영국 과학자들이 N-알킬화된 방향족 올리고 아마이드 나선 모방체 라이브러리를 이용해 세포 내에서도 선택적으로 단백질-단백질 상호작용(PPI)을 저해할 수 있는 나선구조 모방체를 개발했다고 보고했다. 연구팀이 타깃으로 한 PPI는 p53/hDM2이다. 이번 연구 결과는 독일 응용화학지(Angew. Chem.)에 2015년 3월 2일자에 보고되었다.
단백질-단백질 상호작용(PPI)을 억제하는 물질을 개발하는 일은 화학 생물학(chemical biology)과 약물 개발 분야에서 주요 도전 과제들 중 하나이다. 가장 많은 연구가 된 분야는 알파-나선구조를 매개로 한 PPI를 프로테오미메틱(proteomimetics)이라고 불리는 지네릭 화학형을 사용해서 조절하는 것이다. 원리는 PPI 안에서 하나의 파트너로부터 나선구조 모티브에서 발견되는 주요 곁가지 사슬을 재생하는 방식이다.
단백질-단백질 상호작용(PPI)은 모든 생물학적 공정을 매개하므로 질병의 발전과 진행에 활발히 관여한다. 단백질 interactome에는 약 65만 쌍의 PPI상호작용이 있을 것으로 추정하고 있으며, 이들 상호작용을 조절하면 상당한 치료 가능성을 보여주고 있다. 그렇지만, 역사적으로 선택적으로 PPI에 관여하는 표면 위에 결합하는 저 분자(small molecules)를 찾아내는 것은 상당한 도전이었다. 비록 높은 처리량 스크리닝(HTS), 조각-기반(fragment-based) 접근, 컴퓨터를 이용한 리간드 확인과 최적화로 PPI 조절자들을 찾아낼 수 있었지만, 원하는 특정 PPI를 타깃으로 하는 보다 일반화된 접근 방식이 요구되고 있다.
나선구조를 매개로 한 PPI들은 상당한 관심을 받았는데, 이차 구조 모티브가 일반적인 약물 특성(pharmacophore)을 나타내기 때문이다. 구조가 제약된 펩타이드와 나선구조의 특성을 모방하는 리간드(α/β and β-펩타이드)가 성공적이라는 것이 증명되었고, 현재 임상 실험도 진행되고 있다. 저분자를 이용한 접근은 나선구조를 매개로 한 PPI에서 발견되는 핫-스팟(hot-spot)의 공간 및 각도의 프로젝션을 모방하는데 사용되었다. 그런 리간들을 프로테오미메틱, 나선구조 모방체, 지형(topographical) 모방체라고 명명되어 왔다. 기존 연구들이 프로테오미메틱도 생물리 에세이에서 타깃 단백질을 선택적으로 인식할 수 있음을 보여주었다.
이번 연구에서 연구팀은 N-알킬화 방향족 올리고아마이드 프로테오믹스 라이브러리에 대한 생물리 실험과 세포 실험을 수행했다 (그림1). 이번 연구의 목적은 생물리 선택성과 세포 선택성과의 상관 관계를 연구함으로써 약물 타깃을 벗어났을 때의 효과에 대해 조사한 것이다. 엄격하게 말해서 이번 연구는 특정한 PPI 억제제 개발을 하기 위한 것이 아니지만, 이번 연구를 통해서 p53/hDM2와Bcl-2(B-cell lymphoma-2) PPIs 억제제를 발견할 수 있었으며, 항암제 개발로 이어질 가능성을 보인 것이다.
연구팀은 N-알킬화 나선구조 모방체의 라이브러리를 마이크로파를 이용한 고체상 합성 방법으로 합성했으며, 그림 1에 보이는 스크리닝 화합물을 약 4시간 안에 90% 이상의 순도로 합성할 수 있었다고 밝혔다. 모두 77개의 화합물이 포함된 라이브러리가 제작되었으며, HPLC를 이용해 이들 물질들을 정제했다. 연구팀은 p53/hDM2를 모델 타깃으로 선택했고, 모방체는 p53의 Phe19, Trp23, Leu26의 곁가지 사슬의 방향족과 소수성의 특성을 흉내낸 것이다.
연구팀은 여러 실험(HCS,MTT, FA)을 통해서 라이브러리 화합물들이 p53 기능을 효과적으로 모방할 수 있음을 확인했다. 라이브러리 화합물 중에서 64번과 67번 모방체가 가장 효과적이라는 것이 증명되었으며, 세포주 실험에서 IC50이 4 μM 정도가 되었다고 보고했다 (그림 1). 또한 세포 내에서 나선구조 모방체가 p53/hDM2 상호작용을 저해할 수 있는지를 확인했다. 또한 화합물 64번과 67번은 Mcl-1/NOXA-B에 대해 Bcl-XL/BH3 상호작용에 대한 저해보다 강력하고 선택적인 방법으로 작동할 수 있음을 보였다고 보고했다(그림 2). 연구팀은 합성된 모방체가 hDM2와 Mcl-1 모두를 억제할 수 있으므로 항암 화학 요법으로 사용될 수 있을 것이라고 제안했다.
