보고서 정보
주관연구기관 |
한양대학교 HanYang University |
연구책임자 |
PERUMALSAMY HARIBALAN
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
대한민국
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발행년월 | 2022-06 |
과제시작연도 |
2022 |
주관부처 |
교육부 Ministry of Education |
과제관리전문기관 |
한국연구재단 National Research Foundation of Korea |
등록번호 |
TRKO202300007490 |
과제고유번호 |
1345348409 |
사업명 |
이공학학술연구기반구축 |
DB 구축일자 |
2023-09-19
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키워드 |
알츠하이머 병.초파리.아밀로이드.나노 입자.BACE 1.Alzheimers disease.Drosophila melanogaster.b amyloid.Nanoparticles.
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초록
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※ 연구개발 목표 및 내용
□ 최종 목표
최종연구목표는 식물 기반 천연 화학 약물을 시험관 내 FRET 효소 분석법에 기반하여 스크리닝하고, 생체 내 활성을 확인하기 위해 AD 초파리 모델을 구축하여 알츠하이머 억제능을 가지는 다양한 천연물 소재를 신속하게 검증하여 후보 물질을 선발하고자 한다.
본 연구는 곤충 펩티드와 천연 인삼사포닌으로부터 BACE-1 억제 활성, 행동 양태, 먹이, 수명 및 형태 변화를 조사하는 것을 목표로 하고 있다.
전통적으로 사용되고 있는 인삼은 현재 그 효능이 전세계적으로 잘 알려져
※ 연구개발 목표 및 내용
□ 최종 목표
최종연구목표는 식물 기반 천연 화학 약물을 시험관 내 FRET 효소 분석법에 기반하여 스크리닝하고, 생체 내 활성을 확인하기 위해 AD 초파리 모델을 구축하여 알츠하이머 억제능을 가지는 다양한 천연물 소재를 신속하게 검증하여 후보 물질을 선발하고자 한다.
본 연구는 곤충 펩티드와 천연 인삼사포닌으로부터 BACE-1 억제 활성, 행동 양태, 먹이, 수명 및 형태 변화를 조사하는 것을 목표로 하고 있다.
전통적으로 사용되고 있는 인삼은 현재 그 효능이 전세계적으로 잘 알려져 있고, 곤충 펩티드는 CopA3 애기 뿔 쇠똥구리 Copris tripartitus로부터 분리된 천연 펩티드인 coprisin이다. 이 두가지 모두 항산화, 항 돌연변이, 항균, 항곰팡이, 항당뇨병 및 항암 활성 등 다양한 약리효능이 입증되고 있다.
□ 전체 내용
Phase: I (2019-2020)
○ 새로운 곤충 펩티드와 천연 인삼 활성 성분을 이용한 생체나노입자 합성.
시험관 내 FRET-효소 분석을 이용한 생체 나노 입자의 BACE-1 효소 억제 활성 스크리닝은 2개의 양성 대조군 cell-permeable isophthalamide, BACE-1 inhibitor IV 비교한다. 개발중인 신경계 내에서 human APP와 BACE-1을 동시에 발현하영 Drosophila melanogaster 돌연변이체의 돌연변이 속도, 먹이주기, 등반 및 수명에 미치는 생체 나노 입자의 영향을 조사한다. 광학 현미경 및 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 유전자가 변형된 파리의 복안의 형태학적 변화를 조사한다. 생체 나노 입자의 항알츠하이머 질병 작용의 기본 메커니즘은 실시간 정량 역 전사 중합 효소연쇄반(RT-PCR)과 Western blot 분석.
Phase: II (2020-2021)
○ 알츠하이머병의 Drosphila 모델의 행동, 눈 모양 및 수명에 미치는 생체 나노 입자의 영향 GMR-Gal4는 파리의 눈에서 표현된 human APP와 BACE-1 유전자, 그리고 개발된 인삼나노펩티드의 농도를 다르게 처리한 눈에서의 형태 구조 변화를 조사하여 그 활성을 조사한다.
GMR-Gal4 /+가 대조군으로 사용되고, elay-Gal4는 파리의 신경계 표적 유전자로서 약물에 의해 발현을 유도하고, 등반, 수명 및 농도를 달리 처리한 파리의 행동 양상을 조사할 예정이다.
Phase III (2021-2022)
○ 아밀로이드 전구체 단백질(APP) 결로
알츠하이머질병(Alzheimer 's Disease, AD)은 β-아밀로이드 형성 경로에 기인한다. APP β-secretase의 분해 및 γ-secretase의 분해는 아밀로이드 플라크의 생성을 초래한다. 비병원성 nonamylodeogenic은 세포내로 sAPPα를 방출하는 α-secretase에 의해 형성되는데 생성된 CTF-α 단편은 세포막 안에서 γ-secretase에 의해 절단되어 두 플라크 형성 요소 인 AICD 및 p3 단편 모두를 생성한다. 병원성(아밀로이드 생성 경로)은 β-secretase에 의해 개시되어 외부적으로 sAPP-β를 방출하게되고, CTF-β 단편은 γ-secretase에 의해 절단되어 Aβ38-42 아미노산 아밀로이드 단량체로 방출된다. 외부로 방출된 Aβ 단편은 독성 oligomers를 형성하고 결국 아밀로이드 플라크에 싸여진다.
○ 알츠하이머 질병(Alzheimer disease, AD) 예방 약물 시제품 생산 최적화.
본 연구 결과 AD 질환으로 인한 인류의 질병을 예방하기 위한 약물을 개발이 가능할 것이고, 만성 투여 후 수년간의 매우 안전한 약물 프로파일을 가진 새로운 의약 소재들에 대한 새로운 작용 메커니즘을 발견함으로써, 알츠하이머 치료에 기여할 수 있을 것이다.
○ 1단계
● 목표
새로운 곤충 펩티드와 천연 인삼 활성 성분을 이용한 생체 나노 입자 합성
● 내용
곤충으로부터 분리된 펩티드, 희귀인삼사포닌과 유용 곤충 펩티드를 결합시켜 구조적, 기능적 활성을 증대시키고, 질병 치료를 위한 잠재적 약물을 친환경적으로 생산하고 대량 생산조건을 확립하고자 한다. 특히 면역 활성 펩티드, 펩티드 호르몬 및 독성 물질에 존재하는 펩티드를 주목하고 있다.
※ 연구개발성과
전문학술지 논문게재 국외논문(SCI) : 6
※ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
식물은 알칼로이드, 페놀 및 터페노이드와 같은 다양한 화합물을 함유하며, 이들 화합물을 단독으로 또는 조합하여 BACE-1 억제에 기여한다. 희귀인삼사포닌을 활용하고 인체무독한 아미노산기반의 천연물을 프로바이오틱 균주를 활용하여 친환경적 합성을 유도하고 이를 돌연변이 초파리 모델에서 그 활성을 확인하며 선발된 신규 이중물질의 작용기작을 밝혀 향후 알츠하이머 억제물질 뿐만 아니라 생체내 다양한 기능을 탐색하고 이를 산업소재화 할 수 있는 생산 플랫폼을 구현하고자 한다. 알츠하이머 병 치료에 사용될 수 있으며 독성이 없는 제품으로 생분해 될 수 있는 신규복합제 개발은 향후 관련산업에 획지적인 유용소재로 이용될 수 있을 것이기 때문에 국가적인 관심과 연구를 지속할 수 있는 지원을 바라는 바이다. 또한 금함유-사포닌-펩타이드의 작용 메커니즘에 대한 연구는 새로운 표적 부위가 있는 선택적 항 알츠하이머 병 치료제 개발에 유용한 정보를 제공 할 수 있다. 알츠하이머병의 뇌에서 BACE-1의 단백질 수준과 효소 활성이 상승하여 비정상적인 BACE-1 조절이 알츠하이머 질환 발병에 크게 기여할 수 있다. 또한, 실시간 qRT-PCR 및 Western blot, 금함유 물질의 세포내 추적을 통해 나노기반 금함유-사포닌-펩타이드 처리에 의해 형질 전환 초파리 알츠하이머 병 모델에서 인간 APP 및 BACE-1 mRNA 발현이 감소된다면, 안정성 향상을 통해 최종 상업적 개발을 위한 시제품개발이 가능할 것이다
(출처 : 요약문 2p)
Abstract
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1. 연구개발과제의 개요
Animal models for Alzheimer Disease (AD) range from yeast, Caenorhabditis elegans, to mammalian and human cell culture systems. However, none of the model systems readily satisfy the essential criteria of AD, such as cell type-specific neurodegeneration, osteoplasty, cytopathoph
1. 연구개발과제의 개요
Animal models for Alzheimer Disease (AD) range from yeast, Caenorhabditis elegans, to mammalian and human cell culture systems. However, none of the model systems readily satisfy the essential criteria of AD, such as cell type-specific neurodegeneration, osteoplasty, cytopathophysiology, precise inheritance patterns and genetic homogeneity, and cognitive and behavioral disorders. Several other animal models of AD, such as rats, mice, and monkeys, are also available, but mechanistic insights into AD are limited [5]. The parent species is similar to human pathology, but has various limitations, including high cost, low reproducibility, ethical issues, and transformation time. In addition, mutations in single or double genes, such as human β amyloid peptide protein, cause the formation of Aβ plaques at different age groups, making it difficult to compare them simultaneously [6]. Therefore, invertebrate animal models have been used to establish additional hypotheses about disease mechanisms because they can be easily maintained in large quantities, are inexpensive and effective. About 70% of human disease-causing genes have orthologs in Drosophila, and they are β-amyloid protein precursors such as Appl [10,11] and consist of human APP protein in the cerebral cortex of the nervous system. Mutations in the null part of flies The catalytic portion of the γ-secretase protein, which plays an important role in the cleavage of the APP precursor protein to Aβ, and the four major protein components of γ-secretase, namely PSEN, nicastrin, APH-1 and pen-2 involved in AD. It clearly shows that the gene has an ortholog in fruit flies. Overexpression of gene products such as tau protein and Aβ42 peptide in flies leads to severe neuronal decline, leading to premature death, reduced movement, reduced flight ability, blindness, and astigmatism, thus making it useful in the study of AD pathology. Several types of inhibitors are known that target Alzheimer's disease, such as AChE inhibitors, NDMA receptor antagonists, γ-secretase inhibitors, side effects: Notch signaling pathway and β-secretase inhibitors (AChE inhibitors, Donepezil, Galantamine, Rivastigmine, Tacrine, 1 NDMA receptor antagonist, β-Secretase inhibitor). BACE-1 is also called β-secretase 1, memapsin 2 and membrane aspartyl protease 1. Current medications cannot cure or stop Alzheimer's progression. Therefore, it is very necessary to develop other types of drugs for Alzheimer's disease.
Plants contain a variety of compounds, such as alkaloids, phenols, and terpenoids, which, alone or in combination, contribute to BACE-1 inhibition. Using rare ginseng saponins and probiotic strains of amino acid-based natural products that are non-toxic to the human body, eco-friendly synthesis is induced, its activity is confirmed in a mutant fruit fly model, and the mechanism of action of the selected new dual substance is revealed in the future Alzheimer's inhibitory substances In addition to this, we want to implement a production platform that can explore various functions in the living body and turn it into an industrial material. The development of a new combination drug that can be used to treat Alzheimer's disease and that can be biodegradable into a non-toxic product will be used as a useful material for the related industry in the future, so we hope for national interest and support to continue research. In addition, studies on the mechanism of action of gold-containing saponin-peptides can provide useful information for the development of selective anti-Alzheimer's disease drugs with novel target sites. In Alzheimer's disease brain, protein levels and enzymatic activity of BACE-1 are elevated, and aberrant BACE-1 regulation may significantly contribute to the pathogenesis of Alzheimer's disease.
(source : 본문 5p)
목차 Contents
- COVER ... 1
- 요약문 ... 2
- 목차 ... 5
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
- 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
- Phase 1 수행 과정 및 수행 내용(기간: 2019.06.01. ~ 2020.05.31.) ... 7
- Phase 2 수행 과정 및 수행 내용(기간: 2020.06.01. ~ 2021.05.31.) ... 16
- Phase 3 수행 과정 및 수행 내용(기간: 2021.06.01. ~ 2022.05.31.) ... 22
- 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 32
- 1) 연구수행 결과 ... 32
- 2) 목표 달성 수준 ... 33
- 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 34
- 5. 연구개발성과 및 활용 계획 ... 34
- 1) 연구성과 ... 34
- 2) 연구성과 활용계획 ... 37
- 6. 참고문헌 ... 38
- End of Page ... 38
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