KR101572412B1 - Regulation of excitatory synaptic transmission by heparan sulfates and uses thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a regulation of excitatory synaptic transmission by heparan sulfate sugars and a use thereof. By investigating a role of leukocyte common antigen-related receptor protein tyrosine phosphatases (LAR-RPTPs) as a co-receptor of a glypican/leucine-rich repeat transmembrane protein 4 (GPC/LRRTM4) synapse binding complex during a development of an excitatory synapse through a heparin sulfate-dependent way, it is possible to provide a treatment strategy for maximizing synaptic neuro-transmission efficiency and improving brain functions by targeting heparin sulfate.

Description

헤파란 설페이트 당에 의한 흥분성 신경전달 조절 및 이의 용도{Regulation of excitatory synaptic transmission by heparan sulfates and uses thereof}Regulation of excitatory synaptic transmission by heparan sulfate < RTI ID = 0.0 > and uses thereof < / RTI >

본 발명은 헤파란 설페이트 당에 의한 흥분성 신경전달 조절 및 이의 용도에 관한 것이다.
The present invention relates to the regulation of excitatory neurotransmission by the heparan sulfate sugar and its use.

시냅스 부착 분자들은 시냅스 발달의 전반적인 양상을 조절하며 '시냅스 조절자'라고 불리는 특정한 시냅스 부착 단백질들이 포유류의 시냅스 구조와 기능을 조정한다. 질량 분광법 분야의 기술이 최근 더욱더 발전하면서 시냅스 조절자, 그들의 리간드 및 다수의 시냅스 부착 경로들이 발견되고 있다. Synaptic adhesion molecules regulate the overall pattern of synapse development, and specific synaptic adhesion proteins, called 'synaptic modulators', modulate the mammalian synaptic structure and function. As the technology in the field of mass spectrometry continues to develop in recent years, synaptic regulators, their ligands and a number of synaptic attachment pathways are being discovered.

척추동물에서 3 가지 구성요소(LAR, PTPδ 및 PTPσ)를 포함하는 LAR-RPTPs(leukocyte common antigen-related receptor protein tyrosine phosphatases)이 최근 시냅스 조절자로 떠올랐다. 그들은 다양한 후시냅스(postsynaptic) 리간드에 의한 전시냅스(presynaptic) 분화를 매개한다. 예를 들면, LAR-RPTP 군에 속하는 전체 3개 구성요소들은 netrin-G ligand 3(NGL-3)와 결합하고, PTPδ는 IL1RAPL1(interleukin-1-receptor accessory protein 1)과 결합하며, PTPσ는 TrkC과 결합한다. 또한 LAR를 제외한 PTPδ 및 PTPσ 단백질은 Slitrks(Slit- and Trk-like protein)과 결합한다. 하지만, 아직까지 이들의 다양한 결합 방식이 분자 수준에서 이해되고 있지는 않다. 상기에서 언급한 LAR-RPTP 리간드는 척추동물에만 존재하여 그들의 시냅스 부착 경로가 진화적으로 보존된 LAR-RPTPs의 시냅스 기능 전체를 설명하지는 못한다고 반박하고 있다. 사실, 무척추동물의 LAR-RPTP orthologs (D. melanogaster의 dLAR 및 C. elegans의 PTP-3)가 이 생물체에서 신경계 발달과 기능에 중요하다는 점은 많은 연구에서 증명되었다. 진화적으로 보존된 LAR-RPTP 리간드에 대한 후보물질로 HSPGs(heparan sulfate proteoglycans)의 GPC(glypican) 패밀리가 포함된다. In vertebrates, LAR-RPTPs (leukocyte common antigen-related receptor protein tyrosine phosphatases), including three components (LAR, PTPδ and PTPσ), have recently emerged as synapse modulators. They mediate presynaptic differentiation by various postsynaptic ligands. For example, all three members of the LAR-RPTP family bind netrin-G ligand 3 (NGL-3), PTPδ binds IL1RAPL1 (interleukin-1 -receptor accessory protein 1) Lt; / RTI > In addition, the PTPδ and PTPσ proteins except for LAR bind to Slitrks (Slit- and Trk-like proteins). However, the various combinations of these methods are not yet understood at the molecular level. The LAR-RPTP ligands mentioned above are present only in vertebrates and refute that their synaptic attachment pathways do not account for the entire synaptic function of evolutionarily conserved LAR-RPTPs. In fact, many studies have shown that LAR-RPTP orthologs of invertebrates (dLAR of D. melanogaster and PTP-3 of C. elegans ) are important for neural development and function in this organism. As a candidate for the evolutionarily conserved LAR-RPTP ligand, the GPC (glypican) family of HSPGs (heparan sulfate proteoglycans) is included.

GPC는 GPI(glycosylphosphatidylinositol) 앵커에 의해 세포막에 연결되어 있다. GPCs는 포유류에서 6개의 구성원(GPC-1 내지 -6), 초파리에서 2개의 구성원(Dally 및 Dally-like 단백질) 및 예쁜꼬마선충에선 1개의 구성원(GPN-1)을 포함하고 있다. 초파리에서 Dally-like protein(Dlp) 및 또 다른 HSPG syndecan(Sdc)은 정중선 축색돌기 유도를 조절하기 위해 부수적으로 작용하나, dLAR과 결합하여 시냅스 발달에 뚜렷하게 기능을 수행한다. 척추동물에서, GPCs는 주로 신경계 발달 동안 발현되어, 축색돌기 탐색 및 뉴런 이동에 관한 유도 신호로 작용한다. 이와 일관되게, GPCs는 또한 축색돌기 유도 분자인 Slit와 작용한다. 게다가, 이들은 Wnt, Hedgehog, 섬유아세포 성장 인자(fibroblast growth factor) 및 골 형성 단백질(bone morphogenic protein) 경로를 포함한 몇몇 신호전달경로를 조절한다. 아직까지 포유류 시냅스에서 GPCs가 작용하는 기전이 자세하게 알려져 있진 않지만, 최근에 이들이 Leucine Rich Repeat Transmembrane Domain Protein 4(LRRTM4)에 대한 전시냅스 수용체임이 밝혀졌다. GPCs가 GPI에 부착되어 있으므로, 아직 밝혀지지 않은 전시냅스 막 단백질을 보조 수용체(co-receptor)을 통해서GPC/LRRTM4의 작용에 관여할 것이다. Dlp와 dLAR의 기능적 상호작용이 잘 확립되어 있기 때문에, 본 발명자들은 포유류의 LAR-RPTPs는 흥분성 시냅스 발달 동안 GPC-4/LRRTM4 시냅스 부착 복합체를 위한 기능적인 보조 수용체일 것으로 가정하였다. GPC is connected to the cell membrane by an anchor GPI (glycosylphosphatidylinositol). GPCs contain six members (GPC-1 to -6) in mammals, two members (Dally and Dally-like proteins) in Drosophila and one member (GPN-1) in Pretty Little Nematode. In Drosophila, Dally-like protein (Dlp) and another HSPG syndecan (Sdc) work side-by-side to regulate the induction of the midline axillary process, but they function in synapse development in combination with dLAR. In vertebrates, GPCs are primarily expressed during neural development and act as induction signals for axonal prospecting and neuronal migration. Consistently, GPCs also work with Slit, an axon protrusion inducing molecule. In addition, they regulate several signaling pathways including Wnt, Hedgehog, fibroblast growth factor and bone morphogenic protein pathways. Although the mechanisms by which GPCs work in mammalian synapses are not yet known, they have recently been shown to be synaptic receptors for Leucine Rich Repeat Transmembrane Domain Protein 4 (LRRTM4). Since GPCs are attached to the GPI, pre-synaptic membrane proteins that have not yet been identified will be involved in the action of GPC / LRRTM4 through co-receptors. Since the functional interactions of Dlp and dLAR are well established, we have assumed that LAR-RPTPs in mammals are functional auxiliary receptors for the GPC-4 / LRRTM4 synaptic adhesion complex during excitatory synapse development.

이러한 노력의 일환으로, 본 발명자들은 GPC-4가 PTPσ의 잠재적 리간드임을 확인하고, GPC-4가 나노몰 농도의 친화력을 보이면서 cis-배열에서만 PTPσ 및 LAR과 상호작용함을 증명하였고, 이종 시냅스-형성 분석에서 PTPσ의 HS과 결합하는 특성이 LRRTM4의 시냅스 작용을 위해 그리고, 배양한 뉴런에서 흥분성 시냅스 전달을 위해 기능적으로 필요함을 확인하고, PTPσ이 GPC-4/LRRTM4 시냅스 부착 복합체를 위한 진정한 전시냅스 수용체임을 보여줌으로써, 본 발명을 완성하였다.
As part of this effort, we have confirmed that GPC-4 is a potential ligand for PTP σ and demonstrated that GPC-4 interacts with PTP σ and LAR only in the cis -sequence with an affinity for nano-mol concentration, Formation analysis confirmed that the binding properties of PTPσ to HS were functionally required for the synaptic action of LRRTM4 and for excitatory synaptic transmission in cultured neurons and that PTPσ was a true synapse for the GPC-4 / LRRTM4 synaptic adhesion complex Receptor, thus completing the present invention.

미국 공개특허 제2014-0045762호 (2014.02.13)U.S. Published Patent Application No. 2014-0045762 (Feb.

Charlotte H. Coles et al. Science, vol. 332, pp. 484-488 (2011.03.31) Charlotte H. Coles et al. Science, vol. 332, pp. 484-488 (March 31, 2011)

본 발명의 목적은 흥분성 시냅스 발달 동안 GPC/LRRTM4 시냅스 부착 복합체의 보조 수용체로서 헤파란 설페이트 의존적 방식에 의한 LAR-RPTPs의 역할을 규명하고, 이를 표적으로 하여 복합체 형성을 촉진하면서 시냅스 신경전달 효율을 극대화하여 뇌기능 항진 등에 사용할 수 있는 저분자 물질을 스크리닝하는 키트 및 방법을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to identify the role of LAR-RPTPs in the heparan sulfate-dependent manner as a co-receptor of the GPC / LRRTM4 synaptic adhesion complex during excitatory synapse development and to target this to maximize synaptic transmission efficiency while promoting complex formation And to provide a kit and a method for screening low molecular substances that can be used for brain function enhancement and the like.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 cis-세포성 접착(cis-cellular adhesion)을 통해 GPC-4(glypican-4)와 LAR-RPTPs(leukocyte common antigen-related receptor protein tyrosine phosphatases)의 복합체를 형성할 수 있는 세포 성분과 단백질 성분을 유효성분으로 포함하고,In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for producing a complex of GPC-4 (glypican-4) and LAR-RPTPs (leukocyte common antigen-related receptor protein tyrosine phosphatases) through cis-cellular adhesion Which comprises a cell component and a protein component which can be used as an active ingredient,

상기 세포 성분은 GPC-4 발현 세포 또는 LAR-RPTPs 발현 세포 중에서 선택되고,The cell component is selected from among GPC-4 expressing cells or LAR-RPTPs expressing cells,

상기 단백질 성분은 헤파란 설페이트를 포함하는 야생형 또는 재조합 GPC-4 단백질, 또는 이들의 단편, 또는 Wherein said protein component is a wild type or recombinant GPC-4 protein comprising heparan sulfate, or a fragment thereof, or

헤파란 설페이트 결합 부위를 포함하는 야생형 또는 재조합 LAR-RPTPs 단백질, 또는 이들의 단편 중에서 선택되는, 막단백질 기능 이상과 연관된 질환 예방 또는 치료 약물의 스크리닝 키트를 제공한다.A wild-type or recombinant LAR-RPTPs protein comprising a heparan sulfate binding site, or fragments thereof, for the prevention or treatment of diseases associated with membrane protein dysfunction.

또한, 본 발명은 cis-세포성 접착(cis-cellular adhesion)을 통해 GPC-4(glypican-4)와 LAR-RPTPs(leukocyte common antigen-related receptor protein tyrosine phosphatases)의 복합체를 형성할 수 있는 세포 성분과 단백질 성분을 상기 복합체를 형성하는 조건에서 임의의 후보물질과 접촉시키는 단계; 및In addition, the present invention relates to a cell component capable of forming a complex of GPC-4 (glypican-4) and LAR-RPTPs (leukocyte common antigen-related receptor protein tyrosine phosphatases) through cis- And contacting the protein component with any candidate material under conditions to form the complex; And

상기 후보물질이 GPC-4/LAR-RPTPs 복합체의 형성을 촉진 또는 억제하는지 여부를 측정하고, GPC-4/LAR-RPTPs 복합체 형성을 촉진하는 것으로 평가되는 경우 막단백질 기능 이상과 연관된 질환의 예방 또는 치료 약물로 판단하는 단계를 포함하고,If the candidate substance is assessed as promoting or inhibiting the formation of the GPC-4 / LAR-RPTPs complex and is assessed to promote GPC-4 / LAR-RPTPs complex formation, Determining a therapeutic drug,

상기 세포 성분은 GPC-4 발현 세포 또는 LAR-RPTPs 발현 세포 중에서 선택되고,The cell component is selected from among GPC-4 expressing cells or LAR-RPTPs expressing cells,

상기 단백질 성분은 헤파란 설페이트를 포함하는 야생형 또는 재조합 GPC-4 단백질, 또는 이들의 단편, 또는 Wherein said protein component is a wild type or recombinant GPC-4 protein comprising heparan sulfate, or a fragment thereof, or

헤파란 설페이트 결합 부위를 포함하는 야생형 또는 재조합 LAR-RPTPs 단백질, 또는 이들의 단편 중에서 선택되는, 막단백질 기능 이상과 연관된 질환의 예방 또는 치료용 후보물질의 스크리닝 방법을 제공한다.
A wild-type or recombinant LAR-RPTPs protein comprising a heparan sulfate binding site, or fragments thereof, for screening candidate substances for the prophylaxis or treatment of diseases associated with membrane protein dysfunction.

본 발명은 흥분성 시냅스 발달 동안 GPC/LRRTM4 시냅스 부착 복합체의 보조 수용체로서 헤파란 설페이트에 의존하여 결합하는 방식에 의한 LAR-RPTPs의 시냅스 기능을 규명함으로써, 헤파란 설페이트를 표적으로 하여 시냅스 신경전달 효율을 극대화하고, 뇌기능 항진 등에 사용할 수 있는 치료 전략을 제공하는 효과가 있다.
The present invention identifies the synaptic function of LAR-RPTPs by way of binding dependent on heparan sulfate as a co-receptor of the GPC / LRRTM4 synaptic adhesion complex during excitatory synapse development, Maximizing the function of the brain, and improving the brain function.

도 1은 랫트의 뇌 안에 PTPσ-리간드로 GPC-4의 친화도 정제 결과를 나타낸 것으로, A는 어피니티 크로마토그래피에 사용된 재조합 Ig-대조군 및 Ig-PTPσ 융합 단백질의 쿠마시 블루 염색된 젤 사진도이고, B는 용해된 쥐 시냅토솜에 대해 IgC 또는 Ig-PTPσ로 풀다운 분석을 수행한 결과로, 파란색 박스는 Ig-PTPσ-결합 분획에 고유한 특이적인 밴드를 나타낸다. C-D는 Ig-PTPσ-결합 용출액(C)의 액체 크로마토그래피(LC) 분리된 전 이온 크로마토 그램, PTPσ(34.05 분) 및 GPC-4 (24.88 분; D)로부터 이온 m/z 972.03 및 517.28의 추출된 이온 크로마토그램, E-F는 β- 및 ψ-이온 시리즈를 지닌 MS/MS 스펙트럼을 만들기 위해 분할된 972.03 및 517.28에 LC-MS/MS로부터 획득한 것처럼, GPC-4(F)에 대한 고유의 3가 펩타이드 및 PTPσ(E)에 대한 고유의 2가 펩타이드의 Tandem mass spectrometry (MS/MS) 스펙트럼이고, G는 HA-PTPσ, LRRTM4-EGFP 또는 LRRTM2-mVenus을 발현하는 HEK293T 세포들을 대조군 IgC 또는 Ig-GPC-4과 배양하고 Ig-융합 단백질(빨강) 및 HA/mVenus(녹색)에 대해 면역형광 이미지화로 분석한 결과이다. Scale bar = 15 ㎛ (이미지에 적용됨). H는 HEK293T 세포 내에 발현된 PTPσ에 대한 Ig-GPC-4의 포화 결합을 나타낸 것으로, 다른 농도의 GPC-4와 HA가 붙어 있는 PTPσ 또는 pDisplay 벡터만을 발현하는 HEK293T 세포들을 배양하고, 결합된 GPC-4의 총량은 HRP-표지된 2차 항체를 사용하여 측정하였다. 내부 그래프는 3회 독립 실험에서 계산된 Kd와, 데이터의 직선 회귀로 생긴 Scatchard 플롯을 나타내는 것이다. 데이터는 평균±SEM으로 나타내었다.
도 2는 neurexin-1β 스플라이스 변이체들과 LRRTM4가 어떠한 상호작용도 하지 않음을 보여주는 결과이다.
도 3은 다양한 세포 표면 단백질과 GPC-4가 어떠한 상호작용도 하지 않음을 보여주는 결과이다.
도 4는 LAR-RPTPs의 GPC-4-결합 도메인 분석 결과를 나타낸 것으로, A는 세포-표면 결합 분석에서 사용된 PTPσ 벡터의 다이어그램이고, B는 HA가 붙어 있는 PTPσ-전장, PTPσ-Ig, 또는 PTPσ-ΔIg을 발현하는 HEK293T 세포들을 IgC 또는 IgC-GPC-4와 배양하고, Ig-융합 단백질(빨강) 및 표면에 노출된 HA-PTPσ 단백질(녹색)에 대해 면역형광 이미지화로 분석한 결과이다. C-E는 LAR-RPTPs Ig1-3의 스플라이스 변이체들을 발현하는 HEK293T 세포들을 IgC 또는 Ig-GPC-4와 배양하고, Ig-융합 단백질(빨강) 및 표면에 노출된 HA가 붙어 있는 LAR-RPTPs(녹색)에 대해 면역형광으로 분석한 결과이다. 스케일은 B-E = 10 ㎛ 내 막대로 표시되어 있다(모든 이미지에 적용됨). F는 HEK293T세포에서 발현된 PTPσ 스플라이스 변이체들의 서브 세트(PTPσ Ig 및 PTPσ IgMeA)와 Ig-GPC-4의 포화 결합을 보여주는 결과이다. 데이터는 평균±SEM으로 표현하였다.
도 5는 헤파란 설페이트 의존적 방식으로 PTPσ과 GPC-4가 cis-상호작용하는 결과를 보여주며, A-B는 세포-부착 분석으로부터 대표 이미지(A)와 데이터의 정량화(B)를 나타내며, EGFP 만(대조군)을 발현하는 HEK293T 세포 또는 EGFP와 PTPσ를 동시에 발현하는 HEK293T 세포들을 DsRed(대조군)만 발현하는 HEK293T 세포 또는 DsRed와 GPC-4 또는 TrkC을 동시에 발현하는 HEK293T 세포들과 혼합하고, 이미지화 하여 세포 응집을 정량화하였다. Scale bar = 100 ㎛ (모든 이미지에 적용됨). C는 D-E에 사용된 PTPσ 구조물의 도식적인 다이어그램을 나타낸 것이고, D는 PTPσ 벡터로 HEK293T 세포를 형질전환시키고, 비히클(+veh) 또는 1 U/mL의 heparinase III(+hep III)를 처리하고 나서, 비삼투적 조건에서 HA 항체(녹색)로 염색하여 표면-노출된 PTPσ(빨강)을 탐지하고, 투과시킨 후, 3G10 항체로 염색한 결과이다. E는 트랜스펙션 시킨 HEK293T 세포에 비히클 또는 hep III를 처리하고, IgC 또는 IgC-GPC-4과 함께 인큐베이션 하고 난 후, Ig-융합 단백질(빨강)과 표면 노출된 HA-PTPσ(녹색)에 대해 이중-면역형광법 현미경 검사로 분석한 결과이다. F는 세포를 10mM EGTA(+EGTA)와 인큐베이션하는 것을 제외하고는 E에서 같이 분석한 결과를 나타낸다. D-F에서 스케일 바는 10㎛이다(모든 이미지에 적용됨). G-H는 표기된 벡터를 발현하는 HEK293T 세포를 사용하여 IgC 및 Ig-GPC-4(G) 또는 Ig-PTPσ(H)로 수행된 풀-다운 분석 결과로(투입: 전체의 5%), 패널 좌측의 번호들은 분자 질량 표시 마커(kDa)를 나타낸다. 면역블랏 분석 결과, GPCs이 두 개의 위치에서 나타나며, ~65-kDa 밴드는 전장 HA-GPCs(잘리지 않음), ~37-kDa 밴드는 N-말단이 분해된 단편(잘린 상태)을 나타낸다.
도 6은 PTPσ가 LRRTM4-유도된 전시냅스 분화를 매개함에 있어 GPC-4에 대한 기능적 보조수용체임을 보여주는 결과로, A-B는 LRRTM4 및 LRRTM2의 이종 시냅스 형성 활성들의 대표 이미지(A) 및 정량화 결과(B)를 보여준다. 뉴런은 대조군 렌티바이러스(sh-Control) 또는 LAR-KD(sh-LAR) 또는 shRNA-발현하는 PTPσ-KD(sh-PTPσ)로 감염되거나 PTPσ-KD 및 LAR-KD(sh-LAR/sh-PTPσ), LAR/PTPσ shRNA plus PTPσ WT(+ PTPσ WT rescue), 또는 LAR/PTPσ shRNA plus PTPσ AAAA(+ PTPσ AAAA rescue)를 발현하는 렌티바이러스로 동시에 감염되었다. 감염된 뉴런은 그 후, EGFP만(대조군), LRRTM4-EGFP(LRRTM4), 또는 LRRTM2-mVenus(LRRTM2)을 발현하는 HEK293T 세포와 2일간 함께 배양되고, EGFP(파랑) 및 시냅신(빨강)에 대한 항체로 염색되었다. 시냅스-형성 활성은 EGFP 형광에 시냅신 염색 비율로 측정하여 정량하였다. D 패널에 보이는 통계치는 ANOVA Tukey's test(2*, p < 0.01; 3*, p < 0.001)로 측정한 것이다. Scale bar = 25㎛(전체 이미지에 적용됨). 막대 차트에서 기재된 숫자들은 HEK293T 세포의 수를 지칭한다.
도 7은 PTPσ/LAR 이중 넉다운이 신경전달물질 방출에 영향을 주거나 뉴런 고유의 특성을 바꾸지 않음을 보여주는 전기 생리학 데이터이다.
도 8은 배양된 뉴런에서 헤파란 설페이트 의존적 흥분성 시냅스 전달에 PTPσ가 요구됨을 보여주는 결과로, DIV3에 대조군 렌티바이러스로 감염 또는 sh-LAR/sh-PTPσ, LAR/PTPσ shRNA plus PTPσ WT (+ PTPσ WT rescue), 또는 LAR/PTPσ shRNA plus PTPσ AAAA (+ PTPσ AAAA rescue)를 발현하는 렌티바이러스와 동시 감염된 배양된 해마 뉴런에서 DIV14-16에 기록된 미니어처 흥분성 후시냅스 전류(mEPSCs)의 대표적인 증후(A)와, 감염된 뉴런으로부터 mEPSCs의 주파수(B)와 증폭(C)의 요약 그래프를 보여준다. B 및 C에서 보여지는 데이터들은 평균±SEM(*, p < 0.05 student's test 사용)으로 표현된 것이다. 막대 그래프 내에 기재된 숫자들은 뉴런의 수를 지칭한다.
1 shows the results of affinity purification of GPC-4 as a PTP? -Ligand in the brain of a rat, wherein A is the recombinant Ig-control used in affinity chromatography and Coomassie blue stained gel photograph of the Ig-PTP? Fusion protein And B is the result of performing pull-down analysis on IgG or Ig-PTP for dissociated rat synaptosomes, the blue box exhibiting a specific band specific for the Ig-PTPσ-binding fraction. CD extracts ion m / z 972.03 and 517.28 from liquid chromatograph (LC) separated total ion chromatogram, PTP? (34.05 min) and GPC-4 (24.88 min; D) of Ig-PTP? (F), as obtained from LC-MS / MS at 972.03 and 517.28 divided to make an MS / MS spectrum with the? - and? (E / MS), and G is HK293T cells expressing HA-PTP ?, LRRTM4-EGFP or LRRTM2-mVenus are treated with a control IgC or Ig- GPC-4 and analyzed by immunofluorescence imaging for Ig-fusion protein (red) and HA / mVenus (green). Scale bar = 15 탆 (applies to images). H shows saturation binding of Ig-GPC-4 to PTP σ expressed in HEK293T cells. HEK293T cells expressing only PTP σ or pDisplay vector with different concentrations of GPC-4 and HA were cultured and bound GPC- 4 was measured using a HRP-labeled secondary antibody. The internal graph shows the Kd calculated in three independent experiments and the Scatchard plot resulting from the linear regression of the data. Data are presented as means ± SEM.
FIG. 2 shows the results of the absence of any interaction between neurexin-1β splice variants and LRRTM4.
Figure 3 shows that GPC-4 does not interact with various cell surface proteins.
Figure 4 shows the results of GPC-4-binding domain analysis of LAR-RPTPs, where A is a diagram of the PTPσ vector used in the cell-surface binding assay, B is the PTP? HEK293T cells expressing PTP? -ΔIg were cultured with IgC or IgC-GPC-4 and analyzed by immunofluorescence imaging for Ig-fusion protein (red) and HA-PTPσ protein (green) exposed on the surface. CE was cultured with HEK293T cells expressing splice variants of LAR-RPTPs Ig1-3 with IgC or Ig-GPC-4 and immunoprecipitated with LAR-RPTPs (red ) Were analyzed by immunofluorescence. The scale is marked with bars within BE = 10 μm (applies to all images). F is a result of saturation binding of Ig-GPC-4 with a subset of PTPσ splice variants (PTP σ Ig and PTP σ Ig MeA ) expressed in HEK293T cells. Data were expressed as mean ± SEM.
Figure 5 shows the results of cis -interaction of PTPσ and GPC-4 in a heparan sulfate-dependent manner and AB represents representative image (A) and data quantification (B) from cell-attachment assays and only EGFP HEK293T cells expressing HEK293T cells expressing both EGFP and PTP? Were mixed with HEK293T cells expressing only DsRed (control) or HEK293T cells expressing DsRed and GPC-4 or TrkC at the same time, Were quantified. Scale bar = 100 ㎛ (applies to all images). C is a schematic diagram of the PTP σ structure used in DE, D is the PTPσ vector and HEK293T cells are transfected with vehicle (+ veh) or 1 U / mL heparinase III (+ hep III) , And staining with HA antibody (green) under non-osmotic conditions to detect and transmit surface-exposed PTPs (red), followed by staining with 3G10 antibody. E shows that transfected HEK293T cells are treated with vehicle or hep III and incubated with IgC or IgC-GPC-4 followed by Ig-fusion protein (red) and surface exposed HA-PTPσ (green) This is the result of analysis by double-immunofluorescence microscopy. F shows the results of the same analysis in E except that the cells were incubated with 10 mM EGTA (+ EGTA). The scale bar in DF is 10 μm (applies to all images). GH was the result of a pull-down analysis (5% of total) performed with IgC and Ig-GPC-4 (G) or Ig-PTP? (H) using HEK293T cells expressing the indicated vector, Numbers represent molecular mass markers (kDa). The immunoblot analysis revealed that GPCs appeared at two positions, the ~65-kDa band represents the full-length HA-GPCs (not truncated), and the ~37-kDa band represents the N-terminal truncated fragment (truncated).
Figure 6 shows that PTPσ is a functional co-receptor for GPC-4 in mediating LRRTM4-induced pre-synaptic differentiation. AB represents a representative image (A) and quantification result (B) of heterologous synaptogenic activities of LRRTM4 and LRRTM2 ). Neurons were infected with control lentivirus (sh-Control) or LAR-KD (sh-LAR) or shRNA-expressing PTPσ-KD (sh-PTPσ) or with PTPσ-KD and LAR- ), LAR / PTP σ shRNA plus PTP σ WT (+ PTP σ WT rescue), or LAR / PTP σ shRNA plus PTPσ AAAA (+ PTPσ AAAA rescue). The infected neurons are then incubated with HEK293T cells expressing EGFP alone (control), LRRTM4-EGFP (LRRTM4), or LRRTM2-mVenus (LRRTM2) for 2 days and then incubated for EGFP (blue) and cynapsin Lt; / RTI &gt; The synapse-forming activity was quantitated by EGFP fluorescence with a synapsein staining ratio. Panel D statistics were measured by ANOVA Tukey's test ( 2 *, p <0.01; 3 *, p <0.001). Scale bar = 25 μm (applies to the entire image). The numbers listed on the bar chart refer to the number of HEK293T cells.
FIG. 7 is electrophysiological data showing that PTPσ / LAR double knockdown does not affect neurotransmitter release or alter the intrinsic properties of neurons.
Figure 8 shows that PIVσ is required for heparan sulfate-dependent excitatory synaptic transmission in cultured neurons. As a result, LIV / sh-PTP?, LAR / PTP? ShRNA plus PTP? WT (+ PTP? WT (A) of miniature excitatory post-synaptic currents (mEPSCs) recorded in DIV 14-16 in cultured hippocampal neurons coinfected with lentiviruses expressing LAR / PTP sigma shRNA plus PTP sigma AAAA (+ PTP sigma AAAA rescue) And a summary graph of frequency (B) and amplification (C) of mEPSCs from infected neurons. Data shown in B and C are expressed as mean ± SEM (*, using p <0.05 student's test). Numbers written in the bar graph refer to the number of neurons.

이하, 본 발명의 구성을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail.

본 발명은 cis-세포성 접착(cis-cellular adhesion)을 통해 GPC-4(glypican-4)와 LAR-RPTPs(leukocyte common antigen-related receptor protein tyrosine phosphatases)의 복합체를 형성할 수 있는 세포 성분과 단백질 성분을 유효성분으로 포함하고, 상기 세포 성분은 GPC-4 발현 세포 또는 LAR-RPTPs 발현 세포 중에서 선택되고, 상기 단백질 성분은 헤파란 설페이트를 포함하는 야생형 또는 재조합 GPC-4 단백질, 또는 이들의 단편, 또는 헤파란 설페이트 결합 부위를 포함하는 야생형 또는 재조합 LAR-RPTPs 단백질, 또는 이들의 단편 중에서 선택되는, 막단백질 기능 이상과 연관된 질환 예방 또는 치료 약물의 스크리닝 키트에 관한 것이다.The present invention relates to a cell component capable of forming a complex of GPC-4 (glypican-4) and LAR-RPTPs (leukocyte common antigen-related receptor protein tyrosine phosphatases) through cis- Wherein the cellular component is selected from among GPC-4 expressing cells or LAR-RPTPs expressing cells, wherein the protein component is selected from the group consisting of wild type or recombinant GPC-4 protein comprising heparan sulfate, Or a recombinant LAR-RPTPs protein comprising a heparan sulfate binding site, or a fragment thereof, to a screening kit for a disease preventing or treating drug associated with membrane protein dysfunction.

본 발명은 또한, cis-세포성 접착(cis-cellular adhesion)을 통해 GPC-4(glypican-4)와 LAR-RPTPs(leukocyte common antigen-related receptor protein tyrosine phosphatases)의 복합체를 형성할 수 있는 세포 성분과 단백질 성분을 상기 복합체를 형성하는 조건에서 임의의 후보물질과 접촉시키는 단계; 및 상기 후보물질이 GPC-4/LAR-RPTPs 복합체의 형성을 촉진 또는 억제하는지 여부를 측정하고, GPC-4/LAR-RPTPs 복합체 형성을 촉진하는 것으로 평가되는 경우 막단백질 기능 이상과 연관된 질환의 예방 또는 치료 약물로 판단하는 단계를 포함하고, 상기 세포 성분은 GPC-4 발현 세포 또는 LAR-RPTPs 발현 세포 중에서 선택되고, 상기 단백질 성분은 헤파란 설페이트를 포함하는 야생형 또는 재조합 GPC-4 단백질, 또는 이들의 단편, 또는 헤파란 설페이트 결합 부위를 포함하는 야생형 또는 재조합 LAR-RPTPs 단백질, 또는 이들의 단편 중에서 선택되는, 막단백질 기능 이상과 연관된 질환의 예방 또는 치료용 후보물질의 스크리닝 방법을 제공한다.The present invention also relates to the use of a cell component capable of forming a complex of GPC-4 (glypican-4) with LAR-RPTPs (leukocyte common antigen-related receptor protein tyrosine phosphatases) through cis- And contacting the protein component with any candidate material under conditions to form the complex; And determining whether the candidate substance promotes or inhibits the formation of the GPC-4 / LAR-RPTPs complex and is believed to promote GPC-4 / LAR-RPTPs complex formation. Or a therapeutic agent, wherein the cellular component is selected from among GPC-4 expressing cells or LAR-RPTPs expressing cells, wherein the protein component is a wild type or recombinant GPC-4 protein comprising heparan sulfate, , Or a wild-type or recombinant LAR-RPTPs protein comprising a heparan sulfate binding site, or a fragment thereof, for screening candidate substances for the prophylaxis or treatment of diseases associated with membrane protein dysfunction.

헤파란 설페이트는 각종 혈관에 존재하는 당(sugar)으로서 보통 암 혈관에 영향을 주어 암세포의 성장을 저해시키는 등 항암제 개발에서 고려되는 표적이다. 당해 발명에서는 헤파란 설페이트가 뇌기능의 기본단위인 시냅스의 신경전달 효율을 직접적으로 조절함을 제시하고 있다. 헤파란 설페이트는 신경세포의 막에 존재하는 특정 접착단백질에 부착하여 흥분성 시냅스의 신경전달을 조절하며, 헤파란 설페이트가 결합하지 못할 경우 신경세포의 흥분성 및 억제성을 조절하는 기전이 망가져 각종 뇌질환 발병의 주요 기전이 될 수 있다. 따라서, PTPσ와 헤파란 설페이트의 결합을 촉진하는 저분자 물질은 시냅스 신경 효율을 극대화하여 뇌기능 항진 효과를 유발할 것이므로 막단백질의 기능 이상과 연관된 뇌질환 치료제로 사용할 수 있다.Heparan sulfate is a sugar present in various blood vessels and is a target to be considered in the development of anticancer drugs such as inhibiting the growth of cancer cells by affecting cancer blood vessels in general. The present invention suggests that heparan sulfate directly regulates the neurotransmission efficiency of synapses, the basic unit of brain function. Heparansulfate binds to specific adhesive proteins present in the membrane of nerve cells to regulate neurotransmission of excitatory synapses. If heparan sulfate fails to bind, the mechanism of regulation of excitability and inhibition of neuronal cells is destroyed. It can be the main mechanism of onset. Therefore, a low molecular substance that promotes the binding of PTP σ and heparan sulfate can maximize synaptic nerve efficiency and induce brain hyperactivity, and thus can be used as a therapeutic agent for brain diseases associated with dysfunction of membrane protein.

상기 막단백질의 기능 이상과 연관된 뇌질환은, GPC-4 단백질의 기능 이상에 의해 발생할 수 있는 뇌질환을 의미하며, 예를 들어, 자폐 등의 종류가 있다. A brain disease associated with dysfunction of the membrane protein refers to a brain disease that can be caused by dysfunction of the GPC-4 protein, for example, autism.

상기 저분자 물질은 상술한 뇌질환 이외에도 막단백질, GPC-4 단백질 또는 LAR-RPTPs 단백질의 기능 이상과 관련된 질환, 예컨대, 당뇨병(Diabetes Mellitus), 윌름스 종양(Wilms tumor 1), Simpson-golabi-behmel 증후군 타입 1(Simpson-golabi-behmel Syndrome, Type 1), 이형성증(Neoplasms), 거인증(Gigantism), 암종(Carcinoma), 연골성 뼈돌출증(Cartilaginous Exostosis), 악성종양(Malignant Neoplasms), 불안증(Nervousness), X-염색체 연관 유전병(Genetic Diseases, X-linked), 벡위드-바이데만 증후군(Beckwith-wiedemann Syndrome), 염색체 전좌(Chromosomal Translocation), 선천성 사지기형(Limb Deformities, Congenital), 상피내종양(Intraepithelial Neoplasia), 심장부정맥(Cardiac Arrhythmia), 퇴행성 뇌질환(Neurodegenerative Disorders), 자궁 경부 이형성증(Uterine Cervical Neoplasm), 골 이형성증(Bone Neoplasms) 또는 수두증(Hydrocephalus) 등의 치료제로 사용할 수 있다.In addition to the above-mentioned brain diseases, the low-molecular substance may be used for the treatment of diseases associated with dysfunction of membrane protein, GPC-4 protein or LAR-RPTPs protein such as Diabetes Mellitus, Wilms tumor 1, Simpson-golabi-behmel Syndrome type 1, neoplasms, gigantism, carcinoma, cartilaginous exostosis, malignant neoplasms, anxiety (Nervousness) Genetic Diseases (X-linked), Beckwith-wiedemann Syndrome, Chromosomal Translocation, Limb Deformities, Congenital, Intraepithelial Neurodegenerative Disorders, Uterine Cervical Neoplasm, Bone Neoplasms, Hydrocephalus, and the like can be used as a therapeutic agent for neoplasia, neuropathy, neoplasia, cardiac arrhythmia, neurodegenerative disorders, cervical dysplasia, bone neoplasms or hydrocephalus.

본 발명자들은 포유류 내 뉴런에서 LAR-RPTPs 및 GPCs 사이에 시냅스적 단백질 작용의 중요성을 탐색하였고, 이러한 작용은 신경세포 막에서 헤파란 설페이트의 이용 가능성에 의해 영향을 받을 것으로 생각되나, 후시냅스 접착 분자(LRRTM4)에 대한 전시냅스 수용체로, 그리고, 흥분성 시냅스 신경전달을 위한 주요 요소로 작용하기 위해서는 PTPσ의 HS-결합 활성이 필요함을 증명하였다. The present inventors have found that, From a neuron The importance of synaptic protein action between LAR-RPTPs and GPCs has been explored, and this effect is likely to be influenced by the availability of heparan sulfate in neuronal membranes, but the effect of post synaptic adhesion molecule (LRRTM4) Binding activity of PTP sigma in order to act as a receptor and as a key factor for excitatory synaptic neuronal transmission.

본 발명의 일 구체예에 따르면, LAR-RPTPs의 PTPσ 리간드를 검색하기 위해, PTPσ를 발현하는 세포와 GPC-4 단백질의 세포 표면-단백질 간의 결합을 분석한 결과, 이들이 강하게 결합함을 확인하였고, GPC-4 단백질의 양을 증가하면서 결합 친화도를 측정한 결과 농도 의존적으로 높은 친화도를 나타냈다.According to one embodiment of the present invention, in order to search for PTP? Ligands of LAR-RPTPs, binding between PTP? And cell surface-protein of GPC-4 protein was confirmed to bind strongly, As the amount of GPC-4 protein was increased, binding affinity was measured and it showed high affinity depending on the concentration.

PTPσ와 GPC-4의 결합을 부위를 탐색하고자, PTPσ의 Ig 도메인을 포함하거나, 결실시켜 세포 표면-단백질 결합 분석을 수행한 결과, PTPσ-전장 또는 PTPσ-Ig를 발현하는 세포에만 GPC-4가 결합하였고, 특히 Ig 도메인의 헤파란 설페이트 결합부위에서 이러한 결합이 일어남을 확인하였다.As a result of performing cell surface-protein binding analysis by including or deleting the Ig domain of PTP σ in order to search for the binding site of PTP σ and GPC-4, it was found that only GTP-4 was expressed only in the cells expressing PTP σ- , And specifically confirmed that such binding occurs at the heparan sulfate binding site of the Ig domain.

또한, GPC-4/PTPσ의 결합은 세포-단백질의 배열 즉, cis-배열일 경우에만 일어났고, 세포-세포의 결합을 의미하는 트랜스-세포성 부착 실험에서는 이러한 결합이 일어나지 않아 이러한 결합이 시스-상호작용임을 알 수 있었다.In addition, the binding of GPC-4 / PTPσ only occurred when the cell-protein sequence, that is, the cis-sequence, was not observed in the trans-cell adhesion experiment, which means cell-cell binding, - interaction.

다음으로, GPC-4와 LAR-RPTPs의 결합이 뉴런의 LRRTM4-매개된 전시냅스 분화에서의 역할을 규명하기 위해, PTPσ 또는 LAR에 대한 shRNA를 이용하여 시냅스-형성 분석을 수행한 결과, 특히 PTPσ의 발현이 억제될 경우 LRRTM4의 시냅스 활성이 선택적으로 감소되며, PTPσ 야생형(WT)을 LAR/PTPσ-결핍 뉴런에서 발현시키면, LRRTM4의 시냅스 형성 활성결핍이 다시 회복되는 것을 확인함으로써, GPC-4와 PTPσ의 헤파란 설페이트 의존적 상호작용이 LRRTM4에 의한 전시냅스 분화 유도에 필수적이며, 이는 PTPσ가 LRRTM4를 위한 전시냅스 수용체로 작용함을 나타낸다. Next, in order to clarify the role of GPC-4 and LAR-RPTPs in LRRTM4-mediated pre-synaptic differentiation of neurons, synaptic-formation analysis was performed using shRNA for PTPσ or LAR, (WT) was expressed in LAR / PTPσ-deficient neurons, the synaptic activity of LRRTM4 was regressed, and GPC-4 The heparan sulfate-dependent interaction of PTPσ is essential for induction of pre-synaptic differentiation by LRRTM4, indicating that PTPσ acts as a presynaptic receptor for LRRTM4.

또한, LAR-RPTPs의 헤파란 설페이트 결합 특성이 전시냅스 기능, 예컨대, 신경전달물질 방출 또는 신경전달 등에 관련되는지를 알아보기 위해, PTPσ 또는 LAR에 대한 shRNA를 이용하여 paired-pulse ratio(PPR)을 확인한 결과, 대조군과 LAR/PTPσ-결핍 뉴런 간의 PPR에서의 유의적인 변화가 관찰되지 않았다. 따라서, LAR과 PTPσ이 흥분성 시냅스에서 신경전달물질 방출을 직접적으로 조절하진 않는다. 또한, 해마신경세포에서 PTPσ 또는 LAR에 대한 shRNA를 이용하여 미니어쳐 흥분성 후시냅스 전류(mEPSCs)를 기록한 결과, PTPσ 또는 LAR를 억제하는 경우, mEPSCs의 주파수와 진폭이 유의적으로 감소되어 PTPσ이 흥분성 시냅스 발생에 필요함을 알 수 있었고, LAR/PTPσ-결핍 뉴런에서 PTPσ 야생형(WT)을 재발현시키면 mEPSCs의 주파수와 진폭의 감소가 완전히 회복된다. 또한, PTPσ 또는 LAR를 억제하더라도 신경전달물질 방출 가능성을 감소시키지 않기 때문에, PTPσ 및 LAR은 헤파란 설페이트 의존적 방식으로 기능적인 흥분성 시냅스의 밀도를 조절하는 것으로 생각된다.In addition, in order to investigate whether the heparan sulfate binding characteristics of LAR-RPTPs are involved in pre-synaptic functions, such as neurotransmitter release or neurotransmission, paired-pulse ratio (PPR) was measured using shRNA for PTPσ or LAR As a result, no significant change in the PPR between the control and the LAR / PTPσ-deficient neurons was observed. Thus, LAR and PTPσ do not directly regulate neurotransmitter release in excitatory synapses. In addition, when miniature excitatory post synaptic currents (mEPSCs) were recorded by using shRNA for PTPσ or LAR in hippocampal neurons, the frequency and amplitude of mEPSCs were significantly decreased when PTPσ or LAR was suppressed, , And re-expression of the PTPσ wild-type (WT) in LAR / PTPσ-deficient neurons completely restores the decrease in frequency and amplitude of mEPSCs. In addition, it is believed that PTP? And LAR regulate the density of functional excitatory synapses in a heparan sulfate-dependent manner, because inhibiting PTP? Or LAR does not reduce the potential for neurotransmitter release.

본 발명에 따른 막단백질 기능 이상과 연관된 질환 예방 또는 치료 약물의 스크리닝 키트는 cis-세포성 접착을 통해 GPC-4/LAR-RPTPs 복합체를 형성할 수 있는 세포 성분과 단백질 성분을 유효성분으로 포함할 수 있다.The screening kit for preventing or treating disease associated with membrane protein dysfunction according to the present invention comprises a cell component and a protein component capable of forming a GPC-4 / LAR-RPTPs complex through cis-cell adhesion as an active ingredient .

상기 「cis-세포성 접착」은 세포 표면-단백질 간의 접착을 의미하는 것으로, 본 발명의 스크리닝 키트에 포함된 세포 성분과 단백질 성분이 결합하여 복합체를 형성하며, 임의의 후보 물질을 부가하였을 때 이러한 복합체의 형성이 촉진 또는 억제되는지를 측정하여 복합체 형성을 촉진하는 임의의 후보 물질을 막단백질 기능 이상과 연관된 질환 예방 또는 치료제로 판단하는 것이다. The term &quot; cis-cell adhesion &quot; refers to adhesion between cell surface and protein. When a cell component and a protein component contained in the screening kit of the present invention bind to each other to form a complex, Determining whether the formation of the complex is promoted or inhibited and judging any candidate substance that promotes complex formation to be a disease prevention or treatment agent associated with membrane protein dysfunction.

상기 복합체는 헤파란 설페이트 의존적인 방식으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 세포 성분과 단백질 성분은 헤파란 설페이트 또는 헤파란 설페이트 결합 부위를 포함한다.The complex may be formed in a heparan sulfate dependent manner. Thus, the cell component and the protein component comprise a heparan sulfate or heparan sulfate binding site.

상기 세포 성분은 헤파란 설페이트를 포함하거나, 헤파란 설페이트 결합 부위를 포함하는 GPC-4 발현 세포 또는 LAR-RPTPs 발현 세포일 수 있다. 바람직하게는 헤파란 설페이트를 포함하는 야생형 또는 재조합 IgC-GPC-4, 또는 이들의 단편을 발현하도록 형질전환된 GPC-4 발현 세포와, 헤파란 설페이트 결합 부위를 포함하는 야생형 또는 재조합 LAR-RPTPs, 또는 이들의 단편을 발현하도록 형질전환된 LAR-RPTPs 발현 세포에서 선택될 수 있다.The cell component may comprise heparan sulfate or a GPC-4 expressing cell or a LAR-RPTP expressing cell comprising a heparan sulfate binding site. Wild-type or recombinant LAR-RPTPs, preferably wild-type or recombinant IgC-GPC-4 comprising heparan sulfate, or GPC-4 expressing cells transformed to express these fragments and a heparan sulfate binding site, Or LAR-RPTPs expressing cells transformed to express fragments thereof.

상기 단백질 성분은 세포 성분이 헤파란 설페이트를 포함하는 경우, 헤파란 설페이트 결합 부위를 포함하는 단백질이 선택되고, 세포 성분이 헤파란 설페이트 결합 부위를 포함하는 세포인 경우, 헤파란 설페이트를 포함하는 단백질이 선택될 수 있다.In the case where the cell component is a cell containing heparan sulfate, a protein containing a heparan sulfate binding site is selected, and when the cell component is a cell containing a heparan sulfate binding site, the protein component includes a protein containing heparan sulfate Can be selected.

따라서, 단백질 성분은 헤파란 설페이트를 포함하는 야생형 또는 재조합 GPC-4 단백질, 또는 이들의 단편, 또는 헤파란 설페이트 결합 부위를 포함하는 야생형 또는 재조합 LAR-RPTPs 단백질, 또는 이들의 단편 중에서 선택될 수 있다. 상기 야생형 또는 재조합 LAR-RPTPs 단백질의 단편은 PTPσ 단백질 또는 PTPσ의 Ig 도메인일 수 있으나, 헤파란 설페이트 결합 부위를 포함하는 야생형 또는 재조합 LAR-RPTPs 단백질의 단편이라면 제한 없이 사용할 수 있다.Thus, the protein component may be selected from wild-type or recombinant GPC-4 protein comprising heparan sulfate, or a fragment thereof, or a wild-type or recombinant LAR-RPTPs protein comprising a heparan sulfate binding site, or fragments thereof . The fragment of the wild-type or recombinant LAR-RPTPs protein may be the PTP? Protein or the Ig domain of PTP?, But may be used without restriction if it is a fragment of a wild-type or recombinant LAR-RPTPs protein comprising a heparan sulfate binding site.

또한, 상기 GPC-4 발현 세포 또는 LAR-RPTPs 발현 세포는 형질전환된 세포이고, 상기 형질전환에 사용된 숙주세포는 HEK293T(Human Embryonic Kidney 293T) 세포, L-세포, COS-7 세포, 또는 HeLa 세포 등일 수 있으나, 이에 특별히 제한하는 것은 아니다. Also, the GPC-4 expressing cells or LAR-RPTPs expressing cells are transformed cells, and the host cells used for the transformation are HEK293T (Human Embryonic Kidney 293T) cells, L-cells, COS- Cells, and the like, but are not particularly limited thereto.

상기 GPC-4/LAR-RPTPs 복합체의 형성을 촉진하는 물질은 시냅스 신경 효율을 극대화하여 뇌기능 항진 효과를 유발할 것이므로 막단백질의 기능 이상과 연관된 뇌질환 치료제로 사용할 수 있다. 또한, 뇌질환 외에도 상기 GPC-4/LAR-RPTPs 복합체의 형성을 촉진하는 물질은 GPC-4 또는 LAR-RPTPs 단백질 이상과 관련된 상술한 질환들의 치료제로 사용할 수 있다.The substance that promotes the formation of the GPC-4 / LAR-RPTPs complex maximizes synaptic nerve efficiency, thereby inducing brain hyperactivity. Therefore, it can be used as a therapeutic agent for brain diseases associated with dysfunction of membrane protein. In addition to the brain diseases, the substance which promotes the formation of the GPC-4 / LAR-RPTPs complex can be used as a therapeutic agent for the above-mentioned diseases related to GPC-4 or LAR-RPTPs protein abnormality.

따라서, 상기 물질은 GPC-4 또는 LAR- RPTPs의 코딩 유전자의 발현 및/또는 단백질의 발현 또는 활성을 촉진하는 저분자 물질일 수 있다.Therefore, the substance may be a low molecular substance which promotes expression of a coding gene of GPC-4 or LAR-RPTPs and / or expression or activity of a protein.

상기 저분자 물질은 화학물질, 뉴클레오타이드, 안티센스-올리고뉴클레오타이드, shRNA(short hairpin RNA), siRNA(small interference RNA), miRNA(microRNA), 또는 천연물 추출물 등일 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다. The low-molecular substance may be a chemical substance, a nucleotide, an antisense-oligonucleotide, a shRNA (short hairpin RNA), an siRNA (small interference RNA), a miRNA (microRNA) or a natural product extract.

상기 저분자 물질이 GPC-4/LAR-RPTPs 복합체의 형성을 촉진 또는 억제하는지 여부를 측정하는 방법은, 당업계에 공지된 다양한 방법을 채택하여 사용할 수 있다. 예컨대, RT-PCR, 노던 블랏, cDNA 마이크로어레이를 이용한 혼성화 반응, 인 시투(in situ) 혼성화 반응, 면역조직화학법, 방사능면역분석, 방사능면역침전, 면역침전, 웨스턴 블랏, ELISA, 캡쳐-ELISA, 샌드위치 분석법 등을 제한 없이 사용할 수 있다.The method for measuring whether or not the low-molecular substance promotes or inhibits the formation of the GPC-4 / LAR-RPTPs complex can be carried out by employing various methods known in the art. For example, RT-PCR, Northern blot, hybridization using a cDNA microarray, in situ (in situ hybridization, immunohistochemistry, radioimmunoassay, radioimmunoprecipitation, immunoprecipitation, Western blotting, ELISA, capture-ELISA, sandwich assay and the like.

본 발명은 또한, GPC-4 또는 LAR-RPTPs의 농도를 증가시키는 물질을 유효성분으로 포함하는 막단백질 기능 이상과 연관된 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.The present invention also provides a pharmaceutical composition for the prophylaxis or treatment of diseases associated with membrane protein dysfunction comprising a substance which increases the concentration of GPC-4 or LAR-RPTPs as an active ingredient.

또한, 본 발명은 GPC-4 또는 LAR-RPTPs의 코딩 유전자의 발현을 촉진하거나, GPC-4 또는 LAR-RPTPs 단백질의 발현 또는 활성을 촉진하는 물질을 유효성분으로 포함하는 막단백질 기능 이상과 연관된 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.The present invention also relates to a pharmaceutical composition for treating a disease associated with membrane protein dysfunction, which comprises a substance which promotes the expression of a coding gene of GPC-4 or LAR-RPTPs or which promotes the expression or activity of GPC-4 or LAR- Or a pharmaceutically acceptable salt thereof.

본 발명의 약학적 조성물은 화학물질, 뉴클레오타이드, 안티센스-올리고뉴클레오타이드, shRNA, siRNA, miRNA 또는 천연물 추출물을 유효성분으로 포함할 수 있다. The pharmaceutical composition of the present invention may contain, as an active ingredient, a chemical substance, a nucleotide, an antisense-oligonucleotide, an shRNA, an siRNA, an miRNA or a natural product extract.

상기 약학적 조성물은 약학적으로 허용되는 담체를 포함할 수 있다. 상기 약학적 조성물에 포함되는 약학적으로 허용되는 담체는 제제시에 통상적으로 이용되는 것으로서, 락토스, 덱스트로스, 수크로스, 솔비톨, 만니톨, 전분, 아카시아 고무, 인산 칼슘, 알기네이트, 젤라틴, 규산 칼슘, 미세결정성 셀룰로스, 폴리비닐피롤리돈, 셀룰로스, 물, 시럽, 메틸 셀룰로스, 메틸히드록시벤조에이트, 프로필히드록시벤조에이트, 활석, 스테아르산 마그네슘 및 미네랄 오일 등을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 약학적 조성물은 상기 성분들 이외에 윤활제, 습윤제, 감미제, 향미제, 유화제, 현탁제, 보존제 등을 추가로 포함할 수 있다. 적합한 약학적으로 허용되는 담체 및 제제는 Remington's Pharmaceutical Sciences (19th ed., 1995)에 상세히 기재되어 있다.The pharmaceutical composition may comprise a pharmaceutically acceptable carrier. The pharmaceutically acceptable carrier to be contained in the pharmaceutical composition is one usually used in the present invention, and includes lactose, dextrose, sucrose, sorbitol, mannitol, starch, acacia rubber, calcium phosphate, alginate, gelatin, calcium silicate , Microcrystalline cellulose, polyvinylpyrrolidone, cellulose, water, syrup, methylcellulose, methylhydroxybenzoate, propylhydroxybenzoate, talc, magnesium stearate and mineral oil, no. The pharmaceutical composition may further contain a lubricant, a wetting agent, a sweetening agent, a flavoring agent, an emulsifying agent, a suspending agent, a preservative, etc. in addition to the above components. Suitable pharmaceutically acceptable carriers and formulations are described in detail in Remington ' s Pharmaceutical Sciences (19th ed., 1995).

상기 약학적 조성물은 경구 또는 비경구 투여(예를 들어, 정맥내 투여, 복강내 투여, 근육내 투여, 피하 투여, 또는 국부 투여)할 수 있다.The pharmaceutical composition may be administered orally or parenterally (for example, intravenous, intraperitoneal, intramuscular, subcutaneous, or topical).

상기 약학적 조성물의 적합한 투여량은 제제화 방법, 투여 방식, 환자의 연령, 체중, 성, 병적 상태, 음식, 투여 시간, 투여 경로, 배설 속도 및 반응 감응성과 같은 요인들에 의해 다양하게 처방될 수 있다. 한편, 상기 약학적 조성물의 투여량은 바람직하게는 1일 당 0.001-100 mg/kg(체중)일 수 있다.The appropriate dosage of the pharmaceutical composition may be variously prescribed depending on factors such as the formulation method, administration method, age, body weight, sex, pathological condition, food, administration time, administration route, excretion rate and responsiveness of the patient have. On the other hand, the dosage of the pharmaceutical composition may preferably be 0.001-100 mg / kg (body weight) per day.

상기 약학적 조성물은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있는 방법에 따라, 약학적으로 허용되는 담체 및/또는 부형제를 이용하여 제제화함으로써 단위 용량 형태로 제조되거나 또는 다용량 용기 내에 내입시켜 제조될 수 있다. 이때 제형은 오일 또는 수성 매질중의 용액, 현탁액 또는 유화액 형태이거나 엑스제, 분말제, 과립제, 정제 또는 캅셀제 형태일 수도 있으며, 분산제 또는 안정화제를 추가적으로 포함할 수 있다.The pharmaceutical composition may be prepared in a unit dose form by formulating it using a pharmaceutically acceptable carrier and / or excipient according to a method which can be easily carried out by a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Into a multi-dose container. The formulations may be in the form of solutions, suspensions or emulsions in oils or aqueous media, or in the form of excipients, powders, granules, tablets or capsules, and may additionally contain dispersing or stabilizing agents.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

<실시예 1> GPC-4/LRRTM4 부착 복합체의 전시냅스 수용체로서 PTPσ의 역할 규명EXAMPLES Example 1 Identification of the role of PTPσ as a synaptic receptor in the GPC-4 / LRRTM4 adherent complex

(발현 벡터 구축)(Construction of expression vector)

1. 글리피칸(Glypicans) 1. Glypicans

하기 글리피칸 구조들은 de Wit 등의 Neuron. Vol. 79, pp.696-711에 설명되어 있다: The following glypicane structures are described in de Wit et al. Neuron. Vol. 79, pp.696-711:

pDisplay-GPC-1; pDisplay-GPC-3; pDisplay-GPC-4; pDisplay-GPC-5; pDisplay-GPC-6; pDisplay-GPC-1; pDisplay-GPC-3; pDisplay-GPC-4; pDisplay-GPC-5; pDisplay-GPC-6;

pDisplay-GPC-4 AAA: 3개의 헤파란 설페이트 GAG 부착 부위를 알라닌으로 변이시킨 GPC-4 돌연변이;pDisplay-GPC-4 AAA: GPC-4 mutation in which three heparan sulfate GAG attachment sites were mutated to alanine;

pDisplay-GPC-4 351-AISA: 프로테아제 절단 보존 서열 R351ISR354이 A351ISA354으로 변이된 GPC-4 돌연변이; 및 pDisplay-GPC-4 351-AISA: protease cleavage conserved sequence R 351 ISR 354 GPC-4 mutated to A 351 ISA 354 ; And

p3CPro-GPC-4: 랫트 Caspr2의 인코딩 잔기 1-31 및 마우스의 글리피칸-4의 23-528 잔기가 사람 IgG Fc 단편에 융합된 것.
p3CPro-GPC-4: Encoding residues 1-31 of rat Caspr2 and 23-528 residues of glypicane-4 of mouse fused to human IgG Fc fragments.

2. LAR-RPTPs2. LAR-RPTPs

pDisplay-PTPσ는 시그널 펩타이드(아미노산 [aa] 30-1501)를 제외한 사람 PTPσ의 전장 서열(Genbank accession no. BC104812.1)을 코딩하며, BglII  및 SalI 제한효소 부위에 의해 pDisplay 벡터에 클로닝된다.pDisplay-PTP σ encodes the full-length sequence of human PTPσ (Genbank accession No. BC104812.1) except for the signal peptide (amino acid [aa] 30-1501), and Bgl II   And a Sal I restriction enzyme site.

pDisplay-PTPσ ΔIg는 PTPσ(aa 305-1501; 3개의 Ig 도메인이 삭제됨)의 단편을 코딩하며, BglII  및 SalI 제한효소 부위에 의해 pDisplay 벡터에 클로닝된다.pDisplay-PTPσ [Delta] Ig encodes a fragment of PTP [sigma] (aa 305-1501; 3 Ig domains deleted) and Bgl II   And Sal I Is cloned into the pDisplay vector by restriction enzyme sites.

pDisplay-PTPσ AAAA는 PTPσ의 Ig1 도메인에서 4개의 라이신 잔기가 알라닌으로 돌연변이되어 GAG-결합 부위를 차단하는 것을 제외하고는 pDisplay-PTPσ와 동일하다. pDisplay-PTPσ AAAA is identical to pDisplay-PTPσ except that the four lysine residues in the Ig1 domain of PTPσ are mutated to alanine to block the GAG-binding site.

pcDNA3.1-HA-PTPσ는 시그널 펩타이드(aa 21-1912)를 제외한 사람 PTPσ의 전장 서열(Genbank accession no. L38929.1)을 코딩하며, neuroligin-2 시그널 펩타이드(aa 1-14) 및 HA 에피토프를 포함하는 pcDNA3.1-HA 벡터에 NotI 및 XbaI 제한효소 부위에 의해 삽입된다.pcDNA3.1-HA-PTP σ encodes the full-length sequence of human PTP σ except for the signal peptide (aa 21-1912) (Genbank accession No. L38929.1), and the neuroligin-2 signal peptide (aa 1-14) and the HA epitope Lt ; RTI ID = 0.0 &gt; NotI & lt ; / RTI & gt ; and Xba I restriction sites.

pDisplay-LAR는 시그널 펩타이드(aa 30-1907)를 제외한 사람 LAR의 전장 서열(Genbank accession no. AB177857.1)을 코딩하며, BglII  및 SalI 제한효소 부위에 의해 pDisplay 벡터에 삽입된다. pDisplay-LAR encodes the full-length sequence of a human LAR (Genbank accession No. AB177857.1) except for the signal peptide (aa 30-1907), and Bgl II   And the Sal I restriction enzyme site.

PTPσ를 코딩하는 렌티바이러스 발현 벡터를 구축하기 위해, HA가 붙어 있는 사람 전장 PTPσ 야생형(WT) 및 PTPσ AAAA를 PCR 증폭하고, NheI 및 BsrGI로 절단하고, L-313 벡터, 즉, 2개의 사람 H1 프로모터와 2개의 사람 U6 프로모터를 포함하는 렌티바이러스 shRNA 벡터에 클로닝하였다(Ko et al. J. Cell Biol . 194:323-334, 2011, 참고). PCR로 생성된 MeA(PTPσ에 대해서는 ETFESTPIR; PTPδ에 대해서는 ESIGGTPIR; LAR에 대해서는 GGSPIR) 및/또는 MeB (PTPσ 및 PTPδ에 대해서는 ELRE; LAR에 대해서는 DQRE) 인서트를 pDis-PTPσ Ig1-3 및 pDis-PTPδ Ig1-3 벡터에 클로닝하여 PTPσ, PTPδ 또는 LAR에 대해 각각 스플라이스 변이체, Ig1-3, Ig1-3MeA, Ig1-3MeB 및 Ig1-3MeAB를 생산하여 LAR-RPTP 패밀리의 스플라이스 변이체들을 만들었다. To construct a lentiviral expression vector coding for PTPσ, the human whole-length PTPσ wild type (WT) and PTPσ AAAA to which HA was attached were PCR amplified, digested with Nhe I and BsrG I , and ligated into L-313 vector, Was cloned into a lentiviral shRNA vector containing the human H1 promoter and two human U6 promoters (Ko et &lt; RTI ID = 0.0 &gt; al . J. Cell Biol . 194: 323-334, 2011). PTis-PTP σ Ig1-3 and pDis-PTPδ (SEQ ID NO: 1) inserts were generated by PCR using the following primers: MeA (ETFESTPIR for PTP σ; ESIGGTPIR for PTP δ; GGSPIR for LAR) and / or MeB (ELRE for PTP σ and PTP δ; DQRE for LAR) Splice variants of the LAR-RPTP family were produced by cloning into the Ig1-3 vector to produce splice variants, Ig1-3, Ig1-3 MeA , Ig1-3 MeB and Ig1-3 MeAB , respectively, for PTP ? , PTP? Or LAR .

한편, pDisplay-TrkC는 시그널 펩타이드(aa 32-825)를 제외한 마우스 TrkC(Genbank accession no. AY336094.1)의 전장 영역을 코딩하며, XmaI 및 SacII 제한효소 부위에 의해 pDisplay 벡터에 클로닝되었다. 하기 구조들은 참고 문헌에 설명되어 있다: pCMV5-LRRTM2-mVenus, pEGFP-N1 LRRTM4, 및 pCMV5-IgC(Ko et al. Neuron. 64:791-798, 2009); pDisplay-Slitrk1, L-309 PTPσ 및 L-309 LAR(Yim et al., Proc . Natl . Acad . Sci . U S A. 110:4057-4062, 2013); pGW1 myc-Syndecan-2(Yiping Hsueh 박사로부터의 받음); 그리고 pDisplay-Syndecan-3(David Guido 박사로부터의 받음).On the other hand, pDisplay-TrkC encodes the full-length region of mouse TrkC (Genbank accession No. AY336094.1) except for the signal peptide (aa 32-825) and was cloned into the pDisplay vector by Xma I and Sac II restriction enzyme sites. The following structures are described in the references: pCMV5-LRRTM2-mVenus, pEGFP-N1 LRRTM4, and pCMV5-IgC (Ko et al. Neuron . 64: 791-798, 2009); pDisplay-Slitrkl, L-309 PTP?, and L-309 LAR (Yim et al., Proc . Natl . Acad . Sci . USA, 110: 4057-4062, 2013); pGW1 myc-Syndecan-2 (received from Dr. Yiping Hsueh); And pDisplay-Syndecan-3 (received from Dr. David Guido).

항체는 상업적으로 이용 가능한 항체들을 구입하여 사용하였다: 마우스 단클론 항-HA(클론 HA-7; Covance), 염소 다클론 항-EGFP(Rockland), 토끼 다클론 항-시냅신 I(Millipore), 마우스 단클론 항-헤파란 설페이트 델타(클론 3G10; USBiological) 및 마우스 단클론 항-튜불린(클론 DM1A; Hybridoma Bank).
Antibodies were purchased and used commercially available antibodies: mouse monoclonal anti-HA (clone HA-7; Covance), goat polyclonal anti-EGF (Rockland), rabbit polyclonal anti-synapsin I (Millipore) Monoclonal anti-heparan sulfate delta (clone 3G10; USBiological) and mouse monoclonal anti-tubulin (clone DM1A; Hybridoma Bank).

(재조합 단백질의 생산 및 정제) (Production and purification of recombinant protein)

재조합 단백질의 발현을 위해, HEK293T 세포들을 10-cm 디쉬에서 50-70% 컨플루언스가 되도록 배양하고 나서, FuGene(Roche)과 다양한 Ig 단백질에 대응하는 cDNA 10㎍을 사용하여 트랜스펙션 시켰다. 트랜스펙션 후 3-4일째에 용해성 Ig-융합 단백질을 포함하는 배지를 얻고, 1000×g에서 원심분리 하였다. 그리고 나서, 상등액은 20mM HEPES-NaOH(pH7.4), 1mM EDTA 및 프로테아제 억제제 칵테일(ThermoScientific)로 조정하고, 단백질 A-Sepharose(GE Healthcare)와 밤새도록 인큐베이션하여 사람 IgG Fc 도메인과 결합시켰다. 이 비드를 PBS(phosphate buffered saline)로 세척하여 결합되지 않은 단백질을 제거하고, 비드-결합된 단백질은 0.1M 글리신(pH2.5)으로 용출하였다.
For expression of recombinant proteins, HEK293T cells were cultured in a 10-cm dish to 50-70% confluence and then transfected with 10 [mu] g of cDNA corresponding to FuGene (Roche) and various Ig proteins. A medium containing soluble Ig-fusion protein was obtained 3-4 days after transfection and centrifuged at 1000 x g. The supernatant was then adjusted with 20 mM HEPES-NaOH (pH 7.4), 1 mM EDTA and a protease inhibitor cocktail (ThermoScientific) and incubated with protein A-Sepharose (GE Healthcare) overnight to bind the human IgG Fc domain. The beads were washed with PBS (phosphate buffered saline) to remove unbound protein, and the bead-bound protein was eluted with 0.1 M glycine (pH 2.5).

(어피니티 크로마토그래피 및 in-gel digestion) (Affinity chromatography and in-gel digestion)

2개의 냉동된 마우스 뇌를 균질화 버퍼[320mM 수크로스, 10mM HEPES(pH7.4), 1mM PMSF 및 단백질 억제제 칵테일] 20mL로 6-8 스트로크 시켜 균질화하고, 라이시스 버퍼[50mM Tris(pH8.0), 150mM NaCl, 0.1% sodium dodecyl sulfate(SDS), 0.5% Na-deoxycholate, 17mM PMSF, 단백질 억제제 칵테일 및 1% NP-40]로 추출한 다음, 100,000×g에서 1시간 동안 4℃ 조건에서 원심분리하여 불용성 물질을 침전시켰다. 25mg의 Ig-PTPσ이 결합된 Protein A-Sepharose beads(GE Healthcare) 또는 IgC 단독을 라이시스 버퍼로 평형화시키고, 2mg의 뇌 추출물과 함께 4℃에서 밤새도록 인큐베이션하고 나서 원심분리(800×g, 5분)하고, 라이시스 버퍼로 5회 세척하였다. 비드-결합된 단백질은 SDS 샘플 버퍼로 용출하였다. 용출된 단백질은 시퀀싱-등급의 변형 트립신(Promega)으로 소화시키고, 질량 분석을 수행하였다. Ig-PTPσ 레인에서 유일하게 관찰된 밴드를 젤에서 직접 자르고, 50mM 암모늄 바이카보네이트(ammonium bicarbonate, ABC)에 녹인 5mg/mL의 dithiothreitol(DTT)로 얼룩을 제거하고 speed vacuum concentrator에서 건조하였다. 건조된 젤 조각을 100㎍/mL의 트립신이 포함된 50mM ABC로 탈수시키고, 37℃에서 16시간 동안 인큐베이션 하였다. 상등액 펩타이드 혼합물을 5% 포름산(FA)에 녹인 50% ABC로 30분 동안 추출하고, speed vacuum concentrator에서 건조하여 질량 분석(Mass spectrometry)에 사용하였다.
Two frozen mouse brains were homogenized by 6-8 strokes with 20 mL of homogenization buffer [320 mM sucrose, 10 mM HEPES (pH 7.4), 1 mM PMSF and protein inhibitor cocktail] and lysed buffer [50 mM Tris , 150 mM NaCl, 0.1% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5% Na-deoxycholate, 17 mM PMSF, protein inhibitor cocktail and 1% NP-40] and centrifuged at 100,000 × g for 1 hour at 4 ° C Insoluble matter was precipitated. Protein A-Sepharose beads (GE Healthcare) or IgC alone conjugated with 25 mg of Ig-PTPσ were equilibrated with lysis buffer and incubated overnight at 4 ° C with 2 mg of brain extract followed by centrifugation (800 × g, 5 Min) and washed five times with lysis buffer. The bead-bound protein was eluted with SDS sample buffer. The eluted proteins were digested with sequencing-grade modified trypsin (Promega) and mass spectrometry was performed. The only band observed in the Ig-PTPσ lane was directly cut from the gel and the stain was removed with 5 mg / mL dithiothreitol (DTT) dissolved in 50 mM ammonium bicarbonate (ABC) and dried in a speed vacuum concentrator. The dried gel pieces were dehydrated with 50mM ABC containing 100 占 퐂 / mL trypsin and incubated at 37 占 폚 for 16 hours. The supernatant peptide mixture was extracted with 50% ABC in 5% formic acid (FA) for 30 min, dried in a speed vacuum concentrator and used for mass spectrometry.

(질량 분석)(Mass analysis)

상기 질량 분석은 트립신 처리 및 건조된 샘플에 대해 Agilent 1260 nano-LC 시스템, HPLC Chip-cube MS 인터페이스 및 6530 QTOF single quadrupole-TOF mass spectrometer를 갖춘 Agilent HPLC-Chip/TOF MS system을 사용하여 수행하였다. 건조한 펩타이드 샘플들은 2% ACN/0.1% FA에서 재현탁하고, 대용량 HPLC 칩(Agilent Technologies)에서 농축하였다. HPLC 칩은 enrichment column(9mm; 75㎛ I.D.; 160 nL)에 통합되었고 그런 다음 reverse-phase column(15cm; 75㎛ I.D.; Zorbax 300SB-C18 5㎛ 수지로 채워짐)으로 통합되었다. 펩타이드 분리는 300nL/분의 유속으로, 3-45% 버퍼 B(90% ACN/0.1% FA)가 포함된 3-45% 버퍼 A(0.1% FA)의 70-분 그레디언트를 사용하여 수행하였다. MS 및 MS/MS 데이터는 포지티브 이온 모드에서 획득하였고, 센트로이드 모드에서 데이터를 저장하였다. 칩 스프레이 전압은 2100V로 설정하였고, 칩 조건으로 시행되었다. 가스 건조 온도는 3.5L/분의 유속으로 325℃로 설정하였다. 전구체 분리를 위해 미디움 분리 창(4m/z)을 사용하였다. 단편화(fragmentation)를 위해 3.7V/100Da의 기울기 및 2.5V의 오프셋을 가진 충돌 에너지를 사용하였다. MS 데이터는 300-3000m/z의 질량 범위에 걸쳐 획득되었지만, MS/MS 데이터는 50-2500m/z의 질량 범위에서 획득되었다. 레퍼런스 질량 보정은 922 레퍼런스 질량을 사용하여 활성화하였다. 전구체는 2개의 MS/MS 스펙트럼을 획득한 후 30초 동안 제외 목록에서 세팅되었다. MS/MS 스펙트럼은 디폴트 파라미터 하에서 Mass Hunter Qualitative Analysis B.05.00 소프트웨어(Agilent Technologies)를 사용하여 추출하고, 스펙트럼은 Uniprot/Swiss-Prot 데이터베이스(10/10/2013)에 맞서 검색하기 위해 Mascot v2.3(Matrix Science, London, UK)을 사용하여 해석하였다. > 25인 개개의 이온 스코어는 식별 또는 광범위한 상동성(p < 0.05)을 나타낼 때 채택되었다. 데이터베이스 검색은 10ppm의 펩타이드 질량 허용(peptide mass tolerance), 0.5Da의 MS/MS 허용 및 2개의 결실된 절단 부위를 허용하는 엄격한 트립신 특이성을 가지고 수행하였다. Cys의 카브아미도메틸화(Carbamidomethylation)를 고정된 변형으로 설정하고, 산화(M)는 가변적인 변형으로 간주하였다.
The mass spectrometry was performed using an Agilent HPLC-Chip / TOF MS system equipped with an Agilent 1260 nano-LC system, a HPLC Chip-cube MS interface and a 6530 QTOF single quadrupole-TOF mass spectrometer on the trypsin treated and dried samples. Dried peptide samples were resuspended in 2% ACN / 0.1% FA and concentrated on large volume HPLC chips (Agilent Technologies). The HPLC chip was integrated into an enrichment column (9 mm; 75 urn ID; 160 nL) and then integrated into a reverse-phase column (15 cm; 75 urn ID; filled with Zorbax 300SB-C18 5 urn resin). Peptide separation was performed using a 70-minute gradient of 3-45% buffer A (0.1% FA) with 3-45% buffer B (90% ACN / 0.1% FA) at a flow rate of 300 nL / min. MS and MS / MS data were acquired in positive ion mode and data was stored in centroid mode. The chip spray voltage was set at 2100V and chip conditions were used. The gas drying temperature was set at 325 캜 at a flow rate of 3.5 L / min. A medium separation window (4m / z) was used for precursor separation. For fragmentation, the collision energy with a slope of 3.7V / 100Da and an offset of 2.5V was used. MS data were acquired over a mass range of 300-3000 m / z, while MS / MS data were obtained over a mass range of 50-2500 m / z. The reference mass compensation was activated using a 922 reference mass. The precursor was set on the exclusion list for 30 seconds after acquiring two MS / MS spectra. The MS / MS spectra were extracted using the Mass Hunter Qualitative Analysis B.05.00 software (Agilent Technologies) under the default parameters and the spectra were analyzed using Mascot v2.3 to search against the Uniprot / Swiss-Prot database (10/10/2013) (Matrix Science, London, UK). Individual ion scores of > 25 were employed when identifying or exhibiting broad homology ( p < 0.05). Database searches were performed with peptide mass tolerance of 10 ppm, MS / MS tolerance of 0.5 Da and stringent trypsin specificity allowing two deleted cleavage sites. Carbamidomethylation of Cys was set as a fixed strain, and oxidation (M) was considered as a variable strain.

(포화 리간드 결합 분석)(Saturated ligand binding assay)

형질전환된 HEK293T 세포들을 50mM HEPES-NaOH(pH7.4), 2mM CaCl2, 2mM MgCl2, 0.1% BSA, 및 일정 농도의 Ig 융합 단백질(연속 희석을 이용하여 부가됨)를 포함하는 DMEM에서 약하게 교반하면서 4℃에서 16시간 동안 배양하였다. 이 세포들을 차가운 DMEM으로 3회 세척하여 과량의 Ig 단백질을 제거하고, 얼음 위에서 4% 파라포름알데히드로 10분 동안 고정하였다. 이 세포들을 차가운 PBS로 다시 세척하고, 실온에서 15분 동안 PBS 및 3% BSA를 포함하는 블럭킹 용액에서 인큐베이션 하였다. HRP-결합된 토끼 항-사람 IgG 항체를 첨가하고(블럭킹 용액에서 1:40,000의 비율로 희석함), 다시 한 시간 동안 인큐베이션 하였다. 이 세포를 블럭킹 용액으로 3회 세척하고 PBS로 다시 세척하고 나서, 비색성 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine peroxidase 효소 면역 분석(Bio-Rad)을 제조업체의 설명서에 따라 수행하였다. Weakly in DMEM containing transfected (as added by the serial dilutions) of the switching HEK293T cells 50mM HEPES-NaOH (pH7.4), 2mM CaCl 2, 2mM MgCl 2, Ig fusion proteins of 0.1% BSA, and a concentration Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 4 C &lt; / RTI &gt; for 16 hours. The cells were washed three times with cold DMEM to remove excess Ig protein and fixed on ice with 4% paraformaldehyde for 10 min. The cells were washed again with cold PBS and incubated in a blocking solution containing PBS and 3% BSA at room temperature for 15 minutes. HRP-conjugated rabbit anti-human IgG antibody was added (diluted 1: 40,000 in blocking solution) and incubated again for one hour. The cells were washed three times with blocking solution, washed again with PBS, and then subjected to a colorimetric 3,3 ', 5,5'-tetramethylbenzidine peroxidase enzyme immunoassay (Bio-Rad) according to the manufacturer's instructions.

요약하면, 제공된 HRP 기질 용액을 각 웰에 부가하고, 파란색이 보일 때까지 격렬하게 교반하면서 실온에서 15분 동안 샘플을 인큐베이션 하였다. 1N 황산을 동량 부가하여 각 반응을 종결시켜 노란색이 되게 하였다. Benchmark Plus(BioRad)를 사용하여 24-웰 플레이트에서 450nm에서의 흡광도를 측정하고, 플라스미드 및 mock-감염된 세포 사이에 측정된 흡광도의 차이에 대한 리간드 농도를 표시하였다. 해리 상수(Kd) 값은 Scatchard 분석을 사용하여 데이터에서 계산하였다.In summary, the provided HRP substrate solution was added to each well and the samples were incubated at room temperature for 15 minutes with vigorous stirring until blue appeared. Equal amounts of 1N sulfuric acid were added to terminate each reaction to make it yellow. The absorbance at 450 nm was measured in a 24-well plate using Benchmark Plus (BioRad) and the ligand concentration for the difference in absorbance measured between the plasmid and mock-infected cells was displayed. The dissociation constant (Kd) values were calculated from the data using Scatchard analysis.

 

(세포-표면 결합 분석)(Cell-surface binding assay)

Boucard et al., J. Biol . Chem . 287:9399-9413, 2012의 설명에 따라 HEK293T 세포에서 GPC-4의 IgC-융합 단백질 및 PTPσ를 생산하였다. 용해성 IgC 단백질은 protein A-sepharose beads(GE Healthcare)를 사용하여 정제하고, 용출한 후 1M Tris-HCl(pH 8.0)로 즉시 중화시켰다. HA가 붙어 있는 전장 PTPσ 또는 pDisplay-PTPσ, pDisplay-PTPσ, 또는 pDisplay-LAR의 선택적 스플라이싱 변이체를 발현하는 형질전환된 HEK293T 세포는 기재된 대로 0.2μM IgC 또는 IgC-GPC-4와 함께 배양하였다. 헤파리나아제 처리를 위해, 형질전환된 HEK 세포에 1U/mL의 heparinase III(Sigma) 또는 비히클[20mM Tris-HCl(pH 7.5), 0.1mg/mL BSA, 4mM CaCl2]를 37℃에서 2시간 동안 처리하였다. 이미지는 공초점 현미경에서 획득하였다(LSM510; Zeiss).
Boucard et al., J. Biol . Chem . 287: 9399-9413, 2012 to produce IgC-fusion protein and PTP? Of GPC-4 in HEK293T cells. Soluble IgC protein was purified using protein A-sepharose beads (GE Healthcare), eluted and immediately neutralized with 1 M Tris-HCl (pH 8.0). Transformed HEK293T cells expressing full-length PTPσ or pDisplay-PTPσ, pDisplay-PTPσ, or pDisplay-LAR selective splice variants with HA attached were incubated with 0.2 μM IgC or IgC-GPC-4 as described. For heparinase treatment, heparinase III (Sigma) or vehicle [20 mM Tris-HCl (pH 7.5), 0.1 mg / mL BSA, 4 mM CaCl 2 ] was added to the transformed HEK cells at 37 ° C for 2 hours Lt; / RTI &gt; Images were acquired in a confocal microscope (LSM 510; Zeiss).

(세포-부착 분석)(Cell-adhesion assay)

HEK293T 세포들은 상기에서 기술된 발현 벡터로 형질전환시켰다. 48시간 형질전환 후, 세포를 분리하고, 혼합하고 가볍게 교반하면서 실온에서 인큐베이션 하였다. 세포 융합의 정도를 분석하기 위해 앨리쿼트로 분리하였고, 그들은 4-웰 배양 슬라이드에 스팟팅한 후 공초점 현미경 이미징을 수행하였다. 정량화는 Lee et al., Proc . Natl . Acad . Sci . U S A. 110:336-341, 2013에 따라 수행하였다.
HEK293T cells were transformed with the expression vectors described above. After 48 hours of transformation, cells were isolated, mixed and incubated at room temperature with gentle agitation. To analyze the extent of cell fusion, they were aliquot separated and they were spotted onto a 4-well culture slide and confocal microscopy imaging was performed. Quantification is performed as described in Lee et al ., Proc . Natl . Acad . Sci . US A. 110: 336-341, 2013.

(풀-다운 분석) (Full-down analysis)

pDisplay-PTPσ pDisplay-LAR, pDisplay-PTPσ, pEGFP-N1 LRRTM4, pCMV5-LRRTM3-mVenus, pCMV5-NL1-mVenus, pDisplay-GPC-1, pDisplay-GPC-3, pDisplay-GPC-4, pDisplay-GPC-5, pDisplay-GPC-6, pDisplay-GPC-4 AAA, 또는 pDisplay-Trk으로 형질전환된 HEK293T 세포들과 10㎍의 Ig-PTPσ, Ig-GPC-4 또는 IgC(대조군)를 혼합하고, 4℃에서 2시간 동안 인큐베이션하였다. 면역블랏팅에 사용된 항체들은 항-HA(1:1000) 및 항-EGFP(1㎍/mL)이었다.
pDisplay-GPC-3, pDisplay-GPC-4, pDisplay-GPC-4, pDisplay-GPC-4, pDisplay-GPC-3, pDisplay-GPC- 10 μg of Ig-PTPσ, Ig-GPC-4 or IgC (control) was mixed with HEK293T cells transformed with pDisplay-GPC-6, pDisplay-GPC-4 AAA, or pDisplay- Lt; / RTI &gt; for 2 hours. Antibodies used for immunoblotting were anti-HA (1: 1000) and anti-EGF (1 μg / mL).

(재조합 렌티바이러스 생산)(Production of recombinant lentivirus)

재조합 렌티바이러스는 기존에 설명한 것(Um et al. Cell Rep. 6:1096-1109, 2014)처럼 3개의 플라스미드―L-309 벡터(L-309 PTPσ-KD, L-309 LAR-KD, 또는 L-309 단독), psPAX 및 FuGene-6(Roche)를 사용하는 pMD2G을 사용하여 3중으로 트랜스펙션시킨 HEK293T 세포에서 생산하였다. psPAX 및 pMD2G 플라스미드는 바이러스 입자를 패키징하는데 필수적인 요소들을 코딩한다. 48시간 트랜스펙션 시킨 후, HEK293T 세포 상등액을 회수하고, 이미 설명한 방법대로 정제하였다(Yim et al ., Proc. Natl . Acad . Sci . U S A. 110:4057-4062, 2013). 배양된 랫트 해마 뉴런을 인 비트로에서 수일 동안(DIV) 감염시키고, DIV12-13에서 회수하였다. 정량적인 RT-PCR(qRT-PCR)을 사용하여 넉다운 효율을 측정하였다(Ko et al . J. Cell Biol . 194:323-334, 2011).
Recombinant lentiviruses have been described previously (Um et al. Cell Rep . 3-plasmid-L-309 vector (L-309 PTP? -KD, L-309 LAR-KD or L-309 alone), psPAX and FuGene-6 (Roche) were produced in HEK293T cells transfected with triplicate using pMD2G. The psPAX and pMD2G plasmids encode essential elements for packaging viral particles. After 48 hours of transfection, the HEK293T cell supernatant was recovered and purified as previously described (Yim et &lt; RTI ID = 0.0 &gt; al ., Proc. Natl . Acad . Sci . USA . 110: 4057-4062, 2013). Cultured rat hippocampal neurons were infected in vitro for several days (DIV) and recovered in DIV12-13. Quantitative RT-PCR (qRT-PCR) was used to measure knockdown efficiency (Ko meat al . J. Cell Biol . 194: 323-334, 2011).

(이종 시냅스-형성 분석)(Heterogeneous synapse-formation analysis)

FuGene(Roche)을 사용하여 pCMV5-LRRTM2-mVenus, pEGFP-N1-LRRTM4, 또는 EGFP(음성 대조군)로 HEK293T 세포들을 형질전환시켰다. 48시간 후, 형질전환된 HEK293T 세포들에 트립신을 처리하고, DIV9에 배양된 해마 뉴런에 씨딩한 다음, 48시간 동안 공배양하고, DIV11에서 EGFP 및 synapsin I에 대한 항체를 사용하여 면역염색하였다(Ko et al . Neuron. 64:791-798, 2009). 공초점 현미경(LSM510; Zeiss)에서 이미지를 얻었다. 정량화를 위해, 형질전환된 HEK293T 세포의 외곽을 관심 영역으로 선택하였다. MetaMorph Software(Molecular Devices)를 사용하여 적색과 녹색 채널 둘 다에 대해 각 HEK293T 세포의 면적에 대하여 정규화된 시냅신 부점의 형광 강도를 정량하였다.
HEK293T cells were transformed with pCMV5-LRRTM2-mVenus, pEGFP-N1-LRRTM4, or EGFP (negative control) using FuGene (Roche). Forty-eight hours later, transformed HEK293T cells were treated with trypsin, seeded into hippocampal neurons cultured in DIV9, co-cultured for 48 hours, and immunostained with DIV11 using antibodies against EGFP and synapsin I Ko et al . Neuron . 64: 791-798, 2009). Images were obtained from a confocal microscope (LSM510; Zeiss). For quantification, the outline of transformed HEK293T cells was selected as the region of interest. Using the MetaMorph Software (Molecular Devices), the fluorescence intensities of the normalized synapse points for each HEK293T cell area for both the red and green channels were quantitated.

 (일차 뉴런 배양 및 면역세포화학 분석)(Primary neuron culture and immunocytochemical analysis)

배양된 해마 뉴런은 이전에 설명한 배아기 18일된 랫트 뇌(E18)로부터 준비하고(Ko et al ., J. Neurosci . 26:963-970, 2006), 폴리-L-라이신이 코팅된 커버슬립에서 배양하고, B-27(Invitrogen), 0.5% 우태아혈청, 0.5mM Glutamax(Invitrogen) 및 소듐 피루베이트(Invitrogen)가 첨가된 Neurobasal 배지에서 성장시켰다. 면역세포화학 분석을 위해, 배양된 뉴런을 4% 파라포름알데히드/4% 수크로스로 고정하고, PBS에 녹인 0.2% Triton X-100으로 투과시키고, 일차 항체를 사용하여 면역 염색한 다음 Cy3- 또는 FITC-결합된 2차 항체(Jackson ImmunoResearch)로 탐지하였다.
Cultured hippocampal neurons were prepared from previously described embryonic 18-day-old rat brain (E18) (Ko et al ., J. Neurosci . B-27 (Invitrogen), 0.5% fetal bovine serum, 0.5 mM Glutamax (Invitrogen) and sodium pyruvate (Invitrogen) were incubated in a cover slip coated with poly-L- Lt; RTI ID = 0.0 &gt; Neurobasal &lt; / RTI &gt; For immunocytochemical analysis, the cultured neurons were fixed with 4% paraformaldehyde / 4% sucrose, permeabilized with 0.2% Triton X-100 dissolved in PBS, immunostained with primary antibody, FITC-conjugated secondary antibody (Jackson ImmunoResearch).

(전기 생리학 실험) (Electrophysiological experiment)

세포 배양 전기 생리학 실험은 참고 문헌에서 설명한 대로 수행하였다(Um et al. Cell Rep. 6:1096-1109, 2014). DIV14-16 랫트 해마의 배양된 뉴런을 사용하여 기록하였다. 전체-세포 전압 클램프 기록을 위해, 패치 피펫(4-7 MΩ)에 다음과 같은 내부 용액을 채웠다: 90mM Cs-gluconate, 10mM CsCl, 10mM HEPES, 10mM EGTA, 5mM NaCl, 4mM Mg-ATP 및 0.3mM Na-GTP, (pH7.2). 기록은 다음의 조성을 갖는 Hepes buffer saline(HBS)에서 수행하였다: 100mM NaCl, 4mM KCl, 1mM NaH2PO4, 20mM HEPES, 글리신 10μM, 10mM 글루코스, 2mM CaCl2, 및 1mM MgCl2, (pH 7.4). mEPSCs는 1μM tetrodotoxin(TTX; AbcaM), 100μM picrotoxin, 및 50μM APV가 있는 상태에서 -70 mV의 홀딩 포텐셜에서 기록하였다. 이중-펄스 기록을 위해, 쌍극 전극판(Inter Medical)을 패치 뉴런(patched neuron)의 소마로부터 100㎛에 위치시키고, 100ms 자극간 간격으로 자극하였다. 두 번째 EPSC의 증폭은 첫 번째 EPSC의 증폭에 비례하여 측정되었다. 각 실험에서 세포막 통계치를 측정하기 위해, 3개의 1-분 트레이스를 각 트레이스 사이에 -2mV 전압 단계로 수집하였다. 모든 전체-세포 기록을 위해, 세포막 통계치는 각 트레이스 후에 측정하였다. 다음과 같은 전체-세포 기록 기준을 사용하였다: Ra은 < MΩ였고, 실험 과정 내내 Ra 또는 Rm이 20% 이상 변화될 때, 세포들을 버렸다. 모든 기록들은 10kHz에서 디지털화 되었고 2kHz에서 필터링 하였다. 기록들은 EPC10 double USB(HEKA)을 사용하여 측정되었고, Mini Analysis Program(Synaptosoft)를 사용하여 오프라인에서 분석되었다. 모든 데이터 대조 및 분석 동안 구조물의 동정을 위해 실험자가 보지 못하도록 하였다. Cell culture electrophysiology experiments were performed as described in the references (Um et al . Cell Rep . 6: 1096-1109, 2014). DIV14-16 rat hippocampus. For the whole-cell voltage clamp recording, a patch pipette (4-7 MΩ) was filled with the following internal solution: 90 mM Cs-gluconate, 10 mM CsCl, 10 mM HEPES, 10 mM EGTA, 5 mM NaCl, 4 mM Mg- Na-GTP, (pH 7.2). Recording was performed in Hepes buffer saline (HBS) having the following composition: 100mM NaCl, 4mM KCl, 1mM NaH 2 PO 4, 20mM HEPES, glycine 10μM, 10mM glucose, 2mM CaCl 2, and 1mM MgCl 2, (pH 7.4) . mEPSCs were recorded at a holding potential of -70 mV with 1 μM tetrodotoxin (TTX; AbcaM), 100 μM picrotoxin, and 50 μM APV. For double-pulse recording, a bipolar electrode plate (Inter Medical) was placed at 100 占 퐉 from the sole of a patched neuron and stimulated at intervals of 100 ms between stimulations. The amplification of the second EPSC was measured relative to the amplification of the first EPSC. To measure cell membrane statistics in each experiment, three 1-minute traces were collected between each trace with a -2mV voltage step. For all the whole-cell recordings, cell membrane statistics were measured after each trace. The following full-cell recording criteria were used: Ra was <MΩ, and when the Ra or Rm was changed by more than 20% throughout the course of the experiment, the cells were discarded. All records were digitized at 10 kHz and filtered at 2 kHz. The records were measured using EPC10 double USB (HEKA) and analyzed offline using the Mini Analysis Program (Synaptosoft). During all data collation and analysis, the experimenter did not see it for identification of the structure.

한편, SDS-PAGE 및 면역블랏팅은 표준 과정을 사용하여 수행하였고, 모든 데이터는 평균±SEM으로 표현하였다. 모든 실험들은 최소 3회 독립 배양으로 반복하였고, 데이터는 ANOVA Tukey's test을 사용하여 통계적으로 평가하였다.On the other hand, SDS-PAGE and immunoblotting were performed using standard procedures and all data were expressed as mean ± SEM. All experiments were repeated at least 3 independent cultures and data were statistically evaluated using the ANOVA Tukey's test.

표 1 내지 3은 랫트 뇌의 어피니티 크로마토그래피에서 PTPσ 특정 결합 단백질로서 GPC-4 펩타이드의 구체적인 목록을 나열한 것이다. Tables 1 to 3 list the specific list of GPC-4 peptides as PTP? Specific binding proteins in affinity chromatography in rat brain.

Figure 112015001496325-pat00001
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<실시예 1> LAR-RPTPs 리간드의 동정Example 1 Identification of LAR-RPTPs Ligand

생체 내에서 LAR-RPTPs에 대한 추가적인 리간드들을 동정하기 위해, 랫트 뇌에서 LAR-RPTPs가 가장 많이 발현되므로 PTPσ 리간드를 검색하였다. 이를 위해, 사람 면역글로불린(PTPσ-IgC)의 Fc 도메인에 융합된 PTPσ 세포외 도메인을 암호화하는 발현 벡터와 대조군 단백질로 사람 Fc 도메인 단독을 코딩하는 것을 생산하였다(IgC; 도 1A). 이들 Ig 융합 단백질을 고정하고, 랫트 뇌 시냅토섬을 이용하여 어피니티 크로마토그래피를 수행하였다(도 1B). 독특한 밴드를 보여준 각 실버-염색된 젤 슬라이스에서 얻은 단백질을 고정된 PTPσ 상에서 정제하고 질량 분석을 수행하였다(도 1B). 동정된 펩타이드 중에서(표 1 내지 3 참고), 3개는 글리피칸-4(GPC-4)에서 유래된 것이었다(도 1C-F). To identify additional ligands for LAR-RPTPs in vivo, the PTP sigma ligand was searched because the LAR-RPTPs were most expressed in the rat brain. To this end, an expression vector encoding the PTPj extracellular domain fused to the Fc domain of human immunoglobulin (PTP? -IgC) and a human Fc domain alone coding (IgC; Figure 1A) were generated as a control protein. These Ig fusion proteins were fixed and subjected to affinity chromatography using rat brain synaptosome (FIG. 1B). Proteins from each silver-dyed gel slice showing a unique band were purified on fixed PTPs and mass spectrometry was performed (FIG. 1B). Among the identified peptides (see Tables 1 to 3), three were derived from glypicane-4 (GPC-4) (Fig. 1C-F).

세포 표면에서 GPC-4가 직접적으로 PTPσ와 결합하는지 여부를 입증하기 위해, GPC-4의 재조합 Ig-융합 단백질(Ig-GPC-4)과 HA가 붙어있는 PTPσ를 발현하는 HEK293T 세포 간에 결합 분석을 수행하였다(도 1G). EGFP-융합된 LRRTM4(도 1G: de Wit et al., Neuron. 79:696-711, 2013 참고) 및 mVenus-융합된 LRRTM2는 각각 양성 및 음성 대조군으로 HEK293T 세포에서 발현시켰다. To confirm whether GPC-4 directly binds to PTPσ at the cell surface, binding analysis between HEK293T cells expressing PTPσ with the recombinant Ig-fusion protein (Ig-GPC-4) of GPC-4 and HA (Fig. 1G). EGFP-fused LRRTM4 (FIG. 1G: de Wit et al., Neuron . 79: 696-711, 2013) and mVenus-fused LRRTM2 were expressed in HEK293T cells as positive and negative controls, respectively.

그 결과, PTPσ 및 LRRTM4가 GPC-4에 강하게 결합하나, LRRTM2은 그렇지 않음을 발견하였다(도 1G). 또한, LRRTM4 및 neurexin-1 사이에 작용이 없음을 확인하였다(도 2). 게다가, GPC-4는 실험에 사용된 모든 세포 표면-단백질에 결합하지 않아 GPC-4가 PTPσ과 특이적인 상호작용을 형성함을 알 수 있었다(도 3A).As a result, it was found that PTP? And LRRTM4 bind strongly to GPC-4, but LRRTM2 did not (Fig. 1G). Furthermore, it was confirmed that there was no action between LRRTM4 and neurexin-1 (Fig. 2). In addition, GPC-4 did not bind to all the cell surface-proteins used in the experiment, suggesting that GPC-4 forms a specific interaction with PTP (Fig. 3A).

GPC-4 및 PTPσ간의 결합 친화도를 측정하기 위해, Ig-GPC-4의 양을 증가시키면서 HA-PTPσ를 발현하는 HEK293T 세포 및 대조군 HEK293T 세포와 배양하고, HRP가 붙어 있는 2차 항체로 세포 표면-결합된 단백질을 측정하였다. 비특이적 결합을 식별한 후, 각 PTPσ에서 GPC-4에 대한 단일 독립 결합 부위를 가정하고 Scatchard 분석을 수행하여, 41.3±3.6nM의 Kd를 얻었다(도 1H). 비록 이용된 이합체 GPC-4 리간드가 증가된 작용 친화도를 생성할 수 있기 때문에 주의 깊은 해석이 요구되긴 하나, 이 결과는 GPC-4가 높은 친화도로 PTPσ에 결합함을 시사한다.
In order to measure the binding affinity between GPC-4 and PTPσ, HEK293T cells expressing HA-PTPσ and control HEK293T cells were cultured with increasing amounts of Ig-GPC-4, The bound protein was measured. After identifying the nonspecific binding, Scatchard analysis was performed assuming a single independent binding site for GPC-4 at each PTP σ to obtain a Kd of 41.3 ± 3.6 nM (FIG. 1H). This result suggests that GPC-4 binds to PTPσ with a high affinity, although the dimeric GPC-4 ligand used may produce increased affinity for the action, although careful interpretation is required.

<실시예 2> GPC-4와 상호작용하는 PTPσ 도메인의 탐색Example 2: Discovery of the PTPσ domain interacting with GPC-4

어떤 PTPσ 도메인이 GPC-4와 작용하는 지를 측정하기 위해, 전장 PTPσ(PTPσ-full), 그것의 Ig 도메인 단독(PTPσ-Ig), 또는 Ig-도메인이 결실된 단백질(PTPσ-ΔIg)을 발현하는 구조물을 이용하여 세포-표면 결합 분석을 수행하였다(도 4A). (PTP? -Lag), Ig domain alone (PTP? -Ig), or Ig-domain deleted protein (PTP? -ΔIg) to measure which PTPσ domain works with GPC-4 Cell-surface binding assay was performed using the construct (Fig. 4A).

그 결과, IgC-GPC-4는 PTPσ-ΔIg이 아닌 PTPσ-전장 및 PTPσ-Ig을 발현하는 HEK293T 세포에 결합한다(도 4B). As a result, IgC-GPC-4 binds to HEK293T cells expressing PTP? -Electric and PTP? -Ig, not PTP? -ΔIg (FIG.

최근 연구들에서, LAR-RPTPs의 Ig 도메인에서 선택적인 스플라이싱 사건들이 후시냅스 리간드에 대한 그들의 결합 친화도를 결정함이 입증되어 있다. 따라서, GPC-4/PTPσ 상호작용이 유사한 선택적인 스플라이싱 인서트에 의해 조절되는지 여부를 시험하였다(도 4C).In recent studies, It has been demonstrated that selective splicing events in the Ig domain of LAR-RPTPs determine their binding affinity for post-synaptic ligands. Thus, it was tested whether the GPC-4 / PTPσ interaction was modulated by a similar selective splicing insert (FIG. 4C).

GPC-4는 PTPσ의 4종의 스플라이스 변이체 및 LAR의 3종 스플라이스 변이체와 강하게 결합하나(도 4C), PTPσ의 4종 스플라이스 변이체에는 더 약한 결합을 보였다(도 4D 및 E). GPC-4 strongly binds to four splice variants of PTP? And three splice variants of LAR (Fig. 4C), but weaker binding to four splice variants of PTP? (Fig. 4D and E).

이들 GPC-4와 PTPσ 변이체의 상호작용의 친화도를 평가하기 위해, HEK293T 세포의 표면에 PTPσ 변이체를 발현시키고, 다른 PTPσ 아이소폼의 결합 친화도를 측정하였다(도 4F 및 도 3B). 모든 PTPσ 변이체들은 전장 PTPσ에 비교할만한 정도의 나노몰 친화도를 보였다(도 4F 및 도 3B). To evaluate the affinity of these GPC-4 and PTPσ mutants for interaction, PTPσ variants were expressed on the surface of HEK293T cells and the binding affinities of other PTP isoforms were measured (FIGS. 4F and 3B). All PTPσ variants showed comparable nanomolar affinities to full-length PTPs (FIG. 4F and FIG. 3B).

이들 결과는 LAR-RPTPs의 선택적인 스플라이싱이 GPC-4 자체에 대한 그들의 결합 친화도를 조절하지는 않음을 시사한다.
These results suggest that selective splicing of LAR-RPTPs does not regulate their binding affinity to GPC-4 itself.

<실시예 3> GPC-4/PTPσ 결합 부위 탐색Example 3: Detection of GPC-4 / PTP? Binding site

세포-표면 결합 분석에서 GPC-4/PTPσ 상호작용이 관찰되어(도 1-4), 시냅스에서 관찰된 바와 같이, 그러한 결합이 트랜스-세포성 접착을 매개할 수 있는 가능성을 높였다. 따라서, 세포-부착 실험을 수행하기로 하였다(도 5A 및 B). 이를 위해, DsRed 단독(대조군) 발현하거나, DsRed과 PTPσ를 동시에 발현하는 L-세포(적색 형광 세포), 및 EGFP 단독(대조군) 또는 EGFP와 GPC-4(GPC-4) 또는 TrkC(TrkC)를 동시에 발현하는 L-세포를 준비하였다. 이들 세포들을 혼합하고, 60분까지 배양하고, 세포 응집을 측정하였다(도 5B). GPC-4 / PTPσ interaction was observed in cell-surface binding assays (Fig. 1-4), which increased the likelihood that such binding could mediate trans-cellular adhesion, as observed in synapses. Therefore, we decided to perform cell-adhesion experiments (Figs. 5A and B). For this, L-cells (red fluorescent cells) expressing DsRed alone (control group) or DsRed and PTPσ simultaneously, and EGFP alone (control) or EGFP and GPC-4 (GPC-4) or TrkC L-cells expressing simultaneously were prepared. These cells were mixed, cultured for up to 60 minutes, and cell aggregation was measured (Fig. 5B).

정량화 결과, GPC-4을 발현하는 세포들은 PTPσ를 발현하는 세포들과 어떠한 응집 덩어리를 형성하지 않았다(도 5B). 이와 반대로, TrkC을 발현하는 세포들은 PTPσ를 발현하는 세포들과 강한 응집을 형성하여 이미 보고된 트랜스-상호작용과 일치하였다(도 5A 및 B: Takahashi et al., Neuron. 69:287-303, 2011 참고). As a result of quantification, cells expressing GPC-4 did not form any agglomerates with cells expressing PTP (Fig. 5B). In contrast, cells expressing TrkC formed strong aggregation with cells expressing PTPσ, consistent with previously reported trans-interactions (Figure 5A and B: Takahashi et &lt; RTI ID = 0.0 &gt; al ., Neuron . 69: 287-303, 2011).

이들 결과는 GPC-4/PTPσ 상호작용이 단지 시스-배열에서만 일어남을 시사한다.
These results suggest that the GPC-4 / PTPσ interaction only occurs in the cis-arrangement.

<실시예 4> GPC-4/PTPσ 결합의 매개체 확인 실험Example 4 Identification of GPC-4 / PTP?

PTPσ agrin 및 collagen XVIII 같은 HSPGs의 HS 체인과 결합하고, 감각 뉴런에서 HSPGs과 같은 세포에서 동시 발생함이 이미 밝혀져 있다. 따라서, GPC-4의 HS 체인이 PTPσ에 대한 그들의 결합을 매개하는지를 시험하였다. 이를 위해, 1차 Ig 도메인의 4개의 라이신들(K67, K68, K70 및 K71)이 HS-결합을 막기 위해 알라닌으로 모두 치환되어 있는 PTPσ 구조물(PTPσ-AAAA)을 만들었다(도 5C). 그리고 나서, HEK293T 세포에서 PTPσ 야생형(WT) 또는 PTPσ-AAAA 중 어느 하나를 발현시키고, heparinase III(hep III; 1 U/mL)를 세포에 2시간 동안 처리하여 PTPσ로부터 HS 체인을 제거하고, hep III-처리된 HS 체인과만 반응하는 단클론 3G10 항체로 세포를 염색하였다. It has already been shown that HS chains of HSPGs such as PTP? Agrin and collagen XVIII bind to and coexist in cells such as HSPGs in sensory neurons. Thus, we tested whether the HS chains of GPC-4 mediate their binding to PTP ?. To this end, a PTPσ construct (PTPσ-AAAA) in which four lysins (K67, K68, K70 and K71) of the primary Ig domain were all replaced with alanine to prevent HS-binding (PTPσ-AAAA) was generated (FIG. 5C). Then, the HS chain was removed from the PTP sigma by expressing either PTPσ wild type (WT) or PTPσ-AAAA in HEK293T cells and treating the cells for 2 hours with heparinase III (hep III; 1 U / mL) Cells were stained with monoclonal 3G10 antibody reacting only with the III-treated HS chain.

그 결과, PTPσ-AAAA가 아닌 PTPσ WT를 발현하는 세포들이 3G10 항체에 반응하였다(도 5D). As a result, cells expressing PTPσ WT, but not PTPσ-AAAA, responded to the 3G10 antibody (Fig. 5D).

또한, PTPσ에 부착된 HS 체인이 GPC-4와 상호작용하는데 필요한지를 시험하기 위해, PTPσ WT-발현하는 HEK293T 세포에 hep III를 처리하고, 세포-표면 결합 분석에서 Ig-GPC-4를 사용하였다(도 5E). In addition, to test whether the HS chain attached to PTP? Is necessary to interact with GPC-4, PTP? WT-expressing HEK293T cells were treated with hep III and Ig-GPC-4 was used in the cell- (Fig. 5E).

Hep III 처리는 Ig-GPC-4가 PTPσ에 결합하는 것을 극적으로 감소시켰다(도 5E). 이는 PTPσ의 HS 체인이 본 작용에 필요함을 암시하는 것이다. 이와 일관되게, PTPσ-AAAA은 GPC-4에 결합하지 못했다(도 5E). 동시에, 이들 결과는 PTPσ의 HS-결합능이 GPC-4와의 상호작용을 위해 필요함을 명확하게 입증하는 것이다(도 5E). Hep III treatment dramatically reduced Ig-GPC-4 binding to PTP (Figure 5E). This implies that the HS chain of PTPσ is required for this action. Consistent with this, PTPσ-AAAA failed to bind to GPC-4 (FIG. 5E). At the same time, these results clearly demonstrate that HS-binding ability of PTP? Is required for interaction with GPC-4 (Fig. 5E).

마지막으로, neurexins/neuroligins 또는 neurexins/LRRTM2에 의해 매개된 것들을 포함하여 많은 세포-부착 상호작용들은 세포외 Ca2 +-이온들을 필요로 하기 때문에, GPC-4/PTPσ 상호작용이 Ca2 +을 필요로 하는지를 시험하였다. Finally, neurexins / neuroligins or including those mediated by neurexins / LRRTM2 many cell-adhesion interactions are extracellular Ca 2 + - Because the ion requires, GPC-4 / PTPσ interaction is required for Ca 2 + .

그러나, Ca2 +-킬레이터인 EGTA는 그들의 결합에 영향을 미치지 않음을 발견하였다(도 5F). 이는 GPC-4와 PTPσ 상호작용이 다른 리간드와 PTPσ 반응과 유사하게 Ca2 +-독립적임을 시사한다.
However, it was found that Ca 2 + -chelator EGTA did not affect their binding (Fig. 5F). This suggests that the PTPσ interaction with GPC-4 is Ca 2 + -independent, similar to the PTPσ reaction with other ligands.

<실시예 5> 절단된 GPC를 이용한 GPC-4/PTPσ 상호작용 실험<Example 5> GPC-4 / PTPσ interaction experiment using truncated GPC

GPC-4/PTPσ 상호작용을 좀 더 입증하기 위해(도 1-5), HA-PTPσ, HA-LAR, HA-PTPσ 또는 NL1-mVenus를 발현하는 HEK293T 세포의 용해물을 대상으로 Ig-GPC-4 또는 IgC(음성 대조군)를 사용하여 풀-다운 분석을 수행하였다.To further demonstrate the GPC-4 / PTPσ interaction (Fig. 1-5), lysates of HEK293T cells expressing HA-PTPσ, HA-LAR, HA-PTP? Or NL1- 4 or IgC (negative control) was used to perform a pull-down analysis.

Ig-GPC4는 모든 3종의 LAR-RPTP 아이소폼을 포획하나, PTPσ-AAAA 또는 NL1에 대해서는 그렇지 않았다(도 5G).Ig-GPC4 captured all three LAR-RPTP isoforms, but not PTPσ-AAAA or NL1 (FIG. 5G).

또한, HA가 붙어 있는 GPCs를 발현하는 HEK293T 세포에 대해 풀-다운 분석을 수행하기 위해 Ig-PTPσ 또는 IgC를 사용하였다. In addition, Ig-PTP? Or IgC was used to perform a pull-down analysis on HEK293T cells expressing GPCs with HA attached thereto.

GPC-1 및 GPC-5 벡터는 HEK293T 세포에서 효율적으로 프로세싱되지 않아 HA-GPC-1 또는 HA-GPC-5-형질전환된 세포 용해물에서는 약 ~37kDa에서 어떠한 밴드도 관찰되지 않았다. 이와는 반대로, 다른 GPCs는 절단되지 않은 형태를 나타내는 ~65kDa 밴드와 절단된 형태를 나타내는 ~37kDa 밴드 둘 다 보였다(도 5H). 풀-다운 분석 결과, 고정된 Ig-PTPσ는 절단된 GPCs에 효과적으로 결합하나, 절단되지 않은 GPC에는 그렇지 않았다(도 5H). 이러한 결합 특성은 절단되지 않은 GPCs 및 절단된 GPCs 둘 다 LRRTM4에 결합하는 GPC-4/LRRTM4 상호작용의 것과는 다르다. 놀랍게도, 다른 HSPG 패밀리 SDCs(SDC-2 및 SDC-3)는 PTPσ에 결합하지 못해(미도시됨), LAR-RPTPs가 시냅스 부착을 매개함에 있어서 진화적으로 다른 전략을 사용하는 것으로 보인다(즉, 포유류의 LAR-RPTPs는 GPCs를 선호하나, dLAR은 GPC 및 SDC 둘 다와 결합함). 상기에 설명한 결과와 일맥상통하게(도 5E), GPC-4 돌연변이체(GPC-4 AAA, GPC-4 [S494/S495/S500]의 HS-부착 부위)를 모두 돌연변이 시킨 결과, 풀-다운 분석에서 PTPσ와 상호작용하지 않았다(도 5H).
GPC-1 and GPC-5 vectors were not efficiently processed in HEK293T cells and no band at ~ 37 kDa was observed in HA-GPC-1 or HA-GPC-5-transformed cell lysates. In contrast, other GPCs showed both the ~65 kDa band representing the uncut form and the ~37 kDa band representing the truncated form (Figure 5H). As a result of the full-down analysis, the fixed Ig-PTPσ binds to the cleaved GPCs effectively but not to the uncleaved GPC (Fig. 5H). This binding property differs from that of GPC-4 / LRRTM4 interactions that bind to LRRTM4 both in uncut and in truncated GPCs. Surprisingly, other HSPG family SDCs (SDC-2 and SDC-3) failed to bind to PTPσ (not shown) and LAR-RPTPs appear to use evolutionarily different strategies in mediating synaptic attachment LAR-RPTPs in mammals prefer GPCs, while dLARs combine with both GPC and SDC). As a result of mutating all of the GPC-4 mutants (GPC-4 AAA, GPC-4 [S494 / S495 / S500] HS-attachment site) in a manner consistent with the above-described results (Fig. 5E) (Fig. 5H).

<실시예 6> 배양된 뉴런의 LRRTM4-매개하는 전시냅스 분화에서 PTPσ의 역할 규명Example 6 Identification of the role of PTPσ in LRRT4-mediated pre-synaptic differentiation of cultured neurons

GPCs의 LAR-RPTPs과의 직접적인 반응, LRRTM4과 GPCs의 직접 반응(de Wit et al. Neuron. 79:696-711, 2013; Siddiqui et al., Neuron. 79:680-695, 2013) 및 GPI-anchor 단백질로서 GPCs의 생화학적 특성에 근거하여, 본 발명자들은 LAR-RPTPS가 LRRTM4을 위한 기능적인 전시냅스 수용체일 수 있다고 가정하였다. 본 가설을 직접 해결하기 위해, 이미 특성이 규명되어 있는 PTPσ(sh-PTPσ) 또는 LAR(sh-LAR)에 대한 렌티바이러스 shRNAs을 사용하였다(Yim et al. Proc . Natl . Acad. Sci . U S A. 110:4057-4062, 2013). 배양된 해마 뉴런은 대조군 렌티바이러스(대조군) 또는 sh-LAR 또는 sh-PTPσ를 발현하는 렌티바이러스로 감염되거나, LAR-KD 및 PTPσ-KD을 발현하는 렌티바이러스(sh-LAR/sh-PTPσ)와 함께 감염되었다. 그리고 감염된 뉴런과, LRRTM2, LRRTM4, 또는 EGFP만(대조군)을 발현하는 HEK293T세포들을 사용하여 다양한 이종 시냅스-형성 분석을 수행하였다. Direct reaction of GPCs with LAR-RPTPs, direct reaction of LRRTM4 with GPCs (de Wit et al. Neuron . 79: 696-711, 2013; Siddiqui et al ., Neuron . 79: 680-695, 2013) and on the biochemical properties of GPCs as GPI-anchor proteins, we hypothesized that LAR-RPTPS could be a functional pre-synaptic receptor for LRRTM4. To directly address this hypothesis, lentiviral shRNAs for PTPσ (sh-PTPσ) or LAR (sh-LAR), which have already been characterized, were used (Yim et al . Proc . Natl . Acad. Sci . USA . 110: 4057-4062, 2013). Cultured hippocampal neurons were infected with lentivirus expressing control lentivirus (control) or sh-LAR or sh-PTPσ, lentivirus (sh-LAR / sh-PTPσ) expressing LAR-KD and PTP? It was infected together. A variety of heterologous synapse-forming assays were performed using HEK293T cells expressing infected neurons and only LRRTM2, LRRTM4, or EGFP (control).

도 6에 나타난 바와 같이, PTPσ-KD만은 중요하게도 LRRTM2의 활성이 아닌 LRRTM4의 시냅스적 활성을 감소시켰다. PTPσ WT (+ PTPσ WT)의 재-발현은 LAR/PTPσ-결핍 뉴런에서 관찰된 LRRTM4의 시냅스-형성 활성에서의 결핍을 완전히 역전시키나, PTPσ-AAAA (+PTPσ-AAAA)의 재-발현은 그렇지 않았다(도 6). 이는 GPC와 PTPσ의 HS-의존적 상호작용이 LRRTM4에 의해 도출된 전시냅스의 분화를 유도하는데 필수적임을 암시한다(도 5E 및 도 6). As shown in Figure 6, only PTPσ-KD significantly decreased the synaptic activity of LRRTM4, which is not LRRTM2 activity. Re-expression of PTPσ WT (+ PTPσ WT) completely reverses the deficiency in the synaptic-forming activity of LRRTM4 observed in LAR / PTPσ-deficient neurons, but re-expression of PTPσ-AAAA (+ PTPσ-AAAA) (Fig. 6). Suggesting that the HS-dependent interaction of GPC and PTP? Is essential for inducing the differentiation of pre-synapses derived by LRRTM4 (FIG. 5E and FIG. 6).

이러한 결과들은 전체적으로 PTPσ가 LRRTM4를 위한 전시냅스 수용체로 작용함을 나타내는 것이다.
These results indicate that PTPσ acts as a synaptic receptor for LRRTM4 as a whole.

<실시예 7> 배양된 뉴런 내 흥분성 시냅스 전달에서 PTPσ HS-결합 배열의 역할Example 7: Role of PTPσ HS-binding sequence in excitatory synaptic transmission in cultured neurons

대부분의 LAR-RPTP 리간드는 이종 세포에서 발현될 때 공배양된 뉴런의 축색돌기에서 개개의 LAR-RPTP 아이소폼과 직접적으로 상호작용하여 전시냅스 베지클과 신경전달물질 방출 장치를 덩어리로 모으는 것이 입증되어 있으며, 이는 LAR-RPTP가 전시냅스 조직화를 위한 허브로 작용함을 시사한다. PTPσ-AAAA가 LRRTM4의 시냅스 형성 활성을 회복하지 못하는 것과 더불어, 이러한 점은 LAR-RPTP의 HS-결합 특성이 또한 어떤 전시냅스 기능(예컨대, 신경전달물질 방출 또는 신경전달)에 관련되어 있는지에 대한 의문을 불러일으켰다. 놀랍게도, 기존 연구에서 LAR-RPTPs 자체가 포유류 뉴런의 전시냅스 기능에 관련되는지를 조사한 것은 없었다. Most LAR-RPTP ligands, when expressed in xenogeneic cells, directly interact with the individual LAR-RPTP isoforms in the axons of co-cultured neurons, proving to aggregate synaptic vesicles and neurotransmitter release devices , Suggesting that LAR-RPTP acts as a hub for pre-synaptic organization. In addition to the failure of PTPσ-AAAA to restore the synaptic activity of LRRTM4, this also indicates that the HS-binding properties of LAR-RPTP are also related to certain pre-synaptic functions (e.g., neurotransmitter release or neurotransmission) It raised questions. Surprisingly, none of the previous studies have examined whether LAR-RPTPs themselves are involved in the pre-synaptic function of mammalian neurons.

이러한 의문을 해결하기 위해, 우선 신경전달물질 방출 가능성에서의 변화를 동정하는데 일반적으로 사용되는 측정법인 paired-pulse ratio(PPR)을 확인하였다(Branco 및 Staras, Nat . Rev . Neurosci. 10:373-383, 2009). 이를 위해, 대조군 렌티바이러스(대조군)를 배양된 해마 뉴런에 감염시키거나, sh-LAR/sh-PTPσ를 발현하는 렌티바이러스와 그들을 함께 감염시키고, PPR을 측정하여, 2개의 자극을 100 msec간 각각 전달하고 나서 두 번째 흥분성 후시냅스 전류(EPSC2)의 진폭을 첫 번째 EPSC(EPSC1)의 진폭으로 나누어 계산하였다. To address these questions, first neurotransmitter to identify a change in the discharge potential was generally confirmed paired-pulse ratio (PPR) the measurement method used (Branco and Staras, Nat Rev Neurosci 10:. .. 373- 383, 2009). For this purpose, control lentivirus (control) was infected with cultured hippocampal neurons, or infected with lentiviruses expressing sh-LAR / sh-PTPσ, and PPR was measured. Two stimulations were performed for 100 msec And the amplitude of the second excitatory post-synaptic current (EPSC 2 ) was calculated by dividing by the amplitude of the first EPSC (EPSC 1 ).

대조군과 LAR/PTPσ-결핍 뉴런 간의 PPR에서의 유의적인 변화는 없었다. 이는 LAR과 PTPσ는 흥분성 시냅스에서 신경전달물질 방출 가능성을 직접적으로 조절하지는 않음을 시사한다(도 7A 및 B). There was no significant change in PPR between control and LAR / PTPσ-deficient neurons. This suggests that LAR and PTPσ do not directly regulate the neurotransmitter release potential in excitatory synapses (FIGS. 7A and B).

다음으로, 배양된 해마 뉴런에서 미니어처 흥분성 후시냅스 전류(mEPSCs)를 기록하였다(도 8). 이를 위해, EGFP 만 발현하는 대조군 렌티바이러스(대조군), sh-LAR/sh-PTPσ를 함께 발현하는 렌티바이러스, 또는 PTPσ WT 또는 PTPσ-AAAA 중 어느 하나와 sh-LAR/sh-PTPσ를 함께 발현하는 렌티바이러스로 신경을 감염시키고, mEPSCs를 기록하였다. Next, miniature excitatory post-synaptic currents (mEPSCs) were recorded in cultured hippocampal neurons (FIG. 8). To this end, a control lenti virus expressing EGFP alone (control), lentivirus expressing sh-LAR / sh-PTPσ together with sh-LAR / sh-PTP sigma with either PTPσ WT or PTPσ-AAAA The nerve was infected with lentivirus and mEPSCs were recorded.

놀랍게도, sh-LAR/sh-PTPσ는 mEPSCs의 주파수와 진폭을 유의적으로 감소시켰다. 이는 PTPσ가 흥분성 시냅스 발생에 필요하다는 본 발명자들의 이전 가정을 공고히 하는 것이다(Yim et al., Proc . Natl . Acad . Sci . U S A. 110:4057-4062, 2013). LAR/PTPσ-결핍 뉴런 중에서 mEPSC 주파수와 진폭의 감소는 PTPσ-AAAA는 아니고, PTPσ WT의 재발현에 의해 완전히 역전되었다(도 8). Surprisingly, sh-LAR / sh-PTP sig- nificantly reduced the frequency and amplitude of mEPSCs. This reinforces our previous assumption that PTP? Is required for excitatory synaptic development (Yim et &lt; RTI ID = 0.0 &gt; al ., Proc . Natl . Acad . Sci . USA . 110: 4057-4062, 2013). The decrease in mEPSC frequency and amplitude among the LAR / PTPσ-deficient neurons was completely reversed by re-expression of PTPσ WT, rather than PTPσ-AAAA (Fig. 8).

막 용량(Cm) 또는 입력 저항(Rm)에서의 변화를 관찰하지는 못했기 때문에 실험 조건이 감염된 뉴런의 내부 특성들에 영향을 주지는 않는 것으로 생각된다(도 7C 및 D). sh-LAR/sh-PTPσ는 신경전달물질 방출 가능성을 손상시키지는 않기 때문에, 이 결과는 LAR 및 PTPσ이 HS-결합 의존적 방식으로 기능적인 흥분성 시냅스의 밀도를 조절함을 시사한다.
It is believed that the experimental conditions do not affect the internal properties of the infected neurons because they could not observe changes in membrane capacitance (Cm) or input resistance (Rm) (Figs. 7C and D). Since sh-LAR / sh-PTPσ does not impair the potential for neurotransmitter release, this result suggests that LAR and PTPσ modulate the density of functional excitatory synapses in an HS-binding dependent manner.

Claims (12)

cis-세포성 접착(cis-cellular adhesion)을 통해 GPC-4(glypican-4)와 LAR-RPTPs(leukocyte common antigen-related receptor protein tyrosine phosphatases)의 복합체를 형성할 수 있는 세포 성분과 단백질 성분을 유효성분으로 포함하고,
상기 세포 성분은 GPC-4 발현 세포 또는 LAR-RPTPs 발현 세포 중에서 선택되고,
상기 단백질 성분은 헤파란 설페이트를 포함하는 야생형 또는 재조합 GPC-4 단백질, 또는 이들의 단편, 또는
헤파란 설페이트 결합 부위를 포함하는 야생형 또는 재조합 LAR-RPTPs 단백질, 또는 이들의 단편 중에서 선택되는, 막단백질 기능 이상과 연관된 질환 예방 또는 치료 약물의 스크리닝 키트.
Cellular and protein components capable of forming a complex of GPC-4 (glypican-4) and LAR-RPTPs (leukocyte common antigen-related receptor protein tyrosine phosphatases) through cis-cell adhesion &Lt; / RTI &gt;
The cell component is selected from among GPC-4 expressing cells or LAR-RPTPs expressing cells,
Wherein said protein component is a wild type or recombinant GPC-4 protein comprising heparan sulfate, or a fragment thereof, or
A wild-type or recombinant LAR-RPTPs protein comprising a heparan sulfate binding site, or a fragment thereof, for the prevention or treatment of a disease associated with membrane protein dysfunction.
제1항에 있어서,
GPC-4 발현 세포는 헤파란 설페이트를 포함하는 야생형 또는 재조합 IgC-GPC-4, 또는 이들의 단편을 발현하도록 형질전환된 세포인 키트.
The method according to claim 1,
Wherein the GPC-4 expressing cell is a wild-type or recombinant IgC-GPC-4 comprising heparan sulfate, or a cell transformed to express a fragment thereof.
제1항에 있어서,
LAR-RPTPs 발현 세포는 헤파란 설페이트 결합 부위를 포함하는 야생형 또는 재조합 LAR-RPTPs, 또는 이들의 단편을 발현하도록 형질전환된 세포인 키트.
The method according to claim 1,
Wherein the LAR-RPTPs expressing cells are cells transformed to express wild-type or recombinant LAR-RPTPs, or fragments thereof, comprising a heparan sulfate binding site.
제1항에 있어서,
야생형 또는 재조합 LAR-RPTPs 단백질의 단편은 PTPσ 단백질 또는 PTPσ의 Ig 도메인인 키트.
The method according to claim 1,
Wherein the fragment of the wild type or recombinant LAR-RPTPs protein is an Ig domain of PTP? Protein or PTP ?.
제2항 또는 제3항에 있어서,
형질전환에 사용되는 세포는 HEK293T(Human Embryonic Kidney 293T) 세포, L-세포, COS-7 세포 또는 HeLa 세포 중에서 선택되는 키트.
The method according to claim 2 or 3,
The cell used for transformation is selected from HEK293T (Human Embryonic Kidney 293T) cells, L-cells, COS-7 cells or HeLa cells.
제1항에 있어서,
막단백질 기능 이상과 연관된 질환은 자폐(Autism), 당뇨병(Diabetes Mellitus), 윌름스 종양(Wilms tumor 1), Simpson-golabi-behmel 증후군 타입 1(Simpson-golabi-behmel Syndrome, Type 1), 이형성증(Neoplasms), 거인증(Gigantism), 암종(Carcinoma), 연골성 뼈돌출증(Cartilaginous Exostosis), 악성종양(Malignant Neoplasms), 불안증(Nervousness), X-염색체 연관 유전병(Genetic Diseases, X-linked), 벡위드-바이데만 증후군(Beckwith-wiedemann Syndrome), 염색체 전좌(Chromosomal Translocation), 선천성 사지기형(Limb Deformities, Congenital), 상피내종양(Intraepithelial Neoplasia), 심장부정맥(Cardiac Arrhythmia), 퇴행성 뇌질환(Neurodegenerative Disorders), 자궁 경부 이형성증(Uterine Cervical Neoplasm), 골 이형성증(Bone Neoplasms) 또는 수두증(Hydrocephalus) 중 어느 하나인 키트.
The method according to claim 1,
Diseases associated with membrane protein dysfunction include, but are not limited to, autism, diabetes mellitus, Wilms tumor 1, Simpson-golabi-behmel syndrome type 1, dysplasia Neoplasms, Gigantism, Carcinoma, Cartilaginous Exostosis, Malignant Neoplasms, Anxiety, Genetic Diseases (X-linked), Beck Chromosomal Translocation, Limb Deformities, Congenital, Intraepithelial Neoplasia, Cardiac Arrhythmia, Neurodegenerative Disorders, Chronic Chromosomal Syndrome, Chromosomal Translocation, , Cervical dysplasia (Uterine Cervical Neoplasm), bone dysplasia (Bone Neoplasms), or hydrocephalus.
cis-세포성 접착(cis-cellular adhesion)을 통해 GPC-4(glypican-4)와 LAR-RPTPs(leukocyte common antigen-related receptor protein tyrosine phosphatases)의 복합체를 형성할 수 있는 세포 성분과 단백질 성분을 상기 복합체를 형성하는 조건에서 임의의 후보물질과 접촉시키는 단계; 및
상기 후보물질이 GPC-4/LAR-RPTPs 복합체의 형성을 촉진 또는 억제하는지 여부를 측정하고, GPC-4/LAR-RPTPs 복합체 형성을 촉진하는 것으로 평가되는 경우 막단백질 기능 이상과 연관된 질환의 예방 또는 치료 약물로 판단하는 단계를 포함하고,
상기 세포 성분은 GPC-4 발현 세포 또는 LAR-RPTPs 발현 세포 중에서 선택되고,
상기 단백질 성분은 헤파란 설페이트를 포함하는 야생형 또는 재조합 GPC-4 단백질, 또는 이들의 단편, 또는
헤파란 설페이트 결합 부위를 포함하는 야생형 또는 재조합 LAR-RPTPs 단백질, 또는 이들의 단편 중에서 선택되는, 막단백질 기능 이상과 연관된 질환의 예방 또는 치료용 후보물질의 스크리닝 방법.
Cell components and protein components capable of forming a complex of GPC-4 (glypican-4) and LAR-RPTPs (leukocyte common antigen-related receptor protein tyrosine phosphatases) through cis- Contacting the substrate with any candidate material under conditions to form the complex; And
If the candidate substance is assessed as promoting or inhibiting the formation of the GPC-4 / LAR-RPTPs complex and is assessed to promote GPC-4 / LAR-RPTPs complex formation, Determining a therapeutic drug,
The cell component is selected from among GPC-4 expressing cells or LAR-RPTPs expressing cells,
Wherein said protein component is a wild type or recombinant GPC-4 protein comprising heparan sulfate, or a fragment thereof, or
A wild-type or recombinant LAR-RPTPs protein comprising a heparan sulfate binding site, or fragments thereof, for screening candidate substances for the prophylaxis or treatment of diseases associated with membrane protein dysfunction.
제7항에 있어서,
GPC-4 발현 세포는 헤파란 설페이트를 포함하는 야생형 또는 재조합 IgC-GPC-4, 또는 이들의 단편을 발현하도록 형질전환된 세포인 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the GPC-4 expressing cells are cells transformed to express wild-type or recombinant IgC-GPC-4, or fragments thereof, comprising heparan sulfate.
제7항에 있어서,
LAR-RPTPs 발현 세포는 헤파란 설페이트 결합 부위를 포함하는 야생형 또는 재조합 LAR-RPTPs, 또는 이들의 단편을 발현하도록 형질전환된 세포인 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the LAR-RPTPs expressing cells are cells transformed to express wild-type or recombinant LAR-RPTPs, or fragments thereof, comprising a heparan sulfate binding site.
제7항에 있어서,
야생형 또는 재조합 LAR-RPTPs 단백질의 단편은 PTPσ 단백질 또는 PTPσ의 Ig 도메인인 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the fragment of the wild-type or recombinant LAR-RPTPs protein is an Ig domain of PTP? Protein or PTP ?.
제8항 또는 제9항에 있어서,
형질전환에 사용되는 세포는 HEK293T(Human Embryonic Kidney 293T) 세포, L-세포, COS-7 세포 또는 HeLa 세포 중에서 선택되는 방법.
10. The method according to claim 8 or 9,
Wherein the cells used for transformation are selected from HEK293T (Human Embryonic Kidney 293T) cells, L-cells, COS-7 cells or HeLa cells.
제7항에 있어서,
막단백질 기능 이상과 연관된 질환은 자폐(Autism), 당뇨병(Diabetes Mellitus), 윌름스 종양(Wilms tumor 1), Simpson-golabi-behmel 증후군 타입 1(Simpson-golabi-behmel Syndrome, Type 1), 이형성증(Neoplasms), 거인증(Gigantism), 암종(Carcinoma), 연골성 뼈돌출증(Cartilaginous Exostosis), 악성종양(Malignant Neoplasms), 불안증(Nervousness), X-염색체 연관 유전병(Genetic Diseases, X-linked), 벡위드-바이데만 증후군(Beckwith-wiedemann Syndrome), 염색체 전좌(Chromosomal Translocation), 선천성 사지기형(Limb Deformities, Congenital), 상피내종양(Intraepithelial Neoplasia), 심장부정맥(Cardiac Arrhythmia), 퇴행성 뇌질환(Neurodegenerative Disorders), 자궁 경부 이형성증(Uterine Cervical Neoplasm), 골 이형성증(Bone Neoplasms) 또는 수두증(Hydrocephalus) 중 어느 하나인 방법.
8. The method of claim 7,
Diseases associated with membrane protein dysfunction include, but are not limited to, autism, diabetes mellitus, Wilms tumor 1, Simpson-golabi-behmel syndrome type 1, dysplasia Neoplasms, Gigantism, Carcinoma, Cartilaginous Exostosis, Malignant Neoplasms, Anxiety, Genetic Diseases (X-linked), Beck Chromosomal Translocation, Limb Deformities, Congenital, Intraepithelial Neoplasia, Cardiac Arrhythmia, Neurodegenerative Disorders, Chronic Chromosomal Syndrome, Chromosomal Translocation, , Cervical dysplasia (Uterine Cervical Neoplasm), bone dysplasia (Bone Neoplasms), or hydrocephalus.
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