KR100794499B1 - 개구린 5로부터 합성 및 제조된 항생 및 항암 신규펩타이드 유도체 - Google Patents

개구린 5로부터 합성 및 제조된 항생 및 항암 신규펩타이드 유도체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 국내산 옴개구리(Rana rugosa)로부터 분리된 항생 및 항암 펩타이드인 개구린 5(Gaegurin 5)의 체계적인 펩타이드 엔지니어링을 통해 분자 크기가 개구린 5의 절반 이하이면서도 높은 항생 및 항암활성을 가지는 펩타이드에 관한 것으로서, 상세하게는 국내산 개구리의 표피로부터 분리된 펩타이드 중, 가장 짧은 길이를 가진 개구린 5로부터 합성, 제조된 항생 및 항암 펩타이드 유도체들은 지금까지 알려진 개구리 유래 항생 및 항암 펩타이드 중 가장 짧은 길이를 가지며, 세포 독성이 없고 탁월한 항생 및 항암 활성을 나타낼 뿐만 아니라 인간 적혈구 세포에 대한 용혈활성이 적으므로 인체에 안전한 최적의 항생제 또는 항암제로서 유용하게 이용될 수 있다.
옴개구리, 항생 펩타이드, 항암 펩타이드,

Description

개구린 5로부터 합성 및 제조된 항생 및 항암 신규 펩타이드 유도체{Novel analogues of antimicrobial and anticancer peptide synthesized and produced from Gaegurin 5}
도 1a는 SDS 미셀(micells)에서 개구린 5(GGN5)의 펩타이드를 측면에서 본 구조를 나타낸 도이고,
도 1b는 SDS 미셀에서 개구린 5의 α-헬릭스(helix) 구역의 N-말단 부분(G3~V13)을 상면에서 본 구조를 나타낸 도이며,
도 2a는 개구린 5의 유도체인 모델 펩타이드 25의 헬리컬 휠 다이어그램(helical wheel diagram)을 나타낸 도이고,
도 2b는 개구린 5의 유도체인 모델 펩타이드 26의 헬리컬 휠 다이어그램(helical wheel diagram)을 나타낸 도이며,
도 2c는 개구린 5의 유도체인 모델 펩타이드 27의 헬리컬 휠 다이어그램(helical wheel diagram)을 나타낸 도이고,
도 2d는 개구린 5의 유도체인 모델 펩타이드 28의 헬리컬 휠 다이어그램(helical wheel diagram)을 나타낸 도이며,
도 3a는 7종의 암세포 주에 대한 모델 펩타이드 25의 항암 활성을 나타낸 도 이고,
도 3b는 7종의 암세포 주에 대한 모델 펩타이드 26의 항암 활성을 나타낸 도이며,
도 3c는 7종의 암세포 주에 대한 모델 펩타이드 27의 항암 활성을 나타낸 도이고,
도 3d는 7종의 암세포 주에 대한 모델 펩타이드 28의 항암 활성을 나타낸 도이며,
도 3e는 8종의 암세포 주에 대한 A4W,V8W-GGN5N11의 항암 활성을 나타낸 도이다.
본 발명은 개구린 5로부터 합성 및 제조된 항생 및 항암 펩타이드 유도체에 관한 것이다.
세균의 감염은 인간의 질병에서 가장 흔하고 치명적인 원인 중의 하나인데, 불행하게도 항생제의 남용으로 인하여 세균의 항생제 저항성이 야기되었다. 실제로, 세균이 새로운 항생제에 저항성을 나타내는 속도는 새로운 항생제의 유사체가 개발되는 속도보다 훨씬 빨리 일어난다. 예를 들어, 생명에 위협을 가할 수 있는 엔테로코쿠스 패칼리스(Enterococcus faecalis), 마이코박테리움 투버쿨로시스 (Mycobacterium tuberculosis) 및 슈도모나스 아에루기노사(Pseudomonas aeruginosa) 등의 세균 종들은 지금까지 알려진 모든 항생제에 대한 저항력을 키워왔다(stuart B. Levy., Scientific American, pp 46-53, 1998).
항생제에 대한 내성(tolerance)은 항생제에 대한 저항성(resistance)과는 구별되는 현상인데, 1970년대에 뉴모코커스(Pneumococcus sp.)에서 최초로 발견되었으며, 페닐실린의 작용 기작에 대한 중요한 단서를 제공하였다. 내성을 보이는 종은 통상적인 농도의 항생제 존재 하에서 성장을 멈추지만 결과적으로 죽지는 않는다. 내성은 항생제가 세포벽 합성 효소를 저해할 때 오토라이신(autolysin) 등과 같은 세균의 자가분해(autolytic) 효소의 활성이 일어나지 않기 때문에 생기는데, 이러한 사실은 페니실린이 내인성 가수분해 효소(endogenous hydrolytic enzyme)를 활성화시킴으로써 세균을 죽이며 세균은 또한 이들의 활성을 억제해서 항생제 치료 시에도 생존하는 결과를 나타내게 된다.
세균이 항생제에 대한 내성을 가지는 것은 임상적으로 대단히 중요한데, 내성 세균을 박멸하는 것이 불가능하게 되면 임상적인 감염에서 항생제 치료의 효용이 떨어지기 때문이다(Handwerger and Tomasz, Rev. Infec. Dis., 7, pp 368-386, 1985). 아울러, 내성이 생기는 것은 항생제에 대한 저항성이 생기게 되는 선행조건이라고 간주되는데, 이것은 항생제 치료에도 불구하구 살아남는 균주가 생기기 때문이다. 이러한 균주는 항생제에 저항성을 가지는 새로운 유전 요소를 획득해서 항생제의 존재 하에서도 계속 성장하게 된다. 실제적으로 모든 저항성을 보이는 세균들은 내성도 가지고 있는 것으로 알려져 있으므로(Liu and Tomasz, J. Infect. Dis., 152, pp 365-372, 1985), 이러한 항생제 저항성을 가지는 세균을 죽일 수 있는 새로운 항생제의 개발이 필요하다
생체막에 작용하는 항생 펩타이드는 현재 거의 모든 생물종에서 발견되고 있다. 최근 내성균의 증가와 더불어 이를 극복할 수 있는 새로운 항생제 개발의 대상으로서 항생 펩타이드가 주목받고 있는데, 특히, 1969년 봄비닌(bombinin)이란 항생 펩타이드가 발견된 이래로, 개구리나 두꺼비와 같은 양서류의 표피가 풍부한 항생 펩타이드를 제공한다는 것이 밝혀졌고, 이러한 항생 펩타이드들이 현재 세계적으로 가장 많이 연구되어 있다. 이후, 1987년 아프리카 발톱 개구리의 표피로부터 마가이닌(magainin)이라는 항생 펩타이드가 발견되면서부터 개구리 표피 항생 펩타이드가 새로운 항생제 개발의 대상으로 더욱 주목받게 되었다.
항생 펩타이드는 세균의 세포막에만 선택적으로 작용하여 세포막을 파괴함으로써 세균을 사멸시키는 작용기전을 가지고 있기 때문에, 이는 기존 항생제들의 작용기전들과 전혀 다른 새로운 기전이므로, 내성균 극복의 대안으로서 가치가 높다. 또한 일반적으로 항생 펩타이드들은 그램 양성 및 그램 음성균과 진균 및 바이러스를 비롯하여 암세포 등에 대해서까지 폭넓은 항생 작용을 나타내며, 자연 물질이므로 약으로 개발될 경우 부작용이 적을 것으로 예상되고 있다. 또한, 제제학적인 측면에서도 항생 펩타이드는 수용성과 지용성을 모두 가지는 양성 친화적 성질을 가지고 있기 때문에 약물로 개발시 흡수 및 약물수송 등에서도 매우 유리할 것으로 기대되고 있다. 그러나, 이러한 다양한 이점에도 불구하고 약물개발 대상으로서 항생 펩타이드가 가지는 가장 큰 문제점은 안정성과 분자량이다. 첫째 안정성 측면에 서, 항생 펩타이드는 생체 내에 존재하는 수많은 단백질 분해효소들에 대한 저항성을 가지지 않으므로 분해되기가 쉽다. 이러한 문제는 현재, D-아미노산의 도입, β-아미노산 등의 비-자연 물질(unnatural) 유래의 아미노산의 도입 및 화학적 구조 변형 등으로 극복될 수 있다는 것이 많이 제안되고 있으나, 일반적으로 항생 펩타이드의 분자량이 3,000 이상으로 매우 크다는 점은 약물 개발시 흡수와 수송 면에서 매우 어려운 점으로 작용할 수밖에 없다. 이는, 기본적으로 작은 크기의 항생 펩타이드를 발견 또는 설계하는 것으로서만 극복될 수 있다.
암은 인류가 해결해야 될 난치병 중의 하나로, 전 세계적으로 이를 치유하기 위한 개발에 막대한 자본이 투자되고 있는 실정이며, 우리나라의 경우, 질병 사망원인 중 제 1위의 질병으로서 연간 약 10 만 명 이상이 진단되고, 약 6 만 명 이상이 사망하고 있다. 암 환자 증가율도 10%에 이르고 있다. 1999년 국립 암 센터의 통계에 따르면 환자는 12만 명으로서 남자는 위암(24%), 간암(16%), 폐암(16%), 대장암(10%)의 순서이며, 여자는 위암(16%), 자궁경부암(12%), 유방암(15%), 대장암(10%)의 순서로 암 환자가 발생했다. 이러한 암의 유발 인자인 발암물질로는 흡연, 자외선, 화학물질, 음식물, 기타 환경인자들이 있으나, 그 유발 원인이 다양하여 치료제의 개발이 어려울 뿐만 아니라 발생하는 부위에 따라 치료제의 효과 또한 각기 다르다. 현재 치료제로 사용되는 물질들은 상당한 독성을 지니고 있으며, 암 세포만을 선택적으로 제거하지 못하므로, 암의 발생 후 이의 치료뿐 아니라, 암의 발생을 예방하기 위한 독성이 적고 효과적인 항암제의 개발이 절실히 필요하다.
현재 사용되고 있는 항암제들은 효소제제나 백신 등의 생물학적 제제, 순수 합성 의약품 및 천연물 유래의 의약품 등으로 크게 구분할 수 있는데, 이 중 유전자, 효소, 백신 등을 이용한 항암제는 실용단계에 있는 상태는 아니며 화학요법에 의해 개발된 많은 항암제는 암의 종류에 따라 약리작용이 다양하고(Gillman et al., The pharmacological Basis of therapeutics, Maxwell Macmillan., 18, p 1202, 1986), 독성에 의한 부작용이 다양하게 나타났기 때문에 암 치료시 문제점으로 지적되고 있다(Chung et al., J. Wonkwang Medical Sci., 3, pp 13-34, 1987). 또한 항암제는 암세포의 성장을 효과적으로 억제하기도 하지만, 때로는 정상 세포에 대해서 독성을 나타내기도 하고 암세포가 성장, 증식과 전이를 일으키는 과정에서 변이되면서 항암제에 대한 저항성을 보이는 등 암 치료의 커다란 문제점으로 대두되고 있다. 이러한 원인은 대부분의 항암제가 1,000 이하의 분자량을 가지고 있기 때문에, 항암제를 투여하였을 경우 암 조직 뿐 아니라 정상조직에도 침투하여 정상조직, 특히 세포분열이 활발한 조직세포에도 손상을 입히기 때문에 골수기능저하, 위장장애, 탈모증 등의 여러 가지 부작용이 나타나게 된다. 뿐만 아니라 작은 분자량을 가지고 있기 때문에 체내에서 오줌으로 쉽게 배출되어 암 치료에 있어서 많은 양의 약물이 요구되는데서 기인된다. 그러므로 항암제가 지니는 정상세포에 대한 독성, 몸 밖으로의 배출, 그리고 암세포의 저항성이 암 치료에 있어서 가장 큰 문제로 대두되며, 이는 현대 의학이 반드시 풀어야만 하는 과제이다. 따라서 많은 학자들은 이 같은 독성의 작용기전을 밝히기 위하여 많은 연구를 수행하고 있으며(Yamazaki et al., Biosci, Biotech Biochem., 56(1), p 149, 1992 ; Tompson et al., Exp . Cell Res., 41, pp 411-427, 1966 ; Ellem et al., Devel , Biol ., 118, pp 311-330, 1968), 근래에는 세포 배양 기술이 급격히 발달함에 따라 각종 세포를 배양한 후, 여러 독성물질을 투여함으로써 이들의 세포독성에 대한 기전을 세포 수준에서 규명하려는 연구도 활발히 진행되고 있으며, 항암제의 부작용을 최소화하고 치료효과를 높이기 위하여 생약 및 천연물을 이용한 항암제의 개발이 지속적으로 시도되고 있다.
이에 본 발명자들은 상기와 같은 종래 항생 펩타이드 및 항암제들의 단점을 극복하기 위하여, 본 발명자들에 의해 이미 그 구조가 밝혀진 국내산 개구리로부터 분리된 6종의 항생 펩타이드(개구린 1 내지 개구린 6)들 중 가장 짧은 길이를 가진 개구린 5를 기반으로 하여 훨씬 더 작은 크기의 새로운 항생 및 항암 펩타이드를 설계하고 합성하여, 이와 같이 합성된 항생 및 항암 펩타이드들의 탁월한 항균, 항암 및 용혈활성을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 생물학적 활성도가 높고, 인체에 사용할 경우, 용혈현상을 일으키지 않는 개구린 5로부터 설계 및 합성된 신규 구조의 항생 및 항암 펩타이드 유도체 및 이를 포함하는 약학 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 개구린 5로부터 설계 및 합성된 F-L-G-W-L-F-K-W-A-K-K(모델 25), F-L-K-W-L-F-K-W-A-K-K(모델 26), F-L-G-W-L-F-K- W-A-W-K(모델 27) 및 F-L-W-W-L-F-K-W-A-W-K(모델 28)로 표시되는 항생 및 항암 펩타이드 유도체를 제공한다.
상기 항생 및 항암 펩타이드 유도체는 펩타이드의 특정 부위를 트립토판(Tryptopan) 및 리신(Lysine)으로 치환시켜 합성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기의 개구린 5로부터 설계 및 합성된 항생 및 항암 펩타이드 유도체 및 약학적으로 허용 가능한 담체를 포함하는 미생물로 인한 감염성 질환 및 암질환 예방 및 치료용 약학조성물을 제공한다.
상기 미생물로 인한 감염성 질환은 포도상구균 식중독, 봉와직염(蜂窩織炎), 뇨로감염증, 수막염, 복막염, 방광염, 림프관염, 표저(疽), 중이염, 호흡기 질환, 폐렴, 화농성 염증, 패혈증등 을 포함한다.
상기 암 질환은 자궁경부암, 폐암, 췌장암, 비소세포성폐암, 간암, 결장암, 골암, 피부암, 두부 또는 경부 암, 피부 또는 안구내 흑색종, 자궁암, 난소암, 직장암, 위암, 항문부근암, 결장암, 유방암, 나팔관암종, 자궁내막암종, 질암종, 음문암종, 호지킨병(Hodgkin's disease), 식도암, 소장암, 내분비선암, 갑상선암, 부갑상선암, 부신암, 연조직 육종, 요도암, 음경암, 전립선암, 방광암, 신장 또는 수뇨관 암, 바람직하게는 자궁경부암, 폐암, 간암, 결장암, 피부암, 위암, 전립선암, 신장암을 포함하며, 본 발명의 조성물은 암 질환 및 전이 치료에도 사용가능하다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 개구린 5로부터 설계 및 합성된 항생 및 항암 펩타이드 유도체는 하기와 같은 방법으로 수득될 수 있다.
본 발명의 한국산 개구리인 옴개구리로부터 분리된 6종의 펩타이드(개구린 1 내지 개구린 6) 중 가장 짧은 길이(24잔기)를 가지는 개구린 5의 공학적 변형을 통하여 본 발명의 항생 및 항암 펩타이드 유도체들을 합성 및 제조할 수 있다.
구체적으로 최적의 항생 및 항암 펩타이드 유도체를 합성하기 위하여, 개구린 4 및 개구린 5를 모분자로 하여 Fmoc 아미노기 보호 용기를 이용한 고체상 합성방법을 사용하여 합성할 수 있으며, 바람직하게는 개구린 4에 대하여 개구린 4의 C-말단 잔기들을 하나씩 제거하면서 펩타이드 유도체들의 항생능을 검증하여 개구린 4의 C-말단 14 잔기를 제거하여 N-말단의 23 잔기만을 남겼을 경우 항생능이 모두 사라짐을 확인한 후, 이렇게 비활성화된 개구린 4 유도체의 16번 위치에 Trp(트립토판) 잔기로 치환하여 개구린 4의 유도체(D16W-GGN4N23)를 합성하고 이의 항생능을 검증한 결과, 항생능을 다시 가지게 됨을 확인하여 Trp 잔기 도입의 중요성을 인지하여 이를 개구린 5의 유도체 합성에 이용할 수 있다.
상기와 같은 방법으로 개구린 5에 대하여도 개구린 5의 C-말단 잔기들을 하나씩 제거하면서 항생 및 항암활성을 검증한 결과, 활성을 가지는 최소 잔기가 13 잔기임을 확인하고, 상기 언급한 바와 같이 개구린 4의 유도체 연구로부터 항생 및 항암 펩타이드 유도체 개발시 Trp 도입의 유용성이 예상되므로, 개구린 5의 13 잔기 활성 분절 대신 11 잔기 불활성 분절에 Trp 잔기를 치환하여 총 11가지의 개구린 5의 Trp 치환체를 합성할 수 있으며, 이들의 활성을 검토하여 개구린 5의 Trp 치환체들 중, 4번 위치에 Trp를 도입한 A4W-GGN5N11 및 8번 위치에 Trp를 도입한 V8W-GGN5N11 유도체가 모분자인 개구린 5와 유사한 항생, 항암 및 용혈활성을 보임 을 확인한 다음, 4번과 8번 위치에서 Trp만이 특이적인지를 알아보기 위하여 다른 아미노산, 바람직하게는 소수성 잔기 Leu(로이신), 친수성이며 특히 양성이온을 가지는 Lys(리신) 및 Trp과 같이 방향성 고리(aromatic ring)를 가지고 있는 Phe(페닐 알라닌)의 세 가지 아미노산으로 치환하여 총 7가지의 개구린 5의 아미노산 치환체를 합성할 수 있다.
위와 같은 방법으로 얻은 A4W-GGN5N11 및 V8W-GGN5N11 유도체의 항생 및 항암 활성을 증가시키기 위하여, Trp(트립토판)의 개수를 증가시키고, 친수성 끝과 소수성 시작 면 사이의 잔기를 친수성 잔기인 Lys(리신)으로 치환시켜 활성이 증가된 모델 펩타이드 유도체를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 항생 및 항암 펩타이드의 유도체들은, 펩타이드 합성기를 이용하는 화학적 방법에 의하여 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 펩타이드를 암호화하는 DNA 또는 RNA 서열을 포함하고, 상기의 항생 및 항암 펩타이드들을 발현하기에 적합한 유전자 클론을 유전자 조작에 의하여 만들고 이를 적합한 세포에 이식하여 발현된 상기의 항생 및 항암 펩타이드를 수득하는 유전자 재조합 기술에 의하여도 수득될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 방법으로 수득된 항생 및 항암 펩타이드 유도체를 제공한다.
상기와 같이 수득된 본 발명의 항생 및 항암 펩타이드 유도체들 중에서 분자량과 안정성면에서 탁월한 최적의 펩타이드를 찾기 위하여, 항생 및 항암 펩타이드 유도체들의 항균활성 및 용혈활성 등을 조사한 결과, 개구린 5의 유도체 중, 하기 와 같은 유도체들은 개구린 5로부터 합성 및 제조된 A4W-GGN5N11 및 V8W-GGN5N11과 유사한 항생, 항암 및 용혈활성을 나타냄을 확인하였다.
모델 25 : F-L-G-W-L-F-K-W-A-K-K
모델 26 : F-L-K-W-L-F-K-W-A-K-K
모델 27 : F-L-G-W-L-F-K-W-A-W-K
모델 28 : F-L-W-W-L-F-K-W-A-W-K
반면에, 개구린 5의 유도체들 중, 하기와 같은 유도체들은 유사한 항균 및 항암활성을 보였으나, 용혈활성이 높게 나타남을 확인하였다.
W4,8-GGN5N13 : F-L-G-W-L-F-K-W-A-S-K-V-L
본 발명의 항생 및 항암 펩타이드 유도체들이 개구린 5에 대하여 구조적 유사성을 가지는지 여부, 항생활성, 항암활성 및 용혈활성을 가지는지 여부에 근거하여 개구린 5와 유사한 구조, 항생, 항암 및 용혈활성을 가지기 위해서는 이것의 유도체들이 개구린 5의 23개의 아미노산 잔기 중 최소한 11개의 잔기를 가지고 있어야 하며, 또한 유도체들이 충분한 활성을 가지기 위해서는 친수성 끝과 소수성 시작 면 사이의 위치에서의 Trp 치환을 통하여 양친화성을 가져야 함을 확인할 수 있었으며, 4번과 8번 잔기에서의 치환이 활성을 가장 크게 증가시킨다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 두 개보다 많은 수의 Trp 도입시 활성은 뛰어나지만, 용혈활성이 상대적으로 커짐을 알 수 있었고, 양극(amphipathic) 경계면에 위치한 잔기를 Lys으로 치환했을 경우 활성을 증가시킬 수 있었다.
본 발명의 미생물로 인한 감염성 질환 및 암 질환의 예방 및 치료용 약학조 성물은, 조성물 총 중량에 대하여 상기 화합물을 0.1 내지 50 중량%로 포함한다.
본 발명의 화합물을 포함하는 약학조성물은 약학적 조성물의 제조에 통상적으로 사용하는 적절한 담체, 부형제 및 희석제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 화합물의 약학적 투여 형태는 이들의 약학적 허용 가능한 염의 형태로도 사용될 수 있고, 또한 단독으로 또는 타 약학적 활성 화합물과 결합뿐만 아니라 적당한 집합으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 화합물을 포함하는 약학조성물은, 각각 통상의 방법에 따라 산제, 과립제, 정제, 캡슐제, 현탁액, 에멀젼, 시럽, 에어로졸 등의 경구형 제형, 외용제, 좌제 및 멸균 주사용액의 형태로 제형화하여 사용될 수 있다. 화합물을 포함하는 조성물에 포함될 수 있는 담체, 부형제 및 희석제로는 락토즈, 덱스트로즈, 수크로스, 솔비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨, 말티톨, 전분, 아카시아 고무, 알지네이트, 젤라틴, 칼슘 포스페이트, 칼슘 실리케이트, 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 미정질 셀룰로스, 폴리비닐 피롤리돈, 물, 메틸히드록시벤조에이트, 프로필히드록시벤조에이트, 탈크, 마그네슘 스테아레이트 및 광물유를 들 수 있다. 제제화할 경우에는 보통 사용하는 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제된다. 경구투여를 위한 고형제제에는 정제, 환제, 산제, 과립제, 캡슐제 등이 포함되며, 이러한 고형제제는 상기 화합물에 적어도 하나 이상의 부형제 예를 들면, 전분, 칼슘카보네이트(calcium carbonate), 수크로스(sucrose) 또는 락토오스(lactose), 젤라틴 등을 섞어 조제된다. 또한 단순한 부형제 이외에 마그네슘 스테아레이트, 탈크 같은 윤활제들도 사용된다. 경구 를 위한 액상 제제로는 현탁제, 내용액제, 유제, 시럽제 등이 해당되는데 흔히 사용되는 단순희석제인 물, 리퀴드 파라핀 이외에 여러 가지 부형제, 예를 들면 습윤제, 감미제, 방향제, 보존제 등이 포함될 수 있다. 비경구 투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결건조 제제, 좌제가 포함된다. 비수성용제, 현탁제로는 프로필렌글리콜(propylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다. 좌제의 기제로는 위텝솔(witepsol), 마크로골(macrogol), 트윈 (tween) 61, 카카오지, 라우린지, 글리세로제라틴 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 화합물의 바람직한 투여량은 환자의 상태 및 체중, 질병의 정도, 약물형태, 투여경로 및 기간에 따라 다르지만, 당업자에 의해 적절하게 선택될 수 있다. 그러나 바람직한 효과를 위해서, 본 발명의 화합물은 1일 0.0001 내지 100mg/kg으로, 바람직하게는 0.001 내지 10mg/kg으로 투여하는 것이 좋다. 투여는 하루에 한번 투여할 수도 있고, 수회 나누어 투여할 수도 있다. 상기 투여량은 어떠한 면으로든 본 발명의 범위을 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 화합물은 쥐, 생쥐, 가축, 인간 등의 포유동물에 다양한 경로로 투여될 수 있다. 투여의 모든 방식은 예상될 수 있는데, 예를 들면, 경구, 직장 또는 정맥, 근육, 피하, 자궁내 경막 또는 뇌혈관내(intracerebroventricular) 주사에 의해 투여될 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용 이 하기 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 펩타이드의 합성 및 정제
양친화성 구조를 갖는 최적의 항생 및 항암 펩타이드를 합성하기 위하여, 국내산 옴개구리의 표피에서 분리된 항생 및 항암 펩타이드인 개구린 5를 모분자로하여 이보다 훨씬 더 작은 크기의 새로운 항생 및 항암 펩타이드를 표준화된 Fmoc-법을 이용한 고상법 (Wellings, D. A., and Atherton, E., Methods Enzymol., 289 , pp44-67, 1997)으로 펩타이드 합성기(Model 90 manufactured by Advanced Chemtech, Inc.)를 사용하여 자동으로 합성하였다. 즉, 수지(Rink Resin) 70 mM을 반응 용기(reaction vessel)에 넣은 후에 수지에 대해 3 당량에 해당하는 아미노산, 아미노산에 대해 2 당량에 해당하는 HOBT(1-Hydroxybenzotriazole) 및 아미노산에 대해 2 당량에 해당하는 DIC(1,3-Diisopropylcarbodiimide)를 아미노산 용기(amino acid vessel)에 넣고 DMF(Dimethylformamide)10㎖로 녹인 다음, DMF를 사용하여 반응 용기의 수지를 스웰링(swelling)시켰다. 25% 피페리딘/DMF를 사용하여 수지의 Fmoc 기를 제거한 다음, DMF, DCM(Dichloromethane) 및 IPA(Isopropanol)을 사용하여 수지를 씻어내었다. 아미노산 용기 안에 녹아있는 아미노산을 반응 용기로 옮겨 수지와 함께 2~3시간 반응시켰다. 여러 개의 아미노산을 붙여나갈 경우, 상기의 과정을 연속해서 실행시켜 아미노산을 차례로 결합시킨 다음, 맨 마지막 아미노산의 N-말단에 붙어있는 Fmoc 기를 25% 피페리딘/DMF를 사용하여 제거하였다. 라이신이나 세린 잔기에 붙어있는 보호기(protecting group)를 제거하고, 합성된 펩타이드를 수지로부터 분리하기 위하여 10% TFA(Trifluoro acetic acid)/DCM 20㎖를 넣어 4시간 동안 반응시킨 후, 고체 수지를 걸러내고 반응액을 둥근 플라스크에 넣어 증류시켰다. 용매가 모두 증발되면 20% 아세토니트릴(0.1% TFA) 10㎖를 적가하여 다시 녹인 다음, 원심분리나 필터를 이용하여 여과한 후, 상등액을 동결건조하고 C-18 컬럼을 이용한 역상 HPLC(WE J55B5, HITACHI, 이동상:아세토나이트릴, 고정상:C-18 레진, 유속:1ml/min) 를 수행하여 정제하였다. 0.1% 트리플루오로아세트산(trifluoracetic acid)을 포함한 아세토니트릴/물 혼합용매를 사용하여 1㎖/분의 유속으로 45분간 수행하여 용리액 중 목적 펩타이드만이 검출된 분획들을 모아 동결건조하여 합성된 개구린 5의 항생 및 항염 펩타이드 유도체들인 모델25: F-L-G-W-L-F-K-V-A-K-K, 모델26: F-L-K-W-L-F-K-V-A-K-K, 모델27: F-L-G-W-L-F-K-V-A-W-K 및 모델28: F-L-W-W-L-F-K-W-A-W-K을 수득하였다.
실험예 1. 펩타이드의 항생 활성 측정
1-1. 생육 최소 저해 농도(MIC)의 측정
표준화된 마이크로딜루션 브로스 법(microdilution broth assay)으로 다양한 균주에 대한 MIC 측정을 함으로써 항생활성을 검증하였다. 브로스(Broth) 배지로는 루리아-베르타니(Luria-Bertani) 배지를 사용하여, 96-웰 마이크로타이터 플레이트의 레인 1 웰에 2㎎/㎖의 약물(상기 실시예 1에서 얻은 항생 펩타이드 유도체) 30㎕와 액체배지 270㎕ 넣고, 나머지 레인의 웰에는 배지만을 150㎕ 넣었다. 레인 1의 약물액 150㎕를 취해 레인 2에 섞어줌으로써 약물농도 2배 희석액을 만들었다. 같은 방식으로 이후 레인들에 대하여 2배씩 연속 희석(serial dilution)시킴으로써 각 웰에 최종 약물농도가 1.6 ~ 200㎍/㎖에서 2배 간격으로 희석되어 있는 150㎕의 약물액을 만들었다. 이후 3㎖ 브로스에서 106~108 cfu/㎖까지 키운 균주액을 각각의 웰에 25㎕ 씩 첨가한 후, 마이크로타이터 플레이트(microtiter plate)를 37℃에서 하루 밤 동안 배양한 다음, 각 샘플액의 UV 흡광도를 630nm에서 측정함으로써 균의 성장 여부를 파악하였다. 결과를 바탕으로 균의 성장을 완전히 저해시킨 약물농도 중 가장 작은 값을 생육 최소 저해 농도(MIC)로 결정하였다.
그 결과, 하기 표 1 에 나타낸 바와 같이 모델 펩타이드 유도체 모두 다양한 균주에 대해 항생작용을 보였으며, 항생능 또한 모분자인 개구린 5 에 비교하여 떨어지지 않았다.
1-2. 용혈활성(Hemolysis) 측정
건강한 남성으로부터 채취된 혈액 3㎖를 PBS(phosphate buffered saline, 등장액)와 1:1(v/v)로 섞은 후, 원심 분리하여 연막(buffy coat) 및 혈장을 제거하고 다시 생리식염수를 사용하여 3회 세척하여 순수한 적혈구를 분리하였다. 이를 20㎖ PBS에 현탁시켜 37℃, 수욕조에서 15분간 전배양하였다. 적혈구액 190㎖ 당 펩타이드액 10㎖씩 혼합하여 최종 펩타이드 농도가 100, 50, 25㎎/㎖ 인 혼합액을 각각 만든 다음, 이들을 37℃, 수욕조에서 30분간 배양한 후 원심분리하고 상등액을 100㎖ 씩 취해 각각 PBS 1㎖에 희석하여 550nm에서 흡광도를 측정하였다. 측정된 흡광 도와 0.2% 트리톤(Triton) X-100으로 처리한 세포 현탁액(cell suspension)의 흡광도와의 비로부터 % 용혈활성(hemolysis)을 계산하였다.
그 결과, 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 모델 펩타이드 유도체의 용혈 활성능도 모분자인 개구린 5와 마찬가지로 미약하므로 항생제 개발에 적합한 물질임을 확인할 수 있었으며, 특히 모델26이 좀 더 작은 용혈활성을 나타내었다.
최소 성장 저해 농도(㎍/㎖)
미생물 모델 25 모델 26 모델 27 모델 28 W4,8-GGN5N11
그램-양성 박테리아
바실리스 서브틸리스 6.3 3.2 6.3 3.2 3.2
스타필로코쿠스 아우레스 3.2 3.2 3.2 3.2 1.6
스타필로코쿠스 에피더미스 6.3 6.3 6.3 3.2 3.2
마이크로코쿠스 루테스 6.3 6.3 6.3 3.2 3.2
그램-음성 박테리아
에스체르치아 코라이(대장균) 12.5 12.5 25 >200 50
시겔라 디센타리아 25 25 12.5 >200 12.5
살모넬라 티피무리움 50 50 100 >200 >200
크레브지엘라 퓨움모니아 12.5 12.5 12.5 >200 50
프로테스 미라빌리스 >200 >200 >200 >200 >200
슈도모나스 아에루기노사 25 12.5 >200 >200 >200
펩타이드 농도 용혈 활성(Hemolysis) %
100㎍/㎖ 19.41 16.26 20.28 19.37 26.20
실험예 2. 펩타이드의 항암 활성 측정
2-1. 50% 저해 농도(IC 50 )의 측정
상기 실시예 1에서 얻은 본 발명의 펩타이드 유도체의 항암활성을 확인하기 위하여 문헌에 기재되어 표준화된 마이크로컬쳐 MTT 법(microculture MTT method , Angelina Quintero et al., J Pharm Pharmaceut Sci Vol.2, No.3, p 108-112, 1999 ; Jin Yung Kim et al., Bioog Med Chem Lett Vol.11, p 2405-2408, 2001 ; Ashutosh K. Pathak et al., J Am Coll Nutr . Vol. 21, No. 5, p 416-421, 2002)으로 8종의 세포 주(cell line)에 대한 IC50 측정을 함으로써 항암활성을 검증하였다.
본 실험에 사용한 8종의 세포주(cell lines)는 다음과 같다 : A498(신장), A549(폐), HCT116(결장), MKN45(위), NCl-H630(간), PC-3(전립선), SK-MEL-2(피부), and SK-OV-3(난소암 세포 주). 세포는 96 웰 마이크로타이터 플레이트(microtiter plates)에 분주되어 37℃ 온도에서 24시간동안 배양하였으며, 기하급수적인 성장시기(exponetial growth phase)시 약물을 가하였다. 웰의 세포는 디메틸 설폭사이드(dimethyl sulfoxide)를 녹인 것과 녹이지 않은 것에 접종되었다. 3일 동안의 배양 후에, 각각의 웰에 2 mg/ml 농도의 MTT 시약을 50ul씩 넣어주고, 3시간동안 배양했다. 상등액을 제거하고, 웰에 남아있는 포르마잔 크리스탈 (formazan crystals)을 녹이기 위해 약하게 흔들어 준 다음, 디메틸 설폭사이드(dimethyl sulfoxide) 150ul를 넣어주었다. 세포를 넣지 않은 웰을 블랭크(blank)로 잡고, 약물을 넣어주지 않은 웰의 세포를 세포 생존율(cell viability)의 기준으로 하여, 마이크로플레이트 리더(microplate reader)를 이용해서 570nm에서 광학기(SAFIRE, Tecan, Austria)흡광도를 즉시 측정하였다. 세포 성장에 대한 저해율은 하기와 같은 수학식 1로 계산하였다.
:세포 성장에 대한 저해율(%) = {1-(처리된 세포의 흡수성/비처리된 세포의 흡수성)} X 100
각각 세포의 IC50 값은 비처리된 기준 세포와 비교하여, 50% 흡수성의 감소를 유발하는 약물의 양으로 계산하였다.
그 결과, 하기 표 2, 도 3a 및 3e 에 나타낸 바와 같이 모델 펩타이드 모두 다양한 균주에 대해 항암작용을 보였으며, 항암능 또한 모분자인 개구린 5와 유사한 효능을 나타내었다.
암 세포주 (Tumor cell lines) IC50: mM
모델 25 모델 26 모델 27 모델 28
A498 41.21 21.48 n.a. n.a.
A549 25.2 14.53 20.36 15.88
HCT116 27 14.8 24.63 14.8
MKN45 26.7 22.51 24.31 13.77
NCI-H630 n.a. n.a. 48 57
PC-3 47.69 29.1 46.51 24.32
SK-MEL-2 27.39 22.25 13.97 13.16
SK-OV-3 24.76 12.55 22.06 14.58
*n.a.: not available; 3번의 독립적인 실험을 통해서도 신뢰할 수 있는 결과를 얻지 못함
본 발명의 약학조성물의 제제예를 설명하나, 본 발명은 이를 한정하고자 함이 아닌 단지 구체적으로 설명하고자 함이다.
제제예 1. 산제의 제조
실시예 1의 펩타이드 유도체 20 mg
유당 100 mg
탈크 10 mg
상기의 성분들을 혼합하고 기밀포에 충진하여 산제를 제조한다.
제제예 2. 정제의 제조
실시예 1의 펩타이드 유도체 10 mg
옥수수전분 100 mg
유당 100 mg
스테아린산 마그네슘 2 mg
상기의 성분들을 혼합한 후 통상의 정제의 제조방법에 따라서 타정하여 정제를 제조한다.
제제예 3. 캅셀제의 제조
실시예 1의 펩타이드 유도체 10 mg
결정성 셀룰로오스 3 mg
락토오스 14.8 mg
마그네슘 스테아레이트 0.2 mg
통상의 캡슐제 제조방법에 따라 상기의 성분을 혼합하고 젤라틴 캡슐에 충전하여 캡슐제를 제조한다.
제제예 4. 주사제의 제조
실시예 1의 펩타이드 유도체 10 mg
만니톨 180 mg
주사용 멸균 증류수 2974 mg
Na2HPO4·12H2O 26 mg
통상의 주사제의 제조방법에 따라 1 앰플당(2㎖) 상기의 성분 함량으로 제조한다.
제제예 5. 액제의 제조
실시예 1의 펩타이드 유도체 20 mg
이성화당 10 g
만니톨 5 g
정제수 적량
통상의 액제의 제조방법에 따라 정제수에 각각의 성분을 가하여 용해시키고 레몬향을 적량 가한 다음 상기의 성분을 혼합한 다음 정제수를 가하여 전체를 정제수를 가하여 전체 100㎖로 조절한 후 갈색병에 충진하여 멸균시켜 액제를 제조한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 개구린 5로부터 설계 및 합성된 항생 및 항암 펩타이드 유도체들은 그램 양성균 및 그램 음성균 모두에서 탁월한 항균활성을 나타낼 뿐만 아니라, 8종의 암 세포주(cancer cell lines) 에서 탁월한 항암활성을 나타내었다. 또한 인간 적혈구 세포에 대한 용혈활성 또한 매우 낮으므로 인체에 안전하며, 지금까지 알려진 항생 및 항암 펩타이드 중 가장 짧은 길이를 가지고 있으므로 약물로 개발시 흡수 및 약물 수송 등에서 매우 유리하므로 최적의 항생제 및 항암제로서 유용하게 사용될 수 있다.
서열목록 전자파일 첨부

Claims (10)

  1. F-L-G-A-L-F-K-V-A-S-K-V-L-P-S-V-K-C-A-I-T-K-K-C로 표기되는 개구린 5로부터 설계 및 합성된 F-L-G-W-L-F-K-W-A-K-K(Model 25)로 표시되는 항생 및 항암 페타이드 유도체.
  2. F-L-G-A-L-F-K-V-A-S-K-V-L-P-S-V-K-C-A-I-T-K-K-C로 표기되는 개구린 5로부터 설계 및 합성된 F-L-K-W-L-F-K-W-A-K-K(Model 26)로 표시되는 항생 및 항암 펩타이드 유도체.
  3. F-L-G-A-L-F-K-V-A-S-K-V-L-P-S-V-K-C-A-I-T-K-K-C로 표기되는 개구린 5로부터 설계 및 합성된 F-L-G-W-L-F-K-W-A-W-K(Model 27)로 표시되는 항생 및 항암 펩타이드 유도체.
  4. F-L-G-A-L-F-K-V-A-S-K-V-L-P-S-V-K-C-A-I-T-K-K-C로 표기되는 개구린 5로부터 설계 및 합성된 F-L-W-W-L-F-K-W-A-W-K(Model 28)로 표시되는 항생 및 항암 펩타이드 유도체.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 항생 및 항암 펩타이드 유도체 및 약학적으로 허용 가능한 담체를 포함하는 미생물로 인한 감염성 질환의 예방 및 치료용 약학조성물.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 감염성 질환은 포도상구균 식중독, 봉와직염(蜂窩織炎), 림프관염, 표저(疽), 뇨로감염증, 수막염, 복막염, 방광염, 호흡기 질환, 중이염, 폐렴 등의 화농성 염증 및 패혈증인 약학 조성물.
  9. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 항생 및 항암 펩타이드 유도체 및 약학적으로 허용 가능한 담체를 포함하는 암 질환 예방 및 치료용 약학조성물.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 암질환은 자궁경부암, 폐암, 췌장암, 비소세포성폐암, 간암, 결장암, 골암, 피부암, 두부 또는 경부 암, 피부 또는 안구내 흑색종, 자궁암, 난소암, 직장암, 위암, 항문부근암, 결장암, 유방암, 나팔관암종, 자궁내막암종, 질암종, 음문암종, 호지킨병(Hodgkin's disease), 식도암, 소장암, 내분비선암, 갑상선암, 부갑상선암, 부신암, 연조직 육종, 요도암, 음경암, 전립선암, 방광암, 신장 또는 수뇨관 암인 약학 조성물.
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