아밀로이드 베타 올리고머 추적을위한 신약 발견 플랫폼 개발

(왼쪽부터) 고려 대학교 윤대성 교수 (교신 저자), 이동택 (제 1 저자), 광운대 학교 이정훈 교수, 고려 대학교 이규도 교수
(왼쪽부터) 고려 대학교 윤대성 교수 (교신 저자), 이동택 (제 1 저자), 광운대 학교 이정훈 교수, 고려 대학교 이규도 교수

[헬스코리아뉴스 / 박민주] 나노 입자 표면에서 알츠하이머 병을 유발하는 것으로 알려진 아밀로이드 -β (Aβ) 올리고머를 합성하고 분해하는 화합물 또는 바이오 단백질을 신속하게 발견하는 데 도움이되는 새로운 플랫폼이 개발되었습니다.

고려 대학교 윤대성 교수 연구팀은 광운대 학교 이정훈 교수와 공동으로 나노 입자 표면에 단백질 코로나 (나노 입자 표면에 단백질이 응집되어 형성된 응집체) 형태의 아밀로이드 베타 올리고머를 합성했다. , 고려 대학교 이규도 교수, 경희대 학교 황교선 교수. , 올리고머 만 선택적으로 분해하는 화합물을 검색 (스크린) 할 수있는 플랫폼을 개발했습니다.

개발 된 플랫폼을 이용하면 화합물 검색에 필요한 시간을 며칠에서 하루 이내로 단축 할 수 있으며, 고가의 아밀로이드 베타를 기존보다 50 배나 적게 사용하여 탐색이 가능합니다. 연구팀은 이러한 성과가 알츠하이머 치료 후보자의 발견을 촉진 할 것으로 기대하고 있습니다.

현재, 아밀로이드 베타 올리고머는 알츠하이머 병의 주요 원인이지만 순수 올리고머의 합성 및 정제가 어렵고 표지 할 수있는 형광 물질이 없기 때문에이를 표적으로하는 약물 후보 물질을 대량으로 찾기가 어려웠다.

연구팀은 플라즈몬 나노 입자 표면에 단백질 코로나 형태의 순수한 아밀로이드 베타 올리고머만을 코팅하는 데 성공했다. 단백질 코로나가 후보 화합물에 의해 분해되면 나노 입자의 표면이 노출되고 응집으로 인해 흡광도가 변하면 용액이 빨갛게 변하는 원리를 이용하여 신약 발견 플랫폼을 개발했습니다.

① 플라즈몬 나노 입자 : 국소 표면 플라즈몬 공명을 나타내는 금속 나노 입자입니다.
② 국부적 인 표면 플라즈몬 현상 : 금속 나노 입자와 빛이 반응 할 때 발생하는 광학적 특성. 나노 입자의 크기와 구조에 따라 독특한 흡수 특성을 나타냅니다.

이제 형광 물질에 대한 추가 처리 나 추적없이 용액의 색상을 변경하여 올리고머를 선택적으로 분해하는 화합물 또는 바이오 단백질을 선택할 수 있습니다.

연구팀은 실제로 알츠하이머를 완화하는 데 도움이되는 것으로 알려진 6 개의 저분자 화학 물질과 생체 내에서 아밀로이드 베타를 제거하는 2 개의 생체 단백질을 사용하여 플랫폼을 검증했습니다.

본 연구의 결과는 27 일 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 게재되었으며, 중형 연구 사업, 원천 기술 개발 사업, 교육부가 추진하는 4 단계 BK21 사업의 지원을 받아 수행되었다. 과학 기술 정보 통신부와 한국 연구 재단. .

(그림 1) 플라즈몬 나노 입자 아밀로이드 코로나 (PNAC)를 사용한 비색 약물 스크리닝.  (a) PNAC 복합 형성 과정.  (b, c) 형성 과정의 TEM 이미지.  (d) 약물 치료에 따른 아밀로이드 코로나 분해의 Cryo-TEM 이미지.  (e) PNAC를 사용한 비색 약물 스크리닝.  플라즈몬 나노 입자를 기반으로 아밀로이드 베타 (Amyloid-β, Aβ)를 증착하여 단백질 코로나 형태의 플라즈몬 나노 입자 아밀로이드 코로나 (PNAC)를 합성합니다.  이 기술은 나노 입자 응집으로 인한 국소 표면 플라즈몬 공명 (LSPR) 현상을 기반으로 약물 (비색법)의 효능을 정량적으로 평가하는 기술입니다.  고려 대학교 윤대성 / 이동택
(그림 1) 플라즈몬 나노 입자 아밀로이드 코로나 (PNAC)를 사용한 비색 약물 스크리닝.
(a) PNAC 복합 형성 과정.
(b, c) 형성 과정의 TEM 이미지.
(d) 약물 치료에 따른 아밀로이드 코로나 분해 패턴의 Cryo-TEM 이미지.
(e) PNAC를 사용한 비색 약물 스크리닝.

플라즈몬 나노 입자를 기반으로 아밀로이드 베타 (Amyloid-β, Aβ)를 증착하여 단백질 코로나 형태의 플라즈몬 나노 입자 아밀로이드 코로나 (PNAC)를 합성했다.
이 기술은 나노 입자 응집으로 인한 국소 표면 플라즈몬 공명 (LSPR) 현상을 기반으로 용액의 색을 변화시켜 약물의 효능 (비색법)을 정량적으로 평가하는 기술입니다.
사진 및 설명 제공 : 고려 대학교 윤대성 / 이동택

(그림 2) PNAC 표면의 아밀로이드 코로나 형태 분석.  (a, b) 그래 핀-항체 바이오 센서를 이용한 아밀로이드 코로나 조성 검증.  (c) PNAC의 표면 전하 및 크기 분석.  (d) XPS를 사용한 PNAC의 성분 분석.  (e) PNAC 동결 건조 시험 결과 PNAC 표면에 존재하는 아밀로이드 코로나의 형태 학적 특성을 확인하기 위해 그래 핀-항체 바이오 센서를 사용 하였다.  Aβ 특이 6E10 항체, 올리고머 특이 A11 항체, 피 브릴 특이 항체 OC를 통해 아밀로이드 코로나의 형태 학적 특성이 알츠하이머의 주요 원인으로 알려진 Aβ 올리고머로 확인되었습니다.  또한 다양한 생화학 적 검증 방법을 통해 PNAC 표면에 균일 한 아밀로이드 코로나가 형성되었음을 확인 하였다.  사진 및 설명 제공 : 고려 대학교 윤대성 / 이동택
(그림 2) PNAC 표면의 아밀로이드 코로나 형태 분석.
(a, b) 그래 핀-항체 바이오 센서를 이용한 아밀로이드 코로나 조성 검증.
(c) PNAC의 표면 전하 및 크기 분석.
(d) XPS를 사용한 PNAC의 성분 분석.
(e) PNAC 동결 건조 시험 결과

그래 핀-항체 바이오 센서는 PNAC 표면에 존재하는 아밀로이드 코로나의 형태 학적 특성을 결정하는 데 사용되었습니다.
Aβ 특이 6E10 항체, 올리고머 특이 A11 항체, 피 브릴 특이 항체 OC를 통해 아밀로이드 코로나의 형태 학적 특성이 알츠하이머의 주요 원인으로 알려진 Aβ 올리고머로 확인되었습니다.
또한 다양한 생화학 적 검증 방법을 통해 PNAC 표면에 균일 한 아밀로이드 코로나가 형성되었음을 확인 하였다.
사진 및 설명 제공 : 고려 대학교 윤대성 / 이동택

(그림 3) Aβ를 분해 할 수있는 단백질 효소로 알려진 Protease XIV와 Metrix metallopeptidase 9 (MMP-9)를 이용한 Aβ 올리고머 분해 효능의 PNAC 정량 분석을 이용한 다양한 단백질 분해 효소의 Aβ 분해 메커니즘 검증.  특히 MMP-9의 경우 Aβ 조성의 종류 (Aβ (1-42) 또는 Aβ (1-40))에 따라 분해 활성이 현저히 다른 것으로 나타났다. 매우 낮은 농도 (10 fg / ml)에서.) 검출 수준이 가능합니다.  사진 및 사진 설명 제공 : 윤대성 / 이동택
(그림 3) PNAC를 이용한 다양한 단백질 분해 효소의 Aβ 소화 메커니즘 검증

Aβ를 분해 할 수있는 단백질 효소로 알려진 Protease XIV 및 Metrix metallopeptidase 9 (MMP-9)를 사용하여 Aβ 올리고머 분해 효능을 정량적으로 분석했습니다.
특히 MMP-9의 경우 Aβ 조성의 종류 (Aβ (1-42) 또는 Aβ (1-40))에 따라 분해 활성이 현저히 다른 것으로 나타 났으며, 효소 활성은 극히 저농도 (10 fg / ml).) 수준.
사진 및 설명 제공 : 고려 대학교 윤대성 / 이동택

(그림 4) 비색 약물 스크리닝 기술을 이용한 다양한 저분자 물질을 이용한 검증 (ae) EGCG, curcumin, glutathione, rutin, tramiprosate 처리에 따른 PNAC 흡광도 변화, (f) 용량-반응 관계.  매개 변수 (Hillslope, ECG50, Maximal Efficacy)에 따라 모델링 된 각 약물의 분해 효과 정량화 (g), (h) 최대 효능 / EC50으로 표현 된 각 약물의 아밀로이드 분해 효과 PNAC를 사용하여 Aβ의 알츠하이머 정량 분석 알려진 저분자 물질의 올리고머 분해 효과.  이러한 분석 결과를 바탕으로 본 연구팀이 개발 한 약물 스크리닝 플랫폼을 통해 알츠하이머의 주요 원인으로 알려진 Aβ 올리고머를 제거 할 수있는 약물을 발굴 할 수 있음이 확인되었습니다.
(그림 4) 비색 약물 스크리닝 기술을 활용 한 다양한 저분자 물질을 이용한 검증
(ae) EGCG, 커큐민, 글루타티온, 루틴 및 트라 미 프로 세이트 처리에 의한 PNAC의 흡광도 변화
(f) 용량-반응 관계에서 모델링 된 각 약물의 분해 효과의 정량화.
(g) 그에 따른 매개 변수 (Hillslope, ECG50, Maximal Efficacy)
(h) 최대 효능 / EC50으로 표현 된 각 약물의 아밀로이드 분해 효능

PNAC는 알츠하이머 치료에 도움이되는 것으로 알려진 저분자 물질의 Aβ 올리고머 분해 효과를 정량적으로 분석하는 데 사용되었습니다.
분석 결과를 바탕으로 본 연구팀이 개발 한 약물 스크리닝 플랫폼을 통해 알츠하이머의 주요 원인으로 알려진 Aβ 올리고머를 제거 할 수있는 약물을 발굴 할 수 있음을 확인했다.
사진 및 설명 제공 : 고려 대학교 윤대성 / 이동택

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