KR101351597B1 - 초유유래의 락토페린을 이용한 변형 프리온 단백질에 의해 유도되는 세포자멸사의 억제방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초유 유래 락토페린을 이용한 변형 프리온 단백질에 의해 유도되는 세포자멸사의 억제방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 락토페린을 처리함으로써 변형 프리온 단백질에 의해 유발되는 활성 산소종의 생성을 감소시켜 세포자멸사를 효과적으로 억제할 수 있다.

Description

초유유래의 락토페린을 이용한 변형 프리온 단백질에 의해 유도되는 세포자멸사의 억제방법{Method for inhibiting apoptosis caused by PrPsc using lactoferrin from colostrum}
본 발명은 락토페린을 이용한 변형 프리온 단백질에 의해 유도되는 세포자멸사의 억제방법에 관한 것이다.
프리온(Prion)은 기존의 병원체(박테리아, 바이러스, 곰팡이, 기생충)와는 전혀 다른 종류의 질병 감염인자로서, 보통의 바이러스보다 훨씬 작고, 유전물질인 핵산 없이 감염성 질환을 일으키는 특징을 가진다. 사람을 포함해 동물에 감염되면 뇌에 스펀지양 공포형성으로 신경세포의 사멸을 일으켜 퇴행성 신경질환을 유발한다.
프리온 질병은 현재까지도 정확한 발생기전이 밝혀져 있지 않으며, 많은 과학자들은 프리온 질환의 발생이 정상적인 프리온 단백질(PrPc)과 연관이 있을 것으로 추정하고 있다. 특정 상황에서 PrPc가 비정상적인 형태를 취하는데, 이를 변형 프리온 단백질 (PrPSc)이라 한다. PrPSc는 PrPc와 달리 서로 응집하는 경향이 있고, 이러한 PrPsc의 응집체가 전염성 해면상 뇌증(Tansmissible spongiform encephalopathy, TSE)의 전염성을 일으킨다고 추정하고 있다. PrPc는 3개의 나선구조(α helix)와 2개의 병풍구조(β sheet)로 이루어져 있다. PrPc는 현재까지 잘 알려지지 않은 기전을 통해 PrPsc로 전환되며 PrPsc는 PrPc보다 병풍구조가 더 많은 것으로 알려져 있다. 이러한 전환과정이 실제로 일어난다는 증거는, PrPc가 존재하지 않는 쥐에 PrPsc를 외부에서 주입하더라도 TSE가 발생하지 않는다는 것이다. PrPsc가 PrPc로 전환되기 위해서는 1개 이상의 샤페론 단백질이 주요한 역할을 할 것으로 추정된다. PrPc와 달리 PrPsc는 서로 응집하여 비수용성(insoluble)이 되고 단백분해효소 K(proteinase K)에 의해 완전 분해되지 않게 된다. PrPsc는 PrPc와 입체구조가 전혀 다름에도 불구하고, 생체의 면역시스템은 PrPsc를 외부물질로 인식하지 못하고 있다.
정상적인 프리온 단백질은 세포막에 존재하는 당단백질로서 대부분이 뇌에서 발현되며, 생체 내 기능에 대해서는 많이 밝혀져 있지는 않으나, 세포성장 및 부분적인 신호전달 기능을 갖는 것으로 알려져 있다. 모든 TSE 질병에 있어서 발병 기전은 신경세포의 사멸을 유도함으로써 뇌에 스폰지양 공동과 같은 병변을 일으켜, 뇌의 손상을 야기하는 것으로 알려져 있으나, 현재까지도 이러한 병변들이 PrPsc의 단독 작용에 의한 것인지 정상적인 프리온 단백질도 일부 관여를 하는지는 밝혀지지 않았다.
변형 프리온 단백질은 다양한 포유류에서 진행성 신경질환을 일으키며, 그 치사율은 100%에 이른다. 인간의 CJD, 소의 BSE, 양의 스크래피, 사슴의 CWD, 밍크의 TME 등이 대표적인 프리온 질병으로 알려져 있다. 일반적으로 이 질병은 동종 내에서 전파되지만 이종으로 전이되었을 때 더 큰 문제를 야기한다. 가장 대표적인 예로서 소의 BSE로부터 전이되어 발병한 인간의 vCJD를 들 수 있다. 현재 이러한 프리온 질병에 대한 예방 및 치료제는 실용화되지 않았다. 퀴나크린, 퀴놀린, RNA 엡타머 및 항 PrP 항체 등의 물질들이 항프리온 효과를 보이고 있지만, 세포 및 동물실험단계에 머물러 있고, 만족할만한 성과를 얻지 못한 실정이다. 따라서 프리온 질병의 예방 및 치료를 위한 연구 분야는 무한한 개발 가능성을 가지고 있다.
본 발명자들은 변형 프리온 단백질에 의해 유발되는 세포독성으로부터 세포를 보호하는 물질에 대해 연구하던 중, 초유로부터 유래한 락토페린이 프리온에 의한 세포자멸사를 효과적으로 억제할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 락토페린을 이용한 변형 프리온 단백질에 의해 유도되는 세포자멸사의 억제방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 락토페린을 이용한 변형 프리온 단백질에 의해 유도되는 세포자멸사의 억제방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 초유로터 쉽게 얻을 수 있는 락토페린을 처리함으로써 인체에 부작용이 없이 변형 프리온 단백질에 의한 세포자멸사를 억제할 수 있어 프리온 질병의 예방 및 치료에 유용하게 이용될 수 있다.
도 1은 락토페린 전처리에 의한 세포자멸사의 감소를 아넥신 V 에세이를 통해 분석한 결과를 나타낸 도이다.
도 2는 락토페린 전처리에 의한 세포자멸사의 감소를 아넥신 V에세이로 분석한 결과를 막대 그래프로 나타낸 도이다.
도 3은 락토페린 전처리에 의한, 활성산소종 생성 감소를 DCFHDA 에세이로 분석한 결과를 나타낸 도이다.
본 발명은 락토페린을 이용한 변형 프리온 단백질에 의해 유도되는 세포자멸사의 억제방법을 제공한다.
프리온(Prion)은 기존의 병원체 (박테리아, 바이러스, 곰팡이, 기생충)와는 전혀 다른 종류의 질병 감염인자로서, 보통의 바이러스보다 훨씬 작고, 유전물질인 핵산 없이 감염성 질환을 일으키는 특징을 가진다. 사람을 포함해 동물에 감염되면 뇌에 스펀지양 공포형성으로 신경세포의 사멸을 일으켜 퇴행성 신경질환을 유발한다고 알려져 있다. 특정상황에서 정상적인 프리온 단백질 (PrPC)이 비정상적인 형태를 취하는데, 이를 변형 프리온 단백질 (PrPsc)이라한다.
변형 프리온 단백질(PrPsc)에 의해 유발되는 질병은 인간의 쿠루병 (KURU), 크로이츠펠트-야콥 질병 (Creutzfeldt-Jakob Disease, CJD), 변형크로이츠펠트-야콥 질병 (Variant Creutzfeldt-Jakob disease, vCJD), 의원성 크로이츠펠트-야콥 질병 (iatrogenic Creutzfeldt-Jakob disease, iCJD), 가족성 크로이츠펠트-야콥 질병 (Familial Creutzfeldt-Jakob disease, fCJD), 산발성 크로이츠펠트-야콥 질병 (Sporadic Creutzfeldt-Jakob disease, sCJD), 거츠만-스트로이슬러-쉐인커병 ( Gerstmann-Straussler-Scheinker Syndrome, GSS), 치명적 가족성 불면증 (Fatal Familial Insomnia, FFI), 또는 치명적 산발성 불면증 (sporadic fatal insomnia, sFI) 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 락토페린은 변형 프리온 단백질에 의한 활성 산소종의 생성을 감소시킴으로써 세포자멸사를 억제한다.
본 발명의 변형 프리온 단백질(PrPsc)은 프리온 질병을 유발할 수 있는 비정상적 형태의 변형 프리온 단백질을 제한없이 포함할 수 있으며, 바람직한 일 예로써 재조합된 합성 PrP(106-126)(서열번호 1)를 프리온 유발을 위해 사용할 수 있다.
본 발명의 락토페린은 사람 또는 젖소의 초유, 우유, 혈액, 점액분비물, 침, 눈물 등으로부터 얻을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
변형 프리온 단백질에 의해 유도되는 세포자멸사를 억제하기 위하여 락토페린은 100μg/ml 내지 300μg/ml 농도로 처리할 수 있으며, 바람직하게는 200μg/ml 농도를 처리할 수 있다.
또한 락토페린은 변형 프리온 단백질 노출 전/후에 모두 처리 가능하나 바람직하게는 변형 프리온 단백질 노출 전에 처리할 수 있으며, 10 시간 내지 15 시간, 바람직하게는 12시간 동안 처리할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 재조합 PrP (106-126)의 제조
1.1 세포 배양 및 시약
인간 신경모세포종 세포 주(SH-SY5Y)는 ATCC(American Type Culture collection, Rockville, MD, USA)로부터 얻었다. 세포들을 5% CO2, 37℃의 환경조건으로 10%의 소태아혈청(Invitrogen-Gibco, Grand Island, NY, USA), 페니실린(100 units/ml) 및 스트렙토마이신(100 mg/ml)을 포함하는 최소필수배지(Invitrogen-Gibco, Grand Island, NY, USA)에서 배양하였다. 소의 초유로부터 얻어지는 락토페린은 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)로부터 구입하였다.
1.2 프리온 단백질 PrP (106-126) 합성
프리온 질병을 유발하기 위한 변형 프리온 단백질로써 합성 PrP(106-126)(서열번호 1: Lys-Thr-Asn-Met-Lys-His-Met-Ala-Gly-Ala-Ala-Ala-Ala-Gly-Ala-Val-Val-Gly-Gly-Leu-Gly)를 펩트론(서울, 한국)에 의뢰하여 합성하였다. 합성된 펩티드는 멸균 DMSO에서 10 mM 농도가 되도록 용해시키고 80℃에서 보관하였다.
1.3 웨스턴 블랏팅
인간 신경모세포종 세포 주(SH-SY5Y)는 용해 완충액(lysis buffer, 25mM HEPES; pH 7.4, 100 mM NaCl, 1 mM EDTA, 5 mM MgCl2, 0.1 mM DTT, 및 프로테아제 저해제 혼합물)에서 용해시켰다. 단백질은 10-15% SDS (sodium dodecyl sulfate) 겔 전기영동을 통해 분리하였고, 이후 면역블랏팅을 수행하였다. 동일한 양의 용해된 단백질을 10-15% SDS-폴리아크릴아미드 겔에 용해시키고 전기영동 방법을 이용하여 니트로셀룰로스 막으로 이동시켰다. HRP(horseradish peroxidase) 컨쥬케이트 이차 항체 및 ECL 키트를 이용하여 연속 배양을 수행하여 면역활성을 검출하였다. 면역블랏팅에는 phospho-JNK (Santa Cruz Biotechnology), Bcl-2 (Santa Cruz Biotechnology), phospho-AKT(Cell Signaling Technology) phospho-ERK (Cell Signaling Technology) 및 β-엑틴 (Santa Cruz Biotechnology)을 항체로 사용하였다.
실시예 2. 락토페린 처리에 의한 세포생존율 평가- 아넥신 V 에세이
락토페린이 인간 신경모세포종 세포 주(SH-SY5Y)의 세포자멸사에 미치는 영향을 분석하기 위하여, 제조업자의 프로토콜에 따라 아넥신 V 에세이로 세포 생존율을 평가하였다. 아넥신 V 함량은 488nm 여기광 및 525/30nm 방출광에서 Guava EasyCyte HT 시스템 (Millipore,Billerica, MA, USA)을 이용하여 형광을 측정하여 수행하였다. 보다 구체적으로는 SH-SY5Y 세포를 200μg/ml의 락토페린으로 12시간 동안 전처리한 실험군과 처리하지 않은 대조군으로 나누고 PrP 처리군은 100μM의 PrP(106-126)에 12시간 동안 노출시켰다.
결과는 도 1 및 도 2에 나타내었다.
도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 락토페린을 세포에 전처리 한 경우 재조합 프리온 단백질 PrP(106-126)이 유도하는 세포자멸사가 억제되었으며(도 1), 락토페린을 전처리 한 경우, 아넥신 V 양성 세포가 재조합 프리온 단백질 PrP(106-126)를 단독으로 처리한 경우에 비하여 약 20% 감소한 것을 확인하였다(도 2). 따라서, 락토페린은 변형 프리온 단백질에 의하여 유발되는 세포자멸사를 효과적으로 방지하여 세포의 생존율을 높일 수 있음을 알 수 있다.
실시예 3. 락토페린 처리에 의한 세포생존율 평가- DCFHDA 에세이
SH-SY5Y 세포들은 10μM의 2',7'-디클로로디하이드로플루오레세인 디아세테이트(2',7'-dichlorodihydrofluorescein diacetate, H2-DCFDA)를 포함하는 최소필수배지에서 37℃로 30분 동안 배양하였다. 세포들을 PBS(phosphate buffer saline)로 세척하고 용해완충액(25 mM HEPES; pH 7.4, 100 mM NaCl, 1 mM EDTA, 5 mM MgCl2, 0.1 mM DTT 및 프로테아제 저해제 혼합물)에서 용해시켰다. 용해된 세포들을 96-웰 플레이트의 신선한 배지로 이동시켰고 SpectraMax M2(Molecular Devices)를 이용하여 488nm의 여기 파장을 갖고 515nm에서 방출되는 형광을 측정하였다.
결과는 도 3에 나타내었다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 재조합 프리온 단백질 PrP(106-126)의 처리는 활성산소종(Reactive oxygen species, ROS)을 증가시켰으며, 락토페린을 전처리한 경우, 재조합 프리온 단백질 PrP(106-126)를 단독으로 처리한 경우에 비하여 활성산소종의 생성이 억제되었다. 따라서, 락토페린은 활성산소종의 생성에 의해 유발되는 세포자멸사를 효과적으로 억제할 수 있음을 알 수 있다.
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Claims (4)

  1. 락토페린을 이용하여 인간을 제외한 동물에서 변형 프리온 단백질(PrPsc)에 의해 유도되는 세포자멸사의 억제방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 락토페린은 변형 프리온 단백질에 의해 유발되는 활성 산소종 생성을 감소시키는 것을 특징으로 하는, 변형 프리온 단백질에 의해 유도되는 세포자멸사의 억제방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 락토페린을 100μg/ml 내지 300μg/ml 처리하는 것을 특징으로 하는, 변형 프리온 단백질에 의해 유도되는 세포자멸사의 억제방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 락토페린을 10 시간 내지 15 시간 동안 처리하는 것을 특징으로 하는, 변형 프리온 단백질에 의해 유도되는 세포자멸사의 억제방법.

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