KR102141656B1 - Method for bioconversion of corticosterone by glucosyltransferase and corticosterone glucoside produced thereby - Google Patents

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KR102141656B1 KR1020190085747A KR20190085747A KR102141656B1 KR 102141656 B1 KR102141656 B1 KR 102141656B1 KR 1020190085747 A KR1020190085747 A KR 1020190085747A KR 20190085747 A KR20190085747 A KR 20190085747A KR 102141656 B1 KR102141656 B1 KR 102141656B1
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이주호
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Abstract

The present invention provides a method for bioconversion of corticosterone including a step of glucosylating a 21-hydroxyl group of corticosterone using UDP-glucosyltransferase, UDP-glucosyltransferase used as an enzyme, and corticosterone 21-glucoside obtained therefrom. The corticosterone glucoside obtained from the method for bioconversion of corticosterone using the glucosyltransferase of the present invention can be usefully used as a cranial nerve cell protective agent having low cytotoxicity to brain cells in the fields of medicine and pharmacy.

Description

글루코실트랜스퍼라제를 이용한 코르티코스테론의 생물 전환 방법 및 이로부터 얻어진 코르티코스테론 글루코시드{Method for bioconversion of corticosterone by glucosyltransferase and corticosterone glucoside produced thereby}Method for bioconversion of corticosteroid using glucosyltransferase and corticosteroid glucoside obtained therefrom {Method for bioconversion of corticosterone by glucosyltransferase and corticosterone glucoside produced thereby}

본 발명은 글루코실트랜스퍼라제를 이용한 코르티코스테론의 생물 전환 방법 및 이로부터 얻어진 코르티코스테론 글루코시드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생물 전환 방법으로 서열번호 1의 염기서열로부터 발현되거나 서열번호 2의 아미노산 서열을 포함하는 UDP-글루코실트랜스퍼라제를 이용하여 코르티코스테론의 21번쩨 히드록실기를 글루코실화시켜 코르티코스테론 21-글루코시드로 생물 전환하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bioconversion method of corticosterone using glucosyltransferase and a corticosteroid glucoside obtained therefrom, more specifically, it is expressed from the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 by bioconversion method or of SEQ ID NO: 2 It relates to a method for bioconverting to the corticosteroid 21-glucoside by glucosylating the hydroxyl group #21 of corticosteroid using a UDP-glucosyltransferase comprising an amino acid sequence.

약물, 독 또는 생체 내 찌꺼기들은 간에서 사이토크롬 P450에 의해 대사되고 소변으로 배설된다. UDP-글루쿠로노실-트랜스퍼라제(UDP-glucuronosyl-transferase, UGT)를 사용하여 글루타치온(glutathione) 또는 글루쿠론산(glucuronic acid)과의 포합(conjugation) 반응을 통해 소수성 화합물이 친수성 화합물로 전환되고, 마지막으로 이들 대사 산물이 담관(bile duct) 또는 혈액을 통해 배설된다.Drugs, poisons or debris in vivo are metabolized by the cytochrome P450 in the liver and excreted in the urine. Hydrophobic compounds are converted into hydrophilic compounds through the reaction of conjugation with glutathione or glucuronic acid using UDP-glucuronosyl-transferase (UDT). , Finally, these metabolites are excreted through the bile duct or blood.

스테로이드성 호르몬은 주로 고환, 난소, 부신, 생식선 및 내분비 샘에서 내부 요인 및 외부 자극에 의해 분비되고 부신에서 합성되어 표적 장기로 운반된다. 일반적으로 스테로이드성 호르몬은 생리학적 기능 및 구조에 따라 안드로겐, 에스트로겐 및 코르티코이드(corticoid)로 분류된다. 특히, 코르티코이드 호르몬은 글루코코르티코이드(glucocorticoid) 및 미네랄로코르티코이드(mineralocorticoid)로 더 분류된다. 또한, 글루코코르티코이드의 예는 부신에서 합성된 코르티코스테론(corticosterone), 코르티손(cortisone) 및 코티솔(cortisol)을 포함한다. 코르티코스테론은 주요 부신 피질 호르몬이며 낮은 수준의 활성으로 인간에서만 소량으로 분비된다.Steroid hormones are mainly secreted by internal factors and external stimuli from the testes, ovaries, adrenals, gonads and endocrine glands, synthesized in the adrenal glands and transported to target organs. In general, steroidal hormones are classified into androgen, estrogen, and corticoid according to their physiological function and structure. In particular, corticosteroid hormones are further classified into glucocorticoids and mineralocorticoids. In addition, examples of glucocorticoids include corticosterone, cortisone and cortisol synthesized in the adrenal glands. Corticosterone is the main adrenal cortical hormone and is secreted in small amounts only in humans with low levels of activity.

글루코코르티코이드는 면역, 성장, 감정 및 인지와 같은 생리적인 기능을 발현하기 때문에, 이를 항염증 및 면역 조절 작용을 갖는 약물로 사용할 수 있다. 다양한 생체 내 영향을 미치는 스테로이드성 호르몬이나 혁신적인 약물에 대한 연구 및 개발이 중요하며, 표준 시약 및 시험용 조제약에 대한 합성이 이러한 호르몬의 특성 및 작용을 연구하는 데 필수적이다. 특히, 산화 스트레스, 생체 에너지 손상 및 미토콘드리아 장애는 알츠하이머 병, 파킨슨 병 및 뇌졸중과 같은 신경 퇴행성 질환에 관련되어 왔다. 스트레스에 의한 코르티코스테론 분비에서의 증가는 신경 세포에 손상을 일으키는 것으로 알려져 있으며, 우울증의 행동 발현과 관련이 있을 수 있다. 코르티코스테론은 스트레스를 겪는 동안에 혈류로 방출되어, 혈액 뇌 장벽(blood-brain-barrier, BBB)을 통해 뇌에 쉽게 들어가서 다양한 뇌 영역에 분포된다.Since glucocorticoids express physiological functions such as immunity, growth, emotion and cognition, they can be used as drugs having anti-inflammatory and immunomodulatory effects. Research and development of a variety of in vivo steroidal hormones or innovative drugs is important, and synthesis of standard reagents and test preparations is essential for studying the properties and action of these hormones. In particular, oxidative stress, bioenergy damage and mitochondrial disorders have been implicated in neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease, Parkinson's disease and stroke. An increase in corticosteroid secretion by stress is known to cause damage to nerve cells and may be associated with the manifestation of behavior in depression. Corticosterone is released into the bloodstream during stress and easily enters the brain through the blood-brain-barrier (BBB) and is distributed in various brain regions.

글루쿠로니드(glucuronide)의 대부분은 21번째 탄소의 히드록실기에 연결된 글루쿠론산을 갖는다. 코르티코이드 글루쿠로니드(corticoid glucuronide)는 생체 내에서 유용하며, 합성 방법, 융점, 광학 회전 특성, 적외선 분광기(IR), 자외선-가시광선 분광법(UV) 및 핵 자기 공명(NMR)에 대한 데이터가 공지되어 있다. 그러나, 부신 피질 호르몬인 코티솔 및 코르티코스테론은 지질이므로 무수 반응(anhydrous reaction) 또는 많은 단계를 거쳐야 하고, 코티솔 및 코르티코스테론의 구입 또한 어려운 실정이다. 식물 및 박테리아에서 흔히 발견되는 스테릴(steryl), 스테롤(sterol) 및 스테로이드 글루코시드(steroid glucoside)와 마찬가지로, 코르티코이드 글루코시드(corticoid glucoside)는 친수성이 더 우수하다는 점에서 유리하고, 약물 개발을 위한 생체 내 연구에서 코르티코이드 글루코시드의 사용에 대한 많은 보고가 있었다(Schulze, E., et al., Biomed. Biochim. Acta, 1986, 45, 1049-1056 및 Csaba, G., et al., Acta Biol. Med. Ger. 1978, 37, 1377-1380).Most of the glucuronides have glucuronic acid linked to the hydroxyl group of the 21st carbon. Corticoid glucuronide is useful in vivo and has data on synthesis methods, melting point, optical rotation properties, infrared spectroscopy (IR), ultraviolet-visible spectroscopy (UV) and nuclear magnetic resonance (NMR). Is known. However, since the adrenal cortical hormones cortisol and corticosterone are lipids, anhydrous reaction or many steps are required, and the purchase of cortisol and corticosteroid is also difficult. Like steryl, sterol and steroid glucosides, which are commonly found in plants and bacteria, corticoid glucosides are advantageous in that they have better hydrophilicity and are useful for drug development. There have been many reports of the use of corticoid glucosides in in vivo studies (Schulze, E., et al., Biomed. Biochim. Acta, 1986, 45, 1049-1056 and Csaba, G., et al., Acta Biol Med. Ger. 1978, 37, 1377-1380).

코르티코이드의 11β-히드록실기에 결합하는 산소에서 일어나는 글리코실화는 보고되었지만(Chou, F.P. et al., Chem. Biol. Drug Des., 2017, 89, 61-66), 21-히드록실기에 결합하는 산소에서 일어나는 글리코실화에 대한 보고는 없었다. 한편, 11-데옥시코르티코스테론(11-deoxycorticosterone) 부분은 단지 21-히드록실기의 결합 가능한 위치가 제한되어 있고, 아세틸화 및 11-데옥시코르티코스테론 부분의 21-히드록실기에서의 글루코시드 화합물을 수행함으로써 얻어진 화합물은 많은 생체 내 연구에 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 화합물은 글리코실레이션(glycosylation) 위치에 제한을 가지며, 산소는 21-히드록실기에만 결합한다. 따라서, 11β-히드록실기를 남기면서, 21-히드록실기에서만 글리코실화를 수행함으로써 얻어지는 화합물은 앞서 언급한 이유로 매우 유용하다고 여겨진다. 또한, 코르티코스테론 및 그 유도체의 NMR 구조에 대한 해석이 코르티손 및 코티솔과 비교하여 부족한 실정이다.Glycosylation in oxygen that binds to the 11β-hydroxyl group of corticosteroids has been reported (Chou, FP et al., Chem. Biol. Drug Des., 2017, 89, 61-66), but binds to the 21-hydroxyl group There have been no reports of glycosylation in oxygen. On the other hand, 11-deoxycorticosterone (11-deoxycorticosterone) portion is limited to the binding position of only the 21-hydroxyl group, acetylation and 11-deoxycorticosterone portion of the 21-hydroxyl group Compounds obtained by performing glucoside compounds have been used in many in vivo studies. However, these compounds have limitations on the glycosylation site, and oxygen binds only to the 21-hydroxyl group. Therefore, it is considered that the compound obtained by performing glycosylation only on the 21-hydroxyl group, leaving 11β-hydroxyl group, is very useful for the reasons mentioned above. In addition, the interpretation of the NMR structure of corticosterone and its derivatives is insufficient compared to cortisone and cortisol.

한국등록특허 제10-0192005호 (1999.01.27.)Korean Registered Patent No. 10-0192005 (1999.01.27.)

Chou F.P., et al, Chem Biol Drug Des, 2017, 89: 61-66.Chou F.P., et al, Chem Biol Drug Des, 2017, 89: 61-66. Koirala, N., Preprints 2018, 2018040247 (doi: 10.20944/preprints201804.0247.v1).Koirala, N., Preprints 2018, 2018040247 (doi: 10.20944/preprints201804.0247.v1).

본 발명에서는 글루코실트랜스퍼라제(glucosyltransferase)를 이용하여 11-히드록실기만을 남기고 코르티코스테론의 21-히드록실기에서 글루코실화를 수행하였고, 일차원(one-dimensional, 1D) 1H-NMR 및 일차원 13C-NMR과 상관분광법(correlated spectroscopy, COSY), 회전 프레임 오버하우저 효과 분광분석법(rotating-frame overhauser effect spectroscopy, ROESY), 극성 이동에 의한 왜곡방지 보강된-이핵 단일 양자 상관법(heteronuclear single-quantum correlation-distortionless enhancement by polarization transfer, HSQC-DEPT) 및 이핵 다중 결합 상관법(heteronuoclear multiple-bond correlation, HMBC)의 이차원(two-dimensional, 2D) NMR 실험과 질량 분석(mass spectrometry)을 통하여 코르티코스테론 글루코시드 구조를 규명하였다.In the present invention, by using glucosyltransferase (glucosyltransferase), glucosylation was performed in the 21-hydroxyl group of corticosterone, leaving only the 11-hydroxyl group, one-dimensional (1D) 1 H-NMR and one-dimensional 13 C-NMR and correlated spectroscopy (COSY), rotating-frame overhauser effect spectroscopy (ROESY), distortion-resistant reinforced-heteronuclear single quantum correlation (ROESY) Corticos through two-dimensional (2D) NMR experiments and mass spectrometry of quantum correlation-distortionless enhancement by polarization transfer (HSQC-DEPT) and heteronuclear multiple-bond correlation (HMBC) Theron glucoside structure was investigated.

코르티코스테론 21-글루코시드의 대량 제조 및 분리 후, 과산화수소(H2O2)에 의해 유발된 SH-SY5Y 신경 모세포종 세포에 대한 신경 보호 활성을 조사하였고, 코르티코스테론과 비교하였다.After mass production and isolation of corticosterone 21-glucoside, neuroprotective activity against SH-SY5Y neuroblastoma cells induced by hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) was investigated and compared to corticosteroid.

본 발명의 일 측면에 따라, UDP-글루코실트랜스퍼라제를 이용하여 코르티코스테론의 21-히드록실기를 글루코실화시키는 단계를 포함하는 코르티코스테론의 생물 전환 방법이 제공된다.According to one aspect of the invention, there is provided a method for bioconverting corticosteroids comprising the step of glucosylating the 21-hydroxyl group of corticosteroids using UDP-glucosyltransferase.

본 발명의 다른 측면에 따라, 상기 코르티코스테론의 생물 전환 방법에서 효소로 사용된 UDP-글루코실트랜스퍼라제가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a UDP-glucosyltransferase used as an enzyme in the bioconversion method of corticosteroid.

일 구현예에서, 상기 UDP-글루코실트랜스퍼라제는 서열번호 1의 염기서열로부터 발현된 단백질일 수 있고, 상기 UDP-글루코실트랜스퍼라제는 서열번호 2의 아미노산 서열을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the UDP-glucosyltransferase may be a protein expressed from the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, and the UDP-glucosyltransferase may include the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.

본 발명의 또 다른 측면에 따라, 상기 코르티코스테론의 생물 전환 방법에 의해 얻어진 코르티코스테론 21-글루코시드가 제공된다.According to another aspect of the present invention, a corticosteroid 21-glucoside obtained by the bioconversion method of corticosteroid is provided.

본 발명의 또 다른 측면에 따라, 상기 코르티코스테론 글루코시드를 포함하는 뇌신경세포 보호용 약학 조성물이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a pharmaceutical composition for protecting brain neurons comprising the corticosteroid glucoside.

본 발명에 의해, 서열번호 1의 염기서열로부터 발현되거나 서열번호 2의 아미노산 서열을 포함하는 UDP-글루코실트랜스퍼라제를 이용하여 코르티코스테론을 코르티코스테론 21-글루코시드로 생물 전환하는 방법이 밝혀졌다. 또한, 이로부터 생성된 코르티코스테론 21-글루코시드의 구조 및 위치가 1H, 13C, COSY, ROESY, HSQC-DEPT 및 HMQC NMR 실험 및 TOF-ESI HRMS 등의 방법으로 밝혀졌다. 본 발명에 따른 코르티코스테론 21-글루코시드는 동일한 농도의 코르티코테론에 비하여 신경 세포에 대한 세포 독성이 낮고, 과산화수소에 의한 세포 독성에 대해 보호 효과가 있으며, ROS 생성에 대한 억제 효과를 나타낸다.According to the present invention, a method for bioconverting corticosteroid to corticosterone 21-glucoside using a UDP-glucosyltransferase expressed from a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or comprising an amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 is revealed. lost. In addition, the structure and position of corticosterone 21-glucoside produced therefrom was found by methods such as 1 H, 13 C, COSY, ROESY, HSQC-DEPT and HMQC NMR experiments and TOF-ESI HRMS. Corticosterone 21-glucoside according to the present invention has a low cytotoxicity to neurons, a protective effect against hydrogen peroxide cytotoxicity, and an inhibitory effect on ROS production, compared to the same concentration of corticosterone.

따라서, 본 발명의 글루코실트랜스퍼라제를 이용한 코르티코스테론의 생물 전환 방법 및 이로부터 얻어진 코르티코스테론 글루코시드는 의약 및 약학 분야에서 뇌세포에 대한 세포 독성이 낮은 뇌신경세포 보호제로서 유용하게 사용될 수 있다.Therefore, the bioconversion method of corticosteroid using the glucosyltransferase of the present invention and the corticosteroid glucoside obtained therefrom can be usefully used as a neuronal cell protective agent having low cytotoxicity against brain cells in the pharmaceutical and pharmaceutical fields.

도 1은 코르티코스테론의 글루코실트랜스퍼라제 및 글루쿠로실트랜스퍼라제에 대한 반응을 나타내는 개략도이다.
도 2는 생물 전환 후 글루코실화된 코르티코스테론 생성물의 HPLC 그래프이다.
도 3은 아글리콘 부분 H-12와 입체 중심부(sterocenter)에 결합된 다른 수소를 할당하기 위한 코르티코스테론 21-글루코시드의 회전 프레임 오버하우저 효과 분광분석법(rotating-frame overhauser effect spectroscopy, ROESY) 스펙트럼의 일부이다. 해당 원의 교차점은 주목할만한 피크이고, 측면의 수치는 아글리콘에서 수소의 위치 번호를 나타낸다.
도 4는 ROESY 실험 결과로부터 H-9, H-14 및 H-18에서의 입체 화학 확인에 의한 코르티코스테론 21-글루코시드 형태 및 핵 오버하우저 효과(nuclear overhauser effect, NOE)의 1H-1H 상관 관계를 나타낸 개략도이다. 또한, 1H-13C 이핵다중결합상관법(heteronuoclear multiple-bond correlation, HMBC) 실험을 이용한 1H-13C 장거리(lone range) 커플링 상관 관계 조사를 통해 코르티코스테론과의 포도당 결합 위치를 나타낸다. 글루코오스 부분의 비정상성(anomericity)을 1H-1H 상관분광법(correlated spectroscopy, COSY) 실험 및 1H-13C HMBC 실험에 대한 해석을 통해 확인한다.
도 5는 SH-SY5Y 신경모세포종 세포주에 코르티코스테론과 코르티코스테론 21-글루코시드가 미치는 영향을 나타내는 그래프이다. (a)는 세포 생존율, (b)는 과산화수소(H2O2) 처리된 세포에 대한 세포 보호능 및 (c)는 H2O2 처리된 세포에서의 활성산소종(Reactive oxygen species, ROS)의 생산능을 각각 나타낸다. 데이터는 무처리 대조군의 백분율로 나타낸다. 무처리 대조군의 결과치와 비교시 *p<0.05, **p<0.01 및 ***p<0.001를 나타내고, H2O2 처리된 세포군의 결과치와 비교시 #p<0.05, ##p<0.01 및 ###p<0.001을 나타낸다.
1 is a schematic diagram showing the response of corticosteroid to glucosyltransferase and glucurosyltransferase.
2 is an HPLC graph of a glucosylated corticosteroid product after bioconversion.
FIG. 3 is a rotating-frame overhauser effect spectroscopy (ROESY) spectrum of corticosterone 21-glucoside to allocate different hydrogen bound to the aglycone moiety H-12 and stereocenter. Is part of The intersection of the circles is a remarkable peak, and the numbers on the side indicate the hydrogen's position number in the aglycone.
Figure 4 is from ROESY experiments H-9, H-14 and 1 H- 1 of corticosterone 21-glucoside and form nuclei over Hauser effect (nuclear overhauser effect, NOE) confirmed by the stereochemistry of the H-18 It is a schematic diagram showing the H correlation. In addition, 1 H- 13 C dinuclear multiple bond correlation method and a combination of glucose (heteronuoclear multiple-bond correlation, HMBC ) 1 H- 13 C long range (range lone) coupling Any corticosterone through the relationship with irradiation experiment position Shows. The abnormality of the glucose portion is confirmed by analysis of 1 H- 1 H correlated spectroscopy (COSY) experiments and 1 H- 13 C HMBC experiments.
5 is a graph showing the effect of corticosteroid and corticosteroid 21-glucoside on SH-SY5Y neuroblastoma cell line. (a) is the cell viability, (b) is the ability to protect cells against hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) treated cells, and (c) is the reactive oxygen species (ROS) in H 2 O 2 treated cells. Indicates the production capacity of each. Data are presented as a percentage of untreated control. * P<0.05, ** p<0.01 and *** p<0.001 when compared with the result of the untreated control group, and # p<0.05, ## p<0.01 when compared with the result of the H 2 O 2 treated cell group And ### p<0.001.

본 발명은 UDP-글루코실트랜스퍼라제를 이용하여 코르티코스테론의 21-히드록실기를 글루코실화시키는 단계를 포함하는 코르티코스테론의 생물 전환 방법을 제공한다.The present invention provides a method for bioconverting corticosteroids comprising the step of glucosylating the 21-hydroxyl group of corticosteroids using UDP-glucosyltransferase.

상기 UDP-글루코실트랜스퍼라제는 서열번호 1의 염기서열(표 1 참조)로부터 발현된 단백질일 수 있고, 서열번호 2의 아미노산 서열(표 1 참조)을 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 효소는 1 ~ 100 ㎍/㎖, 바람직하게는 5 ~ 50 ㎍/㎖, 가장 바람직하게는 10 ~ 30 ㎍/㎖로 포함될 수 있다. 또한, 효소 반응에서 UDP-글루코오스가 0.1 ~ 100 mM, 바람직하게는 1 ~ 50 mM, 가장 바람직하게는 2 ~ 10 mM로 포함될 수 있으며, 코르티코스테론이 0.1 ~ 100 mM, 바람직하게는 0.2 ~ 50 mM, 가장 바람직하게는 0.4 ~ 10 mM로 포함될 수 있다. 상기 반응은 20 ~ 50 ℃, 바람직하게는 30 ~ 40 ℃, 가장 바람직하게는 34 ~ 38 ℃ 온도에서 수행될 수 있다.The UDP-glucosyltransferase may be a protein expressed from the base sequence of SEQ ID NO: 1 (see Table 1), and may include an amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 (see Table 1). In addition, the enzyme may be included in 1 ~ 100 ㎍ / ㎖, preferably 5 ~ 50 ㎍ / ㎖, most preferably 10 ~ 30 ㎍ / ㎖. In addition, in the enzymatic reaction, UDP-glucose may be included at 0.1 to 100 mM, preferably 1 to 50 mM, most preferably 2 to 10 mM, and corticosteroid is 0.1 to 100 mM, preferably 0.2 to 50 mM, most preferably 0.4 to 10 mM. The reaction may be carried out at a temperature of 20 ~ 50 ℃, preferably 30 ~ 40 ℃, most preferably 34 ~ 38 ℃.

또한, 본 발명은 상기 코르티코스테론의 생물 전환 방법에서 효소로 사용된 UDP-글루코실트랜스퍼라제를 제공한다.In addition, the present invention provides a UDP-glucosyltransferase used as an enzyme in the bioconversion method of corticosteroid.

본 발명에서의 상기 UDP-글루코실트랜스퍼라제는 미생물로부터 유래할 수 있으며, 바람직하게는 테리바실러스 PAMC 23288(한국해양과학기술원 부설 극지연구소에서 분양받음)에서 유래할 수 있다. UDP-글루코실트랜스퍼라제 유전자를 인코딩하는 서열(서열번호 1의 염기서열)를 클로닝한 재조합 벡터를 대장균에 과발현시키는 통상적인 단백질 생산 방법을 이용하여 제조할 수 있다.The UDP-glucosyl transferase in the present invention may be derived from microorganisms, and may preferably be derived from Teribacillus PAMC 23288 (pre-sale from the Polar Research Institute attached to the Korea Institute of Ocean Science and Technology). The recombinant vector obtained by cloning the sequence encoding the UDP-glucosyltransferase gene (base sequence of SEQ ID NO: 1) can be prepared by using a conventional protein production method for overexpressing E. coli.

상기 UDP-글루코실트랜스퍼라제를 이용한 총 반응시간은 1 ~ 5시간, 바람직하게는 2 ~ 4시간, 가장 바람직하게는 3시간이 소요될 수 있으며, 반응을 중단시키기 위하여 냉각된 유기용매(예를 들어, 메탄올 등)를 첨가할 수 있다.The total reaction time using the UDP-glucosyltransferase may take 1 to 5 hours, preferably 2 to 4 hours, most preferably 3 hours, and cooled organic solvent (for example, to stop the reaction) , Methanol, etc.).

또한, 본 발명은 상기의 코르티코스테론의 생물 전환 방법에 의해 얻어진 코르티코스테론 21-글루코시드를 제공한다.In addition, the present invention provides a corticosteroid 21-glucoside obtained by the bioconversion method of corticosteroid.

상기 코르티코스테론 21-글루코시드는 1H, 13C, COSY, ROESY, HSQC-DEPT 및 HMQC NMR 실험 및 TOF-ESI HRMS 등의 방법을 이용하여 구조 및 위치를 확인할 수 있다. 코르티코스테론 21-글루코시드는 동일한 농도의 코르티코테론에 비하여 신경 세포에 대하여 낮은 세포 독성, 과산화수소에 의한 세포 독성에 대해 세포 보호 효과 및 ROS 생성에 대한 억제 효과를 확인할 수 있다.The corticosteroid 21-glucoside can be confirmed by using 1 H, 13 C, COSY, ROESY, HSQC-DEPT and HMQC NMR experiments and methods such as TOF-ESI HRMS. Corticosterone 21-glucoside can confirm the cell protective effect and the inhibitory effect on ROS production against cytotoxicity by hydrogen peroxide, low cytotoxicity against neurons compared to the same concentration of corticosteroid.

또한, 상기 코르티코스테론 글루코시드를 포함하는 뇌신경세포 보호용 약학 조성물을 제공한다. 상기 뇌신경세포의 산화적 손상과 관련된 질환은 중풍, 치매, 알츠하이머병, 헌팅턴병 및 파킨슨병으로 이루어진 군으로부터 1종 이상이 선택될 수 있다.In addition, it provides a pharmaceutical composition for the protection of cranial nerve cells comprising the corticosteroid glucoside. The disease related to the oxidative damage of the cranial nerve cells may be one or more selected from the group consisting of stroke, dementia, Alzheimer's disease, Huntington's disease, and Parkinson's disease.

일 구현예에서, 상기 약학 조성물은 1 ~ 1,000 ㎍/㎖ 농도, 바람직하게는 1 ~ 700 ㎍/㎖ 농도의 상기 코르티코스테론 21-글루코시드를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 개체의 체중, 연령, 성별, 건강상태, 식이, 투여시간, 투여방법, 배설율 및 질환의 중증도 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 본 발명의 뇌신경세포 보호용 약학 조성물은 목적하는 방법에 따라 경구 투여하거나 비경구 투여할 수 있다.In one embodiment, the pharmaceutical composition may include the corticosterone 21-glucoside at a concentration of 1 to 1,000 µg/ml, preferably 1 to 700 µg/ml, but is not limited thereto. Age, gender, health, diet, administration time, administration method, excretion rate and disease severity may vary. In addition, the pharmaceutical composition for protecting brain neurons of the present invention may be administered orally or parenterally depending on the desired method.

일 구현예에서, 상기 약학 조성물은 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제, 희석제 및 부형제로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 약제학적으로 허용 가능한 담체를 추가로 포함할 수 있다.In one embodiment, the pharmaceutical composition may further include at least one pharmaceutically acceptable carrier selected from the group consisting of fillers, extenders, binders, wetting agents, disintegrating agents, surfactants, diluents and excipients.

약학적으로 허용 가능한 담체는 식염수, 멸균수, 링거액, 완충 식염수, 덱스트로오스 용액, 말토덱스트린 용액, 글리세롤, 에탄올 및 이들 성분 중 1종 이상의 성분을 혼합하여 사용할 수 있으며, 필요에 따라 항산화제, 완충액, 정균제 등 다른 통상의 첨가제를 첨가할 수 있다.Pharmaceutically acceptable carriers can be used by mixing one or more of these components: saline, sterile water, Ringer's solution, buffered saline, dextrose solution, maltodextrin solution, glycerol, ethanol, and antioxidants, if necessary. Other conventional additives such as buffers and bacteriostatic agents can be added.

또한, 본 발명의 약학 조성물은 수용액, 현탁액, 유탁액 등의 형태로, 주사용 제형, 환약, 캡슐, 과립, 연고, 경구투여제 또는 정제 등의 다양한 제형으로 제조될 수 있다.In addition, the pharmaceutical composition of the present invention, in the form of aqueous solutions, suspensions, emulsions, etc., can be prepared in various dosage forms, such as injectable formulations, pills, capsules, granules, ointments, orally administered or tablets.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

<실시예><Example>

1. 재료 및 방법1. Materials and Methods

(1) 코르티코스테론 21-글루코시드에 대한 일반적인 실험 절차(1) General experimental procedure for corticosteroid 21-glucoside

1) 코르티코스테론 21-글루코시드의 분리1) Isolation of corticosteroid 21-glucoside

생성물은 Mightysil reverse-phase C18 GP column(4.6 × 250 ㎚, 5 ㎛)을 사용하여 Dionex Ultimate 3000 UHPLC+ system(Thermo Fisher Scientific, Germering, Germany)으로 분석하였다. HPLC 시스템의 구성은 LPG-3400SD 펌프, ACC-3000 자동 샘플러 컬럼 구획 및 DAD-3000 다이오드 어레이(diode array) 검출기로 구성된다. 이동상은 용액 A(HPLC 등급의 물 중) 및 용액 B(HPLC 등급의 아세토니트릴 중)로 구성된다. 유속을 1.0 ㎖/min으로 유지하고 오븐 온도를 30 ℃로 유지하였다. 생성물을 분석하기 위해, 수행조건(gradient system)은 하기와 같다: 용액 B의 백분율을 5 %에서 8 %(0 - 4분), 20 %(7분), 40 %(10분), 70 %(13분), 100 %(18 - 25분), 80 %(28분), 50 %(30 - 33분) 및 5 %(38분)로 높였다. 기질 및 그 생성물을 확인하기 위해 245 ㎚에서 UV 검출을 수행하였다.The product was analyzed with a Dionex Ultimate 3000 UHPLC+ system (Thermo Fisher Scientific, Germering, Germany) using a Mightysil reverse-phase C18 GP column (4.6×250 nm, 5 μm). The HPLC system consists of an LPG-3400SD pump, an ACC-3000 automatic sampler column compartment, and a DAD-3000 diode array detector. The mobile phase consists of solution A (in HPLC grade water) and solution B (in HPLC grade acetonitrile). The flow rate was maintained at 1.0 ml/min and the oven temperature was maintained at 30°C. To analyze the product, the gradient system is as follows: the percentage of solution B from 5% to 8% (0-4 minutes), 20% (7 minutes), 40% (10 minutes), 70%. (13 minutes), 100% (18-25 minutes), 80% (28 minutes), 50% (30-33 minutes) and 5% (38 minutes). UV detection was performed at 245 nm to identify the substrate and its products.

HPLC 분리 방법은 다음과 같다: UV 검출기(245 ㎚)에 연결된 C18 컬럼[YMC-Pack ODS-AQ (250 ㎚ × 20 ㎚ I.D., 10 ㎛)]을 사용하여 분취 크로마토그래피(preparative HPLC, prep HPLC)로 화합물의 정제를 수행하였다. ACN 5 % 내지 40 %(0 ~ 10분)을 갖춘 2개 프로그램을 35분 동안 이용한 다음, 10 ㎖/min의 유속으로 100 %(10 - 18분)로 증가시키고, 100 %(18 - 25분)로 유지시킨 다음, 5 %(25 - 35분)에 감소시켰다.The HPLC separation method is as follows: preparative HPLC (prep HPLC) using a C18 column (YMC-Pack ODS-AQ (250 nm×20 nm ID, 10 μm)) connected to a UV detector (245 nm). Purification of the compound was carried out. Two programs with ACN 5% to 40% (0 to 10 minutes) were used for 35 minutes, then increased to 100% (10 to 18 minutes) at a flow rate of 10 ml/min, and 100% (18 to 25 minutes) ), then reduced to 5% (25-35 minutes).

2) 핵 자기 공명 및 질량 분광법2) Nuclear magnetic resonance and mass spectrometry

Bruker BioSpin AVANCE II 900 MHz spectrometer(Bruker GmbH, Rheinstetten, Germany)상에서 정제된 생성물을 헥사듀테리오-디메틸-설폭시드(DMSO-d 6)에 용해시켜 시료를 준비하였다. 글루코실화된 스테로이드의 정확한 구조를 밝히기 위해 1차원 NMR(1H NMR 및 13C NMR) 시험과 2차원 NMR(COSY, ROESY, HSQC-DEPT 및 HMBC) 시험을 수행하였다.Samples were prepared by dissolving the purified product on a Bruker BioSpin AVANCE II 900 MHz spectrometer (Bruker GmbH, Rheinstetten, Germany) in hexadeuterio-dimethyl-sulfoxide (DMSO- d 6 ). One-dimensional NMR ( 1 H NMR and 13 C NMR) tests and two-dimensional NMR (COSY, ROESY, HSQC-DEPT and HMBC) tests were performed to reveal the exact structure of the glucosylated steroid.

시험관 내 글루코실화 반응 개시 기질 및 생성물의 질량은 SYNAPT G2-S(Waters Corporation)와 결합된 ACQUITY UPLC®(Waters Corporation, Milford, MA, USA)를 사용하여 고분해능 액체 크로마토그래피 전기분무이온화 사중 극자 비행시간차 고해상도 질량 분석(UPLC-ESI-Q-TOF-HRMS)을 수행하였다.In vitro glucosylation reaction initiation The mass of substrate and product is high resolution liquid chromatography electrospray ionization quadrupole flight time difference using ACQUITY UPLC ® (Waters Corporation, Milford, MA, USA) combined with SYNAPT G2-S (Waters Corporation) High resolution mass spectrometry (UPLC-ESI-Q-TOF-HRMS) was performed.

(2) 생물 전환 반응(2) bioconversion reaction

본 발명자들은 북극 토양 시료 유래 테리바실러스(Terribacillus sp.) PAMC 23288주를 한국해양과학기술원 부설 극지연구소(Incheon, South Korea)로부터 분양받아 사용하였고, 이로부터 UDP-글루코실트랜스퍼라제(UDP-glucosyltransferase-1, UGT-1) 유전자를 발견하였다. UGT-1 유전자의 인코딩 서열(1182 bp의 염기서열[서열번호 1], 표 1 참조)은 pET28a(+) 벡터에 클로닝한 후 대장균(Escherichia coli) BL21(DE3)에 과발현시켰으며, 발현된 단백질을 분석한 결과, 393개의 아미노산 서열(서열번호 2, 표 1 참조)인 것을 확인하였다. UGT-1의 정제는 일반적인 단백질 정제 방법으로 수행하였다.The present inventors derive from the Arctic soil sample, Terribacillus sp. PAMC 23288 was used by pre-sale from the Polar Research Institute (Incheon, South Korea) attached to the Korea Institute of Ocean Science and Technology, and from this, the UDP-glucosyltransferase-1 (UTG-1) gene was found. The encoding sequence of the UGT-1 gene (base sequence of 1182 bp [SEQ ID NO: 1], see Table 1) was overexpressed in Escherichia coli BL21 (DE3) after being cloned into the pET28a(+) vector. As a result of analysis, it was confirmed that the amino acid sequence of 393 (SEQ ID NO: 2, see Table 1). Purification of UGT-1 was performed by a general protein purification method.

Figure 112019072763728-pat00001
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시험관 내 분석을 위해, 10 ㎍/㎖ 글루코실트랜스퍼라제, 100 mM Tris-HCl pH 8.5 완충액, 10 mM MgCl2, 2 mM UDP-글루코오스 및 0.4 mM 코르티코스테론으로 최종 부피 100 ㎕를 구성하였다. 반응은 35 ℃에서 3시간 동안 진행되었다. 반응이 종료되면, 시료를 400 ㎕의 메탄올로 추출한 다음, 12,000×g에서 10분 동안 원심 분리하였다. 분리된 상등액을 추가 분석에 사용하였다.For in vitro analysis, a final volume of 100 μl was constructed with 10 μg/ml glucosyltransferase, 100 mM Tris-HCl pH 8.5 buffer, 10 mM MgCl 2 , 2 mM UDP-glucose and 0.4 mM corticosteroid. The reaction proceeded at 35° C. for 3 hours. When the reaction was completed, the sample was extracted with 400 μl of methanol, and then centrifuged at 12,000×g for 10 minutes. The separated supernatant was used for further analysis.

정제된 글루코실트랜스퍼라제(30 ㎍/㎖), 10 mM UDP-글루코오스(~ 56 mg), 10 mM 기질 (~ 10 ㎎, DMSO에 용해), 100 mM 트리스-HCl(pH 8.0) 완충용액 및 10 mM MgCl2·6H2O를 30 ㎖ 부피로 하여 예비-스케일 반응을 확인하였으며, 이를 3시간 동안 37 ℃에서 반응시켰다. 반응은 3배 부피의 냉각된 메탄올을 첨가함으로써 중단시켰다. 반응 혼합물을 간단히 혼합하고 원심분리(12,000 rpm, 10분, 4 ℃)하여 변성된 단백질을 제거하였다. 마지막으로, 상층액을 증발 및 정제하여 농축시켰다.Purified glucosyltransferase (30 μg/ml), 10 mM UDP-glucose (~ 56 mg), 10 mM substrate (~ 10 mg, dissolved in DMSO), 100 mM Tris-HCl (pH 8.0) buffer and 10 The pre-scale reaction was confirmed using a 30 ml volume of mM MgCl 2 ·6H 2 O, which was reacted at 37° C. for 3 hours. The reaction was stopped by adding 3 times the volume of cooled methanol. The reaction mixture was simply mixed and centrifuged (12,000 rpm, 10 minutes, 4°C) to remove the denatured protein. Finally, the supernatant was concentrated by evaporation and purification.

(3) 코르티코스테론 21-글루코시드의 세포 분석(3) Cell analysis of corticosteroid 21-glucoside

1) 세포 독성 및 세포 보호 분석1) Analysis of cytotoxicity and cell protection

SH-SY5Y 신경모세포 세포주는 미국 세포주은행(American Type Culture Collection, Manassas, VA, USA)에서 구입하였다. 상기 세포는 페니실린(100 U/㎖)과 스트렙토마이신(100 ㎍/㎖)이 보충된 10 % 태아소혈청(Gibco-BRL)이 포함된 Dulbecco's Modified Eagle's Medium(DMEM, Gibco-BRL, Karlsruhe, Germany)에 37 ℃, 5 % CO2 배양기에서 배양하였다.The SH-SY5Y neuroblastoma cell line was purchased from the American Cell Line Bank (American Type Culture Collection, Manassas, VA, USA). The cells were Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM, Gibco-BRL, Karlsruhe, Germany) containing 10% fetal bovine serum (Gibco-BRL) supplemented with penicillin (100 U/mL) and streptomycin (100 μg/mL). Incubated in a 37 °C, 5% CO 2 incubator.

코르티코스테론과 코르티코스테론 21-글루코시드의 처리로 인한 세포 생존율을 확인하기 위해 세포를 1 × 104 세포/웰의 밀도로 96-웰 플레이트에 접종하고, 37 ℃에서 24시간 동안 배양하였다. 플레이트에 상이한 농도(0, 5, 10, 25 및 50 μM)의 코르티코스테론 및 코르티코스테론 21-글루코시드를 처리한 다음, 상기 플레이트를 37 ℃에서 24시간 동안 추가 배양하였다. 세포 생존율은 [3-(4,5-디메틸 티아졸-2-일)-5-(3-카르복시메톡시페닐)-2-(4-설포페닐)-2H-테트라졸리움 내부염(MTS)]에서 포르마잔(formazan)으로의 환원에 기초한 CellTiter 96® Aqueous One Solution Cell Proliferation Assay kit(Promega, Madison, WI, USA)를 제조사의 지침에 따라 이용하여 측정하였다. 배지를 제거한 후 MTS가 함유된 DMEM 200 ㎕를 각 웰에 첨가한 다음, 37 ℃에서 1시간 동안 배양하였다. 마이크로 플레이트 형광 측정기(Molecular Devices, Sunnyvale, CA, USA)를 이용하여 490 ㎚에서 흡광도를 측정하였다.Cells were seeded in 96-well plates at a density of 1×10 4 cells/well to confirm the cell viability due to the treatment of corticosterone and corticosteroid 21-glucoside, and cultured at 37° C. for 24 hours. Plates were treated with different concentrations (0, 5, 10, 25 and 50 μM) of corticosteroid and corticosteroid 21-glucoside, and then the plates were further incubated at 37° C. for 24 hours. Cell viability [3- (4,5-dimethylthiazol-2-yl) -5- (3-carboxy-methoxyphenyl) -2- (4-sulfophenyl) -2 H - tetrazolium inner salt (MTS) ] Was measured using CellTiter 96 ® Aqueous One Solution Cell Proliferation Assay kit (Promega, Madison, WI, USA) based on reduction from formazan according to the manufacturer's instructions. After removing the medium, 200 μl of DMEM containing MTS was added to each well, and then cultured at 37° C. for 1 hour. Absorbance was measured at 490 nm using a microplate fluorescence meter (Molecular Devices, Sunnyvale, CA, USA).

코르티코스테론과 코르티코스테론 21-글루코시드의 세포 보호 효과를 확인하기 위해 세포를 96-웰 플레이트에 1 × 104 세포/웰의 밀도로 플레이팅하고 37 ℃에서 24시간 동안 유지하였다. 코르티코스테론과 코르티코스테론 21-글루코시드를 각기 상이한 농도(0, 1, 2.5, 5 및 10 μM)로 세포에 첨가하여 37 ℃에서 24시간 동안 배양하였다. 100 μM 과산화수소(H2O2)를 세포에 첨가하고 1시간 동안 배양한 후, MTS를 포르마잔으로 환원시켜 세포 보호 효과를 측정하였다.Cells were plated in 96-well plates at a density of 1 x 10 4 cells/well in a 96-well plate to confirm the cell protective effect of corticosterone and corticosteroid 21-glucoside and maintained at 37°C for 24 hours. Corticosterone and corticosteroid 21-glucoside were added to cells at different concentrations (0, 1, 2.5, 5 and 10 μM) and incubated at 37° C. for 24 hours. After adding 100 μM hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) to the cells and incubating for 1 hour, the protective effect of the cells was measured by reducing MTS with formazan.

2) 활성산소종(Reactive Oxygen Species, ROS) 생산 분석2) Reactive Oxygen Species (ROS) production analysis

5(6)-카복시-2′,7′-디클로로플루오레세인 디아세테이트[5(6)-carboxy-2′,7′-dichlorofluorescein diacetate, DCF-DA, Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA] 형광 프로브를 사용하여 세포 내 ROS를 측정하였다. SH-SY5Y 세포를 96-웰 검정 플레이트에 플레이팅하고 상이한 농도(0, 1, 2.5, 5 및 10 μM)를 갖는 테스트 시료를 각각 24시간 동안 처리하였다. 100 μM 과산화수소를 세포에 첨가하고 1시간 동안 배양하였다. 세포를 10 μM DCF-DA와 함께 37 ℃에서 30분 동안 배양한 다음 PBS로 2회 세척하였다. DCF의 형광 강도는 여기파장 485 ㎚ 및 방출파장 535 ㎚을 갖는 마이크로 플레이트 판독기를 이용하여 측정하였다.5(6)-carboxy-2′,7′-dichlorofluorescein diacetate[5(6)-carboxy-2′,7′-dichlorofluorescein diacetate, DCF-DA, Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA] The intracellular ROS was measured using a fluorescent probe. SH-SY5Y cells were plated in 96-well assay plates and test samples with different concentrations (0, 1, 2.5, 5 and 10 μM) were treated for 24 hours each. 100 μM hydrogen peroxide was added to the cells and incubated for 1 hour. Cells were incubated with 10 μM DCF-DA at 37° C. for 30 minutes and then washed twice with PBS. The fluorescence intensity of DCF was measured using a microplate reader having an excitation wavelength of 485 nm and an emission wavelength of 535 nm.

2. 결과2. Results

(1) 코르티코스테론 21-글루코시드의 생물 전환(1) bioconversion of corticosteroid 21-glucoside

약 40 %의 전환율로 얻어진 코르티코스테론에 대한 생물 전환을 수행한 결과(도 1 참조)로, 코르티코스테론 반응 혼합물에 대한 HPLC 분석에서 254 ㎚에서 단 하나의 글루코시드 피크가 나타났다. 상기 생성물의 비행시간차 전기분무이온화 고해상도 질량 분석(TOF-ESI HRMS)은 코르티코스테론 글루코시드의 정확한 질량[M + 1]+과 일치하는 m/z = 509.2747(C27H41O9 +: 계산된 정확한 질량 값 m/z = 509.2745)을 나타내었다(도 2 참조).As a result of bioconversion to corticosteroid obtained with a conversion rate of about 40% (see FIG. 1), HPLC analysis of the corticosteroid reaction mixture showed only one glucoside peak at 254 nm. The time-of-flight electrospray ionization high-resolution mass spectrometry (TOF-ESI HRMS) of the product was calculated to match m / z = 509.2747 (C 27 H 41 O 9 + :) consistent with the correct mass of corticosteroid glucoside [M + 1] +. The exact mass value m / z = 509.2745) was shown (see Fig. 2).

NMR 실험은 1H, 13C, COSY, ROESY, HSQC-DEPT 및 HMQC를 측정하고 ROESY에 의해 각각의 수소를 갖는 탄소 및 입체구조를 확인하였다. 선행문헌[Ciuffreda, et al. Steroids 2009, 74, 870-875]에서는 코르티코스테론 21-글루쿠로니드에 대한 1H- 및 13C-NMR 화학적 이동에 대하여 보고하고 있다. 코르티코스테론 21-글루쿠로니드 및 코르티코스테론 21-글루코시드는 아글리콘 부분에서 거의 동일하고, 유일한 차이점은 도 1에서와 같이 당 부분의 6′위치에서의 카르복실산 또는 알코올이다. 13C 및 1H 및 1H-1H 결합 상수의 화학적 이동에 대한 글루쿠로니드와 글루코시드 간의 비교된 코르티코스테론 유도체를 하기의 표 2에 나타내었다.NMR experiments measured 1 H, 13 C, COSY, ROESY, HSQC-DEPT and HMQC and confirmed the carbon and conformation with each hydrogen by ROESY. Ciuffreda, et al. Steroids 2009, 74, 870-875] report the 1 H- and 13 C-NMR chemical shifts to corticosteroid 21-glucuronide. Corticosterone 21-glucuronide and corticosterone 21-glucoside are almost identical in the aglycone moiety, the only difference being the carboxylic acid or alcohol at the 6'position of the sugar moiety as shown in FIG. Comparative corticosteroid derivatives between glucuronide and glucoside for chemical shifts of 13 C and 1 H and 1 H- 1 H binding constants are shown in Table 2 below.

Figure 112019072763728-pat00002
Figure 112019072763728-pat00002

아글리콘 부분의 13C 및 1H 화학적 이동은 선행문헌[Ciuffreda, et al. Steroids 2009, 74, 870-875]의 결과와 거의 일치하지만, H-12의 α 및 β로의 화학적 이동은 이러한 결과를 반대로 나타내었다. 상기 스테로이드의 α 및 β의 결정은 다음과 같이 하는 것으로 확인되었다: 스테로이드의 링이 종이 면에서 돌출부로 표시되면 화학식(formula)은 일반적으로 도 1과 같이 동쪽방향으로 향하게 된다. 도 1에서 동쪽방향에 나타낸 링에 부착된 원자 또는 기(그룹)가 종이의 면 아래에 놓여 있으면 알파(α) 또는 종이의 평면 위에 있으면 베타(β)라고 한다. 이러한 α 및 β 위치는 각 수소 간의 핵 오버하우저 효과(Nuclear Overhauser Effect, NOE)를 관찰하는 방법을 이용하여 입체 상관 관계를 조사하여 확인할 수 있다. ROESY 또는 NOESY 실험은 다른 아글리콘 양성자의 1H-NMR 신호를 겹치게 함으로써 복합체를 형성하기 때문에 바람직하다.The 13 C and 1 H chemical shifts of the aglycone moiety are described in Ciuffreda, et al. Steroids 2009, 74, 870-875], but the chemical shift of H-12 to α and β reversed these results. The determination of α and β of the steroid was confirmed as follows: When the ring of the steroid is marked as a protrusion on the paper surface, the formula is generally directed eastward as shown in FIG. 1. In FIG. 1, atoms or groups (groups) attached to the ring shown in the east direction are referred to as alpha (α) or beta (β) when placed on the plane of the paper. These α and β positions can be confirmed by examining the three-dimensional correlation using a method of observing the nuclear overhauser effect (NOE) between each hydrogen. ROESY or NOESY experiments are preferred because they form a complex by overlapping the 1 H-NMR signal of other aglycone protons.

ROESY 실험의 결과는 δ 0.91 및 δ 1.10에서 각각의 입체 위치 수소(도 3 참조) H-9 및 H-14에 대한 상호 연관된 NOE 크로스 피크가 각각 축 방향과 α 위치에 있음을 나타내었으로, H-12의 δ 1.55, H-15의 δ 1.67, H-16의 δ 1.56 및 H-7의 δ 0.97은 제시된 NOE 크로스 피크 때문에 α 위치에 있어야 한다. NOE 실험 결과의 경우, δ = 1.78에서 H-18에 비하여 δ = 2.05, 1.25, 2.03 및 1.87에서 H-12, H-15, H-16 및 H-8 사이에서의 NOE 상관 관계가 있을 가능성이 더 높다. 이러한 가능성이 도 3에서 실제적으로 확인되었다. 이러한 NOE 상관 관계를 도 4에서 구조적으로 도식화하여 나타내었다.The results of the ROESY experiment showed that at δ 0.91 and δ 1.10, the correlated NOE cross peaks for each steric position hydrogen (see FIG. 3) H-9 and H-14 were in the axial and α positions, respectively, H Δ 1.55 of -12, δ 1.67 of H-15, δ 1.56 of H-16 and δ 0.97 of H-7 should be in the α position due to the presented NOE cross peak. For NOE experiment results, there is a possibility that there is a NOE correlation between δ = 1.5, H-12, H-15, H-16 and H-8 at δ = 2.05, 1.25, 2.03 and 1.87 compared to H-18 at δ = 1.78. Higher. This possibility was practically confirmed in FIG. 3. The NOE correlation is schematically illustrated in FIG. 4.

코르티코스테론 글루코시드에 대한 아글리콘은 각각의 양성자 및 탄소를 확인하였다. 코르티코스테론의 2개의 히드록실기 때문에, 연결 위치는 11β- 및 21-히드록실기 중에서 결정되어야 한다. 글루코오스가 11β-히드록실기에 연결되면, H-11 및 H-21에 대한 화학적 이동이 표 2에서의 글루쿠로니드 및 글루코시드에 대해 상이한 값을 나타내야 한다. 글루쿠로니드 및 글루코오스의 화학적 이동을 표 2에서와 비교하면, 글루코시드에 대한 결과는 코르티코스테론에서 글루코스에 대한 동일한 연결 위치를 나타낸다. 또한, 스테로이드 글루코시드에 대한 글리코시드 연결의 위치는 1H-13C HMBC 스펙트럼에서 글리코시드간 상관 관계에 의해 확인되었고, δ 4.15(H-1′) 및 δ 73.44(C-21)에서 신호간의 상관 관계에 있어서는 β-글루코시드 부분에 의한 아글리콘의 C-21 위치에서의 치환을 확인하였다. 또한, δ 4.20 및4.33(H-21의 2개 수소)와 δ 102.14(C-1′)에서 신호간의 HMBC 스펙트럼에 대한 상관 관계를 통하여 상기의 연결 위치를 확인하였다.Aglycone for corticosteroid glucoside identified each proton and carbon. Because of the two hydroxyl groups of corticosterone, the linkage position must be determined among the 11β- and 21-hydroxyl groups. When glucose is linked to the 11β-hydroxyl group, chemical shifts to H-11 and H-21 should show different values for glucuronide and glucoside in Table 2. When the chemical shifts of glucuronide and glucose are compared to those in Table 2, the results for glucoside show the same linking sites for glucose in corticosterone. In addition, the location of the glycosidic linkage to the steroid glucoside was confirmed by a correlation between the glycosides in the 1 H- 13 C HMBC spectrum, and between the signals at δ 4.15 (H-1′) and δ 73.44 (C-21). In the correlation, substitution of the aglycone by the β-glucoside moiety at the C-21 position was confirmed. In addition, the above-mentioned connection positions were confirmed through correlation to the HMBC spectrum between the signals at δ 4.20 and 4.33 (two hydrogens of H-21) and δ 102.14 (C-1').

코르티코스테론 21-글루코시드의 글루코오스 부분의 비정상성을 아노머성 양성자(anomeric proton)와 H-2′에 대한 할당 후에 1D 1H-NMR 및 2D COSY 실험을 통하여 확인하였다. 글루코오스 부분(7.8 Hz, 도 4 및 표 2)에 대한 H-1′ 및 H-2′ 값 사이의 상대적으로 큰 커플링 상수는 D-글루코오스 부분의 β-형태를 나타내었다(표 2 참조).The abnormality of the glucose portion of corticosterone 21-glucoside was confirmed through 1D 1 H-NMR and 2D COSY experiments after assignment to the anionic proton and H-2'. The relatively large coupling constant between H-1' and H-2' values for the glucose portion (7.8 Hz, Figure 4 and Table 2) indicated the β-form of the D-glucose portion (see Table 2).

(2) 코르티코스테론 21-글루코시드의 생물 활성(2) Biological activity of corticosteroid 21-glucoside

신경 퇴행성 장애는 비정상적인 신경 세포 사멸과 밀접한 관련이 있으며, 뇌의 신경 세포는 다른 세포에 비해 에너지를 위한 산화적 인산화에 대한 의존성이 크기 때문에 산화 스트레스에 매우 민감하다. 스트레스 호르몬으로서, 코르티코스테론은 DNA 손상 및 세포 사멸로 특징지어지는 신경 손상을 유발한다. 본 발명에서는 SH-SY5Y 세포에서 과산화수소에 의한 세포 사멸과 활성산소종(ROS)에 대한 코르티코스테론 및 코르티코스테론 21-글루코시드의 신경 보호 활성을 조사하였다. 또한, 먼저 코르티코스테론 및 코르티코스테론 21-글루코시드 사이의 세포 독성에 대한 차이를 확인하였다.Neurodegenerative disorder is closely related to abnormal neuronal cell death, and neurons in the brain are more sensitive to oxidative stress because they have a greater dependence on oxidative phosphorylation for energy than other cells. As a stress hormone, corticosteroids cause nerve damage characterized by DNA damage and cell death. In the present invention, cell death by hydrogen peroxide in SH-SY5Y cells and neuroprotective activity of corticosteroid and corticosteroid 21-glucoside against reactive oxygen species (ROS) were investigated. In addition, the difference in cytotoxicity between corticosteroid and corticosteroid 21-glucoside was first confirmed.

도 5a에 나타난 바와 같이, 코르티코스테론의 처리(5, 7.5, 10, 25 및 50 μM)는 무처리 대조군(100 %)과 비교하여 세포 생존율을 각각 114.8 %, 98.8 %, 81.1 %, 41.0 % 및 20.8 %으로 현저히 감소시켰다. 그러나, 코르티코스테론 21-글루코시드(5, 7.5, 10, 25, 50 μM)에 의한 세포 생존율이 각각 109.6 %, 121.5 %, 121.9 %, 102.4 %, 82.5 %로 나타나, 코르티코스테론의 세포 독성과 비교하여 독성이 강하지 않은 것으로 확인되었다.As shown in Figure 5a, treatment with corticosteroid (5, 7.5, 10, 25 and 50 μM) compared to the untreated control (100%), cell viability was 114.8%, 98.8%, 81.1%, 41.0%, respectively. And 20.8%. However, the cell viability by corticosteroid 21-glucoside (5, 7.5, 10, 25, 50 μM) was 109.6%, 121.5%, 121.9%, 102.4%, 82.5%, respectively, indicating that cytotoxicity of corticosteroid It was confirmed that the toxicity was not strong compared to.

코르티코스테론 및 코르티코스테론 21-글루코시드의 신경 보호 활성을 확인하기 위해, 100 μM 과산화수소를 포함하거나 포함하지 않는 세포에서 세포 보호 시험을 수행하였다. 100 μM의 과산화수소를 SH-SY5Y 세포에 처리했을 때 세포 독성(무처리 대조군에 비해 49.9 %의 생존율)이 나타났다. 코르티코스테론 21-글루코시드(1, 2.5, 5 및 10 μM)로 전처리한 결과는 코르티코스테론(1, 2.5, 5 및 10 μM)을 전처리한 결과(64.9 %, 63.2 %, 54.5 % 및 45.6 %)와 비교하여 세포 생존율을 88.4 %, 94.8 %, 102.9 % 및 103.2 %로 각각 회복시켰다(도 5b 참조). 코르티코스테론 21-글루코시드는 과산화수소 매개성 세포 독성을 용량 의존적으로 억제한다는 점에서 코르티코스테론보다 우수하였다(도 5b 참조).To confirm the neuroprotective activity of corticosterone and corticosteroid 21-glucoside, cell protection tests were performed on cells with or without 100 μM hydrogen peroxide. Cytotoxicity (49.9% survival rate compared to untreated control) was observed when 100 μM hydrogen peroxide was treated with SH-SY5Y cells. The results of pretreatment with corticosteroid 21-glucoside (1, 2.5, 5 and 10 μM) were pretreated with corticosteroid (1, 2.5, 5 and 10 μM) (64.9%, 63.2%, 54.5% and 45.6) %) compared to 88.4%, 94.8%, 102.9% and 103.2% of cell viability, respectively (see Figure 5b). Corticosterone 21-glucoside was superior to corticosterone in that it dose-dependently inhibits hydrogen peroxide-mediated cytotoxicity (see Figure 5B).

미토콘드리아 대사의 장애와 관련된 신경 퇴행성 질환은 활성산소종(ROS) 생성 및 미토콘드리아 기능 장애를 증가시킨다. 미토콘드리아의 과산화물(superoxide)의 생성은 세포 기능의 저하에 중요한 역할을 하는 것으로 여겨진다. 따라서, ROS 생성 분석을 수행하여 코르티코스테론 및 코르티코스테론 21-글루코시드에 대한 미토콘드리아의 과산화물 소거능을 조사하였다. SH-SY5Y 세포에서 과산화수소를 처리시 무처리 대조군(100 %)과 비교하여 ROS의 생성을 430.7 %까지 증가시켰다(도 5c 참조).Neurodegenerative diseases associated with disorders of mitochondrial metabolism increase reactive oxygen species (ROS) production and mitochondrial dysfunction. It is believed that the production of mitochondrial superoxides plays an important role in the reduction of cellular function. Therefore, ROS generation analysis was performed to investigate the mitochondrial peroxide scavenging ability against corticosteroids and corticosteroid 21-glucosides. When treated with hydrogen peroxide in SH-SY5Y cells, ROS production was increased to 430.7% compared to the untreated control group (100%) (see FIG. 5C ).

코르티코스테론 21-글루코시드(1, 2.5, 5 및 10 μM)로 전처리한 결과, 미토콘드리아 과산화물의 레벨이 코르티코스테론(1, 2.5, 5 및 10 μM)으로 전처리한 결과(271.5 %, 356.6 %, 378.6 % 및 406.1 %)와 비교하여, 각각 121.6 %, 120.6 %, 102.4 % 및 93.8 %로 나타났다(도 5c 참조). 신경 보호 활성 시험의 결과와 유사하게, 코르티코스테론 21-글루코시드가 코르티코스테론보다 용량 의존적으로 미토콘드리아 과산화물 레벨을 하향 조절하여 훨씬 더 큰 ROS 생산 저하 활성을 나타내었다(도 5c 참조).As a result of pretreatment with corticosteroid 21-glucoside (1, 2.5, 5 and 10 μM), the level of mitochondrial peroxide was pretreated with corticosterone (1, 2.5, 5 and 10 μM) (271.5%, 356.6%). , 378.6% and 406.1%), respectively, 121.6%, 120.6%, 102.4% and 93.8% (see Fig. 5c). Similar to the results of the neuroprotective activity test, corticosteroid 21-glucoside showed significantly greater ROS production lowering activity by down-regulating mitochondrial peroxide levels dose-dependently than corticosterone (see Figure 5c).

(3) 결론(3) Conclusion

코르티코스테론 21-글루코시드의 글루코실화 구조 및 위치를 1H, 13C, COSY, ROESY, HSQC-DEPT 및 HMQC NMR 실험 및 TOF-ESI HRMS 데이터를 통하여 확인하였다. 11β-히드록실기를 제외하고, 21-히드록실기에서의 글루코실화에 대한 효과를 명확히 나타내었다. 이는 글루쿠론산과 글루코오스에 대한 차이점을 제외하고는 이전의 NMR 연구 결과와 거의 일치하였다. 그러나, 아글리콘 부분의 C-12상에서의 수소 α-β 구조에 대한 본 발명에서의 확인이 역으로 입증되었다. 입체 화학의 관점에서 NOE를 이용한 입체 화학에서의 구조결정이 중요하다. 그러나, 종래의 보고에서 입체 구조가 NOE에 의해 결정되지 않았으므로, 이러한 차이가 발생한다. 지금까지 코르티코스테론에 대한 상세한 NMR 데이터가 보고된 바 없으나, 이러한 NMR 분석은 스테로이드의 구조 데이터를 보완하는 것으로 간주된다.The glucosylation structure and location of corticosteroid 21-glucoside was confirmed through 1 H, 13 C, COSY, ROESY, HSQC-DEPT and HMQC NMR experiments and TOF-ESI HRMS data. Except for the 11β-hydroxyl group, the effect on glucosylation at the 21-hydroxyl group was clearly shown. This was almost consistent with the results of previous NMR studies, except for the difference between glucuronic acid and glucose. However, confirmation in the present invention for the hydrogen α-β structure on C-12 of the aglycone moiety was reversely verified. From the perspective of stereochemistry, structural determination in stereochemistry using NOE is important. However, this difference arises because the stereoscopic structure was not determined by NOE in the conventional reports. No detailed NMR data for corticosteroids have been reported so far, but this NMR analysis is considered to complement the steroid structural data.

코르티코테론 21-글루코시드의 세포 독성은 상이한 농도(5 - 50 μM)에서 코르티코스테론(대조군 대비 114.8 - 20.8 %)과 비교시 심각한 수준이 아닌 것을 확인하였다(무처리 대조군 대비 109.6 - 82.5 %). 코르티코스테론 21-글루코시드(1 - 10 μM)를 전처리하면 코르티코스테론(세포 생존율의 경우, 무처리 대조군 대비 64.9 - 45.6 %; ROS 수준의 경우, 무처리 대조군 대비 271.5 - 406.1 %)과 비교하여 세포 생존율(무처리 대조군 대비 88.4 - 103.2 %)을 회복시키고, 세포 내 ROS 수준(무처리 대조군 대비 121.6-93.8 %, 과산화수소 처리군이 430.7 %인 경우)을 감소시켰다. 이러한 결과는 코르티코테론 21-글루코시드가 코르티코테론과 비교하여 세포 독성을 낮춘다는 것을 나타내었다. 코르티코스테론 21-글루코시드에서 관찰된 신경 보호 효과를 통하여 이 화합물이 선택적 신경 보호 작용을 달성하는데 유용할 수 있음을 시사한다.It was confirmed that the cytotoxicity of corticotron 21-glucoside was not at a significant level compared to corticosteroid (114.8-20.8% compared to the control) at different concentrations (5-50 μM) (109.6-82.5% compared to the untreated control group). . Pretreatment of corticosteroid 21-glucoside (1-10 μM) compared to corticosteroid (64.9-45.6% compared to untreated control for cell viability; 271.5-406.1% for untreated control for ROS levels) To restore the cell viability (88.4-103.2% compared to the untreated control group), the intracellular ROS level (121.6-93.8% compared to the untreated control group, the case where the hydrogen peroxide treated group was 430.7%) was reduced. These results indicated that corticotron 21-glucoside lowered cytotoxicity compared to corticoterone. The neuroprotective effect observed in corticosterone 21-glucoside suggests that this compound may be useful in achieving selective neuroprotective action.

(4) 요약(4) Summary

글루코코르티코이드의 21-히드록실기의 글루코실화는 소수성으로부터 친수성으로의 용해도를 변화시키고, 생체 내에서 움직이는 대상인 글루코코르티코이드 글루쿠로니드와 같이, 동일한 행동을 나타내는 것으로 확인된다. 따라서, 11β-히드록실기를 유지하면서 21-히드록실기로의 글루코실화가 특히 중요하며, 코르티코스테론의 글루코실화는 고분해능 질량 분석법 및 1D(1H 및 13C) NMR 및 2D(COSY, ROESY, HSQC-DEPT, HMBC) NMR을 통하여 확인하였다. 또한, 코르티코스테론 및 코르티코스테론 21-글루코시드 사이의 생체 활성 차이를 시험관 내에서 확인하였다. 코르티코스테론 21-글루코시드는 코르티코스테론과 비교하여 과산화수소에 의해 유도된 세포 사멸 및 ROS에 대한 신경 보호 효과가 더 큰 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 새로운 화합물의 영역-선택적 글루코실화를 통한 코르티코스테론의 생물 전환이 새로운 뇌신경 보호제를 개발하기 위한 구조적 가능성을 제시할 수 있음을 처음으로 나타내었다.Glucosylation of the 21-hydroxyl group of glucocorticoids has been shown to change the solubility from hydrophobic to hydrophilic and exhibit the same behavior, such as glucocorticoid glucuronide, a moving object in vivo. Therefore, while maintaining the 11β-hydroxyl group, glucosylation to the 21-hydroxyl group is particularly important, and the glucosylation of corticosterone is high resolution mass spectrometry and 1D ( 1 H and 13 C) NMR and 2D (COSY, ROESY , HSQC-DEPT, HMBC) was confirmed by NMR. In addition, differences in bioactivity between corticosteroid and corticosteroid 21-glucoside were confirmed in vitro. Corticosterone 21-glucoside was found to have a greater neuroprotective effect on cell death and ROS induced by hydrogen peroxide compared to corticosteroid. These results indicate for the first time that bioconversion of corticosteroids through domain-selective glucosylation of new compounds may suggest structural possibilities for developing new cranial neuroprotective agents.

<110> Industry-University Cooperation Foundation Sunmoon University <120> Method for bioconversion of corticosterone by glucosyltransferase and corticosterone glucoside produced thereby <130> P190554 <160> 2 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 1182 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> UDP-glucosyltransferase-1 <400> 1 atgaaacagc atcatatcac aattattaat atccctgcgt atggccatgt aaaccccaca 60 cttgcattag tggagaagct ttgtgaaaaa ggacatcggg taacatacgc tacgacagag 120 gaatttgccc cggcggttca acaagcggga gcccgcccac ttttatatga aacaaccatt 180 tcggtagatc ctcagcaaat taaagaattg atggaaaaaa acgaaacgcc gcttatgttt 240 ttgaaagaat cgcttggaat cttgccacag ctagaagaat tgtataaaga tgaccagcct 300 gaccttatcg tctatgattt tatcgcactg gcgggaaaac tgttagccga taagcttcaa 360 gtgccggctg tcagactctg ttcgtcatac gctcaaaatg aatcctttca gatgggaact 420 gaggagatgc tccaacaagt caaagaagca gaggctgaat ttcaggcctt tctggagcaa 480 gaaaacttac cggctgtctc atttgaacaa ctggctatac cagaagcgtt taatattgtc 540 tttatgccgc gctcttttca gattaagaac 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UDP-glucosyltransferase-1 <400> 1 atgaaacagc atcatatcac aattattaat atccctgcgt atggccatgt aaaccccaca 60 cttgcattag tggagaagct ttgtgaaaaa ggacatcggg taacatacgc tacgacagag 120 gaatttgccc cggcggttca acaagcggga gcccgcccac ttttatatga aacaaccatt 180 tcggtagatc ctcagcaaat taaagaattg atggaaaaaa acgaaacgcc gcttatgttt 240 ttgaaagaat cgcttggaat cttgccacag ctagaagaat tgtataaaga tgaccagcct 300 gaccttatcg tctatgattt tatcgcactg gcgggaaaac tgttagccga taagcttcaa 360 gtgccggctg tcagactctg ttcgtcatac gctcaaaatg aatcctttca gatgggaact 420 gaggagatgc tccaacaagt caaagaagca gaggctgaat ttcaggcctt tctggagcaa 480 gaaaacttac cggctgtctc atttgaacaa ctggctatac cagaagcgtt taatattgtc 540 tttatgccgc gctcttttca gattaagaac gaaaccttcg acgaccgctt ctgttttatc 600 ggtccgtctc ttggaaaacg aagcgaacaa gagcgcctgc tgttaaaaga gaaaggcgat 660 cgcccgctta tgctgatttc actgggaacg gccttcaacg cctggccgga attctatcaa 720 atgtgtatgg aggcttttgg ggggtctgaa tggcatgtca ttatgtcggt aggaaaatca 780 attgagcctg acagtcttgg tgatattcct gacaacttca cggtccgcca gcgcgttccg 840 cagctggacg tattgacgga agctgatgta tttatttctc acggaggaat gaacagcacg 900 atggaagcga tgaacgaggg agtgccgctt gtagtgattc cgcaaatgca tgaacaggaa 960 ctcacagctc agcgtgttga agaattaggg ctgggaatct acctgccgaa agaagaggtc 1020 agtgtacctc gtttgcaaca ggcgatcggt aatatattct ctgacaaaga gattcacagc 1080 cgcgtgaaag atatgcagaa agatgtaaag gaagcaggcg gagcagaaca gggcgcggcg 1140 gagatcgaag cgtttatgaa aaagtctgtc gttccgcaat aa 1182 <210> 2 <211> 393 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> UDP-glucosyltransferase-1 <400> 2 Met Lys Gln His His Ile Thr Ile Ile Asn Ile Pro Ala Tyr Gly His 1 5 10 15 Val Asn Pro Thr Leu Ala Leu Val Glu Lys Leu Cys Glu Lys Gly His 20 25 30 Arg Val Thr Tyr Ala Thr Thr Glu Glu Phe Ala Pro Ala Val Gln Gln 35 40 45 Ala Gly Ala Arg Pro Leu Leu Tyr Glu Thr Thr Ile Ser Val Asp Pro 50 55 60 Gln Gln Ile Lys Glu Leu Met Glu Lys Asn Glu Thr Pro Leu Met Phe 65 70 75 80 Leu Lys Glu Ser Leu Gly Ile Leu Pro Gln Leu Glu Glu Leu Tyr Lys 85 90 95 Asp Asp Gln Pro Asp Leu Ile Val Tyr 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Claims (6)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 서열번호 2의 아미노산 서열을 포함하는 UDP-글루코실트랜스퍼라제를 이용하여 코르티코스테론의 21-히드록실기를 글루코실화시키는 단계를 포함하는 코르티코스테론의 생물 전환 방법.A method for bioconversion of corticosteroid comprising the step of glucosylating the 21-hydroxyl group of corticosteroid using UDP-glucosyltransferase comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. 제4항의 코르티코스테론의 생물 전환 방법에 의해 얻어진 코르티코스테론 21-글루코시드.Corticosterone 21-glucoside obtained by the bioconversion method of corticosteroid of claim 4. 제5항의 코르티코스테론 21-글루코시드를 포함하는 뇌신경세포 보호용 약학 조성물.A pharmaceutical composition for the protection of brain neurons comprising the corticosteroid 21-glucoside of claim 5.
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