BRCT는 포스포세린(phosphoserine)-결합 도메인으로 DNA 복구, DNA 손상 반응 및 세포주기 조절에 관여하는 단백질에서 발견된다. BRCA1은 BRCT 도메인이 포함된 종양 억제 단백질로 유방과 다른 인체 조직의 세포에서 발현된다. BRCA1의 돌연변이는 유전성 유방암의 50%에서 발견된다. 따라서, 세포막을 투과할 수 있으며, 저분자인 BRCA1 억제제는 유망한 항암제가 될 수 있지만, 현재까지는 개발되지 못했다. 싱가포르 과학자들은 마이크로에러이(microarray)-기반 플랫폼을 이용해서, 최초로 세포막을 투과할 수 있는 단백질-단백질 상호작용(PPI, protein-protein interaction) 억제제를 개발했다고 보고했다. 연구팀이 개발한 물질은 BRCA1의 (BRCT)2 도메인을 타깃으로 하고 있으며, 연구 결과는 독일 응용화학회지인 Angew. Chem. Int. Ed. 에 보고되었다 (2014년 8월 4일자).

인산화에 의존하는 단백질-단백질 상호작용(PPI)은 중요한 세포 신호전달 과정을 조절하며, 키나아제(kinases), 탈인산화 효소 및 수 많은 단백질에 의해 정교하게 조절되고 있다. BRCT는 인산화세린(pSer)에 결합하는 도메인으로, DNA 복구및 손상 반응, 세포 주기 조절 같은 일에 관여한다. BRCA1은 N-말단기에 RING 도메인을 중앙과 C-말단기에는 두 개의 BRCT 도메인이 연결되어 있다. BRCT는 BACH1, abraxas, CtlP와 같은 인산화 단백질과 결합한다. 이들 PPI 복합체들은 DNA 손상과 복구 반응에서 중요한 역할을 한다. BRCA1의 C-말단기가 절단된 암 세포는 DNA 손상-기반 치료법에 민감한 것으로 알려져 있다. 따라서, BRCT 도메인을 타깃으로 한 세포-투과성의 저분자 PPI 억제제는 항암제로 사용할 가능성이 높다고 연구팀은 주장했다. 지금까지 알려진 BRCA1 억제제로는 인산화펩타이드를 이용한 것이 전부이며, 문제는 세포 투과성이 없어서, 세포막을 투과할 수 있는 펩타이드와 연결해야 한다는 점이다.

각 BRCA1 BRCT 도메인은 약 90~100개의 아미노산으로 이루어져 있으며, 중앙에는 네 개의 베타-병풍 구조와 세 개의 알파-나선구조로 되어 있다 (그림). 일반적으로 BRCA1은 약물 개발이 불가능한 단백질로 간주되었다. 또한 저분자의 경우는 크기와 작용기가 제한을 받기 때문에, 거대한 PPI에서 충분한 엔탈피를 제공할 수가 없다고 연구팀은 주장한다. 따라서, 가장 잘 알려진 PPI 억제제들은 펩타이드-기반으로 만들어지지만, 세포 내의 투과성과 안정성이 매우 낮다는 문제가 있다고 연구팀은 지적했다.

(그림) (a) BRCA1 BRCT의 결정 구조. BACH1 펩타이드가 결합되어 있다 (PDB ID:1t29). BACH1 펩타이드 시퀀스는 ISRSTpSPTFNKQ이며, 핵심 잔기는 스틱으로 표시되어 있다. (b) 이번 연구에서는 마이크로어레이-기반으로, 세포-투과 저분자 유사 PPI 억제제를 개발하는데 사용되었다. (c) 연구팀은 15번으로 명명된 화합물이 BRCA1 (BRCT)2 도메인에 결합하고 있음을 도킹 구조로 보여주고 있다. 결합에 중요한 잔기는 빨간색으로 표시되어 있다.

연구팀은 기존 연구에서 빠르게 PPI 억제제를 찾기 위해 저분자 마이크로어레이(microarray, SMM)를 개발했으며, fragment-based 조합 방법을 이용해, 펩타이드-기반 PPI 저해제를 개발한 바 있다고 말한다. 연구팀은 이 기술들을 확대해서, 처음으로 세포를 통과하는 저해제인 15번 화합물을 만들 수 있었다고 말했다. 연구팀은 세포 내외에서 개발된 화합물이 BRCA1(BRCT)2/단백질 상호작용을 분리시킴으로써 세포 내에서 항암 효과를 나타냈다고 보고했다.

연구팀은 화합물 15번의 특성을 향상시킨 비-가수분해성 15a와 전구약물이 15b를 합성할 수 있었으며(그림), 두 화합물 모두 BRCA1-결합하는 세포 내 활동을 억제시킬 수 있는 능력이 있었다고 말한다. 이번에 개발된 약물들은 Olaparib과 Etoposide와 조합해서 사용하면, 종양 세포 내에서 시너지 효과가 있다고 연구팀이 주장했다. 기존의 PPI 기반으로 한 펩타이드 억제제들은 세포막을 투과할 수 없었지만, 이번 연구를 통해 개발된 화합물은 세포막을 투과할 수 있어, 종양 세포를 직접 다룰 수 있다는 것이 연구팀의 설명이다.               

원문 보기 : http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=249706&cont_cd=GT

원문 출처 : http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201405169/pdf

기사 출처 : KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』