파지 디스플레이 방법을 이용한 Protein Tyrosine Phosphatase-1B (PTP-1B)에 효과적인 펩타이드 저해제 탐색

Abstract

[한글]

단백질 인산화 효소(protein tyrosine kinases, PTK)와 단백질 탈 인산화 효소(protein tyrosine phosphatases , PTP)에 의한 가역적 인산화 반응의 조절은 인슐린 신호전달을 비롯한 다양한 세포 내 신호전달 과정에서 중요한 역할을 한다. PTP는 다양한 기질들을 탈 인산화 시킬 수 있는 기질 특이성이 낮은 효소로 알려져 왔으나, 최근 여러 가지 PTP 유전자의 적출 연구에 따르면, 다양한 PTP가 각각 생체 내 기질 특이성이 있음을 시사하고 있다. 특히, PTP-1B 유전자를 적출시킨 생쥐의 경우 인슐린 감수성과 비만에 대한 저항성이 증가된다는 것이 보고됨으로써 PTP-1B가 실제로 인슐린의 기능을 조절하는데 핵심적인 역할을 하고 있다는 것이 판명되었다. 이러한 연구결과는 PTP-1B 저해제 개발에 대한 연구의 필요성을 뒷받침해주고 있다.본 연구는 이러한 연구적 배경을 바탕으로 파지 디스플레이 방법을 이용하여 PTP-1B에 효과적인 펩타이드 저해제를 발굴하고자 하였다. 우선, PTP-1B에 선택적으로 결합하는 파지들을 추출하여 각 파지 클론들의 DNA 서열을 분석한 후, 서로 다른 파지 클론들 중에서 PTP-1B 효소 활성을 저해하는 펩타이드 저해제를 찾고자 효소 활성 저해 실험을 수행하였다. PTP-1B에 선택적으로 결합하는 파지 클론들 중에서 PTP-1B에 대한 저해 양상을 보이는 파지 클론의 아미노산 서열을 바탕으로 4개의 펩타이드, WRQ7 (WRQTRKD), TAP7 (TAPPNKL), LRT7 (LRTNSTL) 그리고 ATK7 (ATKTRRP),를 합성하였다. 다음으로 이 펩타이드들의 PTP-1B 효소 활성에 대한 저해 양상을 살펴보았다. 저해 양상 실험을 한 결과 TAP7 펩타이드가 비교적 강하게 PTP-1B를 저해하는 것으로 관찰되었으며, WRQ7, LRT7, 그리고 ATK7 등의 펩타이드는 거의 PTP-1B의 효소활성을 저해하지 않는 것으로 나타났다. 본 연구결과, TAP7 펩타이드는 PTP-1B에 대한 선택적인 저해제로서의 가능성을 확인하였으며, 앞으로 TAP7 펩타이드 서열을 체계적으로 바꾸는 작업을 통하여 PTP-1B에 대한 좀더 강력하고 선택적인 저해제를 개발할 수 있을 것으로 기대한다.

[영문]The reversible protein tyrosine phosphorylations, controlled by competing activities between protein-tyrosine kinases (PTKs) and protein-tyrosine phosphatases (PTPs), are critically involved in regulating many cellular signaling processes. PTPs have been considered to have extremely low substrate specificity, since they are known to dephosphorylate multiple target molecules unrelated to one another, when assayed in vitro. However, recently reported knockout mice, deficient of particular PTPs, all appear to exhibit unique phenotypes, suggesting that each PTP might have a specific target. Studies of PTP-1B knockout mice show that PTP-1B is a major negative regulator of insulin signaling, and the loss of PTP-1B activity leads to enhanced insulin sensitivity and obesity resistance. These findings suggest a need to develop a selective PTP-1B inhibitor.In this study, we used the phage display technique to screen peptide inhibitors for PTP-1B and to identify peptides that bind to the catalytic domain of human PTP-1B. Selected phages that bound to PTP-1B were eluted, and then the phage DNA sequences were analyzed. After analyzing the phage DNA sequences, independent phage clones were tested whether they could inhibit the catalytic activity of PTP-1B. Based on the amino acid sequences of phage clones which inhibited PTP-1B, four peptides, WRQ7 (WRQTRKD), TAP7 (TAPPNKL), LRT7 (LRTNSTL), and ATK7 (ATKTRRP) were synthesized. Using these synthetic peptides, PTP-1B inhibition assay was performed. TAP7 peptide appeared to significantly inhibit PTP-1B activity, but WRQ7, LRT7, and ATK7 peptides did not inhibit PTP-1B activity. These results suggest that TAP7 peptide can be used to develop a better peptide inhibitor for PTP-1B. Inhibitory potential and selectivity of TAP7 peptide could be improved by introducing point mutations on the TAP7 sequence in a systematic manner.