Searching for drug candidates inhibiting the activity of dimerized translationally controlled tumor protein

Abstract

TCTP는 모든 진핵생물 군에서 잘 보존되어 온 단백질로서 세포 내부와 세포 외부에서 다양한 기능을 갖는다. 특히 세포 외부에서는 히스타민 방출인자로서 알레르기 염증 반응에 관여한다고 알려져 있다. 세포 외부로 방출된 TCTP는 다양한 자극에 의해 이량체의 형태로 구조가 변경되고, 이를 통해 히스타민 방출인자로서의 기능을 갖게 되는데 이를 알레르기 후기 염증 반응을 야기하는 요인이 된다. 이 이량체 TCTP를 조절하는 것은 알레르기성 염증 질환을 치료하기 위한 새로운 타겟이 될 수 있다. 이 연구에서는 이량체 TCTP를 조절하여 항알레르기 효과를 보이는 물질을 찾기 위하여 식물로부터 얻은 160개의 추출물과 30개의 단일물질을 스크리닝하였다. 이를 통하여 sesuiterpene 계열의 costunolide와 dehydrocostus lactone (DCL), chalcone 계열의 물질인 helichrysetin과 cardamonin을 발굴하였고 세포 레벨을 독성 검사와 동물 예비실험을 통하여 DCL과 cardamonin을 선정하였다. DCL과 cardamonin 모두 인간 기관지 상피세포주에서 이량체 TCTP에 의한 IL-8분비를 감소시킴을 확인하였으며, 표면플라스몬공명을 통한 분석방법을 사용하여 두 물질 모두 이량체 TCTP와 결합함을 확인하였다. OVA로 감작시킨 마우스 알레르기성 기관지 염증 모델을 제작하여 DCL과 cardamonin이 동물모델이서도 효과가 있는지 확인하였다. 두 물질 모두 기관지 폐포 세척액에서 염증성 세포의 침윤 감소, 사이토카인의 감소, 혈청 내의 OVA 특이적 IgE의 감소를 보였고, 폐와 기관지의 염증성 세포 침윤 감소 및 점액 분비 감소와 같은 항 알레르기성 효과를 확인하였고 이는 두 물질이 이랑체 TCTP포함하여 NF-kB의 활성을 억제했기 때문임을 확인하였다. 또한 기관지폐포 세척액에서 이량체 TCTP의 변화 유무를 확인한 결과 cardamonin을 투여한 그룹에서는 농도 의존적으로 이량체 TCTP의 감소를 확인할 수 있었으나 DCL을 투여한 그룹의 경우는 변화를 보이지 않았다. 이를 통하여 cardamonin과 DCL은 dTCTP와 NF-kB라는 염증 관련 인자를 조절함으로서 항알레르기성 염증 반응을 보인다는 점은 유사하지만 알레르기성 환경을 개선시켜 이량체 TCTP의 형성을 감소시키는 것에는 cardamonin이 더 효과적임을 확인하였다. 본 연구에서는 이량체 TCTP와 상호작용함으로서 알레르기 반응을 조절할 수 있는 물질들을 스크리닝을 함으로서 많은 물질들이 항 알레르기성 염증 효과를 조절할 수 있는 새로운 후보 물질들이 될 수 있음을 확인하였다. 특히 스크리닝을 통해 발굴한 DCL과 cardamonin의 경우 동물모델에서도 항 염증 효과를 확인하여 이량체 TCTP를 억제할 수 있는 물질을 스크리닝 하는 것이 알레르기 질환에서 유효 물질을 발굴하는데 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

;Translationally controlled tumor protein (TCTP), a highly conserved protein in all eukaryotes, is involved in a variety of intra- and extracellular activities. It is particularly known as a histamine-releasing factor involved in allergic reactions caused due to the release of histamine in the extracellular space. When released into the extracellular space, TCTP causes a late-phase reaction of allergic inflammation as it gets dimerized, forming different molecular structures in response to various types of stimuli, and adopts the function of a histamine-releasing factor. Controlling the amount of dimerized TCTP (dTCTP) could be a new target for the treatment of allergic inflammation. In this study, 160 plant extracts and 30 compounds derived from plant were screened to identify the anti-allergic substances that could regulate the amount of dTCTP. Through this process, substances, such as costunolide and dehydrocostus lactone (DCL), and helichrysetin and cardamonin were discovered. DCL and cardamonin were selected for further evaluations based on the results of the cytotoxicity tests and preliminary animal experiments. Both DCL and cardamonin reduced the release of IL-8, mediated by dTCTP in a human bronchial epithelial cell (BEAS-2B cell) line, and confirmed to bind with dTCTP when subjected to an analytical method using surface plasmon resonance (SPR). The efficacy of DLC and cardamonin was tested in a mouse model of allergic airway inflammation induced by ovalbumin (OVA). Both compounds reduced the infiltration of inflammatory cells and cytokine in the bronchoalveolar lavage fluid (BALF), OVA-specific IgE in serum, and exhibited anti-allergic effects, such as a reduction in the infiltration of pulmonary and bronchial inflammatory cells, thus demonstrating that these substances could suppress the activation of NF-kB. Additionally, the group receiving the cardamonin injection showed a dose-dependent reduction in the amount of dTCTP through a change in its amount in the BALF, whereas no change was observed in the group receiving the DCL injection. Thus, it was demonstrated that while cardamonin and DCL identically exhibit an anti-allergic inflammatory reaction through the regulation of inflammation-inducing factors, such as dTCTP and NF-kB, the efficacy of cardamonin in improving allergic conditions by decreasing the production of dTCTP is higher. In this study, I screened the substances that can modulate IL-8 secretion by interacting with TCTP and confirmed new candidates to control allergic inflammation. In particular, DCL and cardamonin, which were extracted through screening, also showed anti-inflammatory effects in animal models. Screening for substances capable of inhibiting dTCTP may contribute to the identification of effective therapeutic agents in allergic diseases.