WO2023136472A1 - Composition for ferroptosis regulation comprising marh6 (marchf6) regulator, and method for same - Google Patents

Composition for ferroptosis regulation comprising marh6 (marchf6) regulator, and method for same Download PDF

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Abstract

The present invention relates to: a composition for ferroptosis regulation, the composition comprising a MARH6 regulator; a method for ferroptosis regulation; and a screening method for screening a substance for ferroptosis regulation, wherein the screening method targets MARH6. The present invention, which is the first invention based on the discovery that MARH6 is involved in ferroptosis regulation, can induce or inhibit ferroptosis by regulating the activity and expression of MARH6. Therefore, the present invention can be diversely used to regulate various physiological and pathological conditions in which ferroptosis is involved, or develop a therapeutic agent for related diseases, wherein the agent targets MARH6 and the ferroptosis mechanism.

Description

MARH6 (MARCHF6) 조절제를 포함하는, 페로토시스 조절용 조성물 및 방법 Composition and method for regulating ferrotosis, including MARH6 (MARCHF6) modulator
본 발명은 MARH6 조절제를 포함하는 페로토시스 조절용 조성물 및 방법, MARH6를 타깃으로 하는 페로토시스 조절용 물질의 스크리닝 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composition and method for regulating ferrotosis containing a MARH6 modulator, and a method for screening a material for regulating ferrotosis targeting MARH6.
세포사멸 방법 중 하나인 페로토시스는 과도한 철 이온에 의한 지질의 과산화반응을 통해 유도된다. 페로토시스는 기본적으로 철 이온, 활성 산소 종, 지질의 과산화, 과산화 지질을 중화하는 시스템 등에 의해 조절되며, 세포 주변의 환경이나 세포 대사의 변화는 페로토시스를 일으키는 신호가 될 수 있다. 최근 연구들을 통해 페로토시스와 여러 질병 사이의 연관성이 밝혀지게 되었는데, 그 질병의 범주가 암 질환, 뇌 질환, 장기 손상, 면역 및 염증 관련 질환 등을 포함할 만큼 페로토시스의 생리학적 및 병리학적 중요성이 떠오르고 있다. Ferrotosis, one of the cell death methods, is induced through lipid peroxidation by excessive iron ions. Ferrotosis is basically regulated by iron ions, reactive oxygen species, lipid peroxidation, and a system that neutralizes lipid peroxidation, and changes in the cell environment or cell metabolism can be signals that cause ferrotosis. Recent studies have revealed the connection between ferrotosis and various diseases. Physiological and pathological aspects of ferrotosis have been revealed to the extent that the categories of the diseases include cancer diseases, brain diseases, organ damage, immune and inflammation-related diseases, etc. importance is emerging.
MARH6(MARCHF6/MARH6/TEB4/RNF176)는 소포체 막에 위치한 E3 유비퀴틴 리가아제 중 하나로, 소포체 막이나 세포질에 있는 단백질 분해에 관여한다. MARH6에 의해 분해되는 표적 단백질로는 MARH6 자체, 콜레스테롤 합성에 관여하는 SM(Squalene monooxygenase), 혈압 조절 단백질인 RGS2(Regulator of G-protein signaling 2), 지질 방울 형성에 관여하는 Plin2(Perilipin 2) 등이 있다. 최근 연구들에서 MARH6와 지질 및 콜레스테롤 대사와의 연관성이 밝혀졌지만, MARH6의 생리학적 역할은 명확하게 규정되지 않은 상태이다.MARH6 (MARCHF6/MARH6/TEB4/RNF176) is one of the E3 ubiquitin ligases located in the endoplasmic reticulum membrane and is involved in protein degradation in the endoplasmic reticulum membrane or cytoplasm. Target proteins degraded by MARH6 include MARH6 itself, squalene monooxygenase (SM) involved in cholesterol synthesis, regulator of G-protein signaling 2 (RGS2), a blood pressure regulator, and Plin2 (Perilipin 2) involved in lipid droplet formation. there is Although recent studies have revealed an association between MARH6 and lipid and cholesterol metabolism, the physiological role of MARH6 has not been clearly defined.
본 발명자들은 최근 다양한 생리, 병리학적 증상과 연관되어 있는 것으로 밝혀진 페로토시스를 조절하기 위한 타깃 및 방법에 관하여 연구하던 중, 그 동안 그 역할이 명확하게 규명되지 않았던 MARH6 가 페로토시스 조절 메커니즘에 관여한다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다. While researching targets and methods for regulating ferrotosis, which have recently been found to be associated with various physiological and pathological symptoms, the present inventors found that MARH6, whose role had not been clearly identified, was involved in the ferrotosis regulatory mechanism. It was confirmed that they were involved and the present invention was completed.
따라서 본 발명은 MARH6 조절제를 포함하는 페로토시스 조절용 조성물 및 이를 이용한 페로토시스 조절방법, MARH6 를 타깃으로 하는 페로토시스 조절 물질의 스크리닝 방법에 관한 것이다. Accordingly, the present invention relates to a ferrotosis regulating composition comprising a MARH6 modulator, a ferrotosis regulating method using the same, and a screening method for a ferrotosis regulating substance targeting MARH6.
따라서 본 발명은 MARH6 활성 또는 발현 저해제를 포함하는 페로토시스 유도용 조성물을 제공한다. Accordingly, the present invention provides a composition for inducing ferrotosis comprising an inhibitor of MARH6 activity or expression.
또한 본 발명은 MARH6 또는 이의 활성화제를 포함하는 페로토시스 억제용 조성물을 제공한다. In addition, the present invention provides a composition for inhibiting ferrotosis comprising MARH6 or an activator thereof.
또한 본 발명은 1) 시료에 페로토시스 조절 후보물질을 처리하는 단계; 2) 후보물질 처리 후 MARH6 의 활성 또는 발현의 변화를 측정하는 단계; 를 포함하는, 페로토시스 조절용 물질의 스크리닝 방법을 제공한다. In addition, the present invention comprises the steps of: 1) processing a candidate material for controlling ferrotosis in a sample; 2) measuring the change in activity or expression of MARH6 after treatment with the candidate substance; It provides a screening method for substances for controlling ferrotosis, comprising a.
또한 본 발명은 생체 외(in vitro)에서 MARH6의 발현 또는 활성을 조절하는 단계; 를 포함하는 세포의 페로토시스를 조절하는 방법을 제공한다. In addition, the present invention comprises the steps of regulating the expression or activity of MARH6 in vitro; It provides a method for controlling ferrotosis of cells comprising a.
또한 본 발명은 개체에 MARH6 활성 또는 발현 저해제를 처리하는 단계; 를 포함하는 페로토시스 유도 방법; 개체에 MARH6 또는 이의 활성화제를 처리하는 단계; 를 포함하는 페로토시스 억제 방법을 제공한다. In addition, the present invention comprises the steps of treating the subject with an inhibitor of MARH6 activity or expression; Ferrotosis induction method comprising a; treating the subject with MARH6 or an activator thereof; It provides a ferrotosis inhibition method comprising a.
본 발명은 페로토시스 조절에 MARH6 가 관여함을 확인한 최초의 발명으로, MARH6 의 활성, 발현 조절을 통해 페로토시스를 유도 또는 억제할 수 있다. 따라서 페로토시스가 관여하는 다양한 생리학적 및 병리학적 상태를 조절하거나, MARH6와 페로토시스 메커니즘을 타깃으로 하여 관련 질환의 치료제를 개발하는데 다양하게 활용될 수 있다. The present invention is the first invention to confirm that MARH6 is involved in ferrotosis regulation, and ferrotosis can be induced or inhibited through the regulation of MARH6 activity and expression. Therefore, it can be used in various ways to control various physiological and pathological conditions involved in ferrotosis or to develop therapeutic agents for related diseases by targeting MARH6 and the ferrotosis mechanism.
도 1의 A 는 48시간 동안 MARH6 siRNA 및 대조군으로 처리한 HeLa 세포에서의 지질 ROS 수준을 3번의 독립 실험을 통해 확인한 결과를 나타낸 도이다. 좌측은 증가된 형광을 나타내는 세포의 비율을 나타낸 도이다. 우측은 C11-BODIPY 를 이용하여 측정된 지질 ROS 정량값의 mean ± SD을 나타낸 도이다 (Two-tailed t-test. p**** < 0.0001). Figure 1A is a diagram showing the results of confirming lipid ROS levels in HeLa cells treated with MARH6 siRNA and control for 48 hours through three independent experiments. The left side is a diagram showing the percentage of cells exhibiting increased fluorescence. The right side is a diagram showing the mean ± SD of lipid ROS quantitative values measured using C11-BODIPY (Two-tailed t -test. p**** < 0.0001).
도 1 의 B 및 C 는 야생형 및 MARH6 KO HeLa 세포(B) 또는 HEK293T 세포(C)에서 erastin (5 μM) 24시간 처리/미처리 후 지질 ROS 수준을 3번의 독립 실험을 통해 확인한 결과를 나타낸 도이다. 좌측은 증가된 형광을 나타내는 세포의 비율을 나타낸 도이다. 우측은 C11-BODIPY 를 이용하여 측정된 지질 ROS 정량값의 mean ± SD을 나타낸 도이다 (one-way ANOVA with Tukey's HSD post-hoc test. **p<0.01 and ****p<0.0001). 1B and C are diagrams showing the results of three independent experiments on lipid ROS levels after treatment/untreatment with erastin (5 μM) for 24 hours in wild-type and MARH6 KO HeLa cells (B) or HEK293T cells (C). . The left side is a diagram showing the percentage of cells exhibiting increased fluorescence. The right side is a diagram showing the mean ± SD of lipid ROS quantitative values measured using C11-BODIPY (one-way ANOVA with Tukey's HSD post-hoc test. **p<0.01 and ****p<0.0001).
도 1D 는 야생형 RSL3 (0.1 μM) 12시간 처리/미처리 후 MARH6 KO HEK293T 세포에서 지질 ROS 수준을 3번의 독립 실험을 통해 확인한 결과를 나타낸 도이다. 좌측은 증가된 형광을 나타내는 세포의 비율을 나타낸 도이다. 우측은 C11-BODIPY 를 이용하여 측정된 지질 ROS 정량값의 mean ± SD을 나타낸 도이다 (one-way ANOVA with Tukey's HSD post-hoc test. **p<0.01 and ****p<0.0001).FIG. 1D is a diagram showing the results of three independent experiments on lipid ROS levels in MARH6 KO HEK293T cells after 12 hours of treatment/untreatment with wild-type RSL3 (0.1 μM). The left side is a diagram showing the percentage of cells exhibiting increased fluorescence. The right side is a diagram showing the mean ± SD of lipid ROS quantitative values measured using C11-BODIPY (one-way ANOVA with Tukey's HSD post-hoc test. **p<0.01 and ****p<0.0001).
도 1 의 E 및 F 는 야생형 및 MARH6 KO A549 세포 (E) 또는 HCT116 세포(F)에서 erastin (5 μM) 24시간 처리/미처리 후 지질 ROS 수준을 3번의 독립실험을 통해 확인한 결과를 나타낸 도이다. 좌측은 증가된 형광을 나타내는 세포의 비율을 나타낸 도이다. 우측은 C11-BODIPY 를 이용하여 측정된 지질 ROS 정량값의 mean ± SD을 나타낸 도이다 (Two-tailed t-test. p** < 0.05, p*** < 0.001, p**** < 0.0001). 1E and F are diagrams showing the results of three independent experiments on lipid ROS levels after treatment/untreatment with erastin (5 μM) for 24 hours in wild-type and MARH6 KO A549 cells (E) or HCT116 cells (F). . The left side is a diagram showing the percentage of cells exhibiting increased fluorescence. The right side is a diagram showing the mean ± SD of lipid ROS quantitative values measured using C11-BODIPY (Two-tailed t -test. p** < 0.05, p*** < 0.001, p**** < 0.0001 ).
도 2는 MARH6-/- 마우스에 페로토시스 유도제인 에라스틴을 처리한 후 유기체 수준의 지질 ROS 축적을 확인한 결과를 나타낸 도이다. 각 결과는 3번 독립 실험의 mean ± SD로 표시하였다(One-way ANOVA with Tukey's HSD post-hoc test: p** < 0.01; p*** < 0.001; p**** < 0.0001).Figure 2 is a diagram showing the result of confirming the accumulation of lipid ROS at the organism level after treating MARH6 -/- mice with the ferrotosis inducer elastin. Each result was expressed as mean ± SD of 3 independent experiments (One-way ANOVA with Tukey's HSD post-hoc test: p** <0.01; p*** <0.001; p**** < 0.0001).
도 3은 야생형, MARH6 KO HeLa, HEK293T, A549, 또는 HCT116 세포에 페로토시스 유도제인 에라스틴 또는 RSL3를 농도별로 처리하고 이에 따른 상대적인 생존능을 확인한 결과를 나타낸 도이다. 3 is a diagram showing the result of confirming the relative viability of wild-type, MARH6 KO HeLa, HEK293T, A549, or HCT116 cells treated with the ferrotosis inducer Erastin or RSL3 at different concentrations.
도 4a는 공백터, MARH63f, 및 MARH63f C9A 를 발현시킨 MARH6 KO HeLa 세포에서 RSL3 및 에라스틴에 대한 민감도를 MARH6 KO HeLa 의 상대적 생존능을 통해 확인한 결과를 나타낸 도이다 (two-tailed t-test. p**** < 0.0001). Figure 4a is a diagram showing the results of confirming the sensitivity to RSL3 and erastin in MARH6 KO HeLa cells expressing blank, MARH63f, and MARH6 3f C9A through the relative viability of MARH6 KO HeLa (two-tailed t -test. p**** < 0.0001).
도 4b는 RSL3 를 mock, DFO, Fer-1, Z-VAD 또는 Nec-1과 함께 MARH6 KO HeLa 또는 MARH6 KO HEK293T 에 처리하고, 상대적인 세포 생존능을 확인한 결과를 나타낸 도이다 (one-way ANOVA with Tukey's HSD post-hoc test. p * < 0.05, p**** < 0.0001). Figure 4b is a diagram showing the results of confirming the relative cell viability after treating RSL3 with mock, DFO, Fer-1, Z-VAD or Nec-1 in MARH6 KO HeLa or MARH6 KO HEK293T (one-way ANOVA with Tukey's HSD post-hoc test. p* < 0.05, p**** < 0.0001).
도 5는 페로토시스 유도제인 에라스틴, RSL3 처리에 따른 MARH6 기질 SM 안정화 효과를 확인한 결과를 나타낸 도이다 (도 5A는 에라스틴 처리군, 도 5B는 RSL3 처리군). FIG. 5 is a view showing the results confirming the effect of stabilizing MARH6 substrate SM according to the treatment of elastin and RSL3, which are ferrotosis inducers (FIG. 5A shows an erastin-treated group, and FIG. 5B shows an RSL3-treated group).
도 6은 MARH6 KO HeLa 세포에서 야생형 대조군 대비 하향 조절된 유전자들 및 그의 기능을 DEG(differentially expressed genes) 를 통해 확인한 결과를 나타낸 도이다. 6 is a diagram showing the results of confirming down-regulated genes and their functions in MARH6 KO HeLa cells compared to wild-type control through DEG (differentially expressed genes).
도 7은 야생형과 MARH6 KO HeLa 세포에서 NADP 또는 NADPH 의 상대적인 양 을 확인한 결과를 나타낸 도이다 (mean ± SD (three biological replicates), Two-tailed t-test. p*** < 0.001). 7 is a diagram showing the results of confirming the relative amount of NADP or NADPH in wild-type and MARH6 KO HeLa cells (mean ± SD (three biological replicates), two-tailed t -test. p*** < 0.001).
도 8은 MARH6의 구조 및 인간을 포함하는 다양한 생물종에서 MARH6 FRR 의 시퀀스 얼라인먼트를 나타낸 도이다. 8 is a diagram showing the structure of MARH6 and the sequence alignment of MARH6 FRR in various species, including humans.
도 9는 MARH6 KO HeLa 세포에 전장 또는 일부 서열이 결실된 MARH6 를 발현시킨 후, 페로토시스 유도제 처리에 따른 세포 생존율을 확인한 결과를 나타낸 도이다(mean ± SD (three independent experiments), One-way ANOVA with Tukey's HSD post-hoc test. p* < 0.05, p**** < 0.0001). 9 is a view showing the results of confirming the cell viability according to the ferrotosis inducer treatment after expressing the full-length or partial sequence-deleted MARH6 in MARH6 KO HeLa cells (mean ± SD (three independent experiments), One-way ANOVA with Tukey's HSD post-hoc test (p* < 0.05, p**** < 0.0001).
도 10은 MARH63f 1-900와 전장 MARH63f 1-910 의 분해 속도를 CHX 추적 분석을 통해 확인하고 이를 정량화한 결과를 나타낸 도이다. 10 is a diagram showing the results of confirming and quantifying the degradation rates of MARH6 3f 1-900 and full-length MARH6 3f 1-910 through CHX tracking analysis.
도 11은 링 도메인과 FRR 도메인의 상호작용 부위를 확인하기 위한 GST-pulldown 어세이 결과를 나타낸 도이다. 11 is a diagram showing the results of a GST-pulldown assay for confirming an interaction site between a ring domain and an FRR domain.
도 12는 링 도메인과 FRR 도메인의 상호작용을 확인하기 위한 in vitro 유비퀴틴화 어세이 수행 결과(a) 및 연결 체인의 종류를 확인한 결과(b)를 나타낸 도이다. 12 is a view showing the result of performing an in vitro ubiquitination assay (a) and the result of confirming the type of linking chain (b) for confirming the interaction between the ring domain and the FRR domain.
도 13은 NADPH 와 FRR 결합을 확인하기 위한 이용한 2',5'-adenosine diphosphate (ADP)-agarose 친화도 크로마토그래피 결과를 나타낸 도이다. 13 is a diagram showing the results of 2',5'-adenosine diphosphate (ADP)-agarose affinity chromatography used to confirm the binding between NADPH and FRR.
도 14는 NADPH를 인식하는 FRR 영역을 매핑하기 위한 2',5'-ADP-agarose 친화도 크로마토그래피 결과 (A), GST 또는 GST-FRR 의 GST 풀다운 어세이 결과(B) 및 NADPH 또는 NADH 존재에 따른 유비퀴틴화 분석 결과 (C) 를 나타낸 도이다. Figure 14 shows the results of 2',5'-ADP-agarose affinity chromatography for mapping the FRR region recognizing NADPH (A), the results of GST pull-down assay of GST or GST-FRR (B), and the presence of NADPH or NADH It is a diagram showing the ubiquitination analysis result (C) according to.
도 15는 야생형 및 MARH6 KO HeLa 또는 A549 세포에서 MARH6 유전자 유무에 따른 페로토시스 조절 단백질 ACSL4(A), ALOX5(B), TfR1(C), p53 (D) 단백질 분해 패턴을 CHX 추적 어세이를 통해 확인한 결과를 나타낸 도이다. Figure 15 shows the proteolysis patterns of ferrotosis regulatory proteins ACSL4 (A), ALOX5 (B), TfR1 (C), and p53 (D) according to the presence or absence of the MARH6 gene in wild-type and MARH6 KO HeLa or A549 cells by CHX tracking assay. This is a diagram showing the results obtained through
도 16은 MARH6 결실에 따른 pro-ferroptosis 단백질 및 항-페로토시스 단백질의 발현 및 분해속도를 확인한 결과를 나타낸 도이다. Figure 16 is a view showing the results of confirming the expression and degradation rate of pro-ferroptosis protein and anti-ferrotosis protein according to MARH6 deletion.
도 17은 에라스틴 처리/미처리 모체로부터 분리된 MARH6-/- 배아 및 야생형의 간 조직; 및 야생형 및 MARH6 KO A549 세포 유래 이종이식 종양에서 pro-ferroptosis 단백질과 항-페로토시스 단백질 발현 변화를 확인한 결과를 나타낸 도이다. Figure 17: liver tissue of MARH6 -/- embryos and wild type isolated from Erastin treated/untreated mothers; and wild-type and MARH6 KO A549 cell-derived xenograft tumors showing pro-ferroptosis protein and anti-ferroptosis protein expression changes.
도 18은 MARH6 KO의 종양 성장 억제 효과를 확인하기 위한 이종이식 실험 모식도 (A) 및 종양 성장 억제효과를 확인한 결과 (B) 를 나타낸 도이다. 18 is a schematic view of xenotransplantation experiment (A) for confirming the tumor growth inhibitory effect of MARH6 KO and a diagram showing the result (B) confirming the tumor growth inhibitory effect.
도 19는 비타민 E 식이에 따른 MARH6-/- 새끼 마우스의 생존율 확인을 위한 교배 모식도(A) 및 생존율을 확인한 결과(B)를 나타낸 도이다. 19 is a diagram showing a mating schematic diagram (A) and a result (B) of confirming the survival rate for confirming the survival rate of MARH6 -/- baby mice according to the vitamin E diet.
도 20은 본 발명에 따른 MARH6의 페로토시스 조절기전을 나타낸 모식도이다. 20 is a schematic diagram showing the ferrotosis regulation mechanism of MARH6 according to the present invention.
본 발명은 MARH6 조절제를 포함하는 페로토시스 조절용 조성물 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a composition and method for regulating ferrotosis including a MARH6 modulator.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 MARH6 활성 또는 발현 저해제를 포함하는 페로토시스 유도용 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to a composition for inducing ferrotosis comprising an inhibitor of MARH6 activity or expression.
또한 본 발명은 MARH6 또는 이의 활성화제를 포함하는 페로토시스 억제용 조성물에 관한 것이다. Also, the present invention relates to a composition for inhibiting ferrotosis comprising MARH6 or an activator thereof.
본 발명에 따르면, MARH6 활성 또는 발현을 저해하는 경우, 페로토시스가 유도되어 페로토시스에 의한 사멸을 유도할 수 있고, 반대로 MARH6 또는 이의 활성화제를 통해 MARH6의 활성을 강화하면, 페로토시스를 억제하여 페로토시스에 의한 사멸로부터 개체를 보호할 수 있다. According to the present invention, when the activity or expression of MARH6 is inhibited, ferrotosis is induced and death by ferrotosis can be induced, and conversely, when the activity of MARH6 is enhanced through MARH6 or an activator thereof, ferrotosis It is possible to protect the individual from death by ferrotosis by inhibiting.
본 발명의 MARH6는 E3 유비퀴틴-단백질 리가아제로 MARH6 유전자에 의하여 암호화되는 효소이다. MARH6는 MARCHF6, MARCH6, TEB4, 또는 RNF176 이라는 이름으로도 알려져 있으며, ER 막에 존재하는 단백질이다. MARH6 는 14개의 막-투과 영역, 세포질로 향한 RING 부위를 함유하는 N-말단과 C-말단 영역을 포함한다(도 8 참조). MARH6 는 다양한 동물에서 발견되고 이들의 C-말단은 특히 척추 동물에서 보존되어 있는 것으로 알려져 있다. 인간 MARH6 (GenBank: AAI36462.1) 는 총 910 개 아미노산으로 이루어져 있다. MARH6 of the present invention is an E3 ubiquitin-protein ligase and is an enzyme encoded by the MARH6 gene. MARH6, also known as MARCHF6, MARCH6, TEB4, or RNF176, is a protein present in the ER membrane. MARH6 contains 14 transmembrane domains, N-terminal and C-terminal domains containing RING sites directed to the cytoplasm (see FIG. 8). MARH6 is found in various animals and its C-terminus is known to be particularly conserved in vertebrates. Human MARH6 (GenBank: AAI36462.1) consists of a total of 910 amino acids.
용어 '페로토시스 (Ferrotosis)' 는 철 매개 지질과산화(iron-mediated lipid peroxidation)에 의한 세포사멸 방식으로, 철이 활성 산소(reactive oxygen species; ROS)와 만나 펜톤 반응(Fenton reaction)이 유도되고, 이를 통해 지질과산화물이 세포 내에 축적되어 세포가 사멸하는 방식이다. 즉, 페로토시스란 철-의존성 세포 사멸로 철 의존적인 활성 산소종의 발생, 지질 과산화의 발생 및 축적에 의해 발생하는 세포 사멸을 지칭할 수 있다. 최근 이러한 페로토시스를 이용한 암세포 사멸 방법에 대한 연구가 보고된 바 있다. The term 'Ferrotosis' is a cell death method by iron-mediated lipid peroxidation, in which iron meets reactive oxygen species (ROS) to induce the Fenton reaction. Through this, lipid peroxides accumulate in the cells and the cells die. That is, ferrotosis is iron-dependent cell death, and may refer to cell death caused by generation and accumulation of iron-dependent reactive oxygen species and lipid peroxidation. Recently, a study on a method of killing cancer cells using such ferrotosis has been reported.
본 발명에 있어서, 페로토시스를 유도할 수 있는 MARH6 활성 또는 발현 저해제는 MARH6 유전자의 mRNA에 상보적으로 결합하는 안티센스 뉴클레오티드, 짧은 헤어핀 RNA(small hairpin RNA, shRNA), 작은 간섭 RNA(small interfering RNA, siRNA), 리보자임(ribozyme), MARH6 단백질에 특이적으로 결합하는 화합물, 펩티드, 펩티드 모방체, 기질 유사체, 앱타머 및 항체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. In the present invention, the MARH6 activity or expression inhibitor capable of inducing ferrotosis is an antisense nucleotide that complementarily binds to the mRNA of the MARH6 gene, short hairpin RNA (shRNA), small interfering RNA , siRNA), ribozymes, compounds that specifically bind to MARH6 protein, peptides, peptide mimetics, substrate analogs, aptamers, and antibodies.
상기 활성 또는 발현 저해제는 MARH6 가 페로토시스 단계에서 수행하는 역할을 억제함으로써, 페로토시스를 더욱 촉진시키는 물질을 말한다. 예컨대 MARH6 활성 또는 발현 저해제는 개체의 페로토시스에 대한 민감도를 증가시켜 페로토시스에 의한 세포 사멸을 촉진시킬 수 있다. The activity or expression inhibitor refers to a substance that further promotes ferrotosis by inhibiting the role that MARH6 plays in the ferrotosis step. For example, MARH6 activity or expression inhibitors can increase the sensitivity of an individual to ferrotosis and promote cell death by ferrotosis.
또한 본 발명의 상기 활성 또는 발현 저해제는 MARH6와 NADPH 의 결합 또는 MARH6 링 도메인과 FRR (Ferroptosis regulatory region) 도메인의 결합을 억제하는 것일 수 있다. MARH6 의 C-말단 꼬리 부위의 페로토시스 조절 영역(Ferroptosis regulatory region, FRR) 영역이 최초로 확인되었으며, NADPH 는 상기 FRR 영역에 결합하여 빠른 유비퀴틴화를 촉진한다. 따라서 페로토시스를 유도하기 위한 목적으로 MARH6의 FRR 영역과 NADPH 의 결합을 억제하는 물질을 MARH6 의 활성 또는 발현 저해제로 사용할 수 있다. 상기 MARH6 링 도메인은 인간 MARH6 (GenBank: AAI36462.1)를 기준으로 MARH6 N 말단의 1 내지 69 아미노산 영역일 수 있으며, 상기 MARH6의 FRR 도메인은 MARH6 의 상기 링 도메인과 결합하는 870-910 영역일 수 있다. FRR 은 RING 도메인에 결합하여 MARH6 의 효소적 RING 을 활성화시키므로, 이들의 결합을 억제하는 물질은 MARH6 활성 또는 발현 저해제로 사용할 수 있다. In addition, the activity or expression inhibitor of the present invention may inhibit the binding of MARH6 and NADPH or the binding of MARH6 ring domain and ferroptosis regulatory region (FRR) domain. The ferroptosis regulatory region (FRR) region of the C-terminal tail of MARH6 was identified for the first time, and NADPH binds to the FRR region to promote rapid ubiquitination. Therefore, for the purpose of inducing ferrotosis, a substance that inhibits the binding between the FRR region of MARH6 and NADPH may be used as an inhibitor of MARH6 activity or expression. The MARH6 ring domain may be a region from 1 to 69 amino acids from the N-terminus of MARH6 based on human MARH6 (GenBank: AAI36462.1), and the FRR domain of MARH6 may be a region 870-910 that binds to the ring domain of MARH6. there is. Since FRR activates enzymatic RING of MARH6 by binding to the RING domain, substances that inhibit their binding can be used as MARH6 activity or expression inhibitors.
본 발명의 MARH6 활성 또는 발현 저해제는 ACSL4, ALOX5, TFR1및 p53로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 프로-페로토시스(pro-ferroptosis) 단백질의 분해를 억제; 또는 SLC7A11 (cystine/glutamate antiporter xCT), GPX4, 및 NRF2 로 이루어진 군에서 선택 1종 이상의 항-페로토시스 인자들의 발현을 하향 조절하는 것일 수 있다. The MARH6 activity or expression inhibitor of the present invention inhibits degradation of one or more pro-ferroptosis proteins selected from the group consisting of ACSL4, ALOX5, TFR1 and p53; Alternatively, it may down-regulate the expression of at least one anti-ferrotosis factor selected from the group consisting of SLC7A11 (cystine/glutamate antiporter xCT), GPX4, and NRF2.
본 발명에서는 MARH6 가 부재한 상황에서 ACSL4, ALOX5 및 TfR1과 squalene monooxygenase SM과 같은 주요 pro-ferroptosis 효과기들이 분해 속도가 감소되어 안정화되어 있음을 확인하였고, 항-페로토시스 단백질인 SLC7A11 (cystine/glutamate antiporter xCT), GPX4, 및 NRF2의 수준은 하향 조절되어 있는 것을 확인하였다. 따라서 MARH6 활성 또는 발현저해제는 pro-ferroptosis의 분해를 억제하거나, 항-페로토시스 인자들의 발현을 하향 조절하는 것일 수 있다. In the present invention, in the absence of MARH6, it was confirmed that major pro-ferroptosis effectors such as ACSL4, ALOX5 and TfR1 and squalene monooxygenase SM were stabilized by reducing the degradation rate, and the anti-ferrotosis protein SLC7A11 (cystine/glutamate It was confirmed that the levels of antiporter xCT), GPX4, and NRF2 were downregulated. Therefore, inhibitors of MARH6 activity or expression may inhibit the degradation of pro-ferroptosis or down-regulate the expression of anti-ferroptosis factors.
또한 본 발명은 MARH6 또는 이의 활성화제를 포함하는 페로토시스 억제용 조성물에 관한 것이다. Also, the present invention relates to a composition for inhibiting ferrotosis comprising MARH6 or an activator thereof.
본 발명에서는 MARH6 가 억제되면 페로토시스가 촉진되는 것을 확인하였을 뿐만 아니라, 반대로 MARH6 가 활성화되면 페로토시스를 억제할 수 있음을 확인하였다. In the present invention, it was confirmed that ferrotosis is promoted when MARH6 is inhibited, and ferrotosis can be inhibited when MARH6 is activated.
본 발명에 있어, MARH6 활성화제는 MARH6 넉아웃으로 인한 MARH6 의 발현을 회복시키거나 또는 세포 내 MARH의 양을 증가시켜 페로토시스를 억제할 수 있는, MARH6 단백질 또는 상기 단백질을 코딩하는 유전자일 수 있다. 상기 MARH6 활성화제는 MARH6 가 가지고 있는 E3 유비퀴닌 리가아제 활성을 촉진하는 것을 제한없이 포함할 수 있고, 특히 NADPH 일 수 있다. 본 발명에서는 MARH6가 NADPH 센싱 페로토시스 조절자로 작용할 수 있음을 확인하였으며, NADPH 가 FRR 도메인에 결합하여, C-말단에 존재하는 FRR 영역이 N-말단에 존재하는 RING 도메인과 결합하는 상호작용을 증가시킬 수 있으며, 이를 통해 빠른 유비퀴틴화를 촉진할 수 있음을 확인하였다. In the present invention, the MARH6 activator may be a MARH6 protein or a gene encoding the protein, which can inhibit ferrotosis by restoring the expression of MARH6 due to MARH6 knockout or increasing the amount of MARH in cells there is. The MARH6 activator may include, without limitation, one that promotes the E3 ubiquinine ligase activity of MARH6, and in particular, may be NADPH. In the present invention, it was confirmed that MARH6 can act as a NADPH sensing ferrotosis regulator, NADPH binds to the FRR domain, and the FRR region present at the C-terminus binds to the RING domain present at the N-terminus. It can be increased, and it was confirmed that rapid ubiquitination can be promoted through this.
한편 본 발명에서는 MARH6 의 페로토시스 메커니즘 연구를 통해, MARH6 의 FRR 영역, FerR( Fer roptosis R epression)) 도메인 및 FerS ( Fer roptosis S timulation) 도메인을 결정하였다. 보다 구체적으로 진화적으로 보전된 척추동물에서, 그리고 특히 인간 MARH6 (GenBank: AAI36462.1) 에서 잔기 870-891 부위가 링과 결합하는 부위임을 확인하여 FerR 도메인임을 확인하였고, 잔기 중 C 말단 10 개 잔기 스트레치인 잔기 901-910 부위가 FerS 도메인에 해당함을 확인하였다. Meanwhile, in the present invention, the FRR region, FerR ( Fer roptosis Repression ) domain, and FerS ( Fer roptosis Stimulation ) domain of MARH6 were determined through the study of the ferrotosis mechanism of MARH6. More specifically, it was confirmed that residues 870-891 in vertebrates that are evolutionarily conserved, and in particular in human MARH6 (GenBank: AAI36462.1), are the sites that bind to the ring, thereby confirming that they are FerR domains, and the C-terminal 10 of the residues It was confirmed that the residue stretch, residues 901-910, corresponds to the FerS domain.
MARH6 넉아웃 모델에서 전장 MARH6 를 과발현시키면 페로토시스 유도제에 의해 유도되는 페로토시스로부터 생존율이 실질적으로 증가하는 것을 확인하였다. 즉, 이는 페로토시스 스트레스로부터 MARH6가 개체를 보호할 수 있음을 보여주는 결과이다. 추가적으로 전장 MARH6 로부터 C-말단의 10개 잔기인 FerS 도메인이 제거된 MARH61-900 을 과발현시키면 전장 MARH6 과발현 실험군과 비교하여 더욱 우수한 페로토시스 유발 세포 사멸 억제 효과가 나타나는 것을 확인하였다. 따라서, MARH6 의 상기 FerS 도메인이 페로토시스 촉진을 매개하는 것을 알 수 있고, 반대로 상기 10개 잔기인 MARH6901-910 영역이 제거된 MARH6가 페로토시스를 억제할 수 있음을 알 수 있다. It was confirmed that the overexpression of full-length MARH6 in the MARH6 knockout model substantially increased the survival rate from ferrotosis induced by a ferrotosis inducer. That is, this is a result showing that MARH6 can protect an individual from ferrotosis stress. Additionally, it was confirmed that over-expression of MARH6 1-900 in which the 10 C-terminal FerS domains were removed from full-length MARH6 showed a more excellent inhibitory effect on ferrotosis-induced cell death compared to the experimental group overexpressing full-length MARH6. Accordingly, it can be seen that the FerS domain of MARH6 mediates ferrotosis promotion, and conversely, it can be seen that MARH6 in which the 10 residues MARH6 901-910 region is removed can inhibit ferrotosis.
따라서, 본 발명에 있어, MARH6는 또는 이의 활성화제는 전장 MARH6 자체 뿐만 아니라, MARH6901-910 의 서열이 제거된 MARH61-900 일 수 있다. Accordingly, in the present invention, MARH6 or its activator may be MARH6 1-900 from which the sequence of MARH6 901-910 has been removed, as well as full-length MARH6 itself.
한편 본 발명에서는 MARH6 가 조절하는 페로토시스가 배아의 발달 및 출생 과정에서 페로토시스 조절에 중요한 역할을 하는 것을 확인하였고, MARH6-/- 마우스가 페로토시스에 대한 민감도가 증가되어 배아 발달 단계에 페로토시스를 겪고 성장이 지연되거나 출생 후 높은 치사율을 보이는 것을 확인하였다. 그러나 이러한 마우스를 임신한 모체에 비타민 E 풍부 식이를 공급하는 경우, 페로토시스로부터 개체를 보호하여 개체의 생존율이 현저하게 상승하는 것을 확인하였다. 따라서, MARH6 가 조절하는 페로토시스 억제 과정에서 비타민 E의 추가 공급이 페로토시스를 억제할 수 있음을 확인할 수 있으며, 본 발명에서는 MARH6 또는 이의 활성화제에 추가적으로 비타민 E 를 더 포함하는 페로토시스 억제용 조성물을 제공한다. On the other hand, in the present invention, it was confirmed that ferrotosis regulated by MARH6 plays an important role in regulating ferrotosis during embryonic development and birth, and that MARH6 -/- mice have increased sensitivity to ferrotosis, leading to an increase in the embryonic development stage. It was confirmed that growth was delayed after undergoing ferrotosis or high mortality after birth. However, when a vitamin E-rich diet was supplied to the pregnant mother of these mice, it was confirmed that the survival rate of the object increased remarkably by protecting the object from ferrotosis. Therefore, it can be confirmed that additional supply of vitamin E can inhibit ferrotosis in the process of inhibiting ferrotosis regulated by MARH6, and in the present invention, ferrotosis further comprising vitamin E in addition to MARH6 or its activator An inhibitory composition is provided.
본 발명에 있어, 페로토시스 억제란, 페로토시스에 의한 세포 사멸을 감소시키고, 페로토시스에 의한 개체 스트레스로부터 개체를 보호하는 모든 보호 행위를 포함한다. In the present invention, inhibition of ferrotosis includes all protective actions that reduce cell death caused by ferrotosis and protect an individual from stress caused by ferrotosis.
또한 본 발명은 개체에 MARH6 활성 또는 발현 저해제를 처리하는 단계; 를 포함하는 페로토시스 유도 방법; 개체에 MARH6 또는 이의 활성화제를 처리하는 단계; 를 포함하는 페로토시스 억제 방법을 제공한다. In addition, the present invention comprises the steps of treating the subject with an inhibitor of MARH6 activity or expression; Ferrotosis induction method comprising a; treating the subject with MARH6 or an activator thereof; It provides a ferrotosis inhibition method comprising a.
또한 본 발명은 생체 외(in vitro)에서 MARH6의 발현 또는 활성을 조절하는 단계; 를 포함하는 세포의 페로토시스를 조절하는 방법을 제공한다. 또한 본 발명에 있어, 조성물은 시약 조성물, 배지 조성물을 제한없이 포함할 수 있다. In addition, the present invention comprises the steps of regulating the expression or activity of MARH6 in vitro; It provides a method for controlling ferrotosis of cells comprising a. In addition, in the present invention, the composition may include a reagent composition and a medium composition without limitation.
상기 개체는 페로토시스를 겪고 있거나, 겪을 가능성이 있는 개체를 모두 제한 없이 포함할 수 있고, 척추동물, 바람직하게는 인간을 포함한 포유류를 포함할 수 있다. The subject may include, without limitation, any subject that has undergone or is likely to undergo ferrotosis, and may include vertebrates, preferably mammals including humans.
상기 페로토시스 억제 및 유도 방법에 관한 설명은 앞서 설명된 조성물에 관한 설명을 모두 동일하게 적용할 수 있다. The description of the ferrotosis inhibition and induction method may equally apply to all of the descriptions of the composition described above.
또한 본 발명은 MARH6 조절과 페로토시스 조절간의 상관 관계를 새롭게 도출하였으므로, 이러한 매커니즘을 기초로한 페로토시스 조절용 물질의 스크리닝 방법을 제공한다. In addition, since the present invention newly derives a correlation between MARH6 regulation and ferrotosis regulation, it provides a screening method for ferrotosis regulation substances based on this mechanism.
보다 구체적으로 본 발명은 1) 시료에 페로토시스 조절 후보물질을 처리하는 단계; 2) 후보물질 처리 후 MARH6 의 활성 또는 발현의 변화를 측정하는 단계; 를 포함하는, 페로토시스 조절용 물질의 스크리닝 방법을 제공한다. More specifically, the present invention comprises the steps of 1) treating a candidate for ferrotosis regulation in a sample; 2) measuring the change in activity or expression of MARH6 after treatment with the candidate substance; It provides a screening method for substances for controlling ferrotosis, comprising a.
본 발명에 있어서, 상기 2) 단계의 MARH6 활성 또는 발현 수준이 증가되면, 상기 후보물질을 페로토시스 억제제로 판정하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 2) 단계의 MARH6 활성 또는 발현 수준이 감소되면, 상기 후보물질을 페로토시스 유도제로 판정하는 단계를 더 포함할 수 있다. In the present invention, when the MARH6 activity or expression level in step 2) increases, the step of determining the candidate substance as a ferrotosis inhibitor may be further included, and the MARH6 activity or expression level in step 2) decreases. If it is, the step of determining the candidate substance as a ferrotosis inducer may be further included.
상기 후보물질은 MARH6 의 발현 또는 활성을 억제, 촉진할 것으로 예상되는 미지의 물질로, 화합물, 단백질, 천연물, 추출물, 유전자 등을 제한없이 포함할 수 있다. The candidate substance is an unknown substance expected to inhibit or promote the expression or activity of MARH6, and may include compounds, proteins, natural products, extracts, genes, and the like without limitation.
상기 MARH6 의 활성 또는 발현 변화의 측정은 당분야에 공지된 방법을 모두 제한없이 사용하여 측정할 수 있고 예컨대 중합효소반응(PCR), 역전사 중합효소반응(RT-PCR), 경쟁적 역전사 중합효소반응(Competitive RT-PCR), 실시간 역전사 중합효소반응(Realtime RT-PCR), RNase 보호분석법(RPA; RNase protection assay), 노던 블랏팅(northern blotting), 또는 DNA 마이크로어레이 분석법 등, 웨스턴 블랏팅(western blotting), ELISA(enzyme linked immunosorbent assay), 방사선면역분석법(Radioimmunoassay), 방사면역 확산법(Radioimmunodiffusion), 오우크테로니(Ouchterlony) 면역 확산법, 로케트(Rocket) 면역전기영동, 조직면역염색, 면역 침전분석법(immunoprecipitation assay), 보체 고정 분석법(complete fixation assay), 유세포분석법(Fluorescence Activated Cell Sorter, FACS) 또는 단백질 칩(protein chip) 분석법 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. Measurement of the activity or expression change of MARH6 can be measured using any method known in the art without limitation, such as polymerase reaction (PCR), reverse transcription polymerase reaction (RT-PCR), competitive reverse transcription polymerase reaction ( Western blotting, such as Competitive RT-PCR), Realtime RT-PCR, RNase protection assay (RPA), northern blotting, or DNA microarray analysis ), ELISA (enzyme linked immunosorbent assay), radioimmunoassay, radioimmunodiffusion, Ouchterlony immunodiffusion method, Rocket immunoelectrophoresis, tissue immunostaining, immunoprecipitation assay ( immunoprecipitation assay), complement fixation assay (complete fixation assay), flow cytometry (Fluorescence Activated Cell Sorter, FACS) or protein chip (protein chip) assay, etc. may be used, but is not limited thereto.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by examples. However, the following examples are only to illustrate the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following examples.
실시예 1. MARH6 넉아웃에 따른 지질 ROS 증가확인Example 1. Confirmation of lipid ROS increase according to MARH6 knockout
페로토시스와 MARH6의 관련성을 확인하기 위하여, HEK293T, HeLA, A549 또는 HCT116 세포를 이용한 실험을 수행하였다. 먼저 siRNA를 이용한 MARH6 넉다운 세포와 대조군에서 지질 과산화 센서 C11-BODIPY581/591 를 이용한 유세포 분석을 통해 지질 ROS 수준을 비교하였다. 또한 페로토시스 유도제 에라스틴(erastin, 시스틴/글루타메이트 항포터 억제제) 또는 RSL3(글루타티온 퍼옥시다제 4(GPX4) 억제제) 를 야생형 또는 MARH6 넉아웃 세포에 처리하고 지질 ROS 수준의 변화를 측정하였다. 그 결과를 도 1에 나타내었다. In order to confirm the relationship between ferrotosis and MARH6, experiments using HEK293T, HeLA, A549 or HCT116 cells were performed. First, lipid ROS levels were compared in MARH6 knockdown cells using siRNA and control cells through flow cytometry using the lipid peroxidation sensor C11-BODIPY 581/591 . In addition, wild-type or MARH6 knockout cells were treated with the ferrotosis inducer erastin (a cystine/glutamate antiporter inhibitor) or RSL3 (a glutathione peroxidase 4 (GPX4) inhibitor), and changes in lipid ROS levels were measured. The results are shown in Figure 1.
도 1에 나타낸 바와 같이, MARH6 넉아웃은 지질 ROS 수준을 증가시켰으며, 이는 야생형과 CRISPR/Cas9 시스템 기반 MARH6 KO HeLa, HEK293T, A549 또는 HCT116 암 세포주의 여러 쌍에서 일관된 결과를 나타내었다. 특히, 페로토시스 유도제 에라스틴(erastin, 시스틴/글루타메이트 항포터 억제제) 또는 RSL3(글루타티온 퍼옥시다제 4(GPX4) 억제제) 로 처리된 MARH6 KO 세포에서 지질 ROS 생산이 증가한 것으로 나타났다. As shown in Figure 1, MARH6 knockout increased lipid ROS levels, consistent with several pairs of wild-type and CRISPR/Cas9 system-based MARH6 KO HeLa, HEK293T, A549 or HCT116 cancer cell lines. In particular, lipid ROS production was shown to be increased in MARH6 KO cells treated with the ferrotosis inducer erastin (a cystine/glutamate antiporter inhibitor) or RSL3 (a glutathione peroxidase 4 (GPX4) inhibitor).
추가적으로 CRISPR/Cas9 시스템을 이용하여 제조된 MARH6-/- 마우스를 이용하여, MARH6가 유기체 수준에서 지질 ROS 축적에 영향을 미치는지 확인하기 위한 실험을 수행하였다. MARH6-/- 마우스는 성장 지연 및/또는 출생 후 높은 치사율을 보였으므로, 옥수수 오일(대조군) 또는 에라스틴 (체중 당 15mg/kg) 을 매일 복강 내로 7일 동안 임신한 쥐에 주사한 후 한배 새끼의 배아 간에서 지질 ROS 생성을 측정하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 지질 ROS의 생성은 지질 과산화의 부산물인 MDA (malondialdehyde)로 평가하였다. Additionally, using MARH6 -/- mice prepared using the CRISPR/Cas9 system, an experiment was performed to confirm whether MARH6 affects lipid ROS accumulation at the organism level. Because MARH6 -/- mice showed growth retardation and/or high postnatal lethality, corn oil (control) or elastin (15 mg/kg per body weight) was injected daily intraperitoneally into pregnant mice for 7 days, followed by littermate littermates. Lipid ROS production was measured in the embryonic liver of , and the results are shown in FIG. 2 . The production of lipid ROS was evaluated by malondialdehyde (MDA), a by-product of lipid peroxidation.
도 2에 나타낸 바와 같이, 옥수수 오일 처리된 E18.5 Marh6-/- 배아 간에서는 Marh6+/+ 또는 Marh6+/- 배아의 간과 비교하여, 상향 조절된 지질 ROS 수준이 확인되었다. 인간 세포주에서와 마찬가지로 에라스틴 투여는 Marh6-/- 배아 간의 지질 ROS 수준을 야생형이나 이형접합군 대비 현저하게 증가시켰다. As shown in Figure 2, upregulated lipid ROS levels were confirmed in the livers of corn oil-treated E18.5 Marh6 -/- embryos compared to livers of Marh6 +/+ or Marh6 +/- embryos. As in human cell lines, administration of erastin markedly increased lipid ROS levels in Marh6 −/− embryos compared to wild-type or heterozygous livers.
실시예 2. MARH6 의 페로토시스 억제능 확인Example 2. Confirmation of ferrotosis inhibitory ability of MARH6
실시예 1을 통해 MARH6 결핍 인간세포주 및 마우스에서 지질 ROS 수준의 증가가 확인되었으므로, 야생형 및 MARH6 KO 세포에서 페로토시스 유도제에 대한 용량-의존적 반응성을 확인하였다. 야생형, MARH6 KO HeLa, HEK293T, A549, 또는 HCT116 세포의 상대적인 생존능을 에라스틴, RSL3 를 24시간 농도별로 처리한 후 확인하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다. Since an increase in lipid ROS levels was confirmed in MARH6 deficient human cell lines and mice through Example 1, dose-dependent responsiveness to ferrotosis inducers was confirmed in wild-type and MARH6 KO cells. The relative viability of wild-type, MARH6 KO HeLa, HEK293T, A549, or HCT116 cells was confirmed after treatment with erastin and RSL3 for 24 hours at each concentration, and the results are shown in FIG. 3 .
도 3에 나타낸 바와 같이, 다양한 MARH6 KO 세포가 페로토시스 유도제인 에라스틴 또는 RSL3 처리에 대한 민감도가 증가되어, 같은 농도에서 더 많은 세포 사멸이 유도되는 것을 확인하였다. As shown in FIG. 3 , it was confirmed that the sensitivity of various MARH6 KO cells to treatment with elastin or RSL3, which is a ferrotosis inducer, was increased, and more apoptosis was induced at the same concentration.
한편 MARH6 KO 세포의 에라스틴 또는 RSL3에 대한 민감도가 촉매적으로 불활성인 MARH63f C9A 돌연변이체에 의해서 개선되지는 여부를 확인하기 위하여 24시간 동안 에라스틴(15 μM), RSL3(0.15 μM) 처리 하에서 공벡터, MARH63f, 및 MARH63f C9A를 발현시킨 MARH6 KO 세포의 생존능을 확인하였다. 그 결과를 도 4a 에 나타내었다. On the other hand, in order to confirm whether the sensitivity of MARH6 KO cells to elastin or RSL3 is improved by the catalytically inactive MARH6 3f C9A mutant, elastin (15 μM) and RSL3 (0.15 μM) were treated for 24 hours. The viability of MARH6 KO cells expressing the empty vector, MARH63f, and MARH6 3f C9A was confirmed. The results are shown in Figure 4a.
도 4a 에 나타낸 바와 같이, 에라스틴 또는 RSL3에 대한 민감도가 촉매적으로 불활성인 MARH63f C9A 돌연변이체에서는 개선되지 않았다. C-말단 삼중 flag-태그된 야생형 MARH63f의 이소성 발현과 달리 MARH63f C9A 돌연변이체에서 개선되지 않는다는 이러한 결과는 MARH6의 E3 Ub 리가아제 활성이 페로토시스 억제에 필요하다는 것을 보여주는 결과이다.As shown in Figure 4a, sensitivity to either erastin or RSL3 was not improved in the catalytically inactive MARH6 3f C9A mutant. Unlike the ectopic expression of the C-terminal triple flag-tagged wild-type MARH6 3f , this result does not improve in the MARH6 3f C9A mutant, indicating that the E3 Ub ligase activity of MARH6 is required for ferrotosis inhibition.
RSL3 0.15 μM과 함께 mock, DFO (100 μM), Fer-1 (5 μM), Z-VAD (20 μM), 또는 Nec-1 (40 μM) 를 MARH6 KO HeLa 세포에 24시간 동안 처리하고 세포 생존율을 확인하였다. 또한 RSL3 0.1 μM를 MARH6 KO HEK293T 세포에 처리하고 동일한 실험을 수행하여 세포 생존율을 확인하였다. 세포 생존율을 확인한 결과를 도 4b에 나타내었다. MARH6 KO HeLa cells were treated with mock, DFO (100 μM), Fer-1 (5 μM), Z-VAD (20 μM), or Nec-1 (40 μM) with RSL3 0.15 μM for 24 hours and cell viability confirmed. In addition, MARH6 KO HEK293T cells were treated with 0.1 μM of RSL3, and cell viability was confirmed by performing the same experiment. The result of confirming the cell viability is shown in FIG. 4B.
도 4b에 나타낸 바와 같이, 페로토시스 유도제 RSL3에 대한 MARH6 KO 세포의 생존율은 DFO (deferoxamine) 또는 Fer-1 (ferrostatin-1) 에 의하여 상당히 회복되었으나, 카스파아제 억제제인 Z-VAD-FMK 에 의해서는 거의 회복되지 않았고, 네크롭토시스 억제제인 네로스타틴-1(Nec-1)에 의해서도 거의 회복되지 않거나 일부만 낮은 정도로 회복되었다. 이러한 결과는 MARH6가 아폽토시스나 네크롭토시스와 같은 다른 세포 사멸 형태가 아니라, 특히 페로토시스 조절과 관련이 있음을 나타내는 결과이다. As shown in Figure 4b, the viability of MARH6 KO cells against the ferrotosis inducer RSL3 was significantly recovered by DFO (deferoxamine) or Fer-1 (ferrostatin-1), but by the caspase inhibitor Z-VAD-FMK was hardly recovered, and even with nerostatin-1 (Nec-1), a necroptosis inhibitor, it was hardly recovered or only partially recovered to a low degree. These results indicate that MARH6 is not related to other forms of cell death such as apoptosis or necroptosis, but is particularly related to ferrotosis regulation.
실시예 3. 페로토시스 유도제에 의한 MARH6 기질의 안정화Example 3. Stabilization of MARH6 substrate by ferrotosis inducer
페로토시스 유도제가 MARH6 기질의 대사 턴오버에 영향을 미치는지 여부를 확인하기 위하여 단백질 분해의 시클로헥시미드(CHX)-추적 분석을 수행하였다. mock, 에라스틴 (5 μM), 또는 RLS3 (0.15 μM) 를 처리하고 HeLa 세포에서 SM 의 CHX 추적분석을 2시간 동안 수행하였고, 그 결과를 도 5에 나타내었다. A cycloheximide (CHX)-tracking assay of proteolysis was performed to determine whether ferrotosis inducers affect the metabolic turnover of MARH6 substrates. After treatment with mock, erastin (5 μM), or RLS3 (0.15 μM), CHX tracking analysis of SM in HeLa cells was performed for 2 hours, and the results are shown in FIG. 5 .
도 5에 나타낸 바와 같이, HeLa 세포에서 에라스틴 또는 RSL3 처리는 degron-bearing MARH6 기질인 내인성 SM 을 강하게 안정화시켰다. As shown in Fig. 5, treatment with erastin or RSL3 in HeLa cells strongly stabilized endogenous SM, a degron-bearing MARH6 substrate.
실시예 4. MARH6의 NADPH 대사 조절 확인 Example 4. Confirmation of NADPH metabolism regulation of MARH6
MARH6의 페로토시스 조절 메커니즘을 확인하기 위해 야생형 및 MARH6 KO HeLa 세포의 전체 게놈 RNA 시퀀싱 분석을 수행하였다. WikiPathways enrichment 를 이용하여 야생형과 MARH6 KO HeLa 세포에서 DEG(differentially expressed genes) 를 확인하고 이들의 기능을 분석하였으며, MARH6 KO HeLa 세포에서 하향 조절된 유전자들 중 우선 순위에 있는 유전자들을 확인하였고, 그 결과를 도 6 및 도 7에 나타내었다. Whole genome RNA sequencing analysis of wild-type and MARH6 KO HeLa cells was performed to confirm the mechanism of MARH6 regulating fertility. Using WikiPathways enrichment, DEGs (differentially expressed genes) were identified in wild-type and MARH6 KO HeLa cells and their functions were analyzed, and genes in priority among downregulated genes in MARH6 KO HeLa cells were identified. is shown in Figures 6 and 7.
도 6에 나타낸 바와 같이, MARH6가 NAD(P), 스테롤, 비타민 대사, 조절된 괴사, 염증 등과 관련이 있음을 확인하였고, 특히 NAD(P) 생산과의 관련성에 대한 중요성을 시사하였다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 야생형과 MARH6 KO HeLa 세포에서 NADP 또는 NADPH의 상대적 양을 확인한 결과 MARH6 KO HeLa 세포에서 해당 대사 산물들이 유의하게 하향 조절되어 있음을 확인하였다. As shown in FIG. 6 , it was confirmed that MARH6 is related to NAD(P), sterols, vitamin metabolism, regulated necrosis, inflammation, etc., suggesting the importance of its relationship with NAD(P) production in particular. As shown in Figure 7, as a result of confirming the relative amount of NADP or NADPH in wild-type and MARH6 KO HeLa cells, it was confirmed that the corresponding metabolites were significantly down-regulated in MARH6 KO HeLa cells.
실시예 5. MARH6 기질 분해에 대한 페로토시스 조절 영역 (FRR) EXAMPLE 5. MARH6 Ferrotosis Regulatory Region (FRR) for Substrate Degradation
MARH6의 구조 및 인간을 포함하는 다양한 생물종에서 MARH6 FRR 의 시퀀스 얼라인먼트를 도 8에 나타내었다. The structure of MARH6 and the sequence alignment of MARH6 FRR in various species including humans are shown in FIG. 8 .
도 8에 나타낸 바와 같이, MARH6는 N 말단에는 E3 활성을 담당하는 링도메인이 존재하고 C-말단에는 페로토시스 조절에 중요한 FRR 이 위치한다. 인간 MARH6는 고도로 보존된 CTE(잔기 877~892) 및 상대적으로 덜 보존된 C-말단 꼬리를 갖는 페로토시스 조절 영역 (Ferroptosis regulatory region, FRR)을 포함한다. As shown in FIG. 8, MARH6 has a ring domain responsible for E3 activity at the N-terminus and FRR, which is important for ferrotosis regulation, is located at the C-terminus. Human MARH6 contains a highly conserved CTE (residues 877-892) and a Ferroptosis regulatory region (FRR) with a relatively less conserved C-terminal tail.
MARH6 매개 페로토시스 억제에서 FRR의 역할을 조사하기 위해 MARH6 넉아웃 HeLa 세포에 전장 MARH63f 1-910, FRR 결실 (MARH63f 1-869) 및 MARH63f 1-900(마지막 10개 C-말단 잔기 결실)를 벡터를 통해 발현시키고, 페로토시스 유도제인 에라스틴 15 μM 또는 RSL3 0.15 μM를 처리하여 생존율을 확인한 결과를 도 9에 나타내었다. 또한 MARH6 KO HeLa 세포에서 전장 및 MARH63f 1-900 의 CHX 추적 분석을 수행하였고, 이들을 정량화하여 분해속도를 확인하고 그 결과를 도 10에 나타내었다. To investigate the role of FRR in MARH6-mediated fertility inhibition, MARH6 knockout HeLa cells were transfected with full length MARH6 3f 1-910, FRR deletion (MARH6 3f 1-869) and MARH6 3f 1-900 (last 10 C-terminal residues). deletion) was expressed through a vector, and the survival rate was confirmed by treatment with 15 μM of erastin or 0.15 μM of RSL3, which is a ferrotosis inducer, and the results are shown in FIG. 9 . In addition, CHX tracking analysis of full-length and MARH6 3f 1-900 was performed in MARH6 KO HeLa cells, and the degradation rate was confirmed by quantifying them, and the results are shown in FIG. 10 .
도 9에 나타낸 바와 같이, 전장인 MARH63f 1-910의 과발현은 에라스틴 또는 RSL3으로 처리된 MARH6 KO HeLa 세포의 생존율을 실질적으로 증가시킨 반면, MARH63f 1-869의 경우 세포 생존율에 영향을 주지 않는 것을 확인하였다. 한편 예상외로 MARH63f 1-900의 과발현은 전장인 MARH63f 1-910보다 MARH6 KO HeLa 세포에서 페로토시스 유도제에 의해 유발된 세포 사멸을 더 효율적으로 억제하는 것을 확인하였다. As shown in Figure 9, overexpression of full-length MARH6 3f 1-910 substantially increased the viability of MARH6 KO HeLa cells treated with Elastin or RSL3, whereas MARH6 3f 1-869 had no effect on cell viability. confirmed that it is not. On the other hand, it was unexpectedly confirmed that the overexpression of MARH6 3f 1-900 more efficiently inhibited cell death induced by ferrotosis inducers in MARH6 KO HeLa cells than the full-length MARH6 3f 1-910.
또한, 도 10에 나타낸 바와 같이 MARH63f 1-900은 MARH63f 1-910보다 훨씬 빠르게 분해되었다. 이러한 결과는 C-말단 10개 잔기가 MARH6 활성을 억제함으로써 잠재적으로 페로토시스 촉진을 매개함을 보여주는 결과이다. Also, as shown in FIG. 10, MARH6 3f 1-900 was decomposed much faster than MARH6 3f 1-910. These results show that the C-terminal 10 residues potentially mediate ferrotosis promotion by inhibiting MARH6 activity.
추가적으로 GST-pulldown 어세이를 수행하여 MARH6 활성 조절의 메커니즘을 분석하였다. GST, GST-MARH6870-910, GST-MARH6870-900, GST-MARH6870-891, 또는 GST-MARH6892-910 (각 30 μg)와 RINGha (2 μg) 를 이용하여 GST pulldown 어세이를 수행하였고, MARH6 의 특이적인 상호작용을 확인하였으며, 그 결과를 도 11에 나타내었다. Additionally, a GST-pulldown assay was performed to analyze the mechanism of MARH6 activity regulation. Perform GST pulldown assay using GST, GST-MARH6 870-910 , GST-MARH6 870-900 , GST-MARH6 870-891 , or GST-MARH6 892-910 (30 μg each) and RINGha (2 μg) and confirmed the specific interaction of MARH6, and the results are shown in FIG. 11.
도 11에 나타낸 바와 같이, N 말단 링 함유 단편 (잔기1-91) 이 C 말단 FRR(잔기 870-910)과 특이적으로 상호작용을 하는 것을 확인하였고, C-말단 ha-표지된 RINGha(MARH6 ha 1-71)이 GST-MARH6 870-910, GST-MARH6 870-900 및 GST에 직접 결합하나, GST 및 GST-MARH6 892-910 에는 결합하지 않는 것을 확인하였으며, 이를 통해 RING 결합 영역으로 FRR 내 870-891 잔기를 도출하였다. 즉, 링도메인이 FRR 도메인과 직접적으로 결합하는 것을 확인하였으며, FRR 도메인 (MARH6 870-910) 내에서도 특히 MARH6 970-891 부분이 링 도메인과의 결합에 결정적으로 작용함을 확인하였다. As shown in FIG. 11, it was confirmed that the N-terminal ring-containing fragment (residues 1-91) specifically interacted with the C-terminal FRR (residues 870-910), and the C-terminal ha -labeled RING ha ( MARH6 ha 1-71) directly binds to GST-MARH6 870-910, GST-MARH6 870-900 and GST, but does not bind to GST and GST-MARH6 892-910. Residues 870-891 were derived. That is, it was confirmed that the ring domain directly binds to the FRR domain, and even within the FRR domain (MARH6 870-910), it was confirmed that, in particular, the MARH6 970-891 portion plays a decisive role in binding to the ring domain.
GST-MARH6870-900 및 GST-MARH6870-891 의 RINGha 에 대한 결합은 GST-MARH6 870-910에 대한 결합과 비교하여 뚜렷하게 강한 결합을 나타내었고, 마지막 C 말단 10개 잔기 스트레치의 강화는 FRR-RING 상호작용을 억제하였다. 이러한 결과는 앞서 확인한 MARH63f 1-900 의 빠른 분해와 일치하는 결과이다. 그러므로 매우 진화적으로 보전된 (특히 척추동물에서) RING-결합/CTE-절편(잔기 870-891) 함유 및 C 말단 10잔기 스트레치 (잔기 901-910)들은, 여기에서 FerR( Fer roptosis R epression)) 도메인 및 FerS ( Fer roptosis S timulation) 도메인을 각각 지칭하여, 이들의 MARH6 활성화를 통한 페로토시스 조절에서의 rheostatic 역할을 반영하였다. 링 도메인과 FRR 도메인의 상호작용을 확인하기 위하여 RINGha-FRR (0.5 μM) 및 Ub, Lys을 포함하지 않는 Ub 돌연변이인인 K0-Ub (25 μM), 단일 Lys을 포함하는 Ub 돌연변이인 K6, K11, K27, K29, K33, K48, K63-Ub를 이용한 유비퀴틴화 어세이 및 항-Ub 면역블랏을 수행하였다. 그 결과를 도 12에 나타내었다. The binding of GST-MARH6 870-900 and GST-MARH6 870-891 to RING ha showed distinctly stronger binding compared to the binding to GST-MARH6 870-910 , and the enhancement of the last C-terminal 10-residue stretch showed FRR -RING interaction was inhibited. These results are consistent with the rapid degradation of MARH6 3f 1-900 previously identified. Therefore, the highly evolutionarily conserved (particularly in vertebrates) RING-linked/CTE-segment (residues 870-891) containing and C-terminal 10-residue stretch (residues 901-910), here ferroptosis expression ( FerR ) ) domain and FerS ( Ferroptosis Stimulation ) domain, respectively, reflecting their rheostatic role in ferrotosis regulation through MARH6 activation. To confirm the interaction between the ring domain and the FRR domain, RINGha-FRR (0.5 μM) and K0-Ub (25 μM), a Ub mutant that does not contain Ub and Lys, and Ub mutants K6 and K11 that contain a single Lys , K27, K29, K33, K48, K63-Ub ubiquitination assay and anti-Ub immunoblot were performed. The results are shown in FIG. 12 .
도 12의 a에 나타낸 바와 같이, 정제된 선형의 RINGha-FRR 융합체는 긴 폴리-Ub 체인 형성을 His6-UBE2J2ΔTM 및/또는 His6-UBE2G2 존재 하에서 강하게 촉진한 반면, RINGha는 오직 짧은 Ub 체인만을 생산하였다. 이를 통해 링도메인과 FRR 도메인의 상호작용이 링 도메인의 활성을 높이는데 기여하는 것을 확인하였다. FRR 이 MARH6 의 효소적 RING을 활성화시키고, 이를 통해 E3 리가아제가 Ub-charged E2로부터 free Ub, 단백질에 부착되지 않은 Ub 체인 또는 단백질에 부착된 Ub 체인으로 Ub를 전달하는 것을 촉진시킬 수 있으며 도 12b 에 나타낸 바와 같이, 체인의 종류는 대부분 K48 연결로 이루어져 있음을 확인하였다. As shown in Fig. 12a, the purified linear RING ha -FRR fusion strongly promoted the formation of long poly-Ub chains in the presence of His6-UBE2J2 ΔTM and/or His6-UBE2G2, whereas RING ha only produced short Ub chains. only produced. Through this, it was confirmed that the interaction between the ring domain and the FRR domain contributes to increasing the activity of the ring domain. FRR activates the enzymatic RING of MARH6, which can promote the transfer of Ub by E3 ligase from Ub-charged E2 to free Ub, unattached Ub chains, or Ub chains attached to proteins. As shown in Fig. 12b, it was confirmed that most of the chains consisted of K48 connections.
실시예 6. NADPH 의 FRR에 대한 직접적인 결합Example 6. Direct binding of NADPH to FRR
FRR이 NADPH 와 직접적으로 상호작용하는지 여부를 확인하기 위하여, 전장 MARH6 3f 1-910 또는 FRR-lacking MARH63f 1-869 를 발현하는 HeLa 세포 추출물을 이용한 2',5'-adenosine diphosphate (ADP)-agarose 친화도 크로마토그래피를 수행하였고, 그 결과를 도 13에 나타내었다. 안정한 NADP(H) analog 2',5'-ADP 는 NADPH-결합 단백질을 확인하는데 일반적으로 사용된다. To confirm whether FRR directly interacts with NADPH, 2', 5' -adenosine diphosphate (ADP) - Agarose affinity chromatography was performed, and the results are shown in FIG. 13 . The stable NADP(H) analog 2',5'-ADP is commonly used to identify NADPH-binding proteins.
도 13에 나타낸 바와 같이, 2',5'-ADP-agarose 친화도 크로마토그래피는 2',5'-ADP가 MARH63f 1-910에는 결합하지만, MARH63f 1-869에는 결합하지 않는 것을 나타내었다. 이러한 결과는 FRR이 MARH6 활성 조절을 위한 NADP(H)의 결합 부위일 가능성을 나타낸다. 또한 정제된 GST-FRR 융합체가 직접적으로 2',5'-ADP-agarose에 결합한 반면, GST 단독은 이에 결합하지 않았다. 특히 GST-FRR의 2',5'-ADP 에 대한 결합은 1mM NADPH의 경쟁적인 처리에 의하여 사라졌지만, 동일 농도의 NADP+ 처리에서는 부분적으로 유지되었다. 이러한 결과는 FRR 이 NADP+ 보다 NADPH에 대한 결합을 더 선호하는 것을 보여주는 결과이다. As shown in FIG. 13, 2',5'-ADP-agarose affinity chromatography showed that 2',5'-ADP binds to MARH6 3f 1-910, but not to MARH6 3f 1-869. . These results indicate the possibility that FRR is a binding site for NADP(H) for regulating MARH6 activity. In addition, the purified GST-FRR fusion directly bound to 2',5'-ADP-agarose, whereas GST alone did not bind to it. In particular, the binding of GST-FRR to 2',5'-ADP was abolished by competitive treatment with 1 mM NADPH, but was partially maintained by treatment with the same concentration of NADP+. These results show that FRR prefers binding to NADPH rather than NADP+.
실시예 7. NADPH 의 FRR-RING 상호작용 및 연속적인 MARH6 활성 증가 효과 확인Example 7. FRR-RING interaction of NADPH and confirmation of continuous MARH6 activity increasing effect
NADPH를 인식하는 FRR 영역을 매핑하기 위해 다음과 같은 정제된 GST-FRR 유도체를 사용하여 2',5'-ADP-agarose 친화도 크로마토그래피를 추가로 수행하였다: GST-MARH6 870-910, GST-MARH6 870-900, GST- MARH6 870-891 및 GST-MARH6 892-910. 또한 FRR-RINGha 상호작용에 미치는 NADPH 및 NADH 의 영향을 확인하기 위하여, mock, NADPH, 또는 NADH (각 0.1 mM)과 RINGha (2 μg) 의 존재하에서 GST 또는 GST-FRR (각 40 μg) 의 GST 풀다운 어세이를 수행하였다. To map the FRR region recognizing NADPH, 2',5'-ADP-agarose affinity chromatography was further performed using the following purified GST-FRR derivatives: GST-MARH6 870-910, GST- MARH6 870-900, GST-MARH6 870-891 and GST-MARH6 892-910. In addition, to confirm the effect of NADPH and NADH on FRR-RING ha interaction, GST or GST-FRR (40 μg each) in the presence of mock, NADPH, or NADH (0.1 mM each) and RINGha (2 μg) A GST pull-down assay was performed.
도 14A에 나타낸 바와 같이, 2',5'-ADP는 GST-MARH6 870-910 및 GST-MARH6 870-900에 결합하지만 GST-MARH6 870-891 및 GST-MARH6 892-910에는 결합하지 않음을 확인하였다. 이는 FRR 도메인 (MARH6 870-900) 서열이 NADPH와의 결합을 담당하는 것을 나타낸다. 이를 통해 NADPH와 RING은 FRR에 대해 중첩 결합하는 것을 확인하였다. 또한 도 14B 에 나타낸 바와 같이, GST 풀다운 분석을 통해 NADPH가 있는 경우에는 FRR-RINGha 상호작용이 상당히 증가했지만 NADH에서는 그렇지 않은 것을 확인하였다. As shown in Figure 14A, it was confirmed that 2',5'-ADP binds to GST-MARH6 870-910 and GST-MARH6 870-900, but not to GST-MARH6 870-891 and GST-MARH6 892-910. did This indicates that the FRR domain (MARH6 870-900) sequence is responsible for binding to NADPH. Through this, it was confirmed that NADPH and RING overlap with FRR. In addition, as shown in Figure 14B, it was confirmed through GST pull-down analysis that the FRR-RING ha interaction significantly increased in the presence of NADPH, but not in NADH.
도 14C 의 시험관내 유비퀴틴화 분석 결과 역시, MARH63f-His6UBE2J2DTM/His6UBE2G2 매개 폴리유비퀴틸화가 NADPH의 존재에 의해 현저하게 향상되었지만 NADH의 존재에 의해 향상되지 않았다는 결과를 나타내었다. 이러한 결과는 NADPH 의 존재가 MARH6 의 활성을 높일 수 있음을 보여주는 결과이다. The in vitro ubiquitination assay in FIG. 14C also showed that MARH63f-His6UBE2J2DTM/His6UBE2G2 mediated polyubiquitylation was significantly enhanced by the presence of NADPH but not by the presence of NADH. These results show that the presence of NADPH can increase the activity of MARH6.
실시예 8. MARH6의 페로토시스 효과기 조절 확인 Example 8. Confirmation of ferrotosis effector regulation of MARH6
MARH6이 세포 사멸에 대응하기 위해 특정 페로토시스 조절자의 metabolic turnover를 조절하는지에 대한 실험을 수행하였다. 야생형 및 MARH6 KO HeLa 또는 A549 세포에서 이들의 분해 패턴을 모니터링하여 이전에 알려진 페로토시스 관련 단백질의 하위 집합을 조사하였다. 보다 구체적으로 MARH6가 페로토시스 조절 단백질인 ACSL4(acyl-CoA synthetase long-chain family member 4), ALOX5(arachidonate 5- lipoxygenase 5) 및 TfR1(transferrin receptor 1), p53 분해에 관여하는지 확인하기 위해 CHX 추적 어세이를 수행하였다. MARH6 유전자가 부재한 상황에서 ACSL4, ALOX5, TFR1, p53 단백질의 분해 속도를 함께 확인하고, 그 결과를 도 15 및 도 16에 나타내었다. An experiment was performed to see whether MARH6 regulates the metabolic turnover of specific ferrotosis regulators in response to apoptosis. A subset of previously known ferrotosis-related proteins was investigated by monitoring their degradation patterns in wild-type and MARH6 KO HeLa or A549 cells. More specifically, CHX was used to determine whether MARH6 is involved in the degradation of acyl-CoA synthetase long-chain family member 4 (ACSL4), arachidonate 5-lipoxygenase 5 (ALOX5), transferrin receptor 1 (TfR1), and p53, which are proteins that regulate fertility. A follow-up assay was performed. In the absence of the MARH6 gene, the degradation rates of ACSL4, ALOX5, TFR1, and p53 proteins were also confirmed, and the results are shown in FIGS. 15 and 16 .
도 15에 나타낸 바와 같이, ACSL4, ALOX5 및 TfR1 같은 주요 pro-ferroptosis 효과기들이 MARH6 KO 과 같은 MARH6의 부재하에서는 현저하게 또는 식별가능할 정도로 안정화되어 단백질 분해 속도가 현저하게 감소하는 것을 확인하였다. As shown in FIG. 15, major pro-ferroptosis effectors, such as ACSL4, ALOX5, and TfR1, were significantly or identifiablely stabilized in the absence of MARH6, such as MARH6 KO, and it was confirmed that the rate of protein degradation was remarkably reduced.
또한 도 16에 나타낸 바와 같이, MARH6 결실은 pro-ferroptosis 단백질을 효과적으로 안정화시켰으며, 현저하거나 검출가능할 정도로 핵심 항-페로토시스 단백질인 SLC7A11 (cystine/glutamate antiporter xCT), GPX4, 및 NRF2의 수준을 하향 조절한다는 것을 또한 확인하였다. 이들 중에서 SLC7A11 하향 조절이 가장 현저하게 나타났다.In addition, as shown in FIG. 16, MARH6 deletion effectively stabilized pro-ferroptosis proteins and significantly or detectably lowered the levels of key anti-ferrotosis proteins, SLC7A11 (cystine/glutamate antiporter xCT), GPX4, and NRF2. It was also confirmed that downregulation. Among them, SLC7A11 downregulation was most prominent.
상기와 같은 결과를 통해, 페로토시스 유도자가 NADPH 결핍 및 연속적인 MARH6 불활성화를 통해 pro-페로토시스 단백질을 안정화시킬 수 있다는 가능성을 확인하였다. Through the above results, it was confirmed that the ferrotosis inducer can stabilize the pro-ferrotosis protein through NADPH depletion and continuous MARH6 inactivation.
생리학적 조건 하에서 MARH6의 페로토시스 인자 조절 효과를 확인하기 위하여, 에라스틴을 처리하거나 하지 않은 모체로부터 분리한 Marh6-/- 배아 및 야생형의 간 조직에서 p53, SLC7A11, SM 및 4-HNE(lipid peroxidation marker 4-hydroxynonenal) 의 수준을 측정하였다. 또한, 야생형 및 MARH6 KO A549 세포 유래 이종이식 종양에서도 동일 인자들의 발현양 변화를 확인하였으며, 그 결과를 도 17에 나타내었다. To confirm the effect of MARH6 on regulating ferrotosis factors under physiological conditions, p53, SLC7A11, SM and 4-HNE (lipid The level of peroxidation marker 4-hydroxynonenal) was measured. In addition, changes in the expression level of the same factors were confirmed in wild-type and MARH6 KO A549 cell-derived xenograft tumors, and the results are shown in FIG. 17 .
도 17에 나타낸 바와 같이, pro- 페로토시스 인자인 p53, SM 및 4-HNE 수준은 Marh6-/- 마우스에서 야생형과 비교하여 증가한 반면, SLC7A11 수준은 크게 감소하였다. 이러한 결과는 야생형 및 MARH6 KO A549 세포 유래 이종이식 종양에서도 유사하게 나타났다. As shown in FIG. 17, the levels of pro- ferrotesis factors p53, SM and 4-HNE were increased in Marh6 -/- mice compared to the wild type, whereas the level of SLC7A11 was greatly decreased. These results were similar in wild-type and MARH6 KO A549 cell-derived xenograft tumors.
상기와 같은 결과를 종합하면, MARH6가 NADPH 를 감지하여 페로토시스 조절에 관여하는 단백질이고, NADPH 는 MARH6의 FRR 도메인에 직접적으로 결합하여 링 도메인의 활성을 높여주고, MARH6가 pro-ferroptosis 단백질인 ACSL4, ALOX5, TFR1, p53 를 분해하여 페로토시스를 억제할 수 있음을 확인하였다. Summarizing the above results, MARH6 is a protein involved in ferrotosis regulation by sensing NADPH, NADPH directly binds to the FRR domain of MARH6 to increase the activity of the ring domain, and MARH6 is a pro-ferroptosis protein. ACSL4, ALOX5, TFR1, and p53 were degraded to confirm that ferrotosis could be inhibited.
실시예 9. MARH6의 페로토시스 조절을 통한 항암 활성 확인 Example 9. Confirmation of anticancer activity through ferrotosis regulation of MARH6
MARH6가 페로토시스 조절인자가 될 수 있음을 확인하였으므로, MARH6가 암세포에서의 페로토시스 조절을 통해 종양의 성장을 조절할 수 있는지 확인하기 위한 실험을 수행하였다. Since it was confirmed that MARH6 can be a ferrotosis regulator, an experiment was performed to determine whether MARH6 can regulate tumor growth through ferrotosis control in cancer cells.
먼저 MARH6의 제거가 종양의 형성에 영향을 미치는지 확인하기 위하여 야생형 및 MARH6 KO A549 폐암세포를 이용한 이종이식 실험을 수행하였다. 이종 이식 초반에는 Fer-1 을 주사하여 페로토시스에 의한 영향을 최소화하였고, 이후에는 Fer-1 를 중단하여 페로토시스에 의한 영향을 확인하였다. 매 4일 간격으로 종양의 부피를 측정하였고, 야생형 암과 MARH6 유전자가 제거된 암의 생장 속도를 확인한 결과를 도 18에 나타내었다. First, xenograft experiments using wild-type and MARH6 KO A549 lung cancer cells were performed to confirm whether the removal of MARH6 had an effect on tumor formation. At the beginning of the xenotransplantation, Fer-1 was injected to minimize the effect of ferrotosis, and then Fer-1 was discontinued to confirm the effect of ferrotosis. The volume of the tumor was measured every 4 days, and the results of confirming the growth rates of the wild-type cancer and the cancer from which the MARH6 gene was removed are shown in FIG. 18 .
도 18에 나타낸 바와 같이, 이종이식실험 결과는 종양의 크기가 야생형 세포와 비교하여 MARH6 KO 세포에서 현저하게 감소하였음을 나타내었다. 도 18B 에서 확인할 수 있는 바와 같이, Fer-1 이 주사된 40일 시점까지는 종양 크기의 차이가 없었으나, 페로토시스 억제제인 Fer-1 의 주사를 중단한 40일 시점부터 MARH6 KO A549 세포를 이식한 마우스에서는 종양의 크기가 현저하게 저해되었음을 확인하였다. As shown in Figure 18, the xenograft test results showed that the tumor size was significantly reduced in MARH6 KO cells compared to wild-type cells. As can be seen in Figure 18B, there was no difference in tumor size until 40 days after Fer-1 was injected, but MARH6 KO A549 cells were transplanted from 40 days after injection of Fer-1, a ferrotosis inhibitor, was stopped. In one mouse, it was confirmed that the tumor size was significantly inhibited.
이러한 결과는 암세포의 MARH6 억제를 통해, 암세포의 페로토시스를 유도하여 암의 생장 속도를 억제할 수 있음을 보여주는 결과이다. These results show that the growth rate of cancer can be inhibited by inducing ferrotosis of cancer cells through inhibition of MARH6 in cancer cells.
실시예 10. MARH6의 페로토시스 조절에 따른 생존률 확인 Example 10. Confirmation of survival rate according to ferrotosis regulation of MARH6
MARH6-/- 마우스는 배아 발달 단계에 페로토시스를 겪고, 성장 지연 및/또는 출생 후 높은 치사율을 보이는 것을 확인하였다. 한편 친유성 항산화제인 비타민 E 를 식이 첨가하면 Gpx4-/- 마우스에서 페로토시스 표현형이 억제됨이 알려져 있다. It was confirmed that MARH6 -/- mice undergo ferrotosis during embryonic development, exhibit growth retardation and/or high mortality after birth. On the other hand, it is known that the addition of vitamin E, a lipophilic antioxidant, to the diet inhibits the fertosis phenotype in Gpx4 -/- mice.
본 발명의 MARH6-/- 에 의하여 페로토시스가 유도된 마우스에서도 비타민 E 를 식이에 첨가하면 페로토시스 표현형이 억제되고 생존율이 증가될 수 있는지 확인하였다. MARH6+/- 와 MARH6+/- 를 교배하고 임신중인 모체에 19일차까지 정상 수준 (45mg/kg food) 및 고용량 (567mg/kg food) 비타민 E 식이를 공급하였다. 그 후 야생형과 MARH6+/- 마우스 및 MARH6-/- 마우스의 생존율을 확인하였다. 실험 모식도 및 생존율 측정 결과를 도 19에 나타내었다. In mice whose ferrotosis was induced by MARH6 -/- of the present invention, it was confirmed whether the ferrotosis phenotype could be suppressed and the survival rate increased if vitamin E was added to the diet. MARH6 +/- and MARH6 +/- were mated, and pregnant mothers were fed normal (45 mg/kg food) and high-dose (567 mg/kg food) vitamin E diets until the 19th day. After that, the survival rate of wild type, MARH6 +/- mice and MARH6 -/- mice was confirmed. A schematic diagram of the experiment and the results of measuring the survival rate are shown in FIG. 19 .
도 19에 나타낸 바와 같이, 비타민 E를 풍부하게 공급한 모체에서는 MARH6 유전자를 가지고 있지 않은 새끼 쥐가 태어날 수 있음 (12%) 을 확인하였다. 반면 정상 수준의 비타민 E 를 공급한 모체에서는 페로토시스 스트레스로 인하여 MARH6-/- 유전자형의 새끼가 거의 태어나지 못함을 확인하였다. 이러한 결과는 MARH6 가 배아의 발달 및 출생 과정에서 페로토시스 조절에 중요한 역할을 할 수 있음을 나타낸다. As shown in FIG. 19, it was confirmed that baby mice without the MARH6 gene could be born (12%) in mothers who were abundantly supplied with vitamin E. On the other hand, it was confirmed that in mothers supplied with normal levels of vitamin E, offspring of the MARH6 -/- genotype were hardly born due to ferrotosis stress. These results indicate that MARH6 may play an important role in regulating fertility during embryonic development and birth.

Claims (17)

  1. MARH6 활성 또는 발현 저해제를 포함하는 페로토시스 유도용 조성물. A composition for inducing ferrotosis comprising an inhibitor of MARH6 activity or expression.
  2. 제1항에 있어서, 상기 MARH6 활성 또는 발현 저해제는 MARH6 유전자의 mRNA에 상보적으로 결합하는 안티센스 뉴클레오티드, 짧은 헤어핀 RNA(small hairpin RNA, shRNA), 작은 간섭 RNA(small interfering RNA, siRNA), 리보자임(ribozyme), MARH6 단백질에 특이적으로 결합하는 화합물, 펩티드, 펩티드 모방체, 기질 유사체, 앱타머 및 항체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인, 페로토시스 유도용 조성물. The method of claim 1, wherein the MARH6 activity or expression inhibitor is an antisense nucleotide that complementarily binds to the mRNA of the MARH6 gene, short hairpin RNA (small hairpin RNA, shRNA), small interfering RNA (small interfering RNA, siRNA), ribozyme (ribozyme), a compound that specifically binds to MARH6 protein, a peptide, a peptide mimetic, a substrate analog, at least one member selected from the group consisting of an aptamer and an antibody, a composition for inducing ferrotosis.
  3. 제1항에 있어서, 상기 MARH6 활성 또는 발현 저해제는 페로토시스에 대한 민감도를 증가시키는 것인, 페로토시스 유도용 조성물. The composition for inducing ferrotosis according to claim 1, wherein the MARH6 activity or expression inhibitor increases sensitivity to ferrotosis.
  4. 제1항에 있어서, 상기 MARH6 활성 또는 발현 저해제는 MARH6와 NADPH 의 결합 또는 MARH6 링 도메인과 FRR (Ferroptosis regulatory region) 도메인의 결합을 억제하는 것인, 페로토시스 유도용 조성물. The composition for inducing ferrotosis according to claim 1, wherein the MARH6 activity or expression inhibitor inhibits the binding of MARH6 and NADPH or the binding of MARH6 ring domain and FRR (ferroptosis regulatory region) domain.
  5. 제1항에 있어서, 상기 MARH6 활성 또는 발현 저해제는 ACSL4, ALOX5, TFR1및 p53로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 프로-페로토시스(pro-ferroptosis) 단백질의 분해를 억제; 또는The method of claim 1, wherein the MARH6 activity or expression inhibitor is selected from the group consisting of ACSL4, ALOX5, TFR1 and p53 - inhibits degradation of pro-ferroptosis proteins; or
    SLC7A11 (cystine/glutamate antiporter xCT), GPX4, 및 NRF2 로 이루어진 군에서 선택 1종 이상의 항-페로토시스 인자들의 발현을 하향 조절하는 것인, 페로토시스 유도용 조성물. SLC7A11 (cystine / glutamate antiporter xCT), GPX4, and one or more selected from the group consisting of NRF2 - to down-regulate the expression of ferrotosis factors, ferrotosis induction composition.
  6. MARH6 또는 이의 활성화제를 포함하는 페로토시스 억제용 조성물. A composition for inhibiting ferrotosis comprising MARH6 or an activator thereof.
  7. 제6항에 있어서, 상기 MARH6 또는 이의 활성화제는 MARH6 단백질 또는 상기 단백질을 코딩하는 유전자인, 페로토시스 억제용 조성물. The composition for inhibiting ferrotosis according to claim 6, wherein the MARH6 or its activator is a MARH6 protein or a gene encoding the protein.
  8. 제6항에 있어서, 상기 MARH6 활성화제는 MARH6의 E3 유비퀴틴 리가아제 활성을 촉진하는 것인, 페로토시스 억제용 조성물. The composition for inhibiting ferrotosis according to claim 6, wherein the MARH6 activator promotes the E3 ubiquitin ligase activity of MARH6.
  9. 제6항에 있어서, 상기 MARH6는 전장 MARH6 또는 MARH61-900인 페로토시스 억제용 조성물. The composition for inhibiting ferrotosis according to claim 6, wherein the MARH6 is full-length MARH6 or MARH6 1-900 .
  10. 제6항에 있어서, 상기 MARH6 활성화제는 NADPH 인, 페로토시스 억제용 조성물. The composition for inhibiting ferrotosis according to claim 6, wherein the MARH6 activator is NADPH.
  11. 제6항에 있어서, 비타민 E 를 더 포함하는 것인, 페로토시스 억제용 조성물.The composition for inhibiting ferrotosis according to claim 6, further comprising vitamin E.
  12. 1) 시료에 페로토시스 조절 후보물질을 처리하는 단계; 1) treating the sample with a ferrotosis-regulating candidate;
    2) 후보물질 처리 후 MARH6 의 활성 또는 발현의 변화를 측정하는 단계; 를 포함하는, 페로토시스 조절용 물질의 스크리닝 방법. 2) measuring the change in activity or expression of MARH6 after treatment with the candidate substance; Comprising, the screening method of the material for controlling ferrotosis.
  13. 제12항에 있어서, According to claim 12,
    3) 상기 2) 단계의 MARH6 활성 또는 발현 수준이 증가되면, 상기 후보물질을 페로토시스 억제제로 판정하는 단계; 를 더 포함하는 스크리닝 방법. 3) if the MARH6 activity or expression level in step 2) is increased, determining the candidate substance as a ferrotosis inhibitor; A screening method further comprising a.
  14. 제12항에 있어서, According to claim 12,
    3) 상기 2) 단계의 MARH6 활성 또는 발현 수준이 감소되면, 상기 후보물질을 페로토시스 유도제로 판정하는 단계; 를 더 포함하는 스크리닝 방법. 3) if the MARH6 activity or expression level in step 2) is reduced, determining the candidate substance as a ferrotosis inducer; A screening method further comprising a.
  15. 생체 외(in vitro)에서 MARH6의 발현 또는 활성을 조절하는 단계; 를 포함하는 세포의 페로토시스를 조절하는 방법. Regulating the expression or activity of MARH6 in vitro; A method for regulating ferrotosis of cells comprising a.
  16. MARH6 활성 또는 발현 저해제를 이를 필요로 하는 개체에 투여하는 단계; 를 포함하는 페로토시스 유도 방법.administering an inhibitor of MARH6 activity or expression to a subject in need thereof; Ferrotosis induction method comprising a.
  17. MARH6 또는 이의 활성화제를 이를 필요로 하는 개체에 투여하는 단계; 를 포함하는 페로토시스 억제 방법.administering MARH6 or an activator thereof to a subject in need thereof; Ferrotosis inhibition method comprising a.
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