초록 ▼

연구의 목적 및 내용
위험신호로 알려진 HMGB1이 멜라닌세포에서 세포고사를 일으키는 기전을 RNA sequencing과 kinome library를 통해 스크리닝하여 관련 신호를 규명하고 HMGB1에 의한 세포고사 억제제로서의 가능성 있는 표적물질을 발굴하고 개발하여 백반증 치료제로서의 가능성을 제시하고 혈중내 HMGB1 농도에 따라 백반증 활성도 예측 마커로 사용 가능성을 검증하고자 함.

연구개발성과
○ HMGB1이 멜라닌세포 고사에 미치는 영향 연구
- HMGB1이 멜라닌세포 고사에 영향을 주는 기

연구의 목적 및 내용
위험신호로 알려진 HMGB1이 멜라닌세포에서 세포고사를 일으키는 기전을 RNA sequencing과 kinome library를 통해 스크리닝하여 관련 신호를 규명하고 HMGB1에 의한 세포고사 억제제로서의 가능성 있는 표적물질을 발굴하고 개발하여 백반증 치료제로서의 가능성을 제시하고 혈중내 HMGB1 농도에 따라 백반증 활성도 예측 마커로 사용 가능성을 검증하고자 함.

연구개발성과
○ HMGB1이 멜라닌세포 고사에 미치는 영향 연구
- HMGB1이 멜라닌세포 고사에 영향을 주는 기전을 밝히기 위해 RNA sequencing을 시행하였고 cell proliferatin, inflammatory response, cell death, IFN signaling, DNA damage response 관련 물질의 발현의 변화가 두드러져 보였으며 특히 HMGB1에 의해 발현 변화를 보인 물질 중에 DDIAS, MX1, ISG15 의 변화가 확인되어 이에 대해 멜라닌세포에서 그리고 백반증 조직에서 상기 물질의 변화를 확인하였음. 또한 HMGB1이 작용하는 수용체는 TLR4임을 밝혀냄.
- kinase siRNA library를 이용한 HMGB1을 통한 멜라닌세포 사멸 연관 kinase gene을 확인하였고 700개 이상의 kinome library 중에서 siRNA를 통해 HMGB1에 의한 멜라닌세포의 고사가 나타나지 않은 타겟 유전자 hit를 확인함. 백반증 질환 모델로 잘 사용하는 물질인 H2O2를 멜라닌세포에 처리하였을 때에 분석된 kinome siRNA library 결과와 HMGB1을 처리했을 때 나온 결과를 분석하여 공동으로 세포의 독성을 줄이는 타겟 물질로 STK24에 대해 연구를 추가 진행함. STK24는 serine/threonine-protein kinase 24의 약자로, MST-3로도 불리는 물질로 산화스트레스와 caspase activity에 의한 세포 고사와 연관되어 있으며 실제 MST3 knockdown을 위해 4가지 종류의 siRNA를 사용하여 검증을 하였을 때 H2O2에 의해 감소되는 세포생존력이 MST3의 knockdown을 통해 회복되는 것이 관찰되었고 또한 HMGB1과 H2O2에 의해 증가되던 cleaved caspase 3가 MST3의 발현 감소를 통해 회복되는 것을 관찰할수 있음. 또한 STK24를 억제하는 물질을 H2O2를 처리한 백반증 ex vivo 모델 조직에 처리하였을 때 cleaved caspase 3의 감소와 멜라닌세포 소실을 줄이는 것을 확인하여 그 유효성이 검증됨. 따라서 STK24를 표적으로 하는 치료제 개발이 백반증의 멜라닌세포 고사를 막는 치료제 개발이 가능하리라 판단됨.
○ HMGB1의 백반증 disease activity marker로서의 검증
- 정상인과 백반증 환자의 혈액으로부터 혈장을 분리하여 ELISA로 백반증 활성도에 따라 그리고 임상 형태에 따라 그 수치를 비교 분석하였으며 그 결과 질환 활성도 마커로 사용 가능성이 제시됨.
○ ex vivo 피부배양으로 백반증 유사 모델 구축하고 멜라닌세포가 함유된 인공피부 모델을 협업으로 제작하여 동물실험 대체 방법으로 구축하고자 함.

연구개발성과의 활용계획 (기대효과)
HMGB1은 위험신호로서 백반증 외에 다른 염증성 질환에도 밀접히 관련되어 있어 백반증 뿐만 아니라 타 질환의 연구나 치료제 개발에 중요한 자료로 사용될 수 있으며 HMGB1을 통한 타겟 억제제의 백반증에서 효용성 검증을 통한 신규 바이오의약품 개발에 활용할 수 있어 경제적/산업적으로 큰 파급효과가 있음. 또한 멜라닌세포 포함 인공 피부를 개발하여 백반증 및 색소 질환의 연구와 유효성 평가를 위한 동물 실험 대체법으로 사용될수 있어 의학 및 생명공학 분야에 기술 파급효과가 크리라 판단됨.

(출처 : 요약문 13p)

Abstract ▼

Purpose&Contents
High mobility group box 1 (HMGB1) as a danger singal is known to be associated with melanocyte apoptosis, which is implicated in vitiligo pathogenesis. From this study, we aimed to discover target molecules against HMGB1-induced melanocyte apoptosis for vitiligo treatment after s

Purpose&Contents
High mobility group box 1 (HMGB1) as a danger singal is known to be associated with melanocyte apoptosis, which is implicated in vitiligo pathogenesis. From this study, we aimed to discover target molecules against HMGB1-induced melanocyte apoptosis for vitiligo treatment after screening out them through RNA sequencing and kinome library.
In addition, we checked out the concentration of HMGB1 in blood to verify the possibility to be used as an activity marker for vitiligo.

Results
○ Investigation for HMGB1-mediated melanocyte apoptosis
- To evaluate the downstream mechanisms for HMGB1-induced melanocyte apoptosis in vitiligo, we performed RNA sequencing, and as a result, there were remarkable changes in many molecules which are related to cell proliferatin, inflammatory response, cell death, IFN signaling, and DNA damage response. Among them, we were interested in several molecules such as DDIAS, MX1, and ISG15 and we investiated their association with vitiligo pathogenesis. Also the target receptor for HMGB1-mediated melanocyte apoptosis was confirmed as TLR4 rather than RAGE.
- We also performed kinase siRNA library to find out kinase genes involved in HMGB1-mediated melanocyte apoptosis. More than 700 kinase genes showed signficant changes in HMGB1-treated melanocytes and we found out the genes which showed similar changes between HMGB1-treated melanocytes and H2O2-treated melanocytes. Among them, STK24, which stands for serine/threonine-protein kinase 24, called as MST-3, was oustanding gene because STK24 knockdown melanocytes showed remarkable recovery of cell death and cleaved caspase 3 expression. In fact, three kinds of siRNA for MST3 knockdown were used and all types of MST3 siRNA-treated melanocytes showed recovery of cell apoptosis in H2O2-treated melanocytes and H2O2-treated ex vivo skin tissues.
Therefore, we are now thinking treatment target against the expression of STK24 (MST3) could be used to protect melanocyte apoptosis in vitiligo as a promising treatment modality for vitiligo.
○ Verification of HMGB1 as a disease activity marker
- We compared the blood levels of HMGB1 between normal controls and vitiligp patients and depending on disease activity (active vs stable vitiligo) and vitiligo subtypes, we compared HMGB1 levels to verify the possible application for the use of HMGB1 tests in blood as a disease activity marker.
○ We collaborated with other institutes to develop 3D artificial skin models containing melanocytes to replace animal models for the development of depigmentation agents and vitiligo treatment. Also we developed ex vivo skin models simulating vitiligo models to study vitiligo experiments.

Expected Contribution
As HMGB1 known as a danger signal can be involved in the pathogenesis of vitiligo and other inflammatory disorders, the investigations, which find out the target molecules against HMGB1-induced melanocyte apoptosis could be applied to other fields as important basic data for development of new biomedications and subsequently have a great ripple effect throughout the industry and economy. And 3D skin models containing melanocytes can be used as a tool for evaluation of efficacy of new drugs and experimental models for vitiligo experiments and pigmentary disorders. These could have big impacts on technique development for medicine and bioengineering fields.

(source : SUMMARY 14p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 보고서요약 ... 2
• 제 출 문 ... 11
• 보고서 요약서 ... 12
• 국문 요약문 ... 13
• SUMMARY ... 14
• 목차 ... 15
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 17
• 1-1. 연구개발의 목적 ... 17
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 17
• 1-3. 연구개발의 범위 ... 17
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 17
• 2-1. 국내외 제약시장 동향 ... 17
• 2-2. 백반증 활성도 지표 (activity marker) ... 18
• 2-3. 백반증 치료 타겟 발굴 ... 18
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 19
• 3-1. 연구 내용 및 결과 ... 19
• 3-2. 연구 개발 성과 ... 26
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 27
• 4-1. 목표달성도 ... 27
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 28
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 29
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 29
• 7. 연구개발성과의 보안등급 ... 30
• 8. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 30
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 31
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 31
• 11. 기타사항 ... 31
• 12. 참고문헌 ... 32
• 끝페이지 ... 33