소식
김용주 교수팀, 퍼즐 럼 딱 맞는 수소결합 짝꿍으로 선천 면역을 강화하는 항암 소재 개발
2024.10.31 Views 373
퍼즐 럼 딱 맞는 수소결합 짝꿍으로
선천 면역을 강화하는 항암 소재 개발
선천 면역을 강화하는 항암 소재 개발
▲(왼쪽부터) 고려대 김용주 교수(교신저자), 한국과학기술연구원 이상희 박사(교신저자), 공동1저자 고려대 박정연 박사과정생,
한국과학기술연구원 강미소 연구원, 한국과학기술연구원 임송현 연구원
□ 고려대학교(총장 김동원) KU-KIST융합대학원/융합에너지공학과 김용주 교수 연구팀과 한국과학기술연구원 이상희 박사 연구팀이 DNA 나선구조의 Watson-Crick 상보 결합에서 착안하여, 자연적 형성과 세포 내 선택적인 분해가 가능한 ‘선천 면역을 강화하는 초분자 항암소재’를 개발했다.
□ 본 연구는 해당 분야의 세계적인 학술지 ‘Chemical Engineering Journal (IF= 13.4, 상위 3.1 %)에 지난 10월 24일 게재됐다.
* 논문명: Assembly of 2’3’-Cyclic Guanosine Monophosphate-Adenosine Monophosphate and Their Spontaneous Intracellcular Diassembly for Enhanced Antitumor Immunity via Natural STING Pathway Activation
* 논문URL: https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.157037
□ 바이러스나 암 염색체 등을 세포가 인식을 하면, cGAS 단백질과 결합해 경고 신호 역할을 하는 고리형 다이뉴클레오타이드 (CDN) 화합물 분자가 만들어진다. CDN 중 cGAMP는 고리형 GMP-AMP의 약자로, 핵산인 구아노신과 아데노신으로 구성되어 있다. cGAMP는 유전세포 내에서 STING 면역반응을 활성화 시켜, 세포의 면역활동을 일어나게 하며, 이를 통해 후천 면역을 담당하는 세포에게 경고 신호를 준다. 특히 STING 경로는 면역 억제성 종양 미세 환경에서 중요한 역할을 한다. 하지만 생체 내 존재하는 다양한 효소들은 cGAMP를 분해해 면역 세포에 도달하지 못하게 한다.
□ 전 세계 많은 연구팀에서 폴리에틸렌 글리콜 (PEG), 지질 나노입자, 금속 나노 입자들을 사용해 cGAMP의 안정적인 세포 내 이입을 유도하기 위한 연구가 활발하지만, cGAMP의 선택적인 약물 전달 캐리어가 아니기 때문에, 선택성이 떨어지고 그에 따른 부작용도 유발할 수 있다.
□ 이를 극복하기 위해 공동연구팀은 cGAMP의 구아노신, 아데노신과 상보적인 수소결합을 할 수 있는 사이토신, 우라실로 구성된 퍼즐과 같은 약물 전달 캐리어(CUH)를 개발했고, cGAMP 선택적인 수소결합이 가능한 초분자 나노입자 (CUH-cGAMP)를 통해 선천 면역 강화를 통한 항암 소재를 개발했다.
□ CUH-cGAMP 초분자 나노 입자는 약 3주간 구형의 구조를 안정적으로 유지하며, 구조적 안정성으로 인해 세포 속으로 높은 효율의 전달성을 갖는다. 세포 내로 침투한 초분자 나노 입자는 세포 내에 자연적으로 존재하는 다른 뉴클레오타이들과의 경쟁적인 수소결합으로 인해 자연스럽게 분해되어, 세포 내에서 선택적으로 STING 경로를 강화 시켜 면역을 증진시켰다. 더불어 개발된 초분자 나노입자는 마우스 모델에서 기존의 cGAMP보다 종양 성장을 억제하는 것을 보였다.
□ 본 연구는 한국과학기술연구원 (KIST), 과학기술정보통신부, 산업통산자원부, 보건복지부가 지원하는 국가신약개발사업, 한국연구재단 기초연구실지원사업, 중견연구자지원사업, 국제협력사업의 지원을 통해 이뤄졌다.
[그림 1] 설명: 선천면역강화 초분자 나노 소재에 대한 모식도
A. 퍼즐 조각 같은 cGAMP 인지 캐리어 (CUH)의 구조와 cGAMP와 수소결합하여 초분자 나노입자 (CUH-cGAMP) 를 형성하는 모식도.
B. 세포 내에서 경쟁적 수소결합으로 인해 초분자마이셀이 분해되는 모식도.
C. 면역시스템을 자극하는 초분자나노입자 (CUH-cGAMP)의 치료 전략 모식도
□ 본 연구는 해당 분야의 세계적인 학술지 ‘Chemical Engineering Journal (IF= 13.4, 상위 3.1 %)에 지난 10월 24일 게재됐다.
* 논문명: Assembly of 2’3’-Cyclic Guanosine Monophosphate-Adenosine Monophosphate and Their Spontaneous Intracellcular Diassembly for Enhanced Antitumor Immunity via Natural STING Pathway Activation
* 논문URL: https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.157037
□ 바이러스나 암 염색체 등을 세포가 인식을 하면, cGAS 단백질과 결합해 경고 신호 역할을 하는 고리형 다이뉴클레오타이드 (CDN) 화합물 분자가 만들어진다. CDN 중 cGAMP는 고리형 GMP-AMP의 약자로, 핵산인 구아노신과 아데노신으로 구성되어 있다. cGAMP는 유전세포 내에서 STING 면역반응을 활성화 시켜, 세포의 면역활동을 일어나게 하며, 이를 통해 후천 면역을 담당하는 세포에게 경고 신호를 준다. 특히 STING 경로는 면역 억제성 종양 미세 환경에서 중요한 역할을 한다. 하지만 생체 내 존재하는 다양한 효소들은 cGAMP를 분해해 면역 세포에 도달하지 못하게 한다.
□ 전 세계 많은 연구팀에서 폴리에틸렌 글리콜 (PEG), 지질 나노입자, 금속 나노 입자들을 사용해 cGAMP의 안정적인 세포 내 이입을 유도하기 위한 연구가 활발하지만, cGAMP의 선택적인 약물 전달 캐리어가 아니기 때문에, 선택성이 떨어지고 그에 따른 부작용도 유발할 수 있다.
□ 이를 극복하기 위해 공동연구팀은 cGAMP의 구아노신, 아데노신과 상보적인 수소결합을 할 수 있는 사이토신, 우라실로 구성된 퍼즐과 같은 약물 전달 캐리어(CUH)를 개발했고, cGAMP 선택적인 수소결합이 가능한 초분자 나노입자 (CUH-cGAMP)를 통해 선천 면역 강화를 통한 항암 소재를 개발했다.
□ CUH-cGAMP 초분자 나노 입자는 약 3주간 구형의 구조를 안정적으로 유지하며, 구조적 안정성으로 인해 세포 속으로 높은 효율의 전달성을 갖는다. 세포 내로 침투한 초분자 나노 입자는 세포 내에 자연적으로 존재하는 다른 뉴클레오타이들과의 경쟁적인 수소결합으로 인해 자연스럽게 분해되어, 세포 내에서 선택적으로 STING 경로를 강화 시켜 면역을 증진시켰다. 더불어 개발된 초분자 나노입자는 마우스 모델에서 기존의 cGAMP보다 종양 성장을 억제하는 것을 보였다.
□ 본 연구는 한국과학기술연구원 (KIST), 과학기술정보통신부, 산업통산자원부, 보건복지부가 지원하는 국가신약개발사업, 한국연구재단 기초연구실지원사업, 중견연구자지원사업, 국제협력사업의 지원을 통해 이뤄졌다.
[그림 1] 설명: 선천면역강화 초분자 나노 소재에 대한 모식도
A. 퍼즐 조각 같은 cGAMP 인지 캐리어 (CUH)의 구조와 cGAMP와 수소결합하여 초분자 나노입자 (CUH-cGAMP) 를 형성하는 모식도.
B. 세포 내에서 경쟁적 수소결합으로 인해 초분자마이셀이 분해되는 모식도.
C. 면역시스템을 자극하는 초분자나노입자 (CUH-cGAMP)의 치료 전략 모식도
