PEGylation improves the therapeutic potential of dimerized translationally controlled tumor protein blocking peptide, dTBP2

Abstract

Translationally controlled tumor protein (TCTP) is widely expressed in eukaryotic organisms and is involved in essential cellular functions, including progression of the cell cycle and adaptation to environmental stress. Dimeric TCTP (dTCTP), formed by the dimerization of monomeric TCTP (mTCTP), functions as a histamine-releasing factor (HRF) and is a central driver of late-phase allergic reactions. Allergic reactions are mediated by dysregulated immunoglobulin E (IgE)-mediated mechanisms and T-helper 2 (Th2) cytokine activity, both of which are exacerbated by dTCTP-induced release of pro-inflammatory mediators. dTCTP levels are elevated in biological fluids during allergic episodes and contribute to the secretion of cytokines and chemokines in diseases such as atopic dermatitis and allergic rhinitis. To inhibit its action, we previously developed a dimerized TCTP-binding peptide (dTBP2) which binds dTCTP with high selectivity and suppresses its downstream activity. However, like many peptide drugs, dTBP2 suffers from rapid degradation and a short plasma half-life, limiting its therapeutic potential. In this study, we synthesized PEG-dTBP2 by conjugating 10 kDa polyethylene glycol (PEG) to the N-terminus of dTBP2 to enhance its metabolic stability. PEG-dTBP2 effectively inhibited the secretion of dTCTP-induced IL-8 in bronchial epithelial cells (BEAS-2B), resulting in a 50% reduction, which was greater than that observed with dTBP2 (40%), and was found to suppress Nuclear factor-kappa B (NF-κB) signaling pathway. Additionally, in an ovalbumin (OVA)-induced airway inflammatory mouse model, PEG-dTBP2 reduced eosinophil counts in BALF by 71.7%, compared to 47.2% with dTBP2 treatment. Similarly, IL-5 levels decreased by 60.7% with PEG-dTBP2 and 49.2% with dTBP2 in bronchial alveolar lavage fluid (BALF), thereby effectively blocking Th2-mediated allergic reactions. Pharmacokinetic analysis revealed that PEG-dTBP2 had an increased plasma half-life of 2.57 ± 1.11 hours, compared to 1.01 ± 0.25 hours for dTBP2, and showed a dramatically increased AUC₀–∞ (3.49 ± 0.61 μg·hr/mL vs. 0.03 ± 0.01 μg·hr/mL). These findings confirm that PEGylation retains its biological activity while exhibiting superior pharmacokinetic and anti-inflammatory properties. In addition, PEG-dTBP2 alleviated disease severity in a collagen-induced arthritis model, suggesting broader therapeutic potential beyond allergic airway inflammation. Collectively, this study positions PEG-dTBP2 as a promising long-acting inhibitor of dTCTP for treating allergic and inflammatory diseases.;Translationally controlled tumor protein(TCTP)은 다양한 진핵생물에 풍부하게 존재하며 세포 성장 주기, 유전정보 보존 등 세포의 생리학적 기작에서 필수적인 역할을 담당하고 있다. 단량체 TCTP(mTCTP)의 이합체 형태인 이량체 TCTP(dTCTP)는 히스타민 방출 인자 (Histamine-releasing factor, HRF)로 작용하며, 후기 알레르기를 유발하는 중요한 매개체로 잘 알려져 있다. 알레르기 반응은 면역글로불린 E(IgE) 매개 기전과 Th2 사이토카인의 조절 이상으로 인해 발생하며, dTCTP는 이러한 기전을 활성화하여 염증반응을 증폭시키는 것으로 보고되었다. 특히, 아토피 피부염, 알레르기 비염과 같은 알레르기 염증 질환에서 dTCTP 수치가 증가하며, 염증을 유발하는 다양한 사이토카인과 케모카인의 방출을 촉진하는 역할을 한다. 이전 연구에서 개발한 dTCTP binding peptide 2 (dTBP2)는 mTCTP보다 더 강한 친화력으로 dTCTP에 특이적으로 결합하며 dTCTP의 사이토카인-유사기능을 저해하여 알레르기 염증을 완화할 수 있다. 일반적으로 펩타이드 기반 치료제는 높은 특이성과 생물학적 활성을 가지지만, 체내에서 빠르게 분해되어 반감기가 짧다는 단점이 있다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 페길화를 통해 dTBP2의 N-말단에 10kDa 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 결합한 PEG-dTBP2를 제작하였으며, 이를 통해 약물의 혈중 지속성을 증가시키고 대사적 안정성을 높이고자 하였다. PEG-dTBP2는 기관지 상피 세포 (BEAS-2B)에서 dTCTP로 유도한 IL-8 분비를 효과적으로 억제하였으며, NF-κB 신호 경로의 활성화를 감소시키는 것으로 나타났다. 또한 오발부민(OVA) 유도 기도 염증 마우스 모델에서 PEG-dTBP2는 기관지 폐포 세척액(BALF)내 염증 세포 침윤을 감소시키고, Th2 사이토카인의 발현을 억제하여 Th2 매개 알레르기 반응을 효과적으로 차단할 수 있음을 보였다. 약동학적 분석 결과, PEG-dTBP2는 dTBP2에 비해 혈중 반감기가 증가하고 대사적 안정성이 향상된 것으로 나타났다. 이는 페길화가 dTBP2의 dTCTP억제 활성을 방해하지 않으며 생체 내에서 보다 오랫동안 지속적으로 작용할 수 있음을 의미하며, 기존의 펩타이드 기반 치료제의 단점을 극복할 수 있는 가능성을 보여주었다. 추가적으로, 콜라겐 유도 류마티스 관절염(CIA) 마우스 모델을 이용하여 PEG-dTBP2가 연골손상과 뼈 침식을 완화하는 효과를 보였다. 이러한 결과는 PEG-dTBP2가 단순한 항알레르기 치료제뿐만 아니라 보다 넓은 범위의 염증성 질환 치료제로 활용될 수 있음을 시사한다. 종합적으로 말하면, 본 연구에서는 페길화를 통해 dTBP2의 생체 내 안정성과 약동학적 특성을 개선하였으며, 기도염증 모델에서 dTBP2보다 우수한 항염증 효과를 나타냈다. 이러한 연구 결과는 PEG-dTBP2가 새로운 항 알레르기 치료제로 활용될 가능성을 제안한다.