초록 ▼

□ 연구개요
- 만성폐쇄성폐질환 (Chronic Obstructive Pulmonary Disease, COPD)은 병태생리학적 기전/병인론이 뚜렷하게 밝혀지지 못한 질환으로, 아직까지 사망률 감소를 입증한 치료방법이 정립되어 있지 않음. 정확한 병태생리학적 기전을 규명하고 이에 근거한 새로운 치료법의 도입이 시급한 실정. Transglutaminase 2 (TG2)는 칼슘-의존적 효소로 세포 내/외에 존재하며, 셀리악병, 다양한 암, 신경퇴행성 질병에서 기능이 잘 알려짐. 본 연구자의 예비 실험 결과, (1) 정상인, 흡연자

□ 연구개요
- 만성폐쇄성폐질환 (Chronic Obstructive Pulmonary Disease, COPD)은 병태생리학적 기전/병인론이 뚜렷하게 밝혀지지 못한 질환으로, 아직까지 사망률 감소를 입증한 치료방법이 정립되어 있지 않음. 정확한 병태생리학적 기전을 규명하고 이에 근거한 새로운 치료법의 도입이 시급한 실정. Transglutaminase 2 (TG2)는 칼슘-의존적 효소로 세포 내/외에 존재하며, 셀리악병, 다양한 암, 신경퇴행성 질병에서 기능이 잘 알려짐. 본 연구자의 예비 실험 결과, (1) 정상인, 흡연자 (흡연자이나 폐기종이 없는)와 비교하여 COPD 환자 (흡연자이면서 폐기종이 있는) 폐조직에서 TG2 발현이 가장 높고, (2) 폐기종 동물모델 폐조직에서 TG2 발현이 증가하였고, (3) 정상인과 비교하여 COPD 환자유래 대기도상피세포에서 TG2 발현이 가장 높음을 확인하였음. 아직까지, COPD 치료표적으로 TG2 기능평가 및 조절기전을 규명한 연구는 전혀 없음 (Pubmed : 0편)
- (a) TG2 wild-type (WT), knock-out (KO) 생쥐를 활용한 COPD 치료표적으로서 TG2 가능성/기능 평가, 총 폐조직 proteomics 분석을 통한 TG2 의존적 up/down 단백질체 선정 및 enriched GO term, enriched pathway 분석하여 TG2 작용기작 예측, (b) 폐세포 (폐 구조세포 및 면역세포) in vitro 실험을 통한 기능 평가/조절 기전 규명, 그리고 (c) 환자 동결/고정 폐조직 그리고 환자유래 폐세포를 사용한 TG2 단백발현 변화 평가/TG2 발현이 증가하는 세포유형평가 그리고 환자 임상정보와 TG2 발현사이 연관성 평가하는 것은 COPD 새로운 치료제 개발을 위한 중요한 기초자료가 될 것으로 확신함.
- 본 연구의 최종 목표는 COPD에서 TG2의 기능 평가/조절기전을 규명함으로써, COPD 치료 표적으로 TG2 가능성을 검증하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
연구목표: [1차년도] 환자유래 동결/고정 폐조직 수집, 사람일차 기도상피세포 수집/검증, 그리고 TG2 단백발현평가, [2차년도] 폐기종 동물모델에서 TG2 역할 평가/폐조직 Proteomics, [3차년도] 폐세포 (구조세포 및 면역세포)에서 TG2 기능 평가/조절기전 규명.
연구결과: [1차년도] 정상인 (비흡연자, 폐기종이 없는), 흡연자 (흡연자이면서 폐기종이 없는), COPD 환자 (흡연자이면서 폐기종이 있는) 대기도 상피세포 (각 n=4), 소기도 상피세포(각 n=4, 8, 11)을 수집, ex vivo 배양. 형광염색을 수행하여 상피세포 검증 (E-cadherin, cytokeratin 양성, CD11b, CD31 음성). 대기도 상피세포 기저상태 TG2 발현은 정상인과 비교해 흡연자, COPD 환자에서 발현이 높았음. 소기도 상피세포 기저상태 TG2 발현은 그룹간 차이가 없음. 흉부외과 수술장에서 정상인 (n=8), 흡연자 (n=8), COPD 환자 (n=7) 폐조직 수집. 총폐조직에서 TG2 단백발현 확인. 정상인과 비교해 COPD 환자 총폐조직에서 TG2 발현 현저히 증가. 면역화학염색 결과 폐상피세포, 폐섬유아세포에서 TG2 발현이 증가하였음. TG2 발현이 증가할수록 Fev1_pre_p, FEV1/FVC 감소함. 즉, TG2 발현이 증가하면 obstruction이심해짐. [2차년도] 폐기종 동물모델 2종 사용. C57BL/6 생쥐에 saline 또는 담배연기추출물(cigarette smoke extracts, CSE) (100μL) 주 1회, 총 8회 주입으로 폐기종 유도. 폐기종이 유도된 생쥐 폐조직에서 TG2 발현 증가하였음. Elastase (0.5U/100μL saline) 기도 내 주입으로 폐기종 유도. Elastase 주입 후 day2 생쥐 폐조직에서 TG2 발현이 증가하였음. WT, TG2KO 생쥐에 elastase를 주입하여 폐기종 유도. WT과 비교해 TG2 KO 생쥐에서 폐염증, 폐기종이 현저히 억제되었음. 폐기종이 유도된 폐조직 (day14)을 이용하여 proteomics 수행. 총9536개의 단백질체를 확인하였고, 이 가운데 differentially expressed proteins (DEPs) 237개 확인. TG2 KO-elastase 그룹에서 증가한 DEPs는 55개, 감소한 DEPs는 182개임. BI 분석을 통해 top 10 GOBP term 확인. [3차년도] 폐상피세포에서 TG2를 과발현시키면 CSE 처치로 유도된 호중구성 염증매개싸이토카인 생성을 현저히 증가시킴. 세포자연사를 포함한 세포사멸, 노화, 자가포식 활성에는 영향이 없었음. 또한, epithelial-mesenchymal transition에 영향 없었음. CSE 처치는 대식세포에서 TGF-β 분비를 유도함. TGF-β는 폐상피세포에서 TG2 발현을 PI3K/Akt, p38 경로 의존적으로 증가시켰음. CSE 처치는 폐섬유아세포에서 TG2 발현을증가시킴. 폐섬유아세포에서 TG2 발현증가는 TGF-β 처치에 의한 세포외기질 (예, fibronectin) 생성, 염증매개싸이토카인 생성을 현저히 증가시켰음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
< 연구계발결과의 중요성 >
- 난치성 폐질환으로 알려진 COPD에서 새로운 치료표적으로 TG2 가능성, 기능을 평가한 기존 보고 전무함. COPD 치료 표적/바이오마커로 TG2 기능평가 및 구체적 조절기전을 제시한다면, 세계최초 또는 최고수준의 중요한 성과가 될 것으로 판단됨.
- 본 연구에서 정상인과 비교해 COPD 환자 폐조직에서 TG2 발현이 현저히 증가하였음을 확인함. 전임상 실험을 통해 TG2 발현 억제는 폐염증 및 폐기종 형성을 효과적으로 억제시킴을 확인하였음. 다양한 세포 (폐상피세포, 대식세포, 폐섬유아세포 등)를 이용하여 TG2 발현을 증가시키는 인자를 세포 유형별로 확인하였고, TG2 발현을 증가시키는 세포내 신호전달 경로를 규명하였음. 또한, 세포 내 TG2의 기능을 일부 규명하였음. 아직 획기적인 치료법이 없는 COPD에서 새로의 치료표적으로 TG2의 기능을 최초로 규명하였음.
- TG2를 표적화한 신약을 발굴한다면 세계의료시장에서 우위를 선점할 수 있음.
- 40세 이상 인구의 15% 정도를 차지하고 있는 COPD 환자의 증상, 삶의 질 나아가 생존 향상에 기여함으로써 사회경제적인 이득을 높이고, 관련분야 전문 연구 인력을 양성할 수 있음.
< 구체적 활용계획 >
- 2편이상의 SCI(E) 논문 출판.
- 임상연구를 추가로 계획하여 TG2와 COPD 질환의 중증도/예후와의 관련성 평가. 질환의 중요한 바이오마커로 활용 가능한지 평가.
- TG2를 표적화한 화합물 발굴, TG2 siRNA를 탑재한 폐조직 특이적 lipid nanoparticle (TG2 siRNA-LNP)을 제작. COPD 새로운 치료제로서 가능성 검증.
- TG2 의존적 up, down 단백질체 추가 분석을 통해, COPD 치료표적 추가 발굴/검증.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1. 국내·외 연구 현황 ... 4
• 1.2. 본 연구개발의 필요성 ... 5
• 1.3. 본 연구개발의 최종목표 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 2.1. 1차년도: 환자유래 동결/고정 폐조직 수집, 사람일차 기도상피세포 수집/검증, 그리고 TG2 단백발현평가 ... 5
• 2.2. 2차년도: 폐기종 동물모델에서 TG2 역할 평가/폐조직 Proteomics ... 6
• 2.3. 3차년도: 폐세포 (구조세포 및 면역세포)에서 TG2 기능 평가/조절기전 규명 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 6
• 3.1. 정성적 연구개발 성과 (연구개발결과) ... 6
• 3.2. 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3.3. 목표 달성 수준 ... 12
• 3.4. 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 6. 자체점검표 ... 13
• 7. 참고문헌 ... 13
• 끝페이지 ... 14