KR102328709B1 - peptide for detecting small molecular weight amyloid beta and use thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 아밀로이드 베타 (Amyloid beta)의 검출용 펩타이드 프로브에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 알츠하이머 질환의 조기 진단을 위한 저분자 아밀로이드 베타 (Amyloid beta)에 특이적으로 결합하는 펩타이드 및 이의 용도에 관한 것이다.
본 발명자들은 대부분의 알츠하이머 질환의 진단방법이 알츠하이머 질환의 조기 진단에는 적용될 수 없다는 단점을 극복하기 위해, 랜덤 파지 라이브러리로부터 선택된 아밀로이드 베타 (Amyloid beta)의 프로브를 스크리닝하여 얻어진 특정 서열을 가지는 펩타이드가 저분자의 아밀로이드 베타 (Amyloid beta) 42에 높은 특이도로 결합할 수 있음을 최초로 규명하였는바, 본 발명에 따른 펩타이드는 알츠하이머 질환의 조기 진단, 조기 치료 및 연구에서 유용하게 사용될 수 있으며 아밀로이드 베타에 대한 결합 특이성이 높기 때문에 적은 양의 진단제만으로도 효과적으로 알츠하이머 질환의 진단이 가능할 것으로 기대된다.The present invention relates to a peptide probe for detecting amyloid beta, and more particularly, to a peptide that specifically binds to low molecular weight amyloid beta for early diagnosis of Alzheimer's disease, and to a use thereof.
In order to overcome the disadvantage that most of the diagnostic methods for Alzheimer's disease cannot be applied to early diagnosis of Alzheimer's disease, the present inventors have found that a peptide having a specific sequence obtained by screening a probe of amyloid beta selected from a random phage library is a small molecule. As it was first discovered that it can bind with high specificity to amyloid beta 42 of Because of this high level, it is expected that it will be possible to effectively diagnose Alzheimer's disease with only a small amount of diagnostic agent.
Description
본 발명은 아밀로이드 베타 (Amyloid beta)의 검출용 펩타이드에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 알츠하이머 질환의 조기 진단을 위한 저분자 아밀로이드 베타 (Amyloid beta)에 특이적으로 결합하는 펩타이드 및 상기 펩타이드를 이용한 알츠하이머 질환의 조기 진단 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a peptide for the detection of amyloid beta, and more particularly, a peptide that specifically binds to low molecular weight amyloid beta for early diagnosis of Alzheimer's disease, and an early stage of Alzheimer's disease using the peptide for diagnostic use.
알츠하이머병 (Alzheimer's Disease)은 가장 흔한 형태의 신경퇴행성 질환으로 비정상적 단백질인 아밀로이드 베타 (Amyloid beta)가 응결된 아밀로이드 플라크 (amyloid plaque) 또는 노인반 (senile plaque)과 세포 내 미소관 (microtubule)을 안정화하는 단백질인 타우단백질의 응집체인 신경섬유다발 (neurofibrillary tangle, NFT) 생성 등의 특징을 가지며 기억력 감소, 인식 부족 등의 증상이 나타난다. 노령화가 가속화됨에 따라 알츠하이머 질환의 환자수가 급격히 증가하는 추세이며 심각한 사회문제로 대두되고 있으나, 조기발견 시 알츠하이머의 진행을 느리게 하고 증상을 호전시킬 수 있다고 알려져 있다.Alzheimer's disease (Alzheimer's Disease) is the most common form of neurodegenerative disease, in which the abnormal protein, amyloid beta, is coagulated amyloid plaques or senile plaques and microtubules in cells are stabilized. It has characteristics such as the generation of neurofibrillary tangles (NFTs), which are aggregates of the protein tau protein, and symptoms such as memory loss and lack of recognition. As the aging process accelerates, the number of patients with Alzheimer's disease is rapidly increasing and it is emerging as a serious social problem. However, early detection can slow the progression of Alzheimer's and improve symptoms.
아밀로이드 베타 (Amyloid beta)는 알츠하이머 환자의 뇌에서 발견되는 아밀로이드 플라크의 주성분으로서 알츠하이머 병에 결정적으로 관여하는 36 내지 43개의 아미노산 펩타이드를 의미한다. 상기 펩타이드는 베타 세크리타제와 감마 세크레타제에 의해 분해되어 아밀로이드 베타 (Amyloid beta)를 생성하는, 아밀로이드 전구체 단백질 (APP)에서 유도된다. 아밀로이드 베타 (Amyloid beta) 분자는 응집되어 여러 형태로 존재할 수 있는 가용성 올리고머를 형성할 수 있으며, 정상적인 세포 내 대사과정을 거치면서 생성되어 수용성 단백질의 형태로 뇌 척수액으로 흘러 들어간다. 그러나 이러한 기능이 제대로 작동되지 않아 뇌 세포 내에 침적이 되며, 결국 신경 전달을 방해함으로 알츠하이머 질환을 유발한다. Amyloid beta refers to 36 to 43 amino acid peptides that are critically involved in Alzheimer's disease as the main component of amyloid plaques found in the brain of Alzheimer's patients. The peptide is derived from amyloid precursor protein (APP), which is degraded by beta secretase and gamma secretase to produce amyloid beta. Amyloid beta molecules can aggregate to form soluble oligomers that can exist in various forms, and are produced through normal intracellular metabolism and flow into the cerebrospinal fluid in the form of water-soluble proteins. However, these functions do not work properly, so they are deposited in brain cells, which eventually interferes with nerve transmission, leading to Alzheimer's disease.
한편, 현재 알츠하이머 질환을 진단하는 방법으로는 신체검사, 신경학적 검사, 정신상태 검사, 일상생활 기능수준 검사, 혈액 검사, 뇌 영상학 검사 등 다양한 방법이 존재한다. 상기의 다양한 진단법이 있음에도 불구하고, 상기 진단법은 이미 환자의 질환이 어느 정도 진행된 상태에서 관찰되는 증상에 기초하여 진단하는 것이기 때문에 상기 진단법은 알츠하이머 질환을 조기에 판단하지 못하는 단점을 가지고 있다. On the other hand, there are currently various methods for diagnosing Alzheimer's disease, such as a physical examination, a neurological examination, a mental state examination, a daily living function level test, a blood test, and a brain imaging test. Despite the various diagnostic methods described above, since the diagnostic method is based on the symptoms observed when the patient's disease has already progressed to a certain extent, the diagnostic method has a disadvantage in that it cannot detect Alzheimer's disease early.
이에, 알츠하이머 질환의 조기 진단을 위한 새로운 진단제제 개발이 시급한 실정이며 알츠하이머 질환의 진단을 위한 바이오마커와 관련된 연구는 있으나 (한국등록특허공보 제10-1240207호), 상기 질환의 조기 진단을 위한 펩타이드 프로브 등의 진단 제제에 관한 연구는 미진한 실정이다. Accordingly, there is an urgent need to develop a new diagnostic agent for early diagnosis of Alzheimer's disease, and there are studies related to biomarkers for the diagnosis of Alzheimer's disease (Korea Patent Publication No. 10-1240207), but peptides for early diagnosis of the disease Research on diagnostic agents, such as probes, is scarce.
본 발명자들은 대부분의 알츠하이머 질환의 진단방법이 알츠하이머 질환의 조기 진단에는 적용될 수 없다는 한계를 극복하기 위해, 랜덤 파지 라이브러리로부터 선택된 아밀로이드 베타 (Amyloid beta)의 프로브를 스크리닝하여 얻어진 특정 서열을 가지는 펩타이드가 저분자의 아밀로이드 베타 (Amyloid beta) 42에 높은 특이도로 결합할 수 있음을 최초로 규명하였는바, 이에 기초하여 본 발명을 완성하였다.In order to overcome the limitation that most of the diagnostic methods for Alzheimer's disease cannot be applied to early diagnosis of Alzheimer's disease, the present inventors have found that a peptide having a specific sequence obtained by screening a probe of amyloid beta selected from a random phage library is a small molecule. It was first identified that it can bind to
이에, 본 발명은 저분자 아밀로이드 베타 42 표적용 펩타이드로서, 상기 펩타이드는 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 것을 특징으로 하는, 펩타이드를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a peptide for targeting a small
또한 본 발명은 상기 펩타이드의 아미노산 서열을 암호화하는, 핵산 분자를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a nucleic acid molecule encoding the amino acid sequence of the peptide.
또한 본 발명은 상기 펩타이드를 포함하는, 저분자 아밀로이드 베타 단백질 이미징용 프로브를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a probe for imaging a small molecule amyloid beta protein, including the peptide.
또한 본 발명은 상기 프로브를 포함하는, 저분자 아밀로이드 베타 단백질 검출용 조성물을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a composition for detecting low molecular weight amyloid beta protein, including the probe.
또한 본 발명은 상기 프로브를 포함하는, 알츠하이머 질환의 조기 진단용 조성물을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a composition for early diagnosis of Alzheimer's disease, comprising the probe.
또한 본 발명은 하기 단계를 포함하는 저분자 아밀로이드 베타 단백질의 검출 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method for detecting a low-molecular-weight amyloid beta protein comprising the following steps.
(a) 제1항의 따른 펩타이드와 검출 대상 유래 시료를 접촉시키는 단계; 및 (a) contacting the peptide according to claim 1 with a sample derived from a detection target; and
(b) 상기 펩타이드와 검출 대상 유래 시료에 포함될 수 있는 아밀로이드 베타 42의 결합 여부를 확인하는 단계.(b) determining whether the peptide is bound to
그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은In order to achieve the object of the present invention as described above, the present invention
저분자 아밀로이드 베타 42 표적용 펩타이드로서, 상기 펩타이드는 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 것을 특징으로 하는, 펩타이드를 제공한다. As a small
본 발명의 일 구현예로, 상기 저분자 아밀로이드 베타 42은 모노머 (monomer) 또는 작은 올리고머 (small oligomer)인 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the low molecular
또한 본 발명은 상기 펩타이드의 아미노산 서열을 암호화하는, 핵산 분자를 제공한다.The present invention also provides a nucleic acid molecule encoding the amino acid sequence of the peptide.
또한 본 발명은 상기 펩타이드를 포함하는, 저분자 아밀로이드 베타 단백질 이미징용 프로브를 제공한다.The present invention also provides a probe for imaging a small molecule amyloid beta protein, including the peptide.
본 발명의 일 구현예로, 상기 펩타이드는 발색효소, 방사성 동위원소, 크로모포어(chromopore), 발광물질 및 형광물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나로 표지된 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the peptide may be labeled with any one selected from the group consisting of a chromogenic enzyme, a radioactive isotope, a chromopore, a luminescent material, and a fluorescent material.
또한 본 발명은 상기 프로브를 포함하는, 저분자 아밀로이드 베타 단백질 검출용 조성물을 제공한다.The present invention also provides a composition for detecting low molecular weight amyloid beta protein, including the probe.
또한 본 발명은 상기 프로브를 포함하는, 알츠하이머 질환의 조기 진단용 조성물을 제공한다.The present invention also provides a composition for early diagnosis of Alzheimer's disease, comprising the probe.
또한 본 발명은 하기 단계를 포함하는, 저분자 아밀로이드 베타 단백질의 검출 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for detecting a low molecular weight amyloid beta protein, comprising the following steps.
(a) 제1항의 따른 펩타이드와 검출 대상 유래 시료를 접촉시키는 단계; 및 (a) contacting the peptide according to claim 1 with a sample derived from a detection target; and
(b) 상기 펩타이드와 검출 대상 유래 시료에 포함될 수 있는 아밀로이드 베타 42의 결합 여부를 확인하는 단계.(b) determining whether the peptide is bound to
본 발명의 일 구현예로, 상기 펩타이드는 발색효소, 방사성 동위원소, 크로모포어(chromopore), 발광물질 및 형광물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나로 표지된 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the peptide may be labeled with any one selected from the group consisting of a chromogenic enzyme, a radioactive isotope, a chromopore, a luminescent material, and a fluorescent material.
본 발명자들은 대부분의 알츠하이머 질환의 진단방법이 알츠하이머 질환의 조기 진단에는 적용될 수 없다는 단점을 극복하기 위해, 랜덤 파지 라이브러리로부터 선택된 아밀로이드 베타 (Amyloid beta)의 프로브를 스크리닝하여 얻어진 특정 서열을 가지는 펩타이드가 저분자의 아밀로이드 베타 (Amyloid beta) 42에 높은 특이도로 결합할 수 있음을 최초로 규명하였는바, 본 발명에 따른 펩타이드는 알츠하이머 질환의 조기 진단, 조기 치료 및 연구에서 유용하게 사용될 수 있으며 아밀로이드 베타에 대한 결합 특이성이 높기 때문에 적은 양의 진단제만으로도 효과적으로 알츠하이머 질환의 진단이 가능할 것으로 기대된다.In order to overcome the disadvantage that most of the diagnostic methods for Alzheimer's disease cannot be applied to early diagnosis of Alzheimer's disease, the present inventors have found that a peptide having a specific sequence obtained by screening a probe of amyloid beta selected from a random phage library is a small molecule. As it was first discovered that it can bind with high specificity to
도 1은 아밀로이드 베타 42의 전처리 후 응집 (aggregation) 조건으로 반응시켜 시간 별로 TEM 이미지를 촬영한 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 아밀로이드 베타 42에 결합하는 펩타이드의 선별을 위한 M13 파지 디스플레이 스크리닝 과정의 모식도를 나타낸 것이다.
도 3은 선별되어 합성된 펩타이드와 아밀로이드 베타 42의 결합력을 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 선별된 펩타이드를 이용하여 아밀로이드 베타 42의 정량화를 통한 아밀로이드 베타 42의 검출 범위를 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 항체 기반의 ELISA를 사용하여 알츠하이머 질환을 진단한 경우 알츠하이머 질환 환자군과 비환자군을 유의미하게 분류 가능한지 여부를 확인한 결과를 나타낸 것이다 (n: (+) = 6, (-)= 7).
도 6은 본 발명에 따른 펩타이드 기반의 측정 시스템을 사용하여 알츠하이머 질환을 진단한 경우 알츠하이머 질환 환자군과 비환자군을 유의미하게 분류 가능한지 여부를 확인한 결과를 나타낸 것이다 (n: (+) = 6, (-)= 7). 1 shows the results of taking TEM images for each time by reacting with aggregation conditions after pretreatment of
Figure 2 shows a schematic diagram of the M13 phage display screening process for the selection of peptides that bind to
Figure 3 shows the results of analyzing the binding force between the selected and synthesized peptide and
4 shows the results of confirming the detection range of
5 shows the results of confirming whether or not the Alzheimer's disease patient group and the non-patient group can be significantly classified when Alzheimer's disease is diagnosed using antibody-based ELISA (n: (+) = 6, (-) = 7).
6 shows the results of confirming whether it is possible to significantly classify Alzheimer's disease patient group and non-patient group when Alzheimer's disease is diagnosed using the peptide-based measurement system according to the present invention (n: (+) = 6, (-) )= 7).
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명자들은 대부분의 알츠하이머 질환의 진단방법이 알츠하이머 질환의 조기 진단에는 적용될 수 없다는 한계를 극복하기 위해, 랜덤 파지 라이브러리로부터 선택된 아밀로이드 베타 (Amyloid beta)의 프로브를 스크리닝하여 얻어진 특정 서열을 가지는 펩타이드가 저분자의 아밀로이드 베타 (Amyloid beta) 42에 높은 특이도로 결합할 수 있음을 최초로 규명하였는바, 이에 기초하여 본 발명을 완성하였다.In order to overcome the limitation that most of the diagnostic methods for Alzheimer's disease cannot be applied to early diagnosis of Alzheimer's disease, the present inventors have found that a peptide having a specific sequence obtained by screening a probe of amyloid beta selected from a random phage library is a small molecule. It was first identified that it can bind to
이에, 본 발명은 저분자 아밀로이드 베타 단백질 표적용 펩타이드로서, 상기 저분자 아밀로이드 베타 단백질은 모노머 (monomer) 또는 작은 올리고머 (small oligomer)인 것이고, 상기 펩타이드는 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 것을 특징으로 하는 펩타이드, 상기 펩타이드의 아미노산을 암호화하는 핵산분자 및 상기 펩타이드를 포함하는 저분자 아밀로이드 베타 단백질 이미징용 프로브를 제공한다.Accordingly, the present invention provides a peptide for targeting a low molecular weight amyloid beta protein, wherein the low molecular weight amyloid beta protein is a monomer or a small oligomer, and the peptide is a peptide comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 , It provides a nucleic acid molecule encoding the amino acid of the peptide, and a probe for imaging a small molecule amyloid beta protein comprising the peptide.
본 발명에서 "모노머 (monomer)"는, 고분자를 형성하는 '단위분자'를 말하며 단량체 또는 단위체로 불린다. In the present invention, "monomer" refers to a 'unit molecule' forming a polymer and is called a monomer or a unit.
본 발명에서 "올리고머 (oligomer)"는, 소중합체라고도 불리며, 분자량이 대략 1,000 이하의 것을 말한다. 올리고당, 올리고 펩타이드, 올리고 뉴클레오티드와 같이 중합체 (폴리머, polymer) 중, 기본 구성단위인 단량체 (monomer)의 수가 적은 것을 말하며 단량체의 수가 2 내지 20 정도의 것을 가리키는 경우가 많다.In the present invention, "oligomer (oligomer)", also called an oligomer, refers to a molecular weight of about 1,000 or less. Among polymers, such as oligosaccharides, oligopeptides, and oligonucleotides, the number of monomers, which are basic structural units, is small, and the number of monomers is often 2 to 20.
본 발명에 따른 상기 펩타이드는 서열번호 1에 기재된 서열과 실질적인 동일성 (substantial identity)을 나타내는 서열을 포함할 수 있다. 상기의 실질적인 동일성은, 상기한 본 발명의 서열과 임의의 다른 서열을 최대한 대응되도록 얼라인하고, 당업계에서 통상적으로 이용되는 알고리즘을 이용하여 얼라인된 서열을 분석한 경우에, 최소 80 %의 상동성, 보다 바람직하게는 90 %, 91 %, 92 %, 93 %, 94 %, 95 %의 상동성, 가장 바람직하게는 96 %, 97 %, 98 %, 99 %의 상동성을 나타내는 서열을 의미한다.The peptide according to the present invention may include a sequence showing substantial identity to the sequence set forth in SEQ ID NO: 1. The substantial identity is at least 80% when the sequence of the present invention and any other sequences are aligned to the maximum correspondence, and the aligned sequence is analyzed using an algorithm commonly used in the art. A sequence exhibiting homology, more preferably 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95% homology, most preferably 96%, 97%, 98%, 99% homology. it means.
본 발명의 실시예를 통해 본 발명에 따른 펩타이드를 알츠하이머 질환의 조기 진단에 적용할 수 있음을 규명하였다.Through the examples of the present invention, it was clarified that the peptide according to the present invention can be applied to early diagnosis of Alzheimer's disease.
본 발명의 일실시예에서는, 아밀로이드 베타 42와 결합하는 파지 펩타이드를 스크리닝 하기 위해, IgG가 방향성 있게 고정될 수 있도록 G 단백질이 코팅된 플레이트 (G protein coated plate)에 M13 파지 라이브러리를 넣어 아밀로이드 베타 42와 결합시킨 후, 다양한 결합 시간 및 세척 조건을 통하여 높은 친화력으로 결합하는 펩타이드 발현 파지를 선별하였으며 세척 조건의 강도와 반응 시간 조절 등의 조건으로 상기 선별과정을 반복함으로써, 본 발명에 따른 펩타이드 (SEPQNIWQYLRN)를 얻었다 (실시예 2 참조).In one embodiment of the present invention, in order to screen a phage peptide that binds to
본 발명의 다른 실시예에서는, 항-아밀로이드 베타 42 IgG가 고정된 플레이트에 아밀로이드 베타 42를 연속 희석 (serial dilution)하여 처리하고 본 발명에 따른 펩타이드에 비오틴 (Biotin)을 표지한 것을 이용하여 450 nm에서 아밀로이드 베타 42의 양에 대한 흡광도를 측정한 결과 본 발명에 따른 펩타이드가 ng/ml 수준의 아밀로이드 베타 42를 검출할 수 있음을 확인하였다 (실시예 4 참조).In another embodiment of the present invention, an
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 항-아밀로이드 베타 42 (Anti-amyloid beta 42) IgG가 고정된 플레이트에 환자에서 채취한 뇌척수액 (cerebrospinal fluid, CSF) 샘플을 처리하고, 본 발명에 따른 펩타이드에 비오틴 (Biotin)을 표지한 것을 이용하여 각 뇌척수액 (cerebrospinal fluid, CSF) 샘플에 따른 흡광 신호를 측정하여, PET image를 통한 알츠하이머 병 진단 결과와 비교한 결과, 본 발명에 따른 펩타이드가 알츠하이머 질환 환자군과 비환자군을 유의미하게 분류 가능함을 확인하였다 (실시예 5 조).In another embodiment of the present invention, a cerebrospinal fluid (CSF) sample collected from a patient is treated on a plate immobilized with anti-amyloid beta 42 (Anti-amyloid beta 42) IgG, and biotin is added to the peptide according to the present invention. (Biotin) was used to measure the absorbance signal for each cerebrospinal fluid (CSF) sample, and compared with the Alzheimer's disease diagnosis result through PET image, the peptide according to the present invention was compared with the Alzheimer's disease patient group. It was confirmed that the patient group could be classified significantly (Example 5, Article).
상기 결과들은 본 발명에 따른 펩타이드를 저분자의 아밀로이드 베타 42의 검출에 사용가능하며, 기존의 ELISA를 이용한 알츠하이머 진단방법에 비해 정확하게 알츠하이머 질환 환자군과 비환자군을 구별할 수 있음을 확인한 것으로, 이는 본 발명에 따른 펩타이드가 알츠하이머 질환의 조기 진단에 유용하게 이용될 수 있음을 시사한다.The above results confirm that the peptide according to the present invention can be used for the detection of low-
이에, 본 발명은 상기의 프로브를 포함하는, 알츠하이머 질환의 조기 진단용 조성물을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a composition for early diagnosis of Alzheimer's disease, comprising the above probe.
또한 본 발명의 다른 양태로서, 본 발명은 하기의 단계를 포함하는, 저분자 아밀로이드 베타 단백질의 검출 방법을 제공한다. (a) 제1항의 따른 펩타이드와 검출 대상 유래 시료를 접촉시키는 단계; 및 (b) 상기 펩타이드와 검출 대상 유래 시료에 포함될 수 있는 아밀로이드 베타의 결합 여부를 확인하는 단계.In another aspect of the present invention, the present invention provides a method for detecting a low molecular weight amyloid beta protein, comprising the following steps. (a) contacting the peptide according to claim 1 with a sample derived from a detection target; and (b) determining whether the peptide is bound to amyloid beta, which may be included in the detection target-derived sample.
본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계의 상기 검출 대상 유래의 생물학적 시료는 조직, 세포, 전혈, 혈액 또는 뇌척수액 등을 포함할 수 있고, 바람직하게는 뇌척수액 (cerebrospinal fluid, CSF)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In the present invention, the biological sample derived from the detection target in step (a) may include tissue, cells, whole blood, blood or cerebrospinal fluid, and preferably cerebrospinal fluid (CSF). It is not limited.
본 발명에 있어서, 본 발명에 따른 펩타이드가 아밀로이드 베타 42에 결합하였는지를 용이하게 확인, 검출 및 정량하기 위해, 본 발명에 따른 펩타이드는 표지된 상태로 제공될 수 있다. 즉, 검출 가능한 표지에 링크 (예: 공유 결합 또는 가교)되어 제공될 수 있다. In the present invention, in order to easily confirm, detect and quantify whether the peptide according to the present invention binds to
상기 검출 가능한 표지는 발색효소 (퍼옥시다제 (peroxidase)), 알칼라인 포스파타아제 (alkaline phosphatase) 등), 형광물질 (FITC, RITC, 로다민 (rhodamine), 텍사스레드 (TexasRed), 플로레신 (fluorescein), 피코에리트린 (phycoerythrin), 퀀텀닷 (quantum dots)), 크로모포어 (chromophore) 및 방사성 동위원소(124I, 125I, 111In, 99mTc, 32P, 35S 등)로 구성된 군에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The detectable label is a chromogenic enzyme (peroxidase), alkaline phosphatase, etc.), a fluorescent substance (FITC, RITC, rhodamine, TexasRed), fluorescein ), phycoerythrin, quantum dots), chromophores and radioactive isotopes ( 124 I, 125 I, 111 In, 99m Tc, 32 P, 35 S, etc.) It may be at least any one selected from, but is not limited thereto.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위해 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are presented to help the understanding of the present invention. However, the following examples are only provided for easier understanding of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.
[실시예][Example]
실시예 1. 아밀로이드 베타 (Amyloid beta) 42의 응집 상태 (aggregation state) 확인Example 1. Confirmation of aggregation state of
아밀로이드 베타 42에 HFIP를 처리하여 1 시간 동안 인큐베이션을 통해 고르게 용해시켰다.
그 다음으로, 튜브에 옮긴 후 후드에 넣어 밤새 (overnight) 휘발성이 강한 HFIP를 증발시켰다. 모든 HFIP가 증발한 것을 확인한 후 speedvac을 이용하여 1 시간 동안 진공압으로 완전하게 HFIP를 증발시켜 아밀로이드 베타 42 필름 (film)을 얻었다. Next, it was transferred to a tube and put in a hood to evaporate the highly volatile HFIP overnight. After confirming that all of the HFIP was evaporated, the HFIP was completely evaporated using a speedvac under vacuum pressure for 1 hour to obtain an
그 다음으로, 소량의 DMSO를 사용하여 5 mM의 stock을 만든 후 초음파 처리 (sonication)를 10 분 동안 진행하였다. Next, a 5 mM stock was prepared using a small amount of DMSO, followed by sonication for 10 minutes.
마지막으로, PBST를 사용하여 100 μM으로 희석한 후 4 ℃에 24 시간 동안 인큐베이션 한 후 PBS를 사용하여 최종적으로 50 μg/ml로 희석하여 4 ℃에 시간 별로 인큐베이션 하였다. Finally, after dilution to 100 μM using PBST, incubated at 4 °C for 24 hours, finally diluted to 50 µg/ml using PBS, and incubated at 4 °C for each hour.
시간 별로 인큐베이션 한 샘플은, TEM image를 통해 확인하였고, 그 결과, 도 1에서 나타낸 바와 같이 구조체가 시간이 지나며 커지고 복잡해지는 것을 확인하였다.Samples incubated for each time were confirmed through a TEM image, and as a result, it was confirmed that the structure became larger and more complicated as time passed, as shown in FIG. 1 .
실시예 2. 파지 디스플레이 (phage display)를 이용하여 아밀로이드 베타 (Amyloid beta) 42에 특이적으로 결합하는 펩타이드의 스크리닝Example 2. Screening of peptides that specifically bind to
파지 디스플레이를 수행하기 위해, 상기 실시예 1에서 얻은 아밀로이드 베타 42 모노머 (monomer)를 사용하였다. IgG가 방향성 있게 고정될 수 있도록 G 단백질이 코팅된 플레이트 (G protein coated plate)를 단백질의 플레이트 고정에 사용하였다. To perform phage display, the
이러한 파지 선별 과정은 기존에 주로 사용된 방법인 단백질과 플레이트 표면 사이의 소수성 상호작용 (Hydrophobic interaction)에 의하여 단백질을 고정시킨 후 파지를 선별하는 방법과 비교하여 단백질 구조 변성이 없어 좀 더 자연적인 단백질 구조를 나타내어 보다 높은 특이도를 갖는 파지 디스플레이를 가능하게 하였다.This phage selection process is a more natural protein because there is no denaturation of the protein structure compared to the method of selecting phages after fixing the protein by the hydrophobic interaction between the protein and the plate surface, which is a method mainly used in the past. The structure was shown to enable phage display with higher specificity.
상기와 같이 고정된 단백질 및 랜덤 파지 펩타이드 라이브러리 (M13 파지 gp3 minor coat 단백질에 융합된 선형 12개의 아미노산으로 구성된 무작위 배열을 통하여 27 억 개의 다양한 아미노산 서열을 가지도록 제작된 파지 펩타이드 라이브러리-Ph.DTM, Phage Display Peptide Library Kit, New England Biolabs)를 이용하여 스크리닝 과정에서, 보다 높은 특이성 및 결합력 분석이 가능하도록 실험을 디자인하였다. As described above, the immobilized protein and random phage peptide library (phage peptide library prepared to have 2.7 billion various amino acid sequences through a random arrangement consisting of 12 linear amino acids fused to M13 phage gp3 minor coat protein-Ph.DTM, In the screening process using the Phage Display Peptide Library Kit, New England Biolabs), the experiment was designed to enable higher specificity and avidity analysis.
보다 구체적으로, 아밀로이드 베타 42와 결합하는 파지 펩타이드를 스크리닝 하기 위해, 아밀로이드 베타 42이 고정된 플레이트에 M13 파지 라이브러리를 넣어 아밀로이드 베타 42와 결합시킨 후, 다양한 결합 시간 및 세척 조건을 통하여 높은 친화력으로 결합하는 펩타이드 발현 파지를 선별하였다. More specifically, in order to screen a phage peptide that binds to
도 2는 아밀로이드 베타 42와 결합하는 펩타이드 발현 파지 선별을 위한 M13 파지 펩타이드 스크리닝의 모식도를 나타낸 것이다. 보다 구체적으로, IgG가 코팅된 플레이트에 아밀로이드 베타 42를 고정시키고, 랜덤 아미노산으로 구성된 펩타이드들이 발현된 M13 파지 라이브러리를 첨가하고 다양한 세척 조건과 결합 시간을 조절하여 아밀로이드 베타 42에 결합하는 파지를 결합시키면, 아밀로이드 베타 42에 특이적으로 결합하는 파지만 확보할 수 있으며, 최종적으로 아밀로이드 베타 42 에 결합하는 펩타이드 발현 파지만 추출할 수 있음을 모식도에 나타내었으며, 실제 실험을 수행하여 플레이트에 고정된 아밀로이드 베타 42에, M13 파지 라이브러리를 결합시킨 뒤에 다양한 조건으로 세척한 후, 최종적으로 결합된 파지를 용출하여 상기 파지를 얻었다. Figure 2 shows a schematic diagram of M13 phage peptide screening for the selection of phage expressing peptides that bind to
상기의 과정으로 얻어진 파지를 대장균 (E. coli ER2738)에 감염시켜 증폭시키고, 증폭된 파지를 다시 아밀로이드 베타 42와 결합시킨 후, 세척 조건의 강도와 반응 시간 조절 등의 조건으로 반복시킴으로써 아밀로이드 베타 42에 대하여 더 높은 결합력을 갖는 파지를 찾는 과정을 반복하였는데, 상기 일련의 과정을 바이오패닝 (Biopanning)이라고 하며, 하기 표 1은 아밀로이드 베타 42에 대하여 높은 특이성 및 결합력을 가진 펩타이드가 발현된 파지를 검출하기 위한 4 단계의 바이오패닝 조건을 나타낸 것이다.
Time (분)Binding
Time (minutes)
상기 표 1에서 나타낸 바와 같이, 각각의 단계마다 강한 세척 조건, 짧은 반응 시간으로 반응 조건을 다양하게 변화시켰으며, 바이오패닝을 실시하여 아밀로이드 베타 42에 결합하는 펩타이드를 가진 파지를 확보하였다. 상기에 의하여 얻어진 파지를 숙주세포인 대장균 (E. coli ER2738)에 감염시켜서 LB 배지에서 증폭시킨 후, 60여 개의 파지 플라그를 선별 및 M13 파지 게놈성 DNA (Single Strand DNA)를 분리 정제하여 각각의 유전자 염기서열을 확인하였고, 파지 표면 단백질 (gp3 minor coat 단백질)에 발현되어 아밀로이드 베타 42와 결합하도록 제작된 펩타이드 부분의 아미노산 염기서열을 확인하였으며, 서열은 하기의 표 2에 나타낸 바와 같다.As shown in Table 1, the reaction conditions were variously changed with strong washing conditions and short reaction times for each step, and phages having a peptide binding to
실시예 3. 아밀로이드 베타 (Amyloid beta) 42에 특이적으로 결합하는 펩타이드의 변형 및 합성을 통한 결합력의 분석Example 3. Analysis of binding force through modification and synthesis of a peptide that specifically binds to
높은 빈도수로 검출된 펩타이드 발현 파지에서 아밀로이드 베타 42에 특이적으로 높은 결합력을 가진 1 개의 선형 펩타이드 (linear amyloid beta 42 binding Binding Peptide, lABP) 서열에 대하여 신호를 나타내기 위해 비오틴 (Biotin)을 결합하여 합성하였다. 서열은 하기의 표 3에 나타낸 바와 같다.In the peptide-expressing phage detected with high frequency, biotin is bound to indicate a signal with respect to one linear peptide (
표기된 아미노산 서열은 아미노 말단 (N-말단)부터 나타내었다. N-말단에는 신호를 나타낼 수 있는 스트렙토아비딘 (Streptavidin)과 강한 결합이 가능한 비오틴 (Biotin)을 결합하였으며, C-말단에는 아미노산 반응성 제거를 위해 아미노화 (Amidation)를 시켰다. The indicated amino acid sequences are shown from the amino terminus (N-terminus). Streptavidin capable of showing a signal and biotin capable of strong binding were bound to the N-terminus, and to the C-terminus, amidation was performed to remove amino acid reactivity.
펩타이드의 아밀로이드 베타 42에 대한 결합력 분석을 위해 펩타이드를 아밀로이드 베타 42가 고정된 플레이트에 농도 별로 희석하여 결합시켰다. 플레이트 각 웰의 아밀로이드 베타 42에 결합한 펩타이드는 HRP와 TMB 용액의 발색반응을 이용하여 450 nm에서 펩타이드 농도에 대한 흡광도를 측정하였다.In order to analyze the binding affinity of the peptide to
그 결과, 도 4에 나타낸 바와 같이 펩타이드의 농도에 따른 흡광 신호를 표지하여 포화곡선에 맞추어 Kd 값을 결정하였으며 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 펩타이드와 아밀로이드 베타 42 사이 결합력 (Kd )은 17.47 ± 2.98 μM로 측정되었다. As a result, as shown in FIG. 4, the absorption signal according to the concentration of the peptide was labeled and the K d value was determined according to the saturation curve. More specifically, the binding force (K d ) between the peptide according to the present invention and
실시예 4. 선정된 펩타이드 프로브를 사용한 아밀로이드 베타 42의 정량화를 통한 아밀로이드 베타 42의 검출범위 확인Example 4. Confirmation of detection range of
항-아밀로이드 베타 (Anti-amyloid beta) 42 IgG가 고정된 플레이트에 아밀로이드 베타 42를 연속 희석 (serial dilution)하여 처리하였다. 비오틴 (Biotin)이 표지된 펩타이드의 농도를 100 μM로 처리하여 1 시간 동안 결합하도록 두었다.
그 다음으로, 스트렙토아비딘-HRP (Streptavidin-HRP)을 1:4000으로 희석하여 1 시간 동안 인큐베이션 하였다. TMB solution을 15 분 동안 처리하여 발색 반응을 유도하여 450 nm에서 단백질 양에 대한 흡광도를 측정하였다. Next, streptavidin-HRP was diluted 1:4000 and incubated for 1 h. The TMB solution was treated for 15 minutes to induce a color reaction, and the absorbance for the amount of protein was measured at 450 nm.
그 결과, 도 5에 나타낸 바와 같이 표적 단백질의 농도에 따른 흡광 신호를 표지하여 선형 (linear)을 나타내는 구간을 설정하였으며 보다 구체적으로, 아밀로이드 베타 42의 농도 증가에 따라 흡광도가 증가하는 것을 확인하였고 본 발명에 따른 펩타이드가 아밀로이드 베타 42를 ng/ml 농도 수준으로 검출함을 확인하였다.As a result, as shown in FIG. 5, a section showing a linearity was set by labeling the absorbance signal according to the concentration of the target protein. More specifically, it was confirmed that the absorbance increased with the increase in the concentration of
상기 실시예의 실험결과는 본 발명에 따른 펩타이드가 저분자의 아밀로이드 베타 42를 효과적으로 검출할 수 있음을 확인한 결과이다.The experimental results of the above Examples are the results of confirming that the peptide according to the present invention can effectively detect
실시예 5. 뇌척수액 (cerebrospinal fluid, CSF) 샘플 측정을 통한 알츠하이머 병 진단 및 검증Example 5. Diagnosis and validation of Alzheimer's disease by measuring cerebrospinal fluid (CSF) samples
항-아밀로이드 베타 42 (Anti-amyloid beta 42) IgG가 고정된 플레이트에 환자에서 채취한 뇌척수액 (cerebrospinal fluid, CSF) 샘플을 처리하였다. 비오틴 (Biotin)이 표지된 펩타이드의 농도를 100 μM로 처리하여 1 시간 동안 결합하도록 두었다. 스트렙토아비딘-HRP (Streptavidin-HRP)을 1:4000으로 희석하여 1 시간 동안 인큐베이션 하였다. TMB solution을 15 분 동안 처리하여 발색반응을 유도하여 450 nm에서 단백질 양에 대한 흡광도를 측정하였다. A cerebrospinal fluid (CSF) sample collected from a patient was treated on a plate immobilized with
마지막으로, 각 뇌척수액 (cerebrospinal fluid, CSF) 샘플에 따른 흡광 신호를 표지하여, PET image를 통한 알츠하이머 병 진단 결과와 비교하였다.Finally, the absorbance signal for each cerebrospinal fluid (CSF) sample was labeled and compared with the Alzheimer's disease diagnosis result through PET image.
그 결과, 도 6에 나타낸 바와 같이 아밀로이드 베타 42가 뇌에 축적되어 PET signal이 확인되는 환자군(+)과 PET signal이 관찰되지 않는 비환자군(-)의 ELISA 값을 t-test를 통하여 분석하였을 때 p-value가 0.0001이하로 계산된바 본 발명에 따른 펩타이드를 사용하여 알츠하이머 질환을 진단한 경우 상기 환자군과 상기 비환자군의 유의미한 분류가 가능한 것으로 확인하였다 (n; (+) = 6, (-)= 7). As a result, as shown in FIG. 6 , the ELISA values of the patient group (+) in which
실시예 6. 기존의 항체 기반의 ELISA를 이용한 뇌척수액 (cerebrospinal fluid, CSF) 샘플 측정값 비교Example 6. Comparison of measured values of cerebrospinal fluid (CSF) samples using conventional antibody-based ELISA
상용화되어 있는 ELISA를 이용하여 환자에서 채취한 뇌척수액 (cerebrospinal fluid, CSF) 샘플을 처리하였다. 각 뇌척수액 (cerebrospinal fluid, CSF) 샘플에 따른 흡광 신호를 표지하여 PET image를 통한 알츠하이머 병 진단 결과와 비교하였다. A cerebrospinal fluid (CSF) sample collected from a patient was treated using a commercially available ELISA. The absorbance signal for each cerebrospinal fluid (CSF) sample was labeled and compared with the Alzheimer's disease diagnosis result through PET image.
그 결과, 도 5에 나타낸 바와 같이 아밀로이드 베타 42가 뇌에 축적되어 PET signal이 확인되는 환자군(+)과 PET signal이 관찰되지 않는 비환자군(-)의 ELISA 값을 t-test를 통하여 분석 하였을 때 p-value가 0.3470으로 양 환자군 사이의 유의미한 분류가 가능하지 않은 것으로 확인하였다 (n; (+) = 6, (-)= 7). As a result, as shown in FIG. 5, when the ELISA values of the patient group (+) in which
상기 실시예 5 및 실시예 6의 실험 결과들은 본 발명에 따른 펩타이드가 종래의 알츠하이머 질환의 진단방법인 EILSA에 비해 더 정확하게 알츠하이머 질환을 진단할 수 있음을 확인한 결과이다. The experimental results of Examples 5 and 6 are the results confirming that the peptide according to the present invention can diagnose Alzheimer's disease more accurately than EILSA, which is a conventional method for diagnosing Alzheimer's disease.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.The description of the present invention described above is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
<110> Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University
<120> peptide probe for detecting small molecular weight amyloid beta
and use thereof
<130> PD19-179
<160> 1
<170> KoPatentIn 3.0
<210> 1
<211> 12
<212> PRT
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> linear amyloid beta 42 binding Binding Peptide
<400> 1
Ser Glu Pro Gln Asn Ile Trp Gln Tyr Leu Arg Asn
1 5 10
<110> Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University
<120> peptide probe for detecting small molecular weight amyloid beta
and use it
<130> PD19-179
<160> 1
<170> KoPatentIn 3.0
<210> 1
<211> 12
<212> PRT
<213> Artificial Sequence
<220>
<223>
Claims (9)
A probe composition for imaging a small molecule amyloid beta protein, comprising a peptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
The probe composition according to claim 4, wherein the peptide is labeled with any one selected from the group consisting of a chromogenic enzyme, a radioactive isotope, a chromopore, a luminescent material, and a fluorescent material.
A composition for detecting low-molecular-weight amyloid beta protein, comprising the probe composition of claim 4 .
A composition for early diagnosis of Alzheimer's disease, comprising the probe composition of claim 4 .
(a) 제4항의 펩타이드와 검출 대상 유래 시료를 접촉시키는 단계; 및
(b) 상기 펩타이드와 검출 대상 유래 시료에 포함될 수 있는 아밀로이드 베타의 결합 여부를 확인하는 단계.
A method for detecting a low molecular weight amyloid beta protein, comprising the steps of:
(a) contacting the peptide of claim 4 with a sample derived from a detection target; and
(b) confirming whether the peptide and amyloid beta, which may be included in the detection target-derived sample, are bound.
상기 펩타이드는 발색효소, 방사성 동위원소, 크로모포어 (chromopore), 발광물질 및 형광물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나로 표지된 것을 특징으로 하는, 검출방법.
9. The method of claim 8,
The detection method, characterized in that the peptide is labeled with any one selected from the group consisting of a chromogenic enzyme, a radioactive isotope, a chromopore, a luminescent material, and a fluorescent material.
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ACS Chemical Neuroscience, Vol. 8, pp. 1889-1990(2017.06.05.) |
ChemBioChem., Vol. 4, pp. 748-753(2003.) |
PLoS ONE, Vol. 6, Issue 11, pp. e27649(2011.11.) |
XUEWEI QU의 박사학위 논문, Development of Phage Display-Derived Targeted Cancer Therapy and Net-Work Scaffold For 3D Cancer Cell CULTURE, University of Oklahoma.(2018)* |
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