KR101904343B1 - Pharmaceutical composition comprising expression or activity inhibitors of NDRG3 for the prevention and treatment of inflammatory diseases - Google Patents
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Abstract
본 발명은 NDRG3 발현 또는 활성 억제제를 유효성분으로 함유하는 염증성 질환 예방 및 치료용 약학적 조성물에 관한 것으로, 구체적으로 저산소증(hypoxia) 반응으로 생성된 젖산(lactate)에 의해 매개된 NDRG3이 젖산-NDRG3-Raf-ERK 신호 경로를 통해 염증반응을 매개하는 사이토카인(cytokine)의 발현을 촉진함을 확인함으로써, 상기 NDRG3의 발현 또는 활성을 억제하는 억제제를 염증성 질환 예방 및 치료용 약학적 조성물로 유용하게 사용할 수 있다.The present invention relates to a pharmaceutical composition for the prophylaxis and treatment of inflammatory diseases containing an NDRG3 expression or activity inhibitor as an active ingredient. More specifically, the present invention relates to a pharmaceutical composition for preventing and treating inflammatory diseases, wherein NDRG3 mediated by lactate produced by a hypoxia reaction is lactic acid- -Raf-ERK signal pathway, it is useful as a pharmaceutical composition for the prophylaxis and treatment of inflammatory diseases by inhibiting the expression or activity of NDRG3 by confirming that it promotes the expression of cytokine mediating the inflammatory response through the Raf-ERK signal pathway Can be used.
Description
본 발명은 NDRG3 발현 또는 활성 억제제를 유효성분으로 함유하는 염증성 질환 예방 및 치료용 약학적 조성물에 관한 것이다.
The present invention relates to a pharmaceutical composition for the prevention and treatment of inflammatory diseases containing an NDRG3 expression or activity inhibitor as an active ingredient.
감염, 외상 등에 의해 손상된 조직의 구조와 기능을 복원하기 위한 생체의 방어 반응을 통칭하여 염증 반응이라한다. 염증 부위로의 백혈구 세포의 이동(mobilization)은 감염에 대한 신속한 해결(resolution) 및 다양한 외상으로부터 발생하는 조직 손상을 복구하는데 중요하다. 그러나, 잘못되거나 지속적인 염증 반응은 인체 조직의 손상과 질환을 야기한다. 예를 들어, 염증 질환은 뇌척수막염, 장염, 피부염, 포도막염, 뇌염, 성인성 호흡곤란 증후군 등과 같이 세균이나 바이러스에 의한 감염이나, 외상, 자가면역질환과 장기이식 거부 등과 같은 비감염 요인에 의하여 발생한다. 염증 질환은 증상이나 병리학적 특징이 구분되는 급성 및 만성 염증 질환으로 분류된다. 알러지나 세균과 바이러스의 감염과 같은 급성 염증의 국소적 증상은 혈류 및 혈관 크기의 변화, 혈관 투과성의 변화 및 백혈구의 침윤 등으로 나타난다. 이에 반하여 류마티스 관절염, 죽상 동맥경화증. 만성 신장염, 간경화증 등을 비롯한 만성 염증의 주요 병리학적 특징은 염증 유발 요인이 제거가 되지 않아 염증부위로 단핵구, 호중구, 림프구, 형질세포들이 지속적으로 침윤하는 것으로, 그 결과 염증 반응이 만성화된다.Inflammatory reactions are collectively referred to as defensive reactions of the body to restore the structure and function of tissues damaged by infection, trauma, and the like. Mobilization of leukocyte cells to the site of inflammation is important for rapid resolution of infection and for repair of tissue damage resulting from various traumas. However, erroneous or persistent inflammatory reactions cause damage and disease of the human body. For example, inflammatory diseases are caused by infections caused by bacteria or viruses such as cerebrospinal meningitis, enteritis, dermatitis, uveitis, encephalitis, adult respiratory distress syndrome, and non-infective factors such as trauma, autoimmune diseases and organ transplant rejection. Inflammatory diseases are classified as acute and chronic inflammatory diseases, which have different symptoms and pathological features. Local symptoms of acute inflammation such as allergies, bacterial and viral infections are caused by changes in blood flow and blood vessel size, changes in vascular permeability, and leukocyte infiltration. On the other hand, rheumatoid arthritis, atherosclerosis. The main pathological features of chronic inflammation, including chronic nephritis and cirrhosis, are that inflammatory factors are not eliminated and the infiltration of mononuclear cells, neutrophils, lymphocytes and plasma cells continues to infiltrate, resulting in chronic inflammation.
염증 부위에서 발현되는 염증 매개인자, 즉, 싸이토카인(cytokine), 케모카인(chemokine), 활성산소중간생성물, 싸이클로옥시게나아제-2(cycloxygenase-2, COX-2), 5-리폭시게나아제(5-lipoxygenase, 5-LOX), 매트릭스 매탈로프로티나아제(matrixmetalloproteinase, MMP) 등은 염증반응의 발생 및 유지에 중요한 역할을 한다. 이러한 염증 매개인자들의 발현은 전사인자인 NF-κB(nuclear factor κB), STAT3(signal transducer and activator of transcription 3), AP-1(activator protein1), HIF-1a(hypoxia-inducible factor 1a) 등에 의하여 조절되는 것으로 알려져 있다.
Inflammatory mediators, such as cytokines, chemokines, active oxygen intermediates, cyclooxygenase-2, COX-2, 5-lipoxygenase (5- lipoxygenase, 5-LOX) and matrix metalloproteinase (MMP) play an important role in the development and maintenance of the inflammatory reaction. Expression of these inflammatory mediators is induced by the transcription factors NF-κB (nuclear factor κB), STAT3 (signal transducer and activator of transcription 3), AP-1 (activator protein 1) and HIF-1a (hypoxia-
저산소유도인자(Hypoxia-inducible factor-1; HIF-1)는 저산소 상태에서 다량 유도 발현되는 핵 전사인자로서 세포 내에서의 산소 항상성을 유지하기 위해서, 적혈구 생성(erythropoiesis),신혈관생성(angiogenesis) 및 해당과정(glycolysis)에 관련된 유전자를 발현시키는 기능을 한다. HIF-1은 α와 β 두 가지의 군으로 나뉘어지며 HIF-1α는 전사인자로서 정상산소 분압에서는 분해되지만 저산소 상태에서는 단백질 자체가 안정화되는 것으로 알려져 있다. 안정화된 HIF-1α는 HIF-1β 인 ARNT와 결합하여 핵으로 이동하여 혈관생성과 대사에 관여하는 유전자들을 발현시킨다(Semenza et al., 1999; Wang et al., 1995; Wang and Semenza 1995). HIF-1의 활성은 암 발생과 전이, 류마티스성 관절염, 허혈성 뇌졸중, 동맥경화증 등 다양한 만성 대사성 질환의 병리학적 기전과 밀접한 관계가 있기 때문에 최근 주요 신약 표적으로 부상하고 있다. 그러나, HIF의 억제만으로 저산소 반응에 의해 유도되는 암의 진행을 완전히 막을 수 없고, 이를 통해 HIF-비의존적으로 유도되는 조절 경로가 유도됨이 보고되고 있다. 따라서, 다양한 만성 대사성 질환 치료를 위해 HIF 뿐만 아니라 HIF 비의존적-조절 경로에 관여하는 인자의 억제 물질을 결합하여 사용하는 전략이 필요하다.
Hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1) is a nuclear transcription factor that induces a large amount of induction in a hypoxic state. In order to maintain the homeostasis of oxygen in the cells, erythropoiesis, angiogenesis, And to express genes involved in the glycolysis process. HIF-1 is divided into two groups, α and β. HIF-1α is a transcription factor, which is degraded at normal oxygen partial pressure but is known to stabilize protein under hypoxic condition. Stabilized HIF-1α binds to HIF-1β and translocates to the nucleus and expresses genes involved in angiogenesis and metabolism (Semenza et al., 1999; Wang et al., 1995; Wang and Semenza, 1995). The activity of HIF-1 has recently emerged as a major new drug target because it is closely related to pathological mechanisms of various chronic metabolic diseases including cancer development and metastasis, rheumatoid arthritis, ischemic stroke, and arteriosclerosis. However, it has been reported that inhibition of HIF alone can not completely prevent cancer progression induced by the hypoxic response, leading to induction of HIF-independent pathways. Therefore, there is a need for strategies to combine inhibitors of factors involved in HIF-independent pathways as well as HIF for the treatment of various chronic metabolic diseases.
NDRG군 유전자는 N-Myc 돌연변이 쥐에서 발현이 증가하는 유전자로써 Ndr1이라는 이름으로 처음 밝혀지기 시작했다. 이의 인간 올소로그(human ortholog) NDRG1이 인간 세포주에서 동정되면서부터 Drg1, Cap43, RTP/rit42등과 같은 이름으로 불려지기 시작했다. NDRG군 유전자에는 서로 다른 4종류의 구성 유전자들이 보고되어 있으며, 이들 4종류의 NDRG1, NDRG2, NDRG3 및 NDRG4는 높은 유사성 (homology)을 가지지만 개체의 발달과 성장에 따라 발현 형태가 상당히 다른 것으로 보고되어 있다(Qu et al., Mol Cell Biochem, 2002(229), 35-44, Deng et al., Int J Cancer, 2003(106), 342-7). 따라서, 이러한 발현차이로 보면 이들 유전자들이 서로 다른 기능을 할 것으로 예상되고 있으나, 아직 이들의 명확한 기능에 관한 보고는 없었다.
The NDRG family gene was first identified in the Ndr1 gene as an increased gene in N-Myc mutant mice. Since its human ortholog NDRG1 has been identified in human cell lines, it has been called by names such as Drg1, Cap43, RTP / rit42, and the like. Four different types of constitutive genes have been reported in the NDRG family of genes. These four types of NDRG1, NDRG2, NDRG3 and NDRG4 have high homology, but their expression pattern varies considerably depending on the development and growth of the individual (2002), 35-44, Deng et al., Int J Cancer, 2003 (106), 342-7). Therefore, although these genes are expected to function differently from these expression differences, there is no report on their definite function.
이에, 본 발명자들은 염증 치료를 위하여 저산소증과 관련된 HIF-비의존적 인자를 찾기 위해 노력한 결과, 저산소증(hypoxia) 반응으로 생성된 젖산(lactate)에 의해, 그리고 HIF-비의존적으로 매개된 NDRG3이 젖산-NDRG3-Raf-ERK 신호 경로를 통해 세포증식, 신생혈관생성 및 염증반응을 매개하는 사이토카인(cytokine)의 발현을 촉진하므로, 상기 NDRG3의 발현 또는 활성을 억제하는 억제제를 염증 예방 및 치료용 약학적 조성물로 유용하게 사용할 수 있음을 밝힘으로써 본 발명을 완성하였다.
Thus, the present inventors have made efforts to find a HIF-independent factor associated with hypoxia for the treatment of inflammation. As a result, lactic acid produced by hypoxia reaction and HIF-independent mediated NDRG3 have been found in lactic acid- The present invention provides a method for inhibiting the expression or activity of NDRG3, which promotes cell proliferation, neovascularization and cytokine mediation through the NDRG3-Raf-ERK signal pathway, The present invention has been completed.
본 발명의 목적은 NDRG3 발현 또는 활성 억제제를 유효성분으로 함유하는 염증성 질환 예방 및 치료용 약학적 조성물을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a pharmaceutical composition for the prevention and treatment of inflammatory diseases containing an NDRG3 expression or activity inhibitor as an active ingredient.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 NDRG3(N-myc downstream-regulated gene 3) 발현 또는 활성 억제제를 유효성분으로 함유하는 염증성 질환 예방 및 치료용 약학적 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a pharmaceutical composition for the prevention and treatment of inflammatory diseases containing an NDRG3 (N-myc downstream-regulated gene 3) expression or activity inhibitor as an active ingredient.
또한, 본 발명은In addition,
1) 피검개체로부터 분리된 시료로부터 NDRG3 단백질의 발현 또는 활성을 측정하는 단계; 및 1) measuring the expression or activity of NDRG3 protein from a sample isolated from the subject; And
2) 상기 단계 1)의 NDRG3 단백질의 발현 또는 활성이 정상 대조군에 비해 증가한 경우, 염증성 질환을 갖는 것으로 진단하거나 염증성 질환의 가능성을 가질 것으로 예측하는 것을 특징으로 하는 단계를 포함하는, 염증성 질환 진단의 정보를 제공하기 위한 NDRG3 단백질의 검출 방법을 제공한다.2) diagnosing an inflammatory disease or predicting the possibility of an inflammatory disease when the expression or activity of the NDRG3 protein of the step 1) is increased as compared with a normal control, Lt; RTI ID = 0.0 > NDRG3 < / RTI > protein to provide information.
또한, 본 발명은In addition,
1) NDRG3 단백질 발현 세포주에 피검물질을 처리하는 단계;1) treating the test substance with NDRG3 protein expressing cell line;
2) 상기 단계 1)의 세포주에서 NDRG3 단백질의 발현 또는 활성을 확인하는 단계; 및2) confirming expression or activity of NDRG3 protein in the cell line of step 1); And
3) 상기 단계 2)의 NDRG3 단백질의 발현 또는 활성이 무처리 대조군에 비해 감소하는 피검물질을 선별하는 단계를 포함하는 염증성 질환 예방 및 치료용 약학적 조성물의 스크리닝 방법을 제공한다.3) screening a test substance in which the expression or activity of the NDRG3 protein of the step 2) is decreased as compared to the untreated control group, and screening the pharmaceutical composition for the prevention and treatment of inflammatory diseases.
또한, 본 발명은In addition,
1) NDRG3과 PKC-β, RACK1 또는 c-Raf 중 어느 하나 이상을 발현하는 세포주에 저산소 상태에서 피검물질을 처리하는 단계;1) treating the test substance in a hypoxic state on a cell line expressing any one or more of NDRG3 and PKC-beta, RACK1 or c-Raf;
2) 상기 단계 1)의 세포주에서 NDRG3과 PKC-β, RACK1 또는 c-Raf 중 어느 하나 이상의 결합 정도를 확인하는 단계; 및2) confirming the degree of binding of any one or more of NDRG3 with PKC-beta, RACK1 or c-Raf in the cell line of step 1); And
3) 상기 단계 2)의 결합 정도가 무처리 대조군에 비해 감소하는 피검물질을 선별하는 단계를 포함하는 염증성 질환 예방 및 치료용 약학적 조성물의 스크리닝 방법을 제공한다.3) selecting a test substance in which the degree of binding of the step 2) is lower than that of the untreated control group, and screening the pharmaceutical composition for the prevention and treatment of an inflammatory disease.
아울러, 본 발명은In addition,
1) 시험관 내에서(in-vitro) NDRG3, PKC-β, RACK1 및 c-Raf 단백질에 피검물질을 처리하는 단계;1) treating the test substance in-vitro with NDRG3, PKC-beta, RACK1 and c-Raf proteins;
2) 상기 단계 1)의 NDRG3, PKC-β, RACK1 및 c-Raf 단백질 중 하나 이상의 결합 정도를 확인하는 단계; 및2) confirming the degree of binding of at least one of NDRG3, PKC-beta, RACK1 and c-Raf proteins of step 1); And
3) 상기 단계 2)의 결합 정도가 무처리 대조군에 비해 감소하는 피검물질을 선별하는 단계를 포함하는 염증성 질환 예방 및 치료용 약학적 조성물의 스크리닝 방법을 제공한다.
3) selecting a test substance in which the degree of binding of the step 2) is lower than that of the untreated control group, and screening the pharmaceutical composition for the prevention and treatment of an inflammatory disease.
본 발명의 NDRG3은 지속적인 저산소 반응에서 생성된 젖산에 의해 발현 및 활성이 증가하고, 이를 통해 스캐폴드 단백질로 작용함으로써 c-Raf 및 RACK1과 결합하고, 이 때 RACK1을 통해 PKC 단백질을 동원함으로써 상기 4가지 물질로 이루어지는 단일 복합체를 형성하고, 이를 통해 c-Raf-ERK 신호 경로를 활성화하여 세포 증식, 신생혈관생성 및 염증반응을 매개하는 사이토카인(cytokine)의 발현을 촉진하므로, 상기 NDRG3 단백질의 발현 또는 활성을 억제하는 억제제를 염증성 질환 예방 및 치료용 약학적 조성물로 유용하게 사용할 수 있다.
NDRG3 of the present invention increases expression and activity by lactic acid produced in a continuous hypoxic reaction, thereby acting as a scaffold protein, thereby binding to c-Raf and RACK1, wherein PKC protein is mobilized through RACK1, RK-RK signaling pathway, thereby promoting the expression of cytokines mediating cell proliferation, neovascularization, and inflammatory responses through the formation of a single complex of the NKG protein, Or an inhibitor that inhibits activity may be usefully used as a pharmaceutical composition for the prevention and treatment of inflammatory diseases.
도 1a는 NDRG3 과발현 형질전환 마우스의 제조하기 위하여 인간 NDRG3을 암호화하는 pCAGGS 플라스미드를 나타낸 도이다.
도 1b는 NDRG3 과발현 형질전환 마우스의 생산 과정에 있는 TG-2, TG-8 및 TG-13 마우스의 게놈 DNA에 인간 NDRG3 유전자가 삽입되어 있음을 확인한 도이다.
도 1c는 확립된 NDRG3 과발현 형질전환 마우스 TG-2, TG-8 및 TG-13의 간 조직에서 인간 NDRG3 유전자의 발현을 확인한도이다.
도 2는 제작한 레빗(rabbit) 항-NDRG3 항체와 인간 NDRG3(N66D) 변이체와의 항원-항체 반응을 확인한 도이다.
도 3a는 PHD2와 결합하는 후보 단백질을 선별하는 과정을 모식화한 도이다.
도 3b는 PHD2와 결합하는 단백질을 나타낸 도이다.
도 3c는 PHD2 및 NDRG3 단백질의 결합을 나타낸 도이다.
도 4a는 저산소 상태(hypoxia, 1% O2) 하에서(도 4a, 위) 및 시험관 내에서(in-vitro)(도 4a, 아래) PHD2 및 NDRG3의 결합을 나타낸 도이다.
도 4b는 정상 산소 상태(normoxia, 21% O2) 하에 있는 MCF-7 세포에서 PHD2 억제에 의한 NDRG3 단백질 유도를 확인한 도이다.
도 4c는 정상 산소 상태 하에 있는 HeLa 세포에서 PHD2 억제에 의한 NDRG3 단백질 유도를 확인한 도이다.
도 5a는 정상 산소 상태에서 PHD 패밀리 군 및 VHL 결실에 의한 NDRG3 단백질 발현 억제를 확인한 도이다.
도 5b는 PHD 패밀리 군 및 NDRG3 단백질의 결합을 확인한 도이다.
도 6a는 단백질-단백질 도킹(docking) 시뮬레이션을 통해 NDRG3의 PHD2 도킹 부위(docking site)를 확인한 도이다.
도 6b는 도킹 시뮬레이션으로 확인한 NDRG3의 PHD2 도킹 부위와 PHD2의 결합력을 확인한 도이다.
도 7a는 정상 산소 상태에서 프로테아좀(proteasome) 억제제인 MG132 처리 후 NDRG3 단백질의 유비퀴틴화(ubiquitination)을 확인한 도이다.
도 7b는 정상 산소 상태에서 NDRG3 단백질의 유비퀴틴화를 확인한 도이다.
도 8a는 지속적인 저산소 상태에 따른 NDRG3 단백질의 축적을 확인한 도이다.
도 8b는 세포 내에서 지속적인 저산소 상태에 따른 NDRG3 단백질의 축적을 확인한 도이다.
도 8c는 여러 종류의 암 세포에서 지속적인 저산소 상태에 따른 NDRG3 단백질의 축적을 확인한 도이다.
도 8d는 지속적인 저산소 상태에서 NDRG3 단백질의 유비퀴틴화 억제를 확인한 도이다.
도 9a는 정상 산소 상태 및 지속적인 저산소 상태에 따른 NDRG3 단백질 발현 변화를 확인한 도이다.
도 9b는 저산소 상태에서 정상 산소 상태로 회복될 때 NDRG3 단백질의 발현 변화를 확인한 도이다.
도 10a는 NDRG3 단백질의 하이드록실화(hydroxylation) 표적 부위를 확인한 도이다.
도 10b는 NDRG3 단백질의 하이드록실화(hydroxylation) 표적 부위 및 PHD2/VHL의 결합을 확인한 도이다.
도 11a는 산소 상태 변화에 따른 NDRG3의 RNA 및 HIF 단백질의 발현 변화를 확인한 도이다.
도 11b는 HIF 및 PHD2 억제에 따른 NDRG3 단백질의 발현 변화를 확인한 도이다.
도 11c는 저산소 상태 하에 있는 MCF-7(HIF-1+/+ 및 VHL+/+) 및 786-O(HIF-1-/- 및VHL-/-) 세포에서 NDRG3 단백질의 발현 변화를 확인한 도이다.
도 12a는 저산소 반응과 관련된 NDRG3 및 HIF-1의 기능을 분석한 도이다.
도 12b는 정상산소 상태에서 NDRG3 단백질을 과발현 하는 세포 및 저산소 상태하에 있는 세포에서 상향 조절되는 각 유전자들의 기능을 분석한 도이다.
도 13a는 저산소 상태에서 NDRG3 결실에 의한 혈관생성 활성의 변화를 확인한 도이다.
도 13b는 저산소 상태에서 NDRG3 결실에 의한 신생혈관생성 마커 IL8, IL1α, IL1β, COX-2 및 PAI-1의 발현 변화를 확인한 도이다.
도 13c는 NDRG3 결실에 의한 생체 내(in-vivo) 혈관생성 변화를 확인한 도이다.
도 14a는 NDRG3 결실에 의한 세포 성장 변화를 확인한 도이다.
도 14b는 NDRG3 및/또는 HIF 결실에 의한 종양 형성 변화를 확인한 도이다.
도 14c는 이소성(ectopic) 변이체 NDRG3(N66D) 발현에 의한 종양 형성 변화를 확인한 도이다.
도 14d는 NDRG3 및/또는 HIF 결실된 종양 세포를 이식한 마우스에서 종양의 부피 변화를 확인한 도이다.
도 14e는 이소성 변이체 NDRG3(N66D) 발현된 종양 세포를 이식한 마우스에서 종양의 부피 변화를 확인한 도이다.
도 14f는 종양 조직에서 NDRG3 또는 HIF 결실에 의한 세포증식 마커 Ki-67 및 신생혈관생성 마커 IL8 단백질의 발현 변화를 확인한 도이다.
도 14g는 종양 조직에서 NDRG3 또는 HIF 결실에 의한 신생혈관생성 마커의 발현 변화를 확인한 도이다.
도 15a는 산소 상태에 따른 NDRG3과 HIF-1α의 단백질 발현 및 젖산(Lactate)의 생성 변화를 확인한 도이다.
도 15b는 LDHA(lactate dehydrogenase A) 억제제인 소듐 옥사메이트(sodium oxamate) 처리 후 지속적인 저산소 상태에 따른 NDRG3과 HIF-1α의 단백질 발현 및 젖산(Lactate)의 생성 변화를 확인한 도이다.
도 15c는 저산소 상태에서 젖산 생성 억제에 따른 NDRG3 단백질의 발현 변화를 확인한 도이다.
도 15d는 2-데옥시글루코오스(2-deoxyglucose, 2-DG)에 의한 해당과정(glycolysis)에 따른 NDRG3 단백질읜 발현 변화를 확인한 도이다.
도 15e는 피루베이트(Pyruvate) 또는 LDHA에 의한 과다한 젖산 생성에 따른 NDRG3 단백질의 발현 변화를 확인한 도이다.
도 15f는 젖산 생성에 의한 NDRG3 단백질의 유비퀴틴화 변화를 확인한 도이다.
도 16a는 NDRG3 단백질의 젖산 결합 부위를 돌연변이한 재조합 NDRG3(G138W) 변이체 및 재조합 NDRG3 야생형 단백질을 확인한 도이다.
도 16b는 재조합 NDRG3 야생형 및 재조합 NDRG3(G138W) 변이체 단백질와 젖산의 결합을 확인한 도이다.
도 16c는 저산소 상태에서 NDRG3의 L-젖산 결합부위를 돌연변이한 변이체의 발현 변화를 확인한 도이다.
도 16d는 재산소화(reoxygenation)에 의한 NDRG3 단백질 발현을 확인한 도이다.
도 17a는 젖산 생성 억제 및 이소성 변이체 NDRG3(N66D) 발현에 의한 세포 성장 변화를 확인한 도이다.
도 17b는 젖산 생성 억제 및/또는 이소성 변이체 NDRG3(N66D) 발현에 의한 세포 콜로니(colony) 형성 변화를 확인한 도이다.
도 17c는 LDHA 결실 및/또는 이소성 변이체 NDRG3(N66D) 발현에 의한 세포성장 변화를 확인한 도이다.
도 17d는 LDHA 결실 및/또는 이소성 변이체 NDRG3(N66D) 발현된 종양 세포를 이식한 마우스에서 종양 형성 변화를 확인한 도이다.
도 17e는 지속적인 저산소 상태에서 젖산 생성 억제 및/또는 이소성 변이체 NDRG3(N66D) 발현에 의한 NDRG3 단백질 발현 변화를 확인한 도이다.
도 17f는 지속적인 저산소 상태에서 이소성 변이체 NDRG3(N66D) 발현에 의한 젖산 생성 변화를 확인한 도이다.
도 18은 지속적인 저산소 상태에서 젖산 생성 억제 및/또는 이소성 변이체 NDRG3(N66D) 발현에 의한 혈관생성 변화를 확인한 도이다.
도 19a는 저산소 상태에서 NDRG3 결실에 의한 단백질의 인산화(phosphorylation) 변화를 확인한 도이다.
도 19b는 NDRG3 단백질 발현에 따른 ERK1/2 단백질의 활성 변화를 확인한 도이다.
도 19c는 지속적인 저산소 상태에서 NDRG3 결실에 의한 Raf-ERK1/2 활성 변화를 확인한 도이다.
도 19d는 시험관 내에서(in-vitro, 왼쪽) 및 세포 내에서(오른쪽) NDRG3 단백질 및 c-Raf의 결합을 확인한 도이다.
도 19e는 NDRG3 단백질 결실 또는 이소성 변이체 NDRG3(N66D) 발현에 의한 Raf-ERK1/2 활성 변화를 확인한 도이다.
도 19f는 이소성 변이체 NDRG3(N66D) 및/또는 PKC-I에 의한 PKC-β 활성 억제에 따른 c-Raf의 인산화 변화를 확인한 도이다.
도 19g는 저산소 상태에서 젖산 생성 억제에 따른 NDRG3 단백질 발현 및 Raf-ERK1/2 활성 변화를 확인한 도이다.
도 20a는 NDRG3 단백질 및 RACK-1 간의 결합을 확인한 도이다.
도 20b는 NDRG3 결실 또는 이소성 변이체 NDRG3(N66D), RACK-1 및/또는 Raf 발현에 따른 Raf-ERK1/2 활성 변화를 확인한 도이다.
도 20c는 저산소 상태에서 RACK1 결실에 의한 이소성 변이체 NDRG3(N66D) 및 PKC-β 간의 결합을 확인한 도이다.
도 20d는 저산소 상태에서 PKC-β 활성 억제에 의한 ERK1/2 활성 변화를 확인한 도이다.
도 20e는 재조합 이소성 변이체 NDRG3(N66D)와 c-Raf, RACK1 및 PKC-β의 복합체 형성을 확인한 도이다.
도 20f는 시뮬레이션을 통한 NDRG3, c-Raf, RACK1 및 PKc-β의 복합체 형성을 확인한 도이다.
도 21a는 NDRG3 과발현 형질전환 마우스 및 대조군 마우스의 종양 형성 여부를 확인한 도이다.
도 21b는 NDRG3 과발현 형질전환 마우스 및 대조군 마우스의 폐, 장 및 하복부(hypogastrium)에서 종양 형성을 확인한 도이다.
도 21c는 NDRG3 과발현 형질전환 마우스 및 대조군 마우스의 장간막 림프절(Mesenteric lymph node), 비장 및 간 조직에서 B 세포 및 T 세포를 확인한 도이다.
도 21d는 NDRG3 과발현 형질전환 마우스 및 대조군 마우스의 간 조직에서 간세포암종 마커(hepatocellular carcinoma, HCC)인 글루타민합성효소(glutamine synthetase, GS) 및 열충격단백질 70(heat shock protein 20, HSP), 및 세포증식 마커인 PCNA 및 Ki-67의 발현을 확인한 도이다.
도 21e는 NDRG3 과발현 형질전환 마우스 및 대조군 마우스의 간조직에서 ERK1/2의 활성 및 신생혈관생성 마커의 mRNA 발현을 확인한 도이다.
도 22는 간암 환자에서 NDRG3의 발현 및 ERK1/2 활성을 확인한 도이다.
도 23은 지속적인 저산소 반응에 있어서 젖산에 의해 유도된 Raf-ERK 경로의 매개자로서 NDRG3의 기전을 도식화한 도이다.Figure 1a shows a pCAGGS plasmid encoding human NDRG3 for the production of NDRG3 transgenic transgenic mice.
FIG. 1B shows that human NDRG3 gene is inserted into the genomic DNA of TG-2, TG-8 and TG-13 mice in the production process of NDRG3 overexpressing transgenic mouse.
FIG. 1C shows the expression of the human NDRG3 gene in liver tissues of established NDRG3 overexpressing transgenic mice TG-2, TG-8 and TG-13.
FIG. 2 is a view showing the antigen-antibody reaction between the prepared rabbit anti-NDRG3 antibody and human NDRG3 (N66D) mutant.
3A is a schematic diagram illustrating a process of selecting a candidate protein binding to PHD2.
3B is a diagram showing a protein binding to PHD2.
FIG. 3C shows the binding of PHD2 and NDRG3 proteins.
Figure 4a is a diagram showing the binding of hypoxia (hypoxia, 1% O 2) under (Figure 4a, above) and (in-vitro) (Figure 4a, below) in vitro and PHD2 NDRG3.
FIG. 4b shows the induction of NDRG3 protein by inhibition of PHD2 in MCF-7 cells under normoxia (21% O 2 ).
4C shows the induction of NDRG3 protein by inhibition of PHD2 in HeLa cells under normal oxygen conditions.
5A is a graph showing inhibition of NDRG3 protein expression by PHD family and VHL deletion in a normal oxygen state.
FIG. 5B shows the binding of the PHD family group and the NDRG3 protein.
FIG. 6A shows a PHD2 docking site of NDRG3 through a protein-protein docking simulation.
FIG. 6B is a view for confirming the binding strength between PHD2 docking site and PHD2 of NDRG3 as confirmed by docking simulation.
FIG. 7A is a graph showing ubiquitination of NDRG3 protein after treatment with MG132, which is a proteasome inhibitor, under normal oxygen conditions. FIG.
FIG. 7B shows the ubiquitination of NDRG3 protein under normal oxygen conditions.
FIG. 8A shows the accumulation of NDRG3 protein according to a continuous hypoxic state. FIG.
FIG. 8B shows the accumulation of NDRG3 protein according to a hypoxic state in a cell.
FIG. 8C shows the accumulation of NDRG3 protein in various kinds of cancer cells according to continuous hypoxic conditions.
FIG. 8D shows the inhibition of ubiquitination of NDRG3 protein in a continuous hypoxic state.
FIG. 9A is a graph showing changes in NDRG3 protein expression according to a normal oxygen state and a continuous hypoxic state. FIG.
FIG. 9B is a graph showing a change in the expression of NDRG3 protein when recovering from a hypoxic state to a normal oxygen state.
FIG. 10A is a view showing the hydroxylation target site of the NDRG3 protein. FIG.
FIG. 10B shows the binding of the hydroxylation target site and PHD2 / VHL of the NDRG3 protein.
11A is a graph showing changes in the expression of RNA and HIF protein of NDRG3 according to changes in oxygen status.
FIG. 11B is a graph showing changes in expression of NDRG3 protein due to inhibition of HIF and PHD2.
FIG. 11C shows changes in the expression of NDRG3 protein in MCF-7 (HIF-1 + / + and VHL + / + ) and 786-O (HIF-1 - / - and VHL - / - ) cells under hypoxic conditions to be.
12A is an analysis of the functions of NDRG3 and HIF-1 associated with hypoxic response.
FIG. 12B is an analysis of the function of each gene up-regulated in cells overexpressing NDRG3 protein and cells under hypoxic state under normal oxygen conditions.
13A is a graph showing changes in angiogenic activity due to deletion of NDRG3 in a hypoxic state.
FIG. 13B is a graph showing changes in the expression of neovascularization markers IL8, IL1 ?, IL1 ?, COX-2 and PAI-1 due to NDRG3 deletion in a hypoxic state.
13C is a diagram for confirming in vivo angiogenesis by NDRG3 deletion.
FIG. 14A is a diagram showing changes in cell growth due to deletion of NDRG3. FIG.
FIG. 14B is a chart showing changes in tumor formation due to deletion of NDRG3 and / or HIF.
FIG. 14C shows the change in tumor formation due to the expression of the ectopic mutant NDRG3 (N66D).
FIG. 14D shows the change in tumor volume in mice transplanted with NDRG3 and / or HIF deleted tumor cells.
FIG. 14E is a graph showing changes in tumor volume in a mouse transplanted with an ectopic mutant NDRG3 (N66D) -expressing tumor cells.
FIG. 14f shows changes in the expression of the cell proliferation marker Ki-67 and the neovascularization marker IL8 protein by NDRG3 or HIF deletion in tumor tissue.
FIG. 14g is a graph showing changes in the expression of neovascularization markers by NDRG3 or HIF deletion in tumor tissue.
FIG. 15A is a graph showing changes in protein expression and lactate production of NDRG3 and HIF-1.alpha. Depending on the oxygen state. FIG.
FIG. 15B is a graph showing changes in protein expression and lactate production of NDRG3 and HIF-1α according to hypoxic state after treatment with sodium oxamate, an LDHA (lactate dehydrogenase A) inhibitor.
FIG. 15C is a graph showing changes in expression of NDRG3 protein due to inhibition of lactic acid production in a hypoxic state.
FIG. 15D is a graph showing changes in NDRG3 protein expression by glycolysis of 2-deoxyglucose (2-DG).
FIG. 15E is a graph showing changes in the expression of NDRG3 protein due to excessive lactic acid production by pyruvate or LDHA.
FIG. 15f shows the change in ubiquitination of NDRG3 protein by lactic acid production.
16A shows a recombinant NDRG3 (G138W) mutant mutated at the lactic acid binding site of the NDRG3 protein and a recombinant NDRG3 wild type protein.
FIG. 16B shows the binding of recombinant NDRG3 wild type and recombinant NDRG3 (G138W) mutant protein to lactic acid.
16 (c) is a graph showing changes in the expression of mutants mutating the L-lactic acid binding site of NDRG3 in a hypoxic state.
16D shows the expression of NDRG3 protein by reoxygenation.
FIG. 17A is a graph showing changes in cell growth due to inhibition of lactic acid production and expression of the ectopic mutant NDRG3 (N66D). FIG.
FIG. 17B is a graph showing changes in cell colony formation due to inhibition of lactic acid production and / or expression of the ectopic mutant NDRG3 (N66D).
FIG. 17C is a chart showing changes in cell growth due to LDHA deletion and / or expression of an ectopic mutant NDRG3 (N66D).
FIG. 17d shows the change in tumor formation in mice transplanted with LDHA deletion and / or heterologous mutant NDRG3 (N66D) -treated tumor cells.
FIG. 17E is a graph showing changes in NDRG3 protein expression due to inhibition of lactic acid production and / or expression of an ectopic mutant NDRG3 (N66D) in a continuous hypoxic state.
FIG. 17f shows the change in lactic acid production due to the expression of the heterologous variant NDRG3 (N66D) in a continuous hypoxic state.
FIG. 18 is a graph showing inhibition of lactic acid production and / or changes in angiogenesis due to the expression of an ectopic mutant NDRG3 (N66D) in a hypoxic state.
FIG. 19A is a diagram showing a change in protein phosphorylation due to deletion of NDRG3 in a hypoxic state. FIG.
FIG. 19B is a graph showing changes in the activity of ERK1 / 2 protein according to the expression of NDRG3 protein.
FIG. 19C is a graph showing changes in Raf-ERK1 / 2 activity due to NDRG3 deletion in a continuous hypoxic state.
Figure 19d shows the binding of NDRG3 protein and c-Raf in vitro (left) and intracellularly (right).
FIG. 19E shows the change of Raf-ERK1 / 2 activity by NDRG3 protein deletion or ectopic mutant NDRG3 (N66D) expression.
FIG. 19f shows the change in phosphorylation of c-Raf due to inhibition of PKC-beta activity by the ectopic mutant NDRG3 (N66D) and / or PKC-I.
FIG. 19g is a graph showing changes in NDRG3 protein expression and Raf-ERK1 / 2 activity upon inhibition of lactic acid production in a hypoxic state.
20A is a view showing binding between NDRG3 protein and RACK-1.
20B is a graph showing changes in Raf-ERK1 / 2 activity due to the expression of NDRG3 (N66D), RACK-1 and / or Raf, which are NDRG3 deleted or heterologous mutants.
FIG. 20C shows the binding between the ectopic mutant NDRG3 (N66D) and PKC-beta due to RACK1 deletion in a hypoxic state.
FIG. 20D is a graph showing changes in ERK1 / 2 activity due to inhibition of PKC-beta activity in a hypoxic state.
FIG. 20E shows the formation of a complex of the recombinant heterologous variant NDRG3 (N66D) and c-Raf, RACK1 and PKC-β.
FIG. 20F shows the formation of a complex of NDRG3, c-Raf, RACK1 and PKc-beta through simulation.
21A is a view showing the tumor formation of NDRG3-overexpressing transgenic mice and control mice.
FIG. 21B shows the results of confirming tumor formation in lung, intestine and hypogastrium of NDRG3-overexpressing transgenic mice and control mice.
FIG. 21C is a diagram showing B cells and T cells in mesenteric lymph node, spleen and liver tissues of NDRG3-overexpressing transgenic mice and control mice.
FIG. 21D is a graph showing the expression profiles of glutamine synthetase (GS) and heat shock protein 20 (HSP), which are hepatocellular carcinoma (HCC), in the liver tissues of NDRG3 overexpressing transgenic mice and control mice, The expression of PCNA and Ki-67 as markers.
FIG. 21E shows the expression of ERK1 / 2 activity and mRNA expression of neovascularization markers in liver tissues of NDRG3-overexpressing transgenic mice and control mice.
FIG. 22 shows the expression of NDRG3 and ERK1 / 2 activity in liver cancer patients.
Figure 23 is a schematic representation of the mechanism of NDRG3 as a mediator of the Raf-ERK pathway induced by lactic acid in continuous hypoxic response.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 NDRG3(N-myc downstream-regulated gene 3) 단백질 발현 또는 활성 억제제를 유효성분으로 함유하는 염증성 질환 예방 및 치료용 약학적 조성물을 제공한다.The present invention provides a pharmaceutical composition for the prophylaxis and treatment of inflammatory diseases containing an NDRG3 (N-myc downstream-regulated gene 3) protein expression or activity inhibitor as an active ingredient.
상기 NDRG3 단백질은 서열번호 1로 기재되는 아미노산 서열로 구성되는 것이 바람직하다.The NDRG3 protein is preferably composed of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1.
상기 NDRG3 단백질의 발현 억제제는 NDRG3 유전자의 mRNA에 상보적으로 결합하는 안티센스 뉴클레오티드, 작은 간섭 RNA(short interfering RNA) 및 짧은 헤어핀 RNA(short hairpin RNA)로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.The NDRG3 protein expression inhibitor is preferably selected from the group consisting of an antisense nucleotide complementary to the mRNA of the NDRG3 gene, a short interference RNA (short interfering RNA), and a short hairpin RNA (short hairpin RNA) It does not.
상기 안티센스 뉴클레오티드는 왓슨-클릭 염기쌍에 정의된 바에 따라, DNA, 미성숙-mRNA 또는 성숙된 mRNA의 상보적 염기서열에 결합(혼성화)하여 DNA에서 단백질로서 유전정보의 흐름을 방해하는 것이다. 표적 서열에 특이성이 있는 안티센스 뉴클레오티드의 성질은 그것들을 예외적으로 다기능이 되도록 한다. 안티센스 뉴클레오티드는 모노머 단위의 긴 사슬이기 때문에 이들은 표적 RNA 서열에 대해 쉽게 합성될 수 있다. 최근 많은 연구들은 표적 단백질을 연구하기 위한 생화학적 수단으로 안티센스 뉴클레오티드의 유용성을 증명하였다(Rothenberg et al ., J. Natl . Cancer Inst., 81:1539-1544, 1999). 올리고뉴클레오티드 화학 및 향상된 세포흡착, 표적결합 친화도 및 뉴클레아제 내성을 나타내는 뉴클레오티드 합성 분야에서 최근 많은 진보가 있었으므로 안티센스 뉴클레오티드의 사용은 새로운 형태의 억제제로 고려될 수 있다.The antisense nucleotide binds (hybridizes) to a complementary base sequence of DNA, immature-mRNA or mature mRNA, as defined in the Watson-click base pair, to interfere with the flow of genetic information as a protein in DNA. The nature of antisense nucleotides that are specific for the target sequence makes them exceptionally multifunctional. Because antisense nucleotides are long chains of monomeric units they can be readily synthesized against the target RNA sequence. Many recent studies have demonstrated the utility of antisense nucleotides as a biochemical means for studying target proteins (Rothenberg et al ., J. Natl . Cancer Inst. , ≪ / RTI > 81: 1539-1544, 1999). The use of antisense nucleotides can be considered as a novel type of inhibitor since there has been much progress in the field of oligonucleotide chemistry and in the field of nucleotide synthesis showing improved cell adsorption, target binding affinity and nuclease resistance.
상기 siRNA는 센스 RNA와 안티센스 RNA가 이중가닥 RNA 분자를 형성하고, 이때 센스 RNA가 NDRG3 mRNA 중 일부의 연속 뉴클레오티드의 표적 서열과 동일한 핵산 서열을 포함하는 siRNA 분자인 것이 바람직하다. 상기 siRNA 분자는 NDRG3 유전자의 염기서열 내에서 선택되는 10개 내지 30개의 염기로 구성되는 센스 서열 및 상기 센스 서열에 상보적으로 결합하는 안티센스 서열로 구성되는 것이 바람직하나 이에 한정된 것은 아니며, NDRG3 유전자의 염기서열을 대상으로 상보적으로 결합할 수 있는 센스 서열을 가진 이중가닥 RNA 분자라면 모두 사용 가능하다. 상기 안티센스 서열은 센스 서열과 상보적인 서열을 가지는 것이 가장 바람직하다. Preferably, the siRNA is a siRNA molecule in which the sense RNA and the antisense RNA form a double-stranded RNA molecule, wherein the sense RNA comprises a nucleic acid sequence identical to the target sequence of some consecutive nucleotides of the NDRG3 mRNA. The siRNA molecule is preferably composed of a sense sequence consisting of 10 to 30 bases selected in the nucleotide sequence of the NDRG3 gene and an antisense sequence complementarily binding to the sense sequence, Any double-stranded RNA molecule having a sense sequence complementary to a base sequence can be used. Most preferably, the antisense sequence has a sequence complementary to the sense sequence.
상기 NDRG3 단백질의 발현 억제제는 NDRG3 단백질의 294번째 프롤린(Proline) 부위의 하이드록실화(hydroxylation)을 촉진하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 실시예에서는 정상 산소 상태에서도 NDRG3의 294번째 프롤린을 알라닌으로 치환한 NDRG3 변이체의 축적이 증가하고 PHD2/VHL과의 상호작용이 감소하는 것을 확인함으로써, NDRG3의 294번째 프롤린이 NDRG3 단백질의 발현 억제부위임을 확인하였다.The NDRG3 protein expression inhibitor preferably promotes the hydroxylation of the 294th proline region of the NDRG3 protein, but is not limited thereto. In one embodiment of the present invention, it was confirmed that accumulation of NDRG3 mutant in which 294th proline of NDRG3 was replaced with alanine was increased and the interaction with PHD2 / VHL was decreased even in the normal oxygen state, so that the 294th proline of NDRG3 reacted with NDRG3 protein Of the cells.
상기 NDRG3 단백질의 발현 억제제는 NDRG3 단백질의 47번째 알기닌(Arginine), 66번째 아스파라긴(Asparagine), 68번째 라이신(Lysine), 69번째 세린(Serine), 72번째 아스파라긴, 73번째 알라닌(Alanine), 76번째 아스파라긴, 77번째 페닐알라닌(Phenylalanine), 78번째 글루탐산(Glutamic acid), 81번째 글루타민(Glutamine), 97번째 글루타민, 98번째 글루타민, 99번째 글루탐산, 100번째 글라이신(Glycine), 101번째 알라닌, 102번째 프롤린(Proline), 103번째 세린, 203번째 류신(Leucine), 204번째 아스파르트산(Aspartic acid), 205번째 류신, 208번째 쓰레오닌(Threonine), 209번째 타이로신(Tyrosine), 211번째 메티오닌(Methionine), 212번째 히스티딘(Histidine), 214번째 알라닌, 215번째 글루타민, 216번째 아스파르트산, 217번째 이소류신(Isoleucine), 218번째 아스파라긴, 219번째 글루타민, 296번째 발린(Valine), 297번째 발린, 298번째 글루타민, 300번째 글라이신 및 301번째 라이신으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 PHD2 도킹 부위(docking site)에 PHD2의 결합을 촉진하는 것이 바람직하고, NDRG3 단백질의 47번째 알기닌, 66번째 아스파라긴, 68번째 라이신, 69번째 세린, 97번째 글루타민 및 296번째 발린으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 PHD2 도킹 부위에 PHD2의 결합을 촉진하는 것이 보다 바람직하고, NDRG3 단백질의 PHD2 도킹 부위(docking site)인 47번째 알기닌 또는 66번째 아스파라긴(Asparagine) 부위를 표적으로 하는 것이 보다 바람직하고, 상기 NDRG3 단백질의 47번째 알기닌 또는 66번째 아스파라긴 부위에 결합하여 PHD2와의 상호작용을 증가시켜 NDRG3 단백질의 발현을 저해하는 것이 가장 바람직하나 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 실시예에서는 NDRG3의 47번째 알기닌을 아스파르트산(Aspartic acid)으로 치환한 NDRG3(R47D) 변이체 및 NDRG3의 66번째 아스파라긴을 아스파르트산으로 치환한 NDRG3(N66D) 변이체와 PHD2의 결합력이 낮으며, NDRG3(N66D) 변이체가 과발현되는 경우 염증성 사이토카인인 IL-8, IL-1α, IL-1β, COX-2 및 PAI-1의 발현이 증가하는 것을 확인함으로써, NDRG3 단백질의 47번째 알기닌 또는 66번째 아스파라긴 부위가 정상 산소 상태에서 PHD2의 도킹에 중요한 부위이며 PHD2에 의해 NDRG3 단백질의 발현이 하향 조절됨을 확인하였다.The NDRG3 protein expression inhibitor may be selected from the group consisting of 47th arginine, 66th asparagine, 68th lysine, 69th serine, 72nd asparagine, 73rd alanine, 76th The second asparagine, the 77th phenylalanine, the 78th glutamic acid, the 81st glutamine, the 97th glutamine, the 98th glutamine, the 99th glutamic acid, the 100th glycine, the 101st alanine, Proline, 103rd serine, 203th leucine, 204th aspartic acid, 205th leucine, 208th threonine, 209th tyrosine, 211th methionine (Methionine ), 212th Histidine, 214th alanine, 215th glutamine, 216th aspartic acid, 217th isoleucine, 218th asparagine, 219th glutamine, 296th valine, 297th valine, 298th Posts It is preferable that PHD2 is bound to at least one PHD2 docking site selected from the group consisting of rutamine, 300th glycine, and 301th lysine, and it is preferable that the 47th alkynin of NDRG3 protein, 66th asparagine, 68th lysine , The 69th serine, the 97th glutamine, and the 296th valine. More preferably, the PHD2 docking site of the NDRG3 protein is the docking site of the 47th arginine or It is more preferable to target the 66th asparagine region and it is most preferable to bind to the 47th or 66th asparagine region of the NDRG3 protein to increase the interaction with PHD2 to inhibit the expression of NDRG3 protein. It is not limited. In one embodiment of the present invention, the NDRG3 (R47D) mutant in which the 47th arginine of NDRG3 is substituted with aspartic acid and the NDRG3 (N66D) mutant in which the 66th asparagine of NDRG3 is substituted with aspartic acid is in a low IL-1?, IL-1?, COX-2 and PAI-1 in the case of NDRG3 (N66D) mutant overexpression, The 66th asparagine site is an important site for docking of PHD2 in the normal oxygen state and the expression of NDRG3 protein is down-regulated by PHD2.
상기 NDRG3 단백질의 발현 억제제는 NDRG3 단백질의 젖산(Lactate) 결합 부위인 62번째 아스파르트산(Aspartic acid), 138번째 글라이신(Glycine), 139번째 알라닌 또는 229번째 타이로신(tyrosine)에 젖산의 결합을 억제하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.The NDRG3 protein expression inhibitor inhibits the binding of lactic acid to 62th aspartic acid, 138th glycine, 139th alanine or 229th tyrosine, which is a lactate binding site of NDRG3 protein. But is not limited thereto.
상기 NDRG3 단백질의 활성 억제제는 NDRG3 단백질에 상보적으로 결합하는 앱타머 또는 항체인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다. The activity inhibitor of the NDRG3 protein is preferably an aptamer or an antibody that binds complementarily to the NDRG3 protein, but is not limited thereto.
상기 NDRG3 단백질의 활성 억제제는 NDRG3 단백질에 상보적으로 결합하는 앱타머 (Aptamer)는 그 자체로 안정된 삼차구조를 가지면서 표적분자에 높은 친화성과 특이성으로 결합할 수 있는 특징을 가진 단일가닥 핵산 (DNA, RNA 또는 변형핵산)이다. 앱타머는 SELEX (Systematic Evolution of Ligands by EXponential enrichment)라는 앱타머 발굴 기술이 처음 개발된 이후(Ellington, AD and Szostak, JW., Nature 346:818-822, 1990), 저분자 유기물, 펩타이드, 막 단백질까지 다양한 표적분자에 결합할 수 있는 많은 앱타머들이 계속해서 발굴되어 왔다. 앱타머는 고유의 높은 친화성(보통 pM 수준)과 특이성으로 표적분자에 결합할 수 있다는 특성 때문에 자주 단일 항체와 비교가 되고, 특히 "화학 항체"라고 할 만큼 대체항체로서의 높은 가능성이 있다.The activity inhibitor of the NDRG3 protein is a single stranded nucleic acid having a characteristic of being able to bind to a target molecule with high affinity and specificity while having a stable tertiary structure by itself, which is complementary to an NDRG3 protein, , RNA or modified nucleic acid). Since the first development of the APPTAMER excavation technology called SELEX (Systematic Evolution of Ligands by EXponential Enrichment) (Ellington, AD and Szostak, JW., Nature 346: 818-822, 1990) Numerous aptamers have been unearthed that can bind to a variety of target molecules. Aptamers are often compared with monoclonal antibodies due to their inherent high affinity (usually pM levels) and their ability to bind to target molecules with specificity, and there is a high likelihood of being an alternative antibody, particularly as a "chemical antibody".
상기 NDRG3 단백질에 상보적으로 결합하는 항체는 NDRG3의 주입을 통해 제조된 것 또는 시판되어 구입한 것이 모두 사용 가능하다. 또한, 상기 항체는 다클론 항체, 단클론 항체 및 에피토프와 결합할 수 있는 단편 등을 포함한다. 상기 다클론 항체는 NDRG3을 동물에 주사하고 해당 동물로부터 채혈하여 항체를 포함하는 혈청을 수득하는 종래의 방법에 의해 생산할 수 있다. 이러한 다클론 항체는 당업계에 알려진 어떠한 방법에 의해서든 정제될 수 있고, 염소, 토끼, 양, 원숭이, 말, 돼지, 소, 개 등의 임의의 동물 종 숙주로부터 만들어질 수 있다. 상기 단클론 항체는 연속 세포주의 배양을 통한 항체 분자의 생성을 제공하는 어떠한 기술을 사용하여도 제조할 수 있다. 이러한 기술로는 이들로 한정되는 것은 아니지만 하이브리도마 기술, 사람 B-세포 하이브리도마 기술 및 EBV-하이브리도마 기술이 포함된다(Kohler G et al., Nature 256:495-497, 1975; Kozbor D et al ., J Immunol Methods 81:31-42, 1985; Cote RJ et al ., Proc Natl Acad Sci 80:2026-2030, 1983; 및 Cole SP et al., Mol Cell Biol 62:109-120, 1984). 또한, 상기 NDRG3에 대한 특정 결합 부위를 함유한 항체 단편이 제조될 수 있다. 예를 들면 이들로 한정되는 것은 아니지만 F(ab')2 단편은 항체 분자를 펩신으로 분해시켜 제조할 수 있으며, Fab 단편은 F(ab')2 단편의 디설파이드 브릿지를 환원시킴으로써 제조할 수 있다. 다른 방도로서, Fab 발현 라이브러리를 작게 하여 원하는 특이성을 갖는 단클론 Fab 단편을 신속하고 간편하게 동정할 수 있다(Huse WD et al ., Science 254: 1275-1281, 1989). Antibodies that bind complementarily to the NDRG3 protein can be prepared either through injection of NDRG3 or commercially available ones. In addition, the antibody includes a polyclonal antibody, a monoclonal antibody, and a fragment capable of binding to an epitope. The polyclonal antibody can be produced by a conventional method of injecting NDRG3 into an animal and collecting blood from the animal to obtain serum containing the antibody. Such polyclonal antibodies can be purified by any method known in the art and can be made from any animal species host such as goats, rabbits, sheep, monkeys, horses, pigs, cows, dogs and the like. The monoclonal antibody may be prepared using any technique that provides for the production of antibody molecules through the culture of a continuous cell line. Such techniques include, but are not limited to, hybridoma technology, human B-cell hybridoma technology, and EBV-hybridoma technology (Kohler G et al ., Nature 256: 495-497, 1975; Kozbor D et al . , J Immunol Methods 81: 31-42, 1985; Cote RJ et al . , Proc Natl Acad Sci 80: 2026-2030, 1983; And Cole SP et al ., Mol Cell Biol 62: 109-120, 1984). In addition, an antibody fragment containing the specific binding site for NDRG3 can be prepared. For example, F (ab ') 2 fragments can be prepared by digesting antibody molecules into pepsin, and Fab fragments can be prepared by reducing disulfide bridges of F (ab') 2 fragments, although not limited thereto. Alternatively, the Fab expression library can be miniaturized to quickly and easily identify monoclonal Fab fragments with the desired specificity (Huse WD et < RTI ID = 0.0 > al . , Science 254: 1275-1281, 1989).
상기 항체는 세척이나 복합체의 분리 등 그 이후의 단계를 용이하게 하기 위해 고형 기질(solid substrate)에 결합될 수 있다. 고형 기질은 예를 들어 합성수지, 니트로셀룰로오스, 유리기판, 금속기판, 유리섬유, 미세구체 및 미세비드 등이 있다. 또한, 상기 합성수지에는 폴리에스터, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, PVDF 및 나일론 등이 있다. The antibody may be bound to a solid substrate to facilitate subsequent steps such as washing or separation of the complex. Solid substrates include, for example, synthetic resins, nitrocellulose, glass substrates, metal substrates, glass fibers, microspheres and micro beads. The synthetic resin includes polyester, polyvinyl chloride, polystyrene, polypropylene, PVDF, and nylon.
상기 NDRG3 단백질의 활성 억제제는 NDRG3과 PKC-β, RACK1 또는 c-Raf 중 어느 하나 이상의 결합 정도를 억제하는 것이 바람직하다.It is preferable that the inhibitor of the activity of the NDRG3 protein inhibits the binding degree of any one or more of NDRG3, PKC-beta, RACK1 or c-Raf.
상기 NDRG3 단백질의 발현 또는 활성 억제제는 NDRG3 단백질의 발현 또는 활성 억제를 통하여 염증성 질환에서 나타나는 염증성 사이토카인(cytokine)의 발현을 저해함으로써 염증성 질환을 예방 또는 치료할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 염증성 사이토카인으로는 IL-1α, IL-1β, IL-6, IL-8, COX-2 및 PAI-1 등이 있으나 이에 제한되지 않는다.The expression or activity inhibitor of the NDRG3 protein may prevent or treat an inflammatory disease by inhibiting the expression of an inflammatory cytokine in an inflammatory disease through the expression or inhibition of the NDRG3 protein. The inflammatory cytokines include, but are not limited to, IL-1α, IL-1β, IL-6, IL-8, COX-2 and PAI-1.
상기 염증성 질환은 천식, 알레르기성 및 비-알레르기성 비염, 만성 및 급성 비염, 만성 및 급성 위염 또는 장염, 궤양성 위염, 급성 및 만성 신장염, 급성 및 만성 간염, 만성 폐쇄성 폐질환, 폐섬유증, 과민성 대장 증후군, 염증성 통증, 편두통, 두통, 허리 통증, 섬유 근육통, 근막 질환, 바이러스 감염, 박테리아 감염, 곰팡이 감염, 화상, 외과적 또는 치과적 수술에 의한 상처, 프로스타글라딘 E 과다 증후군, 아테롬성 동맥 경화증, 통풍, 퇴행성 관절염, 류머티스성 관절염, 강직성 척추염, 호지킨병, 췌장염, 결막염, 홍채염, 복막염, 포도막염, 피부염, 습진 및 다발성 경화증으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
The inflammatory disease is selected from the group consisting of asthma, allergic and non-allergic rhinitis, chronic and acute rhinitis, chronic and acute gastritis or enteritis, ulcerative gastritis, acute and chronic nephritis, acute and chronic hepatitis, chronic obstructive pulmonary disease, Atherosclerosis, fungal infections, bacterial infections, fungal infections, burns, wounds due to surgical or dental surgery, prostaglandin E hyperaemia, atherosclerotic arteries But is not limited to, any one selected from the group consisting of scleroderma, gout, degenerative arthritis, rheumatoid arthritis, ankylosing spondylitis, Hodgkin's disease, pancreatitis, conjunctivitis, iritis, peritonitis, uveitis, dermatitis, eczema and multiple sclerosis.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 본 발명자들은 저산소증과 관련된 HIF-비의존적 인자를 찾기 위하여 HIF의 활성에 관여하는 PHD2 단백질과 결합하는 후보 단백질 중 NDRG3(서열번호 1)을 선별하였고, 저산소증에 있어서 NDRG3 단백질의 분자생화학적 기능을 확인하기 위하여 NDRG3 과발현 형질전환 C57/BL6 마우스 TG-2, TG-8 및 TG-13을 제작하였고(도 1a 내지 도 1c, 및 도 3a 내지 도 3c 참조), 재조합 인간 NDRG3 단백질(아미노산 32-315, 서열번호 2)를 항원으로 레빗(rabbit)에서 항-NDRG3 다클론 항혈청을 획득하고 NDRG3 펩타이드(아미노산 244-255, 서열번호 3)를 이용하여 친화 크로마토그래피를 통해 정제하여 레빗 항-인간 NDRG3 다클론 항체를 제조하였다(도 2 참조).In a specific embodiment of the present invention we selected NDRG3 (SEQ ID NO: 1) as a candidate protein that binds to the PHD2 protein involved in the activity of HIF to search for HIF-independent factors associated with hypoxia, NDRG3-overexpressing transformed C57 / BL6 mice TG-2, TG-8 and TG-13 were prepared (see Figs. 1A to 1C and Figs. 3A to 3C) The anti-NDRG3 protein (amino acid 32-315, SEQ ID NO: 2) was used as an antigen to obtain an anti-NDRG3 polyclonal antiserum from rabbit and purified by affinity chromatography using NDRG3 peptide (amino acid 244-255, SEQ ID NO: 3) To prepare a levitant anti-human NDRG3 polyclonal antibody (see FIG. 2).
또한, 본 발명의 구체적인 실시예에서, 본 발명자들은 산소 상태에 따른 PHD2 및 NDRG3 단백질의 관계를 확인하기 위하여 면역침전법(immunoprecipitation), 웨스턴 블럿팅(western blotting), 시험관내(in-vitro) 풀-다운 분석법(pull-down assay) 및 RT-PCR을 수행한 결과, 4 종류의 PHD 패밀리 군 중 PHD2 단백질과 결합하고, PHD2 및 E3 유비퀴틴(ubiquitin) 연결효소(ligase) 복합체의 표적 단백질인 VHL 억제에 의해 NDRG3 단백질의 축적이 증가하는 것을 확인함으로써, NDRG3 단백질이 PHD2의 고유한 기질이며, NDRG3인 PHD2/VHL-매개 전사후 과정의 기질임을 확인하였다(도4a 내지 도 4c, 및 도 5a 및 도 5b 참조). 또한, 단백질-단백질 도킹 시뮬레이션을 수행한 결과 NDRG3의 PHD2 도킹 부위(docking site)를 확인하고, 상기 PHD2 도킹 부위 중 NDRG3의 47번째 또는 66번째 아미노산 위치가 더욱 중요한 부위임을 확인하였고(도 6a 및 도 6b), 생체 내 유비퀴틴화 분석법(In-vivo ubiquitination assay)를 수행한 결과 정상 산소 상태에서 PHD2가 상기 NDRG3 도킹 부위에 결합함으로써 PHD2/VHL-매개 프로테아좀(proteasome) 경로를 통해 NDRG3이 유비퀴틴화되어 제거됨을 확인하였다(도 7a 및 도 7b 참조).Further, in a specific embodiment of the present invention, the present inventors have found that in order to confirm the relationship between PHD2 and NDRG3 protein according to oxygen status, immunoprecipitation, western blotting, in-vitro pooling, Pull-down assay and RT-PCR showed that the PHD2 protein binds to the PHD2 protein among the four PHD family members, and the VHL suppression, the target protein of the PHD2 and E3 ubiquitin ligase complexes, Confirming that the NDRG3 protein is an intrinsic substrate of PHD2 and a substrate for post-transcriptional PHD2 / VHL mediated NDRG3 (Figs. 4A to 4C and Figs. 5A and 5B) 5b). Further, as a result of protein-protein docking simulation, the PHD2 docking site of NDRG3 was confirmed and it was confirmed that the 47th or 66th amino acid position of NDRG3 among the PHD2 docking sites was a more important site (FIGS. 6A and 6B) 6b). In vivo ubiquitination assay, PHD2 binds to the NDRG3 docking site in the normal oxygen state. Thus, NDRG3 is converted to ubiquitin (NAD) via the PHD2 / VHL-mediated proteasome pathway (See FIGS. 7A and 7B).
또한, 본 발명의 구체적인 실시예에서, 본 발명자들은 NDRG3 단백질의 산소-의존성을 확인하기 위하여, 면역침전법, 웨스턴 블럿팅, 면역형광염색법 및 생체내 유비퀴틴화 분석법을 수행한 결과 유방, 간, 자궁경부, 신장 및 대장 등 여러 암세포에서 저산소 상태가 지속될수록 NDRG3 단백질의 유비퀴틴화는 감소하고 NDRG3 단백질의 발현 및 축적이 증가하고 반대로, 정상 산소 상태로 산소 상태가 회복되면 NDRG3 단백질의 발현이 천천히 제거되며(도 8a 내지 도 8d, 및 도 9a 및 도 9b 참조), 특히, 질량 분석법을 수행한 결과 산소-의존적으로 NDRG3의 294번째 프롤린(proline)이 하이드록실화(hydroxylation) 되고 이 프롤린 아미노산이 알라닌(Alanine)으로 치환된 돌연변이체는 발현이 증가되므로 NDRG3의 294번째 프롤린 하이드록실화가 저산소증 표적 부위임을 확인하였다(도 10a 및 도 10b). 또한, HIF는 저산소 상태 초기 단계에 발현이 증가한 후 점점 감소하지만, 저산소 상태가 지속될수록 NDRG3 단백질의 발현 및 축적이 증가하는 것을 확인함으로써, NDRG3은 HIF-비의존적으로 지속적인 저산소 반응에서 중요한 기능을 함을 확인하였다(도 11a 내지 도 11c 참조).Further, in a specific embodiment of the present invention, the present inventors conducted immuno-precipitation, Western blotting, immunofluorescence staining, and in vivo ubiquitination assay to confirm the oxygen-dependency of the NDRG3 protein. As a result, The expression of NDRG3 protein is decreased and the expression and accumulation of NDRG3 protein are increased as the hypoxic state is continued in various cancer cells such as the neck, kidney and large intestine. On the contrary, when the oxygen state is restored to the normal oxygen state, the expression of NDRG3 protein is slowly removed (See Figs. 8a-8d and Figs. 9a and 9b), particularly when mass spectrometry is carried out to see that the 294th proline of NDRG3 is hydroxylated and the proline amino acid is alanine Alanine) increased expression, indicating that the 294th proline hydroxylation of NDRG3 was a hypoxic target site 10a and 10b). In addition, HIF decreases gradually after the increase in expression at the early stage of hypoxia, but NDRG3 protein plays an important role in HIF-independent, hypoxic response by confirming that the expression and accumulation of NDRG3 protein increases as the hypoxic state persists (See Figs. 11A to 11C).
또한, 본 발명의 구체적인 실시예에서, 본 발명자들은 저산소 반응에 있어서 NDRG3 단백질의 생화학적 기능을 확인하기 위하여 유전자 발현 프로파일링(profiling)을 수행한 결과, HIF와 달리 NDRG3 단백질은 세포증식(proliferation), 신생혈관생성(angiogenensis), 세포성장(cell growth)과 가장 관련성이 높음을 확인하였고(도 12a 및 도 12b), 생체내 혈관생성분석법(in-vivo angiogenesis assay) 및 생체내(in-vivo) 이식한 종양 부피 측정 및 MTT 분석법을 수행한 결과 저산소 반응에서 NDRG3에 의해 신생혈관생성 및 세포증식 및 종양 성장이 촉진됨을 확인하였다(도 13a 및 도 13c, 및 도 14a 내지 도 14g).Further, in a specific embodiment of the present invention, the present inventors performed gene expression profiling to confirm the biochemical function of the NDRG3 protein in the hypoxic reaction. As a result, unlike HIF, the NDRG3 protein exhibited cell proliferation, In vivo angiogenesis assay and in-vivo angiogenesis assay (Fig. 12A and Fig. 12B), which were found to be most related to angiogenesis, cell growth, As a result of transplanting tumor volume measurement and MTT assay, it was confirmed that NDRG3 promotes neovascularization, cell proliferation and tumor growth in a hypoxic reaction (FIGS. 13A and 13C, and FIGS. 14A to 14G).
또한, 본 발명의 구체적인 실시예에서, 본 발명자들은 저산소 상태에서 젖산 생성과 NDRG3 단백질의 발현 증가와의 관련성을 확인하기 위하여, 저산소 상태에서 젖산 생성 측정, 웨스턴 블럿팅, 면역침전법, 시험관내 유비퀴틴 분석법을 수행한 결과, 저산소 반응으로 젖산이 생성되고, 생성된 젖산이 NDRG3의 62번째, 138번째, 139번째 또는 229번째를 포함한 젖산 결합 부위에 결합함으로써 NDRG3 단백질의 유비퀴틴화가 억제되고 HIF-비의존적으로 발현이 증가함을 확인하였고(도 15a 내지 도 15f, 및 도 16a 내지 도 16d 참조), MTT 분석법, 콜로니 형성 분석법(colony forming assay), 생체내 이식한 종양 부피 측정 및 튜브 형성 분석법을 수행한 결과 젖산 생성 억제에도 이소성 변이체 NDRG3(N66D)가 발현된 경우 세포증식 및 혈관생성이 촉진되는 것을 확인함으로써, NDRG3이 지속적인 저산소 상태에서 젖산에 의해 유도된 세포증식 및 혈관생성의 중요한 매개자로 작용함을 확인하였다(도 17a 내지 도 17f, 및 도 18 참조).Further, in a specific embodiment of the present invention, the inventors of the present invention found that in the hypoxic state, lactic acid production measurement, Western blotting, immunoprecipitation, in vitro ubiquitin As a result of the assay, lactic acid was produced by the hypoxic reaction, and the lactic acid produced bound to the lactic acid binding site including NDRG3 at the 62nd, 138th, 139th, or 229th positions inhibited the ubiquitination of NDRG3 protein and HIF- (See FIGS. 15A to 15F and FIGS. 16A to 16D), MTT assay, colony forming assay, in vivo implanted tumor volume measurement and tube formation assay As a result, it was confirmed that NDRG3 (N66D) expression promoted cell proliferation and angiogenesis in the suppression of lactic acid production, Of from hypoxia it was confirmed that the cell acts as an important mediator of proliferation and angiogenesis induced by lactic acid (see Figure 17a to Figure 17f, and 18).
또한, 본 발명의 구체적인 실시예에서, 본 발명자들은 NDRG3에 의해 매개된 저산소 반응의 분자적 조절 기전을 확인하기 위하여 시험관내 키나아제 분석법(in-vitro kinase assay), 풀-다운 분석법, 면역침전법 및 웨스턴 블럿팅을 수행한 결과 저산소 상태에서 NDRG3 발현 억제로 c-Raf 및 ERK1/2의 인산화가 억제되는 것을 확인함으로써 저산소 반응으로 유도된 젖산에 의해 활성화된 c-Raf-ERK1/2 경로에서 NDRG3이 c-Raf-ERK1/2 신호의 중요한 매개자임을 확인하였다(도 19a 내지 도 19g 참조). 또한, 단백질 구조 모델링을 수행한 결과 NDRG3이 RACK1과 결합하여 PKC-β를 유도하고 c-Raf와 함께 NDRG3-RACK1-PKC-β-c-Raf 복합체를 형성하며, 유도된 PKC-β에 의해 c-Raf 단백질이 인산화되어 c-Raf/ERK 신호가 활성화됨을 확인함으로써, 젖산에 의해 조절된 NDRG3이 c-Raf의 활성을 조절하는 스캐폴드 단백질(scaffold protein)임을 확인하였다 (도 20a 내지 도 20f 참조).Further, in a specific embodiment of the present invention, the inventors of the present invention conducted in vitro kinase assays, pull-down assays, immunoprecipitation assays and immunoassays to confirm the molecular regulatory mechanism of NDRG3- Western blotting showed that inhibition of NDRG3 expression by hypoxic inhibition of c-Raf and ERK1 / 2 phosphorylation inhibited NDRG3 in the c-Raf-ERK1 / 2 pathway activated by hypoxia-induced lactic acid lt; RTI ID = 0.0 > c-Raf-ERKl / 2 < / RTI > signal (see Figures 19a-19g). In addition, NDRG3 binds to RACK1 to induce PKC-β, forms NDRG3-RACK1-PKC-β-c-Raf complex with c-Raf, and induces PKC- -Raf protein was phosphorylated and c-Raf / ERK signal was activated, it was confirmed that NDRG3 regulated by lactic acid was a scaffold protein that regulates the activity of c-Raf (see Figs. 20A to 20F ).
아울러, 본 발명의 구체적인 실시예에서, 본 발명자들은 NDRG3에 의한 병리학적 변화를 확인하기 위하여 상기 제작한 NDRG3 과발현 형질전환 마우스를 이용하여 면역조직화학적 분석법(immunohistochemical anaylysis)를 수행하고, NDRG3과 활성화된 ERK1/2 단백질의 발현을 확인하기 위해 웨스턴 블럿팅, 유전자 발현변화를 확인하기 위하여 RT-PCR을 수행한 결과, NDRG3 과발현 형질전환 마우스의 폐, 장, 간 등 다양한 장기에서 종양이 발견되고 장간막 림프절 및 비장 등 2차 림프기관에서 림프종 발현 B-세포 및 T-세포가 발견되는 것을 확인하였으며, 세포증식 마커 및 신생혈관생성 마커의 발현이 증가하는 것을 확인하였다(도 21a 내지 도 21e 참조). 또한, 간암환자로부터 분리한 간암 조직 샘플에서도 NDRG3 단백질의 발현 및 ERK1/2 단백질의 활성이 촉진되는 것을 확인함으로써(도 22 참조), NDRG3의 비정상적인 발현이 c-Raf/ERK 경로를 활성화함으로써 종양 형성 및 신생혈관형성을 촉진함을 확인하였다.Further, in a specific embodiment of the present invention, the present inventors performed immunohistochemical anaylsis using the above-prepared NDRG3 transgenic mouse to confirm pathological changes caused by NDRG3, and found that NDRG3 and activated Western blotting and RT-PCR were performed to confirm expression of ERK1 / 2 protein. As a result, tumors were found in various organs such as lung, intestine and liver of NDRG3 transgenic mouse, and mesenteric lymph node And lymphocyte-expressing B-cells and T-cells were found in the secondary lymphoid organs such as the spleen, and the expression of the cell proliferation marker and the neovascularization marker was increased (see FIGS. 21A to 21E). Also, by confirming that the expression of NDRG3 protein and the activity of ERK1 / 2 protein are promoted in liver cancer tissue samples isolated from liver cancer patients (see FIG. 22), abnormal expression of NDRG3 activates c-Raf / ERK pathway, And promotes angiogenesis.
따라서, 본 발명의 NDRG3은 정상 산소 상태에서는 NDRG3의 PHD2 도킹 부위에 PHD2가 결합하여 PHD/VHL 매개 경로에 의해 유비퀴틴화 되어 하향조절되고, 저산소 상태 초기단계에서는 PHD2의 비활성으로 HIF-1α 단백질의 축적이 유도되어 저산소증에 따른 세포의 대사 적응(metabolic adaptation)과 관련된 유전자(LDHA, PDK1 등)가 상향조절되어 해당과정이 활성화된다. 그 후, 저산소 상태의 PHD2 비활성에 의한 NDRG3의 저산소증 표적 부위인 294번째 프롤린 하이드록실화 억제 현상과 함께, 증가된 해당과정에 의해 생성/축적된 젖산에 의해 NDRG3 단백질의 발현이 증가한다. 상기 증가된 NDRG3이 지속적인 저산소 반응에서 스캐폴드 단백질로 작용하여 c-Raf 및 RACK1과 결합하고, 결합된 RACK1이 PKC-β 단백질을 동원하여 복합체를 형성한 후, 상기 PKC에 의해 c-Raf가 인산화되어 c-Raf-ERK1/2 경로가 활성화되어 세포 증식, 신생혈관생성 및 염증반응을 매개하는 사이토카인의 발현이 촉진되므로(도 23 참조), 상기 NDRG3의 발현 또는 활성을 억제하는 억제제를 염증성 질환 예방 및 치료용 약학적 조성물로 유용하게 사용할 수 있다.
Therefore, the NDRG3 of the present invention has the property that PHD2 binds to the PHD2 docking site of NDRG3 in the normal oxygen state and is down-regulated by ubiquitination by the PHD / VHL mediated pathway. In the early stage of hypoxia, accumulation of HIF- (LDHA, PDK1, etc.) associated with metabolic adaptation of cells due to hypoxia are upregulated and activated. Thereafter, expression of the NDRG3 protein is increased by lactic acid produced / accumulated by the increased process, along with the 294th proline hydroxylation inhibition phenomenon of the hypoxic target site of NDRG3 by hypoxic PHD2 inactivation. The increased NDRG3 acts as a scaffold protein in a continuous hypoxic response to bind c-Raf and RACK1, binds RACK1 to the PKC-beta protein to form a complex, which is then phosphorylated by PKC (See FIG. 23), the inhibitor that inhibits the expression or activity of the NDRG3 is called an inflammatory disease (see, e.g., Fig. 23). Therefore, the c-Raf-ERK1 / 2 pathway is activated and promotes cell proliferation, neovascularization, And can be usefully used as a pharmaceutical composition for prevention and treatment.
본 발명의 조성물은 투여를 위해서 상기 기재한 유효성분 이외에 추가로 약제학적으로 허용 가능한 담체를 1종 이상 포함하여 약제학적 조성물로 바람직하게 제제화할 수 있다. The composition of the present invention may be formulated into pharmaceutical compositions containing at least one pharmaceutically acceptable carrier in addition to the above-described active ingredients for administration.
액상 용액으로 제제화되는 조성물에 있어서 허용 가능한 약제학적 담체로는, 멸균 및 생체에 적합한 것으로서, 식염수, 멸균수, 링거액, 완충 식염수, 알부민 주사용액, 덱스트로즈 용액, 말토 덱스트린 용액, 글리세롤, 에탄올 및 이들 성분 중 1 성분 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 필요에 따라 항산화제, 완충액, 정균제 등 다른 통상의 첨가제를 첨가할 수 있다.Acceptable pharmaceutical carriers for compositions that are formulated into a liquid solution include sterile water and sterile water suitable for the living body such as saline, sterile water, Ringer's solution, buffered saline, albumin injection solution, dextrose solution, maltodextrin solution, glycerol, One or more of these components may be mixed and used. If necessary, other conventional additives such as an antioxidant, a buffer, and a bacteriostatic agent may be added.
또한, 상기 본 발명의 조성물은 상기 유효 성분 이외에 약제학적으로 적합하고 생리학적으로 허용되는 보조제를 사용하여 제조될 수 있으며, 상기 보조제로는 부형제, 붕해제, 감미제, 결합제, 피복제, 팽창제, 윤활제, 활택제 또는 향미제 등의 가용화제를 사용할 수 있다.In addition, the composition of the present invention may be prepared by using pharmaceutically acceptable and physiologically acceptable adjuvants in addition to the above-mentioned active ingredients. Examples of the adjuvants include excipients, disintegrants, sweeteners, binders, coating agents, swelling agents, lubricants , A lubricant or a flavoring agent may be used.
또한, 본 발명의 조성물은 희석제, 분산제, 계면활성제, 결합제 및 윤활제를 부가적으로 첨가하여 수용액, 현탁액, 유탁액 등과 같은 주사용 제형, 환약, 캡슐, 과립 또는 정제로 제제화할 수 있다. 더 나아가 해당분야의 적절한 방법으로 Remington's Pharmaceutical Science, Mack Publishing Company, Easton PA에 개시되어 있는 방법을 이용하여 질환에 따라 또는 성분에 따라 바람직하게 제제화할 수 있다.In addition, the composition of the present invention may be formulated into injectable formulations, pills, capsules, granules or tablets such as aqueous solutions, suspensions, emulsions and the like by additionally adding a diluent, a dispersant, a surfactant, a binder and a lubricant. Further, it can be suitably formulated according to the diseases or components using the method disclosed in Remington ' s Pharmaceutical Science, Mack Publishing Company, Easton PA as an appropriate method in the field.
또한, 본 발명의 조성물은 정맥내, 동맥내, 복강내, 근육내, 동맥내, 복강내, 흉골내, 경피, 비측내, 흡입, 국소, 직장, 경구, 안구내 또는 피내 경로를 통해 통상적인 방식으로 투여할 수 있다. 상기 조성물의 투여량은 암을 예방 또는 치료하는 효과를 이루는데 요구되는 양을 의미한다. 따라서, 암의 종류, 암의 중증도, 조성물에 함유된 유효 성분 및 다른 성분의 종류 및 함량, 제형의 종류 및 환자의 연령, 체중, 일반 건강 상태, 성별 및 식이, 투여 시간, 투여 경로 및 조성물의 분비율, 치료 기간, 동시 사용되는 약물을 비롯한 다양한 인자에 따라 조절될 수 있다. 통상 성인(체중 60kg 기준)의 경우 비경구로 1일 1회 20~52 mg으로 투여하는 것이 바람직하며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 경험에 의하여 적절히 결정될 수도 있다.
The compositions of the present invention may also be formulated for administration via the intravenous, intraarterial, intraperitoneal, intramuscular, intraarterial, intraperitoneal, intrasternal, percutaneous, intranasal, inhalation, topical, rectal, ≪ / RTI > The dose of the composition means an amount required for achieving the effect of preventing or treating cancer. Thus, the type of cancer, the severity of cancer, the type and amount of active and other ingredients contained in the composition, the type of formulation, and the age, weight, general health status, sex and diet, time of administration, Rate of administration, duration of treatment, concurrent medication, and the like. In the case of an adult (based on a body weight of 60 kg), it is preferable to administer parenterally 20 to 52 mg once a day, and may be suitably determined according to the experience of those skilled in the art.
또한, 본 발명은In addition,
1) 피검개체로부터 분리된 시료로부터 NDRG3 단백질의 발현 또는 활성을 측정하는 단계; 및 1) measuring the expression or activity of NDRG3 protein from a sample isolated from the subject; And
2) 상기 단계 1)의 NDRG3 단백질의 발현 또는 활성이 정상 대조군에 비해 증가한 경우, 염증성 질환을 갖는 것으로 진단하거나 염증성 질환의 가능성을 가질 것으로 예측하는 것을 특징으로 하는 단계를 포함하는, 염증성 질환 진단의 정보를 제공하기 위한 NDRG3 단백질의 검출 방법을 제공한다.2) diagnosing an inflammatory disease or predicting the possibility of an inflammatory disease when the expression or activity of the NDRG3 protein of the step 1) is increased as compared with a normal control, Lt; RTI ID = 0.0 > NDRG3 < / RTI > protein to provide information.
상기 단계 1)의 시료는 세포, 조직, 혈액, 혈청, 타액 및 소변으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.The sample of step 1) is preferably selected from the group consisting of cells, tissues, blood, serum, saliva, and urine, but is not limited thereto.
상기 단계 1)의 NDRG3 단백질의 발현 또는 활성 정도는 효소면역분석법(ELISA), 면역조직화학염색, 웨스턴 블럿팅 및 단백질 칩(chip)으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나로 측정하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.The expression or activity level of the NDRG3 protein in the step 1) may be measured by any one selected from the group consisting of enzyme immunoassay (ELISA), immunohistochemical staining, Western blotting and protein chip, but is not limited thereto .
상기 염증성 질환은 천식, 알레르기성 및 비-알레르기성 비염, 만성 및 급성 비염, 만성 및 급성 위염 또는 장염, 궤양성 위염, 급성 및 만성 신장염, 급성 및 만성 간염, 만성 폐쇄성 폐질환, 폐섬유증, 과민성 대장 증후군, 염증성 통증, 편두통, 두통, 허리 통증, 섬유 근육통, 근막 질환, 바이러스 감염, 박테리아 감염, 곰팡이 감염, 화상, 외과적 또는 치과적 수술에 의한 상처, 프로스타글라딘 E 과다 증후군, 아테롬성 동맥 경화증, 통풍, 퇴행성 관절염, 류머티스성 관절염, 강직성 척추염, 호지킨병, 췌장염, 결막염, 홍채염, 복막염, 포도막염, 피부염, 습진 및 다발성 경화증으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.The inflammatory disease is selected from the group consisting of asthma, allergic and non-allergic rhinitis, chronic and acute rhinitis, chronic and acute gastritis or enteritis, ulcerative gastritis, acute and chronic nephritis, acute and chronic hepatitis, chronic obstructive pulmonary disease, Atherosclerosis, fungal infections, bacterial infections, fungal infections, burns, wounds due to surgical or dental surgery, prostaglandin E hyperaemia, atherosclerotic arteries But is not limited to, any one selected from the group consisting of scleroderma, gout, degenerative arthritis, rheumatoid arthritis, ankylosing spondylitis, Hodgkin's disease, pancreatitis, conjunctivitis, iritis, peritonitis, uveitis, dermatitis, eczema and multiple sclerosis.
본 발명은 저산소증(hypoxia) 반응으로 생성된 젖산(lactate)에 의해 매개된 NDRG3이 젖산-NDRG3-c-Raf-ERK 신호 경로를 통해 세포증식(proliferation), 혈관신생(angiogenesis) 및 염증반응을 매개하는 사이토카인의 발현을 촉진하므로, 염증성 질환 진단의 정보를 제공하기 위한 단백질의 검출 방법으로 유용하게 사용할 수 있다.
The present invention is based on the finding that NDRG3 mediated by lactate produced by a hypoxia reaction mediates proliferation, angiogenesis and inflammatory responses via the lactate-NDR3-c-Raf-ERK signaling pathway And thus can be usefully used as a method for detecting proteins for providing information on the diagnosis of inflammatory diseases.
또한, 본 발명은In addition,
1) NDRG3 단백질 발현 세포주에 피검물질을 처리하는 단계;1) treating the test substance with NDRG3 protein expressing cell line;
2) 상기 단계 1)의 세포주에서 NDRG3 단백질의 발현 또는 활성을 확인하는 단계; 및2) confirming expression or activity of NDRG3 protein in the cell line of step 1); And
3) 상기 단계 2)의 NDRG3 단백질의 발현 또는 활성이 무처리 대조군에 비해 감소하는 피검물질을 선별하는 단계를 포함하는 염증성 질환 예방 및 치료용 약학적 조성물의 스크리닝 방법을 제공한다.
3) screening a test substance in which the expression or activity of the NDRG3 protein of the step 2) is decreased as compared to the untreated control group, and screening the pharmaceutical composition for the prevention and treatment of inflammatory diseases.
또한, 본 발명은In addition,
1) NDRG3과 PKC-β, RACK1 또는 c-Raf 중 어느 하나 이상을 발현하는 세포주에 저산소 상태에서 피검물질을 처리하는 단계;1) treating the test substance in a hypoxic state on a cell line expressing any one or more of NDRG3 and PKC-beta, RACK1 or c-Raf;
2) 상기 단계 1)의 세포주에서 NDRG3과 PKC-β, RACK1 또는 c-Raf 중 어느 하나 이상의 결합 정도를 확인하는 단계; 및2) confirming the degree of binding of any one or more of NDRG3 with PKC-beta, RACK1 or c-Raf in the cell line of step 1); And
3) 상기 단계 2)의 결합 정도가 무처리 대조군에 비해 감소하는 피검물질을 선별하는 단계를 포함하는 염증성 질환 예방 및 치료용 약학적 조성물의 스크리닝 방법을 제공한다.
3) selecting a test substance in which the degree of binding of the step 2) is lower than that of the untreated control group, and screening the pharmaceutical composition for the prevention and treatment of an inflammatory disease.
또한, 본 발명은In addition,
1) 시험관 내에서(in vitro) NDRG3, PKC-β, RACK1 및 c-Raf 단백질에 피검물질을 처리하는 단계;1) treating the test substance with NDRG3, PKC-beta, RACK1 and c-Raf proteins in vitro;
2) 상기 단계 1)의 NDRG3, PKC-β, RACK1 및 c-Raf 단백질 중 하나 이상의 결합 정도를 확인하는 단계; 및2) confirming the degree of binding of at least one of NDRG3, PKC-beta, RACK1 and c-Raf proteins of step 1); And
3) 상기 단계 2)의 결합 정도가 무처리 대조군에 비해 감소하는 피검물질을 선별하는 단계를 포함하는 염증성 질환 예방 및 치료용 약학적 조성물의 스크리닝 방법을 제공한다.3) selecting a test substance in which the degree of binding of the step 2) is lower than that of the untreated control group, and screening the pharmaceutical composition for the prevention and treatment of an inflammatory disease.
상기 염증성 질환은 천식, 알레르기성 및 비-알레르기성 비염, 만성 및 급성 비염, 만성 및 급성 위염 또는 장염, 궤양성 위염, 급성 및 만성 신장염, 급성 및 만성 간염, 만성 폐쇄성 폐질환, 폐섬유증, 과민성 대장 증후군, 염증성 통증, 편두통, 두통, 허리 통증, 섬유 근육통, 근막 질환, 바이러스 감염, 박테리아 감염, 곰팡이 감염, 화상, 외과적 또는 치과적 수술에 의한 상처, 프로스타글라딘 E 과다 증후군, 아테롬성 동맥 경화증, 통풍, 퇴행성 관절염, 류머티스성 관절염, 강직성 척추염, 호지킨병, 췌장염, 결막염, 홍채염, 복막염, 포도막염, 피부염, 습진 및 다발성 경화증으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.The inflammatory disease is selected from the group consisting of asthma, allergic and non-allergic rhinitis, chronic and acute rhinitis, chronic and acute gastritis or enteritis, ulcerative gastritis, acute and chronic nephritis, acute and chronic hepatitis, chronic obstructive pulmonary disease, Atherosclerosis, fungal infections, bacterial infections, fungal infections, burns, wounds due to surgical or dental surgery, prostaglandin E hyperaemia, atherosclerotic arteries But is not limited to, any one selected from the group consisting of scleroderma, gout, degenerative arthritis, rheumatoid arthritis, ankylosing spondylitis, Hodgkin's disease, pancreatitis, conjunctivitis, iritis, peritonitis, uveitis, dermatitis, eczema and multiple sclerosis.
본 발명은 저산소증(hypoxia) 반응으로 생성된 젖산(lactate)에 의해 매개된 NDRG3이 젖산-NDRG3-c-Raf-ERK 신호 경로를 통해 세포증식, 혈관신생 및 염증반응을 매개하는 사이토카인의 발현을 촉진하므로, 염증성 질환 예방 및 치료용 약학적 조성물의 스크리닝 방법으로 유용하게 사용할 수 있다.
The present invention relates to the expression of cytokines that mediate cell proliferation, angiogenesis and inflammatory responses via lactate-NDRG3-c-Raf-ERK signaling pathway mediated by lactate-mediated lactate produced by hypoxia And thus can be usefully used as a screening method for pharmaceutical compositions for the prevention and treatment of inflammatory diseases.
이하, 본 발명을 실시예 및 제조예에 의하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Production Examples.
단, 하기 실시예 및 제조예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 제조예에 한정되는 것은 아니다.
However, the following examples and preparative examples are merely illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples and preparative examples.
<< 실시예Example 1> 1> NDRG3NDRG3 과발현 형질전환 마우스의 제작 Production of Over-expressing Transgenic Mice
NDRG3의 발현이 생화학적 특징에 미치는 영향을 확인하기 위하여 NDRG3 과발현 형질전환 마우스를 제작하였다.In order to examine the effect of NDRG3 expression on biochemical characteristics, NDRG3 transgenic mice were constructed.
구체적으로, 도 1a의 모식도와 같이 인간 NDRG3 cDNA 서열(서열번호 1)을 CAG-프로모터(거대세포바이러스 인핸서(cytomegalovirus enhancer) 및 치킨(chicken) β-액틴 프로모터) 및 레빗 β-글로빈(globin) 폴리아데닐화(polyadenylation) 서열을 포함하는 pCAGGS 플라스미드에 클로닝하여 선형화한 후, 상기 선형화된 컨스트럭트(construct)를 3마리의 C57/BL6 마우스 수정란의 전핵(pronuclei)으로 주입하였다. 유전자의 삽입 여부를 확인하기 위하여 상기 3마리의 C57/BL6 마우스 각각의 꼬리를 잘라 마우스 꼬리 용해 버퍼(mouse tail lysis buffer, 60 mM Tris pH 8.0/100 mM EDTA/ 0.5% SDS, 500 ug/ml Proteinase K)를 이용해 게놈 DNA(genomic DNA)를 추출한 후, 하기 [표 1]의 프라이머를 이용하여 PCR을 통해 유전자형을 확인하였다(도 1b). 상기 3마리의 C57/BL6 마우스 각각에서 이식된 NDRG3을 발현하는 것을 확인한 후, 정상 마우스와 교배하여 F1 세대의 마우스 각각을 획득하고 상기와 동일한 방법으로 유전자형을 확인하여 NDRG3을 과발현하는 형질전환 마우스의 계통 TG-2, TG-8 및 TG-13을 확립하였다.Specifically, as shown in the schematic diagram of FIG. 1A, the human NDRG3 cDNA sequence (SEQ ID NO: 1) is inserted into a CAG-promoter (cytomegalovirus enhancer and chicken beta -actin promoter) and levitic- After linearization by cloning into a pCAGGS plasmid containing a polyadenylation sequence, the linearized construct was injected into the pronuclei of three C57 / BL6 mouse embryos. The tail of each of the three C57 / BL6 mice was cut into a mouse tail lysis buffer (60 mM Tris pH 8.0 / 100 mM EDTA / 0.5% SDS, 500 ug / ml Proteinase K), and then genotypes were confirmed by PCR using the primers shown in Table 1 (Fig. 1B). After confirming expression of the transgenic NDRG3 from each of the three C57 / BL6 mice, each mouse of the F1 generation was obtained by crossing with the normal mouse, and genotyping was confirmed in the same manner as above to obtain a transgenic mouse expressing NDRG3 Lines TG-2, TG-8 and TG-13 were established.
Human NDRG3
또한, 상기 NDRG3 과발현 형질전환 마우스 TG-2, TG-8 및 TG-13에서 NDRG3의 과발현을 다시 한번 확인하기 위하여 상기와 같이 [표 1]의 프라이머를 이용하여 PCR을 수행하였다(도 1c).
In order to confirm the overexpression of NDRG3 in the NDRG3 overexpressing transgenic mice TG-2, TG-8 and TG-13, PCR was carried out using the primers of Table 1 as described above (FIG.
<< 실시예Example 2> 인간 2> human NDRG3NDRG3 항체의 제조 Preparation of antibodies
인간 NDRG3 단백질에 대한 항체를 제조하기 위하여, 재조합 인간 NDRG3 단백질의 아미노산 32-315 서열(서열번호 2)을 pET-28a 벡터로 클로닝 하고 대장균 균주 BL21로 형질전환하고, 상기 형질전환된 대장균 균주 BL21를 37℃에서 100 mg/㎖ 엠피실린(ampicillin)이 포함된 LB 배지로 OD값이 OD595=0.5가 될 때까지 배양한 후 1 mM 농도의 IPTG(isopropyl-β-D-thiogalactoside)를 첨가하여 16℃에서 12시간동안 유도(induction)하였다. 그 다음, 상기 균주를 4℃에서 15분 동안 4,000 rpm으로 원심분리하고 버퍼[50 mM HEPES (pH 7.5) 및 150 mM NaCl]로 재현탁한 후, 2분 동안 3초 펄스(pulse)로 얼음통 안에서 초음파 분쇄(sonication)하고, 다시 4℃에서 15분 동안 12,000 rpm으로 원심분리하였다. 그 다음, 재조합 단백질은 Ni-NTA 아가로오스 레진(Resin)을 이용하여 Ni-NTA 아가로오스 친화 크로마토그래피를 통해 제조사의 절차에 따라 정제하였다. 그 다음, 상기 정제한 인간 NDRG3 재조합 단백질(아미노산 32-315)을 레빗(rabbit, New Zealand White)에 면역화하였다. 다클론 항혈청(polyclonal antisera)의 생산은 AbFrontier(서울, 대한민국)에 의뢰하여 제작하였다. 항혈청은 NDRG3 펩타이드(QNDNKSKTLKCS; 아미노산 244∼255, 서열번호 3)를 이용하여 친화 크로마토그래피로 정제하여 항-NDRG3 항체를 획득하였다. 상기 항-NDRG3 항체의 특이성을 확인하기 위하여, 웨스턴 블럿팅을 수행하였다.In order to prepare an antibody against the human NDRG3 protein, the amino acid 32-315 sequence (SEQ ID NO: 2) of the recombinant human NDRG3 protein was cloned into the pET-28a vector and transformed into E. coli strain BL21, and the transformed E. coli strain BL21 The cells were cultured at 37 ° C. until the OD value reached OD 595 = 0.5 with LB medium containing 100 mg / ml ampicillin. IPTG (isopropyl-β-D-thiogalactoside) Lt; 0 > C for 12 hours. The strain was then centrifuged at 4,000 rpm for 15 minutes at 4 ° C and resuspended in buffer [50 mM HEPES (pH 7.5) and 150 mM NaCl], then pulsed for 3 minutes in a 3 second pulse Sonication, and centrifuged again at 12,000 rpm for 15 minutes at 4 ° C. Then, the recombinant protein was purified according to the manufacturer's procedure through Ni-NTA agarose affinity chromatography using Ni-NTA agarose resin (Resin). The purified human NDRG3 recombinant protein (amino acid 32-315) was then immunized with rabbit (New Zealand White). Production of polyclonal antisera was commissioned by AbFrontier (Seoul, Korea). Antiserum was purified by affinity chromatography using NDRG3 peptide (QNDNKSKTLKCS; amino acid 244-255, SEQ ID NO: 3) to obtain anti-NDRG3 antibody. In order to confirm the specificity of the anti-NDRG3 antibody, Western blotting was performed.
구체적으로, Myc-태그된 NDRG1 발현 벡터, Myc-태그된 NDRG2 발현벡터, Myc-태그된 NDRG4 발현벡터 및, Myc-태그된 NDRG3 발현 벡터를 클로닝하였다. 또한, NDRG3 변이체를 제작하기 위하여 상기 Myc-태그된 NDRG3 발현 벡터를 주형으로 하여 하기 [표 2]의 프라이머로 KOD-Plus-Mutagenesis 키트(Toyobo)를 이용해 제조사의 절차에 따라 부위-지정 돌연변이를 수행하여 NDRG3의 66번째 아스파라긴(Asn, N)을 아스파르트산으로 치환한 Myc-태그된 NDRG3(N66D) 변이체를 획득하였다. 그 다음, 상기 NDRG1-Myc, NDRG2-Myc, NDRG4-Myc 및 NDRG3(N66D)-Myc 각각을 10% FBS(Gibco BRL) 및 100 U/ml 패니실린(penicillin, Gibco BRL)이 포함된 DMEM 배지로 배양한 HEK293T 세포(ATCC)에 리포펙타민(Lipofectamine) (Invitrogen)을 이용하여 제조사의 절차에 따라 형질전환(transfection)하였다. 그 다음, 상기 형질전환된 세포를 37℃ CO2 배양기(Sanyo)에서 24시간 동안 배양하고 회수하였다. 그 다음, 상기 회수한 세포를 용해 버퍼[1% Triton X-100, 150 mM NaCl, 100 mM KCl, 20 mM HEPES(pH 7.9), 10 mM EDTA, 프로테아제 억제제(protease inhibitor) 칵테일(Roche)]를 이용하여 용해하고, 상기 세포의 단백질 용해물(30 ㎍)을 9% SDS-PAGE로 전기영동한 후, 니트로셀룰로오스 막(nitrocellulose membranes)(PALL Life Sciences)으로 전달시켰다. 그 다음, 일차 항체로 상기 획득한 항-NDRG3 항체를 처리하여 반응시킨 후, 상기 막에 붙은 일차 항체에 HRP-접합 이차 항체를 붙이고, 이를 ECL(Pierce chemical co, USA)을 이용하여 확인하였다(도 2).Specifically, Myc-tagged NDRG1 expression vectors, Myc-tagged NDRG2 expression vectors, Myc-tagged NDRG4 expression vectors, and Myc-tagged NDRG3 expression vectors were cloned. In order to prepare the NDRG3 mutant, site-directed mutagenesis was performed according to the manufacturer's procedure using the Myc-tagged NDRG3 expression vector as a template using the KOD-Plus-Mutagenesis kit (Toyobo) as the primer shown in Table 2 below To obtain a Myc-tagged NDRG3 (N66D) variant in which the 66th asparagine (Asn, N) of NDRG3 was replaced with an aspartic acid. Each of the NDRG1-Myc, NDRG2-Myc, NDRG4-Myc, and NDRG3 (N66D) -Myc was added to DMEM medium containing 10% FBS (Gibco BRL) and 100 U / ml penicillin (Gibco BRL) The transformed HEK293T cells (ATCC) were transfected using Lipofectamine (Invitrogen) according to the manufacturer's procedure. The transformed cells were then cultured and recovered in a 37 ° C CO 2 incubator (Sanyo) for 24 hours. Then, the recovered cells were dissolved in a lysis buffer (1% Triton X-100, 150 mM NaCl, 100 mM KCl, 20 mM HEPES (pH 7.9), 10 mM EDTA, protease inhibitor cocktail And the protein lysate (30 μg) of the cells was electrophoresed on 9% SDS-PAGE, and then transferred to nitrocellulose membranes (PALL Life Sciences). Next, the obtained anti-NDRG3 antibody was reacted with the primary antibody and reacted, and HRP-conjugated secondary antibody was attached to the primary antibody attached to the membrane, which was confirmed by ECL (Pierce chemical co., USA) 2).
NDRG3 (N66D)
그 결과, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제조된 항-NDRG3 항체는 NDRG1, NDRG2 및 NDRG4를 제외한 NDRG3(N66D) 변이체에만 결합하는 것을 확인함으로써, 상기 항-NDDRG3 항체는 NDRG3 항체 및 변이체를 항원으로 결합하는 항체이며, 따라서, 본 발명의 NDRG3의 분자생물학적 기능을 확인하기 위해 사용하였다(도 2).
As a result, as shown in Fig. 2, the anti-NDRG3 antibody produced was found to bind only to the NDRG3 (N66D) mutant except for NDRG1, NDRG2 and NDRG4, so that the anti-NDRG3 antibody binds to the NDRG3 antibody and the mutant Lt; RTI ID = 0.0 > NDRG3 < / RTI > of the present invention (Figure 2).
<< 실시예Example 3> 3> PHD2PHD2 의 결합 단백질로서 As a binding protein NDRG3NDRG3 확인 Confirm
정상산소에서 PHD2(Prolyl-hydroxylase domain 2)는 저산소에 의해 유도되는 유전자의 발현에 중요한 전사인자인 HIF-1α(Hypoxia-inducible Factor-1α)의 활성을 조절한다고 보고되고 있다(Wenger, R. H. et al., Curr. Pharm. Des., 2009(15), 3886-3894). 따라서, 저산소 반응(hypoxia responses)에 있어서 PHD2에 의해 HIF-비의존적으로 조절되는 인자를 찾기 위하여, 면역침전법(immunoprecipitation), 면역염색(immunostaining) 및 마이크로-LC-MS/MS 분석법을 수행하였다.In normal oxygen, PHI2 (Prolyl-hydroxylase domain 2) has been reported to regulate the activity of HIF-1α (Hypoxia-inducible Factor-1α), an important transcription factor for the expression of genes induced by hypoxia (Wenger, RH et al , Curr Pharm Des., 2009 (15), 3886-3894). Therefore, immunoprecipitation, immunostaining and micro-LC-MS / MS analysis were performed to find HIF-independent factors regulated by PHD2 in hypoxia responses.
구체적으로, PHD2 결합 단백질을 확인하기 위하여 도 3a의 모식도와 같이 Flag-태그된 PHD2를 암호화하는 컨스트럭트(construct)를 제작한 후, 10% FBS(Gibco BRL) 및 100 U/ml 패니실린(penicillin, Gibco BRL)이 포함된 DMEM 배지로 배양한 MCF-7 세포(ATCC)에 상기 컨스트럭트 및 대조군(mock)을 리포펙타민(Lipofectamine) (Invitrogen)을 이용하여 제조사의 절차에 따라 형질전환(transfection)하였다. 그 다음, 상기 형질전환된 세포에 프로테아좀(proteasome) 억제제인 MG132 10 μM를 처리하고 92-94% N2, 5% CO2 및 1% O2로 구성된 혼합 기체가 포함된 O2/CO2 배양기(Sanyo)를 이용하여 24시간 동안 저산소(hypoxia) 상태를 유지하고, 용해 버퍼[1% Triton X-100, 150 mM NaCl, 100 mM KCl, 20 mM HEPES(pH 7.9), 10 mM EDTA, 프로테아제 억제제(protease inhibitor) 칵테일(Roche)]를 이용하여 용해하였다. 상기 세포의 단백질 용해물(1 mg)을 항-FLAG M2 친화 겔(Sigma)을 이용하여 4℃에서 하루 동안 반응하고 원심분리하여 면역침전한 후, 9% SDS-PAGE로 전기영동하고 코마시 브릴리언트 블루(Coomassie Brilliant Blue, CBB)로 염색하였다. 그 다음, 상기 PHD2-Flag 샘플에서 다른 면역침전 패턴을 나타내는 단백질 밴드를 SDS-PAGE 겔로부터 분리하고 마이크로-LC-MS/MS 분석을 위하여 트립신(trypsin)으로 겔을 소화하였다. 상기 소화된 단백질은 8 cm의 5-mm 입자 사이즈 Aqua C18 역상 컬럼을 포함한 융합된 실리카 모세관 컬럼(100 mm 내부지름, 360 mm 외부 지름)에 주입하였다. 상기 컬럼은 Agilent HP 1100 4차 LC 펌프에 옮기고 분리 시스템으로 250 nℓ/분의 유속을 사용하여 펩티드를 분리하였다. 또한, 버퍼 A(5% 아세토니트릴(acetonitrile) 및 0.1% 포름산(formic acid)) 및 버퍼 B(80% 아세토니트릴 및 0.1% 포름산)를 120 분 구배(gradients)를 위해 사용하였다. 용출된 펩티드는 LTQ 선형 이온 트랩 질량분석기(Thermo Finnigan)로 2.3 kV DC 전위로 전기분무 방법으로 분리되었다. 하나의 전체 MS 스캔(400-1,400 m/z)으로 구성된 데이터 의존적 스캔 및 5개의 데이터 의존적 MS/MS 스캔은 용출된 펩티드의 MS/MS 스펙트럼을 발생시키기 위해 사용되었다. 그 다음, MS/MS 스펙트럼은 Bioworks version 3.1을 이용하여 NCBI 인간 단백질 서열 데이터베이스로부터 분석되었다. DTASelect는 검색 결과를 필터링하기 위해 사용하였고, Xcorr 값은 펩티드의 다른 전하 상태에 적용되었다: 1.8은 단일전하 펩티드(singly charged peptides)로 적용되었고, 2.5는 이중전하 펩티드로 적용되었고, 3.5는 삼중전하 펩티드로 적용되었다(도 3b).Specifically, in order to identify the PHD2 binding protein, a construct encoding the Flag-tagged PHD2 was prepared as shown in the schematic diagram of FIG. 3A, and then a 10% FBS (Gibco BRL) and a 100 U / ml panicillin The construct and mock were transfected into MCF-7 cells (ATCC) cultured with DMEM medium containing penicillin and Gibco BRL according to the manufacturer's procedure using Lipofectamine (Invitrogen) lt; / RTI > Then, the in the transformed cell proteasome (proteasome) inhibitor, it processes the 10 μM MG132 contains a mixture consisting of 92-94% N 2, 5% CO 2 and 1% O 2 O 2 / CO using 2 incubator (Sanyo) to maintain a low oxygen (hypoxia) for 24 hours, dissolved in buffer [1% Triton X-100, 150 mM NaCl, 100 mM KCl, 20 mM HEPES (pH 7.9), 10 mM EDTA, Protease inhibitor cocktail (Roche)]. The protein lysate (1 mg) of the cells was reacted with the anti-FLAG M2 affinity gel (Sigma) at 4 ° C for one day, centrifuged to immunoprecipitate, electrophoresed on 9% SDS-PAGE, And stained with blue (Coomassie Brilliant Blue, CBB). Protein bands exhibiting different immunoprecipitation patterns in the PHD2-Flag sample were then separated from the SDS-PAGE gel and digested with trypsin for micro-LC-MS / MS analysis. The digested protein was injected into a fused silica capillary column (100 mm inner diameter, 360 mm outer diameter) containing a 5-mm particle size Aqua C18 reversed phase column of 8 cm. The column was transferred to an
그 결과, 도 3b에 나타낸 바와 같이, PHD2-Flag 샘플로부터 적출된 단백질 중 질량분석으로 10 종류의 PHD2 결합 단백질을 확인하였고, 그 중 분화 및 발생, 저산소증뿐만 아니라 세포 증식(proliferation), 이동(migration) 및 침입(invasion)과 연관이 있는 유전자 패밀리에 속하는 NDRG3을 선택하였다(도 3b).As a result, as shown in FIG. 3B, ten kinds of PHD2 binding proteins were identified by mass spectrometry among the proteins extracted from the PHD2-Flag sample. Among them, the PHD2 binding protein was identified, and the proliferation, migration ) And NDRG3 belonging to a gene family associated with invasion (Fig. 3B).
또한, 상기 NDRG3이 PHD2 결합 단백질임을 다시 한번 더 확인하기 위하여 면역침전법 및 웨스턴 블럿팅을 수행하였다. Immunoprecipitation and Western blotting were performed to further confirm that the NDRG3 was a PHD2 binding protein.
구체적으로, 상기 대조군 및 Flag-태그된 PHD2 컨스트럭트를 형질전환한 MCF-7 세포 용해물을 항-FLAG M2 친화 겔(Sigma)을 이용하여 면역침전한 후, 9% SDS-PAGE로 전기영동하고 니트로셀룰로오스 막(nitrocellulose membranes)(PALL Life Sciences)으로 전달시켰다. 그 다음, 일차 항체로 항-NDRG3 항체 및 항-Flag 항체를 처리하여 반응시킨 후, 상기 막에 붙은 일차 항체에 HRP-접합 이차 항체를 붙이고, 이를 ECL(Pierce chemical co, USA)을 이용하여 확인하였다(도 3c).Specifically, MCF-7 cell lysate transformed with the control and Flag-tagged PHD2 constructs was immunoprecipitated using anti-FLAG M2 affinity gel (Sigma), and electrophoresis was performed by 9% SDS-PAGE And transferred to nitrocellulose membranes (PALL Life Sciences). Next, the primary anti-NDRG3 antibody and the anti-Flag antibody were treated and reacted with the primary antibody, HRP-conjugated secondary antibody was attached to the primary antibody attached to the membrane, and ECL (Pierce chemical co, USA) (Fig. 3C).
그 결과, 도 3c에 나타낸 바와 같이, 면역침강된 FLAG 비드로부터 분리된 42 KDa의 단백질을 확인함으로써, NDRG3이 PHD2의 결합단백질임을 확인하였다(도 3c).
As a result, as shown in Fig. 3C, NDRG3 was confirmed to be a binding protein of PHD2 by confirming the protein of 42 KDa isolated from immunoprecipitated FLAG beads (Fig. 3C).
<< 실시예Example 4> 4> PHD2PHD2 의 고유 기질로서 As a unique substrate of NDRG3NDRG3 확인 Confirm
<4-1> <4-1> PHD2PHD2 및 And NDRG3NDRG3 의 상호작용 확인Confirm the interaction of
PHD2의 결합 단백질로서 NDRG3과 PHD2의 상호작용 및 NDRG3 단백질 발현에 있어서 PHD2 및 NDRG3의 상호작용이 미치는 영향을 확인하기 위하여 면역침전법 및 웨스턴 블럿팅, 및 시험관내(in-vitro) 풀-다운 분석법(pull-down assay)를 수행하였다. In order to confirm the effect of interaction between NDRG3 and PHD2 as a binding protein of PHD2 and the interaction of PHD2 and NDRG3 in the expression of NDRG3 protein, immunoprecipitation, Western blotting, and in-vitro pull- (pull-down assay).
구체적으로, 상기 <실시예 3>과 같이 Flag-태그된 PHD2를 암호화하는 컨스트럭트를 10% FBS(Gibco BRL) 및 100 U/ml 패니실린(penicillin, Gibco BRL)이 포함된 DMEM 배지로 배양한 HeLa 세포(ATCC)에 형질전환하고, 24시간 동안 1% 산소로 저산소 상태를 유지한 후 용해하였다. 그 다음, 세포 용해물을 항-FLAG M2 비드를 이용하여 면역침전하고, 일차항체로 항-NDRG3 및 항-Flag 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 4a, 위). 또한, 상기 <실시예 1>에 기재된 방법으로 PHD2를 pET-28a 재조합 플라스미드에 클로닝하고 대장균 균주 BL21에 형질전환한 후, Ni-NTA 아가로오스 레진을 이용하여 정제하였다. 또한, NDRG3을 pGEX-4T-2 재조합 플라스미드에 클로닝하고 대장균 균주 BL21에 형질전환한 후, GST-결합 아가로오스 레진(ELPIS BIOTECH, 한국)을 이용하여 정제하였다. 그 다음, 상기 재조합 단백질 His-PHD2 10 ㎍ 및/또는 재조합 단백질 GST-NDRG3 10 ㎍을 최종 농도 0.2 mg/㎖로 Ni-NTA 아가로오스(Giagen) 레진(resin)과 함께 4℃에서 4 시간 동안 배양하였다. 그 다음 레진에 결합한 NDRG3 단백질을 SDS 시료 완충용액을 처리하고 상기 <실시예 3>과 같이 SDS-PAGE로 전기영동한 후, 일차항체로 항-NDRG3 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 4a, 아래).Specifically, constructs encoding Flag-tagged PHD2 as in Example 3 were cultured in DMEM medium containing 10% FBS (Gibco BRL) and 100 U / ml penicillin (Gibco BRL) Transformed into one HeLa cell (ATCC) and maintained in hypoxic condition with 1% oxygen for 24 hours and then dissolved. Cell lysates were then immunoprecipitated using anti-FLAG M2 beads and Western blotting was performed using anti-NDRG3 and anti-FLAG antibodies as primary antibodies (FIG. 4A, supra). Further, PHD2 was cloned into pET-28a recombinant plasmid by the method described in Example 1, transformed into E. coli strain BL21, and purified using Ni-NTA agarose resin. In addition, NDRG3 was cloned into pGEX-4T-2 recombinant plasmid, transformed into E. coli strain BL21, and purified using GST-binding agarose resin (ELPIS BIOTECH, Korea). Next, 10 μg of the recombinant protein His-PHD2 and / or 10 μg of the recombinant protein GST-NDRG3 were incubated with Ni-NTA agarose resin at 4 ° C. for 4 hours at a final concentration of 0.2 mg / Lt; / RTI > Next, the NDRG3 protein bound to the resin was treated with SDS buffer solution, subjected to SDS-PAGE electrophoresis as in Example 3, and then subjected to Western blotting using anti-NDRG3 antibody as a primary antibody 4a, below).
또한, PHD2 및 NDRG3 간의 기능적 관계를 확인하기 위하여 MCF-7 세포(도 4b) 또는 HeLa 세포(도 4c)를 정상 산소 상태(21% O2)하에서 24 시간 동안 PHD2 억제제인 DFX(desferrioxamine)를 농도별로 처리한 후, 상기 <실시예 3>과 같이 세포를 용해하였다. 상기 세포 용해물은 항-NDRG3, 항-HIF-1α 및 항-β-액틴을 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 4b 및 도 4c).In order to confirm the functional relationship between PHD2 and NDRG3, MCF-7 cells (FIG. 4B) or HeLa cells (FIG. 4C) were cultured for 24 hours under normoxic condition (21% O 2 ) with DFX (desferrioxamine) The cells were lysed as described in Example 3 above. The cell lysate was subjected to Western blotting using anti-NDRG3, anti-HIF-la and anti-beta-actin (Fig. 4B and Fig. 4C).
그 결과, 도 4a에 나타낸 바와 같이, 저산소 상태 하에서 면역침전된 PHD2와 NDRG3이 결합하며, 재조합된 PHD2 및 NDRG3이 결합하는 것을 확인함으로써, PHD2 및 NDRG3이 직접적으로 상호작용함을 확인하였다(도 4a).As a result, as shown in FIG. 4A, it was confirmed that PHD2 and NDRG3 directly interacted by confirming that PHD2 and NDRG3 immunoprecipitated under hypoxic condition bind and recombinant PHD2 and NDRG3 bind (FIG. 4A ).
또한, 도 4b 및 도 4c에 나타낸 바와 같이, HeLa 세포에서 NDRG3 단백질의 기본 발현 수준이 미비하지만, MCF-7 및 HeLa 세포 모두 PHD2 억제제인 DFX에 의해 PHD2의 활성이 억제된 경우 NDRG3 단백질의 발현이 증가하는 것을 확인함으로써, PHD2 활성이 억제됨에 따라 약물-의존적으로 NDRG3이 축적되며, NDRG3이 PHD2의 고유 기질임을 확인하였다(도 4b 및 도 4c).
4B and 4C, the expression level of NDRG3 protein was decreased when the activity of PHD2 was inhibited by DFX, which is a PHD2 inhibitor, in both MCF-7 and HeLa cells, although the basic expression level of NDRG3 protein was insufficient in HeLa cells Confirming that NDRG3 accumulates drug-dependently as PHD2 activity is suppressed, and NDRG3 is a unique substrate of PHD2 (FIGS. 4B and 4C).
<4-2> <4-2> PHDPHD 패밀리family 단백질 및 Protein and NDRG3NDRG3 의 상호작용 확인Confirm the interaction of
PHD 패밀리는 PHD1, PHD2, PHD3, P4HTM 및 P4HA1 으로 구성되어 있으며, 이들 패밀리는 HIF 단백질의 조절에 중요한 역할을 하는 것으로 보고되고 있다(Wenger, R. H. et al., Curr. Pharm. Des., 2009(15), 3886-3894). 따라서, PHD2 이외 다른 PHD 패밀리 및 E3 유비퀴틴(ubiquitin) 연결효소(ligase) 복합체의 표적 단백질인 VHL와 NDRG3 간의 관련성을 확인하기 위하여, RNA 간섭으로 PHD가 낙다운(knockdown)된 세포 및 PHD 패밀리가 과발현된 세포를 이용해 RT-PCR, 면역침전법 및 웨스턴 블럿팅을 수행하였다.The PHD family consists of PHD1, PHD2, PHD3, P4HTM and P4HA1, and these families have been reported to play an important role in the regulation of HIF proteins (Wenger, RH et al., Curr. Pharm. Des., 2009 15), 3886-3894). Therefore, in order to confirm the relationship between NDRG3 and VHL, the target proteins of the PHD family other than PHD2 and the E3 ubiquitin ligase complex, PHD was overexpressed in cells and knockdown due to RNA interference RT-PCR, immunoprecipitation and Western blotting were performed.
구체적으로, siVHL(siGENOME SMARTpool, Dharmacon) 및 삼천리제약(한국)에 의뢰하여 하기 [표 3]의 서열을 이용하여 siRNA를 제작한 후 리포펙타민을 이용하여 제조사의 절차에 따라 HeLa 세포에 형질전환하여, GFP, PHD1, PHD2, PHD3, P4HTM, P4HA1 또는 VHL의 발현이 억제된 세포를 획득하고, 상기 각각의 발현이 억제된 세포를 48 시간 동안 정상 산소 상태(21% O2) 하에서 유지 배양한 후 회수하였다. 그 다음, 상기 회수한 세포를 Trizol Reagent(Invitrogen, Carlsbad, CA)를 이용하여 총 RNA를 분리한 후, 분리한 RNA 5 ㎍을 역전사효소(reverse transcriptase)와 함께 반응시켜 cDNA를 합성하고, PCR 산물을 아가로스 겔로 전기영동한 후 시각화하였다(도 5a).Specifically, siRNA was prepared using siGHOME (SMARTpool, Dharmacon) and Samchully Pharmaceutical (Korea) using the sequence shown in [Table 3], and transfected into HeLa cells using lipofectamine according to the manufacturer's procedure to, GFP, PHD1, PHD2, PHD3, P4HTM, P4HA1 or obtain the expression of suppressor cells of the VHL and maintained under normal oxygen conditions (21% O 2) the cells are each of the expression is suppressed for 48 hours, cultured Respectively. Then, the recovered cells were subjected to total RNA isolation using Trizol Reagent (Invitrogen, Carlsbad, Calif.), And 5 μg of the separated RNA was reacted with reverse transcriptase to synthesize cDNA. Was electrophoresed on an agarose gel and visualized (Fig. 5A).
GFP
PHD1
PHD2
PHD3
P4HTM
P4HA1
또한, PHD 패밀리와 NDRG3 단백질의 상호작용을 확인하기 위하여 Flag-태그된 PHD1, Flag-태그된 PHD2, Flag-태그된 PHD3 , Flag-태그된 P4HTM 및 Flag-태그된 P4HA1 발현 벡터, 및 NDRG3 발현벡터를 제작한 후, 상기 <실시예 3>에 기재된 방법으로 NDRG3 및 상기 Flag-태그된 PHD 패밀리 각각을 HeLa 세포로 형질전환하고, 정상 상태에서 20 μM MG132를 8 시간 동안 처리한 후 세포를 획득하여 용해하였다. 그 다음, 상기 세포 용해물을 항-FLAG M2 비드로 면역침전하고, 항-NDRG3 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 5b). In order to confirm the interaction between the PHD family and the NDRG3 protein, PHD1, Flag-tagged PHD2, Flag-tagged PHD3, Flag-tagged P4HTM and Flag-tagged P4HA1 expression vectors and NDRG3 expression vector , NDRG3 and the Flag-tagged PHD family were transformed into HeLa cells according to the method described in Example 3, 20 μM MG132 was treated for 8 hours in a steady state, and cells were obtained Lt; / RTI > The cell lysate was then immunoprecipitated with anti-FLAG M2 beads and Western blotting was performed using anti-NDRG3 antibody (Fig. 5B).
그 결과, 도 5a 및 도 5b에 나타낸 바와 같이, RNA 간섭을 이용하여 PHD2 및 VHL의 발현을 억제한 경우 NDRG3이 축적되는 것을 확인함으로써, PHD 패밀리 군 중에서 PHD2가 NDRG3 단백질의 안정화에 있어서 주된 전사후 조절자(posttranslational regulator)이고, 정상 산소 상태에서 NDRG3은 유비퀴틴(ubiqutin)의 표적 단백질이며, 따라서 NDRG3이 PHD2/VHL-매개 전사후 과정의 기질임을 확인하였다(도 5a 및 도 5b).
As a result, as shown in FIGS. 5A and 5B, when the expression of PHD2 and VHL was inhibited by RNA interference, it was confirmed that NDRG3 accumulates. As a result, PHD2 among PHD family members showed a significant NDRG3 is a target protein of ubiquitin in the normal oxygen state, thus confirming that NDRG3 is a substrate for the PHD2 / VHL-mediated transcription process (FIGS. 5A and 5B).
<4-3> <4-3> NDRG3NDRG3 에서 in PHD2PHD2 의 도킹부위 확인The docking site
PHD2의 기질로서 NDRG3에 PHD2가 도킹(docking)하는 위치를 확인하기 위하여, 면역침전법 및 단백질 도킹 시뮬레이션(docking simulation)을 수행하고, 상기 도킹 시뮬레이션을 통해 확인한 NDRG3의 여러 추정상 PHD2-도킹 부위와 PHD2와의 결합력을 확인하기 위하여, 부위-지정 돌연변이(site-direct mutation)를 이용하여 도킹 부위를 돌연변이한 NDRG3 변이체를 이용하여 면역침전법 및 웨스턴 블럿팅을 수행하였다.Docking simulation and docking simulation were performed to confirm the location of docking of PHD2 on NDRG3 as a substrate of PHD2 and the PHD2-docking site and the docking site of NDRG3 confirmed through the docking simulation Immunoprecipitation and Western blotting were performed using NDRG3 variants mutated at the docking site using a site-directed mutation in order to confirm the binding ability with PHD2.
구체적으로, 예측되는 표적 단백질의 단백질-단백질 도킹 시뮬레이션은 HEX6.3(D.W. Ritchie. et al., Genet, 2000(39), 178-194)에 의해 수행되었다. 계산 선택사항에 있어서, 모양(shape) 및 정전기학(electrostatistics)은 상관관계 타입(correlation type)으로 선택되었고, 범프(bumps) 및 볼륨(volumes)은 과정 후 선택되었다. 나머지 선택사항은 디폴트 배열(default configuration)을 사용하였다. 단일 표적 도킹(즉, NDRG3-EGLN1)을 위하여, 시뮬레이션은 상기 나열된 선택사항을 한번 사용하여 수행되었다. 다중 표적 구조를 위한 도킹(즉, NDRG3 및 PHD2)은 두-단계 실험을 통해 수행되었다. 첫 단계에서는, NDRG3이 각각의 표적을 위한 도킹 실험에서 수용체 단백질로서 사용되었다. 두 번째 단계에서는, 결과물 단백질-단백질 상호작용이 다른 단백질의 도킹을 위한 수용체 단백질로서 사용되었다. 두 번째 실험을 위한 입력값(input order)는 PHD2로 하였다. 도킹 계산은 RMSD(root-mean-square deviation)에 의해 수행되었고 결과는 단일 입력으로부터의 산출값이 다중 입력으로부터의 산출값과 일치하는 곳에서 필터링하였다. 필터링된 결과값 중에서, 가장 안정된 하나를 HEX6.3 총 점수(모양 점수 및 전정기학 점수의 합)를 이용하여 선택하였다(도 6a).Specifically, the protein-protein docking simulation of the predicted target protein was performed by HEX 6.3 (D. W. Ritchie. Et al., Genet, 2000 (39), 178-194). For the calculation options, shape and electrostatistics were chosen as the correlation type, and bumps and volumes were selected after the process. The remaining choices use the default configuration. For a single target docking (i.e., NDRG3-EGLN1), the simulation was performed using the options listed above once. Docking for multiple target structures (i.e., NDRG3 and PHD2) was performed through a two-step experiment. In the first step, NDRG3 was used as a receptor protein in a docking experiment for each target. In the second step, the resulting protein-protein interaction was used as a receptor protein for the docking of other proteins. The input order for the second experiment was PHD2. Docking calculations were performed by root-mean-square deviation (RMSD) and the results were filtered where the output from a single input matched the output from multiple inputs. Of the filtered results, the most stable one was selected using the HEX 6.3 total score (sum of shape scores and vocational school scores) (Figure 6a).
또한, 도킹 시뮬레이션으로 확인한 NDRG3의 도킹부위와 PHD2의 결합력을 확인하기 위하여 NDRG3-Myc 발현 벡터를 주형으로 KOD-Plus-Mutagenesis 키트(Toyobo)를 이용하여 제조사의 절차에 따라 부위-지정 돌연변이를 수행하여 NDRG3의 47번째 알기닌(Arg, R)을 아스파르트산(Asp, D)으로 치환한 Myc-태그된 NDRG3(R47D) 변이체, NDRG3의 66번째 아스파라긴(Asn, N)을 아스파르트산으로 치환한 Myc-태그된 NDRG3(N66D) 변이체, NDRG3의 97번째 글루타민(Gln, Q)을 글루탐산(Glu, E)으로 치환한 Myc-태그된 NDRG3(Q97E) 변이체, NDRG3의 296번째 발린(Val, V)을 아스파르트산으로 치환한 Myc-태그된 NDRG3(V296D) 변이체를 획득하였다. 그 다음, 상기 <실시예 3>과 같이 상기 각각의 Myc-태그된 NDRG3 변이체, Flag-태그된 PHD2 및 HA-태그된 VHL 컨스트럭트를 동시에 HEK293T 세포(ATCC)로 형질전환하고, 상기 형질전환된 HEK293T 세포에 8 시간 동안 20 μM MG132를 처리한 후 용해하였다. 상기 세포 용해물은 항-Myc 친화겔(Sigma)을 이용하여 면역침전하고, 일차항체로 항-Flag, 항-HA 및 항-Myc 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 6b).In order to confirm the binding strength of PHD2 with the docking site of NDRG3 confirmed by docking simulation, site-directed mutagenesis was performed according to the manufacturer's procedure using a KOD-Plus-Mutagenesis kit (Toyobo) with the NDRG3-Myc expression vector as a template A Myc-tagged NDRG3 (R47D) mutant in which the 47th arginine (Arg, R) of NDRG3 was substituted with an aspartic acid (Asp, D), a Myc-tag in which 66th asparagine (Asn, N) of NDRG3 was substituted with an aspartic acid Tagged NDRG3 (Q97E) mutant in which NDRG3 (N66D) mutant, NDRG3 97th glutamine (Gln, Q) was replaced with glutamic acid (Glu, E), NDRG3 296th valine To obtain Myc-tagged NDRG3 (V296D) mutants. Then, the <Example 3> The respective Myc- tags NDRG3 variants, such as the Flag- tag PHD2 and the HA- tagged VHL The construct was simultaneously transformed with HEK293T cells (ATCC) and the transfected HEK293T cells were treated with 20 [mu] M MG132 for 8 hours and then lysed. The cell lysates were immunoprecipitated using anti-Myc affinity gel (Sigma) and Western blotting was performed using anti-Flag, anti-HA and anti-Myc antibodies as primary antibodies (FIG.
그 결과, 도 6a에 나타낸 바와 같이, 공개된 PHD2 기질(Structure. 2009(7), 981-9)과 NDRG3 기질 사이의 도킹 모델로부터 NDRG3의 추정상 PHD2-도킹 부위로 47번째 알기닌(Arginine), 66번째 아스파라긴(Asparagine), 68번째 라이신(Lysine), 69번째 세린(Serine), 72번째 아스파라긴, 73번째 알라닌(Alanine), 76번째 아스파라긴, 77번째 페닐알라닌(Phenylalanine), 78번째 글루탐산(Glutamic acid), 81번째 글루타민(Glutamine), 97번째 글루타민, 98번째 글루타민, 99번째 글루탐산, 100번째 글라이신(Glycine), 101번째 알라닌, 102번째 프롤린(Proline), 103번째 세린, 203번째 류신(Leucine), 204번째 아스파르트산(Aspartic acid), 205번째 류신, 208번째 쓰레오닌(Threonine), 209번째 타이로신(Tyrosine), 211번째 메티오닌(Methionine), 212번째 히스티딘(Histidine), 214번째 알라닌, 215번째 글루타민, 216번째 아스파르트산, 217번째 이소류신(Isoleucine), 218번째 아스파라긴, 219번째 글루타민, 296번째 발린(Valine), 297번째 발린, 298번째 글루타민, 300번째 글라이신 및 301번째 라이신 부위를 확인하였고, 상기 PHD2-도킹 부위 중 47번째, 66번째, 97번째 및 296번째 아미노산 위치가 더욱 중요함을 확인하였다(도 6a).As a result, from the docking model between the disclosed PHD2 substrate (Structure. 2009 (7), 981-9) and the NDRG3 substrate, the 47th arginine to the PHD2-docking site on the putative NDRG3, Asparagine, 68th lysine, 69th serine, 72nd asparagine, 73rd alanine, 76th asparagine, 77th phenylalanine, 78th glutamic acid, (Glutamine), 97th glutamine, 98th glutamine, 99th glutamic acid, 100th glycine, 101st alanine, 102nd proline, 103rd serine, 203th leucine, 204 The second aspartic acid, the 205th leucine, the 208th threonine, the 209th tyrosine, the 211th methionine, the 212th histidine, the 214th alanine, the 215th glutamine, 216th aspartic acid, 217th isoleucine ( Isoleucine), 218th asparagine, 219th glutamine, 296th valine, 297th valine, 298th glutamine, 300th glycine and 301th lysine site were identified and the 47th, 66th, The 97th and 296th amino acid positions were more important (Fig. 6a).
또한, 도 6b에 나타내 바와 같이, NDRG3(V296D) 변이체 및 NDRG3(Q97E) 변이체는 PHD2와 결합하는 반면, NDRG3의 47번째 위치 또는 66번째 위치를 돌연변이한 NDRG3 변이체가 PHD2와 결합하지 않으며, 또한, PHD2와 높은 친화도를 보이는 NDRG3 변이체는 VHL에 의해 많은 양으로 면역침전되는 것을 확인함으로써, NDRG3 변이체가 다양한 PHD2-결합력(V296D>Q97E>R47D≒N66D)을 나타내며, 정상 산소 상태하에서 NDRG3의 47번째 및 66번째 아미노산 위치가 PHD2의 도킹에 중요하며, VHL과도 관련이 있음을 확인하였다(도 6b).
As shown in FIG. 6B, the NDRG3 (V296D) mutant and the NDRG3 (Q97E) mutant bind PHD2, while the NDRG3 mutant that mutated at the 47th or 66th position of NDRG3 does not bind to PHD2, The NDRG3 mutant exhibited various PHD2-binding activities (V296D>Q97E> R47D? N66D), confirming that the NDRG3 mutant exhibiting high affinity with PHD2 was immunoprecipitated in large amounts by VHL, And 66th amino acid position are important for docking of PHD2, and it is also related to VHL (Fig. 6B).
<4-4> 정상산소 상태에서 <4-4> In normal oxygen condition PHD2PHD2 // VHLVHL -매개 -medium 프로테아좀Proteasome 경로에 의한 By path NDRG3NDRG3 의 조절 확인Confirmation of control of
정상산소 상태 하에서 PHD2 및 E3 유비퀴틴 연결효소 복합체의 표적 요소인 VHL이 NDRG3의 단백질 발현 및 조절에 미치는 영향을 확인하기 위하여, MG132를 이용하여 프로테아좀(proteasome) 활성을 억제하고 웨스턴 블럿팅 및 생체 내 유비퀴틴화 분석법(In-vivo ubiquitination assay)을 수행하였다.To investigate the effect of VHL, a target element of the ubiquitin ligating enzyme complex of PHD2 and E3 under normal oxygen conditions, on protein expression and regulation of NDRG3, MG132 was used to inhibit proteasome activity and to inhibit Western blotting In-vivo ubiquitination assay was performed.
구체적으로, 전장 NDRG3 cDNA(서열번호 1) 및 pMSCVneo 레트로바이러스 벡터(Clontech)를 이용하여 형질감염용 벡터(MSCV 레트로바이러스 시스템)를 제작하였다. 바이러스 제작을 위하여, 리포펙타민(Lipofectamine)(Invitrogen)을 사용하여 GP293 세포주에 형질감염하였다. 48시간 후, NDRG3-레트로바이러스 또는 대조-레트로바이러스가 포함된 세포 상층액을 6 ㎍/ml 폴리브렌(polybrene)와 같이 HeLa 세포에 24 시간 처리한 다음, 상기 NDRG3이 과발현된 세포에 8 시간 동안 20 μM MG132를 처리 또는 무처리한 후 세포를 획득하고, 항-NDRG3 항체 및 항-β-액틴 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 7a).Specifically, a vector for transfection (MSCV retrovirus system) was constructed using full-length NDRG3 cDNA (SEQ ID NO: 1) and pMSCVneo retrovirus vector (Clontech). For virus production, the GP293 cell line was transfected using Lipofectamine (Invitrogen). After 48 hours, the cell supernatant containing NDRG3-retrovirus or control-retrovirus was treated with HeLa cells for 24 hours, such as 6 / / ml polybrene, and then the cells overexpressing NDRG3 were incubated for 8 hours Cells were obtained after treatment or untreated with 20 [mu] M MG132, and Western blotting was performed using anti-NDRG3 antibody and anti-beta-actin antibody (Fig. 7A).
또한, 정상 산소 상태에서 NDRG3의 유비퀴틴화를 확인하기 위하여 생체 내 유비퀴틴화 분석법을 수행하였다. 먼저, NDRG3의 발현을 억제하기 위해 shNDRG3(Sigma-Aldrich, 서열번호 4) 및 렌티바이러스(lentivirus) 벡터를 이용하여 형질감염용 벡터를 제작하였다. 바이러스 제작을 위하여, 상기와 같이 패킹 세포주에 형질감염하였다. 그 다음, 상기 NDRG3 shRNA 발현 렌티바이러스가 포함된 세포 상층액을 6 ㎍/ml 폴리브렌(polybrene)와 함께 HeLa 세포에 처리한 후, 10% FBS을 포함한 DMEM 배지에서 유지한 다음, 대조군 HeLa 세포, 상기 NDRG3 발현이 억제된 HeLa 세포 및 상기 NDRG3이 과발현된 HeLa 세포를 상기 <실시예 3>과 같이 HA-태그된 유비퀴틴로 형질전환하고, 8 시간 동안 20 μM MG132를 처리한 후 세포를 획득하여 용해하였다. 그 다음, 상기 세포 용해물은 30 ㎕ 단백질 G-아가로오스 비드(bead, Santa Cruz Biotechnology)를 첨가하여 프리클리어(preclear)한 후 항-NDRG3 항체로 면역침전하고, 다유비퀴틴화된(polyubiquitinated) 형태의 NDRG3을 항-HA 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅으로 확인하였다(도 7b).In vivo ubiquitination assay was also performed to confirm ubiquitination of NDRG3 under normal oxygen conditions. First, to inhibit the expression of NDRG3, transfection vectors were constructed using shNDRG3 (Sigma-Aldrich, SEQ ID NO: 4) and lentivirus vectors. For virus production, the cell line was transfected as described above. Then, the cell supernatant containing the NDRG3 shRNA-expressing lentivirus was treated with 6 / / ml polybrene in HeLa cells, maintained in DMEM medium containing 10% FBS, and then treated with control HeLa cells, The NDRG3 expression-inhibited HeLa cells and the NDRG3-overexpressed HeLa cells were transformed with HA-tagged ubiquitin as described in Example 3, treated with 20 μM MG132 for 8 hours, Respectively. Subsequently, the cell lysate was pre-cleared by adding 30 μl of protein G-agarose beads (Santa Cruz Biotechnology), immunoprecipitated with anti-NDRG3 antibody, and incubated with polyubiquitinated Type NDRG3 was confirmed by Western blotting using an anti-HA antibody (Fig. 7B).
그 결과, 도 7a 및 도 7b에 나타낸 바와 같이, 정상 산소 상태에서 MG132로 프로테아좀을 억제한 경우 NDRG3이 과발현된 세포에서 NDRG3 단백질이 활발하게 유비퀴틴화 되는 것을 확인함으로써, 정상 산소 상태에서 NDRG3이 유비퀴틴화 되어 프로테아좀 경로를 통해 분해되는 것을 확인하였다(도 7a 및 도 7b). 따라서, 상기 <실시예 4>의 결과들을 통해 NDRG3이 고유한 PHD2-상호작용하는 단백질이고, 상기 NDRG3 단백질의 발현은 PHD2/VHL-매개 프로테아좀 경로에 의해 전사후 조절됨을 확인하였다.
As a result, as shown in FIGS. 7A and 7B, when protease was inhibited by MG132 under normal oxygen conditions, it was confirmed that NDRG3 protein was actively ubiquitinated in NDRG3 overexpressed cells. Thus, NDRG3 It was confirmed to be ubiquitinated and degraded through the proteasome pathway (FIGS. 7A and 7B). Thus, the results of Example 4 demonstrate that NDRG3 is a unique PHD2-interacting protein and that expression of the NDRG3 protein is regulated post-transcriptionally by the PHD2 / VHL-mediated proteasome pathway.
<< 실시예Example 5> 5> 저산소Hypoxia 상태에서 In state NDRG3NDRG3 의 발현 확인Confirmation of expression of
<5-1> <5-1> NDRG3NDRG3 단백질의 산소-의존적 발현 확인 Identification of oxygen-dependent expression of proteins
PHD2의 활성은 O2 유효성에 의존적이므로 PHD2의 고유 기질인 NDRG3 단백질 또한 안정성에 있어서 산소 상태가 영향을 미치는지 확인하기 위하여, 산소 상태를 달리한 여러 세포를 이용하여 면역침전법, 웨스턴 블럿팅, 면역형광염색법 및 생체내 유비퀴틴화 분석법을 수행하였다.Since the activity of PHD2 is dependent on the O 2 availability, the NDRG3 protein, which is an intrinsic substrate of PHD2, was also tested for its effect on the stability of oxygen by various cell types with different oxygen conditions, such as immunoprecipitation, Western blotting, Fluorescence staining and in vivo ubiquitination assay.
구체적으로, 10% FBS 및 100 U/ml 패니실린이 포함된 DMEM 배지로 배양된 MCF-7 세포를 1%, 3%, 5% 및 21% O2와 92-94% N2 및 5% CO2로 구성된 혼합 기체가 포함된 O2/CO2 배양기를 이용하여 시간별로 유지한 후, 세포를 획득하였다. 그 다음, 상기 <실시예 3>과 같이 세포를 용해하고, 세포 용해물을 항-NDRG3 및 항-β-액틴을 이용하여 웨스턴 블럿팅하여 NDRG3의 발현을 확인하고, 그래프화하였다(도 8a).Specifically, MCF-7 cells cultured in DMEM medium containing 10% FBS and 100 U / ml of panicillin were incubated with 1%, 3%, 5% and 21% O 2 and 92-94% N 2 and 5% CO 2 was maintained in the O 2 / CO 2 incubator containing the mixed gas, and cells were obtained. Then, the cells were lysed and the cell lysate was Western blotted with anti-NDRG3 and anti-beta-actin to confirm the expression of NDRG3 (FIG. 8A) .
또한, 10% FBS 및 100 U/ml 패니실린이 포함된 DMEM 배지로 커퍼슬립(cover slips)에서 배양된 MCF-7 세포를 1% O2와 94% N2 및 5% CO2로 구성된 혼합 기체가 포함된 O2/CO2 배양기를 이용하여 저산소 상태를 시간별로 유지하였다. 그 다음, 20분 동안 4% 파라포름알데하이드(paraformaldehyde)/PBS로 고정하고, 상온에서 5분 동안 0.3% TritonX-100/PBS로 침투화한 후, 차단 용액(1% BSA가 포함된 PBS)으로 30분 동안 배양하였다. 그 다음, 상기 세포를 상온에서 1시간 동안 항-NDRG3 항체(1/1,000)로 반응하고 세척한 후, 2차 항체[Alexa Flour 488-접합된 고트(goat) 항-레빗 IgG (1/1,000), 또는 Alexa Flour 594- 접합된 고트 항-마우스 IgG (1/1,000); Amersham] 및 DAPI (3 μM, Sigma)로 반응시켰다. 그 후, Zeiss LSM 510 공초점 현미경을 이용하여 시각화하였다(도 8b).MCF-7 cells cultured on cover slips with DMEM medium containing 10% FBS and 100 U / ml of panicillin were mixed with 1% O 2 , 94% N 2 and 5% CO 2 mixed gas Was maintained for a period of time using an O 2 / CO 2 incubator. The cells were then fixed with 4% paraformaldehyde / PBS for 20 minutes, infiltrated with 0.3% TritonX-100 / PBS for 5 minutes at room temperature, and then blocked with blocking solution (PBS with 1% BSA) And cultured for 30 minutes. Then, the cells were reacted with anti-NDRG3 antibody (1 / 1,000) at room temperature for 1 hour, washed, and then reacted with a secondary antibody (Alexa Flour 488-conjugated goat anti-rabbit IgG , Or Alexa Flour 594-conjugated goat anti-mouse IgG (1 / 1,000); Amersham] and DAPI (3 [mu] M, Sigma). It was then visualized using a Zeiss LSM 510 confocal microscope (Fig. 8B).
또한, 10% FBS 및 100 U/ml 패니실린이 포함된 DMEM 배지로 배양된 MCF-7(유방), PLC/PRF/5(간), Huh-1(간), HeLa(자궁경부), HEK293T(신장) 및 MCF-10A(유방) 세포 및 10% FBS 및 100 U/ml 패니실린이 포함된 RPMI 1640 배지로 배양된 SW480(대장) 및 IMR-90(폐)를 상기와 같이 O2/CO2 배양기를 이용하여 저산소 상태(1% O2)에서 시간별로 유지한 후, 세포를 획득하였다. 그 다음, 상기 <실시예 3>과 같이 세포를 용해하고, 세포 용해물을 항-NDRG3 및 항-β-액틴을 이용하여 웨스턴 블럿팅하여 NDRG3의 발현을 확인하고, 그래프화하였다(도 8c).In addition, MCF-7 (breast), PLC / PRF / 5 (liver), Huh-1 (liver), HeLa (cervix), HEK293T (cervix) cultured with DMEM medium containing 10% FBS and 100 U / (Large intestine) and IMR-90 (lung) cultured in RPMI 1640 medium containing MCF-10A (breast) cells and 10% FBS and 100 U / ml fannicylin were cultured in O 2 / CO 2 incubator in a hypoxic state (1% O 2 ) for a period of time, and cells were obtained. Then, the cells were lysed and the cell lysate was Western blotted with anti-NDRG3 and anti-beta-actin to confirm the expression of NDRG3 and graphically (Fig. 8C) .
또한, 저산소 상태에서 NDRG3의 유비퀴틴화를 확인하기 위하여 생체 내 유비퀴틴화 분석법을 수행하였다. 상기 <실시예 3>과 같이 HA-태그된 유비퀴틴 및 Myc-태그된 NDRG3을 HeLa 세포에 형질전환한 후, 40시간 동안 정상산소 상태에서 배양하고 8 시간 동안 20 μM MG132를 처리하였다. 그 다음, 24시간 동안 추가적으로 저산소 상태(1% O2)에서 배양한 후, 세포를 획득하여 용해하였다. 그 다음, 상기 세포 용해물은 30 ㎕ 단백질 G-아가로오스 비드(bead, Santa Cruz Biotechnology)를 첨가하여 프리클리어한 후 항-Myc 항체로 면역침전하고, 항-HA 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅하였다(도 8d).In vivo ubiquitination assay was also performed to confirm ubiquitination of NDRG3 under hypoxic conditions. HA-tagged ubiquitin and Myc-tagged NDRG3 were transformed into HeLa cells as in Example 3, cultured in normal oxygen for 40 hours, and treated with 20 μM MG132 for 8 hours. The cells were then cultured in an additional hypoxic condition (1% O 2 ) for 24 hours before cells were harvested and lysed. The cell lysate was then pre-cleared by the addition of 30 μl of protein G-agarose beads (Santa Cruz Biotechnology), followed by immunoprecipitation with anti-Myc antibody, Western blotting using an anti- (Fig. 8D).
그 결과, 도 8a 및 도 8b에 나타낸 바와 같이, 세포에서 O2 농도가 감소할수록, 그리고 시간이 지속될수록 NDRG3 단백질의 축적이 증가하는 것을 확인함으로써, O2 농도에 반비례하게 NDRG3 단백질이 축적됨을 확인하였다(도 8a 및 도 8b).As a result, as shown in FIGS. 8A and 8B, it was confirmed that accumulation of NDRG3 protein increased as the O 2 concentration decreased and the time elapsed in the cell, thereby confirming the accumulation of NDRG3 protein in inverse proportion to the O 2 concentration (Figs. 8A and 8B).
또한, 도 8c에 나타낸 바와 같이, 저산소 상태에 따른 NDRG3 단백질의 축적은 비-형질전환된 세포뿐만 아니라 대장, 간, 자궁경부, 신장, 폐 등 다양한 조직 유래 암세포에서 동일하게 나타나는 것을 확인함으로써, O2 농도 및 NDRG3 단백질의 반비례 관계는 전형적인 현상임을 확인하였다(도 8c).Further, as shown in FIG. 8C, accumulation of NDRG3 protein according to the hypoxic state is confirmed not only in non-transformed cells but also in cancer cells derived from various tissues such as large intestine, liver, cervix, kidney, 2 concentration and the inverse proportion of NDRG3 protein was a typical phenomenon (Fig. 8C).
또한, 도 8d에 나타낸 바와 같이, 저산소 상태 하에 NDRG3 단백질이 유비퀴틴화가 감소하는 것을 확인하였다(도 8d). 따라서, 상기 결과들을 통해 정상산소 상태와 달리 저산소 상태 하에 NDRG3 단백질의 축적은 증가하고, 유비퀴틴화는 감소하는 것을 확인하였다.
Further, as shown in FIG. 8D, it was confirmed that the NDRG3 protein underwent a decrease in ubiquitination under hypoxic conditions (FIG. 8D). Therefore, it was confirmed through these results that accumulation of NDRG3 protein was increased and ubiquitination was decreased under hypoxic condition unlike the normal oxygen condition.
<5-2> 산소 상태에 따른 ≪ 5-2 > NDRG3NDRG3 단백질의 안정성 확인 Confirm protein stability
저산소 상태 및 정상 산소 상태에 따른 NDRG3 단백질의 발현 변화를 확인하기 위하여, 산소 상태를 달리한 세포를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다. Western blotting was performed using cells with different oxygen conditions in order to examine the expression of NDRG3 protein according to hypoxic and normal oxygen conditions.
구체적으로, 지속적인 저산소 상태에서 NDRG3 단백질의 발현을 확인하기 위하여 상기 실시예 <5-1>과 같이 저산소 상태(1% O2)에서 시간별로 유지 배양한 MCF-7 세포 및 정상 산소 상태(21% O2)에서 유지 배양한 MCF-7 세포를 획득하여 상기 <실시예 3>과 같이 용해한 후, 항-NDRG3, 항-HIF-1α 및 항-β-액틴 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅하고 그래프화하였다(도 9a).Specifically, in order to confirm the expression of NDRG3 protein in a continuous hypoxic state, MCF-7 cells cultured in the hypoxic state (1% O 2 ) over time as shown in Example <5-1> O2), MCF-7 cells were cultured in the same manner as in Example 3, and then solubilized in the same manner as in Example 3, followed by Western blotting using anti-NDRG3, anti-HIF-1α and anti- (Fig. 9A).
또한, 정상 산소 상태로 회복될 때 NDRG3 단백질의 발현 변화를 확인하기 위하여 상기 실시예 <5-1>과 같이 저산소 상태(1% O2)에서 24시간 동안 유지 배양한 MCF-7 세포 및 정상 산소 상태(21% O2)에서 시간별로 유지 배양한 MCF-7 세포를 획득하여 상기 <실시예 3>과 같이 용해한 후, 항-NDRG3, 항-HIF-1α 및 항-β-액틴 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅하고 그래프화하였다(도 9b).In order to confirm the change in the expression of NDRG3 protein when restored to the normal oxygen state, MCF-7 cells cultured in a hypoxic condition (1% O 2 ) for 24 hours and normal oxygen MCF-7 cells maintained and cultured at a time in a state (21% O 2 ) were obtained and dissolved in the same manner as in Example 3, followed by the addition of anti-NDRG3, anti-HIF-1α and anti- Western blotting and graphing (Figure 9b).
그 결과, 도 9a 및 도 9b에 나타낸 바와 같이, HIF-1α 단백질의 경우 저산소증 초기 단계에서 발현이 유도되고 저산소증이 지속됨에 따라 단백질의 발현이 감소하는 반면, NDRG3 단백질의 경우 저산소증 말기 단계까지 발현이 지속적으로 유지되는 것을 확인하였다. 또한, 상기 지속적으로 저산소 상태에 의해 유도된 NDRG3 발현은 세포가 정상 산소 상태로 다시 돌아갈 때까지 천천히 제거되는 것을 확인하였다(도 9a 및 도 9b).
As a result, as shown in FIGS. 9A and 9B, expression of HIF-1.alpha. Protein was induced at the early stage of hypoxia and decreased as the hypoxia persisted. In contrast, expression of NDRG3 protein at the late stage of hypoxia It is confirmed that it is maintained continuously. It was also confirmed that the NDRG3 expression induced by the hypoxic state was slowly removed until the cells returned to the normal oxygen state (FIGS. 9A and 9B).
<5-3> 산소 상태에 따른 <5-3> NDRG3NDRG3 단백질의 안정성 조절 기전 확인 Confirming the mechanism of protein stability
저산소 상태에서 NDRG3 단백질의 표적 부위를 확인하기 위하여, 마이크로-LC-MS/MS 분석법을 수행하고, 부위-지정 돌연변이로 제작한 NDRG3 변이체가 과발현된 세포를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다. 또한, 정상 산소 상태에서 NDRG3 단백질의 저산소 표적 부위와 PHD2/VHL의 관련성을 확인하기 위하여, 면역침전법 및 웨스턴 블럿팅을 수행하였다.To confirm the target site of the NDRG3 protein in the hypoxic state, micro-LC-MS / MS analysis was performed and Western blotting was performed using cells overexpressing the NDRG3 mutant produced by site-directed mutagenesis. Immunoprecipitation and Western blotting were also performed to confirm the relationship between hypoxic target sites of NDRG3 protein and PHD2 / VHL under normal oxygen conditions.
구체적으로, 저산소 상태 하에서 NDRG3 단백질의 표적 부위를 확인하기 위하여 상기 실시예 <4-2>에 기재된 방법으로 획득한 NDRG3이 과발현된 MCF-7 세포에 10 μM MG132를 처리한 후 세포를 획득하여 용해하고 상기 <실시예 3>과 같이 항-NDRG3 항체를 이용하여 면역침전하고 마이크로-LC-MS/MS 분석을 수행하였다(도 10a).Specifically, in order to identify the target site of the NDRG3 protein under hypoxic conditions, MCF-7 cells overexpressing NDRG3 obtained by the method described in Example <4-2> were treated with 10 μM MG132, And immunoprecipitated using an anti-NDRG3 antibody as described in Example 3, and micro-LC-MS / MS analysis was performed (FIG. 10A).
또한, 상기 마이크로-LC-MS/MS 분석법의 결과를 통해 확인한 NDRG3 단백질 표적 부위와 PHD2/VHL의 결합을 확인하기 위하여 먼저 NDRG3 단백질 표적 부위로 예상되는 294번째 프롤린(Pro, P)을 알라닌(Ala, A)으로 치환하기 위하여 상기 실시예 <4-3>과 같이 부위-지정 돌연변이를 수행하여 Myc-태그된 NDRG3 P294A 변이체를 제작하였다. 그 다음, 상기 NDRG3 변이체 또는 야생형 NDRG3 컨스트럭트를 상기 <실시예 3>과 같이 HEK293T 세포로 형질전환한 후, 40시간 동안 정상 산소 상태(21% O2) 하에서 배양하고 추가적으로 8시간 동안 20 μM MG132을 처리한 세포와 처리하지 않은 세포를 획득하였다. 상기 획득한 세포는 용해 후, 항-Myc 및 항-β-액틴 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 10b, 위). 또한, Flag-태그된 PHD2, HA-태그된 VHL, 및 상기 Myc-태그된 NDRG3P294A 변이체 또는 Myc-태그된 NDRG3을 상기 <실시예 3>과 같이 HEK293T 세포에 동시에 형질전환한 후, 40시간 동안 정상 산소 상태(21% O2) 하에서 배양하고 추가적으로 8시간 동안 20 μM MG132을 처리하여 세포를 획득하였다. 그 다음, 상기 획득한 세포를 용해 후, 항-Myc 친화겔로 면연침전하고, 항-Flag, 항-HA 및 항-Myc 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 10b, 아래).In order to confirm the binding of PHD2 / VHL to the NDRG3 protein target region confirmed through the results of the micro-LC-MS / MS analysis, the 294th proline (Pro, P) expected as the NDRG3 protein target site was firstly labeled with alanine , A), a Myc-tagged NDRG3 P294A mutant was constructed by performing site-directed mutagenesis as described in Example < 4-3 >. Then, the NDRG3 mutant or the wild type NDRG3 construct was transformed with HEK293T cells as in Example 3, cultured under normoxic condition (21% O 2 ) for 40 hours, and cultured for 20 hours at 20 μM MG132 treated and untreated cells were obtained. After dissolution, the obtained cells were subjected to Western blotting using anti-Myc and anti-beta-actin antibodies (FIG. 10b, top). In addition, Flag-tagged PHD2, HA-tagged VHL, and Myc-tagged NDRG3P294A mutant or Myc-tagged NDRG3 were co-transfected into HEK293T cells as described in Example 3, Cells were cultured under oxygen conditions (21% O 2 ) and treated with 20 μM MG132 for an additional 8 hours. Then, the obtained cells were lysed and then precipitated with anti-Myc-affinity gel, and Western blotting was performed using anti-Flag, anti-HA and anti-Myc antibodies (FIG.
그 결과, 도 10a에 나타낸 바와 같이, 질량 분석을 통해 NDRG3의 294번째 프롤린이 PHD2-매개 저산소증 표적 부위이며, 상기 부위가 산소 의존적으로 하드록실화(hydroxylation) 되는 부위임을 확인하였다(도 10a).As a result, as shown in FIG. 10A, it was confirmed through mass analysis that the 294th proline of NDRG3 was the site of PHD2-mediated hypoxia target, and that the site was hydroxyl-dependent hydroxyl-dependent site (FIG. 10A).
또한, 도 10b에 나타낸 바와 같이, 예상되는 저산소증 표적 부위인 NDRG3 294번째 아미노산 부위를 알라닌으로 치환한 NDRG3 변이체를 과발현시킨 세포의 경우 정상 산소 상태에서 NDRG3 단백질 변이체의 축적이 증가하고(도 10b, 위), 또한, PHD2 및 VHL과의 결합이 감소하는 것(도 10b, 아래)을 확인함으로써, 상기 NDRG3 단백질 부위가 정상 산소 상태에서 PHD2/VHL과 상호작용하고, 산소 의존적으로 PHD2에 의해 조절됨을 확인하였다(도 10b).
In addition, as shown in Fig. 10B, in the cells overexpressing the NDRG3 mutant in which the NDRG3 294th amino acid region as the predicted hypoxic target site was replaced with alanine, accumulation of the NDRG3 protein mutant was increased in the normal oxygen state (Fig. 10 ), And confirming that the binding of the NDRG3 protein region to PHD2 / VHL in the normal oxygen state is controlled by PHD2 in an oxygen dependent manner, by confirming that the binding of the NDRG3 protein region with PHD2 and VHL decreases (Fig. 10B, below) (Fig. 10B).
<5-4> 산소 상태에 따른 ≪ 5-4 > HIFHIF -- 비의존적Independent NDRG3NDRG3 발현 조절 확인 Confirm expression control
산소 상태에 따라 NDRG3 발현 조절이 HIF 단백질과 관련이 있는지 확인하기 위하여, 산소 상태를 달리한 세포를 이용하여 웨스턴 블럿팅 및 RT-PCR을 수행하였다.Western blotting and RT-PCR were performed using cells with different oxygen conditions in order to determine whether the regulation of NDRG3 expression was related to HIF protein according to the oxygen status.
구체적으로, 산소 상태에 따른 HIF 단백질의 발현을 확인하기 위하여 상기 실시예 <5-2>와 같이 정상 산소 상태(21% O2)에서 24 시간 동안 유지 배양한 MCF-7 세포 및 저산소 상태(1% O2)에서 시간별로 유지 배양한 MCF-7 세포를 회수한 후, 절반은 상기 <실시예 3>과 같이 항-HIF-1α, 항-HIF-2α 및 항-β-액틴을 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하여 단백질의 발현을 확인하고, 절반은 상기 실시예 <4-2>와 같이 RT-PCR을 수행하여 mRNA의 발현을 확인하였다(도 11a).Specifically, in order to confirm the expression of HIF protein according to the oxygen state, MCF-7 cells cultured for 24 hours in a normal oxygen state (21% O 2 ) as in Example <5-2, % O 2) and kept in collecting the cultured MCF-7 cells over time, by using a half wherein -HIF-1α, 2α--HIF wherein -β- and anti-actin as the <example 3> Western The expression of the protein was confirmed by blotting, and half of the mRNA was confirmed by RT-PCR as in Example <4-2> (FIG. 11A).
또한, HIF 및 PHD2의 억제에 따른 NDRG3 단백질의 발현을 확인하기 위하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다. 먼저, HIF-1α 또는 HIF-2α의 발현을 억제하기 위하여 상기 실시예 <4-4>와 같이 shHIF-1α(Sigma-Aldrich), shHIF-2α(Sigma-Aldrich) 또는 대조군 shGFP 및 렌티바이러스 벡터를 이용하여 형질감염용 벡터를 제작하였다. 그 다음, 상기 shHIF-1α 또는 shHIF-2α 발현 렌티바이러스가 포함된 세포 상층액을 6 ㎍/ml 폴리브렌(polybrene)와 함께 PLC/PRF/5 세포에 처리한 후, 10% FBS을 포함한 DMEM 배지에서 유지한 다음, 대조군 PLC/PRF/5 세포, 상기 HIF-1α 또는 shHIF-2α 발현이 억제된 PLC/PRF/5 세포를 정상 산소 상태(21% O2)하에서 PHD2 억제제인 DFX(desferrioxamine) 1 mM을 시간별로 처리한 후, 상기 <실시예 3>과 같이 세포를 획득하여 용해하고, 상기 용해물을 항-NDRG3, 항-HIF-1α, 항-HIF-2α 및 항-β-액틴을 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 11b).Western blotting was also performed to confirm the expression of NDRG3 protein by inhibition of HIF and PHD2. First, shHIF-1α (Sigma-Aldrich), shHIF-2α (Sigma-Aldrich) or a control shGFP and a lentivirus vector were added to inhibit the expression of HIF-1α or HIF- To prepare a vector for transfection. Then, the cell supernatant containing the shHIF-1α or shHIF-2α-expressing lentivirus was treated with PLC / PRF / 5 cells with 6 μg / ml of polybrene, and then cultured in DMEM medium containing 10% FBS the DFX (desferrioxamine) PHD2 inhibitor under the following, a control PLC / PRF / 5 cells, wherein the HIF-1α or shHIF-2α expression inhibits the PLC / PRF / 5 cells to normal oxygen conditions (21% O 2) held in the first mM was treated over time and cells were obtained and dissolved as in Example 3 and the lysate was treated with anti-NDRG3, anti-HIF-1α, anti-HIF-2α and anti- To perform Western blotting (FIG. 11B).
또한, HIF 및 VHL이 결실에 따른 NDRG3 단백질의 발현을 확인하기 위하여 MCF-7(HIF-1+/+ 및 VHL+/+), 및 HIF-1α 및 VHL 좌위(loci)가 유전적으로 방해된 786-O(HIF-1-/- 및 VHL-/-) 세포를 상기 실시예 <5-2>와 같이 저산소 상태(1% O2)에서 24시간 동안 유지 배양한 후, 상기 <실시예 3>과 같이 세포를 회수하여 용해하고, 상기 세포 용해물을 항-NDRG3, 항-HIF-1α 및 항-β-액틴을 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 11c).In order to confirm the expression of NDRG3 protein by deletion of HIF and VHL, the expression levels of MCF-7 (HIF-1 + / + and VHL + / + ) and HIF-1α and VHL loci were 786 -O (HIF-1 - / - and VHL - / - ) cells were cultured for 24 hours in a hypoxic state (1% O 2 ) as in Example <5-2> And the cell lysate was subjected to Western blotting using anti-NDRG3, anti-HIF-1 alpha and anti-beta-actin (FIG. 11C).
그 결과, 도 11a에 나타낸 바와 같이, 저산소 상태 초기단계에서 HIF-1α 단백질의 발현이 현저히 증가하는 것과 상관없이 저산소 상태가 지속되는 동안 NDRG3 mRNA의 발현 수준이 변화되지 않고 지속적으로 유지되는 것을 확인하였다(도 11a).As a result, as shown in Fig. 11A, it was confirmed that the expression level of NDRG3 mRNA was maintained unchanged while the hypoxic state was maintained regardless of the remarkable increase in expression of HIF-1α protein in the early stage of hypoxia (Fig. 11A).
또한, 도 11b 및 도 11c에 나타낸 바와 같이, 정상 산소 상태에서 HIF의 결실에 영향을 받지 않고 PHD2의 활성 억제가 지속됨에 따라 NDRG3 단백질의 축적이 증가함을 확인하였고(도 11b), 저산소 상태에서도 HIF 및 VHL 결실에 영향을 받지 않고 NDRG3 단백질이 발현이 보존됨을 확인하였다(도 11c). 따라서, 상기 <실시예 5>의 결과들을 통해, NDRG3 단백질의 발현은 산소 의존적으로 PHD2에 의해 조절되고, 저산소 상태가 지속될수록 NDRG3의 발현이 지속되며, 이때 NDRG3 단백질 및 mRNA의 발현은 HIF 활성에 직접적으로 영향을 받지 않음을 확인하였고, 따라서 NDRG3이 HIF-비의존적으로 지속된 저산소 반응에 있어서 주요한 기능을 가짐을 확인하였다.
11B and 11C, it was confirmed that the accumulation of NDRG3 protein was increased as the inhibition of PHD2 activity was continued without being affected by the deletion of HIF under the normal oxygen state (FIG. 11B), and in the hypoxic state It was confirmed that expression of NDRG3 protein was conserved without being affected by HIF and VHL deletion (FIG. 11C). Thus, through the results of Example 5 above, the expression of NDRG3 protein is regulated by PHD2 in an oxygen dependent manner, and the expression of NDRG3 protein and mRNA is expressed by HIF activity as the hypoxic state continues. And thus confirmed that NDRG3 has a major function in HIF-independent persistently hypoxic reactions.
<< 실시예Example 6> 지속적인 6> Continuous 저산소Hypoxia 반응의 조절자로서 As an adjustor of the reaction NDRG3NDRG3 확인 Confirm
<6-1> <6-1> 저산소Hypoxia 상태에서 In state NDRG3NDRG3 의 기능 확인Confirm the function of
저산소 반응에 있어서 NDRG3의 기능을 확인하기 위하여, NDRG3의 발현이 억제된 세포를 이용하여 마이크로어레이-기반 트랜스크립톰 데이터(microarray-based transcriptome data)의 GAzer(Gene Set Analyzer)를 통한 유전자 발현 프로파일링(profiling)을 수행하였다. In order to confirm the function of NDRG3 in the hypoxic response, gene expression profiling through GAzer (Gene Set Analyzer) of microarray-based transcriptome data using cells in which expression of NDRG3 was inhibited .
구체적으로, shNDRG3 및 shHIF-1α를 이용하여 상기 실시예 <4-4> 및 실시예 <5-4>에 기재된 방법으로 NDRG3 또는 HIF-1α의 발현이 억제된 Huh-7 세포를 제작한 후, 상기 실시예 <5-2>와 같이 저산소 상태(1% O2)에서 시간별로 유지 배양하고 세포를 회수하였다. 그 다음, 상기 회수한 세포로부터 전체 RNA를 RNA 분리 키트(RNeasy midi-prep, Qiagen)를 이용하여 제조사의 절차에 따라 분리하였다. 그 다음, 마이크로어레이(microarray) 분석을 위하여 상기 분리한 전체 RNA 200 ng을 Illumina TotalPrepTM RNA 증폭 키트를 이용하여 증폭한 후, 증폭된 cRNA 700 ng을 HumanHT-12 v3/v4 발현 비드칩(Expression BeadChip)을 이용하여 16시간 동안 58℃에서 혼성화하였다. 세척 및 염색 후, 비드칩을 일루미나 비드어레이 리더(Illumina BeadArray Reader) 및 비드 스캔(Bead Scan) 소프트웨어(Illumina)를 이용하여 스캐닝하였다. 발현된 유전자는 GO(gene ontology) 분석을 이용하여 기능별로 구분하였다(Ashburner, M. et al., Nat. Genet., 2000(25), 25-29). 이 과정에서, Z 점수(표준값) 변환은 각각의 유전자 그룹화에 의한 표준화된 편차 점수를 계산하기 위하여 사용되었다. Z 점수 값은 GO 생물학적 과정의 활성을 가리킨다(도 12a).Specifically, Huh-7 cells inhibited the expression of NDRG3 or HIF-1α were prepared by the method described in Example <4-4> and Example <5-4> using shNDRG3 and shHIF-1α, The cells were maintained in a hypoxic state (1% O 2 ) as in Example <5-2> over time and cells were recovered. Then, total RNA was isolated from the recovered cells using an RNA isolation kit (RNeasy midi-prep, Qiagen) according to the manufacturer's procedure. Next, for the microarray analysis, 200 ng of the separated total RNA was amplified using an Illumina TotalPrep ™ RNA amplification kit, and then 700 ng of the amplified cRNA was amplified using a HumanHT-12 v3 / v4 expression bead chip ) For 16 hours at < RTI ID = 0.0 > 58 C. < / RTI > After washing and staining, the bead chips were scanned using an Illumina BeadArray Reader and Bead Scan software (Illumina). Expressed genes were classified by function using gene (gene ontology) analysis (Ashburner, M. et al., Nat. Genet., 2000 (25), 25-29). In this process, the Z score (standard value) transformation was used to calculate the standardized deviation score by each gene grouping. The Z score value indicates the activity of the GO biological process (Fig. 12A).
또한, 상기 <실시예 3>과 같이 NDRG3(N66D) 변이체를 HeLa 세포에 형질전환한 후, 대조군 보다 1.5배 이상의 발현 증가를 나타내는 136개의 유전자, 정상산소 상태보다 저산소 상태에서 1,5배 이상의 발현 증가를 보이는 1535개 유전자, 그리고 NDRG3(N66D) 변이체의 과발현과 저산소 상태에서 공통적으로 증가되는 유전자 68개를 선발하고, 상기 선발된 유전자들의 기능을 조사하기 위해 GAzer(Gene Set Analyzer)분석을 통해 기능별로 분류한 생물학적 온톨로지의 Z 점수(표준값)를 다이어그램으로 나타내었다(도 12b).In addition, 136 genes expressing NDRG3 (N66D) mutant were transfected into HeLa cells 1.5 times or more as compared with the control group as in Example 3, and expression levels of 1,5-fold or more in hypoxic state (N66D) variants and hypoxic conditions were selected. To investigate the function of the genes selected above, genes were analyzed by Gene Set Analyzer (Standard value) of the biological ontology classified into the above-mentioned categories (FIG. 12B).
그 결과, 도 12a에 나타낸 바와 같이, NDRG3 결실은 통계학적으로 24시간 저산소 상태 하에 기능적 유전자 그룹에서 중요한 발현 변화가 나타나는 것을 확인하였고, NDRG3 결실에 의해 가장 많이 영향을 받은 저산소증 기능이 혈관생성(angiogenesis) 및 세포 증식(proliferation)임을 확인하였고, 반면 해당과정(glycolysis)은 가장 관련이 적은 기능 중 하나임을 확인하였다. 반대로, HIF-1α의 경우, 저산소증 기능 중 가장 관련성이 높은 기능이 해당과정인 반면, 혈관생성 및 세포증식은 관련성이 적음을 확인하였다(도 12a). As a result, as shown in FIG. 12A, the NDRG3 deletion statistically confirmed significant expression changes in the functional gene group under hypoxic conditions for 24 hours, and the hypoxia function most affected by the NDRG3 deletion was angiogenesis ) And cell proliferation, while glycolysis was one of the least relevant functions. Conversely, in the case of HIF-1α, it was confirmed that the most relevant function of the hypoxic function is the corresponding process, while the angiogenesis and cell proliferation are less related (FIG. 12A).
또한, 도 12b에 나타낸 바와 같이, 정상 산소 상태에서 PHD2의 도킹 부위를 돌연변이한 NDRG3 N66D 변이체를 과발현시킨 경우, 혈관생성>세포증식≒세포성장≒세포사멸(apoptosis)≒세포이동(cell migration)>해당과정 순으로 상향조절이 이루어짐을 확인하였다(도 12b). 따라서, 상기 결과를 통해 NDRG3이 저산소증 반응에 있어서 중요한 기능을 가짐을 확인하였다.
12B, when overexpression of the NDRG3 N66D variant mutated at the docking site of PHD2 in the normal oxygen state, angiogenesis > cell proliferation ' cell growth ' apoptosis ' cell migration & It is confirmed that the up-regulation is performed in the order of the process (FIG. 12B). Therefore, it was confirmed that NDRG3 has an important function in the hypoxic response.
<6-2> <6-2> 저산소Hypoxia 상태에서 In state NDRG3NDRG3 에 의한 혈관생성 촉진 확인Confirming Promotion of Angiogenesis by
상기 <6-1>의 분석으로 확인한 저산소증에서 NDRG3의 관련성이 높은 기능 중 혈관생성에 있어서 NDRG3의 영향을 확인하기 위하여, NDRG3 발현이 억제된 세포를 이용하여 튜브 형성 분석법(tube forming assay), RT-PCR, 웨스턴 블럿팅 및 생체 내 혈관생성 분석법(in-vivo angiogenesis assay)을 수행하였다. In order to confirm the effect of NDRG3 in the production of angiogenesis, which is highly related to NDRG3 in hypoxia confirmed by the analysis of the above <6-1>, a tube forming assay using RT- -PCR, Western blotting and in vivo angiogenesis assay were performed.
구체적으로, NDRG3 결실에 의한 혈관생성 활성 변화를 확인하기 위하여 튜브 형성 분석법을 수행하였다. 먼저, 상기 실시예 <4-4>에 기재된 방법으로 shNDRG3을 이용하여 NDRG3의 발현이 억제된 Huh-7 (2×105 세포/ml) 및 대조군 Huh-7 세포를 저산소 상태(1% O2)하에서 24시간 동안 배양한 다음 배양액 (1 ml)을 회수하여 HUVEC(human umbilical vein endothelial cells)(1×105 세포/ml) 세포 와 함께 미리 마트리겔 (Matrigel)로 코팅한 6-웰 디쉬에서 6-12 시간동안 배양하여 튜브 형성을 관찰하였다(도 13a).Specifically, tube formation assay was performed to confirm the change of angiogenic activity by NDRG3 deletion. First, the expression of NDRG3 using shNDRG3 by the method described in Example <4-4> inhibition Huh-7 (2 × 10 5 cells / ml) and control Huh-7 cells to hypoxia (1% O 2 ) in the culture medium and then cultured for 24 hours in a while (1 ml) were recovered and HUVEC (human umbilical vein endothelial cells) (1 × 10 5 cells / ml) cells together in a 6-well dish coated with a pre-Matrigel (Matrigel) The tube formation was observed by incubating for 6-12 hours (Fig. 13A).
또한, 저산소 상태에서 NDRG3 결실로 인한 신생혈관생성 마커인 IL8, IL1α 및 IL1β, COX-2 및 PAI-1의 발현을 확인하기 위하여 상기 실시예 <6-1>에 기재된 방법으로 획득한 NDRG3 결실 Huh-7 세포 및 대조군 Huh-7 세포를 정상 산소 상태(21% O2) 하에서 또는 저산소 상태 (1% O2) 하에서 24시간 동안 유지 배양한 후 세포를 회수하였다. 또한, 상기 실시예 <4-3>에 기재된 방법으로 제작한 NDRG3(N66D) 변이체를 상기 <실시예 3>과 같이 HeLa 세포에 형질전환하고 정상 산소 상태 하에서 24시간 동안 유지 배양한 후 세포를 회수하였다. 그 다음, 상기 실시예 <4-4>에 기재된 방법으로 전체 RNA를 분리하고 RT-PCR을 수행하였다. 또한, 상기 각각의 세포 일부를 항-NDRG3 항체를 이용하여 상기 <실시예 3>과 같이 웨스턴 블럿팅을 수행하여 NDRG3의 발현을 확인하였다(도 13b).In order to confirm the expression of IL8, IL1 [alpha] and IL1 [beta], COX-2 and PAI-1, which are neovascularization markers due to NDRG3 deletion in a hypoxic state, NDRG3 deletion obtained by the method described in Example <6-1> -7 cells and control Huh-7 cells were cultured under normoxic condition (21% O 2 ) or in hypoxic condition (1% O 2 ) for 24 hours and then the cells were recovered. The NDRG3 (N66D) mutant prepared by the method described in Example <4-3> was transformed into HeLa cells as described in Example 3, and cultured for 24 hours under normal oxygen conditions. Cells were recovered Respectively. Then, the total RNA was isolated and RT-PCR was performed by the method described in Example <4-4> above. Further, a portion of each of the above cells was subjected to Western blotting using an anti-NDRG3 antibody as in Example 3 to confirm the expression of NDRG3 (FIG. 13B).
또한, NDRG3 결실에 의한 생체내 혈관생성 분석을 위하여 마트리겔 플러그 분석법(matrigel plug assay)을 수행하였다. 먼저, 차가운 매트리겔(BD Biosciences)을 상기 실시예 <6-1>에 기재된 방법으로 획득한 NDRG3 결실 Huh-7 세포(1×106 세포/ml) 및 대조군 Huh-7 세포(1×106 세포/ml)와 혼합하였다. 그 다음, 상기 혼합된 매트리겔 500 ㎕를 6주된 암컷 BALB/c 마우스(Japan SLC)의 복부 부위로 피하주입하였다. 7일 후, 상기 마우스를 희생하고 매트리겔 플라그를 획득한 후, 헤모글로빈 정량을 위하여(hemoglobin quantification) 얼음통 안에서 500 ㎕ 물로 균질화하고 4℃에서 15분 동안 12,000 rpm으로 원심분리하여 세척하였다. 그 다음, 상층액만 분리한 후, Drabkin's 시약(Sigma)을 이용하여 제조사의 절차에 따라 반응시키고 흡광광도계로 570 nm의 파장에서 흡광도를 측정하여 그래프화하였다(도 13c).Matrigel plug assay was also performed for in vivo angiogenesis analysis by NDRG3 deletion. First, NDRG3-deficient Huh-7 cells (1 × 10 6 cells / ml) and control Huh-7 cells (1 × 10 6 cells / ml) obtained by the method described in the above Example <6-1> and cold Matrigel (BD Biosciences) Cells / ml). Then, 500 μl of the mixed matrigel was subcutaneously injected into the abdominal region of a 6-week-old female BALB / c mouse (Japan SLC). Seven days later, the mice were sacrificed and matrigel plaques were obtained. Hemoglobin quantification was performed by homogenization in 500 μl of water in ice cubes and centrifugation at 12,000 rpm for 15 minutes at 4 ° C. Then, only the supernatant was separated, and the resultant was reacted according to the manufacturer's procedure using Drabkin's reagent (Sigma), and absorbance was measured at a wavelength of 570 nm using a spectrophotometer to graphically show (FIG.
그 결과, 도 13a 및 도 13b에 나타낸 바와 같이, 저산소 상태 하에서 NDRG3 발현이 억제된 세포의 경우 대조군에 비해 튜브 형성이 감소하는 것을 확인함으로써, NDRG3 결실이 저산소 반응으로 유도된 혈관생성 활성을 억제함을 확인하였다(도 13a). 또한, 저산소 상태에 있는 NDRG3 결실된 세포(도 13b, 왼쪽)에서는 신생혈관생성의 표지 인자인 IL8, IL1α 및 IL1β, COX-2 및 PAI-1 mRNA의 발현이 현저하게 감소하는 반면, PHD2 결합 부위가 돌연변이된 NDRG3(N66D) 변이체가 과발현된 세포(도 13b, 오른쪽)에서 상기 인자의 mRNA 발현이 증가하는 것으로 확인함으로써, 저산소증 반응에서 NDRG3에 의해 신생혈관생성 인자의 발현이 증가하여 혈관생성을 활성이 촉진됨을 확인하였다(도 13a 및 도 13b).By As a result, as shown in Figs. 13a and 13b, determine that the tube is formed lower than that in the case of the NDRG3 expression control cell control under hypoxic conditions, also NDRG3 deletion inhibit the angiogenic activity induced by hypoxic response (Fig. 13A). In addition, the expression of IL8, IL1 [alpha] and IL1 [beta], COX-2 and PAI-1 mRNAs that are markers of neovascularization in the hypoxic state of NDRG3 deleted cells (Fig. 13b, left) (Fig. 13B, right) of the NDRG3 (N66D) mutant overexpressing the mutant NDRG3 (N66D) mutant, the expression of the factor is increased by the NDRG3 in hypoxia, (Figs. 13A and 13B).
또한, 도 13c에 나타낸 바와 같이, NDRG3의 발현이 억제된 세포를 이식한 마우스에서 헤모글로빈 농도가 감소하는 것을 확인함으로써, 상기 결과와 동일하게 생체 내에서 NDRG3에 의해 혈관생성이 촉진됨을 확인하였다(도 13c).
Further, as shown in Fig. 13C, it was confirmed that the hemoglobin concentration was decreased in the mouse transplanted cells in which expression of NDRG3 was suppressed, and it was confirmed that NDRG3 stimulated angiogenesis in vivo similarly to the above results 13c).
<6-3> <6-3> 저산소Hypoxia 상태에서 In state NDRG3NDRG3 에 의한 세포증식 촉진 확인Promoting cell proliferation by
상기 <6-1>의 분석으로 확인한 저산소증에서 NDRG3의 관련성이 높은 기능 중 세포증식에 있어서 NDRG3의 영향을 확인하기 위하여, MTT 분석법을 수행하여 세포성장을 분석하고, 생체내(in vivo) 이식한 종양 부피를 측정하고, 면역형광염색법, 웨스턴 블럿팅 및 RT-PCR을 수행하였다.In order to confirm the effect of NDRG3 on the cell proliferation of highly functional NDRG3 in hypoxia confirmed by the analysis of <6-1> described above, MTT assay was performed to analyze cell growth, and in vivo transplantation Tumor volume was measured, and immunofluorescence staining, Western blotting and RT-PCR were performed.
구체적으로, NDRG3 결실에 의한 세포성장을 확인하기 위하여 MTT 분석법을 수행하였다. 먼저, 상기 실시예 <6-1>에 기재된 방법으로 획득한 NDRG3 결실 Huh-1 세포 및 대조군 Huh-1 세포를 2,000 세포/웰의 개수로 96-웰(well) 플레이트(plaste)에 분주하고 37℃, 5% CO2 배양기, 저산소 상태(3% O2)에서 시간별로 배양하였다. 그 다음, PBS로 희석한 1 mg/㎖ MTT 용액을 처리하여 2시간 동안 반응한 후, 상기 MTT가 포함된 배지를 제거하고 MTT 포르마잔 크리스탈(formazan crystal)을 용해하기 위하여 100 ㎕ DMSO을 처리하였다. 그 다음, 흡광광도계로 570 nm 파장에서 흡광도를 측정하였다(도 14a).Specifically, MTT assay was performed to confirm cell growth by NDRG3 deletion. First, NDRG3-deficient Huh-1 cells and control Huh-1 cells obtained by the method described in Example <6-1> were dispensed into a 96-well plate in a number of 2,000 cells / well, , 5% CO2 incubator, and hypoxic condition (3% O 2 ). Then, 1 mg / ml MTT solution diluted with PBS was treated and reacted for 2 hours. Then, the medium containing MTT was removed and 100 占 퐇 DMSO was treated to dissolve MTT formazan crystal . Absorbance was then measured at a wavelength of 570 nm with a spectrophotometer (Fig. 14A).
또한, NDRG3 및 HIF 결실에 따른 종양 형성 정도를 확인하기 위하여 상기 실시예 <4-4> 및 <5-4>에 기재된 방법으로 제작한 NDRG3, HIF-1α, HIF-2α, NDRG3 및 HIF-1α, 또는 NDRG3 및 HIF-2α 발현이 억제된 Huh-7 세포(2×106 세포/100 ㎕) 각각을 6 주된 암컷 BALB/c 마우스 옆구리의 피하에 투여하였다(도 14b). 또한, 상기 실시예 <4-3>에 기재된 방법으로 제작한 NDRG3(N66D) 변이체를 상기 <실시예 3>과 같이 형질전환한 Huh-1 세포(2×106 세포/100 ㎕)를 상기와 같이 마우스 옆구리의 피하에 투여하였다(도 14c). 그 다음, 투여 10일 후 종양의 크기를 비교하기 위해 이미지화하였다(도 14b 및 도 14c).HIF-1α, HIF-2α, NDRG3, and HIF-1α, which were prepared by the methods described in Examples <4-4> and <5-4>, were used to confirm the degree of tumor formation due to deletion of NDRG3 and HIF , Or Huh-7 cells (2 x 10 6 cells / 100 μl) in which NDRG3 and HIF-2α expression were inhibited were subcutaneously injected into the flank of six-week-old female BALB / c mice (FIG. Further, Huh-1 cells (2 × 10 6 cells / 100 μl) transformed with the NDRG3 (N66D) mutant prepared by the method described in Example <4-3> as described in <Example 3> As well as subcutaneously in the side of the mouse (Fig. 14C). Then, after 10 days of administration, tumor sizes were imaged for comparison (Fig. 14B and Fig. 14C).
또한, 상기 NDRG3, HIF-1α, HIF-2α, NDRG3 및 HIF-1α, 또는 NDRG3 및 HIF-2α 발현이 억제된 Huh-7 세포를 이식한 마우스(도 14d) 및 상기 NDRG3(N66D) 변이체가 과발현된 Huh-1 세포를 이식한 마우스(도 14e)에서 이식 후 주어진 시간에 캘리퍼(caliper)를 이용하여 종양의 부피를 측정하였다. 종양의 부피는 길이(a), 넓이(b) 및 높이(c)를 측정하여 하기 [수학식 1]과 같이 계산하여 그래프화하였다(도 14d 및 도 14e).14d) and the NDRG3 (N66D) mutant were transfected with Huh-7 cells transfected with the NDRG3, HIF-1α, HIF-2α, NDRG3 and HIF-1α or NDRG3 and HIF- The tumor volume was measured using a caliper at a given time after transplantation in a mouse transplanted with Huh-1 cells (Figure 14e). The volume of the tumor was measured by measuring the length (a), the width (b), and the height (c) as shown in the following formula (1).
또한, 상기 NDRG3, HIF-1α 및 HIF-2α 발현이 억제된 Huh-7 세포(2×106 세포/100 ㎕)를 이식한 마우스의 종양 조직을 적출한 후, 상온에서 10% 포르말린(formaline)으로 하루동안 고정하였다. 그 다음, 파라핀(parinffin)을 처리하고 4 ㎛ 섹션화하였다. 그 다음, 상온에서 5분 동안 0.3% TritonX-100/PBS로 침투화하고 차단 용액(1% BSA가 포함된 PBS)으로 30분 동안 배양한 후, 상기 실시예 <5-1>에 기재된 방법으로 일차 항체로 세포 증식 바이오마커인 Ki67 확인을 위한 항-ki67 항체 및 항-NDRG3으로 반응하고, 이차 항체[Alexa Flour 488-접합된 고트(goat) 항-레빗 IgG (1/1,000), 또는 Alexa Flour 594- 접합된 고트 항-마우스 IgG (1/1,000)] 및 DAPI로 반응 후 Zeiss LSM 510 공초점 현미경을 이용하여 시각화하였다(도 14f).Tumor tissues of mice transplanted with Huh-7 cells (2 × 10 6 cells / 100 μl) in which expression of NDRG3, HIF-1α and HIF-2α were inhibited were extracted and formalin- For one day. The parinffin was then treated and sectioned 4 [mu] m. Then, the cells were infiltrated with 0.3% Triton X-100 / PBS for 5 minutes at room temperature, and incubated with a blocking solution (PBS containing 1% BSA) for 30 minutes. The cells were incubated with secondary antibody (Alexa Flour 488-conjugated goat anti-rabbit IgG (1 / 1,000), or Alexa Flour 594-conjugated goat anti-mouse IgG (1 / 1,000)] and DAPI and visualized using a Zeiss LSM 510 confocal microscope (Fig. 14f).
또한, 상기 NDRG3, HIF-1α 및 HIF-2α 발현이 억제된 Huh-7 세포(2×106 세포/100 ㎕)를 이식한 마우스의 종양 조직을 적출한 후 액체질소로 동결하였다. 그 다음, 상기 실시예 <4-2>에 기재된 방법으로 RT-PCR을 수행하여 mRNA의 발현을 확인하고, 상기 <실시예 2>에 기재된 방법으로 항-NDRG3 및 항-β-액틴 항체로 웨스턴 블럿팅을 수행하여 단백질의 발현을 확인하였다(도 14g).Tumor tissues of mice transplanted with Huh-7 cells (2 × 10 6 cells / 100 μl) in which NDRG3, HIF-1α and HIF-2α expression were inhibited were extracted and frozen with liquid nitrogen. Then, RT-PCR was performed by the method described in Example <4-2> to confirm the expression of mRNA, and the expression of anti-NDRG3 and anti-β-actin antibody was measured by the method described in <Example 2> Blotting was performed to confirm protein expression (Fig. 14G).
그 결과, 도 14a에 나타낸 바와 같이, 가벼운 저산소 상태에서 NDRG3이 결실된 세포의 경우 대조군에 비해 시간이 경과함에 따라 세포 성장이 감소하는 것을 확인하였다(도 14a).As a result, as shown in FIG. 14A, it was confirmed that cell growth of cells lacking NDRG3 in a mild hypoxic state was decreased over time as compared with the control group (FIG. 14A).
또한, 도 14b 내지 도 14e에 나타낸 바와 같이, NDRG3 발현이 억제된 세포를 이식한 마우스의 종양 크기가 대조군 및 HIF 발현이 억제된 세포를 이식한 마우스에 비해 시간이 경과함에 따라 억제되고, 특히, NDRG3 및 HIF-1α 또는 -2α의 동시 결실된 세포를 이식한 마우스의 경우 종양이 생성되지 않는 것을 확인하였다(도 14b 및 도 14d). 반면, PHD2의 도킹 부위가 돌연변이된 NDRG3(N66D) 변이체를 과발현한 세포를 이식한 마우스의 종양 크기는 대조군에 비해 현저히 증가하고, 특히 이식 후 20일까지 대조군의 경우 종양이 형성되지 않는 반면 NDRG3(N66D) 변이체 과발현 세포 이식 마우스의 경우 약 900 mm3까지 종양 크기가 증가하는 것을 확인함으로써, NDRG3(N66D) 변이체에 의해 종양 성장이 촉진됨을 확인하였다(도 14b 내지 도 14e).In addition, as shown in Figs. 14B to 14E, the tumor size of a mouse transplanted with NDRG3 expression-suppressed cells was inhibited over time as compared with mice transplanted with control and HIF-expressing cells, It was confirmed that no tumor was generated in mice transplanted with the cells of NDRG3 and HIF-la or -2? Co-deleted (FIGS. 14B and 14D). On the other hand, tumor size of mice transplanted with cells overexpressing the NDRG3 (N66D) mutant in which the docking site of PHD2 was mutated was significantly increased compared to the control, and tumor was not formed in the control group until 20 days after transplantation, whereas NDRG3 N66D) mutant over-expressing cell transplanted mice showed that the tumor size was increased to about 900 mm 3 , thereby confirming that tumor growth was promoted by the NDRG3 (N66D) mutant (FIG. 14B to FIG. 14E).
또한, 도 14f 및 도 14g에 나타낸 바와 같이, NDRG3 결실 세포 이식 마우스의 종양 조직의 경우 세포 증식 마커인 Ki-67의 단백질 발현이 억제됨을 확인하였다(도 14f). 또한, NDRG3 결실 세포 이식 마우스의 종양 조직에서 종양 혈관생성 마커인 IL8 및 CD31의 단백질 및 mRNA 발현이 억제되는 것을 확인하였다(도 14f 및 도 14g). 따라서, 상기 <실시예 6>의 결과들을 통해 NDRG3이 지속적인 저산소 상태에서 혈관생성 및 세포증식을 촉진하는데 중요한 역할을 함을 확인하였다.
As shown in FIGS. 14F and 14G, it was confirmed that the expression of Ki-67, a cell growth marker, was suppressed in tumor tissues of NDRG3-deficient cell transplanted mice (FIG. 14F). In addition, it was confirmed that the expression of proteins and mRNAs of IL-8 and CD31, which are tumor angiogenesis markers, in tumor tissues of NDRG3 deletion cell transplantation mice was inhibited (FIGS. 14F and 14G). Therefore, it was confirmed that NDRG3 plays an important role in promoting angiogenesis and cell proliferation in the hypoxic state.
<< 실시예Example 7> 7> NDRG3NDRG3 -- 매개된Mediated 저산소Hypoxia 반응에서 L-젖산(L- In the reaction, L-lactic acid (L- LactateLactate ) 생성의 효과 확인) Confirm the effect of generation
<7-1> <7-1> 저산소Hypoxia 상태에서 In state NDRG3NDRG3 단백질 축적 및 젖산 생성 확인 Identification of protein accumulation and lactic acid production
상기 실시예 <5-2>를 통해 확인한 장기 유도기(long lag periods)의 NDRG3 단백질 축적 및 분해는 NDRG3의 저산소성 발현 조절에 있어서 여러 단계가 관여함을 나타낸다. 따라서, 저산소증과 관련된 생화학적 특징 및 NDRG3의 관련성을 확인하기 위하여, 저산소 상태에서 젖산 생성 측정, 웨스턴 블럿팅 및 RT-PCR을 수행하고, NDRG3의 유비퀴틴화를 확인하기 위하여 시험관내(in-vitro) 유비퀴틴 분석법을 수행하였다.The accumulation and degradation of NDRG3 protein in long lag periods identified through Example <5-2> indicates that several steps are involved in the regulation of hypoxic expression of NDRG3. Therefore, in order to confirm the biochemical characteristics related to hypoxia and the relationship of NDRG3, lactic acid production measurement, Western blotting and RT-PCR were performed in a hypoxic condition, and in-vitro was performed to confirm ubiquitination of NDRG3. Ubiquitin assay was performed.
구체적으로, MCF-7 세포를 상기 실시예 <5-2>와 같이 정상 산소 상태(21% O2)에서 24시간 동안 유지 배양하거나 또는 저산소 상태(1% O2)에서 시간별로 유지 배양한 후, 상기 <실시예 3>과 같이 세포를 회수하여 용해하였다. 그 다음, 상기 세포 용해물을 항-NDRG3, 항-HIF-1α 및 항-β-액틴을 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하고, EnzyChromTM L-젖산 분석법 키트(BioAssay Systems)를 이용하여 제조사의 절차에 따라 L-젖산(L-Lactate) 생성을 측정하여 그래프화하였다. 값은 L-젖산 표준 곡선으로 정규화하였다(도 15a).Specifically, MCF-7 cells were cultured for 24 hours in a normal oxygen state (21% O 2 ) or maintained in a hypoxic state (1% O 2 ) for a time period as in Example <5-2> , Cells were collected and dissolved as in Example 3 above. Then, the cell lysate was subjected to Western blotting using anti-NDRG3, anti-HIF-1 alpha and anti-beta-actin, and subjected to the manufacturer's procedure using EnzyChrom TM L-lactic acid assay kit (BioAssay Systems) The production of L-lactate (L-lactate) was measured and plotted. Values were normalized with L-lactic acid standard curve (Fig. 15A).
또한, L-젖산 생성 억제가 NDRG3 단백질 발현에 미치는 영향을 확인하기 위하여 MCF-7 세포에 LDHA(lactate dehydrogenase A) 억제제인 소듐 옥사메이트(sodium oxamate)를 농도별로 처리하고 상기 실시예 <5-2>와 같이 저산소 상태(1% O2)에서 24시간 동안 유지 배양한 후, 상기 <실시예 3>과 같이 세포를 회수하여 용해하였다. 그 다음, 상기와 같이 항-NDRG3, 항-HIF-1α 및 항-β-액틴을 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하고, L-젖산(L-Lactate) 생성을 측정하여 그래프화하였다. 값은 L-젖산 표준 곡선으로 정규화하였다(도 15b).To confirm the effect of inhibition of L-lactic acid production on NDRG3 protein expression, MCF-7 cells were treated with sodium lactate dehydrogenase (LDHA) inhibitor sodium oxamate in a concentration-dependent manner, And maintained in a hypoxic state (1% O 2 ) for 24 hours. Then, the cells were recovered and dissolved as in Example 3 above. Western blotting was then performed using anti-NDR-3, anti-HIF-1 alpha and anti-beta-actin as described above and L-lactate production was measured and plotted. Values were normalized with L-lactic acid standard curve (Fig. 15B).
또한, L-젖산 생성 억제가 NDRG3 단백질 발현에 미치는 영향을 확인하기 위하여 상기 실시예 <4-2>에 기재된 방법으로 siLDHA(siGENOME SMARTpool, Dharmacon) 또는 siMCT4(siGENOME SMARTpool, Dharmacon)를 LDHA 또는 젖산 수출(export)에 관여하는 모노카복실레이트 수송체(monocarboxylate transproter)인 MCT4가 결실된 MCF-7 세포를 제작한 후, 상기 실시예 <5-2>와 같이 저산소 상태(1% O2)에서 24시간 동안 유지 배양하고, 상기 <실시예 3>과 같이 세포를 회수하여 용해하였다. 그 다음, 상기와 같이 항-NDRG3, 항-HIF-1α 및 항-β-액틴을 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하고, L-젖산(L-Lactate) 생성을 측정하여 그래프화하였다(도 15c). 또한, LDHA 및 MCT4 결실을 확인하기 위하여 상기 실시예 <4-2>와 같이 RT-PCR을 수행하였다(도 15c).In order to confirm the effect of inhibition of L-lactic acid production on NDRG3 protein expression, siLDHA (siGENOME SMARTpool, Dharmacon) or siMCT4 (siGENOME SMARTpool, Dharmacon) were exposed to LDHA or lactic acid by the method described in Example <4-2> MCF-7 cells lacking MCF4, which is a monocarboxylate transproter that is involved in the export of MCF4, were prepared and cultured in a hypoxic state (1% O 2 ) for 24 hours , And the cells were collected and dissolved as in Example 3 above. Western blotting was then carried out using anti-NDRG3, anti-HIF-1 alpha and anti-beta-actin as described above and L-lactate production was measured and plotted (Figure 15c) . In order to confirm the deletion of LDHA and MCT4, RT-PCR was performed as in Example <4-2> (FIG. 15C).
또한, 해당과정 억제가 NDRG3 단백질 발현에 미치는 영향을 확인하기 위하여 MCF-7 세포에 해당과정을 억제하는 2-데옥시글루코오스(2-deoxyglucose, 2-DG)를 농도별로 처리하고 상기 실시예 <5-2>와 같이 저산소 상태(1% O2)에서 24시간 동안 유지 배양한 후, 상기 <실시예 3>과 같이 세포를 회수 및 용해하고 항-NDRG3 및 항-β-액틴을 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 15d).2-deoxyglucose (2-DG), which inhibits the process, was treated with MCF-7 cells in a concentration-dependent manner to examine the effect of the inhibition of NDRG3 on the expression of the NDRG3 protein, -2> and as hypoxia (1% O 2) maintained for 24 hours in a culture and then, collected and dissolved in the cell, such as the <example 3> using an anti-actin Western block -NDRG3 and wherein -β- (Fig. 15D).
또한, 과다한 젖산 생성에 의한 NDRG3 단백질의 발현을 확인하기 위하여 Flag-태그된 LDHA 발현 벡터를 제작한 후, 상기 <실시예 3>과 같이 HeLa 세포에 형질전환하고 정상 산소 상태(21% O2) 하에 24시간 동안 유지 배양하였다. 그 다음, 추가적으로 피루베이트(pyruvate) 50 mM을 처리하고 가벼운 저산소 상태(3% O2) 하에서 24시간 동안 유지 배양한 후, 세포를 회수 및 용해하고 항-NDRG3, 항-Flag 및 항-β-액틴을 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 15e).Further, in order to confirm the expression of NDRG3 protein by excessive lactic acid production, a Flag-tagged LDHA expression vector was constructed and transformed into HeLa cells as in Example 3 and incubated with normal oxygen (21% O 2 ) Lt; / RTI > for 24 hours. Then, additional pyruvate (pyruvate) then treated with 50 mM and kept for 24 hours under mild hypoxia (3% O 2) the culture, the cells are recovered, and dissolved, and wherein -NDRG3, wherein -Flag and wherein -β- Western blotting was performed using actin (Fig. 15E).
또한, 젖산 생성이 NDRG3의 유비퀴틴화에 미치는 영향을 확인하기 위하여 시험관내 유비퀴틴 분석법을 수행하였다. 먼저, Flag-태그된 PHD2 및 HA-태그된 VHL을 상기 <실시예 3>과 같이 HEK293T 세포에 형질전환한 후, 세포를 회수하여 용해하였다. 그 다음, 단백질 용해물(500 ㎍)을 항-HA 친화겔(Sigma) 또는 항-Flag 친화겔 (Sigma)를 이용하여 4℃에서 하루동안 반응하고 원심분리하여 재조합 PHD2 단백질들 또는 VHL 단백질들을 획득하였다. 그 다음, L-젖산(pH 7.0, 20 mM)을 처리 또는 무처리하고, 상기 재조합 PHD2/VHL-결합 단백질들, 상기 실시예 <4-1>에 기재된 방법으로 획득한 재조합 인간 NDRG3-GST(4 ㎍), 500 ng 유비퀴틴-활성 효소(ubiquitin-activating enzyme; E1, Upstate), 1 ㎍ 유비퀴틴-접합 효소(ubiquitin-conjugating enzyme; E2(UbcH5a), Upstate), 2.5 ㎍ 유비퀴틴-Flag (Sigma), 20 mM HEPES (pH 7.3), 5 mM MgCl2, 1 mM DTT, 및 2 mM ATP가 포함된 50 ㎕ 용액으로 37℃에서 1시간 동안 반응시겼다. 그 다음, 상기 혼합물을 GST-결합 아가로오스 레진으로 4℃에서 4시간 동안 배양한 후, 침전물을 세척하고 상기 <실시예3>과 같이 항-Flag을 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 15f). In addition, in vitro ubiquitin assay was performed to confirm the effect of lactic acid production on ubiquitination of NDRG3. First, Flag-tagged PHD2 and HA-tagged VHL were transformed into HEK293T cells as described in Example 3, and cells were recovered and lysed. Protein lysate (500 μg) was then reacted with anti-HA affinity gel (Sigma) or anti-Flag affinity gel (Sigma) at 4 ° C for one day and centrifuged to obtain recombinant PHD2 proteins or VHL proteins Respectively. Subsequently, the recombinant human NDRG3-GST (SEQ ID NO: 2) obtained by the method described in the above Example < 4-1 > and the recombinant PHD2 / VHL- 4 μg), 500 ng ubiquitin-activating enzyme (E1, Upstate), 1 μg ubiquitin-conjugating enzyme (E2 UbcH5a, Upstate), 2.5 μg ubiquitin- 20 mM HEPES (pH 7.3), 5 mM MgCl2, 1 mM DTT, and 2 mM ATP for 1 hour at 37 < 0 > C. Then, the mixture was incubated with GST-bound agarose resin at 4 DEG C for 4 hours, and the precipitate was washed and subjected to Western blotting using anti-Flag as described in Example 3 15f).
그 결과, 도 15a 및 15b에 나타낸 바와 같이, 저산소 상태 초기단계에서 HIF-1α 단백질의 발현이 현저하게 증가한 후 감소하지만 젖산 생성 및 NDRG3 단백질의 축적은 저산소 상태가 지속될수록 현저하게 증가하는 것을 확인하였다(도 15a). 반대로, 소듐 옥사메이트를 처리하여 젖산 생성을 억제한 경우, NDRG3 단백질 축적이 젖산의 발현과 비례하게 억제되는 것을 확인함으로써(도 15b), 저산소 상태에서 NDRG3 단백질의 발현은 젖산 생성과 관련이 있음을 확인하였다(도 15a 및 도 15b).As a result, as shown in FIGS. 15A and 15B, it was confirmed that the expression of HIF-1.alpha. Protein was remarkably increased and decreased in the early stage of hypoxic state, but accumulation of lactic acid production and NDRG3 protein increased remarkably as the hypoxic state continued (Fig. 15A). Conversely, by confirming that NDRG3 protein accumulation is inhibited proportionally to the expression of lactic acid (Fig. 15B) when sodium oxamate is treated to inhibit lactate production, expression of NDRG3 protein in the hypoxic state is associated with lactic acid production (Figs. 15A and 15B).
또한, 도 15c 내지 도 15e에 나타낸 바와 같이, LDHA 결실 또는 2-데옥시글루코오스 처리를 통해 해당과정을 억제하여 젖산 생성이 억제된 경우, 저산소 상태에서 NDRG3 단백질의 발현이 감소하는 반면, MCT4 결실, 또는 LDHA 과발현 및/또는 피루베이트 포함 배지 공급을 통해 젖산이 증가될 경우, 저산소 상태에서 NDRG3 단백질의 축적이 증가하는 것을 확인함으로써, HIF 단백질의 저산성 유도와 달리, NDRG3 단백질 축적에 있어서 산소 결핍뿐만 아니라 해당화 젖산(glycolytic lactate) 생산이 추가적으로 요구됨을 확인하였다(도 15c 내지 도 15e).In addition, as shown in FIGS. 15C to 15E, when the production is suppressed by inhibiting the process by LDHA deletion or 2-deoxyglucose treatment, the expression of NDRG3 protein decreases in the hypoxic state, while the expression of MCT4 deletion, Or LDH overexpression and / or pyruvate-containing medium, the accumulation of NDRG3 protein in the hypoxic state is increased. As a result, unlike the hypoxic induction of HIF protein, oxygen deficiency in NDRG3 protein accumulation It was further confirmed that glycolytic lactate production was further required (Figs. 15C to 15E).
또한, 도 15f에 나타낸 바와 같이, 젖산을 처리한 경우 PHD2/VHL 복합체에 의한 재조합 NDRG3 단백질의 유비퀴틴화가 감소되는 것을 확인함으로써, 저산소 상태 하에 젖산 생성으로 NDRG3 단백질의 유비퀴틴화가 억제되고 세포내에서 축적됨을 확인하였다(도 15f).
Further, as shown in FIG. 15F, it was confirmed that the ubiquitination of the recombinant NDRG3 protein by the PHD2 / VHL complex was reduced when the lactic acid was treated. Thus, lactic acid production under hypoxic condition inhibited the ubiquitination of NDRG3 protein and accumulated in the cells (Fig. 15F).
<7-2> <7-2> 저산소Hypoxia 상태에서 In state NDRG3NDRG3 및 젖산의 결합 확인 And lactate binding
산소 상태에 따른 젖산 및 NDRG3 단백질의 상호작용을 확인하기 위하여, NDRG3 재조합 단백질 및 부위-지정 돌연변이를 이용하여 NDRG3 변이체 재조합 단백질을 제작하고 이를 이용하여 시험관내(in-vitro) 결합 분석법(binding assay), 면역염색 및 웨스턴 블럿팅을 수행하였다.In order to confirm the interaction of lactic acid and NDRG3 protein according to the oxygen state, NDRG3 recombinant protein and site-directed mutagenesis were used to prepare an NDRG3 mutant recombinant protein and used for in-vitro binding assay. , Immunostaining and Western blotting were performed.
구체적으로, L-젖산 및 NDRG3 단백질의 상호작용을 확인하기 위하여 상기 실시예 <4-1>에 기재된 방법으로 클로닝한 pGEX-4T-2-NDRG3을 주형으로 하기 [표 4]의 프라이머를 이용하여 상기 실시예 <4-3>과 같이 부위-지정 돌연변이를 수행하여 NDRG3의 L-젖산 결합부위 중 138번째 아미노산인 글리신(Glycine, G)을 트립토판(Tryptophan, W)으로 치환된 pGEX-4T-2-NDRG3(G138W) 변이체 컨스트럭트를 획득하였다. 그 다음, 상기 제조된 재조합 단백질의 발현을 위하여, 상기 재조합 플라스미드 pGEX-4T-2-NDRG3 야생형 및 -NDRG3(G138W)를 대장균 균주 BL21에 형질전환하고, 상기 <실시예 2>와 같이 GST-결합 아가로오스 레진을 이용하여 정제하였다. 그 다음, 상기 <실시예 3>과 같이 9% SDS-PAGE로 전기영동한 후, 쿠마쉬 브릴리언트 블루로 염색하여 검출을 확인하고, 재조합 단백질의 발현을 확인하기 위하여 항-GST 및 항-NDRG3 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 16a).Specifically, in order to confirm the interaction between L-lactic acid and NDRG3 protein, pGEX-4T-2-NDRG3 cloned by the method described in Example <4-1> was used as a template and the primer of [Table 4] Glycine (G), which is the 138th amino acid in the L-lactic acid binding site of NDRG3, was transfected with pGEX-4T-2 (Tryptophan) substituted with tryptophan -NDRG3 (G138W) mutant construct. Then, the recombinant plasmids pGEX-4T-2-NDRG3 wild-type and -NDRG3 (G138W) were transformed into E. coli strain BL21 for expression of the recombinant protein, and GST-binding And purified using agarose resin. Then, the cells were electrophoresed on 9% SDS-PAGE as described in Example 3, stained with Coomassie Brilliant Blue to confirm the detection. To confirm the expression of recombinant proteins, anti-GST and anti-NDRG3 antibodies (Fig. 16A).
NDRG3 (G138W)
또한, L-젖산 및 NDRG3 단백질의 상호작용을 확인하기 위하여 시험관내 결합 분석법을 수행하였다. GST 또는 상기 GST-NDRG3 재조합 단백질(50 ㎍)을 30℃에서 1시간 동안 비표지된 L-젖산(pH 7.0, Sigma) 및 L-[14C]-젖산(PerkinElmer) 0.5 μCi와 함께 반응시켰다. 그 다음, GST-결합 아가로오즈 레진을 첨가하여 4시간 동안 반응한 후 상기 반응 혼합물에서 NDRG3-GST 단백질이 결합된 레진을 획득한 후, PBS로 불순물을 제거한 다음, 상기 NDRG3 결합된 아가로오스 레진을 2 ㎖ LSC-칵테일(PerkinElmer)이 포함된 섬광 용액으로 옮기어 14C 값을 측정하여 그래프화하였다(도 16b, 왼쪽). 또한, GST, 상기 GST-NDRG3 재조합 단백질(50 ㎍) 또는 상기 GST-NDRG3(G138W) 변이체 재조합 단백질(50 ㎍)을 30℃에서 1시간 동안 L-[14C]-젖산(PerkinElmer) 0.5 μCi과 반응한 후, 상기와 동일한 방법으로 14C 값을 측정하여 그래프화하였다(도 16b, 오른쪽).In addition, in vitro binding assay was performed to confirm the interaction of L-lactic acid and NDRG3 protein. GST or the GST-NDRG3 recombinant protein (50 μg) was reacted with unlabeled L-lactic acid (pH 7.0, Sigma) and 0.5 μCi of L- [ 14 C] -lactic acid (PerkinElmer) for 1 hour at 30 ° C. Then, GST-conjugated agarose resin was added and reacted for 4 hours. Then, a resin bound with NDRG3-GST protein was obtained in the reaction mixture, impurities were removed with PBS, and the NDRG3-bound agarose The resin was transferred to a scintillation solution containing 2 ml of LSC-cocktail (PerkinElmer) and measured at 14 C (FIG. 16b, left). Also, GST, the GST-NDRG3 recombinant protein (50 ㎍) or the GST-NDRG3 (G138W) variant recombinant protein (50 ㎍) was incubated at 30 ° C for 1 hour with 0.5 μCi of L- [ 14 C] -lactic acid (PerkinElmer) After the reaction, the value of 14 C was measured and plotted in the same manner as above (FIG. 16B, right).
또한, 저산소 상태에서 L-젖산 및 NDRG3 단백질의 결합부위와의 상호작용을 확인하기 위하여 NDRG3 변이체를 제작하였다. 먼저, Myc-태그된 NDRG3 발현 벡터를 주형으로 상기 실시예 <4-3>과 같이 부위-지정 돌연변이를 수행하여 NDRG3의 L-젖산 결합부위 중 62번째 아미노산인 아스파르트산(Asp, D)을 류신(Leu, L)으로 치환한 Myc-NDRG3(D62L) 변이체, NDRG3의 L-젖산 결합부위 중 138번째 아미노산인 글리신(G)을 아르기닌(Arg, R)으로 치환한 Myc-NDRG3(G138W) 변이체, NDRG3의 L-젖산 결합부위 중 139번째 아미노산인 알라닌(Ala, A)을 글루탐산(Glu, E)으로 치환한 Myc-NDRG3(A139E) 변이체 및 NDRG3의 L-젖산 결합부위 중 229번째 아미노산인 타이로신(Tyr, Y)을 프롤린(Pro, P)으로 치환한 Myc-NDRG3(Y229P) 변이체를 획득하였다. 그 다음, 상기 Myc-NDRG3 및 Myc-NDRG3 변이체 각각을 HEK293T 세포에 상기 <실시예 3>과 같이 형질전환한 후, 상기 실시예 <5-2>와 같이 정상 산소 상태(21% O2), 저산소 상태(1% O2), 또는 20 μM MG132 처리 후 저산소 상태(1% O2) 하에서 24시간 동안 유지 배양하고 세포를 회수 및 용해하였다. 그 다음, 상기 세포 용해물을 항-Myc 및 항-β-액틴 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 16c).NDRG3 variants were also constructed to confirm the interaction of L-lactate and NDRG3 protein binding sites in the hypoxic state. First, site-directed mutagenesis was carried out using the Myc-tagged NDRG3 expression vector as a template in Example <4-3>, and aspartic acid (Asp, D), which is the 62nd amino acid in the L-lactic acid binding site of NDRG3, NDRG3 (G138W) mutant in which Glycine (G), which is the 138th amino acid in the L-lactic acid binding site of NDRG3, is substituted with arginine (Arg, R), Myc- NDRG3 (A139E) mutant in which alanine (Ala, A) at position 139 of L-lactic acid binding site of NDRG3 was replaced with glutamic acid (Glu, E) and tyrosine NDRG3 (Y229P) mutant in which proline (Pro, P) was substituted for Tyr and Yyr. Then, each of the Myc-NDRG3 and Myc-NDRG3 mutants was transformed into HEK293T cells as described in Example 3, and then normal oxygen (21% O 2 ) Cells were harvested and lysed in a hypoxic state (1% O 2 ) or 20 μM MG132 treated and hypoxic (1% O 2 ) for 24 hours. The cell lysates were then subjected to Western blotting using anti-Myc and anti-beta-actin antibodies (Figure 16c).
또한, 저산소 상태에서 정상 산소 상태로 회복될 때 NDRG3 단백질의 발현을 확인하기 위하여 MCF-7 세포를 저산소 상태(1% O2) 하에서 24시간 동안 유지 배양한 후, 새로운 배지로 교체하고 추가적으로 정상 산소 상태(21% O2) 하에서 시간별로 유지 배양하고 상기 <실시예 3>과 같이 세포를 회수 및 용해하였다. 그 다음, 상기 세포 용해물을 항-NDRG3, 항-HIF-1α 및 항-β-액틴 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 16d).MCF-7 cells were maintained in a hypoxic condition (1% O 2 ) for 24 hours, then replaced with fresh medium, and further supplemented with normal oxygen (21% O 2 ), and the cells were collected and lysed as in Example 3 above. Then, the cell lysate was subjected to Western blotting using anti-NDRG3, anti-HIF-1 alpha and anti-beta-actin antibody (FIG.
그 결과, 도 16a 내지 16c에 나타낸 바와 같이, NDRG3 및 NDRG3의 젖산 결합 부위가 돌연변이된 NDRG3(G138W) 변이체의 재조합 단백질의 발현을 확인하였고(도 16a), 시험관 내에서 NDRG3 재조합 단백질의 경우 젖산과의 결합이 증가하고(도 16b, 왼쪽), NDRG3 변이체의 경우 젖산-결합력이 감소하는 것을 확인하였다(도 16b, 오른쪽). 또한, 저산소 상태에서 정상적인 NDRG3는 단백질의 축적이 증가하는 반면, NDRG3의 젖산 결합 부위를 돌연변이한 변이체 모두 저산소 상태에서 단백질 축적이 감소하는 것을 확인함으로써(도 16c), 저산소 상태에서 NDRG3이 젖산과 결합하고, 이는 NDRG3 단백질의 축적과 관련이 있음을 확인하였다(도 16a 내지 도 16c).As a result, the expression of the recombinant protein of the NDRG3 (G138W) mutant in which the lactic acid binding site of NDRG3 and NDRG3 was mutated was confirmed (Fig. 16A), as shown in Figs. 16A to 16C. In the case of NDRG3 recombinant protein in vitro, (Fig. 16B, left), and the lactate-binding ability of the NDRG3 mutant was decreased (Fig. 16B, right). In addition, while normal NDRG3 increased protein accumulation in the hypoxic state, while mutants that mutated the lactate-binding site of NDRG3 showed reduced protein accumulation in the hypoxic state (Fig. 16c), indicating that NDRG3 binds to lactic acid , Which was confirmed to be associated with accumulation of NDRG3 protein (Figs. 16A to 16C).
또한, 도 16d에 나타낸 바와 같이, HIF-1α 단백질은 재산소화(reoxygenation)되면 빠르게 제거되지만, 반면 저산소 상태에서 NDRG3 젖산 복합체를 이루어 축적된 NDRG3 단백질은 정상 산소 상태로 회복되어도 세포에서 안정하게 유지되는 것을 확인하였다(도 16d). 따라서, 상기 <실시예 7>의 결과들을 통해 저산소-유도된 젖산이 지속적인 저산소 반응에 있어서 NDRG3의 센서로 작용하여 NDRG3에 의한 HIF-비의존적 생물학적 반응이 촉진됨을 확인하였다.
In addition, as shown in FIG. 16D, the HIF-1α protein is rapidly eliminated by reoxygenation, whereas the NDRG3 protein accumulated in the hypoxic state and accumulated in the NDRG3 lactic acid complex is stably maintained in the cell even when the NDRG3 protein is restored to the normal oxygen state (Fig. 16D). Thus, the results of Example 7 demonstrate that hypoxia-induced lactic acid acts as a sensor of NDRG3 in sustained hypoxic reactions and promotes HIF-independent biological response by NDRG3.
<< 실시예Example 8> 8> 저산소Hypoxia 반응에서 젖산-의존적 Lactic acid-dependent NDRG3NDRG3 의 기능 확인Confirm the function of
<8-1> <8-1> 저산소Hypoxia 반응에서 In the reaction NDRG3NDRG3 에 의한 젖산-의존적 세포성장 촉진 확인Confirmation of Lactic Acid-Dependent Cell Growth Promotion by
저산소 상태에서 젖산-의존적 세포성장에 있어서 NDRG3이 미치는 영향을 확인하기 위하여, NDRG3 변이체 및 젖산 생성이 억제된 세포를 이용하여 MTT 분석법, 콜로니 형성 분석법(colony forming assay) 및 생체내(in vivo) 이식한 종양의 부피를 측정을 수행하였다.In order to confirm the effect of NDRG3 on lactic acid-dependent cell growth under hypoxic conditions, MTT assay, colony forming assay and in vivo transplantation using NDRG3 mutant and lactic acid production inhibited cells were performed. The volume of one tumor was measured.
구체적으로, 젖산 생성 억제 후 이소성(ectopic) 변이체 NDRG3(N66D)가 세포성장에 미치는 영향을 확인하기 위하여 상기 실시예 <4-3>과 같이 이소성 변이체 NDRG3(N66D) 발현 벡터를 Huh-1 세포에 형질전환한 후, 96-웰 플레이트에 Huh-1 세포 및 상기 NDRG3(N66D) 변이체 과발현 Huh-1 세포 1,000 세포/웰로 배양하고, 농도별로 소듐 옥사메이트를 처리하고 가벼운 저산소 상태(3% O2) 하에서 시간별로 유지 배양하였다. 그 다음, 세포 성장을 확인하기 위하여 상기 실시예 <6-3>과 같이 MTT 분석법을 수행하여 그래프화하였다(도 17a).Specifically, to confirm the effect of the ectopic mutant NDRG3 (N66D) on cell growth after inhibition of lactic acid production, the expression vector of heterologous mutant NDRG3 (N66D) was transformed into Huh-1 cells as in Example <4-3> after transfection, a 96 well plate Huh-1 cells and the NDRG3 (N66D) mutant over-expressing Huh-1 cells, 1000 cells / well cultured, treated with sodium formate oxa by concentration and light hypoxia (3% O 2) . ≪ / RTI > Then, MTT assay was performed to confirm the cell growth as shown in the above Example <6-3> (FIG. 17A).
또한, 젖산 생성 억제 후 이소성 변이체 NDRG3(N66D)가 세포성장에 미치는 영향을 확인하기 위하여 콜로니 형성 분석법을 수행하였다. 6-웰 플레이트에 Huh-1 세포 및 상기 NDRG3(N66D) 변이체 과발현 Huh-1 세포 0.5×104 세포/2 ㎖로 접종한 후, 소듐 옥사메이트 40 mM을 처리 또는 무처리하고 정상 산소 상태(21% O2) 하에서 3일 마다 새로운 배지로 희석하면서 10일 동안 배양하였다. 배양 10일 후 형성된 콜로니를 확인하여 100% 메틸 알코올(methyl alcohol)로 고정한 다음, 30% 김사 염색 용액(giemsa stain solution; Sigma)으로 염색하여 계수하였다(도 17b).In addition, colony formation assay was performed to confirm the effect of ectopic mutant NDRG3 (N66D) on cell growth after inhibition of lactic acid production. After inoculation with Huh-1 cells and 0.5 × 10 4 cells / 2 ml of Huh-1 cells overexpressing the NDRG3 (N66D) mutant in a 6-well plate, 40 mM of sodium oxamate was treated or not treated, % O 2 ) for 10 days with dilution with fresh medium every 3 days. The colonies formed after 10 days of culture were identified and fixed with 100% methyl alcohol, and then stained with 30% giemsa stain solution (Sigma) and counted (Fig. 17B).
또한, 저산소 상태에서 LDHA 결실에 의한 젖산 생성 억제 후 이소성 변이체 NDRG3(N66D)가 세포성장에 미치는 영향을 확인하기 위하여 MTT 분석법을 수행하였다. 먼저, 상기 실시예 <4-4>에 기재된 방법으로 LDHA가 결실된 Huh-1 세포를 제작한 후, 상기 <실시예 3>과 같이 NDRG3(N66D) 변이체 발현벡터로 형질전환하여, LDHA 결실 및 NDRG3(N66D) 변이체 과발현 Huh-1 세포를 획득하였다. 그 다음, 대조군 GFP 결실 Huh-1 세포, 상기 LDHA 결실 Huh-1 세포 및 상기 LDHA 결실/NDRG3(N66D) 과발현 Huh-1 세포를 96-웰 플레이트에 1,000 세포/웰로 배양하고, 가벼운 저산소 상태(3% O2) 하에서 시간별로 유지 배양하였다. 그 다음, 세포 성장을 확인하기 위하여 상기 실시예 <6-3>과 같이 MTT 분석법을 수행하여 그래프화하였다(도 17c).MTT assay was also performed to confirm the effect of ectopic mutant NDRG3 (N66D) on cell growth after inhibition of lactate production by LDHA deletion in hypoxic condition. First, Huh-1 cells lacking LDHA were prepared by the method described in Example <4-4>, and then transformed with an expression vector of NDRG3 (N66D) mutant as in <Example 3> And NDRG3 (N66D) mutant over-expressing Huh-1 cells. Then, the control GFP-deficient Huh-1 cells, the LDHA-deficient Huh-1 cells and the LDHA deletion / NDRG3 (N66D) -expressing Huh-1 cells were cultured in a 96-well plate at 1,000 cells / % O 2 ). Then, MTT assay was performed to confirm the cell growth as shown in the above Example <6-3> (FIG. 17C).
또한, 생체 내에서 LDHA 결실에 의한 젖산 생성 억제 후 이소성 변이체 NDRG3(N66D)가 세포성장에 미치는 영향을 확인하기 위하여 마우스에 종양세포를 이식 후 종양 부피를 측정하였다. 상기 대조군 GFP 결실 Huh-1 세포, 상기 LDHA 결실 Huh-1 세포 및 상기 LDHA 결실/NDRG3(N66D) 과발현 Huh-1 세포를 상기 실시예 <6-3>에 기재된 방법으로 BALB/c 마우스에 이식한 후, 주어진 시간에 캘리퍼를 이용하여 종양부피를 측정하여 그래프화하였다(도 17d).In order to confirm the effect of the ectopic mutant NDRG3 (N66D) on the cell growth after inhibition of lactate production by LDHA deletion in vivo, the tumor volume was measured after transplantation of the tumor cells into the mouse. The control GFP-deficient Huh-1 cells, the LDHA-deficient Huh-1 cells and the LDHA deletion / NDRG3 (N66D) -expressing Huh-1 cells were transplanted into BALB / c mice by the method described in Example <6-3> After that, the tumor volume was measured using a caliper at a given time and plotted (Fig. 17D).
또한, 지속적인 저산소 상태에서 젖산 생성 억제가 이소성 변이체 NDRG3(N66D) 단백질 발현에 미치는 영향을 확인하기 위하여 Huh-1 세포 및 상기 NDRG3(N66D) 변이체 과발현 Huh-1 세포에 소듐 옥사메이트 40 mM을 처리 또는 무처리하고 가벼운 저산소 상태 하에서 시간별로 유지 배양한 후 상기 <실시예 3>과 같이 세포를 회수 및 용해하였다. 그 다음, 상기 세포 용해물을 항-NDRG3 및 항-β-액틴 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 17e).In order to confirm the effect of lactic acid production inhibition on the expression of ectopic mutant NDRG3 (N66D) protein in continuous hypoxic state, Huh-1 cells and the NDRG3 (N66D) mutant overexpressing Huh-1 cells were treated with 40 mM sodium oxamate The cells were maintained and cultured for a period of time under a light and hypoxic condition, and the cells were recovered and dissolved as in Example 3 above. The cell lysate was then subjected to Western blotting using anti-NDRG3 and anti-beta-actin antibody (Fig. 17E).
또한, 지속적인 저산소 상태에서 젖산 생성에 있어서 이소성 변이체 NDRG3(N66D)의 영향을 확인하기 위하여 상기와 같이 소듐 옥사메이트를 처리 또는 무처리하고 가벼운 저산소 상태 하에서 시간별로 유지 배양한 Huh-1 세포 및 상기 NDRG3(N66D) 변이체 과발현 Huh-1 세포를 회수하여 상기 실시예 <7-1>에 기재된 방법으로 L-젖산(L-Lactate) 생성을 측정하여 그래프화하였다. 값은 L-젖산 표준 곡선으로 정규화하였다(도 17f).In order to confirm the effect of the ectopic mutant NDRG3 (N66D) in the production of lactic acid under the continuous hypoxic state, Huh-1 cells treated with or without sodium oxamate as described above and cultured for a time period under mild hypoxic condition and NDRG3 (N66D) mutant over-expressing Huh-1 cells were recovered and the production of L-lactate (L-lactate) was measured by the method described in Example <7-1>. Values were normalized with L-lactic acid standard curve (Fig. 17f).
그 결과, 도 17a 내지 17d에 나타낸 바와 같이, 저산소 상태에서 소듐 옥사메이트를 처리한 경우 농도 의존적으로 세포 성장이 억제되는 반면, NDRG3의 이소성 변이체가 과발현된 경우 저산소 상태에서 소듐 옥사메이트를 처리하여도 세포 성장이 증가하는 것을 확인하였다(도 17a). 정상 산소 상태에서도 젖산 생성이 억제되어도 NDRG3 이소성 변이체가 과발현된 경우 저산소 상태와 마찬가지로 종양 성장이 촉진되는 것을 확인하였다(도 17b). 또한, LDHA 결실을 통해 젖산 생성을 저해한 경우 시험관 내에서 및 생체 내에서 종양 성장이 억제되는 반면, LDHA가 결실되어도 NDRG3 이소성 변이체가 과발현된 경우에는 종양 성장이 현저하게 증가하는 것을 확인하였다(도 17c 및 17d).As a result, as shown in Figs. 17A to 17D, when sodium oxamate was treated in a low-oxygen state, cell growth was inhibited in a concentration-dependent manner, whereas when an ectopic mutant of NDRG3 was overexpressed, It was confirmed that the cell growth was increased (Fig. 17A). Even when lactate production is inhibited under normal oxygen conditions, tumor growth is promoted in the same manner as hypoxic conditions when the NDRG3 heterologous mutant is overexpressed (FIG. 17B). In addition, inhibition of lactate production by LDHA deletion inhibited tumor growth in vitro and in vivo, whereas tumor overgrowth was significantly increased when NDRG3 heterologous mutants were overexpressed even when LDHA was deleted (Fig. 17c and 17d).
또한, 도 17e 및 도 17f에 나타낸 바와 같이, 저산소 상태에서 소듐 옥사메이트를 처리하여 젖산 생성을 억제한 경우 NDRG3의 축적이 억제되는 반면, NDRG3 이소성 변이체가 과발현된 경우 젖산 생성 억제에도 불구하고 NDRG3 변이체의 축적이 지속되는 것을 확인하였다(도 17e). 또한, 저산소 상태에서 소듐 옥사메이트를 처리한 경우 무처리한 경우 모두 NDRG3 이소성 변이체가 과발현되어도 젖산 생성에는 변화가 없는 것을 확인함으로써, NDRG3 이소성 변이체는 젖산 생산에 직접적인 효과가 없음을 확인하였다(도 17f). 따라서, 상기 결과를 통해 지속적인 저산소 상태에서 젖산-유도된 세포성장에 있어서 NDRG3이 중요한 매개자임을 확인하였다.
17E and 17F, the accumulation of NDRG3 was inhibited when sodium oxamate was treated in the hypoxic state to inhibit the production of lactic acid. On the other hand, when the NDRG3 heterologous mutant was overexpressed, the NDRG3 mutant (Fig. 17E). In addition, it was confirmed that NDRG3 ectopic mutant had no direct effect on the production of lactic acid by confirming that sodium oxamate treatment in a low-oxygen state did not change lactic acid production even when NDRG3 heterologous mutant was overexpressed in the case of no treatment ). Thus, the above results confirm that NDRG3 is an important mediator in lactic acid-induced cell growth under hypoxic conditions.
<8-2> <8-2> 저산소Hypoxia 반응에서 In the reaction NDRG3NDRG3 에 의한 젖산-의존적 혈관생성 촉진 확인Confirmation of lactate-dependent angiogenesis promotion by
저산소 상태에서 젖산-의존적 혈관생성에 있어서 NDRG3이 미치는 영향을 확인하기 위하여, NDRG3 변이체 이소성 변이체 과발현 세포를 이용하여 튜브 형성 분석법을 수행하였다.To confirm the effect of NDRG3 on lactate - dependent angiogenesis in hypoxic conditions, tube formation assay was performed using NDRG3 mutant overexpressing mutant overexpressing cells.
구체적으로, NDRG3(N66D) 변이체가 과발현된 Huh-1 세포를 제작한 후, 대조군 세포 및 상기 NDRG3(N66D) 변이체 과발현 Huh-1 세포에 소듐 옥사메이트를 처리 또는 무처리하고 저산소 상태(1% O2) 하에서 24시간 동안 유지 배양한 후 상기 실시예 <6-2>와 같이 세포를 회수하여 튜브 형성 분석법을 수행하였다(도 18).Specifically, Huh-1 cells overexpressing the NDRG3 (N66D) mutant were prepared and treated with or without sodium oxamate in control cells and Huh-1 cells overexpressing NDRG3 (N66D) 2 ) for 24 hours, and the cells were recovered as in Example <6-2> to perform tube formation assay (FIG. 18).
그 결과, 도 18에 나타낸 바와 같이, 소듐 옥사메이트를 처리하여 젖산 생성을 억제한 경우 저산소 상태에서 혈관생성이 억제되는 반면, NDRG3 이소성 변이체가 과발현된 경우 젖산 생성을 억제하여도 저산소 상태에서 혈관생성이 다시 증가하는 것을 확인함으로써, NDRG3이 지속적인 저산소 상태에서 젖산-유도된 혈관생성에 중요한 매개자임을 확인하였다(도 18). 따라서, 상기 <실시예 8>의 결과를 통해 젖산은 저산소성 세포증식 및 혈관생성의 중요한 신호이며, NDRG3이 지속적인 저산소 상태에서 젖산-유도된 세포증식 및 혈관생성의 중요한 매개자로 작용함을 확인하였다.
As a result, as shown in FIG. 18, when sodium oxamate was treated to suppress lactic acid production, angiogenesis was suppressed in a hypoxic condition, whereas when NDRG3 isomeric mutant was overexpressed, Confirming that NDRG3 is an important mediator of lactate-induced angiogenesis in a sustained hypoxic state (Fig. 18). Therefore, lactic acid is an important signal of hypoxic cell proliferation and angiogenesis through the results of Example 8, and it was confirmed that NDRG3 acts as an important mediator of lactic acid-induced cell proliferation and angiogenesis in a continuous hypoxic condition .
<< 실시예Example 9> 9> NDRG3NDRG3 -- 매개된Mediated 저산소Hypoxia 반응의 Reaction 분자적Molecular 조절 확인 Confirm adjustment
<9-1> <9-1> 저산소Hypoxia 상태에서 In state NDRG3NDRG3 에 의한 c-C- RafShelf -- ERKERK 활성 조절 확인 Confirming Active Regulation
저산소 상태에서 젖산-유도된 분자적 반응에서 NDRG3의 역할을 확인하기 위하여, 시험관내 키나아제 분석법(in-vitro kinase assay), 풀-다운 분석법, 면역침전법 및 웨스턴 블럿팅을 수행하였다.In-vitro kinase assays, pull-down assays, immunoprecipitation and Western blotting were performed to confirm the role of NDRG3 in lactate-induced molecular responses in hypoxic conditions.
구체적으로, 상기 실시예 <4-4>에 기재된 방법으로 대조군 shGFP 또는 shNDRG3을 이용하여 GFP 또는 NDRG3 결실 PLC/PRF/5 세포를 제작한 후, 상기 세포를 저산소 상태(1% O2) 하에서 24시간 동안 유지 배양하고 상기 <실시예 3>과 같이 세포를 회수하였다. 그 다음, 인간 인산화-키나아제 어레이 키트(Human Phospho-Kinase Array kit)를 이용하여 제조사의 절차에 따라 인산화된 단백질을 확인하였다(도 19a).Specifically, under the above Example <4-4> The method used to control or shGFP shNDRG3 as described in GFP or deletion NDRG3 PLC / PRF / 5] After the fabrication of the cells, the cells to hypoxia (1
또한, NDRG3의 발현 정도에 따른 분자적 조절 기능을 확인하기 위하여 Huh-1, Huh-7 및 786-O 세포를 정상 산소 상태(21% O2) 하에서 24시간 동안 유지 배양한 후, 상기 <실시예 3>과 같이 세포를 회수 및 용해하고, 항-NDRG3, 항-인산화-ERK1/2, 항-ERK1/2 및 항-β-액틴 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 19b).Huh-1, Huh-7 and 786-O cells were cultured for 24 hours under normal oxygen condition (21% O 2 ) in order to confirm the molecular regulation function according to the expression level of NDRG3. Cells were recovered and dissolved as in Example 3, and Western blotting was performed using anti-NDRG3, anti-phosphorylated-ERK1 / 2, anti-ERK1 / 2 and anti-beta-actin antibody (FIG.
또한, 저산소 상태에서 NDRG3의 분자적 기능을 확인하기 위하여 상기 실시예 <4-4>에 기재된 방법으로 대조군 shGFP 또는 shNDRG3을 이용하여 GFP 또는 NDRG3 결실 SK-HEP-1 세포를 제작한 후, 상기 세포를 저산소 상태 하에서 시간별로 유지 배양하고 상기 <실시예 3>과 같이 세포를 회수 및 용해하고, 항-인산화-ERK1/2, 항-ERK1/2 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 19c, 위). 또한, 상기 제작한 세포를 저산소 상태 하에서 24시간 동안 유지 배양하고 상기 <실시예 3>과 같이 세포를 회수 및 용해하고, 항-NDRG3, 항-인산화-c-Raf(S338), 항-c-Raf, 항-인산화-B-RAF1(S445), 항-B-RAF1, 항-인산화-A-RAF(S299), 항-A-RAF 및 항-β-액틴 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 19c, 아래).In order to confirm the molecular function of NDRG3 in a hypoxic state, GFP or NDRG3-deficient SK-HEP-1 cells were prepared using the control shGFP or shNDRG3 by the method described in Example < 4-4 > Were maintained and cultured under hypoxic conditions over time, and cells were recovered and dissolved as in Example 3, and Western blotting was performed using anti-phosphorylated-ERK1 / 2 and anti-ERK1 / 2 antibodies , Above). The prepared cells were cultured under hypoxic conditions for 24 hours, and the cells were recovered and dissolved as in Example 3, and anti-NDRG3, anti-phosphorylated-c-Raf (S338), anti- Western blotting is carried out using Raf, anti-phosphorylated-B-RAF1 (S445), anti-B-RAF1, anti-phosphorylated-A-RAF (S299), anti-A- RAF and anti- (Fig. 19C, lower).
또한, 시험관 내에서 저산소 반응에 의한 NDRG3 및 c-Raf의 상호작용을 확인하기 위하여 먼저 c-Raf를 암호화하는 재조합 플라스미드 pET-28a-c-Raf 컨스트럭트를 클로닝하였다. 그 다음, 상기 실시예 <7-1>과 같이 상기 c-Raf 발현 벡터를 BL21 대장균 균주에 형질전환하여 재조합 단백질을 획득한 후, 상기 c-Raf 재조합 단백질은 Ni-NTA 아가로오스 레진을 이용하여 제조사의 절차에 따라 정제하였다. 그 다음, 상기 실시예 <4-1>과 같이 상기 정제된 재조합 단백질 c-Raf-His 및 NDRG3-GST를 Ni-NTA 아가로오스 레진과 함께 반응시켜 His 풀-다운을 수행한 후, 상기 <실시예 3>과 같이 항-NDRG3 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 19d, 왼쪽). 또한, Flag-태그된 c-Raf 발현 벡터를 클로닝한 후, 상기 Flag-태그된 c-Raf 벡터를 상기 <실시예 3>과 같이 HeLa 세포에 형질전환 하였다. 그 다음, 상기 Flag-c-Raf 과발현된 HeLa 세포를 저산소 상태(1% O2) 하에서 24시간 동안 유지 배양한 후, 항-FLAG M2 비드를 이용하여 면역침전하고 항-NDRG3 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 19d, 오른쪽).In order to confirm the interaction of NDRG3 and c-Raf by hypoxic reaction in vitro, a recombinant plasmid pET-28a-c-Raf construct encoding c-Raf was first cloned. Then, the c-Raf expression vector was transformed into a BL21 Escherichia coli strain to obtain a recombinant protein, and the c-Raf recombinant protein was transformed with Ni-NTA agarose resin as described in Example <7-1> And purified according to the manufacturer's procedure. Next, the purified recombinant proteins c-Raf-His and NDRG3-GST were reacted with Ni-NTA agarose resin to perform His pull-down as in Example <4-1> Western blotting was performed using anti-NDRG3 antibody as in Example 3 (Fig. 19D, left). In addition, the Flag-tagged c-Raf expression vector was cloned and then the Flag-tagged c-Raf vector was transformed into HeLa cells as in Example 3 above. Then, the Flag-c-Raf-overexpressed HeLa cells were cultured in a hypoxic condition (1% O 2 ) for 24 hours, immunoprecipitated using anti-FLAG M2 beads, Blotting was performed (Fig. 19D, right).
또한, 저산소 상태에서 NDRG3의 분자적 기능을 확인하기 위하여 상기 실시예 <4-2>와 같이 4 종류의 siNDRG3(siGENOME SMARTpool, Dharmacon)(서열번호 5 내지 서열번호 8)를 이용하여 NDRG3의 발현이 억제된 SK-HEP-1 세포를 제작하고, Flag-태그된 c-Raf 발현 벡터를 이용하여 상기 <실시예 3>과 같이 형질전환하여 NDRG3 결실/c-Raf 과발현 세포를 획득하였다. 또한, Myc-태그된 NDRG3(N66D) 및 Flag-태그된 c-Raf 발현 벡터를 이용하여 상기 <실시예 3>과 같이 형질전환하여 NDRG3(N66D) 및 c-Raf 과발현 HEK293T 세포를 획득하였다. 그 다음, 상기 세포들을 정상 산소 상태(21% O2)에서 24시간 동안 유지 배양하고, 상기 <실시예 3>과 같이 세포를 회수 및 용해한 후, 항-NDRG3, 항-인산화-c-Raf(S338), 항-c-Raf, 항-인산화-B-RAF1(S445), 항-B-RAF1, 항-인산화-ERK1/2, 항-ERK1/2 및 항-β-액틴 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 19e).In order to confirm the molecular function of NDRG3 in a hypoxic state, the expression of NDRG3 was determined using four kinds of siNDRG3 (siGENOME SMARTpool, Dharmacon) (SEQ ID NOS: 5 to 8) as in Example <4-2> Inhibited SK-HEP-1 cells were prepared and transformed with the Flag-tagged c-Raf expression vector as described in Example 3 to obtain NDRG3 deletion / c-Raf overexpressing cells. Also, NDRG3 (N66D) and c-Raf-overexpressing HEK293T cells were obtained using Myc-tagged NDRG3 (N66D) and Flag-tagged c-Raf expression vectors as described in Example 3 above. Then, the cells were cultured for 24 hours in a normal oxygen state (21% O 2 ), and the cells were recovered and dissolved as in Example 3, and then anti-NDRG3, anti-phosphorylated-c-Raf S-Raf, anti-phosphorylated-B-RAF1 (S445), anti-B-RAF1, anti-phosphorylated-ERK1 / 2, anti- ERK1 / 2 and anti- Blotting was performed (Fig. 19E).
또한, 저산소 상태에서 NDRG3에 의한 인산화를 확인하기 위하여 [γ-32P]-ATP(PerkinElmer) 표지를 이용하여 시험관내 키나아제 분석법을 수행하였다. 먼저, 상기 <실시예 3>과 같이 Myc-태그된 NDRG3(N66D) 발현 벡터로 형질전환된 HEK293T 세포를 제작한 후, 항-Myc 친화 겔을 이용하여 NDRG3 단백질을 면역침전하였다. 그 다음, 방사선 표지를 위하여 상기 면역침전된 NDRG3 복합체에 하고 PKC 억제제인 PKC-1 5 μM을 처리 또는 무처리하고 40 ㎕ 반응 버퍼[PKC 활성 버퍼 및 SignaTECT 단백질 키나아제 C 분석 키트(Promega)에 포함된 PKC 공동활성 버퍼, 10 μCi의 [γ-32P]-ATP, 및 2 ㎍의 정제된 c-Raf-GST 재조합 단백질]로 30℃에서 1시간 동안 반응하였다. 그 다음, 상기 반응 혼합물을 8% SDS-PAGE로 전기영동하고 32P-표지된 c-Raf는 자가방사선법(autoradiography)으로 검출하였다(도 19f).In vitro kinase assays were also performed using [γ-32P] -ATP (PerkinElmer) labeling in order to confirm phosphorylation by NDRG3 in a hypoxic state. First, HEK293T cells transformed with the Myc-tagged NDRG3 (N66D) expression vector were prepared as described in Example 3, and the NDRG3 protein was immunoprecipitated using anti-Myc-affinity gel. Then, the immunoprecipitated NDRG3 complex was added to the immunoprecipitated NDRG3 complex for radiation labeling, and the treated or untreated PKC-1, 5 [mu] M PKC-1 was treated with 40 [mu] l of reaction buffer [PKC activity buffer and SignaTECT protein kinase C assay kit (Promega) PKC coactivated buffer, 10 μCi of [γ-32 P] -ATP, and 2 μg of purified c-Raf-GST recombinant protein] at 30 ° C. for 1 hour. The reaction mixture was then electrophoresed on 8% SDS-PAGE and 32 P-labeled c-Raf was detected by autoradiography (Fig. 19f).
또한, 저산소 상태에서 NDRG3-매개된 분자적 경로 활성의 젖산 의존성을 확인하기 위하여 MCF-7 세포를 정상 상태(21% O2) 하에서 24시간 동안 유지 배양하고, 및 상기 실시예 <7-1>에 기재된 방법으로 획득한 LDHA 발현 억제된 MCF-7 세포, 소듐 옥사메이트를 처리 또는 무처리한 세포를 저산소 상태(1% O2) 하에서 24시간 동안 유지 배양하였다. 그 다음, 상기 <실시예 3>과 같이 세포를 회수 및 용해한 후, 항-NDRG3, 항-인산화-c-Raf(S338), 항-c-Raf, 항-인산화-ERK1/2, 항-ERK1/2 및 항-β-액틴 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 19g).MCF-7 cells were cultured under steady state (21% O 2 ) for 24 hours in order to confirm lactate dependence of NDRG3-mediated molecular pathway activity in the hypoxic state, and in Example <7-1> Cells treated with LDFA-inhibited MCF-7 cells and sodium oxamate obtained by the method described in Example 1 were cultured in a hypoxic condition (1% O 2 ) for 24 hours. Then, the cells were recovered and dissolved as in Example 3, and then treated with anti-NDRG3, anti-phosphorylated-c-Raf (S338), anti-c-Raf, anti- / 2 and an anti-beta-actin antibody (Fig. 19G).
그 결과, 도 19a 내지 도 19d에 나타낸 바와 같이, NDRG3이 결실된 경우 지속적인 저산소 상태에서 ERK1/2의 인산화가 감소하며(도 19a, 및 도 19c, 위), 정상 산소 상태에서 NDRG3 단백질의 발현이 서로 다른 여러 종류의 세포에서 NDRG3 단백질의 발현정도에 비례적으로 ERK1/2의 인산화 수준이 차이가 남을 확인함으로써(도 19b), 지속적인 저산소 반응에서 NDRG3이 ERK1/2를 활성화함을 확인하였다. 또한, NDRG3이 결실된 경우 저산소 상태가 지속될수록 ERK1/2 인산화뿐만 아니라, c-Raf 및 B-RAF1의 인산화도 억제되고(도 19c, 아래), 시험관 내에서(19d, 왼쪽) 및 세포 내에서 저산소 반응으로(19d, 오른쪽) NDRG3과 c-Raf가 상호작용하는 것을 확인함으로써, NDRG3이 저산소 상태에서 ERK 및 c-Raf의 활성화에 관여함을 확인하였다(도 19a 내지 도 19d).As a result, as shown in FIGS. 19A to 19D, when NDRG3 is deleted, the phosphorylation of ERK1 / 2 is decreased in a continuous hypoxic state (FIGS. 19A and 19C, By confirming that the phosphorylation level of ERK1 / 2 is different in proportion to the expression level of NDRG3 protein in different kinds of cells (Fig. 19B), it was confirmed that NDRG3 activates ERK1 / 2 in continuous hypoxic response. In addition, the phosphorylation of c-Raf and B-RAF1 was inhibited as well as ERK1 / 2 phosphorylation as the hypoxic state persisted in the absence of NDRG3 (Fig. 19c, By confirming the interaction of NDRG3 and c-Raf with the hypoxic response (19d, right), it was confirmed that NDRG3 is involved in activation of ERK and c-Raf in the hypoxic state (Figs. 19A to 19D).
또한, 도 19e 및 도 19f에 나타낸 바와 같이, 이소성 변이체인 NDRG3(N66D)가 과발현된 경우 정상 산소 상태에서도 ERK1/2 및 c-Raf의 인산화가 유도되고(도 19e), 시험관 내에서도 NDRG3 이소성 변이체 분자적 복합체가 재조합 c-Raf 단백질의 인산화를 매개함을 확인하였다(도 19f).19E and 19F, phosphorylation of ERK1 / 2 and c-Raf is induced even in a normal oxygen state when NDRG3 (N66D), which is an ectopic mutant, is overexpressed (Fig. 19 (e)) and NDRG3 isomeric mutant molecule Lt; RTI ID = 0.0 > c-Raf < / RTI > protein (Fig. 19f).
또한, 도 19g에 나타낸 바와 같이, 저산소 상태에서 젖산 생성을 억제한 경우 NDRG3 단백질의 발현도 억제되고, c-Raf-ERK 경로의 활성이 억제되는 것을 확인하였다(도 19g). 따라서, 상기 결과들을 통해 NDRG3이 저산소 반응에서 젖산에 의해 유도된 c-Raf-ERK 신호 활성의 필수 매개자로서 역할을 함을 확인하였다.
In addition, as shown in Fig. 19G, it was confirmed that the expression of NDRG3 protein was inhibited and the activity of the c-Raf-ERK pathway was inhibited when lactic acid production was suppressed in a hypoxic state (Fig. 19G). Thus, the above results confirm that NDRG3 acts as an essential mediator of c-Raf-ERK signaling activity induced by lactic acid in the hypoxic response.
<9-2> <9-2> 저산소Hypoxia 상태에서 In state NDRG3NDRG3 에 의한 On by 키나아제Kinase 경로 조절 확인 Check path adjustment
RACK1은 PKC에 대한 스캐폴드 단백질(scaffold protein)로서 활성화 형태변환(active conformation)을 유지하는 것으로 잘 알려져 있고(Lendahl, U. et al., Nat. Rev. Genet., 2009(10), 821-832), PKC는 c-Raf를 인산화하고 활성화하는 것으로 보고되고 있다(Epstein, A. C. et al., Cell, 2001(107), 43-54, Mahon, P. c. et al., Genes Dev, 2001(15), 2675-2686). 따라서, 저산소 상태에서 NDRG3에 의한 키나아제 경로 활성에 있어서 RACK1의 관련성을 확인하기 위하여, 면역침전법, 웨스턴 블럿팅을 수행하고, NDRG3과 키나아제 경로에 관여하는 단백질들 간의 복합체 형성을 확인하기 위하여 단백질 구조 모델링을 수행하였다.RACK1 is well known to maintain active conformation as a scaffold protein for PKC (Lendahl, U. et al., Nat. Rev. Genet., 2009 (10), 821- 832), PKC has been reported to phosphorylate and activate c-Raf (Epstein, AC et al., Cell, 2001 (107), 43-54, Mahon, P. c. Et al., Genes Dev, 2001 (15), 2675-2686). Therefore, in order to confirm the association of RACK1 in the kinase pathway activity by NDRG3 in the hypoxic state, immunoprecipitation and Western blotting were carried out. To confirm the complex formation between NDRG3 and kinase pathway proteins, Modeling was performed.
구체적으로, NDRG3과 RACK1의 상호작용을 확인하기 위하여 NDRG3 및/또는 Flag-태그된 RACK1 발현 벡터를 상기 <실시예 3>과 같이 HeLa 세포에 형질전환하고 정상 산소 상태(21% O2) 하에서 20 μM MG132를 8시간 동안 처리하여 배양한 후, 세포를 회수 및 용해하고, 항-FLAG M2 비드를 이용하여 면역침전하였다. 그 다음, RACK-1와 결합한 NDRG3을 확인하기 위하여 항-NDRG3 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 20a).Specifically, in order to confirm the interaction between NDRG3 and RACK1, NDRG3 and / or Flag-tagged RACK1 expression vector was transformed into HeLa cells as in the above Example 3 and cultured in normal oxygen (21% O 2 ) After culturing for 8 hours in the presence of μM MG132, the cells were recovered and lysed and immunoprecipitated using anti-FLAG M2 beads. Western blotting was then performed using anti-NDRG3 antibody to identify NDRG3 associated with RACK-1 (Fig. 20A).
또한, NDRG3에 의한 키나아제 경로에 관여하는 단백질 간의 관계를 확인하기 위하여 상기 실시예 <9-1>과 같이 C-Raf, RACK1 과발현 및/또는 NDRG3 결실 HEK293T 세포, 및 c-Raf, RACK1 및/또는 NDRG3(N66D) 과발현 HEK293T 세포에 PKC-I(LY333531) 5 μM을 처리 또는 무처리하여 정상 산소 상태 하에서 24시간 동안 유지 배양한 후, 상기 <실시예 3>과 같이 세포를 회수 및 용해하고 항-NDRG3, 항-인산화-c-Raf(S338), 항-c-Raf, 항-인산화-ERK1/2, 항-ERK1/2, 항-RACK1 및 항-β-액틴 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 20b).In order to confirm the relationship between the proteins involved in the kinase pathway by NDRG3, C-Raf, RACK1-overexpressing and / or NDRG3-deleted HEK293T cells and c-Raf, RACK1 and / (N66D) overexpressing HEK293T cells were treated or not treated with 5 [mu] M of PKC-I (LY333531) and cultured for 24 hours under normal oxygen conditions. Cells were recovered and dissolved as described in Example 3, Western blotting was performed using NDRG3, anti-phosphorylated-c-Raf (S338), anti-c-Raf, anti-phosphorylated-ERK1 / 2, anti- ERK1 / 2, anti- (Fig. 20B).
또한, 저산소 상태에서 NDRG3에 의한 키나아제 경로에 관여하는 단백질 간의 관계를 확인하기 위하여 Myc-NDRG3(N66D) 발현벡터 및/또는 siRACK1(siGENOME SMARTpool, Dharmacon)을 이용하여 NDRG3(N66D) 과발현 및/또는 RACK1 결실 HeLa 세포를 제작하고 저산소 상태(1% O2) 하에서 24시간 동안 유지 배양한 후, 상기 <실시예 3>과 같이 항-Myc 친화겔을 이용하여 면역침전하고 항-PKC-β 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 20c).NDRG3 (N66D) overexpression and / or RACK1 (N66D) overexpression using the Myc-NDRG3 (N66D) expression vector and / or siREN1 (siGENOME SMARTpool, Dharmacon) were used to confirm the relationship between proteins involved in the kinase pathway by NDRG3 in the hypoxic state. Deficient HeLa cells were cultured in a hypoxic state (1% O 2 ) for 24 hours, immunoprecipitated using an anti-Myc-affinity gel as described in Example 3, and anti-PKC- To perform Western blotting (Fig. 20C).
또한, 저산소 상태에서 PKC가 ERK 활성화에 미치는 영향을 확인하기 위하여 HeLa 세포를 정산 산소 상태(21% O2) 하에서, 또는 PKC 억제제인 PKC-I(GO; GO 6976) 1 μM 또는 PKC-I(LY; LY333531) 5 μM을 처리하고 저산소 상태(1% O2) 하에서 24시간 동안 유지 배양한 후, 상기 <실시예 3>과 같이 세포를 회수 및 용해하고 항-인산화-ERK1/2 및 항-ERK1/2 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하엿다(도 20d).In addition, under the settlement HeLa cells oxygen conditions (21% O 2) in order to determine the effect of PKC on the ERK activation in hypoxic, or PKC inhibitors of PKC-I (GO; GO 6976 ) 1 μM or PKC-I ( LY; LY333531) and maintained in a hypoxic state (1% O2) for 24 hours. Cells were recovered and lysed as described in Example 3, and anti-phosphorylated-ERK1 / 2 and anti-ERK1 / 2 < / RTI > antibody (Fig. 20d).
또한, 저산소 상태에서 NDRG3-cRaf-RACK1-PKC-β 복합체의 형성을 확인하기 위하여 Flag-c-Raf 및 Flag-RACK1 발현 벡터, 및/또는 Myc-NDRG3(N66D) 발현벡터를 상기 <실시예 3>과 같이 HEK293T 세포에 형질전환하고 정상 산소 상태 하에서 24기산 동안 유지 배양한 후 세포를 회수 및 용해하였다. 그 다음, 항-Myc 친화 겔을 이용하여 면역침전한 후 SDS-PAGE로 전기영동한 후 항-Flag, 항-Myc 및 항-PKC-β항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하엿다(도 20e). In order to confirm the formation of the NDRG3-cRaf-RACK1-PKC-beta complex in the hypoxic state, Flag-c-Raf and Flag-RACK1 expression vectors and / or Myc-NDRG3 (N66D) The cells were harvested and lysed after HEK293T cells were transfected and cultured for 24 hours under normoxic conditions. Immunoprecipitation was then performed using anti-Myc-affinity gel, followed by SDS-PAGE electrophoresis followed by Western blotting using anti-Flag, anti-Myc and anti-PKC-beta antibody (Figure 20e) .
또한, 저산소 상태에서 NDRG3-cRaf-RACK1-PKC-β 복합체의 형성을 확인하기 위하여 상기 실시예 <4-3>과 같이 단백질 도킹 시뮬레이션을 수행하였다. 다중 표적 구조를 위한 도킹(즉, NDRG3, RAF1, RACK1(GNB2L1) 및 PKC-β)은 두-단계 실험을 통해 수행되었다. 첫 단계에서는, NDRG3이 각각의 표적을 위한 도킹 실험에서 수용체 단백질로서 사용되었다. 두 번째 단계에서는, 결과물 단백질-단백질 상호작용이 다른 단백질의 도킹을 위한 수용체 단백질로서 사용되었다. 두 번째 실험을 위한 입력값(input order)는 순서대로 c-Raf, RACK1 및 PKC-β로 하였다. 도킹 계산은 RMSD(root-mean-square deviation)에 의해 수행되었고 결과는 단일 입력으로부터의 산출값이 다중 입력으로부터의 산출값과 일치하는 곳에서 필터링하였다. 필터링된 결과값 중에서, 가장 안정된 하나를 HEX6.3 총 점수(모양 점수 및 전정기학 점수의 합)를 이용하여 선택하였다(도 20f, 위), 또한, 단백질 구조 모델링을 위하여 하기의 일련의 과정을 수행하였다. 첫 단계에서, PDB(protein data bank) 서열 데이터베이스에서 잘 알려진 구조로부터 상동성 모델링에 사용되는 주형 후보를 찾기 위해 단백질-단백질 BLAST(BLASTp) 검색을 수행하고, 10-3보다 작은 p-값을 가지는 것 중에서 가장 일치도(identity scores)가 높은 하나를 확인하였다. 두번째 단계에서, 정렬 과정(alignment process)를 수행하기 위하여 BLAST를 수행하고, 구조에 있어서 제한된 공간(restrained spaces)을 확인하였다. 세번째 단계에서, 단백질 구조의 예측이 잘 알려진 상동성 모델링 프로그램인 Modeller 9v10 (N. Eswar, M. A. et al., Current Protocols in Bioinformatics, John Wiley & Sons, Inc., Supplement 15, 5.6.1-5.6.30, 2006)을 이용하여 수행되었고, 마지막으로, 가장 좋은 단백질 모델을 DOPE(Discrete Optimized Protein Energy) 평가방법(Shen MY, et al., Protein Sci. 2006 Nov;15(11):2507-24)에 기반하여 선택하였다(도 20f, 아래).In order to confirm the formation of the NDRG3-cRaf-RACK1-PKC-beta complex in the hypoxic state, a protein docking simulation was performed as in Example <4-3>. Docking for multiple target structures (ie, NDRG3, RAF1, RACK1 (GNB2L1) and PKC-β) was performed through a two-step experiment. In the first step, NDRG3 was used as a receptor protein in a docking experiment for each target. In the second step, the resulting protein-protein interaction was used as a receptor protein for the docking of other proteins. The input order for the second experiment was c-Raf, RACK1 and PKC-β, in order. Docking calculations were performed by root-mean-square deviation (RMSD) and the results were filtered where the output from a single input matched the output from multiple inputs. Of the filtered results, the most stable one was selected using a total score of HEX 6.3 (sum of shape scores and points of vestibular function) (Fig. 20F, supra) Respectively. In the first phase, PDB (protein data bank) proteins in order to find a candidate template used for homology modeling from a well-known structure in the sequence database, - performing a protein BLAST (BLASTp) search, and having a small p- value less than 10 -3 One of the highest identity scores was identified. In the second step, BLAST was performed to perform the alignment process and restrained spaces were identified in the structure. In a third step, prediction of protein structure is performed using the well-known homology modeling program Modeller 9v10 (N. Eswar, MA et al., Current Protocols in Bioinformatics, John Wiley & Sons, Inc.,
그 결과, 도 20a 내지 도 20d에 나타낸 바와 같이, RACK1이 NDRG3과 상호작용하는 것을 확인하였다(도 20a). 또한, RACK1이 과발현되어도 NDRG3이 결실된 경우 c-Raf 및 ERK1/2 인산화가 억제되는 반면 NDRG3(N66D) 변이체가 과발현된 경우 c-Raf 및 ERK1/2 인산화가 증가하고, RACK1 및 NDRG3(N66D) 단백질이 과발현되어도 PKC의 활성이 억제된 경우 c-Raf 및 ERK1/2의 인산화가 억제되는 것을 확인하였다(도 20b). 특히, 저산소 상태에서 RACK1이 결실된 경우 NDRG3과 PKC의 상호작용이 억제되고(도 20c), PKC 억제제에 의해 PKC의 활성이 억제된 경우 저산소 상태에서 ERK1/2의 인산화가 억제되는 것을 확인함으로써(도 20d), 저산소 상태에서 NDRG3이 RACK1 및 PKC-β와 상호작용하여 c-Raf-ERK 인산화를 촉진하는 것을 확인하였다(도 20a 내지 도 20d).As a result, as shown in Figs. 20A to 20D, it was confirmed that RACK1 interacts with NDRG3 (Fig. 20A). In addition, c-Raf and ERK1 / 2 phosphorylation was inhibited when NDRG3 was overexpressed while RACK1 was overexpressed, whereas c-Raf and ERK1 / 2 phosphorylation were increased when NDRG3 (N66D) mutant was overexpressed, while RACK1 and NDRG3 It was confirmed that phosphorylation of c-Raf and ERK1 / 2 was inhibited when PKC activity was inhibited even when the protein was overexpressed (Fig. 20B). In particular, when RACK1 is deleted under hypoxic conditions, the interaction of NDRG3 with PKC is inhibited (FIG. 20c), confirming that inhibition of PKC activity by PKC inhibitors inhibits phosphorylation of ERK1 / 2 at hypoxic conditions 20d), it was confirmed that NDRG3 interacts with RACK1 and PKC-beta in the hypoxic state to promote c-Raf-ERK phosphorylation (Figs. 20a to 20d).
또한, 도 20e 및 도 20f에 나타낸 바와 같이 세포 내에서 NDRG3이 c-Raf, RACK1 및 PKC-β와 복합체를 형성하여 존재하고(도 20e), 도킹 스뮬레이션을 및 단백질 구조 모델링을 통해 NDRG3-c-Raf-RACK1-PKC-β 4차(quaternary) 복합체 형성의 유연성을 확인하였다(도 20f). 따라서 상기 <실시예 10>의 결과들을 통해 NDRG3이 RACK1와 상호작용하고, 이를 통해 NDRG3-RACK1 복합체에 유도되는 PKCβ에 의한 c-Raf가 인산화되며, 따라서 젖산에 의해서 조절된 NDRG3이 c-Raf 및 RACK1의 스캐폴드 단백질임을 확인하였다.
In addition, as shown in FIGS. 20E and 20F, NDRG3 exists in a complex with c-Raf, RACK1 and PKC-β in the cell (FIG. 20E), and docking smulation and protein structure modeling are performed to form NDRG3-c -Raf-RACK1-PKC- < / RTI > quaternary complex (Figure 20F). Therefore, NDRG3 interacts with RACK1 through the results of Example 10, whereby c-Raf is phosphorylated by PKC? Induced by the NDRG3-RACK1 complex, and thus lactic acid-regulated NDRG3 binds to c-Raf and RACK1 as a scaffold protein.
<< 실시예Example 10> 10> NDRG3NDRG3 발현에 따른 병리학적 변화 확인 Confirm pathological changes by expression
<10-1> <10-1> NDRG3NDRG3 과발현 형질전환 마우스에서 종양 형성 및 신생혈관생성 촉진 확인 Promoting tumor formation and angiogenesis in overexpressing transgenic mice
병리학적으로 NDRG3의 발현이 미치는 영향을 확인하기 위하여, NDRG3 과발현 형질전환 마우스를 이용하여 면역조직화학적 분석법(immunohistochemical analysis)을 수행하여 종양 형성을 확인하고, NDRG3의 발현 및 활성화된 ERK1/2 단백질의 발현을 확인하기 위하여 웨스턴 블럿팅, 유전자 발현 변화를 확인하기 위하여 RT-PCR을 수행하였다.To confirm pathologically the effect of NDRG3 expression, immunohistochemical analysis using NDRG3 transgenic mice was performed to confirm tumor formation, and expression of NDRG3 and the expression of activated ERK1 / 2 protein Western blotting and RT-PCR were performed to confirm gene expression.
구체적으로, NDRG3 과발현이 종양 형성에 미치는 영향을 확인하기 위하여 상기 <실시예 1>에 기재된 방법으로 NDRG3 유전자가 전체적으로 과발현되도록 제작된 NDRG3 과발현 형질전환 C57/BL6 마우스 (40마리) 및 대조군 마우스 (32마리)에서 24개월 까지 시기별로 종양 생성 여부를 판별한 후 비-종양(tumor free) 카플란마이어(Kaplan Meier) 분석법을 이용하여 그래프화하였다.(도 21a).Specifically, to examine the effect of NDRG3 overexpression on tumor formation, NDRG3-overexpressed transformed C57 / BL6 mice (40 rats) and control mice (32 mice), which were prepared by overexpression of the NDRG3 gene as described in Example 1, Tumor production was determined from time to time until the 24th month, and then tumor formation was performed using a tumor free Kaplan Meier assay (FIG. 21A).
또한, NDRG3 과발현이 여러 조직의 종양 형성에 미치는 영향을 확인하기 위하여 18개월 된 상기 NDRG3 과발현 형질전환 마우스 및 대조군 마우스의 폐, 20개월 된 상기 NDRG3 과발현 형질전환 마우스 및 대조군 마우스의 장, 및 9개월 된 상기 NDRG3 과발현 형질전환 마우스 및 대조군 마우스의 하복부(hypogastrium) 조직을 적출한 후 종양 형성을 관찰하였다(도 21b).In order to examine the effect of NDRG3 overexpression on the tumor formation of various tissues, the lungs of the above-mentioned NDRG3 overexpressing transgenic mice and control mice, the 20-month old NDRG3-overexpressing transgenic mice and the control mice, And tumor formation was observed after the hypogastrium tissues of the NDRG3-overexpressing transgenic mice and the control mice were extracted (FIG. 21B).
또한, NDRG3 과발현이 림프종 발현에 미치는 영향을 확인하기 위하여 상기 NDRG3 과발현 형질전환 마우스 및 대조군 마우스에서 장간막 림프절(Mesenteric lymph node), 비장(spleen) 및 간(liver) 조직을 이용하여 면역조직학적 분석법을 수행하였다. 먼저, 상기 NDRG3 과발현 형질전환 마우스 및 대조군 마우스에서 림프절, 비장, 및 간 조직을 적출한 후, 상온에서 10% 포르말린으로 하루동안 고정하였다. 그 다음, 상기 고정된 조직에 파라핀을 처리하고 4 μm로 섹션화한 후, 실라닌화된(silanylated) 슬라이드(Histoserv)로 옮겼다. 항원 검색을 위하여 상기 섹션화된 조직 슬라이드에 0.01 M 구연산염 버퍼(pH6.0)를 처리하고 100℃에서 2분 동안 가열하였다. 그 다음, 상기 슬라이드를 식히고 조직의 세포내 퍼옥시다아제(peroxidase)를 비활성화하기 위하여 5분 동안 3% 과산화수소(hydrogen peroxide)/PBS를 처리한 후, 10% 비면역 마우스 또는 고트(goat) 혈청으로 30분 동안 차단하였다. 그 다음, 림프종에서 발현되는 B 세포 마커인 CD45R 및 T 세포 마커인 CD3의 검색을 위하여 항-CD45R 및 항-CD3 항체로 표지화하고, 상기 표지는 DAB(3, 3'-diaminobenzidine) 기질 크로모젠(chromogen) 용액을 이용하여 ABC(avidin-biotin complex) 방법으로 검출하고 현미경으로 관찰 및 촬영하였다. 또한, 상기 슬라이드는 헤마톡실린-에오진(H&E)으로 대조염색하여 현미경으로 관찰 및 촬영하였다(도 21c).In order to confirm the effect of NDRG3 overexpression on lymphoma expression, immunohistochemical analysis was performed using the mesenteric lymph node, spleen, and liver tissues in the NDRG3 transgenic and control mice, Respectively. First, lymph nodes, spleen, and liver tissues were extracted from the NDRG3 over-expressing transgenic mice and control mice, and fixed with 10% formalin at room temperature for one day. The fixed tissue was then treated with paraffin and sectioned to 4 μm and transferred to a silanylated slide (Histoserv). For antigen detection, the sectioned tissue slides were treated with 0.01 M citrate buffer (pH 6.0) and heated at 100 < 0 > C for 2 min. The slides were then cooled and treated with 3% hydrogen peroxide / PBS for 5 minutes to inactivate peroxidase in the tissues, followed by 30% non-immunized mouse or goat serum Min. CD45R and anti-CD3 antibodies for the detection of CD45R and T cell marker CD3, which are B cell markers expressed in lymphomas, and the label is DAB (3, 3'-diaminobenzidine) substrate chromogen chromogen) solution and detected by avidin-biotin complex (ABC) method. Further, the slide was stained with hematoxylin-eosin (H & E) and observed and photographed under a microscope (Fig. 21C).
또한, NDRG3 과발현이 간종양에 미치는 영향을 확인하기 위하여 상기 <실시예 1>에 기재된 방법으로 제작한 3 종류의 NDRG3 과발현 형질전환 마우스 TG-2, TG-8 및 TG-13 각각의 간 조직을 적출한 후, 상기와 같이 고정하여 섹션화하였다. 그 다음, 상기 섹션화된 간 조직을 이용하여 상기와 같이 면역조직학적 염색을 수행하고 시각화하였다. 세포증식 마커인 PCNA 및 Ki-67, 간세포암종(hepatocellular carcinoma, HCC) 마커인 글루타민합성효소(glutamine synthetase, GS) 및 열충격 단백질 70(heat shock protien 70, HSP)의 검색을 위하여 항-PCNA, 항-HSP70, 항-Ki-67 및 항-GS 항체로 표지화하였다. 또한, 상기 섹션화된 조직을 상기 실시예 <4-1>에 기재된 방법으로 항-NDRG3 항체를 이용하여 면역형광염색하고 공초점 현미경을 이용하여 시각화하였다(도 21d).In order to examine the effect of NDRG3 overexpression on hepatic tumors, liver tissues of the three NDRG3 over-expressing transgenic mice TG-2, TG-8 and TG-13 prepared by the method described in Example 1 above After extraction, they were sectioned as described above. The sectioned liver tissue was then used to perform and visualize immunohistochemical staining as described above. PCNA and anti-CDNA for the detection of PCNA and Ki-67, hepatocellular carcinoma (HCC) markers, glutamine synthetase (GS) and heat shock protein 70 (HSP) -HSP70, anti-Ki-67 and anti-GS antibodies. In addition, the sectioned tissues were visualized by immunofluorescence staining using an anti-NDRG3 antibody and a confocal microscope by the method described in Example <4-1> (FIG. 21D).
또한, NDRG3 과발현이 분자적으로 간종양에 미치는 영향을 확인하기 위하여 상기 NDRG3 과발현 형질전환 마우스 및 대조군 마우스에서 간 조직을 적출한 후 액체질소로 동결하였다. 그 다음, 상기 실시예 <4-2>에 기재된 방법으로 RT-PCR을 수행하였다. 또한, 상기 조직을 이용하여 상기 <실시예 2>와 같이 용해하고 항-NDRG3, 항-인산화-ERK1/2, 항-ERK1/2 항체를 이용하여 웨스턴 블럿팅을 수행하였다(도 21e).In addition, in order to examine the effect of NDRG3 overexpression on liver tumors, hepatic tissues were isolated from NDRG3-overexpressing transgenic mice and control mice and frozen with liquid nitrogen. Then, RT-PCR was performed by the method described in Example <4-2> above. The above tissues were dissolved in the same manner as in Example 2, and Western blotting was performed using anti-NDRG3, anti-phosphorylated-ERK1 / 2 and anti-ERK1 / 2 antibodies (FIG. 21E).
그 결과, 도 21a 내지 도 21c에 나타낸 바와 같이, NDRG3 과발현 형질전환 마우스에서 9개월 이후 종양이 형성되기 시작하고(도 21a), 폐, 장 및 하복부를 포함한 다양한 장기에서 종양이 발견되는 것을 확인하였다(도 21b). 또한, NDRG3 과발현 마우스의 간뿐만 아니라 장간막 림프절 및 비장 등 2차 림프기관에서 림프종 발현 B-세포 및 T-세포가 발견되는 것을 확인하였다(도 21c).As a result, as shown in Figs. 21A to 21C, tumors started to form in NDRG3 transgenic mice after 9 months (Fig. 21A), and tumors were found in various organs including lung, bowel and lower abdomen (Fig. 21B). In addition, lymphoma-expressing B-cells and T-cells were found in secondary lymphoid organs such as mesenteric lymph nodes and spleen as well as liver of NDRG3-overexpressing mice (Fig. 21c).
또한, 도 21d 및 도 21e에 나타낸 바와 같이, 3 종류의 NDRG3 과발현 형질전환 마우스 모두 간세포암종 마커 및 세포증식 마커의 발현이 현저하게 높게 나타나고(도 20d), 분자적으로 신생혈관생성 마커인 IL-1α, IL-1β, IL-6, COX-2 및 PAI-1 mRNA 발현이 증가하며, ERK1/2의 인산화가 증가하는 것을 확인함으로써(도 21e), 상기 결과들을 통해 NDRG3이 종양형성 및 신생혈관생성을 촉진하는 것을 조직학적으로 확인하였다.
21d and 21e, the expression of the hepatocellular carcinoma marker and the cell proliferation marker was remarkably high in all three NDRG3 over-expressing transgenic mice (Fig. 20d), and the expression of IL- (Fig. 21E), confirming that the expression of IL-1, IL-1, IL-6, COX-2 and PAI-1 mRNA was increased and ERK1 / 2 phosphorylation was increased And that it promotes the production.
<10-2> 암환자에서 <10-2> In patients with cancer NDRG3NDRG3 발현 및 Expression and 키나아제Kinase 경로 활성 확인 Verifying Path Active
암에서 NDRG3의 임상적 관련성을 확인하기 위하여, 인간 간암환자의 간암 조직을 이용하여 조직 마이크로어레이(Tissue microarray) 분석법을 수행하였다.To confirm the clinical relevance of NDRG3 in cancer, a tissue microarray assay was performed using liver cancer tissue from human liver cancer patients.
구체적으로, 인제대학교 백병원에서 병리학적으로 정의된 HCC를 가진 환자로부터 적출된 조직 샘플을 제공받았다. 상기 모든 조직 샘플은 10% 완충된 포르말린으로 고정하고 파라핀을 처리하였다. 그 다음, 상기 파라핀 처리된 HCC 조직 샘플(공여자 블락(blocks))을 가지고 코어 조직 생체검사(지름 2 mm)를 수행하고, 트레핀(trephin) 기구(Superbiochips Laboratories, Seoul, Korea) 를 이용하여 새로운 수여자 파라핀 블락(조직 어레이 블락)에 정렬되었다. 결과 조직 어레이 블락은 104개 HCC 및 20개 비-신생 간조직을 포함하였다. 상기 조직 어레이 블락의 4-㎛ 섹션을 이용하여 상기 실시예 <11-1>에 기재된 방법으로 면역조직학적 염색을 수행하였다. NDRG3 또는 인산화-ERK1/2 검색을 위하여 항-NDRG3 및 항-인산화-ERK1/2 항체로 표지화하였다. 또한, 일반 식염수가 음성대조군으로 사용되었다. >10% 중경도의 세포질 염색을 보이는 샘플 및/또는 NDRG3에 대한 세포막 염색 및 >10% 약경도의 인산화-ERK에 대한 핵염색은 양성 점수화 하였다. NDRG3 단백질 및 인산화-ERK의 발현 수준 사이의 통계학적 유의성은 χ2 테스트로 평가되었다(도 22).Specifically, tissue samples were obtained from patients with pathologically defined HCC at Inje University Paik Hospital. All tissue samples were fixed with 10% buffered formalin and treated with paraffin. The paraffin-treated HCC tissue samples (donor blocks) were then subjected to a core tissue biopsy (
그 결과, 도 22에 나타낸 바와 같이, 정상 간에서는 NDRG3 단백질이 거의 발견되지 않는 반면, HCC 환자의 간의 경우 세포질 및 원형질막에서 NDRG3 단백질의 발현이 강하게 나타나며, 이때 인산화된 ERK1/2 단백질의 발현이 현저하게 증가하는 것을 확인하였다. 특히, NDRG3 단백질을 발현하는 25개 HCC 조직 중에서 19 (76%)개 HCC 조직에서 ERK1/2 단백질이 인산화됨을 확인하였다(도 22). 따라서, 상기 결과를 통해 NDRG3의 비정상적인 발현이 종양 형성을 촉진하고 ERK1/2 경로를 활성화함을 확인하였다.
As a result, as shown in Fig. 22, NDRG3 protein was hardly found in the normal liver, whereas NDRG3 protein expression was strongly observed in cytoplasm and plasma membrane of liver of HCC patients, and expression of phosphorylated ERK1 / 2 protein was remarkable . In particular, it was confirmed that ERK1 / 2 protein was phosphorylated in 19 (76%) HCC tissues among 25 HCC tissues expressing NDRG3 protein (FIG. 22). Thus, the above results confirm that abnormal expression of NDRG3 promotes tumorigenesis and activates the ERK1 / 2 pathway.
<< 실시예Example 11> 11> 저산소Hypoxia 반응에서 In the reaction NDRG3NDRG3 의 조절 메커니즘 확인Confirm the control mechanism of
상기 <실시예 3> 내지 <실시예 11>의 결과들을 바탕으로 저산소 반응에 있어서 NDRG3의 역할에 관한 도식 모델을 완성하였다.Based on the results of Examples 3 to 11, a schematic model of the role of NDRG3 in the hypoxic reaction was completed.
도 23에 나타낸 바와 같이, 저산소 상태 초기 단계에 PHD2의 비활성으로 HIF-1α 단백질의 축적이 유도되고, 그 결과 저산소증에 따른 세포의 대사 적응(metabolic adaptation)과 관련된 유전자(LDHA, PDK1 등)가 상향조절되어 해당과정이 활성화된다. 그 후, 저산소 상태의 PHD2 비활성에 의한 NDRG3의 저산소증 표적 부위인 294번째 프롤린 하이드록실화 억제 현상과 함께, 증가된 해당과정에 의해 생성/축적된 젖산에 의해 NDRG3 단백질의 발현이 증가한다. 상기 증가된 NDRG3이 지속적인 저산소 반응에서 스캐폴드 단백질로 작용하여 c-Raf 및 RACK1과 결합하고, 결합된 RACK1이 PKC-β 단백질을 동원하여 복합체를 형성한 후, 상기 PKC에 의해 c-Raf 및 ERK1/2가 인산화되어 c-Raf-ERK 경로가 활성화됨으로써 세포 증식 및 신생혈관생성이 촉진됨을 확인하였다(도 23).
23, the accumulation of HIF-1 alpha protein is induced by the inactivation of PHD2 in the early stage of hypoxic state, and as a result, genes (LDHA, PDK1, etc.) related to metabolic adaptation of cells due to hypoxia are raised And the corresponding process is activated. Thereafter, expression of the NDRG3 protein is increased by lactic acid produced / accumulated by the increased process, along with the 294th proline hydroxylation inhibition phenomenon of the hypoxic target site of NDRG3 by hypoxic PHD2 inactivation. The increased NDRG3 acts as a scaffold protein in a continuous hypoxic response to bind c-Raf and RACK1, binds RACK1 to the PKC-beta protein to form a complex, and then binds c-Raf and ERK1 / 2 was phosphorylated to activate c-Raf-ERK pathway, thereby promoting cell proliferation and neovascularization (FIG. 23).
하기에 본 발명의 조성물을 위한 제조예를 제시한다.
A preparation example for the composition of the present invention is shown below.
<< 제조예Manufacturing example 1> 약학적 제제의 제조 1> Preparation of pharmaceutical preparations
<1-1> <1-1> 산제의Sanje 제조 Produce
NDRG3 발현 또는 활성 억제제 2 gNDRG3 expression or activity inhibitor 2 g
유당 1 gLactose 1 g
상기의 성분을 혼합하고 기밀포에 충진하여 산제를 제조하였다.
The above components were mixed and packed in airtight bags to prepare powders.
<1-2> 정제의 제조<1-2> Preparation of tablets
NDRG3 단백질의 발현 또는 활성 억제제 100 ㎎100 mg of inhibitor of NDRG3 protein expression or activity
옥수수전분 100 ㎎
유 당 100 ㎎100 mg of milk
스테아린산 마그네슘 2 ㎎2 mg of magnesium stearate
상기의 성분을 혼합한 후, 통상의 정제의 제조방법에 따라서 타정하여 정제를 제조하였다.
After mixing the above components, tablets were prepared by tableting according to a conventional method for producing tablets.
<1-3> 캡슐제의 제조≪ 1-3 > Preparation of capsules
NDRG3 단백질의 발현 또는 활성 억제제 100 ㎎100 mg of inhibitor of NDRG3 protein expression or activity
옥수수전분 100 ㎎
유 당 100 ㎎100 mg of milk
스테아린산 마그네슘 2 ㎎2 mg of magnesium stearate
상기의 성분을 혼합한 후, 통상의 캡슐제의 제조방법에 따라서 젤라틴 캡슐에 충전하여 캡슐제를 제조하였다.
After mixing the above components, the capsules were filled in gelatin capsules according to the conventional preparation method of capsules.
<1-4> 환의 제조≪ 1-4 >
NDRG3 단백질의 발현 또는 활성 억제제 1 gExpression or activity of NDRG3 protein Inhibitor 1 g
유당 1.5 gLactose 1.5 g
글리세린 1 gGlycerin 1 g
자일리톨 0.5 g0.5 g of xylitol
상기의 성분을 혼합한 후, 통상의 방법에 따라 1 환 당 4 g이 되도록 제조하였다.
After mixing the above components, they were prepared so as to be 4 g per one ring according to a conventional method.
<1-5> 과립의 제조<1-5> Preparation of granules
NDRG3 단백질의 발현 또는 활성 억제제 150 ㎎150 mg of inhibitor of NDRG3 protein expression or activity
대두 추출물 50 ㎎Soybean extract 50 mg
포도당 200 ㎎200 mg of glucose
전분 600 ㎎600 mg of starch
상기의 성분을 혼합한 후, 30% 에탄올 100 ㎎을 첨가하여 60℃에서 건조하여 과립을 형성한 후 포에 충진하였다.After mixing the above components, 100 mg of 30% ethanol was added and dried at 60 캜 to form granules, which were then filled in a capsule.
<110> Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology <120> Pharmaceutical composition comprising expression or activity inhibitors of NDRG3 for the prevention and treatment of inflammatory diseases <130> 2014P-01-057 <160> 26 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 1128 <212> DNA <213> Homo sapiens <400> 1 atggatgaac ttcaggatgt tcagctcaca gagatcaaac cacttctaaa tgataagaat 60 ggtacaagaa acttccagga ctttgactgt caggaacatg atatagaaac aactcatggt 120 gtggtccacg tcactataag aggcttaccc aaaggaaaca gaccagttat actaacatat 180 catgacattg gcctcaacca taaatcctgt ttcaatgcat tctttaactt tgaggatatg 240 caagagatca cccagcactt tgctgtctgt catgtggatg ccccaggcca gcaggaaggt 300 gcaccctctt tcccaacagg gtatcagtac cccacaatgg atgagctggc tgaaatgctg 360 cctcctgttc ttacccacct aagcctgaaa agcatcattg gaattggagt tggagctgga 420 gcttacatcc tcagcagatt tgcactcaac catccagagc ttgtggaagg ccttgtgctc 480 attaatgttg acccttgcgc taaaggctgg attgactggg cagcttccaa actctctggc 540 ctgacaacca atgttgtgga cattattttg gctcatcact ttgggcagga agagttacag 600 gccaacctgg acctgatcca aacctacaga atgcatattg cccaagacat caaccaagac 660 aacctgcagc tcttcttgaa ttcctacaat ggacgcagag acctggagat cgaaagaccc 720 atactgggcc aaaatgataa caaatcaaaa acattaaagt gttctacttt actggtggta 780 ggggacaatt cgcctgcagt tgaggctgtg gtcgaatgca attcccgcct gaaccctata 840 aatacaactt tgctaaagat ggcggactgt gggggactgc cccaggtagt tcagcctggg 900 aagctcaccg aggccttcaa gtactttttg cagggaatgg gctacatacc atctgccagc 960 atgactcggc tcgcccgatc acgaacccac tcaacctcga gtagcctcgg ctctggagaa 1020 agtcccttca gccggtctgt caccagcaat cagtcagatg gaactcaaga atcctgtgag 1080 tcccctgatg tcctggacag acaccagacc atggaggtgt cctgctaa 1128 <210> 2 <211> 284 <212> PRT <213> Homo sapiens <400> 2 Glu His Asp Ile Glu Thr Thr His Gly Val Val His Val Thr Ile Arg 1 5 10 15 Gly Leu Pro Lys Gly Asn Arg Pro Val Ile Leu Thr Tyr His Asp Ile 20 25 30 Gly Leu Asn His Lys Ser Cys Phe Asn Ala Phe Phe Asn Phe Glu Asp 35 40 45 Met Gln Glu Ile Thr Gln His Phe Ala Val Cys His Val Asp Ala Pro 50 55 60 Gly Gln Gln Glu Gly Ala Pro Ser Phe Pro Thr Gly Tyr Gln Tyr Pro 65 70 75 80 Thr Met Asp Glu Leu Ala Glu Met Leu Pro Pro Val Leu Thr His Leu 85 90 95 Ser Leu Lys Ser Ile Ile Gly Ile Gly Val Gly Ala Gly Ala Tyr Ile 100 105 110 Leu Ser Arg Phe Ala Leu Asn His Pro Glu Leu Val Glu Gly Leu Val 115 120 125 Leu Ile Asn Val Asp Pro Cys Ala Lys Gly Trp Ile Asp Trp Ala Ala 130 135 140 Ser Lys Leu Ser Gly Leu Thr Thr Asn Val Val Asp Ile Ile Leu Ala 145 150 155 160 His His Phe Gly Gln Glu Glu Leu Gln Ala Asn Leu Asp Leu Ile Gln 165 170 175 Thr Tyr Arg Met His Ile Ala Gln Asp Ile Asn Gln Asp Asn Leu Gln 180 185 190 Leu Phe Leu Asn Ser Tyr Asn Gly Arg Arg Asp Leu Glu Ile Glu Arg 195 200 205 Pro Ile Leu Gly Gln Asn Asp Asn Lys Ser Lys Thr Leu Lys Cys Ser 210 215 220 Thr Leu Leu Val Val Gly Asp Asn Ser Pro Ala Val Glu Ala Val Val 225 230 235 240 Glu Cys Asn Ser Arg Leu Asn Pro Ile Asn Thr Thr Leu Leu Lys Met 245 250 255 Ala Asp Cys Gly Gly Leu Pro Gln Val Val Gln Pro Gly Lys Leu Thr 260 265 270 Glu Ala Phe Lys Tyr Phe Leu Gln Gly Met Gly Tyr 275 280 <210> 3 <211> 12 <212> PRT <213> Homo sapiens <400> 3 Gln Asn Asp Asn Lys Ser Lys Thr Leu Lys Cys Ser 1 5 10 <210> 4 <211> 58 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> shNDRG3 <400> 4 ccggacattg gcctcaacca taaatctcga gatttatggt tgaggccaat gttttttg 58 <210> 5 <211> 19 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siNDRG3 <400> 5 cgccugaacc cuauaaaua 19 <210> 6 <211> 19 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siNDRG3 <400> 6 gcuaaaggcu ggauugacu 19 <210> 7 <211> 19 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siNDRG3 <400> 7 aaacagacca guuauacua 19 <210> 8 <211> 19 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siNDRG3 <400> 8 gaucaaacca cuucuaaau 19 <210> 9 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NDRG3 forward primer <400> 9 aaccataaat cctgtttcaa tg 22 <210> 10 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NDRG3 reverse primer <400> 10 tccacaacat tggttgtcag g 21 <210> 11 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NDRG3(N66D) sense primer <400> 11 gaccataaat cctgtttcaa tgcattcttt 30 <210> 12 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NDRG3(N66D) antisense primer <400> 12 gaggccaatg tcatgatatg ttagtataac 30 <210> 13 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siGFP sense <400> 13 guucagcgug uccggcgagt t 21 <210> 14 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siGFP antisense <400> 14 cucgccggac acgcugaact t 21 <210> 15 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siPHD1 sense <400> 15 caucgagcca cucuuugact t 21 <210> 16 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siPHD1 antisense <400> 16 gucaaagagu ggcucgaugt t 21 <210> 17 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siPHD2 sense <400> 17 aacggguuau guacgucaut t 21 <210> 18 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siPHD2 antisense <400> 18 augacguaca uaacccguut t 21 <210> 19 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siPHD3 sense <400> 19 ccagauaugc uaugacugut t 21 <210> 20 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siPHD3 antisense <400> 20 acagucauag cauaucuggt t 21 <210> 21 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siP4HTM sense <400> 21 gagugucggc ucaucaucct t 21 <210> 22 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siP4HTM antisense <400> 22 ggaugaugag ccgacacuct t 21 <210> 23 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siP4HA1 sense <400> 23 gaucugguga cuucucugat t 21 <210> 24 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siP4HA1 antisense <400> 24 ucagagaagu caccagauct t 21 <210> 25 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NDRG3(G138W) sense primer <400> 25 gtttgggctg gagcttacat cctcagc 27 <210> 26 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NDRG3(G138W) antisense primer <400> 26 tccaattcca atgatgcttt tcaggct 27 <110> Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology <120> Pharmaceutical composition comprising expression or activity inhibitors of NDRG3 for the prevention and treatment of inflammatory diseases <130> 2014P-01-057 <160> 26 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 1128 <212> DNA <213> Homo sapiens <400> 1 atggatgaac ttcaggatgt tcagctcaca gagatcaaac cacttctaaa tgataagaat 60 ggtacaagaa acttccagga ctttgactgt caggaacatg atatagaaac aactcatggt 120 gtggtccacg tcactataag aggcttaccc aaaggaaaca gaccagttat actaacatat 180 catgacattg gcctcaacca taaatcctgt ttcaatgcat tctttaactt tgaggatatg 240 caagagatca cccagcactt tgctgtctgt catgtggatg ccccaggcca gcaggaaggt 300 gcaccctctt tcccaacagg gtatcagtac cccacaatgg atgagctggc tgaaatgctg 360 cctcctgttc ttacccacct aagcctgaaa agcatcattg gaattggagt tggagctgga 420 gcttacatcc tcagcagatt tgcactcaac catccagagc ttgtggaagg ccttgtgctc 480 attaatgttg acccttgcgc taaaggctgg attgactggg cagcttccaa actctctggc 540 ctgacaacca atgttgtgga cattattttg gctcatcact ttgggcagga agagttacag 600 gccaacctgg acctgatcca aacctacaga atgcatattg cccaagacat caaccaagac 660 aacctgcagc tcttcttgaa ttcctacaat ggacgcagag acctggagat cgaaagaccc 720 atactgggcc aaaatgataa caaatcaaaa acattaaagt gttctacttt actggtggta 780 ggggacaatt cgcctgcagt tgaggctgtg gtcgaatgca attcccgcct gaaccctata 840 aatacaactt tgctaaagat ggcggactgt gggggactgc cccaggtagt tcagcctggg 900 aagctcaccg aggccttcaa gtactttttg cagggaatgg gctacatacc atctgccagc 960 atgactcggc tcgcccgatc acgaacccac tcaacctcga gtagcctcgg ctctggagaa 1020 agtcccttca gccggtctgt caccagcaat cagtcagatg gaactcaaga atcctgtgag 1080 tcccctgatg tcctggacag acaccagacc atggaggtgt cctgctaa 1128 <210> 2 <211> 284 <212> PRT <213> Homo sapiens <400> 2 Glu His Asp Ile Glu Thr Thr His Gly Val Val His His Val Thr Ile Arg 1 5 10 15 Gly Leu Pro Lys Gly Asn Arg Pro Val Ile Leu Thr Tyr His Asp Ile 20 25 30 Gly Leu Asn His Lys Ser Cys Phe Asn Ala Phe Phe Asn Phe Glu Asp 35 40 45 Met Gln Glu Ile Thr Gln His Phe Ala Val Cys His Val Asp Ala Pro 50 55 60 Gly Gln Gln Glu Gly Ala Pro Ser Phe Pro Thr Gly Tyr Gln Tyr Pro 65 70 75 80 Thr Met Asp Glu Leu Ala Glu Met Leu Pro Pro Val Leu Thr His Leu 85 90 95 Ser Leu Lys Ser Ile Gly Ile Gly Val Gly Ala Gly Ala Tyr Ile 100 105 110 Leu Ser Arg Phe Ala Leu Asn His Pro Glu Leu Val Glu Gly Leu Val 115 120 125 Leu Ile Asn Val Asp Pro Cys Ala Lys Gly Trp Ile Asp Trp Ala Ala 130 135 140 Ser Lys Leu Ser Gly Leu Thr Thr Asn Val Val Asp Ile Ile Leu Ala 145 150 155 160 His His Phe Gly Gln Glu Glu Leu Gln Ala Asn Leu Asp Leu Ile Gln 165 170 175 Thr Tyr Arg Met His Ile Ala Gln Asp Ile Asn Gln Asp Asn Leu Gln 180 185 190 Leu Phe Leu Asn Ser Tyr Asn Gly Arg Arg Asp Leu Glu Ile Glu Arg 195 200 205 Pro Ile Leu Gly Gln Asn Asp Asn Lys Ser Lys Thr Leu Lys Cys Ser 210 215 220 Thr Leu Le Val Val Gly Asp Asn Ser Pro Ala Val Glu Ala Val Val 225 230 235 240 Glu Cys Asn Ser Arg Leu Asn Pro Ile Asn Thr Thr Leu Leu Lys Met 245 250 255 Ala Asp Cys Gly Gly Leu Pro Gln Val Val Gln Pro Gly Lys Leu Thr 260 265 270 Glu Ala Phe Lys Tyr Phe Leu Gln Gly Met Gly Tyr 275 280 <210> 3 <211> 12 <212> PRT <213> Homo sapiens <400> 3 Gln Asn Asp Asn Lys Ser Lys Thr Leu Lys Cys Ser 1 5 10 <210> 4 <211> 58 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> shNDRG3 <400> 4 ccggacattg gcctcaacca taaatctcga gatttatggt tgaggccaat gttttttg 58 <210> 5 <211> 19 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siNDRG3 <400> 5 cgccugaacc cuauaaaua 19 <210> 6 <211> 19 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siNDRG3 <400> 6 gcuaaaggcu ggauugacu 19 <210> 7 <211> 19 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siNDRG3 <400> 7 aaacagacca guuauacua 19 <210> 8 <211> 19 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siNDRG3 <400> 8 gaucaaacca cuucuaaau 19 <210> 9 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NDRG3 forward primer <400> 9 aaccataaat cctgtttcaa tg 22 <210> 10 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NDRG3 reverse primer <400> 10 tccacaacat tggttgtcag g 21 <210> 11 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NDRG3 (N66D) sense primer <400> 11 gaccataaat cctgtttcaa tgcattcttt 30 <210> 12 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NDRG3 (N66D) antisense primer <400> 12 gaggccaatg tcatgatatg ttagtataac 30 <210> 13 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siGFP sense <400> 13 guucagcgug uccggcgagt t 21 <210> 14 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siGFP antisense <400> 14 cucgccggac acgcugaact t 21 <210> 15 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siPHD1 sense <400> 15 caucgagcca cucuuugact t 21 <210> 16 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siPHD1 antisense <400> 16 gucaaagagu ggcucgaugt t 21 <210> 17 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siPHD2 sense <400> 17 aacggguuau guacgucaut t 21 <210> 18 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siPHD2 antisense <400> 18 augacguaca uaacccguut t 21 <210> 19 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siPHD3 sense <400> 19 ccagauaugc uaugacugut t 21 <210> 20 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siPHD3 antisense <400> 20 acagucauag cauaucuggt t 21 <210> 21 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siP4HTM sense <400> 21 gagugucggc ucaucaucct t 21 <210> 22 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siP4HTM antisense <400> 22 ggaugaugag ccgacacuct t 21 <210> 23 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siP4HA1 sense <400> 23 gaucugguga cuucucugat t 21 <210> 24 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siP4HA1 antisense <400> 24 ucagagaagu caccagauct t 21 <210> 25 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NDRG3 (G138W) sense primer <400> 25 gtttgggctg gagcttacat cctcagc 27 <210> 26 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NDRG3 (G138W) antisense primer <400> 26 tccaattcca atgatgcttt tcaggct 27
Claims (15)
상기 NDRG3 단백질의 발현 억제제는 NDRG3 유전자의 mRNA에 상보적으로 결합하는 안티센스 뉴클레오티드, 작은 간섭 RNA(short interfering RNA) 및 짧은 헤어핀 RNA(short hairpin RNA)로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나이고,
상기 NDRG3 단백질의 활성 억제제는 NDRG3 단백질에 상보적으로 결합하는 항체인, 염증성 질환의 예방 및 치료용 약학적 조성물.
Allergic and non-allergic rhinitis, chronic and acute rhinitis, chronic and acute gastritis or enteritis, ulcerative gastritis, gastritis, gastric ulcer, Acute and chronic nephritis, acute and chronic hepatitis, chronic obstructive pulmonary disease, pulmonary fibrosis, irritable bowel syndrome, inflammatory pain, migraine, headache, back pain, fibromyalgia, fascia disease, viral infection, bacterial infection, fungal infection, Rheumatoid arthritis, rheumatoid arthritis, ankylosing spondylitis, Hodgkin's disease, pancreatitis, conjunctivitis, iritis, peritonitis, uveitis, dermatitis, eczema, rheumatoid arthritis, rheumatoid arthritis And multiple sclerosis. ≪ RTI ID = 0.0 > 1. < / RTI > A pharmaceutical composition for the prophylaxis and treatment of inflammatory diseases, ,
The NDRG3 protein expression inhibitor is any one selected from the group consisting of an antisense nucleotide complementary to the mRNA of the NDRG3 gene, a short interference RNA (short interfering RNA), and a short hairpin RNA (short hairpin RNA)
Wherein the activity inhibitor of NDRG3 protein is an antibody that binds complementarily to NDRG3 protein.
The pharmaceutical composition according to claim 1, wherein the NDRG3 protein is an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
The pharmaceutical composition for preventing and treating inflammatory diseases according to claim 1, wherein the NDRG3 protein expression inhibitor promotes hydroxylation of the 294th proline region of the NDRG3 protein.
The method according to claim 1, wherein the NDRG3 protein expression inhibitor is selected from the group consisting of 47th arginine, 66th asparagine, 68th lysine, 69th serine, 72nd asparagine, Alanine, 76th asparagine, 77th phenylalanine, 78th glutamic acid, 81st glutamine, 97th glutamine, 98th glutamine, 99th glutamic acid, 100th glycine, Threonine, threonine, tyrosine, threonine, tyrosine, tyrosine, tyrosine, tyrosine, tyrosine, tyrosine, tyrosine, tyrosine, , 211th methionine, 212th histidine, 214th alanine, 215th glutamine, 216th aspartic acid, 217th isoleucine, 218th asparagine, 219th glutamine, 296th valine, # 297 Val, 298th glutamine, and 300th glycine 301-th to any one or more selected from the group consisting of lysine PHD2 docking sites (docking site) in inflammatory disease preventing or treating pharmaceutical composition, characterized in that to facilitate the engagement of PHD2.
The method according to claim 1, wherein the NDRG3 protein expression inhibitor is selected from the group consisting of the 62th aspartic acid, the 138th glycine, the 139th alanine, or the 229th tyrosine, which is the Lactate binding site of the NDRG3 protein A pharmaceutical composition for the prevention and treatment of inflammatory diseases, which inhibits the binding of lactic acid.
The pharmaceutical composition for preventing or treating inflammatory diseases according to claim 1, wherein the inhibitor of NDRG3 protein activity inhibits the binding of NDRG3 to one or more of PKC-beta, RACK1 or c-Raf.
2) 상기 단계 1)의 NDRG3 단백질의 발현 또는 활성이 정상 대조군에 비해 증가한 경우, 천식, 알레르기성 및 비-알레르기성 비염, 만성 및 급성 비염, 만성 및 급성 위염 또는 장염, 궤양성 위염, 급성 및 만성 신장염, 급성 및 만성 간염, 만성 폐쇄성 폐질환, 폐섬유증, 과민성 대장 증후군, 염증성 통증, 편두통, 두통, 허리 통증, 섬유 근육통, 근막 질환, 바이러스 감염, 박테리아 감염, 곰팡이 감염, 화상, 외과적 또는 치과적 수술에 의한 상처, 프로스타글라딘 E 과다 증후군, 아테롬성 동맥 경화증, 통풍, 퇴행성 관절염, 류머티스성 관절염, 강직성 척추염, 호지킨병, 췌장염, 결막염, 홍채염, 복막염, 포도막염, 피부염, 습진 및 다발성 경화증으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 염증성 질환을 갖는 것으로 진단하거나 염증성 질환의 가능성을 가질 것으로 예측하는 것을 특징으로 하는 단계를 포함하는, 염증성 질환 진단의 정보를 제공하기 위한 NDRG3 단백질의 검출 방법.
1) measuring the expression or activity of NDRG3 protein from a sample isolated from the subject; And
Allergic and non-allergic rhinitis, chronic and acute rhinitis, chronic and acute gastritis or enteritis, ulcerative gastritis, acute and chronic allergic rhinitis, Migraine, headache, back pain, fibromyalgia, myofascial disease, viral infection, bacterial infection, fungal infection, burns, surgical or neuropathic pain, Rheumatoid arthritis, rheumatoid arthritis, ankylosing spondylitis, Hodgkin's disease, pancreatitis, conjunctivitis, iritis, peritonitis, uveitis, dermatitis, eczema, and multiple sclerosis, including but not limited to wounds caused by dental surgery, prostaglandin E hyperadder syndrome, atherosclerosis, gout, degenerative arthritis, Inflammatory disease selected from the group consisting of inflammatory diseases or inflammatory diseases Of the NDRG3 protein to provide information on the diagnosis of an inflammatory disease.
[10] The method according to claim 10, wherein the sample of step 1) is any one selected from the group consisting of cells, tissues, blood, serum, saliva, and urine.
The method according to claim 10, wherein the expression or activity level of the NDRG3 protein of step 1) is selected from the group consisting of ELISA, immunohistochemical staining, Western blotting and protein chip. And detecting the NDRG3 protein.
2) 상기 단계 1)의 세포주에서 NDRG3 단백질의 발현 또는 활성을 확인하는 단계; 및
3) 상기 단계 2)의 NDRG3 단백질의 발현 또는 활성이 무처리 대조군에 비해 감소하는 피검물질을 선별하는 단계를 포함하는, 천식, 알레르기성 및 비-알레르기성 비염, 만성 및 급성 비염, 만성 및 급성 위염 또는 장염, 궤양성 위염, 급성 및 만성 신장염, 급성 및 만성 간염, 만성 폐쇄성 폐질환, 폐섬유증, 과민성 대장 증후군, 염증성 통증, 편두통, 두통, 허리 통증, 섬유 근육통, 근막 질환, 바이러스 감염, 박테리아 감염, 곰팡이 감염, 화상, 외과적 또는 치과적 수술에 의한 상처, 프로스타글라딘 E 과다 증후군, 아테롬성 동맥 경화증, 통풍, 퇴행성 관절염, 류머티스성 관절염, 강직성 척추염, 호지킨병, 췌장염, 결막염, 홍채염, 복막염, 포도막염, 피부염, 습진 및 다발성 경화증으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 염증성 질환 예방 및 치료용 약학적 조성물의 스크리닝 방법.
1) treating the test substance with NDRG3 protein expressing cell line;
2) confirming expression or activity of NDRG3 protein in the cell line of step 1); And
Allergic and non-allergic rhinitis, chronic and acute rhinitis, chronic and acute < RTI ID = 0.0 > Acute and chronic hepatitis, chronic obstructive pulmonary disease, pulmonary fibrosis, irritable bowel syndrome, inflammatory pain, migraine, headache, back pain, fibromyalgia, myofascial disease, viral infection, bacterial infections, gastritis or ulcerative colitis, ulcerative gastritis, acute and chronic hepatitis Atherosclerosis, gout, degenerative arthritis, rheumatoid arthritis, ankylosing spondylitis, Hodgkin's disease, pancreatitis, conjunctivitis, iritis, inflammatory bowel disease, fungal infections, burns, wounds due to surgical or dental surgery, prostaglandin E hyperaemia, , Peritonitis, uveitis, dermatitis, eczema, and multiple sclerosis for the prevention and treatment of inflammatory diseases. A screening method of the composition.
2) 상기 단계 1)의 세포주에서 NDRG3과 PKC-β, RACK1 또는 c-Raf 중 어느 하나 이상의 결합 정도를 확인하는 단계; 및
3) 상기 단계 2)의 결합 정도가 무처리 대조군에 비해 감소하는 피검물질을 선별하는 단계를 포함하는, 천식, 알레르기성 및 비-알레르기성 비염, 만성 및 급성 비염, 만성 및 급성 위염 또는 장염, 궤양성 위염, 급성 및 만성 신장염, 급성 및 만성 간염, 만성 폐쇄성 폐질환, 폐섬유증, 과민성 대장 증후군, 염증성 통증, 편두통, 두통, 허리 통증, 섬유 근육통, 근막 질환, 바이러스 감염, 박테리아 감염, 곰팡이 감염, 화상, 외과적 또는 치과적 수술에 의한 상처, 프로스타글라딘 E 과다 증후군, 아테롬성 동맥 경화증, 통풍, 퇴행성 관절염, 류머티스성 관절염, 강직성 척추염, 호지킨병, 췌장염, 결막염, 홍채염, 복막염, 포도막염, 피부염, 습진 및 다발성 경화증으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 염증성 질환 예방 및 치료용 약학적 조성물의 스크리닝 방법.
1) treating the test substance in a hypoxic state on a cell line expressing any one or more of NDRG3 and PKC-beta, RACK1 or c-Raf;
2) confirming the degree of binding of any one or more of NDRG3 with PKC-beta, RACK1 or c-Raf in the cell line of step 1); And
Allergic and non-allergic rhinitis, chronic and acute rhinitis, chronic and acute gastritis or enteritis, and chronic obstructive pulmonary disease, comprising the steps of: (a) Ulcerative gastritis, acute and chronic nephritis, acute and chronic hepatitis, chronic obstructive pulmonary disease, pulmonary fibrosis, irritable bowel syndrome, inflammatory pain, migraine, headache, back pain, fibromyalgia, fascia disease, viral infection, bacterial infection, fungal infection Rheumatoid arthritis, rheumatoid arthritis, ankylosing spondylitis, Hodgkin's disease, pancreatitis, conjunctivitis, iritis, peritonitis, uveitis, atherosclerosis, , Dermatitis, eczema, and multiple sclerosis, which comprises administering to a mammal in need thereof an effective amount of a pharmaceutical composition for the prevention and treatment of inflammatory diseases, Way.
2) 상기 단계 1)의 NDRG3, PKC-β, RACK1 및 c-Raf 단백질 중 하나 이상의 결합 정도를 확인하는 단계; 및
3) 상기 단계 2)의 결합 정도가 무처리 대조군에 비해 감소하는 피검물질을 선별하는 단계를 포함하는, 천식, 알레르기성 및 비-알레르기성 비염, 만성 및 급성 비염, 만성 및 급성 위염 또는 장염, 궤양성 위염, 급성 및 만성 신장염, 급성 및 만성 간염, 만성 폐쇄성 폐질환, 폐섬유증, 과민성 대장 증후군, 염증성 통증, 편두통, 두통, 허리 통증, 섬유 근육통, 근막 질환, 바이러스 감염, 박테리아 감염, 곰팡이 감염, 화상, 외과적 또는 치과적 수술에 의한 상처, 프로스타글라딘 E 과다 증후군, 아테롬성 동맥 경화증, 통풍, 퇴행성 관절염, 류머티스성 관절염, 강직성 척추염, 호지킨병, 췌장염, 결막염, 홍채염, 복막염, 포도막염, 피부염, 습진 및 다발성 경화증으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 염증성 질환 예방 및 치료용 약학적 조성물의 스크리닝 방법.1) treating the test substance with NDRG3, PKC-beta, RACK1 and c-Raf proteins in vitro;
2) confirming the degree of binding of at least one of NDRG3, PKC-beta, RACK1 and c-Raf proteins of step 1); And
Allergic and non-allergic rhinitis, chronic and acute rhinitis, chronic and acute gastritis or enteritis, and chronic obstructive pulmonary disease, comprising the steps of: (a) Ulcerative gastritis, acute and chronic nephritis, acute and chronic hepatitis, chronic obstructive pulmonary disease, pulmonary fibrosis, irritable bowel syndrome, inflammatory pain, migraine, headache, back pain, fibromyalgia, fascia disease, viral infection, bacterial infection, fungal infection Rheumatoid arthritis, rheumatoid arthritis, ankylosing spondylitis, Hodgkin's disease, pancreatitis, conjunctivitis, iritis, peritonitis, uveitis, atherosclerosis, , Dermatitis, eczema, and multiple sclerosis, which comprises administering to a mammal in need thereof an effective amount of a pharmaceutical composition for the prevention and treatment of inflammatory diseases, Way.
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Veerle Melotte 외 6명, The FASEB Journal, Vol. 24, pages 4153-4166 (2010년11월) |
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