KR20210005696A - 마이봄 샘 재생을 촉진하기 위한 pedf-유래 펩타이드 및 그것의 사용 - Google Patents
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Abstract
마이봄 샘 재생을 촉진하거나 안구 건조 증후군을 치료/예방하기 위한 제약학적 조성물 또는 방법은 필요로 하는 대상체에게 PEDF-유래 짧은 펩타이드 (PDSP) 또는 PDSP의 변이체를 포함하는 제약학적 조성물을 투여하는 단계를 포함하며, PDSP는 인간 색소 상피-유래 인자 (PEDF)의 잔기 93-106을 포함한다.
Description
본 발명은 PEDF-유래 펩타이드 및 마이봄 샘(Meibomian gland) 재생 또는 안구 건조증에서 그것의 사용에 관한 것이다.
마이봄 샘 기능 장애 (MGD)는 마이봄 샘 분비의 양적 및/또는 질적 변화의 감소, 눈물막 지질층의 불안정성, 및 눈 자극의 증상을 특징으로 한다.1 -3 MGD가 안구 건조 질환 (DED)과 관련된 모든 사례의 3분의 2를 차지하기 때문에, 특히 노인 집단에서는, 점점 증가하는 공적인 문제로 간주된다.1 , 2 하지만, 국부적 약물 치료, 마이봄 샘 (MG) 발현, 리피플로우(Lipiflow), 및 강한 펄스의 광 (intense pulsed light: IPL) 처리를 포함한, 현재의 임상적인 MGD 치료 양상은 대부분 임시방편이며, 그것들은 종종 주로 DED의 증상 완화, 추가의 MG 위축 예방을 목적으로 하지만, 직접적으로 근본적인 MGC의 병인 기전의 교정을 목적으로 하는 것은 아니다.1 , 2, 4
세 가지 형태의 MGD가 존재한다: 과다분비 MGD, 저분비 MGD, 및 폐쇄성 MGD.5 폐쇄성 MGD가 가장 일반적인 것으로 간주되고 도관 오리피스의 과각화(hyperkeratinization)에 수반되어, 도관 폐쇄 및 추가의 선포 위축(acinar atrophy)을 유발하는 것으로 생각된다.3 , 5 하지만, MGD에 걸린 환자에서 점막 피부 경계의 전방 변위 및 쥐 MG의 오리피스에서 비-각화된 도관 상피 세포의 발견이 MGD에 대한 주요 메커니즘으로서 과각화의 통상적인 이론을 지지하는 것은 아니다.5 , 6 나이-관련된 MGD에 대해, 샘 위축증은 세포 증식 감소와 함께 인간 및 쥐 마이봄 샘 둘 다에서 관찰되었다.7 , 8 선포 조직 위축증이 지질 및 도관 세포 사이의 불균형, 또는 오리피스에서 플러그(plug)에 기여하는 지질/단백질 비율의 변화를 초래하는 주요 병인일 수 있다.5 , 9
마이봄 샘 기능 장애 (MGD)가 많은 환자에게 영향을 미칠 수 있지만, 현재의 치료는 대부분 임시 방편이다. 그러므로, MGC에 대해 더 효과적인 치료가 필요하다.
본 발명의 구체예는 색소 상피-유래 인자 (PEDF)로부터 유래된 짧은 펩타이드를 사용하여 마이봄 샘 재생을 촉진하고 안구 건조증을 치료하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명의 한 측면은 마이봄 샘 재생을 촉진하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명의 한 구체예에 따르는 방법은 필요로 하는 대상체에게 PEDF-유래 짧은 펩타이드 (PDSP) 또는 PDSP의 변이체를 포함하는 제약학적 조성물을 투여하는 단계를 포함하며, PDSP는 인간 색소 상피-유래 인자 (PEDF)의 잔기 93-106을 포함한다.
본 발명의 한 측면은 안구 건조 증후군을 치료하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명의 한 구체예에 따르는 방법은 필요로 하는 대상체에게 PEDF-유래 짧은 펩타이드 (PDSP) 또는 PDSP의 변이체를 포함하는 제약학적 조성물을 투여하는 단계를 포함하며, PDSP는 인간 색소 상피-유래 인자 (PEDF)의 잔기 93-106을 포함한다.
본 발명의 다른 측면은 다음의 상세한 설명 및 첨부되는 청구범위로 드러날 것이다.
도 1은 노령의 마우스에서 MG 위축증 및 눈물막 불안정성을 나타낸다. 패널 (A)는 오일-레드-오 (Oil-Red-O: ORO)로 염색된 젊은 마우스 및 늙은 마우스로부터 수확된 윗눈꺼풀 및 아랫눈꺼풀을 나타낸다. 마이봄 (빨간 색)은 주요 도관 (화살표) 및 선포 (화살표 머리)에서 가시적이었다. 대표적인 이미지는 늙은 마우스의 눈꺼풀 7개 및 젊은 마우스의 눈꺼풀 6개로부터 얻는다. 패널 (B)는 위축 면적의 퍼센트에 기초하여 계산하고 MG 점수로 전환된 마이봄 샘 위축증의 등급을 나타낸다. 패널 (C)는 ORO로 염색된 늙은 마우스 및 젊은 마우스의 윗눈꺼풀의 냉동 절편을 나타낸다. 패널 (D)는 8마리의 젊은 마우스의 16개의 눈 및 6마리의 늙은 마우스의 12개의 눈으로부터 평가된 눈물막 파괴를 나타낸다. 데이터는 평균 ± SE로 보고된다. 젊은 마우스에 대해 *P <0.05. 젊은 마우스에 대해 **P <0.001.
도 2는 젊은 마우스 및 늙은 마우스의 윗눈꺼풀에서의 PEDF 발현을 나타낸다. 대표적인 PEDF-염색된 단면도는 젊은 마우스 (A) 및 늙은 마우스 (B)의 선포를 나타냈다. 제2 항체 단독으로의 면역 염색은 음성 대조군의 역할을 하였다 (C). 저배율 이미지 (상부 패널) 내의 박스는 고배율 이미지 (하부 패널)의 위치를 나타내며, 이것은 PEDF가 주로 전구 세포의 핵에서 발현된다는 것을 보여준다 (검은색 화살표; (D) 및 (E)). PEDF 발현은 전체 선포에서 가시화되었고 선포 기저에서는 세포질에서 더 강력하게 가시화되었다. (F) PEDF 조직병리학적 점수는 염색 강도, 선포 기저에서의 세포질의 강도, 및 PEDF-양성 세포 핵의 퍼센트를 기반으로 계산되었다. 분석을 위해 3개의 무작위로 선택된 이미지가 각각의 눈꺼풀에서 캡쳐되었다. 대표적인 이미지는 각 군에서 6마리의 상이한 마우스의 6개의 눈꺼풀로부터 얻어진다 (원래의 배율: X400). 젊은 군에 대해 *P <0.05. 척도 막대, 50 μm.
도 3은 29-mer가 노령의 마우스에서 선포 전구 세포 증식을 촉진한다는 것을 나타낸다. DNA 합성을 검출하기 위해서, BrdU가 29-mer 처리 직후 복강으로 주사되었고 24시간에 눈꺼풀이 수확되었다. 정상 조건 하에서 (임의의 처리 없음), 늙은 마우스 (A)는 젊은 마우스 (D)보다 더 적은 BrdU-양성 세포를 나타냈다. 29-mer는 늙은 마우스 (C) 및 젊은 마우스 (F)의 선포 기저에서 BrdU-양성 세포를 증기시키는 한편, DMSO는 효과가 없었다 (B 및 E). 빨간색 파선 원은 중심 도관을 나타낸다. 검은색 화살표는 BrdU-양성 전구 세포를 나타냈다. (G) PEDF 처리 효과는 선포 기저에서의 BrdU-양성 세포에 기초하여 계산되었다. 분석을 위해 3개의 무작위로 선택된 이미지가 각각의 눈꺼풀에서 캡쳐되었다. 대표적인 이미지는 각 군에서 6마리의 상이한 마우스의 6개의 눈꺼풀로부터 얻어진다 (원래의 배율: X400). 대표적인 이미지는 각 군에서 3마리의 상이한 마우스의 3개의 눈꺼풀로부터 얻어진다 (원래의 배율: X400). 젊은 마우스 정상 조건에 대해 #P <0.05, DMSO 또는 18-mer로 처리된 늙은 마우스에 대해 *P <0.05. 젊은 마우스 정상 조건, 또는 비히클 DMSO로 처리된 젊은 마우스에 대해 **P <0.05. 척도 막대, 50 μm.
도 4는 처리 후 5일에 윗눈꺼풀에서의 세포 증식을 나타낸다. 단일 결막하 주사 이후, BrdU가 제0 일 및 제3 일에 복강내로 주사되었다. 그 다음에, 눈꺼풀이 제5 일에 수확되었다. (A) 및 (C)는 각각 늙은 마우스 및 젊은 마우스에 대해 DMSO 처리된 대조군을 나타낸다. (C) 및 (D)는 각각 늙은 마우스 및 젊은 마우스에서 PDSP 처리를 나타낸다. BrdU-양성 세포는 주로 선포 전구 세포였고 (검은색 화살표) 몇몇 마이봄 샘 세포가 BrdU 염색에 대해 양성이었다 (D, 빨간색 화살표). (E) PEDF 처리 효과는 선포 기저에서의 BrdU-양성 세포에 기초하여 계산되었다. 분석을 위해 3개의 무작위로 선택되된 이미지가 각각의 눈꺼풀에서 캡쳐되었다. 대표적인 이미지는 각 군에서 3마리의 상이한 마우스의 3개의 눈꺼풀로부터 얻어진다 (원래의 배율: X400). DMSO로 처리된 늙은 마우스에 대해 *P <0.001. 척도 막대, 50 μm.
도 5는 단일 처리 후 5일에 윗눈꺼풀에서 줄기 세포 마커 p63 발현의 면역 조직 화학 분석을 나타낸다. (A) 및 (B)는 각각 늙은 마우스 및 젊은 마우스에서의 베이스라인 p63 발현을 나타낸다. (C) 및 (D)는 각각 늙은 마우스에서 DMSO 및 PDSP 처리를 나타낸다. 빨간색 파선 원은 중심 도관을 나타냈다. (E) 선포 당 p63-양성 세포의 수가 평가되었다. 대표적인 이미지는 각 군에서 3마리의 상이한 마우스의 3개의 눈꺼풀로부터 얻어진다 (원래의 배율: X400). 분석을 위해 3개의 무작위로 선택되된 이미지가 각각의 눈꺼풀에서 캡쳐되었다. 젊은 마우스에 대해 *P <0.001, DMSO로 처리된 늙은 마우스에 대해 **P <0.001. 척도 막대, 50 μm.
도 6은 29-mer가 노령의 마우스의 눈물막 안정성을 증가시킨다는 것을 나타낸다. 눈물막 파괴 시간 (TBUT) (A) 및 눈물 부피 분비 (B)의 수준은 29-mer 주사 이후 제1 주, 제2 주, 제3 주, 제4 주, 및 제8 주에 대해 나타나있다. 값은 평균 ± SE로 표현된다. 데이터는 각 군에서 6마리의 상이한 마우스의 6개의 눈꺼풀로부터 얻어진다. 하나의 눈꺼풀로부터의 눈물막 파괴 시간의 3회 측정값이 기록되었다. 동시의 비히클 군에 대해 *P <0.05.
도 7은 29-mer가 노령의 마우스의 선포 크기를 증가시킨다는 것을 나타낸다. (A) 왼쪽, 윗눈꺼풀에 대한 홀-마운트(whole-mount) ORO 염색. 오른쪽, MG 면적은 Adobe Photoshop 7.0의 면적 계산 도구를 사용하여 분석되었다. (B)는 Photoshop에 의해 측정된 윗눈꺼풀의 MG 크기의 막대그래프가 픽셀 단위로 제공된다는 것을 나타낸다. 윗눈꺼풀의 냉동 절편은 ORO로 염색되었다. Adobe Photoshop 7.0에 의해 측정된 선포 크기의 막대그래프는 픽셀 단위로 제공되었다. 홀-마운트의 대표적인 이미지는 각 군에서 7마리의 상이한 마우스의 7개의 눈꺼풀로부터 얻어진다. 냉동 절편의 대표적인 이미지는 각 군에서 3마리의 상이한 마우스의 3개의 눈꺼풀로부터 얻어진다. 비히클 군에 대해 *P <0.05.
도 2는 젊은 마우스 및 늙은 마우스의 윗눈꺼풀에서의 PEDF 발현을 나타낸다. 대표적인 PEDF-염색된 단면도는 젊은 마우스 (A) 및 늙은 마우스 (B)의 선포를 나타냈다. 제2 항체 단독으로의 면역 염색은 음성 대조군의 역할을 하였다 (C). 저배율 이미지 (상부 패널) 내의 박스는 고배율 이미지 (하부 패널)의 위치를 나타내며, 이것은 PEDF가 주로 전구 세포의 핵에서 발현된다는 것을 보여준다 (검은색 화살표; (D) 및 (E)). PEDF 발현은 전체 선포에서 가시화되었고 선포 기저에서는 세포질에서 더 강력하게 가시화되었다. (F) PEDF 조직병리학적 점수는 염색 강도, 선포 기저에서의 세포질의 강도, 및 PEDF-양성 세포 핵의 퍼센트를 기반으로 계산되었다. 분석을 위해 3개의 무작위로 선택된 이미지가 각각의 눈꺼풀에서 캡쳐되었다. 대표적인 이미지는 각 군에서 6마리의 상이한 마우스의 6개의 눈꺼풀로부터 얻어진다 (원래의 배율: X400). 젊은 군에 대해 *P <0.05. 척도 막대, 50 μm.
도 3은 29-mer가 노령의 마우스에서 선포 전구 세포 증식을 촉진한다는 것을 나타낸다. DNA 합성을 검출하기 위해서, BrdU가 29-mer 처리 직후 복강으로 주사되었고 24시간에 눈꺼풀이 수확되었다. 정상 조건 하에서 (임의의 처리 없음), 늙은 마우스 (A)는 젊은 마우스 (D)보다 더 적은 BrdU-양성 세포를 나타냈다. 29-mer는 늙은 마우스 (C) 및 젊은 마우스 (F)의 선포 기저에서 BrdU-양성 세포를 증기시키는 한편, DMSO는 효과가 없었다 (B 및 E). 빨간색 파선 원은 중심 도관을 나타낸다. 검은색 화살표는 BrdU-양성 전구 세포를 나타냈다. (G) PEDF 처리 효과는 선포 기저에서의 BrdU-양성 세포에 기초하여 계산되었다. 분석을 위해 3개의 무작위로 선택된 이미지가 각각의 눈꺼풀에서 캡쳐되었다. 대표적인 이미지는 각 군에서 6마리의 상이한 마우스의 6개의 눈꺼풀로부터 얻어진다 (원래의 배율: X400). 대표적인 이미지는 각 군에서 3마리의 상이한 마우스의 3개의 눈꺼풀로부터 얻어진다 (원래의 배율: X400). 젊은 마우스 정상 조건에 대해 #P <0.05, DMSO 또는 18-mer로 처리된 늙은 마우스에 대해 *P <0.05. 젊은 마우스 정상 조건, 또는 비히클 DMSO로 처리된 젊은 마우스에 대해 **P <0.05. 척도 막대, 50 μm.
도 4는 처리 후 5일에 윗눈꺼풀에서의 세포 증식을 나타낸다. 단일 결막하 주사 이후, BrdU가 제0 일 및 제3 일에 복강내로 주사되었다. 그 다음에, 눈꺼풀이 제5 일에 수확되었다. (A) 및 (C)는 각각 늙은 마우스 및 젊은 마우스에 대해 DMSO 처리된 대조군을 나타낸다. (C) 및 (D)는 각각 늙은 마우스 및 젊은 마우스에서 PDSP 처리를 나타낸다. BrdU-양성 세포는 주로 선포 전구 세포였고 (검은색 화살표) 몇몇 마이봄 샘 세포가 BrdU 염색에 대해 양성이었다 (D, 빨간색 화살표). (E) PEDF 처리 효과는 선포 기저에서의 BrdU-양성 세포에 기초하여 계산되었다. 분석을 위해 3개의 무작위로 선택되된 이미지가 각각의 눈꺼풀에서 캡쳐되었다. 대표적인 이미지는 각 군에서 3마리의 상이한 마우스의 3개의 눈꺼풀로부터 얻어진다 (원래의 배율: X400). DMSO로 처리된 늙은 마우스에 대해 *P <0.001. 척도 막대, 50 μm.
도 5는 단일 처리 후 5일에 윗눈꺼풀에서 줄기 세포 마커 p63 발현의 면역 조직 화학 분석을 나타낸다. (A) 및 (B)는 각각 늙은 마우스 및 젊은 마우스에서의 베이스라인 p63 발현을 나타낸다. (C) 및 (D)는 각각 늙은 마우스에서 DMSO 및 PDSP 처리를 나타낸다. 빨간색 파선 원은 중심 도관을 나타냈다. (E) 선포 당 p63-양성 세포의 수가 평가되었다. 대표적인 이미지는 각 군에서 3마리의 상이한 마우스의 3개의 눈꺼풀로부터 얻어진다 (원래의 배율: X400). 분석을 위해 3개의 무작위로 선택되된 이미지가 각각의 눈꺼풀에서 캡쳐되었다. 젊은 마우스에 대해 *P <0.001, DMSO로 처리된 늙은 마우스에 대해 **P <0.001. 척도 막대, 50 μm.
도 6은 29-mer가 노령의 마우스의 눈물막 안정성을 증가시킨다는 것을 나타낸다. 눈물막 파괴 시간 (TBUT) (A) 및 눈물 부피 분비 (B)의 수준은 29-mer 주사 이후 제1 주, 제2 주, 제3 주, 제4 주, 및 제8 주에 대해 나타나있다. 값은 평균 ± SE로 표현된다. 데이터는 각 군에서 6마리의 상이한 마우스의 6개의 눈꺼풀로부터 얻어진다. 하나의 눈꺼풀로부터의 눈물막 파괴 시간의 3회 측정값이 기록되었다. 동시의 비히클 군에 대해 *P <0.05.
도 7은 29-mer가 노령의 마우스의 선포 크기를 증가시킨다는 것을 나타낸다. (A) 왼쪽, 윗눈꺼풀에 대한 홀-마운트(whole-mount) ORO 염색. 오른쪽, MG 면적은 Adobe Photoshop 7.0의 면적 계산 도구를 사용하여 분석되었다. (B)는 Photoshop에 의해 측정된 윗눈꺼풀의 MG 크기의 막대그래프가 픽셀 단위로 제공된다는 것을 나타낸다. 윗눈꺼풀의 냉동 절편은 ORO로 염색되었다. Adobe Photoshop 7.0에 의해 측정된 선포 크기의 막대그래프는 픽셀 단위로 제공되었다. 홀-마운트의 대표적인 이미지는 각 군에서 7마리의 상이한 마우스의 7개의 눈꺼풀로부터 얻어진다. 냉동 절편의 대표적인 이미지는 각 군에서 3마리의 상이한 마우스의 3개의 눈꺼풀로부터 얻어진다. 비히클 군에 대해 *P <0.05.
본 발명의 구체예는 PEDF-유래 짧은 펩타이드 (PDSP)를 사용하여 마이봄 샘 재생을 촉진하기 위한 방법에 관한 것이다. 마이봄 샘은 전분비형 외분비샘이다. 마이봄 샘은 눈꺼풀판 내부에 눈꺼풀의 가장자리에 위치하고 눈에서 눈물막의 증발을 방지하는 유성 물질인 마이봄(meibum)의 공급하는 역할을 한다. 마이봄 샘 기능 장애 (MGD)는 안구 건조 증후군 (또는 안구 건조 질환)의 가장 일반적인 원인이다. MGD는, 특히 눈가를 따라, 안검염(blepharitis)이라고 불리는, 눈꺼풀 염증으로 이어질 수 있다.
정상적인 MG 항상성에서, MG 선포 내의 마이봄 샘 세포는 선포의 주변에서 기저 세포층의 줄기 세포로부터 계속해서 분화된다.4 본원에서, 처음으로, 발명자들은 PEDF 단백질 발현이 주로 선포 기저 세포 (전구 세포)의 핵 및 선포 기저에서는 세포질에서 발현된다는 것을 발견하였다. 노화의 변함에 따라, PEDF 단백질의 발현이 상당히 감소된다.
인간 색소 상피-유래 인자 (PEDF)는 418개의 아미노산을 함유하는 분비된 당단백질이며, 분자량은 약 50 kDa이다. PEDF는 다기능성 단백질이며, 이것은 배양 인간 태아 망막 색소 상피 세포의 조정 배지로부터 처음 확인되고 단리되었다.10 -12 PEDF는 간, 지방 조직, 눈, 심장, 췌장에서 광범위하게 발현되고 성체 조직의 기관 형성 및 항상성 유지에 있어서 근본적인 역할을 한다.12 -14
PEDF의 상이한 모티프(motif)는 상이한 생물학적 활성을 발휘한다. 예를 들어, 44-mer 모티프 (아미노산 위치 Val78-Thr121)는 PEDF의 신경영양 및 유사분열 활성을 결정한다.12 ,15 다른 한편으로, 34-mer 단편 (PEDF의 잔기 44-77)은 항-혈관형성 활성을 갖는 것으로 확인되었다. 발명자들은 44-mer (Val78-Thr121)가 토끼의 각막 윤부(limbus)에서 줄기 세포 증식 및 재생을 유도할 수 있다는 것을 발견하였다.16-18 또한, 더 짧은 펩타이드 29-mer (잔기 Ser93-Thr121)는 근원성 줄기 세포 및 C2C12 근아세포의 증식을 유도한다는 것이 발견되었다.15 본 발명은 MG 선포에서 PEDF 단백질 발현이 노화에 따라 감소한다는 결과를 기반으로 하였다.
본 발명의 발명자들은 예상치 못하게 특정 PEDF-유래 짧은 펩타이드 (PDSP)가 생체 내에서 선포 전구 세포의 증식, 뿐만 아니라 선포 크기 및 눈물막 안정성을 증가시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 이들 PDSP는 마이봄 샘 재생을 촉진할 수 있고 안구 건조 질환을 치료하거나 예방하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 PDSP는 인간 PEDF 잔기 93-121 (93SLGAEQRTESIIHRALYYDLISSPDIHGT121; 서열 번호: 1)에 상응하는 펩타이드 영역을 기반으로 한다. 이 29-mer를 기반으로 하여, 발명자들은 세린-93, 알라닌-96, 글루타민-98, 아이소류신-103, 아이소류신-104, 및 아르기닌-106이, 이들 잔기가 개별적으로 알라닌으로 (또는 알라닌-96에 대해서 글리신으로) 대체될 때, 활성의 상당한 손실로 입증된 바와 같이, 활성에 중요하다는 것을 확인하였다. 그에 반해, 29-mer에서 다른 잔기의 알라닌 (또는 글리신) 대체는 눈에 띄게 활성을 변화시키지 않았으며, 이들 다른 잔기 (즉, 잔기 94, 95, 97, 99-102, 105, 및 107-121)에서 아미노산 치환 (특히, 상동성 아미노산 치환)을 가진 PDSP 변이체가 또한 골관절염(osteoarthritis)을 예방 및/또는 치료하거나, 또는 연골 형성을 유도하는데 사용될 수 있다는 것을 시사한다.
이들 결과는 항통각 효과(antinociceptive effect)를 함유하는 코어 펩타이드가 잔기 93-106 (93SLGAEQRTESIIHR106; 서열 번호: 2)을 포함하는 영역 내에 있다는 것을 나타낸다. 따라서, 항통각 활성을 가진 가장 짧은 PDSP 펩타이드는 14-mer일 수 있다. 당업자는 C 및/또는 N 말단에서 이 코어 펩타이드에 대한 추가적인 아미노산의 추가가 이 활성에 영향을 미치지 않아야 한다는 것을 인정할 것이다. 즉, 본 발명의 PDSP는 인간 PEDF의 잔기 93-106을 포함하는 임의의 펩타이드일 수 있다. 그러므로, 본 발명에 대한 PDSP 펩타이드는 실험에 사용된 29-mer를 포함하여, 14-mer, 15-mer, 16-mer, 등일 수 있다.
나아가, 상기 언급된 바와 같이, 이들 짧은 펩타이드 내에서의 치환은 중요 잔기 (세린-93, 알라닌-96, 글루타민-98, 아이소류신-103, 아이소류신-104, 및 아르기닌-106)가 보존되는 한 활성을 유지할 수 있다. 이에 더하여, 마우스 변이체 (인간 서열과 비교하여 2개의 치환, 히스티딘-98 및 발린-103을 가지는 것들)가 또한 활성이다. 상응하는 마우스 서열은 mo-29mer (SLGAEHRTESVIHRALYYDLITNPDIHST, 서열 번호: 3) 및 mo-14mer (SLGAEHRTESVIHR, 서열 번호: 4)이다. 따라서, 활성 코어에 대한 일반적인 서열은 (93 S-X-X-A-X-Q/H-X-X-X-X-I/V-I-X-R 106, 상기 식에서 X는 임의의 아미노산 잔기를 나타냄; 서열 번호: 5)이다. 본 발명의 구체예와 함께 사용될 수 있는 PDSP 서열의 몇몇 예가 하기 표에 나타나있다 (위치 넘버링은 14mer에서의 위치를 기초로 한다). 이들 예는 제한하는 것을 의미하지 않는다.
본 발명의 PDSP 펩타이드는 화학적으로 합성되거나 단백질/펩타이드 발현 시스템을 사용하여 발현될 수 있다. 이들 PDSP 펩타이드는 골관절염의 예방 및/또는 치료를 위한 제약학적 조성물에서 사용될 수 있다. 제약학적 조성물은 임의의 제약학적으로 허용 가능한 부형제를 포함할 수 있고, 제약학적 조성물은 투여, 예컨대 국부적 도포, 경구 적용, 주사, 등에 적합한 형태로 제제화될 수 있다. 이러한 적용을 위한 다양한 제제는 해당 분야에 공지되어 있고 본 발명의 구체예와 함께 사용될 수 있다.
길이가 29개의 아미노산인 본 발명의 PEDF 유도체, 예를 들어, PDSP 29-mer는 선포 전구 세포의 증식, 뿐만 아니라 지질 생성을 자극하며, 이것은 블랭크(blank)-처리된 마우스와 비교하여, PDSP-처리된 늙은 마우스의 홀 마운트 및 냉동 절편 표본에서 더 많은 수의 p63 양성 기저 세포, 더 많은 오일 레드 오 (ORO) 염색에 의해 입증되었다. 29-mer는 또한 늙은 마우스의 눈물막 안정성을 개선하였다.
본 발명에서 기재된 결과는 PEDF가 분화된 마이봄 샘 세포에서보다 선포 미분화 전구 세포에서 더 높은 발현을 나타낸다는 것을 보여준다. MG에서 PEDF 단백질의 발현이 늙은 마우스에서 감소하였으며, 선포 전구 세포의 세포 주기 및 p63 라벨링이 크게 감소하였다. 다른 결과에서는 맥락막/RPE 복합체 및 피부에서 나이가 증가함에 따라 PEDF 발현의 발현이 감소된 것으로 나타난다. 정상 노화 과정에서 다양한 조직에서의 PEDF 단백질의 감소는 나이-관련 질환에 대해 중요할 수 있다.
발명자들의 연구의 결과는 또한 직접적으로 젊은 마우스 및 늙은 마우스로의 PDSP (예를 들어, 29-mer)의 주사가 24시간에 기저 선포 세포의 증식을 초래한다는 것을 보여준다. 제5 일에, 늙은 마우스는 29-mer와 DMSO 주사 사이에서 세포 증식의 상당한 차이를 나타냈지만, 젊은 마우스는 아니었다. 젊은 마우스에서, 본질적인 PEDF 수준이 늙은 마우스보다 더 높았고, 29-mer를 추가하여 정상 상태(steady-state) PEDF 농도 및 수용체 점유에 도달할 수 있다. 그러므로, 젊은 마우스에서는 상당한 차이가 검출되지 않았다.
마이봄 샘은 전분비형 분화를 가진 변형된 피지샘이다. 피지샘 세포의 분화는 세포에서 향상된 지질 합성 및 축적과 밀접하게 관련이 있다. 발명자들의 연구에서는 PDSP가 선포 전구 세포에 대한 전유사분열 효과를 나타낼 뿐 아니라 선포 분화를 향상시키는 것으로 나타났다. PEDF-매개된 지질 생성에서 신호 전달 경로는 아마도 PPARγ 신호 전달을 수반한다. 따라서, PEDF는 PPARγ 조절을 통해 선포 분화를 촉진할 수 있다.
MGD는 안구 표면에서 전염증성 사이토카인 IL-1α 및 성숙한 IL-1β와 관련이 있는 것으로 나타났다.37 PEDF는 그것의 항염증 활성에 대해 공지되어 있다.12 PEDF는 인간 간세포에서 염증 매개자 c-Jun N-말단 키나제의 활성화를 억제함으로써 IL-1β를 블로킹하는 것으로 입증되었다.40 따라서, PEDF는 안구 표면에서 염증 단백질을 개량하여 MGD 환자의 증상을 개선할 수 있다. 본원에서 나타난 결과는 29-mer가 눈물 분비에 대해서는 효과가 없지만, 증가된 TBUT에 의해 입증된 바와 같이 지질 생성을 증가시키고 눈물막 안정성을 증가시킬 수 있다는 것을 보여준다.
요약하면, 본원에서 보고된 결과는 PEDF 펩타이드 유도체가 선포 전구 세포 증식을 촉진할 수 있다는 것을 나타낸다. 선포 전구 세포 증식의 직접적인 자극과, 생체 내에서 개선된 지질 생성 및 눈물막 안정성은 MGD에 대한 잠재적인 치료법으로서 PEDF 펩타이드 유도체를 시사한다.
본 발명의 구체예는 다음 특정 예로 예시될 것이다. 특정 예에서, 29mer (서열 번호: 1)가 사용된다. 하지만, 다른 PDSP (예를 들어, 14mer, 서열 번호: 2 또는 서열 번호: 3, 등)가 또한 동일한 결과를 달성하는데 사용될 수 있다. 당업자는 이들 예가 단지 예시를 위한 것이며 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 변화 및 변형이 가능하다는 것을 인정할 것이다.
화학물질 및 항체
이 연구에서 사용된 항체는 항-PEDF 항체 (sc-25594, Santa Cruz Biotechnology, CA), BrdU (GTX42641, GeneTex, San Antonio, TX) 및 p63 (mab4135, Millipore, Billerica, MA)였다. 29-mer (Ser93-Thr121) 및 18-mer (Glu97-Ser114; 대조군 펩타이드)를 합성하였고, 안정성을 위해 NH2 밀단의 아세틸화 및 COOH 말단의 아미드화에 의해 변형시켰고, GenScript (Piscataway, NJ)에서 질량 분석법 (>90% 순도)에 의해 특성화하였다.
동물 및 처리
12 내지 15 (12-15) 개월령 C57BL/6 마우스 및 4-8 개월령 C57BL/6 마우스를 사용하였다. 이들 마우스를 24℃±1℃, 상대 습도 60%±10%의 표준 무병원체 환경에서 유지하였다. 모든 과정은 동물 조사에 대해 맥케이 기념 병원 검토 위원회(Mackay Memorial Hospital Review Board)에 의해 승인되었고 안과 시력 연구에서 동물의 사용에 대한 ARVO 성명에 따라 실행되었다. 마우스를 졸레틸 (6mg/kg) 및 자일라진 (3mg/kg)의 혼합물의 복강내 주사에 의해 마취하였다. 임의의 안구 절차 전에는 0.5% 염산 프로파라카인 (Alcaine; Alcon,Fort Worth, TX, USA) 한 방울이 제공된다.
29-mer를 DMSO에서 최종 농도 100 μM로 복원하였다. 90 μl의 포스페이트-완충된 식염수 (PBS)와 혼합된 10 μl의 29-mer의 별도의 용량 (100 μM)을 상부 및 하부 결막 원개(conjunctival fornix)로 주사하였다. 90 μl의 PBS와 혼합된 10 μl의 DMSO는 대조군의 역할을 하였다. 늙은 마우스의 눈물막 파괴 시간 (TBUT) 및 눈물 분비에 대한 29-mer의 효과를 평가하기 위해서, 29-mer의 결막하 주사를 1개월까지 매주 도입한 다음 2개월 동안 후속 조치하였다.
1개월에, 윗눈꺼풀을 홀 마운트 오일 레드 오 (ORO) 염색하였다. 홀 마운트에서 MG 조직의 크기를 컴퓨터-지원형 이미지 분석기 (Adobe Photoshop 7.0)와 함께 색상 범위 선택 및 막대그래프 도구를 사용하여 정량화하고 픽셀 단위로 계산하였다.
눈물막 파괴 시간
장시간 마취 하에서 눈 깜빡임이 없어진 것으로부터 초래된 지질 분비 감소를 방지하기 위해, 눈물막 파괴 시간 (TBUT)19, 20을 마우스를 마취한 직후에 수행하였다. 0.1% 국부적 플루오레세인 (Fluor-I-Strip; Ayerst Laboratories, Philadelphia, PA, USA) 1.5 μL를 안구 표면에 떨어뜨렸다. 3회의 강제적인 깜빡임 후, TBUT를 파란색이 없는 선택 필터(blue-free barrier filter)가 장착된 세극등(slit-lamp) 하에서 1000분의 1초 단위로 기록하였다. 각각의 눈으로부터 3회 측정하였다. TBUT를 처리군에 대해 알지 못하는 한 명의 안과 의사에 의해 표준 환경에서 하루의 유사한 시점 (2-3 PM)에 기록하였다.
눈꺼풀 홀 마운트
털을 제거한 후, 신선한 마우스 눈꺼풀을 수거하고 즉시 4% 파라포름알데하이드로 밤새도록 고정시키고, PBS로 세척하였다.4 스톡 용액 (100 ml의 99% 아이소프로판올 중의 300 mg ORO 분말)을 혼합하여 오일-레드-오 (ORO) 용액을 제조하고 여과시켰다. 눈꺼풀을 15분 동안 60% 2-프로판올에 배치하고, ORO 용액으로 30분 동안 염색한 다음 최적의 지질 염색을 달성하기 위해 60% 2-프로판올로 15-20분 동안 탈색하였다.4 그 다음, 눈꺼풀을 장착하고 현미경을 사용하여 사진을 촬영하였다.
마이보스케일(Meiboscale)
젊은 마우스와 늙은 마우스의 MG를 마이봄 샘 촬영 이미지에 대해 마이보스케일에 따라 등급을 나누었다.21 간략히 말하면, MG 위축증을 손실 면적이 없을 때 등급 0, 손실 면적이 <25%일 때 등급 1, 손실 면적이 25%-50%일 때 등급 2, 손실 면적이 51%-75%일 때 등급 3, 손실 면적이 75%일 때 등급 4로 나타냈다. MG의 점수는 다음과 같고 그것을 분석하였다: 등급 0, 5; 등급 1, 4; 등급 2, 3; 등급 3, 2; 등급 4,1.
지질에 대한 오일 레드 오
눈꺼풀 조직을 OCT에 임베딩하고(embedded) 8 μm의 두께로 절단하였다. 냉동된 절편을 1분 동안 60% 2-프로판올에 배치하고, 여과된 ORO 용액으로 15분 동안 염색하고, PBS로 세척한 다음 헤마톡실린으로 대비염색하였다.4
5-브로모-2'-데옥시유리딘 통합 검정
29-mer 또는 DMSO의 결막하 주사 후, 체중 당 5-브로모-2'데옥시유리딘 (BrdU) 0.1mg/g을 복강내로 주사하였다. 선포 전구 세포의 증식을 평가하기 위해 24시간에 윗눈꺼풀을 수득하였다. 세포의 체세포 분열을 연구하기 위해, 마우스를 3일 동안 매일 BrdU의 복강내 주사에 의해 투여하였고, 윗눈꺼풀을 제5 일에 수득하였다. BrdU의 면역 조직 화학법을 수행하기 전에, 슬라이드를 95℃에서 20분 동안 1 N HCL로 처리하였다.
눈물 부피의 측정
ZONE-QUICK 면사 (Yokota, Tokyo, Japan)를 사용한 페놀 레드 스레드(thread) 눈물 테스트로 눈물의 양을 측정하였다.19 , 20 일반적인 마취 이후에, 아랫눈꺼풀을 살짝 아래로 당기고, 스레드의 1 mm 부분을 외안각(lateral canthus)으로부터의 거리의 1/3 지점에서 안검결막(palpebral conjunctiva)에 배치하였다. 1분 동안 눈을 뜨고 테스트하였다. 스레드의 빨간 부분을 밀리미터 단위로 측정한다.
면역 조직 화학법
앞서 기재되고 변형된 바와 같이 면역 조직 화학법 (IHC)을 수행하였다.22 포르말린-고정되고, 파라핀-임베딩된 마우스 표본을 자일렌에서 탈파라핀화시키고 등급이 나누어진 일련의 농도의 에탄올에서 재수화시켰다. 슬라이드를 60분 동안 10% 염소 혈청으로 블로킹한 다음 BrdU (1:800 희석배수), PEDF (1:50), 또는 p63 (1:200)에 대한 1차 항체와 함께 4℃에서 밤새도록 인큐베이션하였다. 그 이후 슬라이드를 적절한 퍼옥시다제-라벨링된 염소 면역글로불린 (1:500 희석배수; Chemicon, Temecula, CA)과 함께 20분 동안 인큐베이션한 다음 헤마톡실린으로 대비염색하기 전 2분 동안 색원체 기질 (3,3-디아미노벤지딘)과 함께 인큐베이션하였다. Pannoramic 디지털 슬라이드 스캐너 (3Dhistech Ltd. Budapest, Hungary)를 사용하여 캡쳐된 고품질 이미지에 기초하여 정량을 추정하였다.
PEDF 염색 등급 나누기
PEDF 발현을 다음에 따라 등급을 나누었다: (A), 전체 선포의 약한 염색: 0; 전체 선포의 강한 염색: 1; (B), 동일한 선포의 다른 지역보다 기저 세포질에서 더 강한 염색의 경향이 없음: 0; 기저 선포 세포질의 약한 염색, 하지만 다른 지역보다 더 강함: 1; 기저 선포 세포질의 중간 염색, 하지만 다른 지역보다 더 강함: 2; 기저 선포 세포질의 강한 염색, 하지만 다른 지역보다 더 강함: 3; (C), 기저 세포 핵에서 발현 없음: 0, <50%의 기저 세포 핵이 PEDF에 대해 양성으로 염색됨: 1; >50%의 기저 세포 핵이 PEDF에 대해 양성으로 염색됨: 2. (A)+(B)+(C) 점수를 합산하고, 총 점수는 0 내지 6의 범위 내에 있을 수 있다.
통계 분석
결과를 평균 ± SD로 제공하였다. SPSS 버전 18.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 통계 분석에 사용하였다. 만-휘트니 테스트(Mann-Whitney test)를 통계 비교에 사용하였다. P < 0.05의 값을 통계적으로 유의한 것으로 간주하였다.
늙은 마우스에서 MG 위축증
늙은 마우스에서, MG 선포 크기의 감소를 홀 마운트의 ORO 염색에서 발견하였다 (도 1A). 젊은 마우스 및 늙은 마우스의 윗눈꺼풀에서 MG의 점수는 각각 4±0.82, 2.5±0.63이었다 (P = 0.015). 젊은 마우스 및 늙은 마우스의 아랫눈꺼풀에서 MG의 점수는 각각 2.5±0.84, 1.8±0.84였다 (P = 0.006) (도 1B). ORO로 염색된 눈꺼풀의 단면도의 결과는 홀 마운트에 의해 검출된 형태학적 변화와 연관성이 있다 (도 1C). 늙은 마우스에서, ORO로 염색된 냉동 절편에서 중심 도관 주위의 선포 크기 감소를 볼 수 있다. 늙은 마우스의 눈물막 파괴 시간 (TBUT)은 317.36±119.76이었으며, 이것은 젊은 마우스에서의 389.04±49.18보다 훨씬 더 짧다 (P <0.001) (도 1D). 이들 결과는 늙은 마우스가 상당한 MG 위축증 및 눈물막 불안정성을 갖는다는 것을 나타낸다.
늙은 마우스의 MG 선포에서 PEDF 단백질 발현의 감소
전체 선포에서 PEDF 단백질의 분포를 관찰하기 위해, 윗눈꺼풀의 선포의 단면도4를 IHC로 연구하였다. 결과는 PEDF가 전구 세포 또는 전구 세포 근처에서 조기 분화된 마이봄 샘 세포의 핵에서 발현된다는 것을 보여주었다 (도 2A, B, D, 및 E). 또한, PEDF 발현의 강도는 도관 조직 근처의 근위 단부보다 선포 기저의 세포질에서 더 강력했다 (도 2D). 선포 기저 세포질에서 PEDF 단백질이 더 높게 발현되는 경향은 늙은 마우스에서 덜 두드러진다 (도 2E). 늙은 마우스에서, 전구 세포의 핵을 포함한, 선포 조직에서의 PEDF 발현의 강도는 젊은 마우스와 비교하여 크게 감소하였다. 도 2F에서 나타난 PEDF 단백질 발현의 전체 점수는 젊은 마우스와 비교하여 늙은 마우스에서 감소하였다 (3.17±0.83 대 4.72±1.04, P <0.001).
PEDF 펩타이드는 선포 전구 세포의 증식을 촉진한다
MG 선포의 세포 주기의 감소를 노령의 마우스에서 발견하였다.7 MG 선포 크기에 대한 PDSP의 전유사분열 효과를 평가하기 위해서, 마우스를 BrdU로 복강내로 주사하였고 처리 후 24시간에 안락사시켰다. 발명자들은, 24시간에, BrdU-양성 세포가 모두 선포 전구 세포이며, 선포의 기저에 위치한다는 것을 발견하였다. 어떠한 처리 없이도, 젊은 마우스는 늙은 마우스와 비교하여 선포 당 더 많은 BrdU 양성 세포를 갖는다 (도 3A 및 B, 1.44±0.40 대 0.73±0.21, P = 0.001). 비처리군의 증식 속도는 젊은 마우스 또는 늙은 마우스에서 DMSO-처리된 군과 유사하였다 (도 3A, B, D 및 E). 젊은 마우스에서 29-mer 펩타이드는 DMSO와 비교하여 증식하는 세포의 수를 증가시킬 수 있었다 (도 3F, 2.35±0.73 대 1.68±0.71 P =0.041). 또한 DMSO 군과 비교하여 PDSP-처리된 늙은 마우스에서 BrdU-양성 세포의 수가 증가하였다 (도 3C, 1.67±0.58 대 0.74±0.34 세포/선포, P = 0.002). 대조군 펩타이드 18-mer는 늙은 마우스에서 세포 증식에 대해 아무런 효과를 나타내지 않았다 (도 3G, 1.00±0.39, DMSO와 비교하여 p=0.156).
MG 항상성에 대한 영향을 평가하기 위해서, 마우스를 3일 동안 BrdU로 복강내로 주사하였고 제5 일에 안락사시켰다. BrdU 펄스-라벨링 검정은 24시간부터 제5 일까지 세포 증식의 지속적인 증가를 나타냈고, PDSP-처리된 늙은 마우스는 DSMO-처리된 늙은 마우스보다 더 높은 증식을 나타냈다 (도 4A, B, 및 E, 4.29±1.19 대 2.24±0.50, P <0.001). 그에 반해, 제5 일에 PDSP-처리된 마우스와 DMSO-처리된 젊은 마우스 사이에서는 세포 증식의 차이가 없었다 (도 4C 및 D, 6.70±1.35 대 5.78±1.84, P= 0.233). 참고로, 일부 마이봄 샘 세포는 제5 일에 BrdU 염색에 대해 양성이었다 (도 4D). 상기 결과는 선포 전구 세포 증식을 촉진시키는 29-mer가 마이봄 샘 세포의 분화를 완전하게 차단했다는 것을 나타낸다.
발명자들은 마커로서 p63을 사용하여 선포 전구 세포의 수를 추가로 조사하였다.4 p63-발현 세포의 수는 젊은 마우스와 비교하여 노령의 마우스에서 크게 감소하였다 (도 5A 및 B, 6.51±1.48 대 10.21±0.98, P <0.001). 29-mer는 노령의 마우스의 p63-발현 세포의 수를 젊은 마우스와 유사한 수준으로 증가시켰다 (도 5D, 10.98±2.75). 게다가, DMSO는 선포 전구 세포의 증가에 대해 아무런 효과도 나타내지 않았다 (도 5C, 7.06±1.9, 29-mer와 비교하여 P <0.001).
PEDF 펩타이드는 TBUT 및 지질 생성을 개선한다
지질 (마이봄) 형성에 대한 29-mer의 효과를 평가하기 위해서, 29-mer의 결막하 주사를 최대 4주 동안 매주 도입하였다. TBUT 및 페놀 레드 스레드 눈물 분비 테스트를 1, 2, 3, 4 및 8주에 수행하였다 (도 6A). 29-mer 처리된 마우스에서의 TBUT는 제1 주부터 제4 주까지 대조군보다 훨씬 더 길었다. 최대 8주까지 차이가 통계적으로 유의했다. 눈물 분비 테스트는 두 군 사이에서 변함이 없었다 (도 6B). 이들 결과는 증가된 TBUT가 지질층의 개선으로 인한 것임을 시사한다.
발명자들은 MG에 의해 분비된 지질을 추가로 조사하였다. 윗눈꺼풀에서 Mg에 의한 지질 (마이봄) 생산을 ORO로 염색된 눈꺼풀 홀 마운트에 의해 평가하였다. DMSO와 비교하여 MG 선포 크기의 증가는 29-mer 처리 이후 볼 수 있다 (도 7A, 2347530±34986.4 대 1921689±299347.1 픽셀/눈꺼풀, P =0.048). ORO로 염색된 눈꺼풀의 단면도는 PDSP-처리된 마우스에서 분화하는 마이봄 샘 세포의 세포질 내에서 더 많은 전체 ORO 염색을 나타냈다 (도 7B).
상기 예들은 본 발명의 구체예를 예시하기 위해 29-mer를 사용하는 한편, 활성을 가진 코어 펩타이드는 14-mer이다. 상기 언급된 바와 같이, 알라닌 스캐닝은 14-mer에서 필수적인 잔기를 확인하였고 비-필수 잔기에서의 치환은 용인된다. PDSP의 이들 다른 변이체가 또한 본 발명의 구체예와 함께 사용될 수 있다.
발명의 구체예는 제한된 수의 실시예로 예시되었다. 기술분야의 숙련된 사람은 변화 및 수정이 발명의 범주로부터 벗어나지 않으면서 가능한 것을 인정할 것이다. 그러므로, 발명의 범주는 첨부된 청구범위에 의해서만 제한되어야 한다.
SEQUENCE LISTING
<110> BRIM Biotechnology, Inc.
Frank Wen-Chi Lee
<120> APPLICATION OF PEDF-DERIVED SHORT PEPTIDES FOR PROMOTING
MEIBOMIAN GLAND REGENERATION AND USES THEREOF
<130> BMPPD10-MGD
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Claims (5)
- 마이봄 샘 재생을 촉진하거나 안구 건조 증후군을 치료 및/또는 예방하는데 사용하기 위한 제약학적 조성물로서, PEDF-유래 짧은 펩타이드 (PDSP) 또는 PDSP의 변이체를 포함하며, PDSP는 인간 색소 상피-유래 인자 (PEDF)의 잔기 93-106을 포함하고, PDSP의 변이체는 PDSP의 세린-93, 알라닌-96, 글루타민-98, 아이소류신-103, 아이소류신-104, 및 아르기닌 106을 함유하고 다른 위치에서 하나 이상의 아미노산 치환을 함유하고, 잔기 위치 번호는 인간 PEDF에서의 잔기 위치 번호를 토대로 하는, 제약학적 조성물.
- 제1 항에 있어서, PDSP는 S-X-X-A-X-Q/H-X-X-X-X-I/V-I-X-R (서열 번호: 5)의 서열을 포함하는 것을 특징으로 하는 제약학적 조성물.
- 제1항에 있어서, PDSP는 SLGAEQRTESIIHR (서열 번호: 2)의 서열을 포함하는 것을 특징으로 하는 제약학적 조성물.
- 제1 항에 있어서, PDSP는 SLGAEQRTESIIHRALYYDLISSPDIHGT (서열 번호: 1)의 서열을 포함하는 것을 특징으로 하는 제약학적 조성물.
- 제1 항에 있어서, PDSP는 서열 번호: 6 내지 75 중 어느 하나의 서열을 포함하는 것을 특징으로 하는 제약학적 조성물.
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