KR102236773B1 - TLR4 antagonizing peptide - Google Patents

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Abstract

본 발명은 TLR4 신호전달 경로를 억제하는 펩타이드에 관한 것으로, 상기 펩타이드를 포함하는 TLR4 길항제 및 자가면역 질환 또는 염증성 질환의 치료용 약학 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 펩타이드는 TLR4 신호전달 경로를 억제함으로써 염증성 사이토카인의 분비 억제 및 NF-κB와 MAPKs의 활성화를 억제하는 효과가 우수하므로, TLR4 신호전달 경로에 의해 발생하는 자가면역 질환 및 염증성 질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물로 유용하다.The present invention relates to a peptide that inhibits the TLR4 signaling pathway, and to a TLR4 antagonist comprising the peptide and a pharmaceutical composition for the treatment of autoimmune or inflammatory diseases. The peptide according to the present invention has excellent effects of inhibiting the secretion of inflammatory cytokines by inhibiting the TLR4 signaling pathway and inhibiting the activation of NF-κB and MAPKs. It is useful as a pharmaceutical composition for prophylaxis or treatment.

Description

TLR4 길항 펩타이드 {TLR4 antagonizing peptide}TLR4 antagonizing peptide {TLR4 antagonizing peptide}

본 발명은 TLR4 신호전달 경로를 억제하는 펩타이드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 TLR4/MD2 복합체에 결합하여 염증성 사이토카인 분비 억제 및 NF-κB와 MAPKs의 활성화를 억제하는 펩타이드로, 상기 펩타이드를 포함하는 TLR4 길항제 및 자가면역 질환 또는 염증성 질환의 치료용 약학 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a peptide that inhibits the TLR4 signaling pathway, and more particularly, to a peptide that binds to the TLR4/MD2 complex to inhibit inflammatory cytokine secretion and the activation of NF-κB and MAPKs, including the peptide. It relates to a TLR4 antagonist and a pharmaceutical composition for the treatment of autoimmune diseases or inflammatory diseases.

톨-유사 수용체 (TLRs; Toll-like receptors)는 병원균-연관 분자 패턴 (PAMPs; pathogen-associated molecular patterns)이나 위험-연관 분자 패턴 (DAMPs; danger-associated molecular patterns)을 감지할 수 있으므로 숙주의 감시 시스템에서 매우 중요하다 (Akira, S et al., Proceedings of the Japan Academy, Series B 85:143-156, 2009). 톨-유사 수용체 4 (TLR4; Toll-like receptor 4)는 TLR 패밀리에서 처음으로 규명된 수용체로서, 면역 관련 병리학에서 광범위하게 연구되고 있다 (Duffy, L. et al., ImmunoTargets and therapy 5:69, 2016; Achek, A et al., Arch. Pharmacal Res. 39:1032-1049, 2016). TLR4는 세포 표면에 위치하고 있으며, 지질다당류 (LPS; lipopolysaccharide)를 인식한다 (Kawai, T. et al., Nat. Immunol. 11:373-384, 2010). LPS는 그람 음성 박테리아의 외막에 위치한 거대 당지질 분자이며, 지질 A, 핵심 영역 및 O-항원으로 알려진 소수성 도메인으로 구성된다. 지질 A는 LPS의 생물학적 활성을 담당하며, TLR4-매개 면역 반응의 주요 유도 물질이다 (Park, B.S. et al. Nature 458:1191-1195, 2009). LPS (lipopolysaccharide)-결합 단백질 (LBP)이 LPS에 결합하면 응집체를 형성하고 CD 14 (cluster of differentiation 14)에 전달되며 MD2 (myeloid differentiation factor 2)에 결합함으로써, LPS-결합 MD2는 TLR4와 상호 작용하여 복합체의 이량체화 및 후속 신호 전달의 개시를 유도한다 (Park, B.S et al., Exp. Mol. Med. 45:e66, 2013). 다른 TLR과는 달리 TLR4는 Myd88 (myeloid differentiation primary response gene 88) 및 TRIF (Toll/interleukin-1 receptor (TIR)-domain-containing adaptor-inducing interferon-β) 의존 경로를 유도할 수 있다 (Nijland, R. et al., Mar. Drugs 12:4260-4273, 2014). MyD88-의존 경로의 개시는 핵 인자 NF-κB 및 MAPK의 초기 단계 활성화를 유도하고, 이는 IL-1β, IL-6 및 TNF-α와 같은 전염증성 사이토카인의 생산을 초래한다. TLR4 자극은 TRIF 의존 경로를 통해 NF-κB 및 IRF3 (interferon regulatory transcription factor 3)의 후기 단계 활성화를 유도한다. 두 경로 모두 대식세포 및 수지상 세포와 같은 선천성 면역 세포의 성숙과 활성화를 유도한다 (Akira, S et al., Proceedings of the Japan Academy, Series B 85:143-156, 2009; Kawai, T. et al., Nat. Immunol. 11:373-384, 2010; Kawai, T. et al., Immunity 34:637-650, 2011).Toll-like receptors (TLRs) are capable of detecting pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) or danger-associated molecular patterns (DAMPs), so the monitoring of the host It is very important in the system (Akira, S et al., Proceedings of the Japan Academy, Series B 85:143-156, 2009). Toll-like receptor 4 (TLR4) is the first receptor identified in the TLR family and has been extensively studied in immune-related pathology (Duffy, L. et al., ImmunoTargets and therapy 5:69, 2016; Achek, A et al., Arch. Pharmacal Res. 39:1032-1049, 2016). TLR4 is located on the cell surface and recognizes lipopolysaccharide (LPS) (Kawai, T. et al., Nat. Immunol. 11:373-384, 2010). LPS is a large glycolipid molecule located in the outer membrane of Gram-negative bacteria and is composed of lipid A, a key region, and a hydrophobic domain known as an O-antigen. Lipid A is responsible for the biological activity of LPS and is a major inducer of TLR4-mediated immune responses (Park, BS et al. Nature 458:1191-1195, 2009). When LPS (lipopolysaccharide)-binding protein (LBP) binds to LPS, it forms aggregates and is transferred to CD 14 (cluster of differentiation 14), and by binding to MD2 (myeloid differentiation factor 2), LPS-binding MD2 interacts with TLR4. This leads to the initiation of dimerization of the complex and subsequent signaling (Park, BS et al., Exp. Mol. Med. 45:e66, 2013). Unlike other TLRs, TLR4 can induce pathways dependent on Myd88 (myeloid differentiation primary response gene 88) and TRIF (Toll/interleukin-1 receptor (TIR)-domain-containing adapter-inducing interferon-β) (Nijland, R. et al., Mar. Drugs 12:4260-4273, 2014). Initiation of the MyD88-dependent pathway leads to early stage activation of nuclear factors NF-κB and MAPK, which leads to the production of pro-inflammatory cytokines such as IL-1β, IL-6 and TNF-α. TLR4 stimulation induces late-stage activation of NF-κB and interferon regulatory transcription factor 3 (IRF3) through a TRIF-dependent pathway. Both pathways induce maturation and activation of innate immune cells such as macrophages and dendritic cells (Akira, S et al., Proceedings of the Japan Academy, Series B 85:143-156, 2009; Kawai, T. et al. ., Nat. Immunol. 11:373-384, 2010; Kawai, T. et al., Immunity 34:637-650, 2011).

숙주 방어 기전에서 TLR4 활성화는 침입하는 병원체에 대한 면역반응의 조절을 돕는 전염증성 사이토카인의 생성에 기인하지만, 비정상적인 TLR4 신호전달은 염증반응 및 급성, 만성 질병을 유발한다 (Yang, Y. et al., Cell Death Dis. 7:e2234, 2016; Lee, Y.S. et al., EMBO Mol. Med. 7:577-592, 2015; Pierer, M. et al., PLoS One 6:e23539, 2011). 특히, TLR4는 류마티스성 관절염의 발병 기전에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 상기 류마티스성 관절염은 자가면역 질환의 일종으로, 주로 활액 관절에 영향을 주어 만성 염증을 일으켜 관절 조직을 파괴한다. 또한, TLR4는 전신 홍반 루푸스, 전신경화증 (systemic sclerosis), 쇼그렌 증후군 (Sjogren’s syndrome), 근염 (Myositis) 및 염증성 장질환 (inflammatory bowel disease, IBD) 등의 자가면역 질환과 연관이 있는 것으로 알려져 있다 (Laura Duffy et al., ImmunoTargets and Therapy. 2016:5 69-80, 2016; Zhang, P. L., et al. J. Immunol. 177, 6880-6888, 2006).TLR4 activation in host defense mechanisms is due to the production of pro-inflammatory cytokines that help regulate immune responses to invading pathogens, but abnormal TLR4 signaling causes inflammatory responses and acute and chronic diseases (Yang, Y. et al. ., Cell Death Dis. 7:e2234, 2016; Lee, YS et al., EMBO Mol. Med. 7:577-592, 2015; Pierer, M. et al., PLoS One 6: e23539, 2011). In particular, TLR4 is known to play an important role in the pathogenesis of rheumatoid arthritis. The rheumatoid arthritis is a kind of autoimmune disease, mainly affecting synovial joints, causing chronic inflammation and destroying joint tissues. In addition, TLR4 is known to be associated with autoimmune diseases such as systemic lupus erythematosus, systemic sclerosis, Sjogren's syndrome, Myositis and inflammatory bowel disease (IBD) ( Laura Duffy et al., ImmunoTargets and Therapy. 2016:5 69-80, 2016; Zhang, PL, et al. J. Immunol. 177, 6880-6888, 2006).

따라서, 염증을 막고 병원체에 대한 면역반응을 회복시키는 새로운 TLR4 차단제의 개발은 류마티스성 관절염, 전신 홍반 루푸스, 전신경화증, 쇼그렌 증후군, 근염 및 염증성 장질환과 같은 TLR4 관련 자가면역 질환에 대한 강력한 치료제 개발을 가능하게 한다.Therefore, the development of a new TLR4 blocker that prevents inflammation and restores the immune response to pathogens is the development of a powerful therapeutic agent for TLR4-related autoimmune diseases such as rheumatoid arthritis, systemic lupus erythematosus, systemic sclerosis, Sjogren's syndrome, myositis and inflammatory bowel disease. Makes it possible.

지금까지 개발된 TLR4-표적 치료제는 다당류, 당지질, 항체, 소분자 및 올리고 펩타이드를 포함하며, 이들의 일부는 염증성 질환을 예방하거나 완화시키기 위해 전염증성 사이토카인의 분비를 감소시킬 수 있는 약물/보조제로서 임상 시험 중에 있다 (Basith, S. et al., Expert Opin. Ther. Pat. 21:927-944, 2011; Patra, M.C. et al., Expert Opin. Ther. Pat. 26:719-730, 2016). 예를 들어, TLR4의 세포 내 TIR 도메인에 결합하는 TAK-242 (Resatorvid) (Matsunaga, N. et al., Mol. Pharmacol. 79:34-41, 2011) 및 LPS 결합 포켓에 결합하는 Eritoran (E5564) (Shirey, K.A. et al., Nature 497:498-502, 2013)는 하위 신호 전달 캐스케이드를 차단하는 것으로 알려져 있다. 또한, Mycobacterium w는 TLR4에 대해 길항 작용을 나타내며, 현재 중증 패혈증 환자에 대한 임상 3 상이 진행 중이다 (NCT02330432). NI-0101 (Novimmune의 15C1)은 TLR4 신호 전달을 차단하고 LPS 투여 후 생성되는 사이토카인의 방출을 막는 단클론 항체로 (Monnet, E. et al., Clin. Pharmacol. Ther. 101: 200-208, 2017), 임상 1 상이 완료되어 안전성 및 내약성이 우수하다 (NCT01808469 및 NCT03241108).TLR4-targeted therapeutics developed so far include polysaccharides, glycolipids, antibodies, small molecules and oligopeptides, some of which are drugs/adjuvants that can reduce the secretion of pro-inflammatory cytokines to prevent or alleviate inflammatory diseases. In clinical trials (Basith, S. et al., Expert Opin. Ther. Pat. 21:927-944, 2011; Patra, MC et al., Expert Opin. Ther. Pat. 26:719-730, 2016) . For example, TAK-242 (Resatorvid) (Matsunaga, N. et al., Mol. Pharmacol. 79:34-41, 2011) that binds to the intracellular TIR domain of TLR4 and Eritoran (E5564) that binds to the LPS binding pocket. ) (Shirey, KA et al., Nature 497:498-502, 2013) is known to block the lower signaling cascade. In addition, Mycobacterium w exhibits antagonistic action against TLR4, and phase 3 clinical trials for patients with severe sepsis are currently in progress (NCT02330432). NI-0101 (Novimmune's 15C1) is a monoclonal antibody that blocks TLR4 signaling and prevents the release of cytokines produced after LPS administration (Monnet, E. et al., Clin. Pharmacol. Ther. 101: 200-208, 2017), and phase 1 clinical trial has been completed, so safety and tolerability are excellent (NCT01808469 and NCT03241108).

TLR4 매개 염증을 하향 조절할 수 있는 신약 개발을 위해 다양한 접근법이 이용되고 있으며, 그러한 전략 중 하나는 phage display (PD) 기술이다. PD는 다양한 단백질 상호 작용 연구에서 특정 표적 단백질에 대해 스크리닝 된 무작위 파지 라이브러리로부터 새로운 펩타이드를 찾아내기 위해 사용되는 가장 강력한 연구 도구이다 (Smith, G.P et al., Methods Enzymol. 217:228-257, 1993). PD는 단백질/펩타이드 라이브러리가 phage coat 단백질 중 하나와의 융합 생성물로서 M13 파지의 표면상에 표시된다는 사실에 기초하며, 이 무작위 표면 펩타이드 집단에서 원하는 표적에 대한 단백질/펩타이드의 결합 친화성을 토대로 특정 펩타이드가 선택된다 (Azzazy, H.M et al., Clin. Biochem. 35:425-445, 2002).Various approaches are being used to develop new drugs that can down-regulate TLR4-mediated inflammation, and one such strategy is phage display (PD) technology. PD is the most powerful research tool used to find new peptides from random phage libraries screened for specific target proteins in various protein interaction studies (Smith, GP et al., Methods Enzymol. 217:228-257, 1993 ). PD is based on the fact that the protein/peptide library is displayed on the surface of the M13 phage as a fusion product with one of the phage coat proteins, and is based on the binding affinity of the protein/peptide to the desired target in this random population of surface peptides. Peptides are selected (Azzazy, HM et al., Clin. Biochem. 35:425-445, 2002).

이에, 본 발명자들은 상기 방법을 이용하여 TLR4 경로를 억제할 수 있는 새로운 펩타이드를 동정하고, 구조적 안정성 및 효능을 향상시키고자 예의 노력한 결과, PIP2 (phage display-derived inhibitory peptide 2)가 시험관 내 LPS-유발성 TLR4 신호 전달을 차단할 수 있고, 락탐 가교 (lactam bridge)에 의해 고리화된 cPIP2 (cyclic PIP2)가 상대적으로 안정한 단백질 동역학 및 LPS에 의해 유도된 TLR4 신호전달 경로에 대한 강한 억제 효과를 나타내는 것을 확인하였으며, 류마티스성 관절염(RA) 래트 모델에서 cPIP2가 염증 증상을 완화시킴을 확인함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors identified a new peptide capable of inhibiting the TLR4 pathway using the above method, and as a result of earnest efforts to improve structural stability and efficacy, PIP2 (phage display-derived inhibitory peptide 2) in vitro LPS- It is possible to block induced TLR4 signaling and show that cPIP2 (cyclic PIP2) cyclized by a lactam bridge exhibits relatively stable protein kinetics and a strong inhibitory effect on the TLR4 signaling pathway induced by LPS. It was confirmed, and by confirming that cPIP2 relieves inflammatory symptoms in a rat model of rheumatoid arthritis (RA), the present invention was completed.

본 발명의 목적은 TLR4 신호전달 경로를 억제할 수 있는 펩타이드 및 상기 펩타이드를 포함하는 TLR4 길항제를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a peptide capable of inhibiting the TLR4 signaling pathway and a TLR4 antagonist comprising the peptide.

본 발명의 다른 목적은, 상기 펩타이드를 유효성분으로 함유하는 TLR4 신호전달 경로에 의해 발생하는 자가면역 질환 및 염증성 질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a pharmaceutical composition for preventing or treating autoimmune diseases and inflammatory diseases caused by the TLR4 signaling pathway containing the peptide as an active ingredient.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서열번호 1 또는 2의 아미노산 서열로 표시되는 펩타이드를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a peptide represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or 2.

본 발명은 또한, 서열번호 1 또는 2의 아미노산 서열로 표시되는 펩타이드를 포함하는 TLR4 (Toll-like receptor 4) 길항제를 제공한다.The present invention also provides a TLR4 (Toll-like receptor 4) antagonist comprising a peptide represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or 2.

본 발명은 또한, 서열번호 1 또는 2의 아미노산 서열로 표시되는 펩타이드를 유효성분으로 함유하는 자가면역 질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물을 제공한다.The present invention also provides a pharmaceutical composition for preventing or treating autoimmune diseases containing a peptide represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or 2 as an active ingredient.

본 발명은 또한, 서열번호 1 또는 2의 아미노산 서열로 표시되는 펩타이드를 유효성분으로 함유하는 염증성 질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물을 제공한다.The present invention also provides a pharmaceutical composition for the prevention or treatment of inflammatory diseases containing the peptide represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or 2 as an active ingredient.

본 발명에 따른 펩타이드는 LPS에 의해 유도되는 TLR4 신호전달 경로를 억제함으로써 염증성 사이토카인의 분비 억제 및 NF-κB와 MAPKs의 활성화를 억제하는 효과가 우수하므로, TLR4 신호전달 경로에 의해 발생하는 자가면역 질환 및 염증성 질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물로 유용하다.The peptide according to the present invention is excellent in inhibiting the secretion of inflammatory cytokines and the activation of NF-κB and MAPKs by inhibiting the TLR4 signaling pathway induced by LPS, so autoimmunity caused by the TLR4 signaling pathway It is useful as a pharmaceutical composition for preventing or treating diseases and inflammatory diseases.

도 1은 TLR4 결합 펩타이드의 스크리닝에서, (a)는 재조합 hTLR4 단백질에 특이적으로 결합하는 파지의 상대적인 농축량을 각 패닝 라운드 후에 수집된 파지의 산출/투입 비율에 의해 평가한 것이며, (b)는 RAW264.7 세포를 24시간 동안 다양한 농도의 PIP로 처리하여 세포 생존력을 MTT 분석으로 측정한 것이고, (c)는 TNF-α 분비를 PIP의 농도가 다른 RAW264.7 세포에서 ELISA에 의해 평가한 것이다. 모든 실험은 독립적으로 3회 실시하였으며, 독립 실험의 평균 ±SEM을 계산하였다. two-tailed paired Student t-test (* P <0.05, ** P <0.01).
도 2는 TLR 신호 전달 경로에 대한 PIP2의 억제 효과를 확인한 것으로, (a)는 HEK-BlueTM hTLR4 세포에서 SEAP 분석을 통해 NF-κB의 활성 수준을 모니터링하여 초기에 평가한 것이며, (b)는 RAW264.7 세포의 전체 단백질 추출물에서 NF-κB (IκBα cytosolic degradation)의 발현 수준 및 p-IRF3과 ATF3의 발현 수준을 웨스턴 블롯으로 측정한 것이고, (c)는 p-ERK, p-JNK 및 p-p38을 포함하는 MAPK의 발현 수준을 PIP2 처리된 세포에서 측정한 것으로, 비활성 MAPK, ERK, JNK 및 p38은 대조군으로 사용되었다. (d)는 p-p65의 발현 수준을 면역 형광 염색으로 측정하고 공초점 현미경으로 검출한 것으로, 적색으로 염색된 부분은 인산화된 NF-κB (p-p65)를 나타내고 청색 염색 Hoechst는 핵 염색 (scale bar = 20μm)이다. (e) 및 (f)는 IL-6 및 IFN-β의 분비 수준을 ELISA에 의해 RAW264.7 세포에서 측정한 것이며, (g)는 RAW264.7 세포에서 iNOS 및 COX2의 발현 수준을 웨스턴 블랏으로 측정한 것이고, (h)는 NO 분비 키트를 사용하여 NO 생성을 평가한 것이며, (ⅰ)는 NO의 세포질 분비 수준을 DAF-DA 염색을 이용한 FACS로 측정한 것이고, (j)는 DCF-DA 염색법을 사용하여 FACS에 의해 세포질에서 ROS의 생성을 측정한 것이며, (k)는 상이한 TLR 리간드 [(TLR2/1 (PAM3CSK4), TLR2/6 (FSL-1), TLR9 (CpG-ODN), 또는 TLR7/8 (R848)] 영향하에 PIP2 처리된 RAW264.7 세포에서 TNF-α의 분비 수준을 비교한 것이다. 모든 실험은 독립적으로 3회 실시하였으며, 독립 실험의 평균 ±SEM을 계산하였다. two-tailed paired Student t-test (* P <0.05, ** P <0.01).
도 3은 인간 말초 혈액 단핵 세포 (hPBMCs)에서 PIP2가 사이토카인 분비, 및 NF-κB 및 MAPKs 활성화 억제를 확인한 것으로, (a) 및 (b)는 TLR4 리간드 LPS, TLR2/1 리간드 PAM3CSK4 및 TLR2/6 리간드 FSL-1의 영향하에 TNF-α 및 IL-6의 분비 수준을 PIP2 처리된 hPBMC에서 평가한 것이며, (c)는 NF-κB 활성화, IκBα의 분해, 및 MAPK의 발현 수준을 웨스턴 블랏으로 평가한 것으로, 비활성 MAPK는 대조군으로 사용하였고 β-actin은 로딩 대조군으로 사용하였다. 모든 실험은 독립적으로 3회 실시하였으며, 독립 실험의 평균 ±SEM을 계산하였다. two-tailed paired Student t-test (* P <0.05, ** P <0.01).
도 4는 마우스 골수 유래 대식세포 (mBMDM)에서 PIP2가 TLR4 매개 사이토카인 분비를 저해하고 생체 내에서 TLR4 매개 염증 반응을 완화시키는 것을 확인한 것으로, (a) 내지 (c)는 TNF-α, IL-6 및 IFN-β의 분비 수준이 PIP2 처리에 의해 감소한 것을 나타낸 것이며, (d)는 NO 분비 키트를 사용하여 NO 분비를 평가한 것이다. (e) 내지 (g)는 C57BL/6J 마우스를 70 nmol/g의 PIP2로 복강 투여 (i.p.) 후 5μg/g의 LPS를 복강 투여 (i.p)하여, 혈장에서 TNF-α, IL-6 및 IL-12p40의 수준을 모니터링 한 것이다. 모든 실험은 독립적으로 3회 실시하였으며, 독립 실험의 평균 ±SEM을 계산하였다. two-tailed paired Student t-test (* P <0.05, ** P <0.01).
도 5는 PIP2-TLR4 복합체의 이미지와 생물 물리 분석 및 PIP2의 구조를 나타낸 것으로, (a)는 TLR4 (적색 염색)의 발현 수준과 FITC-PIP2 (녹색 염색)의 위치를 면역 형광법으로 평가하고 공초점 현미경으로 분석한 것으로, Hoechst 염색 (파란색)은 핵 (눈금 막대 = 20μm)이며, 공초점 이미지는 FITC-PIP2와 TLR4의 co-localization을 나타낸다. (b)는 리간드로서 칩 고정 hTLR4 및 SPR을 사용하는 분석물로서 PIP2를 이용하여 PIP2의 TLR4 결합 친화력을 평가한 것으로, 센서 그램 (sensorgram)은 PIP2가 TLR4의 세포외 도메인 (ECD; Extra Cellular Domain)에 농도 의존적으로 결합함을 제시한다. (c)는 PIP2에 대한 분자 동역학 시뮬레이션 (MDS; Molecular Dynamics Simulation)으로, PIP2의 N-말단은 MDS 말단에서 나선 구조를 유지하지만, C-말단 절반은 루프 구조를 획득하였다. MDS 동안 전체 단백질 (청색)과 백본 원자 (자주색)의 초기 입체 구조에 대한 RMSD (root-mean-square deviation)가 최소 제곱합을 사용하여 제시된다. PIP2의 나선형 구조는 Asp6와 Lys10 (cPIP2) 사이의 락탐 가교 (lactam bridge)의 형성을 통해 안정화되었다.
도 6은 TLR4 결합 PIP2의 구조 동력학 및 TLR4/MD2과 PIP2-TLR4의 비교 계면 분석을 나타낸 것으로, (a)는 TLR4 또는 MD2에 결합된 백본 원자 및 전체 PIP2 펩티드의 평균 제곱근 편차 (RMSD)는 최소 제곱합을 사용하여 계산하며, 수소 결합 거리는 PIP2의 잔기와 TLR4의 ECD의 패치 A 및 B 잔기의 상호 작용 사이의 시간 함수로서 계산하였다. 'A'의 오른쪽 상단 패널은 PIP2와 단량체 TLR4의 패치 B 사이의 수소 결합 상호 작용의 시간 의존적 형성을 나타내는 것이며 (첫 번째 시뮬레이션), 아래의 두 패널은 초기 시뮬레이션을 검증하고 PIP2가 PIP2-TLR4 (TLR4/MD2) 복합체로 도킹 시뮬레이션 할때 PIP2가 TLR4의 패치 A 및 패치 B와 강한 정전기 상호 작용을 확립함을 제안하는 것이다 (두 번째 시뮬레이션). (b)는 MD2 및 PIP2와 상호 작용하는 사람과 마우스 TLR4 사이의 아미노산 동일성/유사성을 설명한 것으로, PIP2가 TLR4의 MD2-결합 패치 A 및 B와 경쟁적으로 상호 작용함으로써 LPS 유도된 TLR4 활성화를 차단한다는 것을 나타낸다.
도 7은 고리형 PIP2 (cPIP2)가 염증성 사이토카인 분비를 억제하고 산화 스트레스를 감소시키며 대식세포에서 MAPK 발현을 방해하는 것을 확인한 것으로, (a)는 MTT 분석으로 세포 생존력을 측정하여 cPIP2가 비독성임을 확인한 것이며, (b) 내지 (e)는 TNF-α, IL-6, IFN-β 및 IFN-α를 ELISA로 측정한 것이다. (f)는 NO 분비 키트를 사용하여 NO 분비를 측정한 것이며, (g)는 NO의 세포질 분비를 DAF-DA 염색으로 FACS에 의해 측정한 것이고, (h)는 세포질에서 ROS 생성을 DCF-DA 염색으로 FACS에 의해 측정한 것이다. (i)는 인간 단핵구 세포 (THP-1) 유래 대식 세포를 cPIP2로 처리하고 다중 TLR 리간드 [TLR2/1 (PAM3CSK4), TLR2/6 (FSL-1), TLR9 (CpG-ODN) 또는 TLR7/8 (R848)]를 사용하여 펩타이드의 억제 효과를 모니터링한 것으로, cPIP2가 TLR4는 크게 억제하지만 다른 TLR의 억제는 불충분한 것을 보여준다. (j)는 MAPKs의 발현 수준뿐만 아니라 NF-κB 활성화 및 IκBα의 분해를 웨스턴 블랏으로 평가한 것으로, 비활성 MAPK를 대조군으로 사용하고 β-actin을 로딩 대조군으로 사용하였다. 모든 실험은 독립적으로 3회 실시하였으며, 독립 실험의 평균 ±SEM을 계산하였다. two-tailed paired Student t-test (* P <0.05, ** P <0.01).
도 8은 PIP2와 TLR2의 생물 물리적 상호 작용을 확인한 것으로, 센서그램은 PIP2가 농도 의존적으로 TLR2의 세포 외 도메인 (ECD)에 결합하는 것을 보여준다.
도 9는 MD2의 존재 및 부재 하에서의 PIP2-결합 TLR4의 PLIF (protein ligand interaction fingerprints) 분석에 대한 것으로, (a)는 MD2가 없는 TLR4에 도킹된 PIP2이며, PIP2는 TLR4의 ECD와 일치하지 않는 상호 작용을 보이고 PIP2 펩타이드의 약 43%가 TLR4의 N-말단과 소수성 상호 작용하는 것을 나타낸다. (b)는 TLR4/MD2 복합체와 도킹된 PIP2이며, 이때 대부분이 MD2의 소수성에 의해 조절되고, 도킹된 PIP2의 80%가 MD2의 Phe121과 소수성 상호 작용을 나타낸다.
도 10은 고리형 PIP2 (cPIP2)의 RA 래트 모델에서의 염증 감소를 확인한 것으로, (a)는 정상군, 대조군 및 cPIP2 처리군에서 1, 3 및 6주차 발의 상태를 시각적으로 모니터링 (스케일바 = 10mm)한 것이고, (b) 및 (c)는 각각 발목 직경 및 관절 지수를 측정한 것이며, (d) 내지 (f)는 각각 헤마톡실린 및 에오신(H&E) 염색 (d), 사프라닌-O (SO) 염색 (e) 및 TNF-α 염색 (f) 결과 (배율 = 200배)를 나타낸 것이다.
1 is a screening for a TLR4 binding peptide, (a) is an evaluation of the relative concentration of phage that specifically binds to the recombinant hTLR4 protein by the calculation/input ratio of the phage collected after each panning round, (b) Is the cell viability measured by MTT analysis by treating RAW264.7 cells with various concentrations of PIP for 24 hours, (c) is the TNF-α secretion evaluated by ELISA in RAW264.7 cells with different PIP concentrations. will be. All experiments were independently conducted three times, and the mean ±SEM of independent experiments was calculated. two-tailed paired Student t-test (*P <0.05, **P <0.01).
Figure 2 confirms the inhibitory effect of PIP2 on the TLR signaling pathway, (a) is an initial evaluation by monitoring the activity level of NF-κB through SEAP analysis in HEK-BlueTM hTLR4 cells, (b) The expression level of NF-κB (IκBα cytosolic degradation) and the expression levels of p-IRF3 and ATF3 were measured by Western blot in the total protein extract of RAW264.7 cells, and (c) is p-ERK, p-JNK and p The expression level of MAPK containing -p38 was measured in PIP2-treated cells, and inactive MAPK, ERK, JNK and p38 were used as controls. (d) is the expression level of p-p65 measured by immunofluorescence staining and detected by confocal microscopy. The part stained in red indicates phosphorylated NF-κB (p-p65), and Hoechst stained in blue indicates nuclear staining ( scale bar = 20μm). (e) and (f) are the levels of IL-6 and IFN-β secretion measured in RAW264.7 cells by ELISA, and (g) is the expression level of iNOS and COX2 in RAW264.7 cells by Western blot. It was measured, (h) is an evaluation of NO production using a NO secretion kit, (i) is a measurement of the cytoplasmic secretion level of NO by FACS using DAF-DA staining, (j) is DCF-DA ROS production was measured in the cytoplasm by FACS using staining, and (k) is a different TLR ligand [(TLR2/1 (PAM3CSK4), TLR2/6 (FSL-1), TLR9 (CpG-ODN), or TLR7/8 (R848)] to compare the secretion level of TNF-α in RAW264.7 cells treated with PIP2 under the influence of. All experiments were independently conducted three times, and the mean ±SEM of independent experiments was calculated. tailed paired Student t-test (* P <0.05, ** P <0.01).
Figure 3 shows that PIP2 inhibits cytokine secretion and activation of NF-κB and MAPKs in human peripheral blood mononuclear cells (hPBMCs), (a) and (b) TLR4 ligand LPS, TLR2/1 ligand PAM3CSK4 and TLR2/ 6 The secretion levels of TNF-α and IL-6 under the influence of the ligand FSL-1 were evaluated in PIP2-treated hPBMC, (c) NF-κB activation, IκBα degradation, and the expression level of MAPK by Western blot. As an evaluation, inactive MAPK was used as a control and β-actin was used as a loading control. All experiments were independently conducted three times, and the mean ±SEM of independent experiments was calculated. two-tailed paired Student t-test (*P <0.05, **P <0.01).
4 shows that PIP2 inhibits TLR4-mediated cytokine secretion in mouse bone marrow-derived macrophages (mBMDM) and alleviates TLR4-mediated inflammatory responses in vivo, (a) to (c) are TNF-α, IL- 6 and IFN-β showed that the levels of secretion were reduced by PIP2 treatment, and (d) evaluated NO secretion using a NO secretion kit. (e) to (g) are C57BL/6J mice intraperitoneally administered with 70 nmol/g of PIP2 (ip), followed by intraperitoneal administration of 5 μg/g of LPS (ip), and TNF-α, IL-6 and IL in plasma It monitored the level of -12p40. All experiments were independently conducted three times, and the mean ±SEM of independent experiments was calculated. two-tailed paired Student t-test (*P <0.05, **P <0.01).
Figure 5 shows the image of the PIP2-TLR4 complex, biophysical analysis, and the structure of PIP2.(a) The expression level of TLR4 (red staining) and the location of FITC-PIP2 (green staining) were evaluated by immunofluorescence and blank. As analyzed by focal microscopy, Hoechst staining (blue) is the nucleus (scale bar = 20 μm), and the confocal image shows the co-localization of FITC-PIP2 and TLR4. (b) is an analyte using chip-fixed hTLR4 and SPR as ligands, and PIP2 was used to evaluate the TLR4 binding affinity of PIP2.Sensorgram indicates that PIP2 is the extracellular domain of TLR4 (ECD; Extra Cellular Domain). ) In a concentration-dependent manner. (c) is a molecular dynamics simulation (MDS) for PIP2, where the N-terminus of PIP2 maintains a helical structure at the MDS end, but the C-terminus half acquires a loop structure. During MDS, the root-mean-square deviation (RMSD) for the initial conformation of the total protein (blue) and backbone atoms (purple) is presented using the least squares sum. The helical structure of PIP2 was stabilized through the formation of a lactam bridge between Asp6 and Lys10 (cPIP2).
Figure 6 shows the structural kinetics of TLR4 binding PIP2 and comparative interfacial analysis of TLR4/MD2 and PIP2-TLR4, where (a) is the root mean square deviation (RMSD) of the backbone atoms bound to TLR4 or MD2 and the entire PIP2 peptide is minimal. Calculated using the sum of squares, the hydrogen bond distance was calculated as a function of time between the interaction of the residues of PIP2 and the patch A and B residues of the ECD of TLR4. The top right panel of'A' shows the time-dependent formation of hydrogen bonding interactions between PIP2 and patch B of monomeric TLR4 (first simulation), the two panels below validate the initial simulation and PIP2 is PIP2-TLR4 ( When simulating docking with TLR4/MD2) composites, it is suggested that PIP2 establishes strong electrostatic interactions with Patch A and Patch B of TLR4 (second simulation). (b) describes amino acid identity/similarity between human and mouse TLR4 interacting with MD2 and PIP2, showing that PIP2 blocks LPS-induced TLR4 activation by competitively interacting with MD2-binding patches A and B of TLR4. Indicates that.
7 shows that cyclic PIP2 (cPIP2) inhibits inflammatory cytokine secretion, reduces oxidative stress, and interferes with MAPK expression in macrophages. And (b) to (e) were measured by ELISA for TNF-α, IL-6, IFN-β and IFN-α. (f) is the measurement of NO secretion using a NO secretion kit, (g) is the measurement of the cytoplasmic secretion of NO by FACS by DAF-DA staining, (h) is the ROS production in the cytoplasm by DCF-DA It was measured by FACS by staining. (i) Human monocyte (THP-1)-derived macrophages were treated with cPIP2 and multiple TLR ligands [TLR2/1 (PAM3CSK4), TLR2/6 (FSL-1), TLR9 (CpG-ODN) or TLR7/8 (R848)] was used to monitor the inhibitory effect of the peptide, showing that cPIP2 greatly inhibited TLR4 but insufficient inhibition of other TLRs. (j) is an evaluation of the expression level of MAPKs as well as NF-κB activation and IκBα decomposition by Western blot. Inactive MAPK was used as a control and β-actin was used as a loading control. All experiments were independently conducted three times, and the mean ±SEM of the independent experiments was calculated. two-tailed paired Student t-test (*P <0.05, **P <0.01).
Figure 8 confirms the biophysical interaction between PIP2 and TLR2, and the sensorgram shows that PIP2 binds to the extracellular domain (ECD) of TLR2 in a concentration-dependent manner.
9 is for PLIF (protein ligand interaction fingerprints) analysis of PIP2-binding TLR4 in the presence and absence of MD2, (a) is PIP2 docked to TLR4 without MD2, and PIP2 is mutually inconsistent with the ECD of TLR4. It shows an action and shows that about 43% of PIP2 peptides hydrophobicly interact with the N-terminus of TLR4. (b) is PIP2 docked with the TLR4/MD2 complex, where most of them are regulated by the hydrophobicity of MD2, and 80% of the docked PIP2 shows a hydrophobic interaction with Phe121 of MD2.
FIG. 10 shows the reduction of inflammation in the RA rat model of cyclic PIP2 (cPIP2), (a) visually monitoring the state of the paws at weeks 1, 3 and 6 in the normal group, the control group and the cPIP2 treatment group (scale bar = 10mm), (b) and (c) are measurements of the ankle diameter and joint index, respectively, and (d) to (f) are respectively hematoxylin and eosin (H&E) staining (d), safranin- O (SO) staining (e) and TNF-α staining (f) results (magnification = 200 times) are shown.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by an expert skilled in the art to which the present invention belongs. In general, the nomenclature used in this specification is well known and commonly used in the art.

TLR4의 과다 활성화는 광범위하게 다양한 신경 변성, 자가면역 및 염증질환의 병태생리에 주요 원인으로 알려져 있다. 예를 들어, TLR4 신호 전달의 LPS 매개 활성화는 미세아교세포의 활성화 및 염증 유발 인자의 분비를 통해 대뇌 허혈 에서 염증 과정에 영향을 미치는 것으로 보고되어 있다 (Samson, Y et al., Rev. Neurol. (Paris) 161:1177-1182, 2005). 허혈/재관류 손상 마우스 모델의 관 상피 세포 (tubular epithelial cells)에서 TLR4의 발현 수준이 증가하는 반면, TLR4-/- 및 MyD88-/- 마우스는 신장 기능 이상, 관상 손상 및 전염증성 사이토카인의 축적된 분비로부터 보호되어 TLR4가 신장 손상 중재에 중요한 역할을 할 수 있다고 보고되어 있다 (Wu, H. et al., J. Clin. Invest. 117:2847-2859, 2007). 또한 LPS와 HMGB1 (high-mobility group protein 1)은 뇌에서 기억 이상을 유도하여 미세아교세포의 활성화와 염증성 뇌졸중의 발병을 유도하여 허혈성 뇌 손상을 유발한다 (Mazarati, A et al., Exp. Neurol. 232:143-148, 2011; Shih, R.H et al., Front. Mol. Neurosci. 8:77, 2015). 이와 관련하여, 항산화 및 항염증 작용으로 잘 알려진 천연 플라보노이드인 캠퍼롤 (Kaempferol)은 HMGB1 수준을 감소시키고, TLR4 매개 염증 반응을 하향 조절하며, 마우스를 혈액 뇌장벽 (blood-brain barrier)의 파괴 및 신경 염증으로부터 보호한다 (Cheng, X et al., Int. Immunopharmacol. 56:29-35, 2018). 또한, ROS와 NO의 생성은 신경 퇴행성 질환과 암의 병인에 기여하는 것으로 알려져 있다 (Liou, G.Y et al., Free Radic. Res. 44:479-496, 2010; Bhattacharyya, A et al., Physiol. Rev. 94:329-354, 2014; Uttara, B et al., Curr. Neuropharmacol. 7:65-74, 2009). ROS 생산 저해는 혈관평활근 세포의 TLR4-매개 염증성 및 증식성 표현형을 완화시키는 것으로 알려져 있다 (Pi, Y. et al., Lab. Invest. 93:880-887, 2013). TLR4 발현 감소와 ROS 생성 감소는 급성 폐 손상의 진행을 지연시키는 것으로 밝혀졌다 (Asehnoune, K et al., J. Immunol. 172:2522-2529, 2004).Overactivation of TLR4 is known to be a major cause of the pathophysiology of a wide variety of neurodegenerative, autoimmune and inflammatory diseases. For example, LPS-mediated activation of TLR4 signaling has been reported to affect the inflammatory process in cerebral ischemia through activation of microglia and secretion of inflammatory factors (Samson, Y et al., Rev. Neurol. (Paris) 161:1177-1182, 2005). The expression level of TLR4 was increased in tubular epithelial cells of the ischemia/reperfusion injury mouse model, whereas the TLR4-/- and MyD88-/- mice showed renal dysfunction, coronary injury, and accumulation of proinflammatory cytokines. It has been reported that TLR4 may play an important role in mediating kidney damage by being protected from secretion (Wu, H. et al., J. Clin. Invest. 117:2847-2859, 2007). In addition, LPS and HMGB1 (high-mobility group protein 1) induce memory abnormalities in the brain, thereby inducing activation of microglia and the onset of inflammatory stroke, leading to ischemic brain injury (Mazarati, A et al., Exp. Neurol). . 232:.... 143-148 , 2011; Shih, RH et al, Front Mol Neurosci 8:77, 2015). In this regard, Kaempferol, a natural flavonoid known for its antioxidant and anti-inflammatory properties, reduces HMGB1 levels, down-regulates TLR4-mediated inflammatory responses, and induces the destruction of the blood-brain barrier in mice and Protects against nerve inflammation (Cheng, X et al., Int. Immunopharmacol. 56:29-35, 2018). In addition, the production of ROS and NO is known to contribute to the pathogenesis of neurodegenerative diseases and cancer (Liou, GY et al., Free Radic. Res. 44:479-496, 2010; Bhattacharyya, A et al., Physiol Rev. 94:329-354, 2014; Uttara, B et al., Curr. Neuropharmacol. 7:65-74, 2009). Inhibition of ROS production is known to alleviate the TLR4-mediated inflammatory and proliferative phenotype of vascular smooth muscle cells (Pi, Y. et al., Lab. Invest. 93:880-887, 2013). Decreased TLR4 expression and decreased ROS production have been shown to delay the progression of acute lung injury (Asehnoune, K et al., J. Immunol. 172:2522-2529, 2004).

TLR4는 여러 질병의 시작과 함께 나타나며, 염증성 사이토카인의 과도한 분비를 활성화에 영향을 미치므로, 중요한 치료 타겟이다 (Achek, A et al., Arch. Pharmacal Res. 39:1032-1049, 2016; Patra, M.C et al., Expert Opin. Ther. Pat. 26:719-730, 2016). 이러한 이유로, 새로운 TLR4 길항제의 개발은 매우 활발하며, 지금까지 다양한 단백질, 작은 펩타이드, 화학 작용제 및 항체 등이 있다. 이들 중 TLR4 펩타이드 저해제 (VIPER)는 TLR4와 그의 어댑터 단백질 Toll/interleukin-1 receptor (TIR) domain-containing adapter protein/MyD88 adapter-like (TIRAP/Mal) 및 TIR domain-containing adaptor protein-inducing IFN-β (TRIF)-related adaptor molecule (TRAM) 사이의 상호작용을 차단함으로써 RAW264.7 세포에서 IL-6의 LPS-유도 분비를 억제하였다. 또한, 합성 리피드 A 유사체인 Eritoran (E5564)은 LPS와 MD2 포켓의 결합을 차단함으로써 TLR4의 활성화를 방지한다 (Opal, S.M. et al., AMA 309:1154-1162, 2013). E5564는 임상 3 상 (NCT00334828)까지 진행되었으나, 환자의 중증 패혈증 상태를 개선하지 못하여 중단되었다 (Opal, S.M. et al., AMA 309:1154-1162, 2013).TLR4 appears with the onset of several diseases and is an important therapeutic target because it affects the activation of excessive secretion of inflammatory cytokines (Achek, A et al., Arch. Pharmacal Res. 39:1032-1049, 2016; Patra , MC et al., Expert Opin.Ther. Pat. 26:719-730, 2016). For this reason, the development of new TLR4 antagonists is very active, and so far, there are various proteins, small peptides, chemical agents and antibodies, and the like. Among them, TLR4 peptide inhibitor (VIPER) is TLR4 and its adapter protein Toll/interleukin-1 receptor (TIR) domain-containing adapter protein/MyD88 adapter-like (TIRAP/Mal) and TIR domain-containing adapter protein-inducing IFN-β. Blocking the interaction between the (TRIF)-related adapter molecule (TRAM) inhibited the LPS-induced secretion of IL-6 in RAW264.7 cells. In addition, Eritoran (E5564), a synthetic lipid A analog, prevents activation of TLR4 by blocking the binding of LPS and MD2 pockets (Opal, SM et al., AMA 309:1154-1162, 2013). E5564 progressed to phase 3 clinical trial (NCT00334828), but was discontinued due to failure to improve the patient's severe sepsis status (Opal, SM et al., AMA 309:1154-1162, 2013).

본 발명에서는 TLR4를 억제하기 위해, PD 시스템을 통해 설계된 펩타이드 라이브러리를 TLR4-결합 및 특이성에 대해 스크리닝 하였다. hTLR4를 사용하여 PD 라이브러리로부터 선택된 펩타이드를 PIP2로 명명하였으며, PIP2는 2개의 세린 및 1개의 라이신으로 인해 극성이 약간 강한 소수성 도데카펩타이드 (dodecapeptide)로 서열번호 1 (NH2-LGVFSSWWIKLV-COOH)의 아미노산 서열로 표시된다 (도 5c). 상기 PIP2는 TLR4 신호 전달에 대해 길항제 효과를 나타냈다. 즉, PIP2는 LPS 유도 염증 반응을 유의하게 억제하여 전염증성 사이토카인 및 I 형 IFNs 분비를 방해하고 MAPK의 발현 수준을 낮추며 다른 세포주에서 산화 스트레스 마커의 생성을 감소시켰다 (도 2 및 3). 또한, LPS로 챌린지 한 후 생체 내에서 관찰된 TLR4 매개 염증 역시 억제하였다 (도 4). In the present invention, in order to inhibit TLR4, a peptide library designed through the PD system was screened for TLR4-binding and specificity. Using hTLR4, the peptide selected from the PD library was named PIP2, and PIP2 was a hydrophobic dodecapeptide with a slightly strong polarity due to two serine and one lysine, and of SEQ ID NO: 1 (NH 2 -LGVFSSWWIKLV-COOH). It is represented by the amino acid sequence (Fig. 5c). The PIP2 showed an antagonist effect on TLR4 signaling. That is, PIP2 significantly inhibited the LPS-induced inflammatory response, interfering with the secretion of pro-inflammatory cytokines and type I IFNs, lowering the expression level of MAPK, and reducing the production of oxidative stress markers in other cell lines (Figs. 2 and 3). In addition, TLR4-mediated inflammation observed in vivo after challenge with LPS was also suppressed (FIG. 4).

펩타이드의 고리화는 펩타이드 약물의 반감기를 향상시키고 또한 세포 흡수를 증가시키기 위해 널리 시행되고 있다 (Taylor, J.W et al., Biopolymers 66:49-75, 2002; Davies, J.S et al., J. Pept. Sci. 9:471-501, 2003). 이에, In silico에서 TLR4-PIP2 복합체의 구조 정보 개선을 통해 PIP2의 안정성과 효능을 향상시켰다. 즉, 락탐 가교 (lactam bridge)를 통해 Asp6와 Lys10을 연결하여 PIP2의 나선형 구조를 안정화시키고 (도 5c), 서열번호 2 (LGVFSDWWIKLV)의 아미노산 서열로 표시하였다. cPIP2은 TLR4 억제 효과를 유지할뿐만 아니라 저해 농도가 현저히 감소하였다 (도 7).Cyclization of peptides has been widely practiced to improve the half-life of peptide drugs and also to increase cellular uptake (Taylor, JW et al., Biopolymers 66:49-75, 2002; Davies, JS et al., J. Pept. Sci. 9:471-501, 2003). Thus, in silico , the stability and efficacy of PIP2 were improved by improving the structural information of the TLR4-PIP2 complex. That is, by connecting Asp6 and Lys10 through a lactam bridge, the helical structure of PIP2 was stabilized (FIG. 5C), and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 (LGVFSDWWIKLV) was shown. cPIP2 not only maintains the TLR4 inhibitory effect, but also significantly reduces the inhibitory concentration (FIG. 7).

따라서, 본 발명은 일관점에서, 서열번호 1 또는 2의 아미노산 서열로 표시되는 펩타이드에 관한 것이다.Accordingly, the present invention relates to a peptide represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or 2 in a single point of view.

본 발명에 있어서, 상기 펩타이드는 TLR4 (Toll-like receptor 4) 신호전달 경로를 억제하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 TLR4 신호전달 경로는 LPS (lipopolysaccharide)에 의해 유도되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the peptide may be characterized by inhibiting the TLR4 (Toll-like receptor 4) signaling pathway, and the TLR4 signaling pathway may be characterized by being induced by LPS (lipopolysaccharide).

본 발명에 있어서, 상기 펩타이드는 TLR4/MD2 복합체에 결합하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the peptide may be characterized in that it binds to the TLR4/MD2 complex.

본 발명에서 용어, "펩타이드"는 펩타이드 결합에 의해 아미노산 잔기들이 서로 결합되어 형성된 선형의 분자를 의미한다 상기 펩타이드는 당업계에 공지된 화학적 합성 방법에 따라 제조될 수 있으며, 바람직하게는 고체상 합성 기술에 따라 제조될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In the present invention, the term "peptide" refers to a linear molecule formed by bonding of amino acid residues to each other by a peptide bond. The peptide may be prepared according to a chemical synthesis method known in the art, and preferably, a solid phase synthesis technique It may be manufactured according to, but is not limited thereto.

본 발명에서 용어, "TLR4"는 병원체 감염에 대한 감시자로서 기능하는 막관통(tranmembrane) 단백질 패밀리인 TLRs에 속하는 단백질로서, TLR4 유전자에 의해 코딩되는 단백질을 말하며, CD 284(cluster of differentiation 284)로 명명되기도 한다. 상기 TLR4는 그람-음성 박테리아의 LPS를 비롯한 다양한 PAMPs(pathogen-associated molecular patterns)를 인지하기 때문에 선천성 면역 시스템의 활성화에 매우 중요하다.In the present invention, the term "TLR4" refers to a protein belonging to TLRs, a family of transmembrane proteins that functions as a monitor for pathogen infection, and refers to a protein encoded by the TLR4 gene, as CD 284 (cluster of differentiation 284). It is also named. The TLR4 is very important for the activation of the innate immune system because it recognizes various pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) including LPS of Gram-negative bacteria.

본 발명에서 용어, "TLR4 신호전달 경로"는 TLR4를 통한 신호전달 경로를 말하며, TLR4 및 MD2에 의해 형성된 막-횡단 복합체인 TLR4/MD2 복합체에 의존하는 LPS 반응일 수 있으며, 이를 통해 신호가 전달된다. TLR4는 여러가지 어댑터 단백질에 의해 신호를 전달하며, 상기 신호전달 경로는 Mal(TIRAP로도 지칭됨)과 MyD88, 및 트램(TRAM)과 트리프(TRIF)로 작동한다. TLR4 매개 신호 전달 경로는 다양한 하위 신호 전달 분자를 통해 MyD88-의존적 및 MyD88-비의존적 신호 전달의 활성화를 유도한다. MyD88-의존 경로의 개시는 NF-κB의 초기 단계 활성화 및 TNF-α 및 IL-6와 같은 전염증성 사이토카인의 분비를 유도하며, MyD88-비의존적 경로의 개시는 IRF3 및 7의 활성화, IFNs의 분비 및 NF-κB의 후기 단계 활성화를 유도한다 (Park, B.S et al., Exp. Mol. Med. 45:e66, 2013; Nijland, R et al., Mar. Drugs 12:4260-4273, 2014). 또한, TLR4는 ERK, JNK 및 p38를 포함하는 MAPK의 활성화를 유발하고, 염증성 사이토카인 및 IFN을 분비한다 (Achek, A et al., Arch. Pharmacal Res. 39:1032-1049, 2016; Kawai,T et al., Nat. Immunol. 11:373-384, 2010; Kawai, T et al., Semin. Immunol. 19:24-32, 2007). 대식세포에서 관련 리간드에 의한 TLR4의 자극이 COX2와 iNOS를 유도하고 NO의 생성을 유도하며, 미토콘드리아와 세포 내 ROS를 생성한다 (Kim, J.Y et al., Eur. J. Pharmacol. 584:175-184, 2008; Liu, K.-L. et al. J. Agric. Food Chem. 54:3472-3478, 2006; West, A.P. et al. Nature 472:476, 2011; Mancek-Keber, M. et al. Sci. Signal. 8:ra60-ra60, 2015).In the present invention, the term "TLR4 signaling pathway" refers to a signaling pathway through TLR4, and may be an LPS reaction dependent on the TLR4/MD2 complex, which is a transmembrane complex formed by TLR4 and MD2, through which signals are transmitted. do. TLR4 is signaled by several adapter proteins, and the signaling pathways act as Mal (also referred to as TIRAP) and MyD88, as well as TRAM and TRIF. The TLR4 mediated signaling pathway induces activation of MyD88-dependent and MyD88-independent signaling through a variety of sub-signaling molecules. Initiation of the MyD88-dependent pathway induces early stage activation of NF-κB and secretion of pro-inflammatory cytokines such as TNF-α and IL-6, and initiation of the MyD88-independent pathway leads to the activation of IRF3 and 7, the activation of IFNs. Induces secretion and late stage activation of NF-κB (Park, BS et al., Exp. Mol. Med. 45:e66, 2013; Nijland, R et al., Mar. Drugs 12:4260-4273, 2014) . In addition, TLR4 induces the activation of MAPK, including ERK, JNK and p38, and secretes inflammatory cytokines and IFN (Achek, A et al., Arch. Pharmacal Res. 39:1032-1049, 2016; Kawai, T et al., Nat. Immunol. 11:373-384, 2010; Kawai, T et al., Semin. Immunol. 19:24-32, 2007). Stimulation of TLR4 by related ligands in macrophages induces COX2 and iNOS, induces NO production, and produces mitochondria and intracellular ROS (Kim, JY et al., Eur. J. Pharmacol. 584:175- 184, 2008; Liu, K.-L. et al. J. Agric. Food Chem. 54:3472-3478, 2006; West, AP et al. Nature 472:476, 2011; Mancek-Keber, M. et al. .. Sci Signal 8:. ra60 -ra60, 2015).

본 발명에서 용어, "억제"는 결핍, 부조화, 그 밖의 많은 원인에 의하여 생물 활동이나 활성이 저하되는 현상을 말하며, TLR4의 활성을 부분적으로 또는 완전히 블로킹하거나, 감소시키거나, 예방하거나, 활성화를 지연시키거나, 불활성화시키거나 또는 하향 조절하는 것일 수 있다.In the present invention, the term "inhibition" refers to a phenomenon in which biological activity or activity is decreased due to deficiency, incongruity, and many other causes, and partially or completely blocks, reduces, prevents, or activates the activity of TLR4. It may be delaying, inactivating or down-regulating.

본 발명에서 용어, "TLR4/MD2 복합체"는 TLR4 및 MD2에 의해 형성된 막-횡단 복합체를 의미하며, 본 발명의 서열번호 1 또는 2로 표시되는 펩타이드는 TLR4/MD2 복합체에 결합함으로써 TLR4 신호전달 경로를 억제할 수 있다. In the present invention, the term "TLR4/MD2 complex" refers to a transmembrane complex formed by TLR4 and MD2, and the peptide represented by SEQ ID NO: 1 or 2 of the present invention binds to the TLR4/MD2 complex, thereby making the TLR4 signaling pathway Can be suppressed.

PIP2가 두 가지 가능한 메커니즘에 의해 TLR4 신호 전달을 차단할 수 있음을 in silico 분석으로 확인하였다. 소수성 때문에, PIP2는 TLR4/MD2 복합체에서 MD2를 결합하는 것이 바람직하며, TLR4는 MD2, 보조 수용체 및 LPS 결합 포켓을 필요로하기 때문에 (Kim, H.M. et al., Cell 130:906-917, 2007; Ohnishi, T et al., Clin. Diagn. Lab. Immunol. 10:405-410, 2003), MD2에 LPS의 유입을 차단하는 것이 PIP2의 TLR4-길항 메커니즘 중 하나 일 수 있다 (Park, S. et al., Biomaterials 126:49-60, 2017). PIP2는 hTLR4의 ECD를 사용하여 PD를 통해 처음 선택되었으므로, MD2가 없는 경우 PIP2는 TLR4와 도킹한다. PIP2는 TLR4의 세포 외 영역에 있는 4개의 서로 다른 위치에 있다 (도 9). 또한, TLR4 신호 전달 동안 MD2가 ECD와 상호 작용하고 마우스와 인간에서 TLR4의 패치 A와 B가 정전기적 접촉을 형성한다 (Park, B.S. et al., Nature 458:1191-1195, 2009; Kim, H.M. et al., Cell 130:906-917, 2007). 비교 구조 분석 결과, 이 패치의 잔기는 보존되어 TLR4-MD2 상호 작용에 결정적으로 중요하다. MD2 유래의 작은 펩타이드는 이러한 패치에 결합하여 TLR4-MD2 상호 작용을 방해한다고 알려져 있다 (Slivka, P.F. et al., ChemBioChem 10:645-649, 2009). 본 발명에서는 PIP2가 이러한 잔기에도 결합하여 유사한 접촉을 할 수 있음을 발견하였고, PIP2는 Val108 및 Asp155를 특이적으로 인식하고 TLR4의 패치 B와의 C-말단 정전기적 상호 작용을 통해 자체를 안정화시켰다. 결론적으로, 본 발명에서는 TLR4 신호 전달을 차단하기 위해 MD2 외에도 TLR4-MD2 상호 작용을 차단하는 것이 중요함을 알 수 있었다.In silico analysis confirmed that PIP2 can block TLR4 signaling by two possible mechanisms. Because of its hydrophobicity, PIP2 preferably binds MD2 in the TLR4/MD2 complex, and because TLR4 requires MD2, co-receptor and LPS binding pockets (Kim, HM et al., Cell 130:906-917, 2007; Ohnishi, T et al., Clin. Diagn. Lab. Immunol. 10:405-410, 2003), blocking the influx of LPS into MD2 may be one of the TLR4-antagonistic mechanisms of PIP2 (Park, S. et al. al., Biomaterials 126:49-60, 2017). Since PIP2 was first selected through PD using the ECD of hTLR4, PIP2 docks with TLR4 in the absence of MD2. PIP2 is located at four different locations in the extracellular region of TLR4 (Figure 9). In addition, MD2 interacts with ECD during TLR4 signaling, and patches A and B of TLR4 form electrostatic contacts in mice and humans (Park, BS et al., Nature 458:1191-1195, 2009; Kim, HM. et al., Cell 130:906-917, 2007). As a result of comparative structural analysis, residues of this patch are conserved and are critically important for TLR4-MD2 interactions. Small peptides derived from MD2 are known to bind to these patches and interfere with TLR4-MD2 interactions (Slivka, PF et al., ChemBioChem 10:645-649, 2009). In the present invention, it was found that PIP2 can also bind to these residues and make similar contact, and PIP2 specifically recognizes Val108 and Asp155 and stabilizes itself through C-terminal electrostatic interaction with patch B of TLR4. In conclusion, in the present invention, it was found that it is important to block TLR4-MD2 interaction in addition to MD2 in order to block TLR4 signaling.

따라서, 본 발명은 다른 관점에서, 서열번호 1 또는 2의 아미노산 서열로 표시되는 펩타이드를 포함하는 TLR4 (Toll-like receptor 4) 길항제에 관한 것이다.Accordingly, in another aspect, the present invention relates to a TLR4 (Toll-like receptor 4) antagonist comprising a peptide represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or 2.

본 발명의 "서열번호 1 또는 2의 펩타이드"는 TLR4/MD2 복합체에 효과적으로 결합하는 능력을 갖는 한, 서열번호 1 또는 2의 서열과 동일한 펩타이드 뿐만 아니라, 이의 아미노산이 보존적 치환에 의하여 치환된 펩타이드, 이와 서열 상동성이 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상인 펩타이드를 모두 포함할 수 있다 상기 용어 "상동성"이란 야생형(wild type) 아미노산 서열 및 야생형 핵산 서열과의 유사한 정도를 나타내기 위한 것을 말한다.As long as the "peptide of SEQ ID NO: 1 or 2" of the present invention has the ability to effectively bind to the TLR4/MD2 complex, not only the same peptide as the sequence of SEQ ID NO: 1 or 2, but also the amino acid thereof is substituted by conservative substitution. , It may include all peptides having a sequence homology of 70% or more, preferably 80% or more, and more preferably 90% or more. The term "homology" refers to a wild type amino acid sequence and a wild type nucleic acid sequence. It is meant to indicate the degree of similarity.

본 발명에서 용어, "길항제"는 임의의 메커니즘에 의하여, 수용체 또는 세포 내 매개체와 같은 다른 분자의 영향을 부분적으로 또는 완전히 저해하는 분자를 의미한다.As used herein, the term "antagonist" refers to a molecule that partially or completely inhibits the influence of other molecules, such as receptors or intracellular mediators, by any mechanism.

본 발명에서 용어, "TLR4 길항제"는 TLR4의 생물학적 활성을 직간접적으로, 또는 실질적으로 방해, 감소 또는 저해할 수 있는 물질을 말하며, 바람직하게는 TLR4와 반응성인 펩타이드는 TLR4 또는 TLR4/MD2 복합체에 직접 결합하고, TLR4의 활성을 중화시킴으로써 TLR4 신호전달 경로를 차단하여, NF-κB 및 MAPKs의 활성화의 감소를 유발해 염증성 사이토카인, NO 및 ROS의 분비를 감소시킬 수 있다.In the present invention, the term "TLR4 antagonist" refers to a substance capable of directly or indirectly or substantially interfering, reducing or inhibiting the biological activity of TLR4, and preferably, a peptide reactive with TLR4 is a TLR4 or TLR4/MD2 complex. By direct binding and neutralizing the activity of TLR4, it is possible to block the TLR4 signaling pathway, causing a decrease in the activation of NF-κB and MAPKs, thereby reducing the secretion of inflammatory cytokines, NO and ROS.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 서열번호 1 또는 2로 표시되는 펩타이드는 리포폴리사카라이드 (LPS)에 의해 유도되는 TLR4 신호전달 경로를 억제함으로써 인터루킨-6(IL-6), NO 및 ROS의 분비와 NF-κB와 MAPKs의 활성화를 억제하는 효과가 우수하여, TLR4 신호전달 경로에 의해 발생하는 자가면역 질환 및 염증성 질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물로 유용하게 활용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the peptide represented by SEQ ID NO: 1 or 2 of the present invention inhibits the TLR4 signaling pathway induced by lipopolysaccharide (LPS), thereby inhibiting interleukin-6 (IL-6), NO And it is excellent in the effect of inhibiting the secretion of ROS and the activation of NF-κB and MAPKs, it can be usefully used as a pharmaceutical composition for the prevention or treatment of autoimmune diseases and inflammatory diseases caused by the TLR4 signaling pathway.

유기체의 생물학적 복합성은 PPI (protein-protein interaction) 상호작용체의 크기로 표시된다 (Stumpf, M.P. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 105:6959-6964, 2008). 대략, 의약 단백질의 절반 (총 ~ 3000-5000)은 질병 상태와 관련이 있을 것으로 예상된다 (Hambly, K et al., Mol. Divers. 10:273-281, 2006). 생물학적 과정을 이해하는데 있어서 PPI의 역할은 필수적이며, 'druggability'의 특성은 deregulate PPI의 강력한 조절제를 찾는 데 결정적으로 중요하다. 또한, 소분자로 PPI 인터페이스를 저해하는 것은 어려운 문제이다. The biological complexity of an organism is expressed by the size of the protein-protein interaction (PPI) interactor (Stumpf, MP et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105:6959-6964, 2008). Approximately, half of the medicinal proteins (total ~3000-5000) are expected to be associated with disease states (Hambly, K et al., Mol. Divers. 10:273-281, 2006). The role of PPI in understanding biological processes is essential, and the nature of'druggability' is critical to finding potent modulators of deregulate PPI. In addition, it is a difficult problem to inhibit the PPI interface with small molecules.

따라서, 펩타이드 기반 치료제는 단백질 성질 및 유사한 결합 방식으로 인해 PPI 치료시 단백질의 영향을 극복할 수 있다. 펩타이드 또는 펩타이드 유사 약물의 개발은 특히 소분자 기반 치료법에 덜 적합한 PPI 인터페이스를 목표로 하여 'druggable genome'을 확장하는 핵심 방법이다. 펩타이드 약물은 소분자에 비해 낮은 독성과 향상된 표적 선택성을 갖는다. 치료제로서의 유망한 효과에도 불구하고, 펩타이드-기반 약물의 개발은 숙주 단백질 분해 효소에 대한 안정성이 낮아 생체 내 활성이 낮고 생체 이용률이 낮다. Therefore, peptide-based therapeutics can overcome the effects of proteins during PPI treatment due to their protein properties and similar binding methods. The development of peptides or peptide-like drugs is a key way to expand the'druggable genome', targeting a PPI interface that is less suitable for small molecule-based therapies, in particular. Peptide drugs have lower toxicity and improved target selectivity compared to small molecules. Despite the promising effect as a therapeutic agent, the development of peptide-based drugs has low stability against host proteolytic enzymes, resulting in low in vivo activity and low bioavailability.

펩타이드 스테이플링 (peptide stapling)은 알파-나선형 형태의 짧은 펩타이드를 제한하기 위해 사용되며, 스테이플링 동안 두 아미노산의 sidechain은 락탐 가교를 통해 공유 결합되어 거대 고리형 펩타이드를 형성한다. 락탐 연결 전략은 치료용 펩타이드의 효능을 향상시키기 위해 연구되고 있으며, 락탐 연결 전략을 사용하여 제한된 펩타이드가 선형 유사체보다 우수하다고 보고되어 있다 (Harrison, R.S. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 107:11686-11691, 2010).Peptide stapling is used to limit short peptides in the alpha-helical form, and during stapling, the sidechains of the two amino acids are covalently bonded through lactam bridges to form macrocyclic peptides. Lactam ligation strategies are being studied to improve the efficacy of therapeutic peptides, and it has been reported that peptides restricted using lactam ligation strategies are superior to linear analogues (Harrison, RS et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107:11686-11691, 2010).

이에, 본 발명에서는 lactam bridge를 통해 Asp6와 Lys10을 연결하여 PIP2의 나선형 구조를 안정화시키는 단백질 디자인 기법을 구현하였다 (도 5c 및 화학식 1). 구조 동역학은 락탐 연결이 선형 구조인 PIP2와 비교하여 cPIP2에서 나선형 구조를 안정화시키고 N- 및 C-말단의 free moment를 제한하는 것을 확인하였다. 또한, cPIP2의 백본 및 전체 단백질 RMSD는 PIP2와 비교하여 대단히 안정화되어 있었다 (도 5c). cPIP2의 TLR4 억제 효능을 시험관 내에서 확인한 결과, cPIP2가 TLR4 억제 효과를 유지할 뿐만 아니라 저해 농도 (PIP2 IC50 = 40μM, cPIP2 IC50 = 25μM)도 현저히 감소시킨다는 것을 발견하였다 (도 7).Accordingly, in the present invention, a protein design technique was implemented to stabilize the helical structure of PIP2 by connecting Asp6 and Lys10 through a lactam bridge (FIG. 5C and Formula 1). Structural dynamics confirmed that the lactam linkage stabilized the helical structure in cPIP2 and limited the free moment at the N- and C-terminals compared to the linear structure of PIP2. In addition, the backbone of cPIP2 and the total protein RMSD were very stable compared to PIP2 (Fig. 5c). As a result of confirming the TLR4 inhibitory effect of cPIP2 in vitro, it was found that cPIP2 not only maintains the TLR4 inhibitory effect, but also significantly reduces the inhibitory concentration (PIP2 IC50 = 40 μM, cPIP2 IC50 = 25 μM) (FIG. 7 ).

따라서, 본 발명은 또 다른 관점에서, 서열번호 1 또는 2의 아미노산 서열로 표시되는 펩타이드를 유효성분으로 함유하는 자가면역 질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물에 관한 것이다.Accordingly, in another aspect, the present invention relates to a pharmaceutical composition for the prevention or treatment of autoimmune diseases containing the peptide represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or 2 as an active ingredient.

본 발명에서 용어, "자가면역 질환"은 자기관용을 유도하거나 계속 유지하는데 있어서 문제가 발생하여 자기항원에 대한 면역반응이 일어나, 이로 인해 자신의 조직을 공격하는 현상이 발생하는 과정에 의해 발병되는 질환을 의미한다 상기 자기관용이란 자기(self)를 구성하고 있는 항원물질에 대해서는 해롭게 반응하지 않는 면역학적 무반응성(immunologic unresponsiveness)을 말한다 본 발명의 자기면역 질환은 인슐린-의존성 당뇨병, 다발 경화증, 실험적 자가면역 뇌척수염, 류마티스성 관절염, 실험적 자가면역 관절염, 중증 근무력증, 갑상선염, 실험적 형태의 포도막염, 하시모토 갑상선염, 원발성 점액수종, 갑상샘 중독증, 악성 빈혈, 자가면역 위축 위염, 애디슨 질환, 조기 폐경, 남성 불임증, 소아 당뇨병, 굿파스처 증후군, 보통 천포창, 유천포창, 교감성 안염, 수정체성 포도막염, 자가면역 용혈성 빈혈, 특발성 백혈구 감소, 원발성 담관 경화증, 잠재성 간경변증, 궤양성 대장염, 쇼그렌 증후군, 경피증, 베게너 육아종증, 다발근육염/피부근육염 및 전신 홍반 루푸스를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the term "autoimmune disease" is caused by a process in which a problem occurs in inducing or maintaining self-tolerance and an immune response to an autoantigen occurs, thereby attacking the own tissue. The self-tolerance refers to immunologic unresponsiveness that does not adversely respond to antigenic substances constituting the self. The autoimmune diseases of the present invention are insulin-dependent diabetes mellitus, multiple sclerosis, and experimental. Autoimmune encephalomyelitis, rheumatoid arthritis, experimental autoimmune arthritis, myasthenia gravis, thyroiditis, experimental form of uveitis, Hashimoto's thyroiditis, primary myxedema, thyroid poisoning, pernicious anemia, autoimmune atrophy gastritis, Addison's disease, early menopause, male infertility, Childhood diabetes, Goodpasture syndrome, common pemphigus, pemphigus, sympathetic ophthalmitis, lens uveitis, autoimmune hemolytic anemia, idiopathic leukocytosis, primary cholangiosclerosis, latent cirrhosis, ulcerative colitis, Sjogren's syndrome, scleroderma, Wegener's parenting Including, but not limited to, polymyositis/dermatomyositis and systemic lupus erythematosus.

본 발명의 자가면역 질환의 예방 또는 치료용 조성물은 약학적으로 유효한 양의 상기 펩타이드를 단독으로 포함하거나 하나 이상의 약학적으로 허용되는 담체, 부형제 또는 희석제를 포함할 수 있다 상기에서 약학적으로 유효한 양이란 자가면역 질환의 증상을 예방, 개선 및 치료하기에 충분한 양을 말한다.The composition for preventing or treating autoimmune diseases of the present invention may contain a pharmaceutically effective amount of the peptide alone or may contain one or more pharmaceutically acceptable carriers, excipients, or diluents. Iran refers to an amount sufficient to prevent, ameliorate, and treat symptoms of autoimmune diseases.

상기 "약학적으로 허용되는"이란 생리학적으로 허용되고 인간에게 투여될 때, 통상적으로 위장 장애, 현기증과 같은 알레르기 반응 또는 이와 유사한 반응을 일으키지 않는 조성물을 말한다 상기 담체, 부형제 및 희석제의 예로는, 락토즈, 덱스트로즈, 수크로즈, 솔비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨, 말티톨, 전분, 아카시아 고무, 알지네이트, 젤라틴, 칼슘 포스페이트, 칼슘 실리케이트, 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 폴리비닐피롤리돈, 물, 메틸하이드록시벤조에이트, 프로필하이드록시벤조에이트, 탈크, 마그네슘 스테아레이트 및 광물유를 들 수 있다 또한, 충진제, 항응집제, 윤활제, 습윤제, 향료, 유화제 및 방부제 등을 추가로 포함할 수 있다.The term "pharmaceutically acceptable" refers to a composition that is physiologically acceptable and does not usually cause allergic reactions such as gastrointestinal disorders, dizziness or similar reactions when administered to humans. Examples of the carrier, excipient and diluent include, Lactose, dextrose, sucrose, sorbitol, mannitol, xylitol, erythritol, maltitol, starch, gum acacia, alginate, gelatin, calcium phosphate, calcium silicate, cellulose, methyl cellulose, polyvinylpyrrolidone, water, methylhydride Oxybenzoate, propylhydroxybenzoate, talc, magnesium stearate, and mineral oils. In addition, fillers, anti-aggregating agents, lubricants, wetting agents, fragrances, emulsifiers and preservatives, etc. may be further included.

이에, 본 발명에서는 상기 자가면역 질환의 일종인 류마티스성 관절염(rheumatoid arthritis, RA)에서 cPIP2의 보호 효과를 확인하였다. 상기 류마티스성 관절염은 주로 관절 연골의 침식성 염증이 특징인 다요인성 자가면역 질환으로, 종양과 같은 활액의 팽창 및 인접 관절 연골의 점진적인 파괴로 이어진다. 류마티스성 관절염의 정확한 원인은 아직 밝혀지지 않았지만 류마티스성 관절염 중에 관찰된 면역학적 조절장애는 염증 및 활액 세포 증식을 촉진시키는 데 관여하는 것으로 알려져 있다 (Isaacs, J.D. Nature reviews. Immunology, 605-611, 2010 및 Smolen, J.S. et al. Nature reviews. Disease primers, 18001, 2018).Accordingly, in the present invention, the protective effect of cPIP2 was confirmed in rheumatoid arthritis (RA), which is a kind of autoimmune disease. The rheumatoid arthritis is a multifactorial autoimmune disease mainly characterized by erosive inflammation of joint cartilage, leading to swelling of synovial fluid such as a tumor and gradual destruction of adjacent joint cartilage. The exact cause of rheumatoid arthritis is not yet known, but immunological dysregulation observed during rheumatoid arthritis is known to be involved in promoting inflammation and synovial cell proliferation (Isaacs, JD Nature reviews. 605-611, 2010 and Smolen, JS et al. Nature reviews. Disease primers , 18001, 2018).

본 발명에서는 RA 래트 모델에서 cPIP2이 류마티스성 관절염에 미치는 영향을 확인한 결과, cPIP2는 염증을 현저하게 감소시키고 연골 조직의 재생을 촉진시킨다는 것을 발견하였다 (도 10). 결론적으로, PIP2, 특히 cPIP2는 TLR4 신호 전달의 유망한 억제제로서, 자가 면역 질환 또는 염증성 질환의 치료조에 유용하게 사용될 수 있다.In the present invention, as a result of confirming the effect of cPIP2 on rheumatoid arthritis in the RA rat model, it was found that cPIP2 significantly reduces inflammation and promotes regeneration of cartilage tissue (FIG. 10). In conclusion, PIP2, especially cPIP2, is a promising inhibitor of TLR4 signaling, and can be usefully used in treatment groups for autoimmune diseases or inflammatory diseases.

또한, 본 발명의 약학 조성물은 상기 펩타이드와 함께 자가면역 질환 치료 효과를 갖는 공지의 유효성분을 1종 이상 포함할 수 있다.In addition, the pharmaceutical composition of the present invention may include one or more known active ingredients having an autoimmune disease treatment effect together with the peptide.

본 발명의 약학 조성물은 인간을 제외한 포유동물에 투여된 후 활성 성분의 신속, 지속 또는 지연된 방출을 제공할 수 있도록 당업계에 공지된 방법을 사용하여 제형화될 수 있다. 제형은 분말, 과립, 정제, 에멀젼, 시럽, 에어로졸, 연질 또는 경질 젤라틴 캅셀, 멸균 주사용액, 멸균 분말의 형태일 수 있다.The pharmaceutical compositions of the present invention may be formulated using methods known in the art to provide rapid, sustained or delayed release of the active ingredient after administration to a mammal other than humans. The formulation may be in the form of powders, granules, tablets, emulsions, syrups, aerosols, soft or hard gelatin capsules, sterile injectable solutions, and sterile powders.

본 발명의 약학 조성물은 경구, 경피, 피하, 정맥 또는 근육을 포함한 여러 경로를 통해 투여될 수 있으며, 활성 성분의 투여량은 투여 경로, 환자의 연령, 성별, 체중 및 환자의 중증도 등의 여러 인자에 따라 적절히 선택될 수 있고, 본 발명에 따른 자가면역 질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물은 자가면역 질환의 증상을 예방, 개선 또는 치료하는 효과를 가지는 공지의 화합물과 병행하여 투여할 수 있다.The pharmaceutical composition of the present invention can be administered through various routes including oral, transdermal, subcutaneous, intravenous, or intramuscular, and the dosage of the active ingredient is a number of factors such as the route of administration, the patient's age, sex, weight, and the patient's severity. It may be appropriately selected according to the present invention, and the pharmaceutical composition for preventing or treating autoimmune diseases according to the present invention may be administered in parallel with a known compound having an effect of preventing, ameliorating or treating symptoms of autoimmune diseases.

본 발명은 또 다른 관점에서, 서열번호 1 또는 2의 아미노산 서열로 표시되는 펩타이드를 유효성분으로 함유하는 염증성 질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a pharmaceutical composition for the prevention or treatment of inflammatory diseases containing a peptide represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or 2 as an active ingredient.

본 발명에서 용어, "염증성 질환"은 염증유발인자 또는 방사선조사 등 유해한 자극으로 인해 면역체계를 과도하게 항진시켜 대식세포와 같은 면역세포에서 분비되는 TNF-α, IL-1, IL-6, 프로스타글란딘(prostaglandin), 루코트리엔(leukotriene) 또는 NO와 같은 염증 유발물질(염증성 사이토카인)에 의해 유발되는 질환을 의미하며, 본 발명의 염증성 질환은 천식, 습진, 건선, 알러지, 류마티스성 관절염, 건선 관절염(psoriatic arthritis), 접촉성 피부염(contact dermatitis), 아토피성 피부염, 여드름, 아토피성 비염, 알레르기성 피부염, 만성 부비동염, 지루성 피부염(seborrheic dermatitis), 위염, 통풍, 통풍 관절염, 궤양, 만성 기관지염, 폐염증, 크론병, 궤양성 대장염, 강직성 척추염(ankylosing spondylitis), 패혈증, 맥관염, 활액낭염, 루프스, 류마티스 다발성 근육통, 측두 동맥염, 다발성 경화증, 고형암, 알쯔하이머병, 동맥경화증, 비만 및 바이러스 감염을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the term "inflammatory disease" refers to TNF-α, IL-1, IL-6, and prostaglandins secreted by immune cells such as macrophages by excessively promoting the immune system due to harmful stimulation such as inflammation inducing factors or irradiation. (prostaglandin), leukotriene (leukotriene) or NO refers to a disease caused by an inflammatory substance (inflammatory cytokine) such as, the inflammatory disease of the present invention is asthma, eczema, psoriasis, allergies, rheumatoid arthritis, Psoriatic arthritis, contact dermatitis, atopic dermatitis, acne, atopic rhinitis, allergic dermatitis, chronic sinusitis, seborrheic dermatitis, gastritis, gout, gouty arthritis, ulcers, chronic bronchitis , Pulmonary inflammation, Crohn's disease, ulcerative colitis, ankylosing spondylitis, sepsis, vasculitis, bursitis, lupus, rheumatoid multiple myalgia, temporal arteritis, multiple sclerosis, solid cancer, Alzheimer's disease, arteriosclerosis, obesity and viral infections. Including, but not limited to.

상기 염증성 질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물은 상술한 상기 펩타이드를 유효성분으로 포함하는 약학적 제제를 포함하기 때문에, 상술한 본 발명의 조성물과 중복된 내용은 그 기재를 생략한다.Since the pharmaceutical composition for preventing or treating inflammatory diseases includes a pharmaceutical preparation containing the above-described peptide as an active ingredient, descriptions of the contents overlapping with the above-described composition of the present invention will be omitted.

[실시예][Example]

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are for illustrative purposes only, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not construed as being limited by these examples.

실시예 1: TLR4 결합 펩타이드 라이브러리의 구축 및 스크리닝 방법Example 1: Construction and screening method of TLR4 binding peptide library

1-1: PD 펩타이드 라이브러리1-1: PD peptide library

PD (phage display) 펩타이드 라이브러리는 이전에 기술된 방법으로 제작하고 스크리닝 하였다 (Park, S. et al. Biomaterials 126:49-60, 2017).The PD (phage display) peptide library was constructed and screened by the previously described method (Park, S. et al. Biomaterials 126:49-60, 2017).

12mer 펩타이드 라이브러리는 forward 프라이머 5'-GCC CAG CCG GCC ATG GCC (NNK)12 TCG AGT GGT GGA GGC GGT TCA G-3' (서열번호 3) 및 reverse 프라이머 5'-GCC AGC ATT GAC AGG AGG TTG AG-3' (서열번호 4)로 합성하였다. NNK 랜덤 코돈 (N=A/C/G/T, K=G/T)의 경우 모든 아미노산을 암호화 가능한 상태에서 정지코돈을 최소화하기 위하여 선택하였다. DNA 생성물을 pHEN2 phagemid에 클로닝하고 DH10B (E. coli) 세포에 트랜스펙션 시킨 다음, 파지 라이브러리는 XL1-Blue (E. coli) 세포로 형질전환하여 증폭시켰다. Hyperphage, M13K07ΔpIII (PROGEN Biotechnik GmbH, Heidelberg, Germany)를 배양액에 첨가하고 (최종 농도, 1 x 1012 PFU / mL), 37℃에서 30분간 배양하였다. 그 후, 세포 펠릿을 원심분리 (3300×g, 10분, 4℃)하여 신선한 2 × YT 배지 (100㎍/㎖ 암피실린 및 25㎍/mL 카나마이신) 30mL에 재현탁시키고 밤새 30℃에서 배양함으로써, 파지 입자를 회수하였다.12mer peptide library is forward primer 5'-GCC CAG CCG GCC ATG GCC (NNK) 12 TCG AGT GGT GGA GGC GGT TCA G-3' (SEQ ID NO: 3) and reverse primer 5'-GCC AGC ATT GAC AGG AGG TTG AG- It was synthesized as 3'(SEQ ID NO: 4). In the case of the NNK random codon (N=A/C/G/T, K=G/T), all amino acids were selected in order to minimize the stop codon in a state capable of encoding. The DNA product was cloned into pHEN2 phagemid and transfected into DH10B (E. coli ) cells, and then the phage library was transformed into XL1-Blue (E. coli ) cells and amplified. Hyperphage, M13K07ΔpIII (PROGEN Biotechnik GmbH, Heidelberg, Germany) was added to the culture solution (final concentration, 1 x 10 12 PFU / mL), and incubated at 37°C for 30 minutes. Thereafter, the cell pellet was centrifuged (3300×g, 10 min, 4°C), resuspended in 30 mL of fresh 2×YT medium (100 μg/ml ampicillin and 25 μg/mL kanamycin), and cultured at 30° C. overnight, The phage particles were recovered.

1-2: 바이오패닝1-2: biopanning

바이오패닝 과정 역시 이전에 기술된 방법으로 수행하였다 (Park, S. et al. Biomaterials 126:49-60, 2017).The biopanning process was also performed by the previously described method (Park, S. et al. Biomaterials 126:49-60, 2017).

재조합 hTLR4 단백질 (2.5μg/mL)을 Nunc MaxiSorp 96-웰 플레이트 (Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, MA, USA)에 코팅하고 4℃에서 밤새 배양하고, 다음날 실온에서 5% skim milk로 blocking 하여 웰을 파지 라이브러리에 노출시켰다. 결합된 파지는 용출, 회수하여 파지 적정 (titration)을 하였으며, 파지 역가는 암피실린 (10μg/mL)을 함유한 플레이트상의 콜로니 형성 단위 (cfu)로 계산하였다. 이후, 파지를 증폭하고 정제하여 패닝 (panning)에 사용하였으며, 각 라운드 (총 6라운드)에서 입출력 비율을 계산하여 농축 효율을 추정하였다. 형질전환 된 클론의 선발 및 분리는 이전에 기술된 바와 같이, 파지 ELISA를 통한 6차 바이오패닝 후 수행하였다 (Park, S. et al. Biomaterials 126:49-60, 2017).Recombinant hTLR4 protein (2.5 μg/mL) was coated on a Nunc MaxiSorp 96-well plate (Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, MA, USA), incubated overnight at 4°C, and blocked with 5% skim milk at room temperature the next day. Was exposed to the phage library. The bound phage was eluted, recovered, and subjected to phage titration, and the phage titer was calculated as a colony forming unit (cfu) on a plate containing ampicillin (10 μg/mL). Thereafter, the phage was amplified and purified and used for panning, and the concentration efficiency was estimated by calculating the input/output ratio in each round (6 rounds in total). Selection and isolation of transformed clones was performed after 6th biopanning through phage ELISA, as previously described (Park, S. et al. Biomaterials 126:49-60, 2017).

1-3: DNA 시퀀싱 및 펩타이드 합성1-3: DNA sequencing and peptide synthesis

실시예 1-2의 ELISA를 통해 선택된 파지로부터 Miniprep Kit (GeneAll Biotechnology, Seoul, Korea)를 사용하여 파지 DNA를 분리하였다. 분리된 DNA는 5'-TTG TGA GCG GAT AAC AAT TTC-3' (서열번호 5)의 프라이머를 사용하여 서열을 분석하였다 (Macrogen, Inc. 한국, 서울). BioEdit 소프트웨어를 사용하여 DNA 서열을 아미노산 서열로 번역하고 변형을 평가하기 위해 정렬하여 다양성 정도를 평가하였다 (Hall, T.A et al., Nucleic Acids Symposium Series, 95-98, 1999). 사용된 모든 펩타이드는 Peptron, Inc. (대전, 한국)에서 합성 및 구입하였다.Phage DNA was isolated from the phage selected through ELISA of Example 1-2 using the Miniprep Kit (GeneAll Biotechnology, Seoul, Korea). The isolated DNA was sequenced using a primer of 5'-TTG TGA GCG GAT AAC AAT TTC-3' (SEQ ID NO: 5) (Macrogen, Inc. Korea, Seoul). The degree of diversity was evaluated by translating the DNA sequence into an amino acid sequence using BioEdit software and aligning to evaluate the modification (Hall, TA et al., Nucleic Acids Symposium Series, 95-98, 1999). All peptides used are Peptron, Inc. It was synthesized and purchased from (Daejeon, Korea).

실시예 2: TLR4에 대한 PD (파지-디스플레이) 펩타이드 라이브러리의 스크리닝 Example 2: Screening of PD (phage-display) peptide library for TLR4

2-1: TLR4 특이적 결합 펩타이드2-1: TLR4 specific binding peptide

TLR4 특이적 결합 펩타이드를 확인하기 위해 고상 스크리닝 방법을 사용하였다. 상기 실시예 1과 같이, pHEN2 (12-mer) PD 라이브러리를 제작하여 재조합 인간 TLR4 (hTLR4) 단백질로 코팅된 96-웰 플레이트에 노출시켰다. hTLR4에 대한 PD 라이브러리를 풍부하게 하기 위해 6회의 바이오패닝을 수행하고, 각 라운드 후에 농축 비율은 용출된 파지의 역가를 통해 평가하였다 (도 1a). 그 다음, hTLR4에 결합할 수 있는 파지 클론을 phage-ELISA에 의해 선택하고 BioEdit 소프트웨어를 사용하여 그들의 뉴클레오티드 변이를 추정하기 위해 서열을 분석하였다.A solid-phase screening method was used to identify the TLR4 specific binding peptide. As in Example 1, a pHEN2 (12-mer) PD library was prepared and exposed to a 96-well plate coated with recombinant human TLR4 (hTLR4) protein. Biopanning was performed 6 times to enrich the PD library for hTLR4, and the concentration ratio after each round was evaluated through the titer of the eluted phage (Fig. 1A). Then, phage clones capable of binding hTLR4 were selected by phage-ELISA and sequenced to estimate their nucleotide variations using BioEdit software.

그 결과, 독특한 서열을 갖는 PIP1-PIP5로 명명된 5개의 12-mer 펩타이드를 합성하였다. PIP1 및 PIP4는 N 말단 2개의 잔기를 제외하고는 동일하였으나, 다른 펩타이드들은 고유한 서열을 지녔으며 주로 소수성 잔기를 포함하고 있었다. As a result, five 12-mer peptides named PIP1-PIP5 having a unique sequence were synthesized. PIP1 and PIP4 were identical except for the two residues at the N-terminus, but the other peptides had unique sequences and mainly contained hydrophobic residues.

2-2: TLR4 결합 펩타이드의 세포독성2-2: Cytotoxicity of TLR4 binding peptide

실시예 2-1에서 합성된 PIP1-PIP5 펩타이드 20~100μM 농도를 사용하여 RAW264.7 (ATCC, Manassas, VA, USA) 세포에 대한 세포독성을 MTT (1-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-3,5-diphenylformazan; Sigma-Aldrich Co.)를 사용하여 조사하였다. Using the PIP1-PIP5 peptide synthesized in Example 2-1 at a concentration of 20-100 μM, cytotoxicity to RAW264.7 (ATCC, Manassas, VA, USA) cells was measured by MTT (1-(4,5-dimethylthiazol-2- yl)-3,5-diphenylformazan; Sigma-Aldrich Co.) was used to investigate.

RAW264.7 세포를 2 x 105 세포/웰의 밀도로 접종하고 24시간 동안 상이한 농도의 펩티드로 처리하여, 다음날 배지를 제거하고 희석된 MTT 용액 (최종 농도: 500μg/mL) (100㎕/웰)으로 교체한 다음 37℃에서 3시간 동안 배양하였다. MTT 용액을 제거하고 디메틸술폭시드 용액 (100μL/웰, Sigma-Aldrich Co.)을 첨가한 다음, 30분 후 540nm에서의 흡광도를 분광 광도계로 측정하였다 (Molecular Devices Inc.).RAW264.7 cells were inoculated at a density of 2 x 10 5 cells/well and treated with different concentrations of peptides for 24 hours, the next day the medium was removed and the diluted MTT solution (final concentration: 500 μg/mL) (100 μl/well ), and then incubated at 37°C for 3 hours. The MTT solution was removed and a dimethyl sulfoxide solution (100 μL/well, Sigma-Aldrich Co.) was added, and the absorbance at 540 nm was measured after 30 minutes with a spectrophotometer (Molecular Devices Inc.).

그 결과, 80μM 미만 농도에서 펩타이드는 세포 독성을 나타내지 않았으나, 100μM의 펩티드로 처리된 세포의 생존력은 약간 감소하였다 (도 1b).As a result, at a concentration of less than 80 μM, the peptide did not show cytotoxicity, but the viability of the cells treated with the 100 μM peptide decreased slightly (FIG. 1B ).

2-3: TLR4 결합 펩타이드의 TNF-α 분비 억제2-3: Inhibition of TNF-α secretion by TLR4 binding peptide

실시예 2-2의 결과에 따라, 이번에는 20~80μM의 농도에 대하여 TNF-α 생성을 추가 조사하였다. Mouse TNF alpha ELISA Ready-SET-Go kit (eBioscience, San Diego, CA, USA) 또는 Human TNF alpha ELISA MAX™ Deluxe (BioLegend, San Diego, CA, USA)를 사용하여, 특정 흡광도에서 마이크로 플레이트 분광 광도계 시스템 (Molecular Devices Inc.)에서 판독하고, 모든 데이터를 SoftMax Pro 5.3 소프트웨어 (Molecular Devices Inc.)를 사용하여 분석하였다.According to the results of Example 2-2, this time, TNF-α production was further investigated at a concentration of 20 to 80 μM. Microplate spectrophotometer system at specific absorbance using Mouse TNF alpha ELISA Ready-SET-Go kit (eBioscience, San Diego, CA, USA) or Human TNF alpha ELISA MAX™ Deluxe (BioLegend, San Diego, CA, USA) (Molecular Devices Inc.) and all data were analyzed using SoftMax Pro 5.3 software (Molecular Devices Inc.).

그 결과, PIP1-PIP5 중에서 PIP2 (서열번호 1: LGVFSSWWIKLV)가 농도 의존적으로 TNF-α (tumor necrosis factor α) 분비를 현저하게 감소시키는 것을 알 수 있었다 (도 1c).As a result, it was found that among PIP1-PIP5, PIP2 (SEQ ID NO: 1: LGVFSSWWIKLV) significantly reduced TNF-α (tumor necrosis factor α) secretion in a concentration-dependent manner (FIG. 1C).

따라서, LPS의 존재하에 PIP를 처리한 RAW264.7 세포에서 TNF-α 생성을 ELISA를 통해 다시 한번 확인하였다. 또한, TLR4 특이적인 경향을 평가하기 위해 PIP2의 물리 화학적 특성을 추가로 조사하였으며, 후속 실험으로 TLR4 신호 전달에 대한 PIP2의 길항 효과를 조사하였다.Therefore, TNF-α production was once again confirmed through ELISA in RAW264.7 cells treated with PIP in the presence of LPS. In addition, the physicochemical properties of PIP2 were further investigated to evaluate the TLR4-specific trend, and the antagonistic effect of PIP2 on TLR4 signaling was investigated as a follow-up experiment.

실시예 3: 대식세포에서 PIP2의 TLR4 신호 전달 경로 억제Example 3: Inhibition of the TLR4 signaling pathway of PIP2 in macrophages

3-1: SEAP (secreted embryonic alkaline phosphatas) 분석3-1: SEAP (secreted embryonic alkaline phosphatas) analysis

TLR 신호 전달 경로에 대한 PIP2의 조절 효과를 확인하기 위하여, SEAP (secreted embryonic alkaline phosphatas) 분석을 실시하였다. SEAP 리포터 유전자는 NF-κB (nuclear factor-κB) 및 AP-1 (activator protein 1) 결합 부위를 함유하는 IL-12p40 최소 프로모터의 조절하에 있으며, TLR4 활성화시 유도된다 (Fujioka, S. et al. Mol. Cell. Biol. 24:7806-7819, 2004). 따라서, LPS의 존재하에 상이한 농도의 PIP2 (20, 40 또는 80μM)를 사용하여 TLR4 억제 활성을 측정하였다.In order to confirm the regulatory effect of PIP2 on the TLR signaling pathway, SEAP (secreted embryonic alkaline phosphatas) analysis was performed. The SEAP reporter gene is under the control of the IL-12p40 minimal promoter containing NF-κB (nuclear factor-κB) and AP-1 (activator protein 1) binding sites, and is induced upon TLR4 activation (Fujioka, S. et al. Mol. Cell. Biol. 24:7806-7819, 2004). Therefore, TLR4 inhibitory activity was measured using different concentrations of PIP2 (20, 40 or 80 μM) in the presence of LPS.

HEK-Blue™ hTLR4 세포 (InvivoGen, San Diego, CA, USA)를 96-웰 플레이트에 2 x 104 세포/웰의 밀도로 접종하고 2일간 배양하였다. 상층액을 제거하고 HEK-Blue 검출 배지 (IvivoGen, San Diego, CA, USA)에 1시간 동안 상이한 농도의 PIP2 (20, 40 또는 80μM)로 처리한 후, 24시간 동안 LPS (100ng/mL)를 처리하였다. 배양 상등액을 수집하여 새로운 96-웰 플레이트에 넣고 SEAP 활성을 VersaMax Microplate Reader (Molecular Devices Inc., Sunnyvale, CA, USA)로 630nm에서 흡광도를 측정하여 평가하였다.HEK-Blue™ hTLR4 cells (InvivoGen, San Diego, CA, USA) were inoculated into a 96-well plate at a density of 2 x 10 4 cells/well and cultured for 2 days. The supernatant was removed and treated with different concentrations of PIP2 (20, 40 or 80 μM) for 1 hour in HEK-Blue detection medium (IvivoGen, San Diego, CA, USA), followed by LPS (100 ng/mL) for 24 hours. Processed. Culture supernatant was collected and placed in a new 96-well plate, and SEAP activity was evaluated by measuring absorbance at 630 nm with a VersaMax Microplate Reader (Molecular Devices Inc., Sunnyvale, CA, USA).

그 결과, LPS-처리된 세포는 NF-κB의 활성화가 유도되었으나, 1시간 동안 PIP2로 전처리 후 24시간 동안 LPS로 자극한 세포는 SEAP 활성이 농도 의존적으로 감소하였다 (도 2a). 반면, PIP2만으로 처리된 세포에서는 SEAP 활성에 영향이 없었다.As a result, activation of NF-κB was induced in LPS-treated cells, but in cells stimulated with LPS for 24 hours after pretreatment with PIP2 for 1 hour, SEAP activity was decreased in a concentration-dependent manner (FIG. 2A ). On the other hand, in cells treated with PIP2 alone, there was no effect on SEAP activity.

3-2: NF-κB 및MAPK의 활성화 억제 3-2: Inhibition of activation of N F-κB and MAPK

LPS-자극 RAW264.7 세포에서 NF-κB 및 MAPK (mitogen-activated protein kinases)의 활성화를 웨스턴 블롯으로 조사하여 PIP2의 억제 효과를 분석하였다.In LPS-stimulated RAW264.7 cells, the activation of NF-κB and mitogen-activated protein kinases (MAPK) was investigated by Western blot to analyze the inhibitory effect of PIP2.

p-JNK (c-Jun N-terminal kinase), p-IRF3 (interferon regulatory transcription factor 3), ERK (extracellular signal-regulated kinase) 및 p38 (p38 mitogen-activated protein kinase)에 대한 1차 항체 (Cell Signaling Technology Inc., Danvers, MA, USA); p-ERK, p-p38, Iκ-Bα, JNK, ATF3, COX2 (cyclooxygenase 2), β-actin에 대한 1차 항체 (Santa Cruz Biotechnology Inc., Santa Cruz, CA, USA); 및 iNOS (inducible nitric oxide synthase)에 대한 1차 항체 (BD Biosciences)는 1:500-1000의 비율로 희석하여 사용하였다. 2차 항체인 항-마우스/-토끼 peroxidase-conjugated immunoglobulin G 항체 (Thermo Fisher Scientific Inc.)는 1:1,000의 비율로 사용하였으며, SuperSignal West Pico ECL 용액 (Thermo Fisher Scientific Inc.)으로 단백질을 검출하고 Fusion solo S 시스템 (Vilber Lourmat, France)으로 시각화하였다.Primary antibodies to p-JNK (c-Jun N-terminal kinase), p-IRF3 (interferon regulatory transcription factor 3), ERK (extracellular signal-regulated kinase), and p38 (p38 mitogen-activated protein kinase) (Cell Signaling) Technology Inc., Danvers, MA, USA); primary antibodies to p-ERK, p-p38, Iκ-Bα, JNK, ATF3, COX2 (cyclooxygenase 2), β-actin (Santa Cruz Biotechnology Inc., Santa Cruz, CA, USA); And a primary antibody against iNOS (inducible nitric oxide synthase) (BD Biosciences) was diluted in a ratio of 1:500-1000. The secondary antibody, anti-mouse/-rabbit peroxidase-conjugated immunoglobulin G antibody (Thermo Fisher Scientific Inc.) was used in a ratio of 1:1,000, and the protein was detected with SuperSignal West Pico ECL solution (Thermo Fisher Scientific Inc.). Visualized with the Fusion solo S system (Vilber Lourmat, France).

그 결과, PIP2는 LPS-유도된 NF-κB 및 IκBα 분해 활성을 억제하였다 (도 2b). 또한, PIP2는 ATF3 (activating transcription factor 3)의 활성화 및 IRF3의 인산화를 억제하였으며, LPS-처리된 세포의 활성화 수준과 비교하여 ERK, JNK 및 p38의 인산화를 포함하는 MAPKs의 활성화를 성공적으로 억제하였다 (도 2c).As a result, PIP2 inhibited the LPS-induced NF-κB and IκBα degrading activity (FIG. 2B). In addition, PIP2 inhibited the activation of ATF3 (activating transcription factor 3) and phosphorylation of IRF3, and successfully inhibited the activation of MAPKs including phosphorylation of ERK, JNK and p38 compared to the activation level of LPS-treated cells. (Fig. 2c).

그 다음, PIP2 (80μM)로 1시간 동안 처리 한 RAW264.7 세포를 24-웰 플레이트에서 2 x 105 세포/웰의 농도로 밤새 성장시킨 다음, LPS (100ng/㎖)로 30분 처리 하여 p-p65을 분석하였다. FICT-PIP2 (Peptron, Inc)의 경우, 세포를 1시간 동안 40μM의 FITC 접합 펩타이드로 전처리 한 다음, 30분 동안 LPS 처리 (100ng/mL)하였으며, 세포를 3.7% 포름알데히드 용액 (Sigma-Aldrich Co.)으로 5분간 고정하고 0.2% Triton X-100 용액 (AMRESCO, Solon, OH, USA)으로 5분간 침투시켰다. 세포는 2시간 동안 p-p65 (Cell Signaling Technology 1:1000) 또는 TLR4 (Abcam, Cambridge, UK, 1:1000)에 대한 1차 항체를 반응시킨 후, Alexa Fluor 408 및/또는 488 2차 항체 (Invitrogen)와 함께 반응시키고, Hoechst 33258 용액 (5μM, Sigma-Aldrich Co.)으로 처리하여 핵을 염색하였다. 형광 강도를 공초점 현미경 (LSM-700, Carl Zeiss Microscopy GmbH)을 사용하여 측정하고, 이미지는 Zen 2009 소프트웨어를 사용하여 분석하였다.Then, RAW264.7 cells treated with PIP2 (80 μM) for 1 hour were grown overnight at a concentration of 2 x 10 5 cells/well in a 24-well plate, and then treated with LPS (100 ng/ml) for 30 minutes to p -p65 was analyzed. In the case of FICT-PIP2 (Peptron, Inc), cells were pretreated with 40 μM of FITC conjugated peptide for 1 hour, followed by LPS treatment (100 ng/mL) for 30 minutes, and the cells were subjected to 3.7% formaldehyde solution (Sigma-Aldrich Co. .) for 5 minutes and infiltrated with 0.2% Triton X-100 solution (AMRESCO, Solon, OH, USA) for 5 minutes. Cells were reacted with a primary antibody against p-p65 (Cell Signaling Technology 1:1000) or TLR4 (Abcam, Cambridge, UK, 1:1000) for 2 hours, and then Alexa Fluor 408 and/or 488 secondary antibody ( Invitrogen) and treated with Hoechst 33258 solution (5 μM, Sigma-Aldrich Co.) to stain the nuclei. Fluorescence intensity was measured using a confocal microscope (LSM-700, Carl Zeiss Microscopy GmbH), and images were analyzed using Zen 2009 software.

그 결과, LPS-유도된 p-p65 발현 수준이 PIP2에 의해 억제되는 것을 확인하였다 (도 2d).As a result, it was confirmed that the LPS-induced p-p65 expression level was inhibited by PIP2 (FIG. 2D).

3-3: IL-6, IFN-β 및 TNF-α의 억제3-3: inhibition of IL-6, IFN-β and TNF-α

RAW264.7 세포를 2 x 105 세포/웰의 밀도로 96-웰 플레이트 (BD Biosciences)에 접종하여 PIP2를 처리하고, IL-6 분비는 Mouse/Human IL-6 ELISA MAX™ Deluxe (BioLegend) 또는 Mouse IL-6 Platinum ELISA (eBioscience, San Diego, CA, USA)로 측정하였으며, TNF-α 생성은 Mouse TNF alpha ELISA Ready-SET-Go kit (eBioscience, San Diego, CA, USA) 또는 Human TNF alpha ELISA MAX™ Deluxe (BioLegend, San Diego, CA, USA)로 측정하였다. 특정 흡광도에서 마이크로 플레이트 분광 광도계 시스템 (Molecular Devices Inc.)으로 판독하고, 모든 데이터를 SoftMax Pro 5.3 소프트웨어 (Molecular Devices Inc.)를 사용하여 분석하였다.RAW264.7 cells were seeded in a 96-well plate (BD Biosciences) at a density of 2 x 10 5 cells/well to treat PIP2, and IL-6 secretion was performed by Mouse/Human IL-6 ELISA MAX™ Deluxe (BioLegend) or Mouse IL-6 Platinum ELISA (eBioscience, San Diego, CA, USA) was measured, and TNF-α production was measured by Mouse TNF alpha ELISA Ready-SET-Go kit (eBioscience, San Diego, CA, USA) or Human TNF alpha ELISA Measured with MAX™ Deluxe (BioLegend, San Diego, CA, USA). The specific absorbance was read with a microplate spectrophotometer system (Molecular Devices Inc.), and all data were analyzed using SoftMax Pro 5.3 software (Molecular Devices Inc.).

그 결과, LPS-유도된 IL-6 및 IFN-β의 생산 또한 PIP2에 의해 농도 의존적으로 저해되었다 (도 2e-f).As a result, the production of LPS-induced IL-6 and IFN-β was also inhibited in a concentration-dependent manner by PIP2 (Fig. 2e-f).

또한, 다른 TLR 및 그 하위 신호 전달에 대한 PIP2의 효과를 확인하기 위해, 세포를 PAM3CSK4 (TLR1/2), FSL-1 (TLR2/6), Resiquimod/R848 (TLR7/8) 또는 CpG-ODN (TLR9)과 함께 PIP2로 처리하고, 이어서 TNF-α의 분비 수준을 ELISA에 의해 모니터링 하였다. TNF-α 생성은 Mouse TNF alpha ELISA Ready-SET-Go kit (eBioscience, San Diego, CA, USA) 또는 Human TNF alpha ELISA MAX™ Deluxe (BioLegend, San Diego, CA, USA)로 측정하였다. 마찬가지로 특정 흡광도에서 마이크로 플레이트 분광 광도계 시스템 (Molecular Devices Inc.)으로 판독하고, 모든 데이터를 SoftMax Pro 5.3 소프트웨어 (Molecular Devices Inc.)를 사용하여 분석하였다.In addition, in order to confirm the effect of PIP2 on other TLR and its subsignaling, cells were transferred to PAM 3 CSK 4 (TLR1/2), FSL-1 (TLR2/6), Resiquimod/R848 (TLR7/8) or CpG. Treatment with PIP2 with -ODN (TLR9), and then the level of secretion of TNF-α was monitored by ELISA. TNF-α production was measured with Mouse TNF alpha ELISA Ready-SET-Go kit (eBioscience, San Diego, CA, USA) or Human TNF alpha ELISA MAX™ Deluxe (BioLegend, San Diego, CA, USA). Similarly, the specific absorbance was read with a microplate spectrophotometer system (Molecular Devices Inc.), and all data were analyzed using SoftMax Pro 5.3 software (Molecular Devices Inc.).

그 결과, PIP2가 TLR2/1- 및 2/6- 를 억제하였으며, TLR7/8- 및 9- 매개 TNF-α 분비를 저해하였다 (도 2k).As a result, PIP2 inhibited TLR2/1- and 2/6-, and inhibited TLR7/8- and 9-mediated TNF-α secretion (FIG. 2K ).

즉, TLRs 외부 도메인 (ECD)의 구조적 및 서열 유사성 때문에 TLR-1/2/6에서 PIP2가 낮은 친화성의 결합 부위를 가질 수 있으며, 하위 신호 전달을 비특이 적으로 변경할 수 있음을 나타내는 것이다. 이는 표면 플라즈몬 공명 (SPR) 결과에 의해 일부 뒷받침되었다 (도 8).That is, because of the structural and sequence similarity of the TLRs external domain (ECD), PIP2 in TLR-1/2/6 may have a binding site of low affinity, indicating that sub-signal transduction may be non-specifically altered. This was partially supported by surface plasmon resonance (SPR) results (FIG. 8).

결론적으로 LPS로 자극된 RAW264.7 세포에서 PIP2가 TLR4 경로 (MyD88-의존성 및 TRIF-독립적 경로)를 현저히 억제시킨다는 것을 알 수 있다.In conclusion, it can be seen that in RAW264.7 cells stimulated with LPS, PIP2 remarkably inhibits the TLR4 pathway (MyD88-dependent and TRIF-independent pathway).

3-4: iNOS 및 COX2 수준 확인3-4: check iNOS and COX2 levels

ROS와 NO의 생성은 iNOS의 세포 수준 및 다른 요소들과 직접적으로 관련되어 있으므로 (Kim, J.Y et al., Eur. J. Pharmacol. 584:175-184, 2008; Liu, K.-L. et al. J. Agric. Food Chem. 54:3472-3478, 2006; West, A.P. et al. Nature 472:476, 2011; Mancek-Keber, M. et al. Sci. Signal. 8:ra60-ra60, 2015)), PPS2로 전처리 한 LPS-자극 세포에서 iNOS 및 COX2 수준을 모니터링 하였다. The production of ROS and NO is directly related to the cellular level and other factors of iNOS (Kim, JY et al., Eur. J. Pharmacol. 584:175-184, 2008; Liu, K.-L. et al. al. J. Agric. Food Chem. 54:3472-3478, 2006; West, AP et al. Nature 472:476, 2011; Mancek-Keber, M. et al. Sci. Signal. 8:ra60-ra60, 2015 )), iNOS and COX2 levels were monitored in LPS-stimulated cells pretreated with PPS2.

그 결과, PIP2는 LPS에 의해 유도된 iNOS 및 COX2 발현을 효과적으로 억제 하였다 (도 2g).As a result, PIP2 effectively inhibited the expression of iNOS and COX2 induced by LPS (Fig. 2g).

세포질 NO 및 ROS의 측정은 DAF-FM 및 DCF-DA 염색을 이용하였다.Measurement of cytoplasmic NO and ROS was performed using DAF-FM and DCF-DA staining.

RAW264.7 세포를 6cm 접시 (SPL Life Sciences, Pochun, Korea)에 1 x 106의 밀도로 접종하여 PIP2를 처리하고, DAF-FM과 DCF-DA 염료 (Thermo Fisher Scientific, Inc.)를 사용하여 각각 분석하였다. Diva 소프트웨어 (BD Biosciences)가 장착된 FACSAria III 기기를 사용하여 세포에서 검출된 형광 강도를 측정하였다.RAW264.7 cells were inoculated in a 6 cm dish (SPL Life Sciences, Pochun, Korea) at a density of 1 x 10 6 to treat PIP2, and DAF-FM and DCF-DA dyes (Thermo Fisher Scientific, Inc.) were used to inoculate the cells. Each was analyzed. The fluorescence intensity detected in the cells was measured using a FACSAria III instrument equipped with Diva software (BD Biosciences).

또한, NO 분비는 nitric oxide detection kit (iNtRON Biotechnology, Gyeonggi, Korea)를 사용하였다.In addition, NO secretion was performed using a nitric oxide detection kit (iNtRON Biotechnology, Gyeonggi, Korea).

RAW264.7 세포를 2 x 105 세포/웰의 밀도로 접종하고, 96-웰 플레이트 (BD Biosciences)에서 배양하고 PIP2를 처리하였다. 흡광도는 마이크로 플레이트 판독기 분광 광도계 (Molecular Devices Inc.)를 사용하여 540nm에서 측정하였고, 데이터는 SoftMax Pro 5.3 소프트웨어 (Molecular Devices Inc.)를 사용하여 분석하였다.RAW264.7 cells were seeded at a density of 2 x 10 5 cells/well, cultured in 96-well plates (BD Biosciences) and treated with PIP2. Absorbance was measured at 540 nm using a microplate reader spectrophotometer (Molecular Devices Inc.), and data was analyzed using SoftMax Pro 5.3 software (Molecular Devices Inc.).

그 결과, NO의 세포 외 분비뿐만 아니라 NO와 ROS의 세포 내 생성은 PIP2에 의해 억제되었다 (도 2h-j).As a result, the extracellular secretion of NO as well as the intracellular production of NO and ROS were inhibited by PIP2 (Fig. 2h-j).

실시예 4: 인간 말초 혈액 단핵 세포 (hPBMCs)에서 PIP2의 TLR4 신호 전달 경로 억제Example 4: Inhibition of the TLR4 signaling pathway of PIP2 in human peripheral blood mononuclear cells (hPBMCs)

PIP2의 면역 억제 효과를 웨스턴 블롯을 통한 사이토카인 분비 및 단백질 발현의 평가를 통해 hPBMCs에서 평가하였다. 말초 혈액의 단핵 세포는 병원균 침입에 대한 방어 면역 반응에 중요하다. 이 세포는 사이토카인 및 케모카인을 분비하여 병원균 및 위험 신호를 검출하는데 중요한 역할을 하며 조직 침윤형 수지상 세포 (DC)의 전구체이다. DC는 유력한 항원 제시 세포이며, 위험에 대한 첫 번째 면역 반응을 조율하는데 중요하다 (Pierer, M et al., PLoS One 6:e23539, 2011). 또한, hPBMCs에서 TLRs 발현이 높을 경우, 전신 홍반성 루푸스 및 만성 통증 증후군과 같은 질병의 발병 기전과 연관된다 (Guo, Y. et al. nt. J. Clin. Exp. Med. 8:20472-20480, 2015; Kwok, Y.H et al., PLoS One 7:e44232, 2012; Wong, C.K. et al., Clin. Exp. Immunol. 159:11-22, 2010).The immunosuppressive effect of PIP2 was evaluated in hPBMCs through evaluation of cytokine secretion and protein expression through Western blot. Monocytes in the peripheral blood are important for a protective immune response against pathogen invasion. These cells secrete cytokines and chemokines, play an important role in detecting pathogens and danger signals, and are precursors of tissue-infiltrating dendritic cells (DC). DCs are potent antigen presenting cells and are important in coordinating the first immune response to risk (Pierer, M et al., PLoS One 6:e23539, 2011). In addition, high expression of TLRs in hPBMCs is associated with the pathogenesis of diseases such as systemic lupus erythematosus and chronic pain syndrome (Guo, Y. et al. nt. J. Clin. Exp. Med. 8:20472-20480 , 2015; Kwok, YH et al., PLoS One 7:e44232, 2012; Wong, CK et al., Clin. Exp. Immunol. 159:11-22, 2010).

웨스턴 블롯에 사용한 hPBMC는 PromoCell (Heidelberg, Germany)에서 구입하였으며, 사이토카인 분비의 평가에 사용한 hPBMC는 Lonza Inc. (Allendale, NJ, USA)로부터 구입하였다. TNF-α 및 IL-6의 분비는 LPS, PAM3CSK4 또는 FSL-1 (InvivoGen, San Diego, CA, USA)의 존재하에 다양한 농도의 PIP2로 처리된 세포에서 ELISA로 분석하였다.HPBMC used for Western blot was purchased from PromoCell (Heidelberg, Germany), and hPBMC used for evaluation of cytokine secretion was Lonza Inc. (Allendale, NJ, USA). The secretion of TNF-α and IL-6 was analyzed by ELISA in cells treated with various concentrations of PIP2 in the presence of LPS, PAM 3 CSK 4 or FSL-1 (InvivoGen, San Diego, CA, USA).

그 결과, PIP2는 LPS 매개 TNF-α의 분비를 유의하게 억제하였고, PAM3CSK4 또는 FSL-1 자극 세포에서는 분비를 약간 저해하였다 (도 3a). 또한, LPS-유도된 IL-6의 분비는 PIP2와 동시 처리 후에 상당히 억제되었지만, PAM3CSK4 또는 FSL-1 자극 세포에서는 효과가 거의 없었다 (도 3b). As a result, PIP2 significantly inhibited the secretion of LPS-mediated TNF-α, and slightly inhibited the secretion in PAM 3 CSK 4 or FSL-1 stimulated cells (FIG. 3A). In addition, LPS-induced IL-6 secretion was significantly suppressed after simultaneous treatment with PIP2, but had little effect in PAM 3 CSK 4 or FSL-1 stimulating cells (Fig. 3B).

LPS 매개 MAPKs의 활성도 hPBMCs에서 평가한 결과, PIP2 처리된 세포는 NF-κB의 인산화를 상당히 감소시키고 IκBα의 분해를 억제하였다 (도 3c). 또한, p-ERK, p-JNK 및 p-p38을 포함하는 MAPK의 발현 수준도 PIP2 처리 세포에서 유의하게 억제되었다.As a result of evaluating the activity of LPS-mediated MAPKs in hPBMCs, PIP2-treated cells significantly reduced the phosphorylation of NF-κB and inhibited the degradation of IκBα (FIG. 3C ). In addition, the expression levels of MAPKs including p-ERK, p-JNK and p-p38 were also significantly suppressed in PIP2 treated cells.

실시예 5: PIP2에 의한 마우스 골수 유래 대식세포 (mBMDMs)에서의 TLR4 신호 전달 경로 억제 및 LPS 유도된 전신 사이토카인 반응 억제Example 5: Inhibition of TLR4 signaling pathway and LPS-induced systemic cytokine response in mouse bone marrow-derived macrophages (mBMDMs) by PIP2

5-1: mBMDMs에서의 PIP2에 의한 TLR4 신호 전달 경로 억제5-1: Inhibition of TLR4 signaling pathway by PIP2 in mBMDMs

RAW264.7 세포 및 hPBMC와 유사하게, mBMDM에 PIP2의 TLR 억제 효과를 LPS-유도된 TNF-α, IL-6 및 IFN-β의 분비를 평가하여 추가로 조사하였다.Similar to RAW264.7 cells and hPBMC, the TLR inhibitory effect of PIP2 on mBMDM was further investigated by evaluating the secretion of LPS-induced TNF-α, IL-6 and IFN-β.

그 결과, PIP2는 이들 세포에서 전염증성 사이토카인 및 IFN-β의 분비를 유의하게 억제하였다 (도 4a-c). 더욱이, PIP2는 mBMDMs에서 LPS-유도된 NO 분비를 농도 의존적으로 억제하였다 (도 4d).As a result, PIP2 significantly inhibited the secretion of pro-inflammatory cytokines and IFN-β in these cells (Figs. 4a-c). Moreover, PIP2 inhibited LPS-induced NO secretion in mBMDMs in a concentration-dependent manner (Fig. 4D).

5-2: 생체내 LPS 유도된 전신 사이토카인 반응 억제5-2: Inhibition of LPS-induced systemic cytokine response in vivo

다음으로, PIP2의 면역 억제 효과를 마우스에서 전신성 사이토카인의 수준을 측정하여 생체 내에서 평가하였다.Next, the immunosuppressive effect of PIP2 was evaluated in vivo by measuring the level of systemic cytokines in mice.

Orient Bio, Inc. (Seoul, Korea)로부터 8주령의 C57BL/6J 마우스 (20-25g, n = 5)를 얻었다. 마우스에 PIP2 (70nmol/g 체중)를 1시간 동안 복강투여 (i.p.)하여 전처리한 후, LPS (5μg/g 동물 중량)를 2시간 동안 항원 처리하였다. 대조군에는 동량의 PBS를 주입하였다. 혈장 샘플을 수집하여 전염증성 사이토카인 분비의 평가를 위해 냉동 보관하였다. ELISA 키트 (BioLegend, San Diego, CA, USA)를 사용하여 TNF-α (1:100), IL-12p40 (1:50) 및 IL-6 (1:100)을 분석하였다. 모든 동물 실험은 기관 동물 관리 및 사용위원회 (승인 번호 : KHNMC AP 2016-006)의 승인을 받았다.Orient Bio, Inc. 8-week-old C57BL/6J mice (20-25g, n = 5) were obtained from (Seoul, Korea). After pretreatment by intraperitoneal administration (i.p.) of PIP2 (70 nmol/g body weight) to mice for 1 hour, LPS (5 μg/g animal weight) was antigen-treated for 2 hours. The same amount of PBS was injected into the control group. Plasma samples were collected and stored frozen for evaluation of proinflammatory cytokine secretion. TNF-α (1:100), IL-12p40 (1:50) and IL-6 (1:100) were analyzed using an ELISA kit (BioLegend, San Diego, CA, USA). All animal experiments were approved by the Institutional Animal Care and Use Committee (approval number: KHNMC AP 2016-006).

TNF-α, IL-12p40 및 IL-6은 자극 전 및 자극 후 2시간 동안 수집된 혈장 샘플에서 측정하였며, 그 결과, LPS에 의해 유도된 사이토카인의 전신성 분비가 PIP2 처리로 인해 유의하게 감소한다는 것을 알 수 있었다 (도 4e-g).TNF-α, IL-12p40 and IL-6 were measured in plasma samples collected before and for 2 hours after stimulation, and as a result, systemic secretion of cytokines induced by LPS was significantly reduced due to PIP2 treatment. It could be seen that (Fig. 4e-g).

실시예 6: PIP2의 구조 및 TLR4 저해 기전Example 6: Structure of PIP2 and TLR4 Inhibition Mechanism

6-1: 면역 형광법 및 공초점 현미경에 의한 TLR4 발현과 FITC-PIP2 위치 확인6-1: TLR4 expression and FITC-PIP2 location confirmation by immunofluorescence and confocal microscopy

PIP2와 TLR4의 결합을 확인하기 위해, FITC (fluorescein isothiocyanate)를 펩타이드의 N 말단에 접합시켰다. RAW264.7 세포를 LPS 자극 전에 1시간 동안 FITC-PIP2로 전처리하고, FITC-PIP2 및 TLR4의 형광 강도를 면역 형광 염색 및 공초점 현미경을 사용하여 분석하였다. TLR4 및 FITC-PIP2의 localization은 위치와 관련하여 모니터링 하였다.To confirm the binding of PIP2 and TLR4, FITC (fluorescein isothiocyanate) was conjugated to the N-terminus of the peptide. RAW264.7 cells were pretreated with FITC-PIP2 for 1 hour before LPS stimulation, and the fluorescence intensities of FITC-PIP2 and TLR4 were analyzed using immunofluorescence staining and confocal microscopy. The localization of TLR4 and FITC-PIP2 was monitored with respect to location.

그 결과, TLR4는 LPS-처리된 세포의 원형질막 상에 위치하였고, FITC-PIP2도 원형질막에 위치하였으며, 그 신호는 TLR4의 형광과 거의 일치하였다. FITC-PIP2와 LPS를 모두 처리한 세포는 FITC-PIP2와 TLR4가 원형질막에 완벽하게 겹쳐져 노란색 신호를 나타냈다 (도 5a).As a result, TLR4 was located on the plasma membrane of LPS-treated cells, and FITC-PIP2 was also located on the plasma membrane, and the signal was almost identical to the fluorescence of TLR4. In the cells treated with both FITC-PIP2 and LPS, FITC-PIP2 and TLR4 completely overlapped the plasma membrane, resulting in a yellow signal (FIG. 5A).

6-2: SPR을 이용한 PIP2 및 TLR4의 결합 동역학 확인6-2: Confirmation of binding kinetics of PIP2 and TLR4 using SPR

표면 플라즈몬 공명 (SPR; surface plasmon resonance)을 통해 PIP2와 TLR4의 결합 동역학을 연구하여 거대 분자, 핵산 및 소형 분자의 생물 물리학적 상호작용을 연구를 할 수 있다 (Drescher, D.G et al., Methods Mol. Biol. 493:323-343, 2009).By studying the binding kinetics of PIP2 and TLR4 through surface plasmon resonance (SPR), it is possible to study the biophysical interactions of macromolecules, nucleic acids, and small molecules (Drescher, DG et al., Methods Mol. Biol. 493:323-343, 2009).

SPR은 ProteOn GLR 센서 칩과 함께 ProteOn XPR36 기기 (Bio-Rad Laboratories, Inc.)를 사용하여 수행하였다. hTLR4 및 hTLR2 (R & D 시스템)는 GLM 센서 칩의 표면에 아민 커플링에 의해 고정화시켰다. 다양한 농도의 PIP2 분자 (0, 12.5, 25, 50, 100 및 200μM)를 칩에 주입하여 고정화 단백질과의 결합을 분석하였다. ProteOnTM Manager 소프트웨어 (버전 2.0)를 사용하여 데이터를 분석하고, 단백질 표면의 데이터는 운동 속도 상수 (ka 및 kd)에 맞게 그룹화하였다. 결합 상수 KD는 하기 수학식 1로 계산하였다.SPR was performed using a ProteOn XPR36 instrument (Bio-Rad Laboratories, Inc.) with a ProteOn GLR sensor chip. hTLR4 and hTLR2 (R&D system) were immobilized on the surface of the GLM sensor chip by amine coupling. Various concentrations of PIP2 molecules (0, 12.5, 25, 50, 100 and 200 μM) were injected into the chip to analyze binding to the immobilized protein. Data was analyzed using ProteOnTM Manager software (version 2.0), and the data on the protein surface were grouped according to the kinetic rate constants (ka and kd). The binding constant KD was calculated by Equation 1 below.

Figure 112019042302937-pat00001
Figure 112019042302937-pat00001

재조합 hTLR4 단백질을 ProteOn GLM 센서 칩에 고정화 (140μM 리간드)하고 PIP2 (분석물)를 12.5와 200μM 사이의 다양한 농도로 센서 칩에 첨가하여 분석한 결과, PIP2-TLR4 상호 작용에 대한 계산된 결합 (ka) 및 해리 (kd) 상수는 각각 3.45 × 104M-1S-1 및 1.13 × 10-2S-1이며, 센서그램은 PIP2의 TLR4에 대한 결합이 농도 의존적으로 증가함을 나타냈다 (도 5b).Recombinant hTLR4 protein was immobilized on a ProteOn GLM sensor chip (140 μM ligand) and PIP2 (analyte) was added to the sensor chip at various concentrations between 12.5 and 200 μM. a ) and dissociation (k d ) constants were 3.45 × 10 4 M -1 S -1 and 1.13 × 10 -2 S -1 , respectively, and the sensorgram indicated that the binding of PIP2 to TLR4 increased in a concentration-dependent manner ( Fig. 5b).

아울러, 동일한 조건을 PIP2 및 TLR2 결합 동역학에도 적용하였으나, PIP2와 TLR2 사이의 농도 독립적인 상호 작용 패턴을 보였다 (도 8).In addition, the same conditions were applied to the PIP2 and TLR2 binding kinetics, but showed a concentration-independent interaction pattern between PIP2 and TLR2 (FIG. 8).

PIP2는 12.5, 25, 50μM 농도의 분석물로 사용되었으며, 이는 반응 단위 (RU)의 좁은 범위인 8-9에 해당하여, 이것은 100 및 200μM의 PIP2가 사용되었을 때 중첩되는 RU 값에 의해 더 지지될 수 있다. 이러한 결과 및 무의미한 in vitro 결과는 부분적으로 PIP2와 TLR2의 상호 작용이 비특이적이라는 것을 설명할 수 있다.PIP2 was used as an analyte at concentrations of 12.5, 25 and 50 μM, which corresponds to a narrow range of reaction units (RU) of 8-9, which is further supported by overlapping RU values when 100 and 200 μM of PIP2 were used. Can be. These and insignificant in vitro results can partially explain that the interaction of PIP2 and TLR2 is non-specific.

6-3: 단백질 모델링6-3: protein modeling

세포 이미징 및 SPR 분석을 통해 확인된 PIP2와 TLR4의 잠재적인 상호 작용을 in silico 분석을 통해 추가로 조사하였다. PIP2 올리고 펩타이드는 PIP2 처리 된 in vitro 시스템에서 조절되는 것으로 확인된 TLR4와의 결합 구조를 예측하는데 사용된 컴퓨터 절차를 통해 모델링 하였다.The potential interaction between PIP2 and TLR4, identified through cell imaging and SPR analysis, was further investigated through in silico analysis. The PIP2 oligopeptide was modeled through a computer procedure used to predict the binding structure of TLR4, which was confirmed to be regulated in an in vitro system treated with PIP2.

PIP2 올리고 펩타이드의 3D 모델은 MOE (2016.08) 및 I-TASSER 온라인 서버 를 통해 생성하였다 (Zhang, Y et al., BMC Bioinformatics 9:40, 2008). 구조는 I-TASSER에서 동일한 폴드와 TM 점수 > 0.5가 선택되고 검증되었다 (Bowie, J.U et al., Science 253:164-170, 1991). MOE 및 PROCHECK68에 의해 생성된 Ramachandran 플롯을 통해 최종 3D 모델 펩타이드의 전체 기하학적 및 입체 화학적 특성을 조사 하였다 (Laskowski, R.A et al., J. Biomol. NMR 8:477-486, 1996). A 3D model of the PIP2 oligopeptide was created through MOE (2016.08) and I-TASSER online server (Zhang, Y et al., BMC Bioinformatics 9:40, 2008). The structure was selected and verified with the same fold and TM score> 0.5 in I-TASSER (Bowie, JU et al., Science 253:164-170, 1991). Overall geometric and stereochemical properties of the final 3D model peptide were investigated through Ramachandran plots generated by MOE and PROCHECK68 (Laskowski, RA et al., J. Biomol. NMR 8:477-486, 1996).

그 결과, I-TASSER34와 PSIPRED에 의해 예측된 2차 구조는 펩타이드의 N-말단과 C-말단이 감겨져 있는 반면, 중심부는 주로 나선형을 나타냈다 (표 1). 표 1은 PIP2의 2차 구조 예측 및 상동성 모델링 매개 변수를 나타낸 것이다. 또한, I-TASSER34와 MOE에 의해 제안된 3D 구조는 어떠한 가닥도 보이지 않았고 주로 나선형 topology를 나타냈다 (도 5c).As a result, in the secondary structure predicted by I-TASSER34 and PSIPRED, the N-terminus and C-terminus of the peptide were wound, whereas the central part was mainly spiral (Table 1). Table 1 shows the secondary structure prediction and homology modeling parameters of PIP2. In addition, the 3D structure proposed by I-TASSER34 and MOE did not show any strands and mainly showed a helical topology (Fig. 5c).

Figure 112019042302937-pat00002
Figure 112019042302937-pat00002

6-4: 펩타이드의 분자 동역학 및 구조 안정화6-4: Molecular dynamics and structure stabilization of peptides

예측된 PIP2의 구조를 표준화하고 안정화하기 위해, 확립된 분자 동역학 시뮬레이션 (MDS) 시스템을 활용하였다. To standardize and stabilize the structure of the predicted PIP2, an established molecular dynamics simulation (MDS) system was utilized.

I-TASSER로부터 선택된 PIP2의 가장 좋은 모델은 순환 형태인 cPIP2로, GROMACS v5.6.2를 사용하여 AMBER99SB-ILDNP force field에서 MD 시뮬레이션을 수행하였다 (Lindorff-Larsen, K. et al., Proteins 78:1950-1958, 2010). 상기 시스템은 공지의 방법 (Jorgensen, W.L et al., The Journal of chemical physics 79:926-935, 1983; Bussi, G et al., J. Chem. Phys. 126:014101, 2007; Parrinello, M et al., J. Appl. Phys. 52:7182-7190, 1981; Hess, B et al., J. Comput. Chem. 18:1463-1472, 1997)을 적용하여 수행하였다. 평형 구조는 각각 1μs (PIP2) 및 150ns (cPIP2)에 대해 위치 제한 없이 NPT 조건에서 시뮬레이션하였다 (Parrinello, M et al., J. Appl. Phys. 52:7182-7190, 1981).The best model of PIP2 selected from I-TASSER is cPIP2, a circulating form, MD simulation was performed on the AMBER99SB-ILDNP force field using GROMACS v5.6.2 (Lindorff-Larsen, K. et al., Proteins 78:1950 -1958, 2010). The system is a known method (Jorgensen, WL et al., The Journal of chemical physics 79:926-935, 1983; Bussi, G et al., J. Chem. Phys. 126:014101, 2007; Parrinello, M et al. al., J. Appl. Phys. 52:7182-7190, 1981; Hess, B et al., J. Comput. Chem. 18:1463-1472, 1997). Equilibrium structures were simulated in NPT conditions without positional restrictions for 1 μs (PIP2) and 150 ns (cPIP2), respectively (Parrinello, M et al., J. Appl. Phys. 52:7182-7190, 1981).

그 결과, PIP2의 N 말단이 나선형 구조를 유지하고 C 말단이 고리형 구조로 변형된 것을 확인하였다. 나선형 topology는 Ser6의 극성 측쇄와 Val3의 백본 산소 사이의 정전기적 상호 작용에 의해 유지된다 (도 5c).As a result, it was confirmed that the N-terminus of PIP2 maintained a helical structure and the C-terminus was transformed into a cyclic structure. The helical topology is maintained by the electrostatic interaction between the polar side chain of Ser6 and the backbone oxygen of Val3 (Figure 5c).

또한, 반감기를 높이고 이차 구조를 유지하기 위해 작은 펩타이드를 스테이플링 하는 것은 널리 활용되고 있다 (Dietrich, L. et al., Cell Chem Biol 24:958-968, 2017; Verdine, G.L et al., Methods Enzymol. 503:3-33, 2012; White, A.M et al., Expert Opin Drug Discov 11:1151-1163, 2016). PIP2의 유연한 C-말단을 고려하고, 이것이 TLR4 억제 효능을 감소시킬 수 있다고 가정하여, PIP2의 안정성을 향상시키는 펩타이드 스테이플링을 실행하였다.In addition, stapling small peptides to increase half-life and maintain secondary structure has been widely used (Dietrich, L. et al., Cell Chem Biol 24:958-968, 2017; Verdine, GL et al., Methods. Enzymol.503 :3-33, 2012; White, AM et al., Expert Opin Drug Discov 11:1151-1163, 2016). Taking into account the flexible C-terminus of PIP2, and assuming that this could reduce the TLR4 inhibitory efficacy, peptide stapling was performed to improve the stability of PIP2.

그 결과, 극성 Ser6은 Asp로 대체되었고, 락탐 bridge가 Asp6와 Lys10 사이에 확립되었다 (화학식 1).As a result, polar Ser6 was replaced by Asp, and a lactam bridge was established between Asp6 and Lys10 (Chemical Formula 1).

Figure 112019042302937-pat00003
Figure 112019042302937-pat00003

스테이플링 효과를 cPIP2의 전체 구조에 맞게 조절하기 위해, PIP2의 순환 형태; MD 궤도를 시각화하여 PIP2의 궤적과 비교하였다. In order to adjust the stapling effect to the overall structure of cPIP2, the circulation form of PIP2; The MD trajectory was visualized and compared with the trajectory of PIP2.

그 결과, cPIP2는 나선 형태를 유지하지만, PIP2는 C-말단 나선이 상실되는 것을 알 수 있었다. 이는 cPIP2의 안정적인 특성으로 인해 PIP2에 비해 TLR4 신호 전달을 저농도에서 장시간 억제할 수 있음을 시사한다.As a result, it was found that cPIP2 maintains the helical shape, but PIP2 loses the C-terminal helix. This suggests that due to the stable properties of cPIP2, TLR4 signaling can be suppressed for a long time at low concentrations compared to PIP2.

실시예 7: 도킹 시뮬레이션 및 PIP2-결합 TLR4 복합체의 계면 분석Example 7: Docking simulation and interfacial analysis of PIP2-binding TLR4 complex

실시예 3 및 4의 in vitro 결과는 PIP2가 LPS-유도된 TLR4 활성화를 현저히 저해함을 시사한다. 따라서, 가능한 결합 패턴과 PIP2의 TLR4 길항 작용을 조사하였다.The in vitro results of Examples 3 and 4 suggest that PIP2 significantly inhibited LPS-induced TLR4 activation. Therefore, the possible binding patterns and TLR4 antagonism of PIP2 were investigated.

인간 TLR4의 재조합 ECD를 사용하여 파지 ELISA를 통해 선별된 PIP2는 TLR4의 하기 3가지 상이한 상태로 도킹되어 특이적 결합 위치를 결정하였다. 즉, 인간 TLR4/MD2 복합체 (3FXI)와 PIP2의 결합 친화력을 평가하기 위해, 관련 X 선 결정 구조를 PDB로부터 검색하였다. 결합 친화력을 평가하고 PIP2의 TLR4 길항 메커니즘을 제안하기 위해, PIP2가 TLR4에 결합할 수 있는 부분은 i) 단량체 TLR4의 세포 외 도메인; ii) MD2에 결합된 단량체 TLR4의 세포 외 도메인; iii) 하나의 단량체가 MD2에 부착되고 다른 단량체가 비어있는 TLR4의 이량체 세포 외 도메인으로 볼 수 있다.PIP2 selected through phage ELISA using recombinant ECD of human TLR4 was docked in the following three different states of TLR4 to determine specific binding sites. That is, in order to evaluate the binding affinity of the human TLR4/MD2 complex (3FXI) and PIP2, the related X-ray crystal structure was retrieved from the PDB. To assess binding affinity and to suggest a mechanism of TLR4 antagonism of PIP2, the moiety that PIP2 can bind to TLR4 is i) the extracellular domain of monomeric TLR4; ii) the extracellular domain of monomeric TLR4 bound to MD2; iii) It can be seen as a dimeric extracellular domain of TLR4 in which one monomer is attached to MD2 and the other monomer is empty.

온라인 단백질-단백질 도킹 서버 ZDOCK69와 독립형 MOE 수트를 사용하여 PIP2와 TLR4 간의 상호 작용 메커니즘을 예측하고 평가하였다 (Shah, M et al., Sci. Rep. 5:13446, 2015). TLR은 수용체로, PIP2는 도킹의 각 라운드에서 리간드로 간주되었다. ZDOCK과 MOE를 별도로 사용하여 각 TLR과 PIP2에 대해 500 개의 도킹 컨스트럭션을 생성하였다. An online protein-protein docking server ZDOCK69 and a standalone MOE suite were used to predict and evaluate the interaction mechanism between PIP2 and TLR4 (Shah, M et al., Sci. Rep. 5:13446, 2015). TLR was considered a receptor and PIP2 was considered a ligand in each round of docking. ZDOCK and MOE were used separately to create 500 docking constructs for each TLR and PIP2.

PIP2의 소수성 특성은 상호 작용하는 단백질과의 비극성 접촉에 대한 높은 가능성을 시사하지만, 과량의 라이신은 음으로 하전된 용매에 노출된 잔기와 salt bridges를 형성할 수 있다. 단량체 형태로 TLR4 단독으로 도킹하는 경우, PIP2는 ECD와 일치하지 않는 결합을 나타낸다. PIP2가 TLR4 ECD와 함께 형성한 4개의 도킹 된 클러스터들 중에서, N 말단의 하나의 클러스터는 약간 일정하고 비분산이었다. 도킹된 PIP2의 약 43%가 TLR4의 특정 위치에 모여있으며, MD2 의존 TLR4 활성화와 관련하여 매우 중요한 두 번째 클러스터는 도킹된 PIP2의 ~ 9%를 차지하였다.The hydrophobic nature of PIP2 suggests a high potential for nonpolar contact with interacting proteins, but excess lysine can form salt bridges with residues exposed to negatively charged solvents. When docked with TLR4 alone in monomeric form, PIP2 exhibits inconsistent binding with ECD. Of the four docked clusters that PIP2 formed with the TLR4 ECD, one cluster at the N-terminus was slightly constant and non-dispersive. About 43% of the docked PIP2 is clustered at a specific location in TLR4, and the second cluster, which is very important in relation to MD2-dependent TLR4 activation, accounted for ~9% of the docked PIP2.

따라서, PIP2-TLR4의 상위 150개 도킹의 상호 작용 데이터베이스를 구축하고 PLIF (protein ligand interaction fingerprints)을 통해 나타냈다 (도 9). 상호작용하는 잔기는 대부분 비극성 또는 소수성이다. 또한, TLR4 ECD의 N- 말단에서 PIP2의 주된 클러스터링이 PLIF 분석으로 확인되었다.Therefore, the interaction database of the top 150 dockings of PIP2-TLR4 was constructed and expressed through protein ligand interaction fingerprints (PLIF) (FIG. 9). Most of the moieties that interact are non-polar or hydrophobic. In addition, the main clustering of PIP2 at the N-terminus of the TLR4 ECD was confirmed by PLIF analysis.

다음으로, TLR4와 TLR4/MD2 heterodimer 사이의 PIP2가 선호하는 결합 친화력을 확인하기 위해, TLR4/MD2 dimeric와 trimeric (결합된 MD2 중 하나는 제거되었고 두 번째는 TLR4/MD2 tetramer에 결합된 채로 남아 있음) 복합체와 PIP2를 도킹하였다. 도킹된 PIP2는 거의 모두 MD2의 소수성 cavity를 가지고 TLR4 ECD와 함께 비특이적 클러스터링을 나타내지 않았다. 또한, 상위 150개의 PIP2-MD2 (TLR4) 도킹 복합체에 대해 PLIF 분석을 수행하여 일관되게 상호 작용하는 핵심 잔기를 조사하였다.Next, to confirm the preferred binding affinity of PIP2 between the TLR4 and TLR4/MD2 heterodimers, the TLR4/MD2 dimeric and trimeric (one of the bound MD2s was removed and the second remained bound to the TLR4/MD2 tetramer). ) The complex and PIP2 were docked. Docked PIP2 almost all had the hydrophobic cavity of MD2 and showed no non-specific clustering with TLR4 ECD. In addition, PLIF analysis was performed on the top 150 PIP2-MD2 (TLR4) docking complexes to investigate key residues that consistently interact.

그 결과, TLR4의 활성화에 관여하는 것으로 알려진 (Kim, H.M. et al., Cell 130:906-917, 2007) MD2의 gating loop (Ser120-Lys128)가 PIP2 상호 작용에 특히 관여한다는 것을 확인하였다. Gating loop의 Ile52와 Phe121은 도킹된 PIP2의 80 % 이상과 상호 작용하였으며 (도 9b), 이 상호 작용에 관여하는 PIP2의 주요 잔기는 PIP2-TLR4 도킹에서 관찰된 것들과 대체로 유사하였다.As a result, it was confirmed that the gating loop (Ser120-Lys128) of MD2, known to be involved in the activation of TLR4 (Kim, HM et al., Cell 130:906-917, 2007), is particularly involved in the PIP2 interaction. Ile52 and Phe121 of the gating loop interacted with more than 80% of the docked PIP2 (Fig. 9b), and the main residues of PIP2 involved in this interaction were generally similar to those observed in the PIP2-TLR4 docking.

상기 예비 도킹 결과로부터, PIP2가 MD2 공동 (cavity) 또는 TLR4 (클러스터 2)와의 MD2 결합을 경쟁적으로 방해함으로써 TLR4 신호 전달을 저해한다는 것을 알 수 있었다. 클러스터 1에서의 PIP2의 결합은 TLR4 시그널링을 차단하는 가장 확실한 방법이지만, TLR4의 N-말단의 억제는 그의 하위신호를 저해하지 않는 것으로 보인다. 이러한 이 두 가지 결합이 TLR4 신호 전달을 억제할 수 있다고 볼 수 있으므로, MDS를 사용하여 구조 동역학에 대해 추가로 조사가 필요하다.From the above preliminary docking results, it was found that PIP2 inhibited TLR4 signaling by competitively interfering with MD2 binding with MD2 cavity or TLR4 (cluster 2). The binding of PIP2 in cluster 1 is the most reliable way to block TLR4 signaling, but inhibition of the N-terminus of TLR4 does not appear to inhibit its subsignals. Since these two combinations can be seen to inhibit TLR4 signaling, further investigations are needed for structural kinetics using MDS.

이에, 강력한 TLR4 길항제로 PIP2를 초기 평가 후, 제안된 나선 구조를 안정화시키고 억제 효능을 향상시키기 위해 펩타이드 고리화를 수행하였다. MOE에서 수행된 단백질 디자인 알고리즘은 펩타이드의 안정성을 향상시키기 위해 돌연변이 또는 변형될 수 있는 잔기를 조사하여 TLR4 결합 친화도를 향상시키는 데 사용하였다.Accordingly, after initial evaluation of PIP2 as a potent TLR4 antagonist, peptide cyclization was performed to stabilize the proposed helical structure and improve inhibitory efficacy. The protein design algorithm performed in MOE was used to improve the TLR4 binding affinity by examining residues that can be mutated or modified to improve the stability of the peptide.

그 결과, 제시된 변형 중에서 Ser6/Asp 돌연변이가 선택되었고, Lys10의 NH3 +와 Asp6 측쇄의 COO- 사이에 락탐 브릿지가 만들어져 cPIP2 (서열번호 2: LGVFSDWWIKLV)로 명명되었다. cPIP2는 단백질 동역학 및 in vitro 효능 분석으로 통해 그 구조적 안정성에 대해 추가로 조사하였다.As a result, a Ser6/Asp mutation was selected among the proposed modifications, and a lactam bridge was created between NH3 + of Lys10 and COO- of the Asp6 side chain, and was named cPIP2 (SEQ ID NO: 2: LGVFSDWWIKLV). cPIP2 was further investigated for its structural stability through protein kinetics and in vitro efficacy analysis.

실시예 8: PIP2 결합 TLR4의 구조 동역학Example 8: Structural kinetics of PIP2 binding TLR4

8-1: TLR4-PIP2의 안정성8-1: Stability of TLR4-PIP2

PIP2가 MD2의 공동 (cavity)과 결합하거나 TLR4 및 MD2 상호 작용을 경쟁적으로 방해함으로써 TLR4 신호 전달을 방해할 가능성이 있기 때문에 두 개의 PIP2 도킹 복합체를 100ns 동안 시뮬레이션 하였다. 먼저, TLR4-PIP2 (PIP2가 TLR4의 중심부에 결합하는)의 안정성을 조사하였다.Two PIP2 docking complexes were simulated for 100 ns because PIP2 has the potential to interfere with TLR4 signaling by binding to the cavity of MD2 or by competingly interfering with TLR4 and MD2 interactions. First, the stability of TLR4-PIP2 (PIP2 binds to the center of TLR4) was investigated.

MDS가 제공한 구조적 유연성 및 제한된 움직임은 PIP2의 C-말단 Val 및 Leu의 백본 산소가 TLR4의 양전하를 띤 Arg208, 238 및 극성 Ser291과 강한 수소 결합을 형성함을 보여준다. 이것은 MD 궤적을 따라 이들 잔기들 사이의 최소 거리를 추적함으로써 추가로 확인하였다 (도 6a). 또한, TLR4의 유사 부위는 MD2 결합에 결정적인 것으로 확인되었으며, 패치 A 및 패치 B로 표시되었다 (Kim, H.M. et al. Cell 130:906-917, 2007). The structural flexibility and limited movement provided by MDS show that the backbone oxygen of the C-terminal Val and Leu of PIP2 form strong hydrogen bonds with the positively charged Arg208, 238 and polar Ser291 of TLR4. This was further confirmed by tracking the minimum distance between these residues along the MD trajectory (FIG. 6A ). In addition, a similar site of TLR4 was found to be crucial for MD2 binding, and was indicated as Patch A and Patch B (Kim, HM et al. Cell 130:906-917, 2007).

PIP2-MD2(TLR4) MD 궤적을 분석하면 RMSD의 지속적인 상승을 보여준다 (도 6a). 이는 TLR4/MD2 복합체에서 PIP2에 의해 유도된 입체 구조 변화보다는 PIP2의 상대적 안정성에 영향을 미치는 MD2의 병진 운동에 의한 결과이다. Analysis of the PIP2-MD2(TLR4) MD trajectory shows a sustained rise in RMSD (FIG. 6A). This is a result of the translational motion of MD2 that affects the relative stability of PIP2 rather than the conformational change induced by PIP2 in the TLR4/MD2 complex.

8-2: PIP2와 TLR4와의 결합 친화력8-2: binding affinity of PIP2 and TLR4

다음으로, TLR4의 패치 A와 B에서 PIP2의 결합 친화력을 확인하기 위해 두 개의 TLR4 분자, 하나의 MD2와 두 개의 PIP2 분자를 포함하는 단일 복합체를 조립하고 MDS로 분석하였다.Next, in order to confirm the binding affinity of PIP2 in patches A and B of TLR4, a single complex including two TLR4 molecules, one MD2 and two PIP2 molecules was assembled and analyzed by MDS.

그 결과, PIP2 펩타이드 중 하나는 MD2에 결합하고 다른 하나는 인접한 TLR4의 패치 A 및 B 근처에서 MD2에 결합하지 않았다 (도 6b). MD2의 외부 병진 운동이 관찰되지 않았기 때문에 두 번째 TLR4가 MD2 결합 PIP2의 안정성에 유의미한 영향을 미치는 것으로 볼 수 있다. 그러나 Phe126이 활성 상태에서 비활성 상태로 전환되는 것을 관찰하지 못했다. MD2의 게이팅 루프 (gating loop)에 위치한 Phe126은 리간드 의존성 TLR4 신호 전달에 결정적인 것으로 알려져 있다 (Shah, M et al., Sci. Rep. 6:39271, 2016).As a result, one of the PIP2 peptides bound to MD2 and the other did not bind to MD2 near patches A and B of adjacent TLR4 (Fig. 6B). Since the external translational movement of MD2 was not observed, it can be seen that the second TLR4 has a significant effect on the stability of MD2 binding PIP2. However, we did not observe the transition of Phe126 from an active state to an inactive state. Phe126, located in the gating loop of MD2, is known to be crucial for ligand-dependent TLR4 signaling (Shah, M et al., Sci. Rep. 6:39271, 2016).

또한, PIP2와 TLR4의 MD2-결합 패치와의 결합 친화력을 평가하기 위해, PIP2-TLR4 (TLR4/MD2) 복합체에서의 PIP2-TLR4 계면을 시간별로 분석하였다.In addition, in order to evaluate the binding affinity of PIP2 and TLR4 to the MD2-binding patch, the PIP2-TLR4 interface in the PIP2-TLR4 (TLR4/MD2) complex was analyzed over time.

그 결과, TLR4의 패치 A는 PIP2의 Trp8은 Val108과 C-H-π(아렌) 결합을 하였으며, 이는 Trp8의 인돌 그룹에서 Asp155와 질소 원자 사이의 정전기 접촉에 의해 더욱 강화되었다. 이러한 상호 작용은 상당히 안정적이며 MD 실행 전반에 걸쳐 유지됨을 궤적분석으로 확인하였다.As a result, in patch A of TLR4, Trp8 of PIP2 bonded to Val108 and C-H-π (arene), which was further strengthened by electrostatic contact between Asp155 and nitrogen atom in the indole group of Trp8. Trajectory analysis confirmed that these interactions were quite stable and maintained throughout the MD run.

또한, Lys10은 MD의 25ns 후에 Asp155 및 Asp183과 salt bridges를 확립하였으며, TLR4와 접촉하지 않은 PIP2의 C-말단 잔기가 20ns 후에 강한 수소 결합을 한다는 것을 발견하였다 (도 6a). In addition, Lys10 established salt bridges with Asp155 and Asp183 after 25 ns of MD, and it was found that the C-terminal residue of PIP2 not in contact with TLR4 had a strong hydrogen bond after 20 ns (FIG. 6A).

이는 PIP2-TLR4 시스템에 의한 유사한 경향으로, 이러한 일관성은 C-말단 잔기, 특히 Val12의 카르복실기 및 Leu11의 백본 산소는 이량체 및 사량체 형태에서 모두 PIP2-TLR4 상호 작용의 안정성에 결정적이었다 [PIP2-TLR4, PIP2-TLR4 (TLR4/MD2)] (도 6b).This is a similar trend with the PIP2-TLR4 system, this consistency was crucial for the stability of the PIP2-TLR4 interaction in both the dimer and tetrameric forms of the C-terminal residue, especially the carboxyl group of Val12 and the backbone oxygen of Leu11 [PIP2- TLR4, PIP2-TLR4 (TLR4/MD2)] (Fig. 6B).

실시예 9: Cyclic PIP2의 TLR-유도 염증 반응 억제 Example 9: Inhibition of TLR-induced inflammatory response of Cyclic PIP2

9-1: 대식세포에서 cPIP2의 TLR4 억제능9-1: The ability of cPIP2 to inhibit TLR4 in macrophages

cPIP2의 TLR4 억제 잠재력을 실시예 3의 PIP2 분석에서 사용된 것과 동일한 대식세포에서 확인하였다.The TLR4 inhibitory potential of cPIP2 was confirmed in the same macrophages used in the PIP2 assay of Example 3.

cPIP2의 농도 5, 25 및 50μM에서 RAW264.7 세포에 대한 세포 독성을 조사한 결과, 독성이 없는 것으로 확인되었다 (도 7a).As a result of examining cytotoxicity to RAW264.7 cells at concentrations of 5, 25, and 50 μM of cPIP2, it was confirmed that there was no toxicity (Fig. 7a).

이어서, RAW264.7 세포에서 분비된 염증 유발성 사이토 카인의 수준을 모니터링함으로써 cPIP2의 TLR4 저해 효과를 ELISA로 평가하였다. Subsequently, the TLR4 inhibitory effect of cPIP2 was evaluated by ELISA by monitoring the level of inflammatory cytokines secreted from RAW264.7 cells.

그 결과, TNF-α와 IL-6의 분비가 농도 의존적으로 유의하게 억제되었음을 확인하였다. (도 7b 및 c). 또한, LPS로 자극되고 cPIP2-처리된 세포에서 제1형 IFNs (IFN-α 및 IFN-β)의 감소가 관찰되었다 (도 7d 및 e).As a result, it was confirmed that the secretion of TNF-α and IL-6 was significantly inhibited in a concentration-dependent manner. (Figs. 7b and c). In addition, a decrease in type 1 IFNs (IFN-α and IFN-β) was observed in cells stimulated with LPS and treated with cPIP2- (Figs. 7d and e).

다음으로, 산화 스트레스 마커 (즉, NO 및 ROS)에 대한 cPIP2의 억제 효과를 조사하였다. 그 결과, NO의 세포 외 분비 및 NO 및 ROS의 세포 내 생성은 cPIP2에 의해 억제되는 것을 알 수 있었으며, 이는 PIP2의 결과와 일치한다 (도 7f-h).Next, the inhibitory effect of cPIP2 on oxidative stress markers (ie, NO and ROS) was investigated. As a result, it was found that the extracellular secretion of NO and the intracellular production of NO and ROS were inhibited by cPIP2, which is consistent with the results of PIP2 (Fig. 7f-h).

9-2: THP-1 세포에서 cPIP2의 TLRs 억제능9-2: The ability of cPIP2 to inhibit TLRs in THP-1 cells

TLR4 및 다른 TLRs에 대한 cPIP2의 효과는 THP-1 세포에서 IL-6 분비의 평가를 통해 조사하였다.The effect of cPIP2 on TLR4 and other TLRs was investigated through the evaluation of IL-6 secretion in THP-1 cells.

THP-1 (아주대학교 의료센터) 세포에 80nM의 PMA (phorbol 12-myristate 13-acetate; Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA)를 처리하여 대식세포로 분화시켰다. 이후, 세포는 상이한 TLR 리간드 (LPS (TLR4), PAM3CSK4 (TLR1/2), FSL-1 (TLR2/6), resiquimod / R848 (TLR7 / 8) 또는 CpG -ODN (TLR9)]로 처리하였다.THP-1 (Ajou University Medical Center) cells were differentiated into macrophages by treatment with 80 nM of PMA (phorbol 12-myristate 13-acetate; Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA). Thereafter, cells were treated with different TLR ligands (LPS (TLR4), PAM3CSK4 (TLR1/2), FSL-1 (TLR2/6), resiquimod / R848 (TLR7 / 8) or CpG-ODN (TLR9)].

그 결과, cPIP2가 TLR4 매개 IL-6 분비를 억제하는 것을 알 수 있었으며, 50μM에서 다른 TLR을 약간 저해한다는 것을 확인하였다 (도 7i). As a result, it was found that cPIP2 inhibits TLR4-mediated IL-6 secretion, and it was confirmed that it slightly inhibited other TLRs at 50 μM (Fig. 7i).

또한, LPS에 의해 유발된 MAPK의 활성화는 THP-1 세포에서의 웨스턴 블랏 분석을 통해 평가하였다. 그 결과, LPS 처리 후의 발현 수준과 비교하여, cPIP2가 NF-κB (p65의 인산화 및 IκBα의 분해)의 활성화를 성공적으로 저해하였으며, ERK, JNK 및 p38을 포함하는 MAPK의 인산화 수준을 억제하였다. cPIP2는 LPS에 의한 ATF3의 활성화 및 IRF3의 인산화도 억제하였다 (도 7j).In addition, the activation of MAPK induced by LPS was evaluated through Western blot analysis in THP-1 cells. As a result, compared to the expression level after LPS treatment, cPIP2 successfully inhibited the activation of NF-κB (phosphorylation of p65 and degradation of IκBα) and inhibited the phosphorylation level of MAPK including ERK, JNK and p38. cPIP2 also inhibited LPS-induced activation of ATF3 and phosphorylation of IRF3 (Fig. 7j).

결론적으로, cPIP2는 PIP2의 억제 특성을 유지할 뿐만 아니라 억제 농도 (IC50)가 40μM에서 25μM으로 감소되었다. 즉, 펩타이드의 효율이 향상되었음을 확인할 수 있었다.In conclusion, cPIP2 not only retained the inhibitory properties of PIP2, but also reduced the inhibitory concentration (IC50) from 40 μM to 25 μM. That is, it was confirmed that the efficiency of the peptide was improved.

실시예 10: Cyclic PIP2의 in vivo에서의 류마티스성 관절염 치료 효과Example 10: Effect of Cyclic PIP2 on the treatment of rheumatoid arthritis in vivo

in vitro에서 LPS-유도된 염증 반응에 대한 cPIP2의 억제 활성을 확인한 후에, 류마티스성 관절염(rheumatoid arthritis; RA) 래트 모델을 사용하여 in vivo에서 cPIP2의 효과를 추가로 조사하였다.After confirming the inhibitory activity of cPIP2 on the LPS-induced inflammatory response in vitro , the effect of cPIP2 in vivo was further investigated using a rheumatoid arthritis (RA) rat model.

10-1: RA 래트 모델의 제조10-1: Preparation of RA rat model

RA 래트 모델을 다음과 같이 제조하였다.RA rat models were prepared as follows.

먼저, 소의 제2형 콜라겐 (bovine collagen type Ⅱ, Sigma-Aldrich Co. LLC)과 완전 프로인트 보조제 (complete Freund's adjuvant, Sigma-Aldrich Co. LLC.)의 1:1 용액을 30분간 혼합하고, 상기 혼합 용액 (소의 제2형 콜라겐 0.5mg 포함) 250㎕를 4주령 수컷 Lewis 래트의 꼬리에 주입하였다. 3주 후, 상기 Lewis 래트의 족근, 발목 관절, 무릎 관절 및 발에서 부종 및 홍반의 증거가 각각 관찰되었다.First, a 1:1 solution of bovine type 2 collagen (bovine collagen type II, Sigma-Aldrich Co. LLC) and complete Freund's adjuvant (Sigma-Aldrich Co. LLC.) was mixed for 30 minutes, and the above was mixed. 250 µl of the mixed solution (including 0.5 mg of bovine type 2 collagen) was injected into the tail of a 4-week-old male Lewis rat. After 3 weeks, evidence of swelling and erythema was observed in the ankle muscles, ankle joints, knee joints and feet of the Lewis rats, respectively.

10-2: cPIP2의 RA 래트 모델에서의 치료 효과 확인10-2: Confirmation of the therapeutic effect of cPIP2 in RA rat model

RA 치료 실험은 아주대학교 의과대학기관 동물실험위원회의 승인을 받아 진행하였다(승인번호 2013-0070).The RA treatment experiment was conducted with the approval of the Animal Testing Committee of Ajou University School of Medicine (approval number 2013-0070).

정상군 (Normal), 미처리군 (untreated), cPIP2 (1nmol/g 체중) 처리군의 세 가지 실험군에 대해 실험을 진행하였다.The experiment was conducted in three experimental groups: normal group, untreated group, and cPIP2 (1 nmol/g body weight) treatment group.

cPIP2 처리군의 경우, 100 ㎕의 cPIP2(최종 농도 1154.4㎍/mL로 PBS에 현탁)를 RA 래트 모델들의 무릎 관절에 개별적으로 주입하였다. RA 래트 모델들을 1, 3 또는 6주차 (n=3)에 각각 희생시켜 치료 효과를 평가하였다.In the case of the cPIP2 treatment group, 100 μl of cPIP2 (suspended in PBS at a final concentration of 1154.4 μg/mL) was individually injected into the knee joints of RA rat models. RA rat models were sacrificed at week 1, 3 or 6 (n=3), respectively, to evaluate the treatment effect.

먼저, 6주 동안 발의 시각 모니터링, 발목 직경의 측정 및 관절 지수(articular index; AI) 측정을 통해 RA 래트에 대한 cPIP2의 영향을 평가하였다.First, the effect of cPIP2 on RA rats was evaluated through visual monitoring of the foot, measurement of ankle diameter, and articular index (AI) measurement for 6 weeks.

구체적으로, 상기 세 종류의 실험군의 뒷발을 관찰하고 측정하여 발목 직경과 AI 점수를 1, 2, 3, 4, 5 및 6주차에 측정하였다. 래트 3마리의 발목 직경을 Vernier 캘리퍼스를 사용하여 측정하였다. AI는 하기와 같이 블라인드 테스트하고, 점수화하였다: 부종 또는 홍반이 없는 경우 (점수 0), 경미한 부종 및 홍반 (+1), 중등 부종 및 족쇄 (+2), 관절의 제한된 사용으로 인한 부종 및 중족골에서의 확대 징후 (+3), 및 관절 경직 및 전체 뒷발과 연관된 심각한 증상으로 과도한 부기 (+4).Specifically, the ankle diameter and AI score were measured at weeks 1, 2, 3, 4, 5 and 6 by observing and measuring the hind paws of the three experimental groups. The ankle diameter of 3 rats was measured using a Vernier caliper. AI was blind tested and scored as follows: no edema or erythema (score 0), mild edema and erythema (+1), moderate edema and shackles (+2), edema and metatarsals due to limited use of the joint. Signs of enlargement in (+3), and excessive swelling as severe symptoms associated with joint stiffness and total hind paws (+4).

모든 발목 직경과 AI 점수는 독립적으로 3회 측정하였고, 그 결과를 평균 ± 표준 편차(SD)로 나타내었다.All ankle diameters and AI scores were independently measured three times, and the results were expressed as mean ± standard deviation (SD).

그 결과, 도 10a에서 보는 바와 같이, 미처리군(untreated)의 경우, 6주 동안 부어오른 관절, 뻣뻣한 족저, 심한 부종 및 홍반이 관찰되었으나, cPIP2 처리군(cPIP2-treated)의 경우, 3주차에서 발목의 부어오름과 부종이 상당히 감소하였으며, 6주차에는 정상군(normal)과 비슷한 수준으로 회복하였음을 확인하였다(도 10a 참조).As a result, as shown in Fig. 10a, in the case of the untreated group, swollen joints, stiff plantar, severe swelling and erythema were observed for 6 weeks, but in the case of cPIP2-treated group, at 3 weeks It was confirmed that swelling and swelling of the ankle were significantly reduced, and recovered to a level similar to that of the normal group at week 6 (see FIG. 10A).

또한, 6주간의 치료 기간 동안 RA 래트의 발목 직경 및 AI 점수를 모니터링한 결과, 도 10b 및 도 10c에서 보는 바와 같이, 미처리군의 경우, RA 래트의 발목 직경과 평균 AI 값이 현저하게 높았으나, cPIP2 처리군의 경우, 발목 직경 및 AI 값이 현저히 감소하였다(도 10b 및 도 10c 참조).In addition, as a result of monitoring the ankle diameter and AI score of RA rats during the treatment period for 6 weeks, as shown in FIGS. 10B and 10C, in the case of the untreated group, the ankle diameter and average AI value of RA rats were significantly higher. , In the case of the cPIP2 treatment group, the ankle diameter and AI values were significantly reduced (see FIGS. 10B and 10C).

또한, 헤마톡실린 및 에오신(H&E) 염색법, 사프라닌-O(safranin-O; SO) 염색법 및 TNF-α 염색법을 사용하여, RA 발병 중 염증 및 연골 분해 정도를 평가하였다.In addition, hematoxylin and eosin (H&E) staining, safranin-O (SO) staining, and TNF-α staining were used to evaluate the degree of inflammation and cartilage degradation during RA onset.

구체적으로, 1, 3 또는 6주차에 실험군을 희생시키고 무릎 관절을 해부하였다(각 주차마다 n=3). 제거한 관절을 10% 포르말린(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)으로 3일간 고정하고 6% 질산(Sigma-Aldrich)을 사용하여 2일 동안 석회질을 제거하였다. 상기 고정된 조직을 100% 에탄올로 탈수시키고 파라핀에 함침시켰다. 상기 함침된 표본을 8μm 슬라이스로 절단하였다. 상기 절단된 표본을 헤마톡실린 및 에오신(H&E), 사프라닌-O(safranin-O; SO) 및 TNF-α로 염색하였다. SO 염색을 위해 표본에서 파라핀을 제거한 후 수화시켰다. 그런 다음, 슬라이드를 3번 *?**?*세척하고 메이어의 헤마톡실린 용액(Mayer‘s hematoxylin solution; Muto Pure Chemicals, Tokyo, Japan)으로 5 분간 처리한 후, 슬라이드를 20 분간 다시 세척하였다. 염색된 조직을 0.002%의 fast green 용액(Sigma-Aldrich)으로 30초간 발색시키고 1% 빙초산으로 세척하였다. 상기 슬라이드를 0.1% SO 용액(Sigma-Aldrich)에 6분간 놓고 봉입제(mounting medium; Muto Pure Chemicals)로 고정시켰다.Specifically, the experimental group was sacrificed at week 1, 3 or 6 and the knee joint was dissected (n=3 for each week). The removed joint was fixed with 10% formalin (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) for 3 days, and calcined for 2 days using 6% nitric acid (Sigma-Aldrich). The fixed tissue was dehydrated with 100% ethanol and impregnated with paraffin. The impregnated specimen was cut into 8 μm slices. The cut samples were stained with hematoxylin and eosin (H&E), safranin-O (SO) and TNF-α. For SO staining, paraffin was removed from the specimen and then hydrated. Then, the slides were washed 3 times *?**?* and treated with Mayer's hematoxylin solution (Muto Pure Chemicals, Tokyo, Japan) for 5 minutes, and then the slides were washed again for 20 minutes. . The stained tissue was colored with a 0.002% fast green solution (Sigma-Aldrich) for 30 seconds and washed with 1% glacial acetic acid. The slide was placed in a 0.1% SO solution (Sigma-Aldrich) for 6 minutes and fixed with a mounting medium (Muto Pure Chemicals).

TNF-α 염색을 위해, 상기 슬라이드를 무수시트르산(Daejung Chemicals, Shiheung, Korea) 및 무수트리소듐시트레이트(Yakuri Pure Chemicals, Kyoto, Japan)로 구성된 10×10-3M 소듐시트레이트 완충 용액에 120 내지 130℃에서 10분간 방치하고, PBS로 세척하였다. 상기 슬라이드를 37℃에서 60분 동안 10% BSA를 포함하는 PBS로 블록킹한 후, 1차 항체(rabbit anti-rat TNF-a (1:100); Novus Biologicals, Littleton, CO, USA)와 함께 4℃에서 밤새 방치하였다. 그 후, 상기 표본에 2차 항체(goat anti-rabbit Alexa Fluor® 594; Invitrogen, Carlsbad, CA, USA)를 1:200 비율로 2시간 동안 처리하였다. 상기 슬라이드를 나중에 ProLong Gold Antifade Reagent(Thermo Fisher Scientific Inc.)로 세척하고 장착하였다. 면역형광 이미지는 Axio Imager A1(Carl Zeiss Microimaging GmbH, Gottingen, German)을 사용하여 얻었고, Axiovision 소프트웨어(Rel. 4.8; Carl Zeiss Microimaging GmbH)로 분석하였다. TNF-α 양성 영역은 각 표본에 대하여 무작위로 선택된 3개의 필드에서 ImageJ 소프트웨어(National Institute of Health, Bethesda, MD, USA)를 사용하여 전체 연골 면적의 백분율로 계산하였다. For TNF-α staining, the slide was 120 in a 10 × 10 -3 M sodium citrate buffer solution consisting of citric anhydride (Daejung Chemicals, Shiheung, Korea) and trisodium citrate anhydrous (Yakuri Pure Chemicals, Kyoto, Japan). To 130° C. for 10 minutes, and washed with PBS. After blocking the slide with PBS containing 10% BSA at 37° C. for 60 minutes, 4 with a primary antibody (rabbit anti-rat TNF-a (1:100); Novus Biologicals, Littleton, CO, USA) It was left overnight at °C. Thereafter, the sample was treated with a secondary antibody (goat anti-rabbit Alexa Fluor® 594; Invitrogen, Carlsbad, CA, USA) at a ratio of 1:200 for 2 hours. The slides were later washed with ProLong Gold Antifade Reagent (Thermo Fisher Scientific Inc.) and mounted. Immunofluorescence images were obtained using Axio Imager A1 (Carl Zeiss Microimaging GmbH, Gottingen, German) and analyzed with Axiovision software (Rel. 4.8; Carl Zeiss Microimaging GmbH). The TNF-α positive area was calculated as a percentage of the total cartilage area using ImageJ software (National Institute of Health, Bethesda, MD, USA) in three fields randomly selected for each sample.

H&E 염색 결과, 도 10d에서 보는 바와 같이, 미처리군의 경우, 모든 주차에서 유의성 있는 조직학적 변화가 관찰되지 않았다. 반면, cPIP2 처리군에서는 1주 후에 연골 두께에 주목할 만한 증가가 있었고, 4주차 및 6주차 후에 열공(裂孔; lacunae)에 수많은 골세포(osteocytes)가 존재함을 확인하였다(도 10d 참조).As a result of H&E staining, as shown in FIG. 10D, in the case of the untreated group, no significant histological changes were observed in all the parking lots. On the other hand, in the cPIP2 treatment group, there was a remarkable increase in cartilage thickness after 1 week, and it was confirmed that numerous osteocytes were present in the lacunae after 4 and 6 weeks (see FIG. 10D).

SO 염색 결과, 도 10e에서 보는 바와 같이, 미처리군과 비교하여 cPIP2 처리군의 경우 활액 조직(synovial tissue) 부분에서 뚜렷한 SO 양성 반응이 관찰되었다. 둥근 형태의 성숙한 연골세포는 글리코사미노글리칸(GAGs; 진한 적색)의 침착에 의해 둘러 쌓여 있으며, 3주차에 연골 및 뼈 사이의 경계에서 GAGs가 현저히 재생됨을 확인하였다(도 10e 참조). 염색된 부위는 6주차에 더욱 증가하였다. 상기 결과는 RA 래트에 cPIP2를 처리하면 in vivo에서 연골 조직의 재생을 성공적으로 촉진시키며, 류마티스성 관절염에서 흔히 관찰되는 염증 상태를 완화시킨다는 것을 보여준다.As a result of SO staining, as shown in FIG. 10E, a clear SO positive reaction was observed in the synovial tissue portion of the cPIP2 treated group compared to the untreated group. The round-shaped mature chondrocytes were surrounded by the deposition of glycosaminoglycans (GAGs; dark red), and it was confirmed that GAGs were remarkably regenerated at the boundary between cartilage and bone at the 3rd week (see FIG. 10e). The stained area increased further at 6 weeks. The above results show that treatment of cPIP2 in RA rats successfully promotes regeneration of cartilage tissue in vivo and relieves the inflammatory state commonly observed in rheumatoid arthritis.

또한, 상기 세 종류의 실험군으로부터 얻은 활액 조직에서의 TNF-α 발현 수준을 측정한 결과, 도 10f에서 보는 바와 같이, 정상군의 활액 조직에서는 TNF-α 발현되지 않았고, RA 래트의 조직에서는 TNF-α의 발현 수준이 높게 측정되었다. 반면, cPIP2 처리군에서는 TNF-α의 발현 수준이 치료 첫 주 동안 유의하게 감소하였다(도 10f 참조).In addition, as a result of measuring the expression level of TNF-α in the synovial tissue obtained from the three experimental groups, as shown in Fig. 10f, TNF-α was not expressed in the synovial tissue of the normal group, and TNF- in the tissue of RA rats. The expression level of α was measured to be high. On the other hand, in the cPIP2 treatment group, the expression level of TNF-α was significantly decreased during the first week of treatment (see FIG. 10F).

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above, specific parts of the present invention have been described in detail, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that these specific techniques are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereby. will be. Therefore, it will be said that the practical scope of the present invention is defined by the appended claims and their equivalents.

<110> GENESEN CO., LTD. <120> TLR4 antagonizing peptide <130> FPD/201809-0023/C <150> KR 10-2018-0049101 <151> 2018-04-27 <160> 5 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 12 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> PIP2 <400> 1 Leu Gly Val Phe Ser Ser Trp Trp Ile Lys Leu Val 1 5 10 <210> 2 <211> 12 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> cPIP2 <400> 2 Leu Gly Val Phe Ser Asp Trp Trp Ile Lys Leu Val 1 5 10 <210> 3 <211> 76 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> F-primer <400> 3 gcccagccgg ccatggccnn knnknnknnk nnknnknnkn nknnknnknn knnktcgagt 60 ggtggaggcg gttcag 76 <210> 4 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> R-primer <400> 4 gccagcattg acaggaggtt gag 23 <210> 5 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> S-primer <400> 5 ttgtgagcgg ataacaattt c 21 <110> GENESEN CO., LTD. <120> TLR4 antagonizing peptide <130> FPD/201809-0023/C <150> KR 10-2018-0049101 <151> 2018-04-27 <160> 5 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 12 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> PIP2 <400> 1 Leu Gly Val Phe Ser Ser Trp Trp Ile Lys Leu Val 1 5 10 <210> 2 <211> 12 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> cPIP2 <400> 2 Leu Gly Val Phe Ser Asp Trp Trp Ile Lys Leu Val 1 5 10 <210> 3 <211> 76 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> F-primer <400> 3 gcccagccgg ccatggccnn knnknnknnk nnknnknnkn nknnknnknn knnktcgagt 60 ggtggaggcg gttcag 76 <210> 4 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> R-primer <400> 4 gccagcattg acaggaggtt gag 23 <210> 5 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> S-primer <400> 5 ttgtgagcgg ataacaattt c 21

Claims (10)

서열번호 1 또는 2의 아미노산 서열로 표시되는 펩타이드.
A peptide represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or 2.
제1항에 있어서, 상기 서열번호 2의 펩타이드는 Asp6 및 Lys10이 락탐 가교 (lactam bridge)를 형성하는 것을 특징으로 하는 펩타이드.
The peptide according to claim 1, wherein the peptide of SEQ ID NO: 2 is characterized in that Asp6 and Lys10 form a lactam bridge.
제1항에 있어서, 상기 펩타이드는 TLR4 (Toll-like receptor 4) 신호전달 경로를 억제하는 것을 특징으로 하는 펩타이드.
The peptide according to claim 1, wherein the peptide inhibits the TLR4 (Toll-like receptor 4) signaling pathway.
제3항에 있어서, 상기 TLR4 신호전달 경로는 LPS (lipopolysaccharide)에 의해 유도되는 것을 특징으로 하는 펩타이드.
The peptide according to claim 3, wherein the TLR4 signaling pathway is induced by LPS (lipopolysaccharide).
제1항에 있어서, 상기 펩타이드는 TLR4/MD2 복합체에 결합하는 것을 특징으로 하는 펩타이드.
The peptide according to claim 1, wherein the peptide binds to the TLR4/MD2 complex.
삭제delete 서열번호 1 또는 2의 아미노산 서열로 표시되는 펩타이드를 유효성분으로 함유하는 자가면역 질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물로서, 상기 자가면역 질환은 인슐린-의존성 당뇨병, 다발 경화증, 자가면역 뇌척수염, 류마티스성 관절염, 자가면역 관절염, 중증 근무력증, 갑상선염, 포도막염, 하시모토 갑상선염, 원발성 점액수종, 갑상샘 중독증, 악성 빈혈, 자가면역 위축 위염, 애디슨 질환, 조기 폐경, 남성 불임증, 소아 당뇨병, 굿파스처 증후군, 천포창, 유천포창, 교감성 안염, 수정체성 포도막염, 자가면역 용혈성 빈혈, 특발성 백혈구 감소, 원발성 담관 경화증, 잠재성 간경변증, 궤양성 대장염, 쇼그렌 증후군, 경피증, 베게너 육아종증, 다발근육염/피부근육염 및 전신 홍반 루푸스로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 자가면역 질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물.
As a pharmaceutical composition for the prevention or treatment of autoimmune diseases containing a peptide represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or 2 as an active ingredient, the autoimmune disease is insulin-dependent diabetes, multiple sclerosis, autoimmune encephalomyelitis, rheumatoid arthritis , Autoimmune arthritis, myasthenia gravis, thyroiditis, uveitis, Hashimoto's thyroiditis, primary myxedema, thyroid poisoning, pernicious anemia, autoimmune atrophy gastritis, Addison's disease, early menopause, male infertility, childhood diabetes, Goodpasture's syndrome, pemphigus, breast As pemphigus, sympathetic blepharitis, lens uveitis, autoimmune hemolytic anemia, idiopathic leukocytosis, primary cholangiosclerosis, latent cirrhosis, ulcerative colitis, Sjogren's syndrome, scleroderma, Wegener's granulomatosis, polymyositis/dermatomyositis and systemic lupus erythematosus A pharmaceutical composition for the prevention or treatment of autoimmune diseases, characterized in that at least one selected from the group consisting of.
삭제delete 서열번호 1 또는 2의 아미노산 서열로 표시되는 펩타이드를 유효성분으로 함유하는 염증성 질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물로서, 상기 염증성 질환은 천식, 습진, 건선, 알러지, 류마티스성 관절염, 건선 관절염, 아토피성 피부염, 여드름, 아토피성 비염, 폐염증, 알레르기성 피부염, 만성 부비동염, 접촉성 피부염(contact dermatitis), 지루성 피부염(seborrheic dermatitis), 위염, 통풍, 통풍 관절염, 궤양, 만성 기관지염, 크론병, 궤양성 대장염, 강직성 척추염(ankylosing spondylitis), 패혈증, 맥관염, 활액낭염, 루프스, 류마티스 다발성 근육통, 측두 동맥염, 다발성 경화증, 고형암, 알쯔하이머병, 동맥경화증, 비만 및 바이러스 감염으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 염증성 질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물.As a pharmaceutical composition for preventing or treating inflammatory diseases containing a peptide represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or 2 as an active ingredient, the inflammatory diseases include asthma, eczema, psoriasis, allergies, rheumatoid arthritis, psoriatic arthritis, atopic Dermatitis, acne, atopic rhinitis, pulmonary inflammation, allergic dermatitis, chronic sinusitis, contact dermatitis, seborrheic dermatitis, gastritis, gout, gout arthritis, ulcers, chronic bronchitis, Crohn's disease, ulcerative Colitis, ankylosing spondylitis, sepsis, vasculitis, bursitis, lupus, rheumatoid multiple myalgia, temporal arteritis, multiple sclerosis, solid cancer, Alzheimer's disease, arteriosclerosis, obesity, and viral infection. Pharmaceutical composition for the prevention or treatment of inflammatory diseases. 삭제delete
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