KR101493737B1 - A screening method of a material inducing or inhibiting pin1 enzyme activation - Google Patents

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Abstract

본 발명은 Pin1 효소를 이용한 Pin1 효소의 활성화 유도 또는 억제 물질을 스크리닝하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 Pin1 효소의 활성화를 유도 또는 억제하는 물질을 효소-기질 반응을 통하여 검색함으로써 Pin1 효소의 활성화 유도 또는 활성화 억제 물질을 스크리닝하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 스크리닝 방법에 따르면, 간단한 실험만으로 효소 활성 여부를 측정하여 Pin1 효소의 활성화 유도 또는 억제 물질을 대량으로 스크리닝함으로써 효율적인 타겟 약물의 선정이 가능하다.The present invention relates to a method for screening a substance inducing or inhibiting activation of Pin1 enzyme using Pin1 enzyme, and more particularly, a method for screening a substance that induces or inhibits activation of Pin1 enzyme through an enzyme-substrate reaction, Inducing or activating inhibitory substance. According to the screening method of the present invention, it is possible to select the target drug efficiently by measuring the activity of the enzyme by a simple experiment and screening a large amount of substances inducing or inhibiting activation of the Pin1 enzyme.

Description

PIN1 효소 활성화 유도 또는 활성화 억제 물질의 스크리닝 방법{A SCREENING METHOD OF A MATERIAL INDUCING OR INHIBITING PIN1 ENZYME ACTIVATION}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a method for screening a PIN1 enzyme activation inducing or activating inhibitor,

본 발명은 Pin1 효소를 이용한 Pin1 효소의 활성화 유도 또는 활성화 억제 물질을 스크리닝하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 Pin1 효소의 활성화를 유도 또는 억제하는 물질을 효소-기질 반응을 통하여 검색함으로써 Pin1 효소의 활성화 유도 또는 억제 물질을 스크리닝하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for screening a substance that induces activation or activation of Pin1 enzyme using Pin1 enzyme and more specifically to a method for screening a substance that induces or inhibits activation of Pin1 enzyme through an enzyme- To a method of screening for an activating or inhibiting substance.

쇄골두개골형성이상(Cleidocranial dysplasia, CCD, OMIM 119600)은 선천성 골 질환으로, 형성부전성 쇄골(hypoplastic clavicles) 또는 재생불량성 쇄골(aplastic clavicles), 지연된 봉합 폐쇄(suture closure), 저신장(short stature) 및 기타 골격 이형들(other skletal anomalies)을 그 특징으로 한다(Jarvis 및 Keats, 1974). Cystic dysplasia (CCD, OMIM 119600) is a congenital osteoarthritis of the skull, including hypoplastic cysts or aplastic clavicles, delayed suture closure, short stature, Other skeletal anomalies are characterized by them (Jarvis and Keats, 1974).

CCD는 Runx2(Mundlos 등, 1997)의 반수체기능부전(haploinsufficiency)에 의하여 유발된다(Mundlos 등, 1997). Runx2(runt related transcription factor 2)는 고침투성(pentrant) 대립유전자이나, 그의 대립유전자 빈도는 CCD 증상 측면에서 매우 가변적인 유전자발현도를 갖는다(Golan 등, 2000; Zhou 등, 1999). 그러나, Runx2 대립유전자 중 많은 돌연변이들은 그의 mRNA 반감기를 감소시키고, 그의 전사촉진 도메인을 간섭하고, 그의 DNA 결합 활성을 감소시키는 것으로 확인되어 왔다(Yoshida 등, 2002; Yoshida 등, 2003). 그러나, 명백한 유전형-표현형 상관관계의 부재 및 단일한 Runx2 돌연변이를 갖는 군들 내에서도 존재하는 다수의 구분되는 CCD 표현형들은 여전히 설명되지 않은 채로 있다. 그럼에도 불구하고, CCD 모델에서 골 형성이 Runx2 투여량(dosage)에 대해 매우 민감성이라는 것은 공지이다(Lou 등, 2009). 실제로, 대부분의 Runt-관련 전사 인자들의 유전자 투여량에서의 변화들은 암을 포함한 많은 인간 질환들의 병인론에서의 일반적인 조절 메카니즘이다(Osato 등, 1999; Song 등, 1999). 이러한 메카니즘은 초파리 성별을 결정하는 역할을 한다(Duffy 및 Gergen, 1991).CCD is caused by haploinsufficiency of Runx2 (Mundlos et al., 1997) (Mundlos et al., 1997). Runx2 (runt related transcription factor 2) is a pentrant allele, but its allele frequency has a highly variable gene expression in terms of CCD symptoms (Golan et al., 2000; Zhou et al., 1999). However, many mutations among Runx2 alleles have been found to reduce its mRNA half-life, interfere with its transcriptional promoting domain, and decrease its DNA binding activity (Yoshida et al., 2002; Yoshida et al., 2003). However, the absence of obvious genotype-phenotypic correlations and the large number of distinct CCD phenotypes present in groups with a single Runx2 mutation remain unexplained. Nevertheless, the bone formation in CCD model Runx2 It is known to be very sensitive to dosage (Lou et al., 2009). In fact, changes in gene dosage of most Runt-related transcription factors are a common regulatory mechanism in the pathogenesis of many human diseases, including cancer (Osato et al., 1999; Song et al., 1999). This mechanism plays a role in determining Drosophila gender (Duffy and Gergen, 1991).

마우스 유전 연구는 Runx2 투여량이 CCD 표현형(Lou 등, 2009)의 침투의 중요한 결정인자라는 것을 나타내었다(Lou 등, 2009). 상기 연구는 유전형 Runx2 수준에서의 70% 감소가 CCD 증후군을 생성할 수 있음을 보고하였다. 이러한 발견은 CCD 환자들에서 관찰되는 골 표현형들의 범위가 Runx2의 기능적 활성에 있어서의 양적인 감소로 인한 것일 수 있음을 제안한다. 나아가, Runx2의 유전적 부족이 구조적으로 활성인 MEK1(MEK1-Ca)의 골아세포-특이적인 과잉발현에 의해 극복될 수 있고, 우성-음성 MEK1(Ge 등, 2007)의 발현에 의해 과장될 수 있음도 보고되었다. 이들을 함께 고려시, 이러한 결과들은 Runx2의 ERK/MAPK-유도된 인산화가 이의 전사활성을 자극할 수 있으며, 그에 따라 Runx2 이형접합체의 유전적 부족의 효과를 차폐할 수 있음을 나타낸다.Mouse genetic studies have shown that Runx2 dose is an important determinant of the penetration of the CCD phenotype (Lou et al., 2009) (Lou et al., 2009). The study reported that a 70% reduction in the genotype Runx2 level could produce the CCD syndrome. This finding suggests that the range of bone phenotypes observed in CCD patients may be due to a quantitative reduction in the functional activity of Runx2. Furthermore, the genetic deficiency of Runx2 can be overcome by osteoblast-specific overexpression of structurally active MEK1 (MEK1-Ca) and exaggerated by the expression of dominant-negative MEK1 (Ge et al., 2007) Has also been reported. Taken together, these results indicate that ERK / MAPK-induced phosphorylation of Runx2 can stimulate its transcriptional activity, thereby blocking the effect of the genetic deficiency of Runx2 heterozygotes.

Pin1(peptidylprolyl cis/trans isomerase, NIMA-interacting 1)은 펩티딜-프롤릴 시스-트랜스 이성질체(PPIase) 상과(superfamily)의 한 구성원으로, 프롤린 주쇄에서 고정된 펩티드 결합들의 시스-트랜스 배좌형태(conformations)의 이성질화를 촉매하고, 이에 따라 그의 배좌형태를 변경시킨다(Lu 등, 2007; Lu 및 Zhou, 2007; Yeh 및 Means, 2007). Pin1은 N-말단 WW 도메인을 갖는 기질들 중에서 포스포세린 또는 포스포트레오닌에 이어 프롤린을 함유하는 서열 모티프들(pS/T-P 모티프, 프롤린-유도된 인산화)을 특이적으로 인식한다(Lu 등, 2007; Lu 및 Zhou, 2007). 다양한 Pin1 인단백질 기질들이 오늘날까지 확인되어 왔으며, 이들 중 다수가 생물체들에 필수적인 것이다. Pin1의 생물학적 중요성은 이것이 고도로 조절됨을 의미한다. Pin1 타겟 서열들은 ERK, CDK 및 GSK3a을 포함하는 몇몇 단백질 키나아제들에 의해 공유되며(Hsu 등, 2001; Monje 등, 2005; Munoz 등, 2007; Patra 등, 1999; Yeh 등, 2004; Zheng 등, 2009), Pin1은 세포 시그널링(signaling) 및 Ser/Thr 키나아제 활성과 밀접히 관련되어 있다. 따라서, ERK-인산화 Runx2는 Pin1-매개된 형태적 및 기능적 변경들의 타겟일 수 있다.Pin1 (peptidylprolyl cis / trans isomerase, NIMA-interacting 1) is a member of the peptidyl-prolyl cis-trans isomer (PPIase) superfamily and forms a cis- conformations, thus altering the mode of its acquisition (Lu et al., 2007; Lu and Zhou, 2007; Yeh and Means, 2007). Pin1 specifically recognizes sequence motifs (pS / TP motif, proline-induced phosphorylation) that contain proline or phosphorothionine followed by proline among the substrates having the N-terminal WW domain (Lu et al., 2007 Lu and Zhou, 2007). A variety of Pin1 protein substrates have been identified to date and many of them are essential to organisms. The biological significance of Pin1 means that this is highly regulated. Pin1 target sequences are shared by several protein kinases including ERK, CDK and GSK3a (Hsu et al., 2001; Monje et al., 2005; Munoz et al., 2007; Patra et al., 1999; Yeh et al., 2004; ), Pin1 is closely related to cell signaling and Ser / Thr kinase activity. Thus, ERK-phosphorylated Runx2 may be the target of Pin1-mediated morphological and functional changes.

한편, 본 발명자들은 이전에 FGF-시그널링이 아세틸화 및 유비퀴틴화(ubiquitination)와 함께 연결되어(Jeon 등, 2006; Park 등, 2010), Runx2 인산화를 증진시키고 그의 전사촉진 활성을 자극한다는 것을 보여주었으나(Kim 등, 2006a; Kim 등, 2003), 이러한 인산화가 어떻게 단백질 활성 증가 및 안정화와 연결될 수 있는지는 현재까지 분명히 밝혀져 있지 않다.Meanwhile, the present inventors have previously shown that FGF-signaling is associated with acetylation and ubiquitination (Jeon et al., 2006; Park et al., 2010), promoting Runx2 phosphorylation and stimulating its transcriptional promoting activity (Kim et al., 2006a; Kim et al., 2003), it remains unclear how such phosphorylation can be linked to increased protein activity and stabilization.

KRKR 10-2006-006789510-2006-0067895 AA

본 발명의 발명자들은 Runx2 단백질이 인산화될 경우 Pin1 효소와 상호작용(interaction)이 가능하며, Pin1 효소에 의한 인산화된 Runx2 단백질의 구조적 변화는 p300을 매개로 하는 아세틸화(acetylation)의 증가를 통해 Runx2 단백질의 활성 및 안정성을 증가시킨다는 것을 밝혀서, 실질적으로 Runx2 단백질이 적게 발현되는 경우라도 Pin1 효소에 의한 적극적인 조절이 온전한 Runx2 단백질 활성이 되는 것과 같은 효과를 유발할 수 있다는 것을 밝혔다. 또한, Pin1 효소는 Runx2 뿐만 아니라, Runx1, Runx3와 같은 Runx family 단백질과 상호작용할 수 있으므로, Pin1 효소에 대한 활성 조절 약물이 결과적으로 Runx family 단백질이 관여하는 골형성 유도, 조혈 작용 및 항암 작용의 역할을 수행할 수 있다는 결과를 보여주었으며, 이러한 결과를 바탕으로 본 발명은 Pin1 효소의 활성화 유도 또는 활성화 억제 물질을 스크리닝하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.The inventors of the present invention can interact with the Pin1 enzyme when the Runx2 protein is phosphorylated and the structural change of the phosphorylated phosphorylated Runx2 protein by the Pin1 enzyme increases the p300 mediated acetylation through Runx2 The activity of the protein is increased and the stability of the protein is substantially increased. Thus, even if the protein is substantially expressed in the Runx2 protein, the active regulation by the Pin1 enzyme can produce the same effect as that of the full Runx2 protein activity. In addition, since the Pin1 enzyme can interact with Runx family proteins such as Runx1 and Runx3 as well as Runx2, the activity regulating drug for Pin1 enzyme results in the role of the osteogenesis induction, hematopoiesis and anticancer activities involved in the Runx family protein . Based on these results, the present invention provides a method for screening a substance that inhibits activation or activation of Pin1 enzyme.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 후보물질을 Pin1 효소에 노출시키고, 상기 Pin1 효소의 활성화를 측정하는 것을 특징으로 하는 Pin1 효소의 활성화 유도 또는 활성화 억제 물질의 스크리닝 방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method for screening a substance inducing activation or inhibition of activation of a Pin1 enzyme, which comprises exposing a candidate substance to a Pin1 enzyme and measuring activation of the Pin1 enzyme.

상기 Pin1 효소의 활성화는 효소-기질 반응을 통하여 측정되는 것이 바람직하다.The activation of the Pin1 enzyme is preferably measured through an enzyme-substrate reaction.

상기 효소-기질 반응에 사용되는 기질은 형광물질이 결합된 올리고 펩티드인 것이 바람직하다.The substrate used in the enzyme-substrate reaction is preferably an oligopeptide bound with a fluorescent substance.

상기 형광물질은 루시페린인 것이 바람직하다.The fluorescent material is preferably luciferin.

상기 올리고 펩티드는 서열번호 1 내지 서열번호 5로 이루어지는 군으로부터 선택되는 아미노산 서열인 것이 바람직하다.The oligopeptide is preferably an amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO:

상기 기질에 작용하는 효소는 키모트립신인 것이 바람직하다.The enzyme acting on the substrate is preferably chymotrypsin.

상기 스크리닝 방법은 (a) Pin1 효소, 형광물질이 결합된 기질 및 후보물질을 반응시키는 단계; (b) 키모트립신을 처리하는 단계; 및 (c) 형광을 검출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.The screening method comprises: (a) reacting a Pin1 enzyme, a substrate bound with a fluorescent substance, and a candidate substance; (b) treating chymotrypsin; And (c) detecting fluorescence.

상기 Pin1 효소의 활성화 유도 물질은 골조직 이상 질환의 예방 또는 치료용 후보물질인 것이 바람직하다.The Pin1 enzyme activation inducer is preferably a candidate substance for the prevention or treatment of an abnormal bone tissue disorder.

상기 골조직 이상 질환은 쇄골두개골형성이상(Cleidocranial dysplasia, CCD) 또는 두개골조기유합증(Craniosynostosis)인 것이 바람직하다.It is preferable that the abnormal bone tissue disorder is cleidocranial dysplasia (CCD) or craniosynostosis.

상기 Pin1 효소의 활성화 유도 물질은 조혈 작용 이상 질환의 예방 또는 치료용 후보물질인 것이 바람직하다.The Pin1 enzyme activation inducer is preferably a candidate substance for preventing or treating a hematopoietic disorder disease.

상기 Pin1 효소의 활성화 유도 또는 활성화 억제 물질은 암, 알츠하이머 또는 치매성 노인 병변의 치료용 후보물질인 것이 바람직하다.It is preferable that the substance inducing or activating activation of the Pin1 enzyme is a candidate substance for the treatment of cancer, Alzheimer's disease or demented geriatric lesion.

본 발명의 스크리닝 방법에 따르면, 간단한 실험만으로 효소 활성 여부를 측정하여 Pin1 효소의 활성화 유도 또는 활성화 억제 물질을 대량으로 스크리닝함으로써 골형성 이상 질환, 조혈 작용 이상 질환, 항암제, 알츠하이머 및 치매성 노인 병변의 치료제로서의 효율적인 타겟 약물의 선정이 가능하다.According to the screening method of the present invention, enzymatic activity is measured by a simple experiment to quantitatively screen substances that induce activation or activation of Pin1 enzyme. Thus, osteoporosis diseases, hematopoietic disorders, anticancer agents, Alzheimer's disease and demented geriatric lesions It is possible to select an effective target drug as a therapeutic agent.

도 1은 Pin1 돌연변이 배아에서 손상된 골격 성장의 양상을 보여주는 결과이다.
도 2는 Pin1이 인산화 의존적 방식으로 Runx2의 C-말단 도메인과 상호작용함을 보여주는 결과이다.
도 3은 Pin1이 Runx2 단백질을 핵내 영역으로 유도함을 보여주는 결과이다.
도 4는 Pin1이 Runx2를 안정화시킴을 보여주는 결과이다.
도 5는 인산화된 Runx2의 Pin1 매개된 구조 변화가 골아세포분화에서 FGF 시그널의 타겟임을 보여주는 결과이다.
도 6은 Pin1이 Runx2의 트랜스-활성에 필수적임을 보여주는 결과이다.
도 7은 골 형성 과정에서 Runx2의 양방향 조절의 양상을 보여주는 모식도이다.
도 8은 Pin1이 Runx2의 인산화 및 아세틸화에 관여함을 함을 보여주는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 Pin1 효소 활성화 유도 또는 억제 물질 스크리닝 방법에 사용되는 효소-기질 반응을 모식적으로 나타낸 그림이다. 1은 기질이 되는 펩티드를 나타내고, 2는 숙신산을 나타내고, 3은 아미노루시페린을 나타내고, 4는 이성질화 효소의 투입 및 반응으로 이성질체 구조가 변화됨을 나타내고, 5는 추가로 투입된 키모트립신이 루시페린을 분리하고, 분리되어 활성화된 루시페린을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 Pin1 효소 활성화 유도 또는 활성화 억제 물질 스크리닝 방법을 순서대로 보여주는 그림이다.
Figure 1 shows the result of showing the appearance of damaged skeletal growth in the Pin1 mutant embryo.
Figure 2 shows the result of Pin1 interacting with the C-terminal domain of Runx2 in a phosphorylation dependent manner.
Figure 3 shows that Pin1 induces Runx2 protein into the intranuclear region.
Fig. 4 shows the result that Pin1 stabilizes Runx2.
Figure 5 shows that the Pin1 mediated structural change of phosphorylated Runx2 is a target of FGF signaling in osteoblast differentiation.
Fig. 6 shows the results showing that Pin1 is essential for the trans-activation of Runx2.
FIG. 7 is a schematic diagram showing the manner of the bidirectional regulation of Runx2 in the bone formation process. FIG.
8 is a schematic diagram showing that Pin1 is involved in phosphorylation and acetylation of Runx2.
FIG. 9 is a diagram schematically showing the enzyme-substrate reaction used in the method for screening or inhibiting Pin1 enzyme activation of the present invention. 1 indicates a peptide to be a substrate, 2 indicates succinic acid, 3 indicates aminorhprerin, 4 indicates that isomerization is changed due to introduction and reaction of isomerizing enzyme, and 5 indicates that further added chymotrypsin separates luciferin Lt; RTI ID = 0.0 > luciferin < / RTI >
FIG. 10 is a sequence chart showing a screening method for the Pin1 enzyme activation inducing or activating inhibitory substance of the present invention.

본 발명은 Pin1 효소가 FGF2 신호에 의해 인산화된 Runx2 단백질(p-Runx2)을 구조적으로 Cis-trans 변화시킴으로서, p-Runx2의 단백질 활성 및 안정성이 증가하여 결과적으로 골조직 형성을 유도한다는 결과를 토대로, Pin1이 결합할 수 있는 Runx1, Runx2 및 Runx3 등의 Runx family 단백질의 C-terminus쪽 아미노산 서열을 본 발명의 Pin1 효소의 활성화 유도 또는 억제 물질 스크리닝 방법의 효소-기질 반응의 기질로 적용하고자 하였다.The present invention is based on the conclusion that the Pin1 enzyme structurally changes the Runx2 protein (p-Runx2) phosphorylated by the FGF2 signal to Cis-trans to increase the protein activity and stability of p-Runx2, The amino acid sequence of the C-terminus of Runx family proteins such as Runx1, Runx2 and Runx3, to which Pin1 can bind, was applied as a substrate for the enzyme-substrate reaction of the method for screening or activating the Pin1 enzyme of the present invention.

그러므로, Pin1 효소는 조혈 작용의 주요 유전자인 Runx1, 골형성의 주요 유전자인 Runx2 및 항암 작용의 Runx3 단백질의 활성 및 세포 내 안정성을 증가시키는 바, Pin1 효소의 활성화 증가 또는 Runx1, Runx2, Runx3 단백질과의 상호작용 증가는 Runx1, Runx2, Runx3의 양이 낮아져 있는 병리적 현상에서도 정상적인 상태로 회복 유도가 가능한바, 골형성 및 골대사에 관련된 여러 가지 질환, 조혈 작용 이상 질환 및 암, 알츠하이머, 치매성 노인 병변의 예방 또는 치료용으로서 역할이 가능하다.Therefore, the Pin1 enzyme increases the activity and intracellular stability of Runx1, the major gene of hematopoiesis, Runx2, the major gene of bone formation, and Runx3, which is an anticancer activity, and increases the activation of Pin1 enzyme or Runx1, Runx2, Runx3 protein The increase of the interaction between the two is possible to induce recovery to a normal state even in a pathological state in which the amount of Runx1, Runx2 and Runx3 is low. Various diseases related to bone formation and bone metabolism, diseases with hematopoietic disorders and cancer, Alzheimer's disease, It can serve as a preventive or remedy for lesions.

따라서, 본 발명은 후보물질을 Pin1 효소에 노출시키고, 상기 Pin1 효소의 활성화를 측정하는 것을 특징으로 하는 Pin1 효소의 활성화 유도 또는 활성화 억제 물질의 스크리닝 방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a screening method for activating or inhibiting activation of Pin1 enzyme, which comprises exposing a candidate substance to a Pin1 enzyme and measuring activation of the Pin1 enzyme.

상기 Pin1 효소의 활성화 유도 또는 활성화 억제는 효소-기질 반응을 통하여 측정되는 것이 바람직하다. 상기 효소-기질 반응에 사용되는 기질은 형광물질이 결합된 올리고 펩티드인 것이 바람직하다. 상기 형광물질은 루시페린(luciferin)인 것이 바람직하다. 상기 올리고 펩티드는 서열번호 1 내지 서열번호 5로 이루어지는 군으로부터 선택되는 아미노산 서열인 것이 바람직하다. 상기 기질에 작용하는 효소는 키모트립신인 것이 바람직하다. 본 발명의 방법은 (a) Pin1 효소, 형광물질이 결합된 기질 및 후보물질을 혼합하는 단계; (b) 키모트립신을 투입하는 단계; 및 (c) 형광을 검출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.The induction or inhibition of activation of the Pin1 enzyme is preferably measured through an enzyme-substrate reaction. The substrate used in the enzyme-substrate reaction is preferably an oligopeptide bound with a fluorescent substance. The fluorescent material is preferably luciferin. The oligopeptide is preferably an amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: The enzyme acting on the substrate is preferably chymotrypsin. The method of the present invention comprises the steps of (a) mixing a Pin1 enzyme, a substrate bound with a fluorescent substance and a candidate substance; (b) introducing chymotrypsin; And (c) detecting fluorescence.

바람직한 구체예로서, 본 발명의 Pin1 효소의 활성화 유도 또는 억제 물질 스크리닝 방법은 이성질화효소(Isomerase)인 Pin1의 활성도 측정을 위한 물질로서, 형광물질(루시페린) 앞에 이성질화효소의 기질이 되는 부분을 결합하여, 이성질화효소의 활성을 유발할 수 있는 물질(X)이 첨가된 경우 Cis-Trans 이성질화에 의해 상기 물질의 구조가 변화하여 형광물질이 발현되도록 하는 원리를 이용하여 물질 X가 이성질화 효소의 활성을 유도 또는 억제할 수 있는지 시각적, 정량적으로 확인가능하도록 설계한 물질을 이용한 검정 방법이다.As a preferable example, the method for screening the activation or inhibition of Pin1 enzyme of the present invention is a substance for measuring the activity of Pin1, which is isomerase, and the part which becomes the substrate of the isomerization enzyme before the fluorescent substance (luciferin) When the substance X capable of inducing the activity of the isomerization enzyme is added, the structure of the substance is changed by the Cis-Trans isomerization so that the fluorescent substance is expressed, whereby the substance X is converted into the isomerization enzyme The activity of the substance can be visually and quantitatively confirmed.

상기 기질로서 사용되는 형광물질이 결합된 올리고 펩티드의 아미노산 서열은 Suc-Ala-Xaa-Pro-Phe-(4-)-luciferin일 수 있다. 여기에서, Suc은 숙신산을 나타내고, 뒤에 따라오는 아미노산 서열의 보호를 위한 것이다. 서열번호 1 내지 서열번호 5로 표시되는 4개의 아미노산 서열은 Ala-Xaa-Pro-Phe으로서 Xaa는 알라닌(Alanine), 류신(leucine), 페닐알라닌(phenylalanine), 글루탐산(glutamic acid) 또는 아스파르트산(aspartic acid)일 수 있다. luciferin은 루시페라아제(luciferase)의 기질로서, 반응하여 형광을 나타내며 일반적인 에세이 도구로서 많이 이용되는 형광물질이다.The amino acid sequence of the fluorophore-linked oligopeptide used as the substrate may be Suc-Ala-Xaa-Pro-Phe- (4 -) - luciferin. Here, Suc represents succinic acid and is intended to protect the amino acid sequence that follows. The four amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 5 are Ala-Xaa-Pro-Phe wherein Xaa is alanine, leucine, phenylalanine, glutamic acid, or aspartic acid acid. luciferin is a substrate of luciferase that reacts to fluorescence and is a fluorescent substance widely used as a common assay tool.

이성질화효소(Isomerase)는 하나의 분자(화합물, 단백질 등)를 화학식은 같으나 구조적으로 다른 이성질체로 변화하는 과정을 촉매하는 효소로서, 본 발명에서는 특이적으로 Pin1 isomerase(Peptidyl prolyl cis/trans isomerase 1)를 주 목표로 설계되었으나, 효소의 특이적인 리간드 부위를 치환함으로서 다른 종류의 이성질화효소의 활성도 측정에도 사용이 가능하다.Isomerase is an enzyme that catalyzes the process of converting one molecule (compound, protein, etc.) into an isomer of the same chemical formula but structurally different. In the present invention, specifically, Pin 1 isomerase (Peptidyl prolyl cis / trans isomerase 1 ), But it can also be used to measure the activity of other isomerases by substituting the specific ligand site of the enzyme.

Pin1 효소는 알츠하이머 질환의 병리적 타겟인 tau 단백질의 변성에 관여하여 그 병리적 진행을 완화하는 기능이 알려져 있으며, 세포의 사멸 및 증식에 관여하는 여러가지 단백질의 구조적 변화를 유도함으로서 그 기능적 활성등에 영향을 미치는 것으로서 지속적으로 관심이 증가되고 있는 효소(isomerase)이다. 본 발명자들은 이 외에도 Pin1 효소에 의해 골생성이 촉진될 수 있다는 여러가지 결과를 토대로 Pin1 효소의 활성도를 증가 또는 억제시킬 수 있는 물질을 스크리닝해내는 것이 중요하다는 사실을 인지하고 상기 에세이 방법을 위한 물질을 설계하게 되었다.The Pin1 enzyme is known to be involved in the degeneration of tau protein, a pathological target of Alzheimer's disease, and alleviates its pathological progress. It induces structural changes of various proteins involved in cell death and proliferation, And is an isomerase that is continuously increasing in interest. The present inventors have also recognized that it is important to screen for a substance capable of increasing or inhibiting the activity of Pin1 enzyme based on various results that bone formation can be promoted by the Pin1 enzyme, Design.

이성질화효소(isomerase)는 주로 특정 아미노산 서열을 그 기질로 하여, 그 서열을 가지는 단백질과 상호작용하여 그 구조를 Cis-Trans 광학 이성질체 형으로 가역적으로 변화시킨다. 그 기질이 되는 서열은 이성질화 효소마다 다양하지만, Pin1 효소의 경우 10개 이하의 짧은 펩타이드 서열로서 서열은 Alanine(A)-Glutamic Acid(E)-Prolin(P)-Phenylalanine(F)이 대표적이며, 이 구조는 Prolin과 Phnylalanine이 Cis구조를 띠고 있고, 이 구조가 이성질화효소에 의해 반응할 경우 다른 잔기의 변화 없이 trans 구조로 이성질체의 변화만을 유도하는 것으로 알려져 있다. 이 외에도 Alanin(A)-Leucine(L)-Proline(P)-Phenylalanine(F), A-D(Aspartic acid)-P-F, A-A(alanin)-P-F와 Alanin의 숫자만이 증가하는 A-A-A-P-F의 서열도 그 작용 기작이 알려져 있다.The isomerase mainly interacts with a protein having the sequence of a specific amino acid sequence as its substrate and reversibly changes its structure into a Cis-Trans optical isomer form. The sequence that becomes the substrate varies depending on the isomerization enzymes, but the Pin1 enzyme has fewer than 10 short peptide sequences, and Alanine (A) -Glutamic Acid (E) -Prolin (P) -Phenylalanine , It is known that Prolin and Phnylalanine have a Cis structure, and when this structure is reacted by isomerizing enzyme, it only induces isomeric changes in the trans structure without changing the other residues. In addition, the sequence of AAAPF, in which the number of Alanin (A) -Leucine (L) -Proline (P) -Phenylalanine (F), AD (Aspartic acid) -PF, AA Mechanism is known.

특정 단백질을 목표로 하는 약물의 스크리닝 방법은 여러 가지가 사용되나, 이중 대표적인 방법은 약물에 의해 단백질의 활성이 있는 경우 marker가 되는 물질이 분리 또는 활성화되어 표시되는 방법이 주로 사용된다. 이런 marker에는 효소 반응을 통해 특정 색을 나타내거나, 빛을 흡수하여 형광을 나타내거나 하는 등이 이용될 수 있는데, 이중 luciferin은 형광의 유무를 통해 쉽게 단백질의 활성도를 측정할 수 있고, 형광의 강도를 비교하여 매우 민감한 정도로 단백질의 활성 정도를 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 96-well plate등에 간단하게 실험할 수 있어 다양한 종류의 약물을 한번에 분석 및 비교가 가능하다는 장점이 있어 주로 사용되고 있다. A variety of screening methods for drugs targeting a specific protein are used, but representative methods include a method in which a marker is separated or activated when the protein is activated by a drug. These markers can be used to express specific colors through enzymatic reactions or to absorb fluorescence by absorbing light. Among them, luciferin can easily measure the activity of proteins through the presence or absence of fluorescence, and the intensity of fluorescence , It is possible to measure the degree of activity of the protein to a very sensitive level, and it can be easily assayed on a 96-well plate, so that it is advantageously used for analyzing and comparing various kinds of drugs at once.

본 발명의 Pin1 효소의 활성화 유도 또는 억제 물질 스크리닝 방법은 기질이 되는 peptide 서열 뒤에 Cis 구조로 luciferin을 연결한 물질과 Pin1 효소 및 펩티드 분해효소로서 chymotrypsin을 버퍼에 넣어 한개의 well에 준비하고, 여기에 Pin1 효소를 활성화를 유도 또는 억제시킬 것으로 예상되는 약물 후보(X)를 처리하여 반응을 시키는 것으로 실험은 완료된다. 약물 후보 X가 Pin1 효소를 활성화시키는 능력이 있는 경우, X에 의해 활성화된 Pin1 효소는 상기 형광물질이 결합된 기질의 펩티드 서열에 결합하여 Cis 구조를 Trans구조로 바꾸게 되고, 이러면 Cis구조일 때는 구조적으로 가려져 있던 chymotrypsin의 결합부위가 Trans 구조에서는 접근 가능하게 되어 상기 형광물질이 결합된 기질로부터 형광물질인 luciferin이 분리되어 떨어진다. 떨어진 luciferin의 양에 따라 lucifrase assay kit를 통해 형광의 강도를 측정하게 되고 이것은 Pin1 효소의 활성 유무를 알 수 있게 한다. 또한, 약물 후보 X가 Pin1 효소를 활성화 억제시키는 능력이 있는 경우, 약물 후보 X 무처리의 대조군과 비교하여 효소 활성이 낮아져 형광이 감소하는 것으로서 확인될 수 있다.In the method for screening or activating the Pin1 enzyme of the present invention, luciferin is linked to a Cis structure followed by a peptide sequence serving as a substrate, a chimotrypsin as a Pin1 enzyme and a peptide degrading enzyme is prepared in a single well, The experiment is completed by treating the drug candidate (X), which is expected to induce or inhibit activation of the Pin1 enzyme, to effect the reaction. When the drug candidate X has the ability to activate the Pin1 enzyme, the Pin1 enzyme activated by X binds to the peptide sequence of the substrate bound to the fluorescent substance to change the Cis structure to the Trans structure, The ligation site of chymotrypsin which is hidden by the fluorescent moiety becomes accessible in the Trans structure, and luciferin, which is a fluorescent substance, is separated from the substrate bound to the fluorescent substance. The luciferase assay kit is used to measure the fluorescence intensity according to the amount of luciferin. In addition, when the drug candidate X has the ability to inhibit the activation of the Pin1 enzyme, it can be confirmed that the activity of the enzyme is lowered and the fluorescence decreases as compared with the control group of the drug candidate X-treated.

이하에서는, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 도 10에 모식적으로 설명되어 있다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. An embodiment of the present invention is schematically illustrated in Fig.

[[ 실시예Example ]]

1. One. Runx2Runx2 의 안정화에서 In the stabilization of Pin1Pin1 의 역할과 And Runx2Runx2 Wow Pin1Pin1 의 상호작용 규명Identification of interaction

1-1. 재료 및 방법1-1. Materials and methods

1-1-1. 마우스 계통1-1-1. Mouse system

Pin1 및 Runx2 결핍 마우스들을 동일한 백그라운드(background) 계통으로부터 유도하였으며, 이는 이전 기술에서 설명된 바에 따랐다(Fujimori 등, 1999; Komori 등, 1997). Runx2 및 Pin1 간의 유전적 상호작용 분석을 위하여, Runx2+/+ Pin1+/- 및 Runx2+/- Pin1+/- 마우스들을 이형접합성 Runx2 및 Pin1 마우스들로부터 수득하였으며, Runx2+/+ Pin1+/- 및 Runx2+/- Pin1+/- 마우스들간의 이종교배로부터 자손을 이어서 생산하였다. 모든 동물 실험들은 서울대학교 동물 자원 연구실 및 사용 위원회(Seoul National University Institute of Laboratory Animal Resources and Use Committee)의 인가를 미리 받고 수행하였다.Pin1 and Runx2 deficient mice were derived from the same background system, as described in the prior art (Fujimori et al., 1999; Komori et al., 1997). Runx2 + / + Pin1 +/- and Runx2 +/- Pin1 +/- mice were obtained from heterozygous Runx2 and Pin1 mice and Runx2 + / + Pin1 +/- and Runx2 +/- Pin1 +/- mice were obtained from Runx2 and Pin1 mice for Runx2 and Pin1 genetic interaction analysis. - The offspring were successively produced from the crossbreeding between the mice. All animal experiments were conducted with approval from Seoul National University Institute of Animal Resources and Use Committee.

1-1-2. 세포 배양, 형질감염 및 시약1-1-2. Cell culture, transfection and reagents

MC3T3-E1 세포를 α-최소 필수 배지(MEM)에서 유지하고, HEK-293 및 C2C12 세포를 항생제가 보강된 10% 열-비활성화 우태혈청을 갖는 둘베코 변형 이글배지(DMEM/10% FBS)에서 유지하였다. 이전 기술에서 설명된 바에 따라(Fujimori 등, 1999), 마우스 배아 섬유아세포(MEFs)을 Pin1+/+, Pin1+/- 및 Pin1-/- 유전형을 갖는 E13.5 배아로부터 분리하였다. MEFs를 DMEM/10% FBS에서 배양하고, 3~5계대의 세포를 사용하였다. MC3T3-E1의 골생성 배양을 위하여, 상기 배지를 아스코르빈산 및 β-글리세로포스페이트로 보강하였다.MC3T3-E1 cells were maintained in α-minimal essential medium (MEM) and HEK-293 and C2C12 cells were cultured in Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM / 10% FBS) with 10% heat-inactivated fetal serum supplemented with antibiotics Respectively. Mouse embryonic fibroblasts (MEFs) were isolated from E13.5 embryos with the Pin1 + / +, Pin1 +/- and Pin1 - / - genotypes as described in the prior art (Fujimori et al., 1999). MEFs were cultured in DMEM / 10% FBS and 3-5 cells were used. For osteogenic cultures of MC3T3-E1, the medium was augmented with ascorbic acid and beta -glycerophosphate.

1-1-3. 형질감염1-1-3. Transfection

MC3T3-E1 또는 C2C12 세포로의 siRNA 및 DNA 형질감염을 위하여 네온 형질감염 시스템(Invitrogen, San Diego, CA)을 이용하였다. 공동-형질감염 실험은 D-펙션(D-Fection) 시약을 이용하여 달성되었으며(Lugen Sci, Korea), HEK-293 세포의 형질감염은 Polyget 시약(SignaGen Laboratory)을 이용하여 제조자 설명에 따라 수행되었다.Neon transfection systems (Invitrogen, San Diego, CA) were used for siRNA and DNA transfection into MC3T3-E1 or C2C12 cells. Co-transfection experiments were performed using D-Fection reagent (Lugen Sci, Korea) and transfection of HEK-293 cells was performed according to the manufacturer's description using Polyget reagent (SignaGen Laboratory) .

1-1-4. 1-1-4. Pin1Pin1 넉다운Knockdown

4개의 설치류 Pin1 siRNAs의 혼합물인 SMART 풀(pool) siRNAs을 Dharmacon(Chicago, IL)에 의해 설계 및 그로부터 구입하였다. 비-표적화 siRNA도 Dharmacon으로부터 구입하고 음성 대조군으로서 사용하였다.SMART pool siRNAs, a mixture of four rodent Pin1 siRNAs, were designed and purchased from Dharmacon (Chicago, IL). Non-targeted siRNA was also purchased from Dharmacon and used as a negative control.

1-1-5. 1-1-5. RNARNA 추출 및 정량적 실시간  Extraction and Quantitative Real-time PCRPCR (( qPCRqPCR ) 발현 분석) Expression analysis

총 RNA를 easy-BLUE™ 총 RNA 추출키트를 사용하여 신생 마우스들의 전체 대퇴골들로부터 추출하였다(액체 질소 내에서 파쇄하여 균질화함). SuperScript II 제 1가닥 합성 시스템 역전사제 키트(Invitrogen)를 사용하여, 1㎍의 총 RNA로부터 cDNAs를 합성하였다. 약 100ng의 RNA를 상대 qPCR 중 각 반응에 사용하였다.Total RNA was extracted from the entire femurs of the newborn mice using an easy-BLUE (TM) total RNA extraction kit (homogenized by shredding in liquid nitrogen). SuperScript II First Strand Synthesis System cDNAs were synthesized from 1 g of total RNA using a reverse transcription kit (Invitrogen). Approximately 100 ng of RNA was used for each reaction in the relative qPCR.

1-1-6. 1-1-6. GSTGST 풀-다운 분석,  Full-down analysis, 면역침강Immune sedimentation ( ( IPIP ) 미 ) US 면역블롯Immunoblot 분석 analysis

세포 추출물들을 Na3V04를 포함하는 프로테아제 및 포스파타아제 저해제들이 보충된 50mN HEPES(pH7.5), 150 mM NaCl, 100 mM NaF, 1 mM DTT, 1 mM EDTA, 0.25% Na-데옥시콜레이트, 0.25% CHAPS, 1% NP-40 및 10% 글리세롤 용균 버퍼에서 제조하였다. 아세틸화 및 단백질 안정화 분석을 위하여, 버퍼를 1mM NaB 또는 1μM MG132로 보충하였다. 면역블롯 분석들을 위하여, 세포들을 0.2% SDS 함유 버퍼에서 용균하였다. 재조합 GST 또는 GST-Pin1 단백질(2㎍)을 MC3T3-E1 또는 일시 형질감염된 HEK-293 세포들로부터의 Runx2 단백질들을 함유하는 용균물들과 함께 4℃에서 2시간 동안 인큐베이션하였다. 그 후, 글루타티온 아가로오스 비즈를 첨가하고, 그 혼합물을 30분 동안 인큐베이션하였다. 인산화-의존성 상호작용을 검사하기 위하여, 세포들을 포스파타아제 저해제 없이 결합 버퍼에서 용균시키고, 결과의 세포 추출물을 GST-Pin1 풀-다운 분석 전에 람다 포스파타아제와 함께 실온에서 30분 동안 인큐베이션하였다. 침강된 단백질을 그 후 특정 항체들을 이용한 면역블롯 검출로 분석하였다. Runx2 및 Pin1의 co-IP를 위하여, Runx2 및 MEK1-Ca를 공벡터 Pin1-WT 또는 Pin1-W34A와 조합하여 HEK-293 세포에서 일시적으로 발현시켰다. 세포 용해물들을 항-Pin1 항체와 3시간 동안 인큐베이션하고, 아가로오스 비즈를 첨가하고, 전체 혼합물을 1시간 동안 인큐베이션하였다. 그 후, 공동-정제된 단백질을 특정 항체들을 이용하여 면역블롯 분석에 투입하였다. 아세틸화 또는 포스포릴화 Runx2의 검출은 동일한 IP 조건을 이용하여 수행하였다.Cell extracts were resuspended in 50 mM HEPES (pH 7.5), 150 mM NaCl, 100 mM NaF, 1 mM DTT, 1 mM EDTA, 0.25% Na-deoxycholate supplemented with protease and phosphatase inhibitors containing Na 3 VO 4 , 0.25% CHAPS, 1% NP-40 and 10% glycerol lysis buffer. For acetylation and protein stabilization assays, the buffer was supplemented with 1 mM NaB or 1 M MG132. For immunoblot analyzes, cells were lysed in a buffer containing 0.2% SDS. Recombinant GST or GST-Pin1 protein (2 [mu] g) was incubated with MC3T3-E1 or lysate containing Runx2 proteins from transiently transfected HEK-293 cells for 2 hours at 4 [deg.] C. Then, glutathione agarose beads were added and the mixture was incubated for 30 minutes. To examine phosphorylation-dependent interactions, cells were lysed in binding buffer without phosphatase inhibitor and the resulting cell extracts were incubated with lambda phosphatase for 30 minutes at room temperature prior to GST-Pin1 pull-down analysis. The precipitated protein was then analyzed by immunoblot detection using specific antibodies. Runx2 and MEK1-Ca were transiently expressed in HEK-293 cells in combination with the co-vector Pin1-WT or Pin1-W34A for co-IP of Runx2 and Pin1. Cell lysates were incubated with anti-Pin1 antibody for 3 hours, agarose beads were added, and the entire mixture was incubated for 1 hour. The co-purified protein was then subjected to immunoblot analysis using specific antibodies. Detection of acetylated or phosphorylated Runx2 was performed using the same IP conditions.

1-1-7. 1-1-7. Runx2Runx2 of 유비퀴틴화Ubiquitination  And 아세틸화Acetylation

전체 세포 또는 MEF 세포의 핵내(subcellular) 분획에서 유비퀴틴화 및 아세틸화된 Runx2의 분석을 위하여, 우레아 용균 버퍼를 이용하여 변성 조건하에서 분석을 수행하였다. 간략하게는, His-Runx2 단백질을 발현하는 전체 세포 또는 핵내 분획들을 우레아 용균 버퍼에서 완전하게 용해시키고, 이전 기술(Li 등, 2008)에서 설명된 것과 같이 NTA 정제 컬럼에 이어서 투입하였다. 유비퀴틴-접합물의 특이적 검출을 위하여, FLAG-Ub 구축물을 사용하였다. 친화도-정제 단백질들을 항-FLAG 또는 항-아세틸 리신 항체를 이용한 면역블롯팅에 의하여 분석하였다.For the analysis of ubiquitinated and acetylated Runx2 in whole cell or subcellular fraction of MEF cells, analysis was carried out under denaturing conditions using urea lysis buffer. Briefly, whole cells or nuclear fractions expressing the His-Runx2 protein were completely dissolved in the urea lysis buffer and subsequently added to the NTA purification column as described in the prior art (Li et al., 2008). For the specific detection of ubiquitin-conjugates, FLAG-Ub constructs were used. Affinity-purified proteins were analyzed by immunoblotting with anti-FLAG or anti-acetyl lysine antibody.

1-1-8. 1-1-8. Runx2Runx2 의 전사촉진 활성Promoting activity of

Runx2의 전사 활성은 이전 기술(Kim 등, 2003)에서 설명된 바와 같이, 6xOSE2-Luc 리포터 플라스미드를 이용하여 측정되었다. MC3T3-E1 세포는 Runx2 및6xOSE2-Luc 리포터 플라스미드와, 공벡터 또는 Pin1 과잉발현이 있거나 또는 없는 MEK1-Ca 발현 벡터를 함께 이용하여 일시 형질감염되었다. 24시간의 형질감염 후, 루시퍼라아제 활성을 측정하였다. 대안적으로, 6xOSE2-Luc 리포터 벡터로 안정하게 형질감염된 C2C12 세포는 공벡터를 이용하거나 또는 Pin1-WT나 Pin1-Y23A 발현 벡터들를 이용하여 일시 형질감염되었다. 18시간의 형질감염 후, 세포를 20ng/ml FGF2를 이용하여 24시간 동안 자극하고, 이어서 결과의 루시퍼라아제 활성을 측정하였다.The transcriptional activity of Runx2 was measured using a 6xOSE2-Luc reporter plasmid, as described in the prior art (Kim et al., 2003). MC3T3-E1 cells were transiently transfected with the Runx2 and 6xOSE2-Luc reporter plasmids using either the empty vector or the MEK1-Ca expression vector with or without Pin1 overexpression. After 24 hours of transfection, luciferase activity was measured. Alternatively, C2C12 cells stably transfected with the 6xOSE2-Luc reporter vector were transiently transfected using a blank vector or using Pin1-WT or Pin1-Y23A expression vectors. After 18 hours of transfection, cells were stimulated with 20 ng / ml FGF2 for 24 hours and the resulting luciferase activity was then measured.

1-1-9. 전신 골격 염색 및 면역염색1-1-9. Systemic skeletal staining and immunostaining

알시안(alcian) 블루 및 알리자린(alizarin) 레드 S를 이용하여 연골 및 뼈의 전신 골격 염색을 이전 기술(McLeod, 1980)에 설명된 것과 같이 수행하였다. 조직학적 평가를 위하여, 뼈를 PBS 중 4% 포름알데히드 내에 고정시키고, 10% EDTA 중에서 석회질제거하고, 탈수하여, 파라핀 중에 임베딩시켰다. 5~10㎛의 섹션을 제조하고, 탈파라핀화하고 재수화하였다. 그 후, 조직 섹션을 H&E로 염색하거나 또는 면역조직형광에 사용하였다.Systemic skeletal staining of cartilage and bone was performed as described in the prior art (McLeod, 1980) using alcian blue and alizarin red S. For histological evaluation, bones were fixed in 4% formaldehyde in PBS, de-calcined in 10% EDTA, dehydrated and embedded in paraffin. Sections of 5-10 mu m were prepared, deparaffinized and rehydrated. The tissue sections were then stained with H & E or used for immunostaining fluorescence.

공동국재화된 Pin1 및 Runx2의 검출은 항원 회복(retrieval)을 요구하였다. 간략하게는, 이는 표본들을 4% 포름알데히드에 고정시키고, 그들을 5% 우레아를 갖는 Tris-EDTA 버퍼 중에서 10분 동안 비등시키는 것을 포함하였다.Detection of co-localized Pin1 and Runx2 required antigen retrieval. Briefly, this included immobilizing the samples in 4% formaldehyde and boiling them in Tris-EDTA buffer with 5% urea for 10 minutes.

1-1-10. 통계 분석1-1-10. Statistical analysis

모든 정량 데이터는 평균±SD로서 표시된다. 각 실험은 적어도 4회 수행되었으며, 하나의 대표 실험으로부터의 결과들을 나타낸다. 통계적 차이는 스튜던트 t 검정(Student's t test)를 이용하여 분석되었다. p<0.05 값은 통계적으로 유의한 것으로 간주되었다. 유전자 데이터는 카이-제곱 (χ2) 시험 및 IBP SPSS Statistics 19.0 소프트웨어를 이용하여 평가되었다.All quantitative data are expressed as means ± SD. Each experiment was performed at least 4 times and shows the results from one representative experiment. Statistical differences were analyzed using Student's t test. Values of p <0.05 were considered statistically significant. Gene data were evaluated using the chi-square (χ 2 ) test and IBP SPSS Statistics 19.0 software.

1-2. 1-2. 결 과result

1-2-1. 1-2-1. Pin1Pin1 의 돌연변이에 의한 By mutation of Runx2Runx2 -관련 -relation CCDCCD 표현형 Phenotype

Pin1+/- 및 Pin1-/- 마우스들은 출생시 광범위한 뼈 표현형들을 나타낸다. Pin1은 정상의 멘델 유전형질 규칙들에 따르며, 출생 직전 정상의 골격 패터닝을 나타내지만, 이들 마우스들은 불규칙하며 현저한 양의 출생 후 치사율을 겪는다(Pin1-/- 마우스에서 이유시 <35% 생존). 돌연변이 마우스들은 키가 작고(도 1A), 골격전체에 걸쳐 무기질저하(hypo-mineralization)와 관련된 변동적인 골격 표현형들을 나타내었다(도 1B). 두개골(calvarial bone)(도 1C), 쇄골(도 1D) 및 앞발(도 1E) 및 뒷발(도 1F)의 뼈들은 명백히 영향을 받았다. Pin1+/- 및 Pin1-/- 마우스에서 관찰된 뼈 표현형은 Runx2+/- 마우스 및 CCD가 있는 인간 환자에서 전형적으로 관찰되는 것과 유사하였다(표 1). Pin1 +/- and Pin1 - / - mice exhibit a wide range of bone phenotypes at birth. Pin1 follows normal Mendelian trait rules and exhibits normal skeletal patterning just prior to birth, but these mice are irregular and undergo significant postnatal mortality (<35% survival in the case of Pin1 - / - mice). Mutant mice were taller (FIG. IA) and exhibited variable skeletal phenotypes associated with hypo-mineralization across the skeleton (FIG. 1B). The bones of the calvarial bone (FIG. 1C), collarbone (FIG. 1D) and paw (FIG. 1E) and hind paw (FIG. 1F) were obviously affected. Bone phenotypes observed in Pin1 +/- and Pin1 - / - mice were similar to those typically observed in human patients with Runx2 +/- mice and CCD (Table 1).

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동종접합성 및 이형접합성 Pin1 돌연변이 마우스들의 대다수는 넓게 개방된 천문(fontanels) 및/또는 형성부전성 쇄골을 가졌다. 신생의 Pin1-결핍 마우스의 상부 경골(epiphyseal) 성장판은 연골세포(chondrocyte) 기둥에서 공간적 비규칙성을 나타내었으며, 분열부(proliferative) 및 비대부(hypertrophic zone)들이 짧았다(도 1G). 경골 골간단(tibial metaphysis)에서, Pin1-결핍 마우스들은 세포외 기질의 감소된 조직학적 착색(도 1H, 분홍색) 및 I형 콜라겐의 면역형광 착색의 손실을 갖는 것으로 관찰되었다(도 1I). Pin1-결핍 및 Runx2-결핍 돌연변이 마우스에서 관찰되는 두개안면상(craniofacial) 결함에서의 유사성들은 이들 두 단백질들이 골 발생 과정 동안 기능적으로 연결되어 있음을 제시하였다. Runx2 단백질의 면역형광 염색은 Pin1 부재(null) 마우스의 발생하는 골들에서의 Runx2 수준을 극적으로 감소시킴을 실제로 증명하여(도 1J), Pin1이 Runx2 단백질 발현에 요구됨을 암시하였다. 추가적으로, 4개의 전형적인 골 마커들 및 Runx2 타겟 유전자들인 Col1A1, 알칼리성 포스파타아제(Alp), 오스테오칼신(osteocalcin)(Oc) 및 골생성 전사 인자들인 Dlx5의 mRNA 수준들은 Pin1 부재 마우스 경골에서 극적으로 감소하였다. 그러나, Pin1 부재 돌연변이들에서 감소된 Runx2 mRNA 수준은 관찰된 CCD 표현형(도 1K)을 설명하기에는 충분하지 못하였으며, 이는 Pin1 부재 마우스들의 표현형이 Runx2의 번역 또는 번역후 변경의 결과임을 암시하였다.The majority of homozygous and heterozygous Pin1 mutant mice had widely open fontanels and / or dysplastic clavicles. The epiphyseal growth plate of the neonatal Pin1-deficient mice exhibited spatial irregularity in the chondrocyte column and the proliferative and hypertrophic zones were short (Fig. 1G). In tibial metaphysis, Pin1-deficient mice were observed to have reduced histological staining of the extracellular matrix (Fig. 1H, pink) and loss of immune fluorescent staining of type I collagen (Fig. 1I). Similarities in craniofacial defects observed in Pin1-deficient and Runx2-deficient mutant mice suggest that these two proteins are functionally linked during the bone development process. Immunofluorescent staining of Runx2 protein has indeed demonstrated dramatic reduction of Runx2 levels in the developing bone of Pin1 null mice (Fig. 1J), suggesting that Pin1 is required for Runx2 protein expression. In addition, mRNA levels of four typical bone markers and Runx2 target genes, Col1A1 , alkaline phosphatase ( Alp ), osteocalcin ( Oc ) and bone-forming transcription factors, Dlx5 , decreased dramatically in Pin1-bearing mouse tibia . However, the reduced Runx2 in Pin1 member mutations mRNA levels were not sufficient to account for the observed CCD phenotype (Figure 1K), suggesting that the phenotype of Pin1-bearing mice is the result of translation or post-translational modification of Runx2.

1-2-2. 인산화-의존성 1-2-2. Phosphorylation-dependent Pin1Pin1 결합에 대한  For binding 타겟으로서의Target Runx2Runx2 C-말단 C-terminus

Pin1은 포스포세린-프롤린 모티프를 함유하는 단백질과 직접 상호작용하는 것으로 알려져 있다(Lu 등, 1999; Ranganathan 등, 1997; Yaffe 등, 1997). Runx2는 그러한 자리에서 인산화되고(Ge 등, 2009; Ge 등, 2011; Kim 등, 2006a; Rajgopal 등, 2007; Wee 등, 2002; Xiao 등, 2002), 이는 Runx2과 Pin1이 상호작용할 수 있음은 가능할 것으로 보였다. 예측된 바와 같이, 분화된 MC3T3-E1 골아세포들로부터의 내생의 Runx2 단백질은 재조합 글루타티온-S-트랜스퍼라아제 (GST)-Pin1 융합 단백질을 이용하여 풀다운되며(pulled down), 이는 Runx2 및 Pin1이 복합체를 형성함을 나타낸다. Runx2는 FGF 수용체(FGFR)의 활성화에 의해 인산화되는 것으로 나타났으며, Runx2-Pin1 상호작용에 대한 FGF2/FGFR 시그널링의 효과(Kim 등, 2003)가 시험되었다. 도 2B에 나타난 바와 같이, FGF2의 투여는 Runx2에 대한 Pin1의 결합을 자극하였다(도 2B). 유사하게, 구조적으로 활성화된 FGFR 시그널링 경로의 성분인 MEK의 과잉발현도 Runx2에 대한 Pin1의 결합을 p-Erk 수준의 증가(데이타는 나타내지 않음)와 함께 증진시켰다. 역으로, λ-포스파타아제(λ-P)에 의한 Runx2의 탈인산화는 상기 두 단백질들 간의 상호작용을 강하게 감쇠시켰으며(도 2C), 이는 이 상호작용이 인산화-의존 방식으로 일어남을 나타낸다. 에피토프-태그된 야생형 Pin1 (WT) 및 Runx2 단백질들의 공동 발현 및 면역침강분석은 이들이 포유동물 세포들 중에서 생체 내 작용함을 밝혔다. Pin1-W34A 돌연변이(WW 도메인 돌연변이)는 Runx2와의 상호작용에 실패하였으며(도 2D), 이는 Pin1의 WW 도메인이 대부분의 다른 Pin1 상호작용에 대한 경우에서와 같이 그의 Runx2와의 상호작용에 중대하다는 것을 암시한다.Pin1 is known to interact directly with proteins containing the phosphopercoline-proline motif (Lu et al., 1999; Ranganathan et al., 1997; Yaffe et al., 1997). Runx2 is phosphorylated at that position (Ge et al., 2009; Ge et al., 2011; Kim et al., 2006a; Rajgopal et al., 2007; Wee et al., 2002; Xiao et al., 2002) Respectively. As expected, the endogenous Runx2 protein from differentiated MC3T3-E1 osteoblasts was pulled down using recombinant glutathione-S-transferase (GST) -Pin1 fusion protein, which resulted in Runx2 and Pin1 Complexes. Runx2 was shown to be phosphorylated by activation of the FGF receptor (FGFR) and the effect of FGF2 / FGFR signaling on the Runx2-Pin1 interaction (Kim et al., 2003) was tested. As shown in Figure 2B, administration of FGF2 stimulated the binding of Pin1 to Runx2 (Figure 2B). Similarly, overexpression of MEK, a component of the structurally activated FGFR signaling pathway, also increased the binding of Pin1 to Runx2 with an increase in p-Erk levels (data not shown). Conversely, dephosphorylation of Runx2 by lambda-phosphatase (lambda-P) strongly attenuated the interaction between the two proteins (Fig. 2C), indicating that this interaction occurs in a phosphorylation-dependent manner . Co-expression and immunoprecipitation assays of epitope-tagged wild-type Pin1 (WT) and Runx2 proteins revealed that they acted in vivo in mammalian cells. The Pin1-W34A mutation (WW domain mutation) failed to interact with Runx2 (Figure 2D), suggesting that the WW domain of Pin1 is critical to its interaction with Runx2, as in most other Pin1 interactions do.

Runx2처럼 밀접하게 관련된 Runt-도메인 전사 인자들인 Runx1 및 Runx3도 Pin1과 결합한다(도 2E). 가상실험(In silico) 분석을 수행하여 Runx 단백질들에서 보존된 pS/T-P 모티프브들을 확인하였다. 12개의 추정적인 WW 도메인 타겟 모티프들이 Runx2에서 확인되었으며, 이들 중 7개는 모든 Runx 단백질들에 걸쳐 잘 보존되는 것으로 나타났다(도 2F 및 표 2). Runx1 and Runx3, closely related Runt-domain transcription factors such as Runx2, also bind to Pin1 (Figure 2E). Virtual Experiment (In silico analysis was performed to identify the conserved pS / TP motifs in Runx proteins. Twelve putative WW domain target motifs were identified in Runx2, seven of which were well conserved across all Runx proteins (Figure 2F and Table 2).

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이들 7개의 보존된 타겟 자리들은 그 후 Runx 단백질들의 Pin1과의 상호작용에 요구되는 일반적인 모티프를 확인하기 위하여 검사되었다. 보존된 pS/T-P 모티프들 중 4개를 제거한 한편, 다른 3개의 보존된 모티프들은 보존하고 있는 하나의 C-말단 결실은 강하게 감소된 Pin1 결합을 나타내었다(도 2G). 유사하게, 이들 4개의 모티프들 중에서, 모든 4개의 세린 또는 트레오닌 잔기들의 알라닌 잔기들로의 치환(Runx2-4AP)은 Runx2과 Pin1 간의 상호작용을 완전히 없앴다(도 2H).These seven conserved target positions were then examined to identify the common motifs required for the interaction of Runx proteins with Pin1. Four of the conserved pS / T-P motifs were removed, while one C-terminal deletion preserving the other three conserved motifs showed strongly reduced Pin1 binding (FIG. 2G). Similarly, of these four motifs, substitution of all four serine or threonine residues with alanine residues (Runx2-4AP) completely abolished the interaction between Runx2 and Pin1 (Figure 2H).

1-2-3. 1-2-3. Pin1Pin1 에 의한 On by Runx2Runx2 of 핵내로의Into the nucleus 이동 move

초기 연구에서, Runx2의 C-말단 영역을 결여한 마우스들이 Runx2 넉아웃 마우스에서의 골 표현형과 유사한 골 표현형을 나타냄에 따라, 상기 영역은 골 생리학에서 결정적인 역할을 하는 것으로 나타났다(Choi 등, 2001). 여기에서, 본 발명자들은, 특히 Runx2의 얼룩(speckle)-유사 핵 중심들에서, Pin1이 Runx2의 핵 축적을 제어한다는 것도 관찰하였다. 생세포 영상화를 통한 두 단백질들 모두의 분포의 시간경과에 따른 관찰은 Runx2 및 Pin1에 대해 양성인 핵 복합체들이 명확하게 공동-국재화되었음을 밝혔으며(도 3A), 나아가, Pin1 얼룩 형성은 동일한 중심들에서 Runx2 축적을 촉진하였다. 이러한 발견은 특정 Pin1 영역의 핵에서의 국재화가 Runx2 중심들 축적의 패턴을 결정한다는 것을 증명한다. 이전에, Pin1은 거의 배타적으로 핵에 국재화되어 염색질내 영역에서의 구분되는 핵 얼룩 구조들에 집중되는 것으로 생각되었으며, 이는 촉매 활성의 부재 하에서 덜 압축되거나 또는 WW 도메인의 부재 하에서 완전히 없어지는 것으로 생각되었다(Rippmann 등, 2000). 따라서, 본 발명자들의 데이터는 Pin1 활성이 Runx2 단백질의 핵 축적을 촉진한다는 것을 나타낸다. 축적된 Runx2 단백질들이 Pin1 활성을 필요로하는지의 여부에 대한 문제를 이후 언급하고자 한다. 도 3B에 나타낸 바와 같이, 야생형 Pin1은 형광-태그된 Runx2와 Pin1을 발현하는 일시적으로 형질감염된 MC3T3-E1 세포들에서 Runx2의 중점적인(focal) 축적을 명백히 유도하였다. 대조적으로, 어떤 것도 촉매적으로 비활성 형태의 Pin1(Pin1-C113A, 도 3C) 또는 결합 모티프 돌연변이를 갖는 Pin1(Pin1-Y23A, 도 3D) 중 어느 하나의 과잉발현을 통한 Runx2의 핵내 축적을 유도할 수 없었다.In early studies, this region has been shown to play a crucial role in bone physiology, as mice lacking the C-terminal region of Runx2 exhibit similar bone phenotypes to those of Runx2 knockout mice (Choi et al., 2001) . Here we have also observed that Pin1 controls the nuclear accumulation of Runx2, particularly at the speckle-like nucleus centers of Runx2. Over time observation of the distribution of both proteins through viable cell imaging showed that nuclear complexes positive for Runx2 and Pin1 were clearly co-localized (Fig. 3A), furthermore, Pin1 staining was observed at the same centers Accelerated accumulation of Runx2. This finding demonstrates that localization at the nucleus of a particular Pin1 region determines the pattern of Runx2 centers accumulation. Previously, Pin1 was thought to be localized to the nucleus almost exclusively and focused on distinct nuclear staining structures in the intrinsic domain, which were either less compacted in the absence of catalytic activity or completely absent in the absence of the WW domain (Rippmann et al., 2000). Thus, our data indicate that Pin1 activity promotes nuclear accumulation of Runx2 protein. We will now discuss the question of whether the accumulated Runx2 proteins require Pin1 activity. As shown in Figure 3B, wild-type Pin1 clearly induced the focal accumulation of Runx2 in transiently transfected MC3T3-E1 cells expressing fluorescently-tagged Runx2 and Pin1. In contrast, either induces nuclear accumulation of Runx2 through overexpression of either catalytically inactive forms of Pin1 (Pin1-C113A, Figure 3C) or Pin1 (Pin1-Y23A, Figure 3D) with a binding motif mutation I could not.

1-2-4. 1-2-4. Pin1Pin1 -의존성 - dependency 프롤릴Ploll 이성질화에Isomerization 의한  by Runx2Runx2 안정화 stabilize

유력한 저해제인 디펜타메틸렌 티우람 모노술파이드(DTM) 또는 저글론(juglone)을 이용한 Pin1 효소 활성의 저해(Tatara 등, 2009)는 MC3T3-E1 세포들에서 내생의 Runx2 수준을 매우 감소시켜(도 4A), Pin1 활성의 손실이 Runx2 단백질 발현을 감소시킨다는 가설을 뒷받침하였다(도 1J 참조). Pin1+/+, Pin1+/- 및 Pin1-/- 마우스들로부터 마우스 배아 섬유아세포(MEFs) 에피토프-태그된 Runx2의 발현은 Runx2 단백질 축적이 감소하는 Pin1 발현과 함께 감소한다는 것을 나타내었다(도 4B). Pin1은 Runx2 축적의 운명을 결정하는 효소인 것으로 발견되었는데, 이는 내생의 Pin1 단백질 발현을 거의 파괴하는 Pin1 siRNA의 일시적인 형질감염도 정상상태의 Myc-Runx2 수준을 강하게 하향-조절(down-regulated)하기 때문이다(도 4C). 나아가, 야생형 Pin1(Pin1-WT)의 Runx2과의 공동 발현은 Runx2 단백질 수준을 증가시킬 수 있었다(도 4D). 따라서, Pin1의 유전손실은 Runx2 수준을 감소시키는데(도 1J), 이는 Pin1의 프롤릴 이성질화 활성이 Runx2의 운명-결정 단계를 조정한다. Pin1 과잉발현은 새로운 Runx2 단백질 합성이 단백질 합성 저해제 시클로헥스이미드(CHX, 도 4E)에 의해 차단된 후, Runx2 분해를 저해하므로써 Runx2 정상상태의 단백질 수준들을 증가시켰다. 단백질 합성 저해 전에 발현된 에피토프-표지된 Runx2 단백질에 의해 나타난 감쇠 곡선들은 Runx2 반감기가 약 4~6시간이었으며, 이는 이전의 보고들과 일치함을 보여주었다(Jeon 등, 2006; Shen 등, 2006). Pin1의 공동발현은 Runx2 단백질 분해를 방지하였으며, 이는 Runx2 단백질 수준이 6시간 후에 변화되지 않기 때문이다(도 4E). 나아가, Runx2 C-말단의 4개의 Pin1 상호작용 자리들(Rx2-4AP; 도 2H 참조)의 돌연변이들은 Runx2 안정성을 크게 감소시켰다(도 4F). 이러한 핵심 발견을 확인하여, 야생형 Pin1의 공동 발현은 Runx2의 유비퀴틴화를 억제하였으며, 한편 촉매적으로 비활성인 Pin1(C113A)의 발현은 상기 유비퀴틴화를 억제하지 않았다(도 4G). 이에 따라, Pin1은 그의 유비퀴틴화 및 분해를 감소시키므로써 Runx2를 안정화한다.Inhibition of Pin1 enzyme activity by a potent inhibitor of dipentamethylenetriamine monosulphide (DTM) or hypoglycemia (Tatara et al., 2009) significantly reduces endogenous Runx2 levels in MC3T3-E1 cells 4A), supporting the hypothesis that loss of Pin1 activity decreases Runx2 protein expression (see FIG. 1J). Expression of mouse embryonic fibroblast (MEFs) epitope-tagged Runx2 from Pin1 + / +, Pin1 +/- and Pin1 - / - mice showed that Runx2 expression decreased with Pin1 expression, which decreased Runx2 protein accumulation (FIG. 4B). Pin1 has been found to be an enzyme that determines the fate of Runx2 accumulation, which is a transient transfection of Pin1 siRNA that nearly destroys endogenous Pin1 protein expression and strongly down-regulates the normal Myc-Runx2 level (Fig. 4C). Furthermore, co-expression of wild-type Pin1 (Pin1-WT) with Runx2 could increase Runx2 protein levels (Figure 4D). Thus, the dielectric loss of Pin1 reduces Runx2 levels (Fig. 1J), which indicates that the pyrrole isomerization activity of Pin1 modifies the fate-determining step of Runx2. Pin1 overexpression increased Runx2 steady state protein levels by inhibiting Runx2 degradation after the new Runx2 protein synthesis was blocked by the protein synthesis inhibitor cycloheximide (CHX, FIG. 4E). The decay curves shown by the epitope-labeled Runx2 protein expressed before protein synthesis inhibition showed a Runx2 half-life of approximately 4 to 6 hours, consistent with previous reports (Jeon et al., 2006; Shen et al., 2006) . The co-expression of Pin1 prevented Runx2 protein degradation, since Runx2 protein levels were not changed after 6 hours (Fig. 4E). Furthermore, mutations of the four Pin1 interaction sites (Rx2-4AP; see Figure 2H) at the Runx2 C-terminus greatly reduced Runx2 stability (Figure 4F). Confirming these key findings, co-expression of wild-type Pin1 inhibited ubiquitination of Runx2, while expression of catalytically inactive Pin1 (C113A) did not inhibit ubiquitination (Fig. 4G). Thus, Pin1 stabilizes Runx2 by reducing its ubiquitination and degradation.

1-2-5. 1-2-5. Pin1Pin1 -- 매개된Mediated 프롤릴Ploll 이성질화에Isomerization 의한  by FGF2FGF2 // MAPKMAPK 시그널링에서In signaling Runx2Runx2 안정화 stabilize

FGF2 또는 Erk-MAP 키나아제의 활성화된 FGF 수용체 자극은 두개골유합증(Shukla 등, 2007) 및 쇄골두개골형성이상(Ge 등, 2007)의 병인론에 매우 중요하다. 여기에서, 면역형광 연구들은 내생의 Pin1 및 Runx2의 공동-국재화가 MC3T3-E1 세포들의 핵들에서 고도로 유도가능함을 증명하며, 이어서 FGF2를 투여한다(도 5A). Pin1+/+ 또는 Pin1-/- 마우스들로부터의 MEFs의 FGF2 처리는 Erk 인산화를 자극하였으며(도 5B), 이는 Erk 활성화가 Pin1의 부재에 의하여 영향받지 않음을 나타낸다. 대조적으로, Runx2 다운스트림 유전자 오스테오칼신의 발현은 Pin1+/+ 세포들에서 FGF2 처리에 의하여 강하게 증진되었으나 Pin1-/- 세포들 중에서 FGF2 처리에 의하여 감쇠되었다(도 5C). 이들 결과들은 FGF2-자극된 Erk 경로 및 Runx2 인산화가 Pin 부재 마우스들에서 온전함을 암시하며, 이는 인산화가 프롤릴 이성질화 전에 일어나며, S/T-P 2펩티드의 MAPK-의존성 인산화가 Pin1의 타겟임을 나타낸다(Hsu 등, 2001; Monje 등, 2005; Yeh 등, 2004). 따라서, 본 발명자들은 MEK1의 Runx2 단백질 수준 증가능을 시험하였으며, MEK1가 FGF2의 다운스트림에 작용하고 ERK/MAP 키나아제를 자극하는 것으로 알려져 있다. MEK1-Ca의 공동 발현은 Erk 인산화 및 Runx2 발현을 모두 증가시켰다(도 5D). 도 5D(2~3 래인) 및 도 5E(1~3 래인)에 나타낸 결과들에 근거하여, 내생의 Pin1은 그의 인산화 후 Runx2 안정화를 지지하는데 충분하였다. MEK1-Ca의 야생형 Pin1과의 발현이 아닌 Pin1-C113A와의 발현은 Runx2 단백질 수준에서의 MEK-의존성을 없애는 것으로 나타났다. Pin1-C113A 돌연변이는 Runx2 수준을 대조구 세포들에서 관찰된 수준 이하로 감소시켜, 이러한 돌연변이는 내생의 Pin1의 안정화 활성을 간섭한다는 것을 나타낸다(도 5E).Activated FGF receptor stimulation of FGF2 or Erk-MAP kinase is crucial to the pathogenesis of cingulate anatomy (Shukla et al., 2007) and clavicle skull formation abnormalities (Ge et al., 2007). Here, immunofluorescence studies demonstrate that co-localization of endogenous Pin1 and Runx2 is highly inducible in the nuclei of MC3T3-E1 cells, followed by FGF2 (FIG. 5A). FGF2 treatment of MEFs from Pin1 + / + or Pin1 - / - mice stimulated Erk phosphorylation (FIG. 5B), indicating that Erk activation was not affected by the absence of Pin1. In contrast, the expression of Runx2 downstream gene osteocalcin was strongly enhanced by FGF2 treatment in Pin1 + / + cells, but attenuated by FGF2 treatment among Pin1 - / - cells (Fig. 5C). These results suggest that the FGF2-stimulated Erk pathway and Runx2 phosphorylation are intact in Pin member mice, indicating that phosphorylation occurs prior to prolyl isomerization and MAPK-dependent phosphorylation of the S / TP 2 peptide is the target of Pin1 Hsu et al., 2001; Monje et al., 2005; Yeh et al., 2004). Therefore, the present inventors have tested the ability of MEK1 to increase the level of Runx2 protein, and it is known that MEK1 acts downstream of FGF2 and stimulates ERK / MAP kinase. Co-expression of MEK1-Ca increased both Erk phosphorylation and Runx2 expression (Fig. 5D). Based on the results shown in Figures 5D (lanes 2 to 3) and 5E (lanes 3 to 3), endogenous Pin1 was sufficient to support Runx2 stabilization after its phosphorylation. Expression of MEK1-Ca with Pin1-C113A, but not wild-type Pin1, was found to eliminate MEK-dependence at Runx2 protein levels. The Pin1-C113A mutation reduces the level of Runx2 below the level observed in the control cells, indicating that this mutation interferes with the stabilizing activity of the endogenous Pin1 (Fig. 5E).

Runx2의 유비퀴틴화는 p300-매개된 아세틸화에 의해 저해되고, HDAC-의존성 탈아세틸화에 의해 촉진된다(Jeon 등, 2006). Pin1은 Runx2 유비퀴틴화를 저해하기 때문에(도 4G 참조), 본 발명자들은 Pin1의 프롤릴 이성질화제 활성을 통한 Runx2 아세틸화의 중요성을 시험하였다. Pin1 이성질화 활성의 저글론-유도된 저해는 아세틸화된 Runx2의 수준을 강하게 감소시켰으며(도 5F), 이는 Pin1 기능손실이 Runx2를 탈안정화시킬 수 있다는 가설을 지지한다(도 4C 참조). Runx2 아세틸화 수준은 야생형 Pin1에 의해 극적으로 상향조절되지만, Pin1-C113A에 의해서는 그렇지 않다(도 5G). Pin1-의존성 아세틸화는 다른 Runx 단백질들인 Runx1 및 Runx3에 의해서도 나타났으며, 상기 두 단백질들 모두 보존된 리신 및 S/T-P 2펩티드들을 포함한다. Pin1-C113A이 아닌 야생형 Pin1의 발현은 3개의 모든 Runx 단백질들의 아세틸화를 증가시키는 것으로 나타났다(도 5G).The ubiquitination of Runx2 is inhibited by p300-mediated acetylation and promoted by HDAC-dependent deacetylation (Jeon et al., 2006). Since Pin1 inhibits Runx2 ubiquitination (see FIG. 4G), we tested the importance of Runx2 acetylation through the activity of the pyrroloisotrophic agent of Pin1. The low glone-induced inhibition of Pin1 isomerization activity strongly reduced the level of acetylated Runx2 (Fig. 5F), supporting the hypothesis that Pin1 function loss can destabilize Runx2 (see Fig. 4C). Runx2 acetylation levels are dramatically upregulated by wild-type Pin1, but not by Pin1-C113A (Fig. 5G). Pin1-dependent acetylation has also been demonstrated by Runx1 and Runx3, both of which are conserved lysine and S / T-P 2 peptides. Expression of wild-type Pin1, not Pin1-C113A, increased acetylation of all three Runx proteins (Fig. 5G).

두개골 발달 및 봉합 폐쇄는 FGF-시그널링, Erk 활성화 및 Runx2 활성을 연루하며, 본 발명자들은 Runx2 아세틸화에서의 변화들에 의해 일어난 FGFR2 돌연변이들에서의 두개골유합증의 발생을 시험하였다. 야생형 FGFR2의 과잉발현은 Runx2 아세틸화에 영향을 미치지 않은 한편, 구조적으로 활성인 FGFR2 돌연변이(S354C)의 과잉발현은 Runx2 아세틸화를 크게 증가시켰다. 그러나, Pin1 저해제인 DTM을 이용한 처리는 Runx2 아세틸화에서 이러한 FGFR2 돌연변이-매개된 증가를 감쇠시켰다(도 5H). 본 발명자들은 Runx2 발현 수준이 그의 아세틸화를 반영한다는 것도 확인하였다(데이타는 나타내지 않음). 이들을 함께 고려시, 이들 결과들은 Runx2 아세틸화의 Pin1-매개된 조절 및 안정화가 인산화, 프롤릴 이성질화 및 아세틸화의 순서로 일어나는 다중 번역후 변경 캐스캐이드 반응들에 의해 제어된다는 것을 나타낸다(도 5J).Skull development and suture closure involve FGF-signaling, Erk activation, and Runx2 activity, and we tested the occurrence of crossover in FGFR2 mutations caused by changes in Runx2 acetylation. While overexpression of wild type FGFR2 did not affect Runx2 acetylation, overexpression of the structurally active FGFR2 mutation (S354C) significantly increased Runx2 acetylation. However, treatment with the Pin1 inhibitor DTM attenuated this FGFR2 mutation-mediated increase in Runx2 acetylation (Figure 5H). We also found that Runx2 expression levels reflect their acetylation (data not shown). Taken together, these results indicate that Pin1-mediated regulation and stabilization of Runx2 acetylation is controlled by multiple post-translational cascade reactions that occur in the order of phosphorylation, prolyl isomerization and acetylation 5J).

1-2-6. 1-2-6. Pin1Pin1 에 의한 On by Runx2Runx2 의 전사 활성 증진Promoting transcriptional activity

오스테오칼신의 프로모터 영역 내에 위치하는(Geoffroy 등, 1995), 골아세포-특이적 성분 2(OSE2)가 FGF 자극들에 선택적 및/또는 상승작용적으로 반응하는 것은 이전에 알려졌다(Boguslawski 등, 2000; Boudreaux 및 Towler, 1996; Newberry 등, 1996; Xiao 등, 2002). 이러한 반응은 인산화의 정확한 제어 및 일반 전사 인자들, 공동-활성화제들 및 염색질 변경 효소들을 포함하는 각종 단백질들과의 협력을 필요로 한다(Lee 등, 1999; Montecino 등, 1999; Sierra 등, 2003). 이러한 발견들은 Runx2의 Pin1-매개 활성화와 핵내 국재화가 그의 전사촉진 활성에 연결된 것일 수 있다는 것을 암시하였다. 실제로, MEK1-Ca 또는 Runx2의 과잉발현은 C2C12 세포들에서 6xOSE2-Luc 리포터 활성을 독립적으로 증진시켰으며, 이들 두 성분들의 공동발현은 Luc 리포터 활성을 상승작용적으로 자극하였다(도 6A). Pin1의 저글론-유도된 저해는 MEK1-Ca 과잉발현으로부터 유래한 Runx2의 전사촉진 활성을 현저히 저해하였다(도 6A). 추가적으로, FGF2 처리는 6xOSE2-Luc 리포터 활성을 5~10배 자극하였으며, 야생형 Pin1의 과잉발현은 FGF2-자극된 Runx2의 전사 활성을 상승적으로 증진시켰다. 그러나, 돌연변이 Pin1의 과잉발현은 FGF2-자극된 Runx2 전사 활성을 억제하여(도 6B), Pin1이 FGF2-자극된 Runx2 전사 활성에 필수불가결함을 나타내었다.It has previously been known that osteoblast-specific component 2 (OSE2) selectively and / or synergistically responds to FGF stimuli that are located within the promoter region of the osteocalcin (Geoffroy et al., 1995) (Boguslawski et al., 2000; Boudreaux And Towler, 1996; Newberry et al., 1996; Xiao et al., 2002). Such a reaction requires precise control of phosphorylation and cooperation with various proteins including common transcription factors, co-activators and chromatin altering enzymes (Lee et al., 1999; Montecino et al., 1999; Sierra et al., 2003 ). These findings suggested that Pin1-mediated activation of Runx2 and nuclear localization may be linked to its transcriptional promoting activity. Indeed, overexpression of MEK1-Ca or Runx2 independently enhanced 6xOSE2-Luc reporter activity in C2C12 cells, and co-expression of these two components synergistically stimulated Luc reporter activity (Fig. 6A). The low glone-induced inhibition of Pin1 markedly inhibited the transcriptional promoting activity of Runx2 from MEK1-Ca overexpression (Figure 6A). In addition, FGF2 treatment stimulated 5x10-fold activation of 6xOSE2-Luc reporter and overexpression of wild-type Pin1 synergistically enhanced the transcriptional activity of FGF2-stimulated Runx2. However, overexpression of the mutant Pin1 inhibited FGF2-stimulated Runx2 transcriptional activity (Fig. 6B), indicating that Pin1 was indispensable to FGF2-stimulated Runx2 transcriptional activity.

언급될 다음 문제로는, Pin1 타겟 도메인의 결실(ΔC) 또는 Pin1 타겟 성분들에서의 돌연변이들(2AP#1, 2AP#2 및 4AP; 범례 참조)이 Runx2의 전사 활성에 영향을 미치는 지의 여부에 관한 것이다(도 6C). Runx2의 C-말단 결실은 FGF2-자극된 Runx2 전사활성을 없앴으며, 이는 Runx2의 C-말단 영역으로의 Pin1-결합이 FGF2에 의한 그의 활성화에 요구됨을 나타낸다(도 6C). 추가적으로, Runx2의 KR 돌연변이(Jeon 등, 2006)는 FGF2에 의하여 활성화되지 않았으며, 이는 이들 4개의 리신 잔기들의 아세틸화가 Runx2의 FGF2-매개된 전사 활성에 극히 중요하다는 것을 나타낸다(도 6C). 최종적으로, 아나카르딘산(anacardic acid)(AA)처리에 의한 p300(HAT 저해제)의 저해는 FGF2-자극된 Runx2 활성을 극적으로 저해하였으며, 한편 TSA(HDAC 저해제)의 투여는 Runx2 활성을 상승작용적으로 증대시켰다(도 6D). 이러한 발견들은 FGF2에 의한 Runx2 활성화가 p300 또는 HDAC에 의한 리신 아세틸화와 밀접하게 연관되어 있음을 증명한다. 이들을 함께 고려시, 이들 데이타는 프롤릴 이성질화 및 이후의 아세틸화를 포함하는 후-인산화 경우들이 Runx2 활성에 결정적이라는 것을 증명한다. 이러한 발견은 Runx2 타겟 유전자들의 인산화-의존적 전사촉진이라는 본 발명자들의 이전의 관찰을 설명할 수 있을 것이다(Park 등, 2010).The next problem to be addressed is whether the deletion (? C) of the Pin1 target domain or the mutations in the Pin1 target components (2AP # 1, 2AP # 2 and 4AP; see legend) affect the transcriptional activity of Runx2 (Fig. 6C). The C-terminal deletion of Runx2 abolished FGF2-stimulated Runx2 transcriptional activity, indicating that Pin1-binding to the C-terminal region of Runx2 is required for its activation by FGF2 (Figure 6C). In addition, the KR mutation of Runx2 (Jeon et al., 2006) was not activated by FGF2, indicating that acetylation of these four lysine residues is crucial for FGF2-mediated transcriptional activity of Runx2 (Fig. 6C). Finally, inhibition of p300 (HAT inhibitor) by anacardic acid (AA) treatment dramatically inhibited FGF2-stimulated Runx2 activity, whereas administration of TSA (HDAC inhibitor) increased Runx2 activity (Fig. 6D). These findings demonstrate that Runx2 activation by FGF2 is closely related to p300 or HDAC-induced lysine acetylation. Taken together, these data demonstrate that post-phosphorylation cases, including prolyl isomerization and subsequent acetylation, are crucial for Runx2 activity. This finding may explain our previous observations that phosphorylation-dependent transcriptional stimulation of Runx2 target genes is promoted (Park et al., 2010).

2. 2. AssayAssay 과정 process

2-1. 2-1. AssayAssay 를 실시하기 위한 For carrying out the 실험전Before experiment 준비 Ready

(1) 형광물질이 결합된 기질(peptide conjugated aminoluciferin)을 준비(1) Preparation of a peptide conjugated aminoluciferin

(2) Lucifein detection reagent(Promega #V859A or V859B)를 준비(2) Prepare Lucifein detection reagent (Promega # V859A or V859B)

(3) Resuspension Buffer의 준비(pH 6.5~8.5, 최종 MgSO4 50mM로 프로테아제 활성 가능한 버퍼)(3) Preparation of Resuspension Buffer (buffer capable of protease activation at pH 6.5 to 8.5, final MgSO 4 50 mM)

2-2. 2-2. AssayAssay StepsSteps

(1) Luciferin detection reagent와 resuspension buffer를 상온으로 유지(1) Luciferin detection reagent and resuspension buffer were kept at room temperature

(2) 프로테아제(chymotrypsin)가 섞인 Resuspension Buffer 10ml와 Luciferin detection reagent 50ml를 섞음(2) Mix 10 ml of Resuspension Buffer containing protease (chymotrypsin) and 50 ml of Luciferin detection reagent

(3) Pin1 효소, 형광물질이 결합된 기질 및 타겟물질(X)를 각 10μM을 Lucifein detection reagent에 녹임(3) 10 μM each of the Pin1 enzyme, the fluorescent substance-bound substrate and the target substance (X) was dissolved in Lucifein detection reagent

(4) 녹인 상기 화합물을 (2)의 용액에 넣고 상온에서 30분 반응(4) The dissolved compound was added to the solution of (2), and the reaction was carried out at room temperature for 30 minutes

(5) 96well plate에 같은 양의 샘플들을 담고, 형광측정기로 측정하여 효소 활성을 측정(5) Incubate the same amount of samples in a 96-well plate and measure the enzyme activity by measuring with a fluorescence meter

<110> SNU R&DB FOUNDATION <120> A SCREENING METHOD OF A MATERIAL INDUCING OR INHIBITING PIN1 ENZYME ACTIVATION <130> 0003 <160> 5 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 4 <212> PRT <213> Runx2 C-terminal motif <400> 1 Ala Ala Pro Phe 1 <210> 2 <211> 4 <212> PRT <213> Runx2 C-terminal motif <400> 2 Ala Leu Pro Phe 1 <210> 3 <211> 4 <212> PRT <213> Runx2 C-terminal motif <400> 3 Ala Phe Pro Phe 1 <210> 4 <211> 4 <212> PRT <213> Runx2 C-terminal motif <400> 4 Ala Glu Pro Phe 1 <210> 5 <211> 4 <212> PRT <213> Runx2 C-terminal motif <400> 5 Ala Asp Pro Phe 1 <110> SNU R & DB FOUNDATION <120> A SCREENING METHOD OF A MATERIAL INDUCING OR INHIBITING PIN1          ENZYME ACTIVATION <130> <160> 5 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 4 <212> PRT <213> Runx2 C-terminal motif <400> 1 Ala Ala Pro Phe   One <210> 2 <211> 4 <212> PRT <213> Runx2 C-terminal motif <400> 2 Ala Leu Pro Phe   One <210> 3 <211> 4 <212> PRT <213> Runx2 C-terminal motif <400> 3 Ala Phe Pro Phe   One <210> 4 <211> 4 <212> PRT <213> Runx2 C-terminal motif <400> 4 Ala Glu Pro Phe   One <210> 5 <211> 4 <212> PRT <213> Runx2 C-terminal motif <400> 5 Ala Asp Pro Phe   One

Claims (11)

후보물질을 Pin1 효소에 노출시키고, 상기 Pin1 효소의 활성화를 효소-기질 반응을 통하여 측정하되, 상기 효소-기질 반응에 사용되는 기질은 형광물질이 결합된 서열번호 1 내지 서열번호 5로 이루어지는 군으로부터 선택되는 올리고 펩티드인 것을 특징으로 하는 Pin1 효소의 활성화 유도 또는 활성화 억제 물질의 스크리닝 방법.The candidate substance is exposed to the Pin1 enzyme and the activation of the Pin1 enzyme is measured through an enzyme-substrate reaction, wherein the substrate used in the enzyme-substrate reaction is selected from the group consisting of SEQ ID NOS: 1 to 5 Wherein the oligonucleotide is an oligopeptide selected from the group consisting of SEQ ID NO: 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 형광물질은 루시페린인 것을 특징으로 하는 Pin1 효소의 활성화 유도 또는 활성화 억제 물질의 스크리닝 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the fluorescent substance is luciferin. 2. The method of claim 1, wherein the fluorescent substance is luciferin.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 기질에 작용하는 효소는 키모트립신인 것을 특징으로 하는 Pin1 효소의 활성화 유도 또는 활성화 억제 물질의 스크리닝 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the enzyme acting on the substrate is chymotrypsin. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt;
제 1항에 있어서,
(a) Pin1 효소, 형광물질이 결합된 기질 및 후보물질을 반응시키는 단계;
(b) 키모트립신을 처리하는 단계; 및
(c) 형광을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 Pin1 효소의 활성화 유도 또는 활성화 억제 물질의 스크리닝 방법.
The method according to claim 1,
(a) reacting a Pin1 enzyme, a substrate bound with a fluorescent substance and a candidate substance;
(b) treating chymotrypsin; And
(c) detecting fluorescence. The method for screening a substance that inhibits activation or activation of Pin1 enzyme.
제 1항, 제 4항, 제 6항 및 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 Pin1 효소의 활성화 유도 물질은 골조직 이상 질환의 예방 또는 치료용 후보물질인 것을 특징으로 하는 Pin1 효소의 활성화 유도 또는 활성화 억제 물질의 스크리닝 방법.
The method according to any one of claims 1, 4, 6, and 7,
Wherein the Pin1 enzyme activation inducer is a candidate substance for prevention or treatment of abnormal bone tissue disorder.
제 8항에 있어서,
상기 골조직 이상 질환은 쇄골두개골형성이상(Cleidocranial dysplasia, CCD) 또는 두개골조기유합증(Craniosynostosis)인 것을 특징으로 하는 Pin1 효소의 활성화 유도 또는 활성화 억제 물질의 스크리닝 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the bone disorder disorder is cleidocranial dysplasia (CCD) or craniosynostosis. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt;
제 1항, 제 4항, 제 6항 및 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 Pin1 효소의 활성화 유도 물질은 조혈 작용 이상 질환의 예방 또는 치료용 후보물질인 것을 특징으로 하는 Pin1 효소의 활성화 유도 또는 활성화 억제 물질의 스크리닝 방법.
The method according to any one of claims 1, 4, 6, and 7,
Wherein the Pin1 enzyme activation inducer is a candidate substance for prevention or treatment of an abnormal hematopoietic function.
제 1항, 제 4항, 제 6항 및 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 Pin1 효소의 활성화 유도 또는 활성화 억제 물질은 암, 알츠하이머 또는 치매성 노인 병변의 치료용 후보물질인 것을 특징으로 하는 Pin1 효소의 활성화 유도 또는 활성화 억제 물질의 스크리닝 방법.
The method according to any one of claims 1, 4, 6, and 7,
Wherein the Pin1 enzyme inducing or activating inhibitor is a candidate substance for the treatment of cancer, Alzheimer's disease or demented elderly lesion.
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