KR20040008459A

KR20040008459A - 피오에이치 1 유전자 또는 피오에이치 1 단백질을포함하는 암세포 성장 억제제, 이의 제조방법 및 이를이용한 암세포 증식 억제방법

Info

Publication number: KR20040008459A
Application number: KR1020020042097A
Authority: KR
Inventors: 최종길; 조수진; 주홍신; 김양석
Original assignee: 에스케이 주식회사
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2004-01-31
Also published as: KR100710550B1

Abstract

본 발명은 진핵세포에서 전사 후 조절로서 단백질을 분해하는 프로테아솜(proteasome)의 조절 부분(reguratorey particle)의 서브유니트 중 하나인 POH 1 단백질 또는 이를 암호화하는 POH 1 유전자를 포함하는 암세포 증식 억제제, 이의 제조방법 및 이를 이용한 암세포 증식을 억제하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 POH 1 유전자를 포함하는 억제제를 암세포에 처리하여 최대 24% 정도의 낮은 암세포 생존율을 얻을 수 있었고, 이러한 암세포 증식 억제에 유효한 효과를 나타내는 상기 POH 1 유전자를 통하여 암세포 증식 기작의 전반적 이해뿐만 아니라, 암 진단시약, 암치료제 개발 등에 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

Description

피오에이치 1 유전자 또는 피오에이치 1 단백질을 포함하는 암세포 성장 억제제, 이의 제조방법 및 이를 이용한 암세포 증식 억제방법{Cancer cell-growth inhibition drugs comprising POH 1 gene or POH 1 protein, preparation method thereof and use thereof}

본 발명은 효모의 Pad 1 유전자와 유사한 사람의 POH 1 유전자 또는 POH 1 단백질을 포함하는 암세포 증식 억제제, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 암세포 증식을 억제하는 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 상기 POH 1 유전자를 암세포 내에서 발현시켜 암세포의 증식을 억제하는 암 치료 방법에 관한 것이다.

일반적으로 암은 여러 가지 원인들에 의하여 세포가 비정상적으로 증식 및 성장을 거듭함으로써 발생하는 것으로 알려져 있다. 이러한 원인들에는 화학적 발암 물질에의 노출, 발암 바이러스의 감염 및 선천적인 유전자 이상 등이 포함된다. 그러나 근본적으로 이러한 원인들은 모두 세포내 유전자들의 이상을 유발하는 것들이다.

정상적인 세포는 암유전자(oncogene), 암억제유전자(tumor suppressor gene), 및 아폽토시스 조절 유전자(apoptosis regulating gene)들의 기능이 상호보완적으로 조절되어 조화롭게 성장하고 유지된다.

암유전자는 정상적으로는 세포의 성장과 분화에 필수적인 유전자로서 단백질 합성 촉진 및 세포내 신호전달 등의 역할을 수행하여 세포의 증식 및 성장에 기여하고 있으나 돌연변이가 일어나면 과다한 세포증식을 유도하여 암을 유발하는데 기여하는 것으로 알려져 있다.

암은 전세계적으로 순환기계 질환 다음으로 높은 사망 원인으로, 암 치료를 위한 연구가 광범위하게 수행되고 있으며, 현재까지 알려진 암 치료 방법으로는 수술, 방사선요법, 항암화학요법, 면역요법 및 유전자치료법 등이 있다.

한편, 암을 치료하는 전략들이 다양화되면서 암세포의 전이를 억제하거나 암세포의 증식 및 전이에 필수적인 신생혈관형성을 억제하여 암환자의 생존율을 높이고자 하는 기초 연구들이 수행되고 있다. 그러나 이러한 치료 방법들도 기존의 화학요법이 항암제의 전신투여에 의한 부작용을 수반하듯이 혈관생성 및 전이억제제(화학 및 단백질 제제)의 전신투여로 인한 부작용 발생의 우려가 높다. 이러한 항암치료 연구과정에서 암세포 및 암조직 내의 세포에 선택적으로 암치료를 위한 유전자를 도입 발현시키는 새로운 치료방법에 대한 필요성이 대두되어 왔다.

따라서, 최근의 유전자치료법은 외부유전자를 선택적으로 표적세포에 도입하여 장기간 발현을 유도하고, 실제로 임상치료에 이용시 유전자 전달효율을 향상시키려는 것이 주된 것으로, 이에 따라 암의 발생에 관여하는 유전자(암유전자 및 종양억제유전자)들과 암세포에 대항하는 면역반응에 관여하는 유전자(싸이토카인 유전자)들이 규명되어 암이 다양한 방법의 유전자 치료를 응용하여 치료될 수 있는 질병이라는 근거가 제시되었다.

유전자를 세포안으로 도입시키기 위해 사용되고 있는 방법은 크게 물리, 화학적 방법(Calcium-posphate coprecipitation, Microinjection, Electrophoresis, Liposome)과, 생물학적 방법(벡터시스템)으로 나눌 수 있으나, 아직까지 가장 효율적이면서도 안전한 유전자 전달법이 어느 것인지는 결론을 내릴 수 없으며, 이 때문에 많은 연구가 이에 집중되고 있는 상황이며 현재에는 물리, 화학적 방법과 생물학적 방법을 적절히 혼용하여 유전자를 전달하는 방법이 많이 사용되고 있다.

유전자 또는 그 단백질을 암 치료에 사용하는 유전자 치료법에 대한 종래기술은 다음과 같다.

한국 공개특허 제2001-112108호에서는 사이토카인을 유도하여 면역반응을 증가시키고, 혈관생성을 억제하는 특정 염기서열을 포함하는 p43 단백질을 유효성분으로 하는 종양억제제를 개시하고 있다.

한국 공개특허 제2002-40521호에서는 암세포 사멸을 상승시키는 물질인 마이코락톤을 함유하는 항암제, 레티노블라스토마 단백질의 발현을 저하시키는 안티센스 Rb 뉴클레오타이드 및 마이코락톤과 상기 안티센스 Rb 뉴클레오타이드를 함유하는 항암제를 개시하고 있다.

미국특허 제6,329,505호는 전립선암 치료 및 진단에 사용되는 하나 이상의 전립선-특이 단백질 또는 이를 암호화하는 유전자를 포함하는 조성물에 대하여 개시하고 있다.

상기 특허들 외에도 유전자 또는 그 단백질을 암 치료에 사용하는 경우는 많으며, 이에 대한 연구가 지속으로 진행되고 있고, 따라서 새롭고, 더욱 효과적으로 암의 유전자 치료에 응용될 수 있는 유전자에 대한 요구가 있다.

이에 본 발명에서는 암세포 증식을 억제할 수 있는 다양한 유전자를 검색한 결과, 프로테아솜(proteasome)의 조절 부분(regulatory particle) 서브유니트를 구성하는 POH 1 유전자가 암세포의 증식을 억제하는 효능을 나타냄을 확인할 수 있었고, 이를 기초로 하여 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 암세포 증식을 억제할 수 있는 POH 1 유전자 또는 POH 1 단백질을 포함하는 암세포 증식 억제제를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 POH 1 유전자가 도입된 벡터를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 암세포 증식 억제제의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 억제제를 이용하여 암세포 증식을 억제하는 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 암세포 증식 억제제는 서열번호 1로 표시되는 염기서열로 이루어진 POH 1 유전자 또는 서열번호 2로 표시되는 POH 1 단백질을 포함한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 POH 1 유전자가 도입된 벡터는 서열번호 1로 표시되는 POH 1 유전자를 pLNCX2 벡터에 도입하는 것으로 이루어진다.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 암세포 증식 억제제의 제조방법은 서열번호 1로 표시되는 염기서열로 이루어진 POH 1 유전자를 pLNCX2 벡터에 도입하여 발현시키는 것으로 이루어진다.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 암세포 증식 억제 방법은 상기 POH 1 유전자를 포함하는 pLNCX2 벡터 0.1 내지 2㎍/10⁵cells와 리포좀 1 내지 20㎍/10⁵cells을 암세포에 투여하는 것으로 이루어진다.

도 1은 본 발명에서 사용된 pLNCX2 벡터와 서브클로닝 과정을 나타내는 모식도,

도 2는 본 발명에 따라 폐암세포주 H1299에 도입된 POH 1 유전자의 콜로니 형성 분석(colony forming assay) 결과를 p53 유전자와 비교하여 나타낸 그래프,

도 3은 본 발명에 따라 서열번호 1로 표시되는 POH 1 유전자를 암세포에 도입한 후 형성된 콜로니 형성(colony forming) 사진,

도 4a는 본 발명에 따라 폐암세포주 H1299에 도입된 POH 1 유전자의 세포 계수 분석(cell counting assay) 결과를 나타낸 그래프, 및

도 4b는 본 발명에 따라 폐암세포주 H460에 도입된 POH 1 유전자의 세포 계수 분석 결과를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 POH 1 유전자 또는 POH 1 단백질을 포함하는 암세포 증식 억제제, 이의 제조방법 및 이를 이용한 암세포 증식을 억제하는 방법에 관한 것이다.

POH 1 단백질은 진핵세포에서 전사 후 조절의 중요한 단백질 분해 메커니즘인 유비퀴틴-프로테아솜(ubiquitin-proteasome)을 구성한다. 프로테아솜은 조절 부분(regulatory particle; RP)으로 양끝이 덮인 큰 다중 서브유니트 효소 복합체와, 조절 부분으로 구성되며, 프로테아솜의 중심 영역은 단백질 분해 활성 영역을 갖고, 조절 부분은 유비퀴틴된 단백질을 인식하고, 단백질 분해 활성 영역으로 이동시키는 기능을 한다. 한편, 상기 조절 부분은 적어도 2개의 구조적 및 기능적 도메인을 갖는 적어도 17개의 서브유니트를 포함하며, 또한, 분해 대상인 단백질의 특정 부분을 언폴딩(unfolding)하기 위한 ATPase 활성을 갖는 보존 영역과 유비퀴틴된 기질에 대한 특이성을 부여하는 것으로 보이는 하나 이상의 서로 다른 리드(lid)를 갖는다.

Pad 1(효모에서), Rpn 11 Mrp 1으로 알려진 POH 1 단백질은 상기 조절 부분 리드 영역의 서브유니트 중 하나이고, 이는 전사의 양성 조절 인자(positive modulator) 및 다중 약물 저항성(multidrug resistance; MDR)을 갖는 것으로 알려져 있고, 또한 스키조사카로마이세스 폼브(Schizosaccharomyces pombe)에서 Pad 또는 재조합 POH 1의 과발현이 AP-1 반응성 유전자의 트랜스액티베이션(transactivation)을 유도하는 DNA 결합 활성을 증가시킨다고 알려져 있다(Shimanuki et al. J. Cell Sci. 1995, 108:569-79 and Spataro et al.J. Biol. Chem. 1997, 272:30470-8). 한편, 최근의 연구에 따르면, 스키스토조마 만조니(Schistosoma mansoni)의 Pad 1 상동물이 c-Jun을 안정화시킨다는 보고가 있다(Joseph F., et al. Molecular & Biochemical Parasitology2002, 121:163-172).

본 발명에서는 상술한 바와 같이 프로테아솜의 조절 부분 서브유니트 중 하나인 POH 1 유전자의 암세포 증식 억제 효과를 확인하였고, POH 1 유전자 또는 POH 1 단백질을 포함하는 암세포 증식 억제제를 제조하였다.

상기 POH 1 유전자는 인간 조직으로부터 분리하거나, 공지의 DNA 합성 방법에 따라 합성할 수도 있다. 본 발명에서는 서열번호 1로 표시되는 약 1132bp의 호모 사피엔스(Homo Sapiens) 유래의 POH 1 유전자와 서열번호 2로 표시되는 POH 1 단백질을 사용하였다(Spataro et al. J. Biol. Chem. 1997, 272:30470-8, GenBank GI 5031980).

본 발명에 따른 암세포 증식 억제제는 POH 1 유전자를 pLNCX2 벡터에 삽입하여 얻어진 것으로, 본 발명에서는 pLNCX2 벡터를 사용하였으나, 다양한 발현 벡터가 가능하므로 발현의 목적에 따라 다른 발현 벡터를 용이하게 이용할 수 있으며, 또한 발현 벡터의 외래 유전자 삽입 부위에 삽입되는 유전자의 크기, 염기서열 등도 공지의 기술에 의해 다양하게 변화시킬 수 있다.

상기 제조된 벡터는 통상적인 방법으로 암세포에 형질도입되고, 고효율로 발현되어 암세포 증식을 효과적으로 억제시킬 수 있다.

상기 암세포에 투여되는 POH 1 유전자를 포함하는 발현벡터의 농도는 0.1 내지 2㎍/10⁵cells, 바람직하게는 1 내지 2㎍/10⁵cells이고, 리포좀 1 내지 20㎍/10⁵cells과 함께 1회 또는 수회로 나누어 투여될 수 있다. 그러나, 활성 성분의 실제 투여 농도는 암세포의 종류 및 특성, 치료조건, 투여방법 등에 따라 결정되어야 한다.

한편, 상기 억제제는 등장성 수용액 또는 현탁액 형태로 제조될 수 있으며, 삼투압 조절을 위한 염 또는 완충제, 수화제, 안정화제 등의 보조제 및 기타 치료적으로 유용한 물질을 함유할 수 있다.

전술한 바와 같이, 기존에 프로테아솜의 조절 부분을 구성하는 단백질로 알려진 POH 1이 암세포 증식 억제능을 가짐을 확인할 수 있었고, 이를 종래의 종양 억제 유전자들, 방사선 치료 또는 항암제 등의 다른 유전자치료법과 병용하여 암의 치료에서 상승 효과를 나타낼 것으로 기대된다.

이하, 하기 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

세포 배양

인간 폐암 세포주(H460 및 H1299)는 미국세포주 은행(ATCC)으로부터 구입하였으며 10% 태아송아지 혈청, 페니실린 100units/ml, 및 스트렙토마이신 100㎍/ml을 함유하는 RPMI 배양 배지(GIBCO/BRL, Grand Island, NY)에서 37℃의 온도와 5% CO₂농도 조건하에서 배양시켰다.

실시예 2

트랜스펙션(transfection)

서열번호 1로 표시되는 POH 1 유전자를 pLNCX2 벡터에 삽입하는데 있어서, 상기 서열번호 1로 표시되는 POH 1 유전자를 포함하는 플라스미드를 EcoRI/BamHI로 절단하여 pcDNA3의 EcoRI/BamHI에 서브클로닝(subcloning)한 후, 이를 다시 BamHI/NotI으로 절단하여 pLNCX2로 서브클로닝하여 POH 1 유전자를 함유하는 트랜스펙션 벡터를 제조하였고, 그 과정을 도 1에 나타내었다.

비교예 1

p53 유전자를 이용한 암세포 증식 억제 효과 검증

POH 1 유전자를 암세포에 도입하기 위한 최적 조건을 설정하기 위해 각종 인체 암의 유전자치료에 가장 널리 사용되고 있는 항암 유전자 p53을 암세포에 도입하여 그 억제 효과를 검증하였다.

암 세포(1 x 10⁵)(H460 및 H1299)를 60mm 배양 접시로 옮기고, 이 세포들을 24시간 동안 배양하였다. 무혈청 배지로 2회 세척한 후, 세포들을 무혈청 배지 200㎕ 중의 양이온성 리포좀(GIBCO/BRL, Grand Island, NY) 10㎍ 및 pcDNA3 유전자 발현벡터 2㎍의 혼합물과, 무혈청 배지 200㎕ 중의 양이온성 리포좀(GIBCO/BRL, Grand Island, NY) 10㎍ 및 p53 유전자 발현벡터 2㎍의 혼합물을 각각 5시간 동안 인큐베이션하였다. 그 다음, 세포들을 무혈청 배지로 2회 세척하고, 이어서 배양 배지에 첨가한 후 16시간 동안 배양하였다. 24시간 동안 37℃에서 더욱 배양한 후네오마이신(GIBCO/BRL, Grand Island, NY)을 800㎍/ml의 농도로 처리한 후, 6일 동안 인큐베이션하였다. 형성된 콜로니를 메틸렌 블루로 염색한 후, 콜로니 형성 분석(colony forming assay)을 통한 암세포의 증식변화를 하기 표 1과 도 2에 나타내었다.

	콜로니 수(개)	(%)
LNCX2 플라스미드	334	100
p53 유전자	25	7.5

상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, p53 유전자를 도입한 경우 콜로니 수가 25개(7.5%)로 암세포 성장률이 크게 억제된 바, 상기 조건에서 종양 억제 유전자 p53이 잘 도입되었음을 확인할 수 있었다.

실시예 3

콜로니 형성 분석

POH 1 유전자와 LNCX2 벡터를 사용한 외에는 상기 실시예 3과 동일한 조건으로 POH 1 유전자를 암세포에 도입하였으며, 이때, 암세포에 도입되는 POH 1 유전자 함유 발현벡터의 양을 0.5 내지 2.0㎍의 농도로 변화시켰다.

암세포 증식 억제 효과를 콜로니 형성 분석을 통하여 확인하였고 그 결과를 하기 표 2와 도 3에 나타내었다.

	LNCX2	POH 1 함유 발현벡터의 농도(㎍)
	LNCX2	0.5	1.0	1.5	2.0
콜로니 수(개)	359	271	246	250	235
(%)	100	75.5	68.5	69.6	65.5

상기 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, POH 1 유전자를 함유하는 발현벡터의 콜로니 수는 LNCX2 플라스미드만을 사용한 대조군과 비교하여 60-70%로 감소되었다.

실시예 4

세포 계수 분석(Cell Counting assay)

암세포(1 x 10⁵)(H1299와 H460)를 35mm 배양 접시로 옮기고 이 세포들을 24시간 동안 배양하였다. 무혈청 배지로 2회 세척한 후, 세포들을 무혈청 배지 100㎕ 중의 양이온성 리포좀(GIBCO/BRL, Grand Island, NY) 10㎍ 및 LNCX2 플라스미드 1㎍의 혼합물과, 무혈청 배지 100㎕ 중의 양이온성 리포좀(GIBCO/BRL, Grand Island, NY) 10㎍ 및 POH 1 유전자 발현벡터 pLNCX2 0.1 내지 2㎍의 혼합물을 각각 5시간 동안 인큐베이션하였다. 세포들을 무혈청 배지로 2회 세척하고 이어서 배양 배지에 첨가한 후 16시간 동안 배양하였다. 형질전환을 한번 더 반복한 후 3일 후에, 세포들을 트립신으로 제거한 다음 0.4% 트립판 블루로 염색하여 세포를 계수하였고, 그 결과를 하기 표 3과 도 4a 및 4b에 나타내었다.

	POH 1 유전자 함유 발현 벡터 농도(㎍)	세포생존율(%)
		LNCX2 플라스미드	POH 1 유전자 함유
H1299	0	100	100
	0.1	102.2	59.5
	0.5	117.6	46.4
	1	119.8	32.1
	2	86.9	23.8
H460	0	100	100
	0.1	98.6	69.9
	0.5	101.4	55.4
	1	95.8	55.4
	2	97.2	53.0

상기 표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, POH 1을 암세포에 도입한 경우 대조군(LNCX2 플라스미드)과 비교하여 20 내지 70% 정도로 세포 생존율이 저하되었고, 특히, 폐암세포주 H1299에 POH 1 유전자 함유 발현 벡터 2㎍을 도입한 경우에는 세포생존율이 23.8%로 매우 낮은 수준을 나타내었다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 POH 1 유전자를 포함하는 암세포 증식 억제제를 사용하여 암세포 증식 억제에 유효한 효과를 얻었고, 상기 POH 1 유전자의 암세포 증식 억제능을 통하여 암세포 증식 기작의 전반적 이해뿐만 아니라, 종래의 종양 억제 유전자들, 방사선 치료 또는 항암제 등의 다른 유전자치료법과 병용하여 암의 치료에서 상승 효과를 나타낼 수 있을 것으로 기대된다.

Claims

서열번호 1로 표시되는 POH 1 유전자를 포함하는 암세포 증식 억제제.
서열번호 2로 표시되는 POH 1 단백질을 포함하는 암세포 증식 억제제.
서열번호 1로 표시되는 POH 1 유전자가 도입된 pLNCX2 벡터.
서열번호 1로 표시되는 POH 1 유전자를 pLNCX2 벡터에 도입하여 발현시킨 것을 특징으로 하는 암세포 증식 억제제의 제조방법.
제3항에 따른 POH 1 유전자를 포함하는 pLNCX2 벡터 0.1 내지 2㎍/10⁵cells와 리포좀 1 내지 20㎍/10⁵cells을 암세포에 투여하여 암세포 증식을 억제하는 방법.
제5항에 있어서, 상기 암세포는 폐암세포인 것인 것을 특징으로 하는 방법.