KR100267258B1 - Protective antidotes of anthrax toxin-induced cytotoxicity - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An antidote for the toxin caused by Bacillus anthracis is provided, thereby the peritoneal macrophages, which are usually injured by the toxin of Bacillus anthracis, in abdominal can be effectively protected. CONSTITUTION: The antidote for the toxin caused by Bacillus anthracis contains dantrolene which inhibits calcium from being mobilized from the calcium storing place in a cell; cyclosporine A which prevents calcium from being released from mitochondria, which is a calcium storing place in a cell, by protecting the mitochondria membrane; and a phospholipase A2 inhibitor which is activated by increasing calcium concentration in a cell. Wherein the phospholipase A2 inhibitor is butacaine, 4-bromophenacyl bromide and quinacrine.

Description

탄저독소로 인한 세포독성의 해독제Cytotoxic Antidote Caused by Anthrax Toxin

본 발명은 탄저독소의 해독제에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 본 발명은 ICR계 마우스 복강 대식세포 (peritoneal macrophage)에서 탄저균의 치사독소에 의한 세포독성 발현시, 세포내부 (intracellular)의 칼슘이동 억제제, 미토콘드리아막 보호제 및 인지질 분해효소인 포스포리파제 A2(phospholipase A2)의 억제제류 중에서 선택된 한가지 이상의 성분을 유효성분으로 하는, 탄저독소로부터 세포를 보호할 수 있는 해독제에 관한 것이다.The present invention relates to an antidote for anthrax toxin. More specifically, the present invention relates to intracellular calcium migration inhibitors, mitochondrial membrane protective agents, and phospholipids, phospholipases, upon cytotoxic expression by anthrax toxin in ICR-based mouse peritoneal macrophage. The present invention relates to an antidote capable of protecting cells from anthrax toxin, comprising at least one component selected from inhibitors of A 2 (phospholipase A 2 ) as an active ingredient.

사람이나 동물에 있어서 탄저병은 상처난 피부를 통해, 또는 곤충에 물리거나 호흡기를 통하여바실러스 안쓰라시스(Bacillus anthracis)의 포자가 체내에 침투함으로써 발생한다. 체내에 침투한 포자는 발아 증식하여 림프구를 통하여 혈관까지 확산된다. 탄저병의 증상은 쇼크사와 비슷하다. 즉 발병 초기에는 고열과 심한 기침을 동반한 후, 이에 이어서 심각한 호흡곤란 현상과 청색증이 나타난다. 보통 호흡곤란 현상이 발생한 후 24시간이나 36시간 안에 목숨을 잃게 된다. 탄저병의 발병은바실러스 안쓰라시스(Bacillus anthracis)에서 분비된 탄저독소에 기인하는데 탄저독소는 세 가지의 단백질 외독소 (protein exotoxin)로 구성되어 있다. 그 구성 성분으로는 치사인자 (lethal factor, LF), 보호항원 (protective antigen, PA), 그리고 부종인자 (edema factor, EF)가 있으며, 각각의 크기를 분자량으로 비교하여 보면 치사인자는 89 kDa, 보호항원은 83 kDa, 그리고 부종인자는 88 kDa이다. 이들 각각의 독소는 서로 결합하여 세포나 조직에 있어서 2가지 형태의 독성 작용을 나타낸다. 그 첫 번째 독성 작용은 치사인자와 보호항원이 결합하여 치사독소 (lethal toxin, LeTx)를 형성하여 세포사를 유발시키는 것이다. 또 다른 독성 작용은 부종인자와 보호항원이 결합하여 부종독소 (edema toxin, EdTx)를 형성하여 피부에서 부종을 유발시키는 것이다. 세포에서의 이들 외독소의 역할은 보호항원은 치사인자나 부종인자가 세포표면의 수용체 (receptor)에 붙어 세포 내부로 들어가는 과정에 필요한 인자이며 부종 인자는 칼슘이온 (Ca2+) 또는 칼모듈린 (calmodulin)에 의해 조절되는 아데닐레이트 사이클라제 (adenylate cyclase) 역할을 한다. 그러나 치사인자가 어떠한 역할로 세포를 괴사시키는지에 대해서는 아직 정확히 밝혀지지 않고 있다. 최근의 보고된 연구 결과에 의하면 치사인자의 아미노산 배열이 Zn2+에 의하여 조절되는 프로테아제 (protease)와 유사하다는 것이 밝혀졌다 (Kllmpel외 (1994) Mol. Micro. 13, 1903). 또 다른 연구팀은 탄저독소에 의한 세포독성도는 이들 인자에 의하여 유해산소 (reactive oxygen)가 발생하여 이로 인하여 세포가 괴사된다고 보고하고 있다 (Hanna외 (1994) Mol. Med. 1, 7).In humans or animals, anthrax is caused by the infiltration of Bacillus anthracis spores into the body through wounded skin, by insect bites , or through the respiratory tract. Spores that penetrate into the body germinate and spread through the lymphocytes to the blood vessels. Symptoms of anthrax are similar to those of shock. In the early stages of the onset, high fever and severe coughing, followed by severe respiratory distress and cyanosis. Usually, people die within 24 or 36 hours after dyspnea. Pathogenesis of anthrax bacilli not Write System for due to the anthrax toxin secreted by the (Bacillus anthracis) anthrax toxin is composed of three protein exotoxin (exotoxin protein). The components include lethal factor (LF), protective antigen (PA), and edema factor (EF). The protective antigen is 83 kDa and the edema factor is 88 kDa. Each of these toxins binds to each other and exhibits two forms of toxic effects on cells or tissues. The first toxic action is the combination of lethal factor and protective antigen to form lethal toxin (LeTx), which causes cell death. Another toxic effect is that the edema factor and the protective antigen combine to form edema toxin (EdTx), causing edema in the skin. The role of these exotoxins in cells is that protective antigens are necessary factors for lethal or edema factors to enter the cell surface by attaching them to receptors on the cell surface, and edema factors are calcium ions (Ca 2+ ) or calmodulin ( calmodulin) and acts as adenylate cyclase. However, the role of lethal factors in killing cells is not yet clear. Recent reports have shown that the amino acid sequence of lethal factor is similar to the protease regulated by Zn 2+ (Kllmpel et al. (1994) Mol. Micro. 13, 1903). Another team reports that cytotoxicity caused by anthrax toxin causes reactive oxygen to be generated by these factors, leading to cell necrosis (Hanna et al. (1994) Mol. Med. 1, 7).

최근 들어 여러 종류의 세포나 조직에서 칼슘의 증가가 비가역적으로 독성반응을 유도하는 것으로 밝혀지고 있다. 즉 어떤 분자가 생체막을 통과하기 위해서는 어느 특정한 이온을 필요로 한다는 것은 널리 알려져 있는 사실이다 (Suttorp N 외 (1988) Infect. Immun. 56, 2228). 특히 칼슘의 경우 몇가지의 박테리아 독소가 세포로 들어가는 과정이나 들어가서 독성을 발현하는데에 관련한다는 것이 알려져 있다. 그 예로 디프테리아나 슈도모나스 독소의 경우 이들 독소에 의해 세포내 칼슘의 농도가 증가되어 세포가 죽어가는 현상이 밝혀졌다. 탄저독소의 경우를 보면 세포 배양시 배양액에서 칼슘을 제거하면 치사인자에 의한 세포 독성이 발현되지 않는 것으로 밝혀졌다 (Bhatnagar R. 외 (1989) Infect Immun 57, 2107). 또한, 세포벽의 칼슘 통로인 칼슘이온 채널을 차단제를 사용하여 막아 버리면 치사독소에 의한 독성이 나타나지 않았다. 이렇게 세포의 외부 칼슘이 치사독소에 의한 세포 독성 발현에 영향을 준다고 알려졌으나, 세포 내부의 칼슘 증가가 탄저 독소의 세포독성 발현에 어떻게 관여하는지에 대해서는 정확한 기전이 알려져있지 않다.Recently, it has been found that an increase in calcium in various types of cells or tissues irreversibly induces toxic reactions. In other words, it is well known that a molecule needs a certain ion to pass through a biological membrane (Suttorp N et al. (1988) Infect. Immun. 56, 2228). In the case of calcium, it is known that some bacterial toxins are involved in the process of entering cells and expressing toxicity. For example, diphtheria and Pseudomonas toxins have been found to increase the concentration of intracellular calcium by these toxins, resulting in cell death. In the case of anthrax toxin, it was found that the removal of calcium from the culture medium during cell culture did not express cytotoxicity caused by lethal factor (Bhatnagar R. et al. (1989) Infect Immun 57, 2107). In addition, blocking the calcium ion channel, which is the calcium channel of the cell wall, with a blocking agent did not show toxicity by lethal toxin. It is known that the external calcium of cells affects the cytotoxic expression caused by lethal toxin, but the exact mechanism is not known how the increase of intracellular calcium is involved in the cytotoxic expression of anthrax toxin.

본 발명자들은 최근 세포 내부의 칼슘에 의한 치사독소의 독성 기전을 규명한 바, 본 발명은 이러한 독성기전의 억제제를 탄저독소의 독성 해독제로서 제공하는 것이다.The present inventors have recently discovered the toxic mechanism of lethal toxin caused by calcium inside the cell, the present invention provides an inhibitor of such toxic mechanism as an toxic antidote of anthrax toxin.

따라서 본 발명의 목적은 탄저독소의 해독제를 제공하는데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide an antidote for anthrax toxin.

더욱 구체적으로 본 발명의 목적은 세포 내부의 칼슘에 의한 탄저독소의 독성기전 억제제를 유효성분으로 하는 탄저독소의 해독제를 제공하는 것이다.More specifically, it is an object of the present invention to provide an antidote for anthrax toxin as an active ingredient an inhibitor of toxic mechanism of anthrax toxin by calcium inside the cell.

도 1은 탄저독소의 세포독성에 대한 댄트롤렌의 농도에 따른 세포보호 효과를 도시한 도면.1 is a diagram showing the cytoprotective effect of the concentration of dantrolene on the cytotoxicity of anthrax toxin.

도 2는 탄저독소의 세포독성에 대한 사이클로스포린 A의 농도에 따른 세포보호 효과를 도시한 도면.Figure 2 shows the cytoprotective effect of the concentration of cyclosporin A on the cytotoxicity of anthrax toxin.

도 3은 탄저독소의 세포독성에 대한 부타카인의 농도에 따른 세포보호 효과를 도시한 도면.Figure 3 is a diagram showing the cytoprotective effect of the concentration of butacaine on the cytotoxicity of anthrax toxin.

도 4는 탄저독소의 세포독성에 대한 4-브로모페나실 브로마이드의 농도에 따른 세포보호 효과를 도시한 도면.Figure 4 shows the cytoprotective effect of the concentration of 4-bromophenacyl bromide on the cytotoxicity of anthrax toxin.

도 5는 탄저독소의 세포독성에 대한 퀴나크린의 농도에 따른 세포보호 효과를 도시한 도면.Figure 5 shows the cytoprotective effect of the concentration of quinacrine on the cytotoxicity of anthrax toxin.

본 발명은 탄저독소의 세포독성으로부터 복강 대식세포를 보호하는 물질로서:The present invention provides a material for protecting peritoneal macrophages from the cytotoxicity of anthrax toxin:

1. 세포내의 칼슘 저장소로부터 칼슘이동 (calcium mobilization)을 억제하는 댄트롤렌 (dantrolene);1. dantrolene, which inhibits calcium mobilization from intracellular calcium stores;

2. 세포내의 칼슘 저장소인 미토콘드리아의 막을 보호하여 미토콘드리아로부터 칼슘의 방출을 저지하는 물질인 사이클로스포린 A;2. Cyclosporin A, a substance that protects the membrane of the mitochondria, the calcium reservoir in the cell, thereby inhibiting the release of calcium from the mitochondria;

3. 세포내 칼슘 증가에 의해 활성화되는 포스포리파제 A2의 억제제를 제시한다.3. Present an inhibitor of phospholipase A 2 which is activated by intracellular calcium increase.

본 발명을 단계별로 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in detail step by step as follows.

A) 대식세포의 선정A) Selection of Macrophages

연구결과에 의하면 치사독소는 부종독소와 달리 대식세포에서만 선택적으로 세포독성을 나타내는 것으로 밝혀졌다 (Manna외 (1993) Proc. Natl. Acad. Sci. 90, 10198). 이 세포에 낮은 농도 (0.1㎍/105cell each of PA and LF)의 치사독소 (LeTx)를 처리하면 보통 1 - 2시간 내에 세포의 괴사가 시작되는 것으로 밝혀졌다 (Hanna 외 (1992) Mol. Biol. Cell. 3, 1269). 이에 반해, 다른 종류의 세포들은 치사독소가 세포 내로 유입된 것이 확인되었음에도 불구하고 세포독성이 일어나지 않는 것으로 알려졌다. 그러므로 아마도 대식세포가 탄저균에 감염되었을 경우 병력을 유발시키는데 있어 중요한 역할을 할 것으로 여겨진다. 이와 같은 이유로 본 발명에서는 대식세포를 모델세포로 선택하여 실험을 수행하였다. 복강내 대식세포에는 정상세포 (resident cells), 유도세포 (elicited cells), 그리고 감작세포 (primed cells)등이 있는데, 본 실험에서는 티오글리콜레이트에 의해 유도된 대식세포를 사용하였다. 즉, 세포를 사용하기 3일 전에 3 ml의 티오글리콜레이트 (2.5%) 배지를 30g ICR 마우스의 복강내로 투여한 후 생리식염수로 복강을 세척하여 수확한 것을 사용하였다.According to the study, lethal toxin was found to be selectively cytotoxic in macrophages, unlike edema toxin (Manna et al. (1993) Proc. Natl. Acad. Sci. 90, 10198). Treatment of these cells with low concentrations (0.1 μg / 10 5 cells each of PA and LF) of lethal toxin (LeTx) has been shown to initiate cell necrosis usually within 1-2 hours (Hanna et al. (1992) Mol. Biol. Cell. 3, 1269). In contrast, other types of cells are known to have no cytotoxicity, even though lethal toxin has been introduced into the cells. Therefore, it is likely that macrophages play an important role in the history of anthrax. For this reason, in the present invention, experiments were performed by selecting macrophages as model cells. Intraperitoneal macrophages include resident cells, elicited cells, and primed cells. In this experiment, thioglycolate-induced macrophages were used. That is, three days prior to using the cells, 3 ml of thioglycolate (2.5%) medium was administered intraperitoneally in 30 g ICR mice, followed by harvesting by washing the abdominal cavity with saline.

B) 댄트롤렌의 선정B) Selection of Dantrolene

댄트롤렌 (1-[[5-(p-니트로페닐)푸르푸릴리덴]아미노]히단토인 소듐)은 여러 종류의 세포에서 세포내 칼슘 저장고에서 칼슘 이동을 억제 또는 감소시킨 다고 알려져있다 (Frandsen외 (1991) J. Neurochem. 56, 1075). 이 물질은 임상적으로 악성 고온증 (malignant hyperthermia) 치료와 근육 마비를 치료하는데 현재 사용되고 있다. 근육마비 치료시 댄트롤렌은 근육세포 내의 근내형질세망 (sarcoplasmic reticulum)으로부터의 칼슘의 유리를 억제함으로써 수축된 근육을 풀어주는 역할을 한다고 한다. 또한, 이 물질은 신경말단에서 칼슘 분비 및 반응에 영향을 주는 것으로 알려져있다 (Ward 외 (1986) Drug 32, 130).Dantrolene (1-[[5- (p-nitrophenyl) furfurylidene] amino] hydantoin sodium) is known to inhibit or reduce calcium transport in intracellular calcium stores in various cell types (Frandsen (1991) J. Neurochem. 56, 1075). The substance is currently used to treat malignant hyperthermia and to treat muscle paralysis. In the treatment of muscle paralysis, dantrolene releases calcium from the sarcoplasmic reticulum in the muscle cells, thereby releasing the contracted muscles. It is also known to affect calcium secretion and response at nerve endings (Ward et al. (1986) Drug 32, 130).

C) 사이클로스포린 A의 선정C) Selection of Cyclosporin A

사이클로스포린 A는 임상적으로 과민반응을 방지하는 면역역제제 (immunosuppressant)로 널리 사용되고 있으며, 또한 항기생충 (antiphrastic), 항말라리아 (antimalaria) 효과를 갖는 물질로 알려져 있다 (Richter 외 (1990) Biochem. Pharmacol. 40, 799). 최근에는 이 물질이 유해산소 (oxygen radical)에 의한 미토콘드리아의 칼슘 분비를 억제한다고 보고되었다 (George 외 (1992) Biochem. Pharmacol. 44, 1995). 즉, 유해산소로 인하여 미토콘드리아의 막에 구조적인 변화가 발생하여 막의 투과성에 변화가 발생한다고 알려졌다. 이 투과성의 변화에 의하여 미토콘드리아 내부에 있던 칼슘이 세포질로 흘러나오는 것이다. 이 경우 사이클로스포린 A는 미토콘드리아막을 안정화시켜 투과성으 변화를 막아주는 역할을 하는 것으로 믿어지나, 아직 그 자세한 기전은 알려지지 않고 있다.Cyclosporin A is widely used as an immunosuppressant to prevent hypersensitivity clinically and is also known to have antiphrastic and antimalaria effects (Richter et al. (1990) Biochem. Pharmacol). 40, 799). Recently, it has been reported that this substance inhibits the calcium secretion of mitochondria by oxygen radicals (George et al. (1992) Biochem. Pharmacol. 44, 1995). That is, it is known that the harmful oxygen causes a structural change in the membrane of the mitochondria, resulting in a change in the permeability of the membrane. This change in permeability causes calcium inside the mitochondria to flow into the cytoplasm. In this case, cyclosporin A is believed to play a role in stabilizing the mitochondrial membrane to prevent changes in permeability, but its detailed mechanism is not yet known.

D) 포스포리파제 A2억제제류의 선정D) Selection of Phospholipase A 2 Inhibitors

이미 알려진 것과 같이 세포내의 칼슘의 증가에 의한 세포 독성기전 작용의 하나로 인지질 분해효소인 포스포리파제 또는 단백질 분해효소인 프로테아제의 활성화를 들 수 있다. 이들 효소는 세포막을 훼손시킴으로써 세포의 괴사를 촉진시킨다 (Arsenious (1985) TIPS BEST Supple 15, 18). 특히, 세포막 구성성분의 하나인 아라키돈산을 세포막에서 유리시키는 작용을 하는 포스포리파제 A2는 칼슘에 의하여 쉽게 활성화되어 세포막을 파괴시킨다. 본 발명에서는 이 효소의 활성화 억제제인 부타카인 (butacaine), 4-브로모페나실 브로마이드 (4-bromophenacyl bromide) 및 퀴나크린 (quinacrine)을 선정하였다.As already known, one of the cytotoxic mechanisms caused by the increase of intracellular calcium is the activation of phospholipidase phospholipase or protease protease. These enzymes promote cell necrosis by damaging cell membranes (Arsenious (1985) TIPS BEST Supple 15, 18). In particular, phospholipase A 2, which acts to release one of the cell membrane components, arachidonic acid from the cell membrane, is easily activated by calcium and destroys the cell membrane. In the present invention, butacaine, 4-bromophenacyl bromide, and quinacrine, which are inhibitors of activation of this enzyme, were selected.

E) 세포독성 및 세포보호능 평가실험E) Cytotoxicity and Cytoprotective Evaluation Test

탄저 치사독소의 세포독성에 대한 세포독성 정도를 평가하는 방법으로 LDH (lactate dehydrogenase) 누출방법을 사용하였다. 일반적으로 세포가 사망되는 정도는 세포막 (plasma membrane)이 어느 정도 손상되었는가를 측정함으로써 알 수 있다. LDH는 세포 내부의 세포질 (cytoplasm)에 존재하는 안정된 효소로서 세포막이 손상되는 정도에 따라 세포 외부로 누출된다. 즉, 괴사된 세포수가 증가하거나, 또는 세포막이 훼손된 세포구가 증가할수록, 세포 밖으로 누출되는 LDH의 양은 증가된다. 이 때, 세포밖으로 누출된 LDH만 수거하여 정량해보면 세포의 독성도를 측정할 수 있다 (참조, Murphy외, (1993) Neurosci 55, 597). 이 방법을 사용하여 치사독소에 의한 시간별, 농도별, 세포 생존율의 변화를 측정 비교하여 세포독성 정도를 평가하였다. 또한, 치사독소에 의한 세포독성을 억제하는 물질의 선별 방법으로도 LDH 방법을 사용, 세포 생존율을 증가시키는 물질을 세포보호 물질로 선택하였다.To assess the cytotoxicity of anthrax lethal toxin, lactate dehydrogenase (LDH) leakage was used. In general, the degree of cell death can be determined by measuring the degree of damage to the plasma membrane. LDH is a stable enzyme present in the cytoplasm inside the cell and leaks out of the cell depending on the degree of damage to the cell membrane. In other words, as the number of necrotic cells increases, or as cell membranes with damaged cell membranes increase, the amount of LDH leaking out of the cells increases. At this time, by collecting and quantifying only the LDH leaked out of the cell can determine the toxicity of the cell (cf. Murphy et al., (1993) Neurosci 55, 597). Using this method, the degree of cytotoxicity was evaluated by measuring and comparing the change of cell viability by time, concentration and mortality by lethal toxin. In addition, as a screening method for a substance that inhibits cytotoxicity caused by lethal toxin, the LDH method was used as a cytoprotective material to increase cell viability.

이하 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples.

실시예 1. 대식세포의 분리 및 배양Example 1. Isolation and Culture of Macrophages

본 실험 조건을 만족하는 대식세포를 얻기 위해 체중 약 30 g의 6-7주된 수컷 ICR 마우스를 선정하였다. 복강내의 유도된 대식세포를 얻기 위하여 세포를 채취하기 3일 전에 3 ml의 2.5% 티오글리콜레이트 배지를 마우스의 복강내로 투여하엿다. 3일 후, 8 ml의 생리식염수로 복강을 세척하여 세포를 얻었다. 얻어진 세포를 4겹의 거즈에 통과시켜 50 ml의 원추형 원심분리관에 수확하였다. 수확된 세포액을 5분간 원심분리 (400 x g)한 후, 상층액은 제거하고 침전물을 취하여 세포배양액 (RPMI 1640 배지에 10% 소의 태아 혈청과 페니실린 (100 U/ml) 및 스트렙토마이신 (100 μg/ml)를 동시에 첨가하여 실험 당일 제조한 것)에 용해시켰다. 적정액을 취하여 세포 수를 105/ml로 조정하여 마이크로플레이트에 분주한 후 세포배양액과 함께 37℃에서 95%의 산소와 5%의 이산화탄소를 주입해 둔 배양기에서 3시간 동안 배양하였다. 3시간 후 마이크로플레이트 바닥에 고착된 세포만 얻기 위하여 RPMI 1640 배지로 3회 마이크로플레이트를 세척하였다. 세포를 세척한 후 새로 제조한 세포 배양액을 넣어 주어 다시 95% 이산화탄소와 5% 산소를 주입해 준 배양기에서 배양하였다. 4시간 경과 후 100 μl의 세포배양액을 취하여 이를 세포독성 평가 또는 세포 보호능 평가용 시료로 사용하였다.To obtain macrophages satisfying the experimental conditions, 6-7 week old male ICR mice weighing about 30 g were selected. To get induced macrophages intraperitoneally, 3 ml of 2.5% thioglycolate medium was administered intraperitoneally of the mice 3 days before harvesting the cells. After 3 days, the abdominal cavity was washed with 8 ml of saline to obtain cells. The resulting cells were passed through four layers of gauze and harvested into 50 ml conical centrifuge tubes. After centrifugation (400 xg) of the harvested cell solution for 5 minutes, the supernatant was removed and the precipitate was taken and the cell culture medium (10% fetal bovine serum and penicillin (100 U / ml) and streptomycin (100 μg /) in RPMI 1640 medium. ml) were added simultaneously and dissolved in the one prepared on the day of the experiment). After titration, the cell number was adjusted to 10 5 / ml, and the cells were divided into microplates and incubated with the cell culture solution for 3 hours in an incubator with 95% oxygen and 5% carbon dioxide at 37 ° C. After 3 hours, the microplates were washed three times with RPMI 1640 medium to obtain only cells fixed on the bottom of the microplates. After the cells were washed, freshly prepared cell culture solution was added thereto, followed by culturing in an incubator in which 95% carbon dioxide and 5% oxygen were injected. After 4 hours, 100 μl of the cell culture solution was taken and used as a sample for cytotoxicity evaluation or cytoprotective evaluation.

실시예 2. 치사독소의 세포독성 평가Example 2. Cytotoxicity Assessment of Lethal Toxin

세포독성의 평가는 치사인자를 처리한 실험군과 대조군을 일정시간 배양한 후 세포 생존율을 측정하였다. 세포 생존율 측정을 위해서는 독일의 Boeringer Manheim사 제품인 LDH 분석 키트 (제품번호: 1 664 793)를 사용하였다. 치사인자와 보호항원을 각각 0.1 μg/ml (105세포)씩 치사독소 처리한 후 경시적으로 세포 생존율을 측정한 결과 1시간 후부터 세포 생존율이 감소되기 시작하여 4시간 후에는 대조군에 비해 세포 생존율이 뚜렷이 감소하였다. 따라서 후보물질의 세포 보호능 평가를 위해서 치사독소 처리 후 4시간에 세포 생존율을 비교하였다.To evaluate the cytotoxicity, the cell survival rate was measured after incubating the experimental and control groups treated with lethal factor for a certain time. For cell viability measurement, the LDH assay kit (product number: 1 664 793) manufactured by Boeringer Manheim of Germany was used. After the lethal toxin treatment was performed with 0.1 μg / ml (10 5 cells) of lethal factor and protective antigen, respectively, the cell viability was decreased over 1 hour. This markedly decreased. Therefore, cell survival rate was compared 4 hours after lethal toxin treatment for evaluation of cell protection ability of candidates.

실시예 3. 세포보호능 평가Example 3. Evaluation of Cytoprotective Capacity

세포 배양액에 디메틸설폭사이드 (DMSO)에 녹인 세포보호 물질을 보호제로서 첨가한 후 곧바로 치사독소를 첨가하여 잘 현탁시킨 후 4시간 동안 세포배양기 내에서 배양하였다. DMSO의 양은 전체의 0.2%가 넘지 않도록 사용하였다. 대조군에는 보호제 첨가군에 사용한 만큼의 DMSO와 치사독소를 넣어 주었다. 즉 치사독소와 보호제가 첨가된 실험군과 치사독소와 DMSO만 첨가한 대조군 그리고 치사독소와 DMSO를 첨가하지 않은 표준군 (control)으로 구분 배양한 후 세포 생존율을 측정 분석하여 치사독소에 대한 세포 보호효과를 평가하였다. 각각의 군에 대해 3회 이상 각회마다 3개씩 반복 실험하였다. 세포 보호제별로 평가 결과를 도 1 내지 도 5에 나타내었다.Cell protective material dissolved in dimethyl sulfoxide (DMSO) was added to the cell culture as a protective agent, and then suspended immediately by the addition of lethal toxin, followed by incubation in the cell incubator for 4 hours. The amount of DMSO was used not to exceed 0.2% of the total. In the control group, as much DMSO and lethal toxin as used in the protective group were added. In other words, the cell viability was measured by analyzing and analyzing the cell viability after incubating into an experimental group to which the lethal toxin and the protective agent were added, the control group containing only the lethal toxin and DMSO, and the control group to which the lethal toxin and DMSO were not added. Was evaluated. Each group was repeated three or more times, three times each. Evaluation results for each cell protective agent are shown in FIGS. 1 to 5.

세포의 생존율은 세포 내에 있는 LDH가 세포 외로 누출된 정도로서 측정하였으며 여기서 100%의 LHD 누출은 세포막을 세정제 (1% Triton X-100)로 완전히 손상시킨 후, 세포 밖으로 흘러나온 때 측정된 LDH의 양이다. 일반적으로 세포배양시 표준군에서는 약 10% 정도의 LDH가 흘러나온다고 알려져 있다 (Frandson외 (1991) J. Neurochem. 56, 1975).The survival rate of the cells was measured as the degree of extracellular leakage of LDH in the cells, where 100% LHD leakage measured the amount of LDH as it flowed out of the cell after completely damaging the membrane with a detergent (1% Triton X-100). to be. In general, about 10% LDH flows from the standard group during cell culture (Frandson et al. (1991) J. Neurochem. 56, 1975).

도 1은 탄저 치사독소의 세포독성에 대해 세포내 칼슘의 이동을 억제하는 물질인 댄트롤렌에 의한 세포보호 효과를 농도별로 표시한 것이다. 댄트롤렌 농도가 10μM 이상인 실험군에서 뚜렷한 보호 효과가 나타남을 확인할 수 있다.Figure 1 shows the cytoprotective effect by dantrolene, a substance that inhibits the movement of intracellular calcium against the cytotoxicity of anthrax lethal toxin by concentration. It can be seen that there is a clear protective effect in the experimental group with a concentration of dantrolene of 10μM or more.

도 2는 미토콘드리아막의 보호제인 사이클로스포린 A에 의한 농도별 세포보호 효과를 보여주는데, 낮은 농도에서 세포생존율 증대를 보여 주고 있다. 0.5 μM의 농도하 에서 뚜렷한 세포보호 효과를 나타내고 있다.Figure 2 shows the cytoprotective effect of each concentration by cyclosporin A, a protective agent of the mitochondrial membrane, showing an increase in cell viability at low concentrations. It shows a clear cytoprotective effect at the concentration of 0.5 μM.

도 3은 세포막 인지질 분해효소인 포스포리파제 A2억제제인 부타카인에 의한 농도별 세포보호 효과를 도시한 것으로 10 - 100 μM 농도 범위에서 세포보호 효과를 볼 수 있으며 100 μM 이하의 농도 하에서 탄저 치사독소에 의한 독성도를 50%로 감소시킴을 알 수 있다.Figure 3 shows the cytoprotective effect of the concentration by the phosphatase A 2 inhibitor phospholipase A 2 but the cell protective effect in a concentration range of 10-100 μM and anthrax under concentrations of 100 μM or less It can be seen that the toxin-induced toxicity is reduced to 50%.

도 4는 세포막의 인지질 분해효소인 포스포리파제 A2억제제인 4-브로모페나실 브로마이드에 의한 농도별 세포보호 효과를 도시한 것으로 10 μM의 농도 하에서 뚜렷한 보호효과를 나타내었으며, 치사독소에 의한 세포독성도를 약 60% 감소시킴을 알 수 있다.Figure 4 shows the cytoprotective effect of each concentration by 4-bromophenacyl bromide, a phospholipidase A 2 inhibitor, phospholipidase of the cell membrane, showing a clear protective effect at a concentration of 10 μM, caused by lethal toxin It can be seen that the cytotoxicity is reduced by about 60%.

도 5는 세포막의 인지질 분해효소인 포스포리파제 A2억제제인 퀴나크린에 의한 농도별 세포보호 효과를 도시한 것으로 20 μM의 농도 하에서 뚜렷한 보호효과를 나타내었으며, 치사독소에 의한 세포의 괴사를 거의 100% 보호하여 주었다.Figure 5 shows the cytoprotective effect of each concentration by the phospholipase A 2 inhibitor quinacrine, a phospholipidase of the cell membrane, showing a clear protective effect at a concentration of 20 μM, showing almost no necrosis of cells by lethal toxin 100% protection.

또한, 이들 물질을 서로 다른 조합으로 복합처리한 결과를 살펴보면 다음 표 1과 같다.In addition, the results of the complex treatment of these materials in different combinations are shown in Table 1 below.

해독제 복합 처리 결과Antidote complex treatment result 처 리process LDH 누출 (%)LDH leak (%) 표준군1 Standard group 1 1010 LeTx2 LeTx 2 4040 퀴나크린Quinacrine 1313 퀴나크린 + 댄트롤렌Quinacrine + Dantrolene 1515 퀴나크린 + 사이클로스포린 AQuinacrine + Cyclosporin A 1515

1치사인자를 처리하지 않은 표준군. 1 Standard group with no lethal factor.

2LeTx는 치사인자만 처리한 대조군. 2 LeTx is a control group treated with lethal factor only.

그 외는 치사인자와 퀴나크린을 단독 또는 칼슘이동 억제제와 함께 처리한 군.Other groups treated with lethal factor and quinacrine alone or with calcium transfer inhibitors.

위의 결과에서 보듯이 보호제를 복합처리한 경우 퀴나크린 단독처리시와 같은 정도의 세포보호 효과를 나타냄을 알 수 있다.As shown in the above results, the combination of the protective agent shows the same degree of cytoprotective effect as quinacrine alone treatment.

탄저독소로부터 복강 대식세포 보호를 위한 해독제로서 댄트롤렌은 0.1 - 500 μM, 사이클로스포린 A는 0.01 - 50 μM, 부타카인은 0.1 - 100 μM, 4-브로모페나실 브로마이드는 0.5 - 500 μM, 그리고 퀴나크린은 0.5 - 500 μM의 농도로 사용하는 것이 바람직하다. 위와 같이 농도를 한정하는 것은 최소 효과를 나타내는 농도로부터 약물 자체의 독성이 나타나지 않는 농도까지를 제시하는 것이다.As an antidote for peritoneal macrophage protection from anthrax toxin, dantrolene is 0.1-500 μM, cyclosporin A is 0.01-50 μM, butacacaine is 0.1-100 μM, 4-bromophenacyl bromide is 0.5-500 μM, and Quinacrine is preferably used at a concentration of 0.5-500 μM. Limiting concentrations above suggests concentrations from minimally effective to concentrations where the drug itself is not toxic.

본 발명에 따른 탄저독소의 해독제들의 독성도Toxicity of antidote agents of anthrax toxin according to the present invention

댄트롤렌: 현재 임상에서 최고 10 mg/kg까지 사용중이다 (Ward 외, Drugs 32: 130 - 168, 1986)Dantrolene: Currently in clinical use up to 10 mg / kg (Ward et al., Drugs 32: 130-168, 1986)

사이클로스포린 A의 LD50: 107 mg/kgLD 50 of cyclosporin A: 107 mg / kg

부타카인의 LD50: 12.4 mg/kgButacaine LD 50 : 12.4 mg / kg

4-브로모페나실 브로마이드: 실험결과에 의하면 500 μM까지 처리한 경우에도 세포독성을 나타내지 않았다 (Sevanian 외, 1983 Arch Biochem Biophys 223: 441-452; Donal 외, 1990 J. Newrochem. 55: 1716-1726)4-bromophenacyl bromide: Experimental results showed no cytotoxicity even when treated to 500 μM (Sevanian et al., 1983 Arch Biochem Biophys 223: 441-452; Donal et al., 1990 J. Newrochem. 55: 1716- 1726)

퀴나크린: 실험결과에 의하면 250 μM까지 처리한 경우에도 세포독성을 나타내지 않았다 (Sevanian 외, 1983 Arch Biochem Biophys 223: 441-452; Lazarewicz 외, 1990 J. Neurochem 55; 1875-1881)Quinacrine: Experimental results showed no cytotoxicity after treatment up to 250 μM (Sevanian et al., 1983 Arch Biochem Biophys 223: 441-452; Lazarewicz et al., 1990 J. Neurochem 55; 1875-1881)

본 발명은 세포 내부의 칼슘에 의한 탄저 치사독소의 독성 기전에 근거하여, 이러한 독성 기전을 억제할 수 있는 복강세포의 세포내부 (intracellular)의 칼슘이동 억제제, 미토콘드리아막 보호제, 또는 인지질 분해효소인 포스포리파제 A2(phospholipase A2)의 억제제류를 유효성분으로 하는, 탄저독소로부터 세포를 보호할 수 있는 해독제를 제공한다. 본 발명의 해독제는 탄저 치사독소의 주요 작용대상인 복강의 대식세포를 효과적으로 보호할 수 있어, 탄저독소의 해독제로서 유용하다.The present invention is based on the toxic mechanism of anthrax lethal toxin caused by calcium inside the cell, the intracellular calcium migration inhibitor, mitochondrial membrane protective agent, or phospholipid degrading enzyme that can suppress such toxic mechanism an inhibitor of the flow port lipase a 2 (phospholipase a 2) providing an antidote to protect the cells from, anthrax toxin as an active ingredient. The antidote of the present invention can effectively protect the macrophages of the abdominal cavity, which are the main targets of anthrax toxin, and thus are useful as an antidote for anthrax toxin.

Claims (3)

유효성분으로서 포스포리파제 A2억제제를 함유하는 탄저 치사독소에 대한 세포독성의 해독제.Cytotoxic antidote to anthrax lethal toxin containing a phospholipase A 2 inhibitor as an active ingredient. 제 1항에 있어서, 포스포리파제 A2억제제가 부타카인, 퀴나크린 또는 4-브로모페나실 브로마이드인 해독제.The antidote of claim 1, wherein the phospholipase A 2 inhibitor is butacaine, quinacrine or 4-bromophenacyl bromide. 제 1항 또는 2항에 있어서, 포스포리파제 A2억제제가 퀴나크린이고 부가적으로 사이클로스포린 A 또는 댄트롤렌을 함유하는 것이 특징인 해독제.The antidote according to claim 1 or 2, wherein the phospholipase A 2 inhibitor is quinacrine and additionally contains cyclosporin A or dantrolene.
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