mouse model can be considered close to clinic manifestation. Despite ourobservation of the anti-autophagic effect of ABA, the detailed mechanisms by which ABA suppresses autophagy remains unknown. In this study, we showed that ABA helps recover the activity of mTOR suppressed by CSE or rampamycin.
While ABA could not suppress the function of AMPK, the key regulatory kinase for autophagy and mTOR, ABA restored the kinase activity of mTOR, as evidenced by the inhibitory phosphorylation of ULK1 at S757 by mTOR. It is interesting that ULK1, the substrate for mTOR and AMPK, is phosphorylated both at the inhibitory and activating serine residues in the presence of ABA. The significance of this finding warrants further studies. Experiments with Ed64/PepA showed that ABA did not to interfere with autophagy flux, suggesting that themajor regulatory step in autophagy is in the initiation of autophagy by mTOR.
ABA suppressing autophagy seemed to be dependent of Nrf2, as when Nrf2 was silenced, the suppression of autophagy by ABA was not evident. We observed that CSE increased mitophagy, which was suppressed by ABA too. To understand this effect of ABA, we examined whether ABA prevents mitochondria from various insults of CSE. We found that ABA decreased MLU1. It is, however, unclear whether the decrease of MLU1 by ABA is one of the contributing factorsfor suppressing mitophagy. Finally, we tested whether ABA can suppress COPD.
COPD-like symptoms were induced by injecting CSE every day for three weeks.
ABA was delivered to the lung twice per week. Histologic analysis showed that ABA decreased emphysema in the mouse lung, suggesting that ABA suppresses CSE-induced COPD in mouse lungs. Together, our findings suggest that ABA regulates the initial stage of autophagy, in which mTOR plays a critical role, and suppresses MLU1 expression in mitochondria, which collectively contributes to the suppression of COPD in mice.

□ Expected Contribution
If the safety of ABA as a potential drug against COPD was established, ABA can be developed as a therapeutics for COPD patients. Since ABA regulated the function of mTOR without affecting AMPK, further study will provide new insight on the mTOR regulation, contributing new scientific findings in this research field.

(source : SUMMARY 13p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 보고서요약 ... 2
• 제출문 ... 10
• 보고서 요약서 ... 11
• 국문 요약문 ... 12
• SUMMARY ... 13
• 목차 ... 14
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 16
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 17
• 가. 만성폐쇄성 폐질환(Chronic Obstructive Pulmonary Disease, COPD)이란? ... 17
• 나. 만성염증과 COPD 연구 ... 17
• 다. 폐기종과 COPD 연구 ... 18
• 라. Autophagy와 COPD 연구 ... 18
• 마. Mitophagy와 COPD 연구 ... 19
• 바. COPD 치료제 개발연구 ... 20
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 21
• 가. 천연물 Alisol B acetate에 의한 autophagy 억제 규명 ... 21
• 나. Alisol B acetate (AR5)에 의한 autophagy 억제 효과 ... 21
• 다. Alisol B acetate에 의한 autophagy 억제 기전 규명 ... 22
• 라. Alisol B acetate가 autophagy flux를 조절하여 autophagy 억제할 가능성 조사 ... 23
• 마. Alisol B acetate가 AMPK 활성을 억제하여 autophagy를 억제할 가능성 조사 ... 24
• 바. Alisol B acetate가 Nrf2를 조절하여 autophagy를 억제할 가능성 조사 ... 24
• 사. Alisol B acetate에 의한 mitophagy 억제 ... 25
• 아. Alisol B acetate가 미토콘드리아에 미치는 효과 규명 연구 ... 26
• 자. Alisol B acetate에 의한 COPD 억제 효과 ... 30
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 31
• 4-1. 목표달성도 ... 31
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 31
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 31
• 가. 경제·산업적 측면 ... 31
• 나. 의학적, 생명 과학적 측 ... 31
• 다. 천연물 신약 개발의 가능성 제시 ... 31
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 32
• 7. 연구개발성과의 보안등급 ... 32
• 8. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 32
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 32
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 33
• 11. 기타사항 ... 33
• 12. 참고문헌 ... 34
• 끝페이지 ... 36