반감기 향상을 위한 Exenatide와 Elastin-Based Polypeptide 융합단백질의 발현 및 특성분석

Abstract

Exenatide는 39개의 아미노산으로 구성된 glucagon-like peptide-1 (GLP-1) 유사체로 2005년 FDA의 승인을 받은 제2형 당뇨병 치료제이다. Exenatide는 GLP-1과 약 53%의 구조적 유사성을 지니고 있지만, 체내 반감기가 2-3분밖에 되지 않는 GLP-1과 달리 약 2.4시간까지 향상된 반감기를 보이며 제2형 당뇨병 치료제로 보다 널리 이용되었다. 하지만 여전히 짧은 혈중 반감기로 인해 exenatide의 지속적인 효과를 얻고자 하는 환자들은 치료 시 하루 2회씩 주사해야하는 불편함을 감수해야만 했다. 본 연구에서는 exenatide의 반감기를 향상시키기 위하여 생체적합성을 지닌 Elastin-based polypeptide (EBP)를 이용한 exenatide 융합단백질 Ex-(EBP)10을 제조하였다. EBPn (n = 반복 서열 수)는 VPGXG의 반복된 서열로 구성된 비활성 구조의 천연고분자로, 현재 다양한 분야에서 흥미로운 바이오물질로 이용되고 있다. Exenatide와 유사한 분자량을 지닌 (EBP)10을 exenatide의 C-term에 부착하여 디자인한 exenatide/EBP 융합단백질 (Ex-(EBP)10)은 유전자 재조합 E. coli와 yeast 발현시스템을 이용하여 다양한 유전학적 방법으로 발현을 시도했다. 발현된 단백질은 각각 SDS-PAGE, Western blot과 MALDI-TOF mass, N-terminus sequencing으로 분석하였다. 다양한 발현 방법 중, 높은 발현율과 발현 및 정제의 용이성을 보인 yeast (S. cerevisiae) 발현 시스템을 최종 선택하였으며, S. cerevisiae 에서 발현된 Ex-(EBP)10의 활성 분석을 위해 cAMP assay (in vitro)를 진행하여 기존 exenatide와 비슷한 활성을 유지하고 있음을 확인하였다. 또 IVIS (In vivo imaging system)을 이용하여 마우스 모델에서 Ex-(EBP)10의 혈중 반감기가 exentide에 비해 약 3.5 배 증가했음을 확인했다. 결론적으로, Ex-(EBP)10은 환자들에게 치료 편의성을 제공해줄 수 있는 새로운 제2형 당뇨병 치료제로서 이용될 수 있을 것이다. 또한 유전학적 수식 기반기술인 'EBPylation'은 exenatide 외에 다른 펩타이드/단백질 치료제에도 적용시켜 반감기가 향상된 바이오베터 치료제 창출 기술로서 활용될 수 있을 것이다.