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KR101180431B1 - Peptide Inhibiting RANKL-RANK Interaction and Pharmaceutical Composition Comprising the Same - Google Patents

Peptide Inhibiting RANKL-RANK Interaction and Pharmaceutical Composition Comprising the Same Download PDF

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KR101180431B1
KR101180431B1 KR1020100049467A KR20100049467A KR101180431B1 KR 101180431 B1 KR101180431 B1 KR 101180431B1 KR 1020100049467 A KR1020100049467 A KR 1020100049467A KR 20100049467 A KR20100049467 A KR 20100049467A KR 101180431 B1 KR101180431 B1 KR 101180431B1
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Abstract

본 발명은 랭크와 랭크 리간드인 랭클의 상호작용을 방해하는 신규한 펩타이드 및 그 용도에 관한 것이다. 본 발명에 따른 랭클과 랭크의 상호작용을 억제하는 신규한 펩타이드 및 이를 포함하는 약학조성물를 이용하면, 파골세포의 분화를 억제함으로써 파골세포의 분화 및 활성화로 인해 발생하는 골 질환을 예방 또는 치료할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to novel peptides and their use which interfere with the interaction of ranks with rank ligands. By using the novel peptide and pharmaceutical composition comprising the same, which inhibits the interaction between the rank and the rank according to the present invention, it is possible to prevent or treat bone diseases caused by the differentiation and activation of the osteoclasts by inhibiting the differentiation of the osteoclasts. It works.

Description

랭클과 랭크의 상호작용을 억제하는 펩타이드 및 이를 포함하는 약학적 조성물 {Peptide Inhibiting RANKL-RANK Interaction and Pharmaceutical Composition Comprising the Same} Peptide Inhibiting RANKL-RANK Interaction and Pharmaceutical Composition Comprising the Same}

본 발명은 랭클(RANKL)과 랭크(RANK)의 상호작용을 억제하는 신규 펩타이드 및 그 용도에 관한 것이다.The present invention relates to novel peptides that inhibit the interaction of rank (RANKL) with rank (RANK) and uses thereof.

뼈는 인체의 연조직과 체중을 지탱해주고 내부기관을 둘러싸서 내부 장기를 외부의 충격으로부터 보호하고 근육이나 장기를 구조적으로 지탱할 뿐 아니라 체내의 칼슘이나 다른 필수 무기물을 저장하는 인체의 중요한 부분 중 하나로써, 파골세포(osteoclast)를 통한 뼈의 재흡수(bone resorption)와 조골세포(osteoblast)를 통한 뼈생성(bone formation) 간의 균형에 의해 유지되는 특별한 기관이다. 랭크(RANK, receptor activator of NF-kB), 랭클(RANKL, receptor activator of NF-kB ligand) 및 OPG(osteoprotegerin) 시스템은 뼈 생물학에 있어서 획기적인 발전을 가져왔다. 조골세포, 기질세포의 랭클과 파골세포의 랭크 수용체 간의 상호작용은 파골세포의 성숙화와 그에 따른 뼈의 재흡수의 결과를 낳게된다.1-4 OPG는 랭클에 대한 수용성 유도 수용체로 기능하고 랭클과 결합하기 위해 랭크와 경쟁한다. 즉, 랭클이 파골전구세포 표면에 있는 수용체인 랭크에 결합하면 파골 전구세포가 파골세포로 성숙화되어 뼈의 재흡수가 일어나는데, OPG가 랭클과 결합하면 랭클과 랭크간 결합이 차단되어 파골세포의 형성이 억제되고 필요 이상의 뼈의 재흡수가 일어나지 않게된다. 따라서 OPG는 생체 내(in vivo)에서나 시험관 내(in vitro)에서 파골세포의 성숙과 활성화의 효과적인 억제제로 알려져 왔다.5-6 게다가 조골세포/기질세포(stromal cell) 및 파골세포 전구체(osteoclast precursors), 랭클/랭크/OPG는 다양한 피부 세포로 발현될 수 있고 따라서 그것들의 역할은 다른 많은 생물학적 기능과 연관되어 있다. 랭클/랭크의 결합은 림프절 기관형성과 임신 기간 동안에 유선 형성을 조절하고 여성의 체온을 조절하는 것으로 알려져 왔다.7-10 Bone is an important part of the body that supports the soft tissues and weight of the body, surrounds the internal organs, protects the internal organs from external shocks, structurally supports the muscles or organs, and stores calcium and other essential minerals in the body. It is a special organ maintained by the balance between bone resorption of bone through osteoclasts and bone formation through osteoblasts. The rank RANK (receptor activator of NF-kB), rank RANKL (RANKL) and osteoprotegerin (OPG) systems have led to breakthroughs in bone biology. The interaction between osteoblasts, stromal cells rank, and osteoclast rank receptors results in maturation of osteoclasts and subsequent resorption of bone. 1-4 OPG functions as a water soluble inducer receptor for rankle and competes with rank to bind to rank. In other words, when the rankl binds to the rank, the receptor on the surface of the osteoclast progenitor cells, the osteoclast progenitor cells mature into osteoclasts and bone resorption occurs.Once OPG binds to the rankl, the binding between the rankl and the rank is blocked to form osteoclasts. This is suppressed and no more reabsorption of bone occurs. Therefore, OPG is in vivo ( in in vivo or in vitro ( in In vitro , it has been known as an effective inhibitor of osteoclast maturation and activation. 5-6 In addition, osteoblasts / stromal cells and osteoclast precursors, rank / rank / OPG can be expressed in a variety of skin cells and therefore their role is associated with many other biological functions. Rankine / rank binding has been known to regulate mammary gland formation and temperature in women during lymph node organogenesis and pregnancy. 7-10

랭클과 OPG 간의 비율은 뼈 생성 또는 뼈의 재흡수에 의한 뼈 대사를 조절한다. 따라서 이 비율이 제대로 조절되지 않으면 뼈 형성과 뼈 재흡수 간의 불균형을 일으키고 골다공증, 류마티스 관절염, 골 변형과 같은 골질환을 유발시킨다.11-14 인간에게서 밝혀진 랭크, OPG 및 랭클의 돌연변이는 Autosomal recessive osteopetrosis (ARO15 -16), expansile skeletal hyperphosphatasia (ESH 17), familial expansile osteolysis (FEO 18), early-onset Paget's disease19, 청소년성 파젯병(Juvenile Paget's disease (JPD20 -23)) 과 같은 매우 드문 유전적 골격 이상과 관련이 있다. 뼈 대사에 있어서 랭클/랭크/OPG 단백질들의 역할이 중요하기 때문에 그들 간의 결합은 뼈 대사관련 질병을 억제하기 위한 중요한 목표로 여겨지고 있다. OPG-Fc, RANK-Fc, 항-랭클 항체(anti-RANKL antibody), 랭클 백신(RANKL vaccine)과 같은 많은 치료법들이 개발되고 있고, 랭클 신호전달과정을 방해하는 효과를 가진 OPG 또는 TNF 수용체의 랭클 결합 루프를 본뜬 펩타이드(OP3-424-25, WP9QY26)가 개발되었다. The ratio between rank and OPG regulates bone metabolism by bone formation or resorption of bone. Therefore, if this ratio is not properly controlled, it causes an imbalance between bone formation and bone resorption and causes bone diseases such as osteoporosis, rheumatoid arthritis and bone deformity. The mutations of rank, OPG and rankl found in humans were found in 11-14 autosomal recessive osteopetrosis (ARO 15 -16 ), expansile skeletal hyperphosphatasia (ESH 17 ), familial expansile osteolysis (FEO 18 ), early-onset Paget's disease 19 , adolescent par jetbyeong is associated with a rare genetic skeletal abnormalities such as (Juvenile Paget's disease (JPD 20 -23)). Because the role of rank / rank / OPG proteins in bone metabolism is important, binding between them is considered to be an important target for suppressing bone metabolism-related diseases. Many therapies have been developed, such as OPG-Fc, RANK-Fc, anti-RANKL antibody, and RANKL vaccine, and ranks of OPG or TNF receptors that have the effect of interfering with the rankle signaling process. Peptides imitating binding loops (OP3-4 24-25 , WP9QY 26 ) have been developed.

랭클-랭크는 TNF(tumor necrosis factor) 리간드-수용체 과에 속하는 것으로, 이들 리간드와 수용체는 비슷한 결합 방식을 갖고 있다: 그 방식은 수용체들이 단량체의 서브유닛들의 edge-to-face packing에 의해 형성된 삼량체의 리간드의 모노머들의 결합부위의 홈(groove) 에 결합하는 것이다.27-29 그러나, 아직까지 특정 리간드-수용체의 결합을 결정 짓는 결합면의 구조적 특징, 특히 랭클-랭크의 결합 방식은 랭클의 결정 구조가 밝혀졌음에도 불구하고 밝혀지지 않았다. Ranke-rank belongs to the Tumor Necrosis Factor (TNF) Ligand-Receptor family, and these ligands and receptors have a similar mode of binding: in which the receptors are formed by the edge-to-face packing of the monomer subunits It binds to the groove of the binding site of the monomers of the ligand of the sieve. 27-29 However, the structural features of the bonding surface that determine the binding of a particular ligand-receptor, in particular the manner of binding of the rankle-rank, have not been determined despite the crystal structure of the rankle being revealed.

본 발명자들은 특이적인 리간드-수용체간의 인식을 결정하는 구조적인 결정요소를 밝히고 따라서 뼈와 관련된 질병에 대한 계속적인 연구와 새로운 약제의 개발을 위한 분자수준의 기초를 제공하기 위하여 연구를 진행한 결과, 2.5Å 크기의 생쥐의 랭클-랭크 결합체의 결정 구조를 규명함과 아울러 랭클-랭크 결합체의 구조 및 결합에 관여하는 특이적인 구조를 밝히고, 루프3 구조로부터 랭클-랭크의 상호작용을 억제하는 신규한 펩타이드(L3-3S)를 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
The inventors of the present invention have uncovered structural determinants that determine specific ligand-receptor recognition, and as a result, continue to study bone-related diseases and provide molecular basis for the development of new drugs. In addition to identifying the crystal structure of the Rankine-Rank conjugate in 2.5 micron-sized mice, identifying the specific structure involved in the structure and binding of the Rankel-Rank conjugate, and a novel structure that suppresses the Rank-Rank interaction from the loop-3 structure. The invention was completed by developing the peptide (L3-3S).

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Refinement of macromolecular structures by the maximum-likelihood method. Acta Crystallogr. Sect. D 53:240-55.33.Murshudov, G.N., Vagin, A.A., and Dodson, E.J. 1997. Refinement of macromolecular structures by the maximum-likelihood method. Acta Crystallogr. Sect. D 53: 240-55. 34. Emsley, P., and Cowtan, K. 2004. Coot: model-building tools for molecular graphics. Acta Crystallogr. Sect. D 60:2126-132.34. Emsley, P., and Cowtan, K. 2004. Coot: model-building tools for molecular graphics. Acta Crystallogr. Sect. D 60: 2126-132. 35. Terwilliger, T.C. 2004. Using prime-and-switch phasing to reduce model bias in molecular replacement. Acta Crystallogr. Sect. D. 60, 2144-2149.35. Terwilliger, T.C. 2004. Using prime-and-switch phasing to reduce model bias in molecular replacement. Acta Crystallogr. Sect. D. 60, 2144-2149. 36. Laskowski, R.A., MacArthur, M.W., Moss, D.S., and Thornton, J.M. 1993. PROCHECK: a program to check the stereochemical quality of protein structures. J. Appl. Crystallogr. 26:283-91.36.Laskowski, R.A., MacArthur, M.W., Moss, D.S., and Thornton, J.M. 1993. PROCHECK: a program to check the stereochemical quality of protein structures. J. Appl. Crystallogr. 26: 283-91. 37. DeLano, W.L. 2002. The PyMOL molecular graphics system on world wide web http://www.pymol.org.37. DeLano, W.L. 2002.The PyMOL molecular graphics system on world wide web http://www.pymol.org.

본 발명의 목적은 랭클과 상호작용할 수 있는 신규 펩타이드를 제공하여, 랭클이 파골전분화세포 표면에 존재하는 랭크에 결합하여 파골세포 분화를 유도하고 결과적으로 골 질환을 유발하는 과정을 저해함으로서, 골 질환을 예방 혹은 치료하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a novel peptide that can interact with the rankle, thereby inducing osteoclast differentiation by binding to the rank on the surface of the osteoclast differentiation cell and thus inhibiting the process of inducing bone disease. To prevent or treat a disease.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 펩타이드를 코딩하는 핵산, 이를 포함하는 벡터, 상기 벡터로 형질전환된 재조합 미생물 및 재조합 미생물을 배양하는 것을 특징으로 하는 랭클과 랭크의 상호작용을 억제하는 펩타이드의 제조방법을 제공하는 데 있다.
Still another object of the present invention is a nucleic acid encoding the peptide, a vector comprising the same, a recombinant microorganism transformed with the vector and a method for producing a peptide for inhibiting the interaction of the rank, characterized in that the culture of the recombinant microorganism To provide.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 랭클과 상호작용하여 랭크와 랭클의 결합을 방해하여 결과적으로 랭클에 의한 파골세포 분화를 억제하는 작용을 하는 신규 펩타이드를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a novel peptide that interacts with the rankle to interfere with the rank and the binding of the rankle and consequently inhibits osteoclast differentiation by the rankle.

본 발명은 또한, 상기 펩타이드를 포함하는 골 질환의 예방 또는 치료용 약제학적 조성물을 제공한다.The present invention also provides a pharmaceutical composition for preventing or treating a bone disease comprising the peptide.

본 발명은 또한, 랭클과 랭크의 상호작용을 억제하는 폴리펩티드를 코딩하는 핵산을 제공한다.The present invention also provides nucleic acids encoding polypeptides that inhibit the interaction of ranks with ranks.

본 발명은 또한, 랭클과 랭크의 상호작용을 억제하는 폴리펩티드를 코딩하는 핵산을 포함하는 재조합 벡터를 제공한다.The present invention also provides a recombinant vector comprising a nucleic acid encoding a polypeptide that inhibits rank-rank interactions.

본 발명은 또한, 랭클과 랭크의 상호작용을 억제하는 폴리펩티드를 코딩하는 핵산을 포함하는 재조합 벡터로 형질전환된 재조합 미생물을 제공한다.
The present invention also provides a recombinant microorganism transformed with a recombinant vector comprising a nucleic acid encoding a polypeptide that inhibits rank-rank interaction.

본 발명은 랭클과 랭크의 상호작용을 억제하는 신규 펩타이드를 제공하여, 랭클에 의해 유도되는 파골세포의 분화를 억제함으로써 파골세포의 분화 및 활성화로 인해 발생하는 뼈 관련 질병을 예방 또는 치료하기 위한 약제학적 조성물을 제공하는 효과가 있다.The present invention provides a novel peptide that inhibits the interaction between the rank and rank, by inhibiting the differentiation of osteoclasts induced by the rankle to prevent or treat bone-related diseases caused by the differentiation and activation of osteoclasts It has the effect of providing a pharmaceutical composition.

도 1은 eRANK, eRANKL 및 eRANK-eRANKL 결합체의 전체적인 구조에 관한 것이다(A:eRANK-eRANKL 결합체의 3차구조, B:eRANK-eRANKL 결합체의 결합면, C:자유 eRANKL 및 eRANK가 결합된 RANKL의 중첩, 루프1(빨간색), 루프2(녹색), 루프3(파란색)), D: RANK의 구조.
도 2는 리간드-수용체의 특이적 인식부위에 관한 것이다(A: 랭클의 루프1(빨간색), 루프2(녹색), 루프3(파란색), B: 랭클과 랭크의 결합 면, C: 랭클과 랭크 결합면의 정전기적 표시).
도 3은 루프3의 기능 잔기들의 볼 앤드 스틱(ball-and-stick) 모델을 나타낸 것이다.
도 4는 eRANKL과 야생형 eRANK, 변이체 D85A, K97A, E126A 간의 결합력에 대한 ITC(isothermal titration carolimetry) 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 야생형 eRANK, 변이체 D85A, K97A, E126A가 파골세포 분화 억제효능에 미치는 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 L2-1, L2-2, L3-1, L3-2, L3-3 및 L3-3S의 파골세포 분화억제 효능을 나타낸 것이다(A: L2-1, L2-2, L3-1, L3-2, L3-3의 파골세포 분화억제 효능, B: L3-3, L3-3S 및 OP3-4의 파골세포 분화억제 효능)
도 7은 eRANK, eRANKL 및 eRANK-eRANKL 결합체의 도식을 나타낸 것이다(A: eRANK-eRANKL 결합체, B: eRANKL 삼량체, C: eRANK).
도 8은 eRANK-eRANKL 결합체의 결합면에 존재하는 잔기들간의 상호작용을 나타낸 것이다(A:루프1, B:루프2, C:루프3).
도 9는 eRANKL과 변이체 C125A 간의 결합력에 대한 ITC 분석 결과를 나타낸 것이다.
1 relates to the overall structure of the eRANK, eRANKL and eRANK-eRANKL conjugates (tertiary structure of A: eRANK-eRANKL conjugate, binding surface of B: eRANK-eRANKL conjugate, C: free eRANKL and RANKL to which eRANK is bound Superposition, loop 1 (red), loop 2 (green), loop 3 (blue)), D: structure of RANK.
Figure 2 relates to the specific recognition sites of ligand-receptors (A: loop 1 (red), loop 2 (green), loop 3 (blue) of the rankle, B: the side of the rank and rank binding, C: rank and Electrostatic marking on the rank mating surface).
FIG. 3 shows a ball-and-stick model of the functional residues of loop 3. FIG.
Figure 4 shows the results of isothermal titration carolimetry (ITC) analysis of the binding force between eRANKL and wild-type eRANK, variants D85A, K97A, E126A.
Figure 5 shows the results of the wild type eRANK, variant D85A, K97A, E126A on the osteoclast differentiation inhibitory effect.
Figure 6 shows the osteoclast differentiation inhibitory effect of L2-1, L2-2, L3-1, L3-2, L3-3 and L3-3S (A: L2-1, L2-2, L3-1, Osteoclast differentiation inhibitory effect of L3-2, L3-3, B: osteoclast differentiation inhibitory effect of L3-3, L3-3S and OP3-4)
7 shows a schematic of eRANK, eRANKL and eRANK-eRANKL conjugates (A: eRANK-eRANKL conjugate, B: eRANKL trimer, C: eRANK).
Figure 8 shows the interaction between residues present on the binding surface of the eRANK-eRANKL conjugate (A: loop 1, B: loop 2, C: loop 3).
9 shows the results of ITC analysis of the binding force between eRANKL and variant C125A.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다. Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is well known and commonly used in the art.

본 발명은 일 관점에서, 13개의 아미노산 서열로 구성되는 펩타이드로서, 5-9번의 아미노산 서열(5번 아미노산부터 9번 아미노산까지의 서열)은 SDCEC 이고, 11-13번의 아미노산 서열(11번 아미노산부터 13번 아미노산까지의 서열)은 YRR 이며, 2번과 10번 아미노산이 서로 연결되어 고리화를 이루는 것을 특징으로 하는 랭클과 랭크의 상호작용을 억제하는 펩타이드에 관한 것이다.In one aspect, the present invention provides a peptide consisting of 13 amino acid sequences, wherein the amino acid sequence of 5-9 (sequence 5 to 9) is SDCEC, and the amino acid sequence of 11-13 (from amino acid 11) The sequence up to amino acid 13) is YRR and relates to a peptide that inhibits the interaction between rank and rank, characterized in that amino acids 2 and 10 are linked to each other to form a ring.

본 발명에 따른 13개의 아미노산 서열로 구성되는 펩타이드의 서열은 다음과 같다.
The sequence of the peptide consisting of 13 amino acid sequences according to the present invention is as follows.

1번number 1 2번No.2 3번number 3 4번4 times 5번5 times 6번6th 7번7th 8번8th 9번No. 9 10번10th 11번No. 11 12번12 times 13번13th 아미노산amino acid end I end end SS DD CC EE CC I YY RR RR 가: Ala, Arg, Asn, Asp, Cys, Gln, Glu, Gly, His, Ile, Leu, Lys, Met, Phe, Pro, Ser, Thr, Trp. Tyr, Val
나: Cys, Asp, Glu, Lys, Arg
A: Ala, Arg, Asn, Asp, Cys, Gln, Glu, Gly, His, Ile, Leu, Lys, Met, Phe, Pro, Ser, Thr, Trp. Tyr, Val
Me: Cys, Asp, Glu, Lys, Arg

본 발명에 있어서, 상기 펩타이드는 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 것을 특징으로 하는 랭클과 랭크의 상호작용을 억제하는 펩타이드일 수 있다.In the present invention, the peptide may be a peptide that inhibits the interaction between the rank and rank, characterized in that having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.

본 발명에 있어서, 상기 펩타이드는 서열번호 2의 아미노산 서열을 갖는 것을 특징으로 하는 랭클과 랭크의 상호작용을 억제하는 펩타이드일 수 있다.In the present invention, the peptide may be a peptide that inhibits the interaction between the rank and rank, characterized in that having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.

YCWNSDCECCYRR (서열번호 1)YCWNSDCECCYRR (SEQ ID NO: 1)

YCSNSDCECCYRR (서열번호 2)YCSNSDCECCYRR (SEQ ID NO: 2)

본 발명에 있어서, 상기 고리화는 2번 및 10번 아미노산 자리에 시스테인(Cys)이 위치함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 랭클과 랭크의 상호작용을 억제하는 펩타이드일 수 있다.In the present invention, the cyclization may be a peptide that inhibits the interaction between the rank and rank, characterized in that formed by cysteine (Cys) is located at amino acid positions 2 and 10.

본 발명에 있어서, 상기 고리화는 2번 아미노산 자리에는 아스파르트산(Asp) 또는 글루타민(Glu)이 위치하고, 10번 아미노산 자리에는 리신(Lys) 또는 아르기닌(Arg)이 위치함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 랭클과 랭크의 상호작용을 억제하는 펩타이드일 수 있다.In the present invention, the cyclization is formed by positioning aspartic acid (Asp) or glutamine (Glu) at amino acid position 2 and lysine (Lys) or arginine (Arg) at amino acid position 10. It may be a peptide that inhibits the interaction of the rank and rank.

본 발명에 있어서, 상기 고리화는 2번 아미노산 자리에는 리신(Lys) 또는 아르기닌(Arg)이 위치하고, 10번 아미노산 자리에는 아스파르트산(Asp) 또는 글루타민(Glu)이 위치함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 랭클과 랭크의 상호작용을 억제하는 펩타이드일 수 있다.In the present invention, the cyclization is formed by placing lysine (Lys) or arginine (Arg) at amino acid position 2, and aspartic acid (Asp) or glutamine (Glu) at position 10 amino acid. It may be a peptide that inhibits the interaction of the rank and rank.

본 발명에 있어서, 상기 펩타이드는 1번 아미노산의 N 말단 또는 13번 아미노산의 C 말단에 1개 내지 4개의 아미노산이 추가로 연결되는 것을 특징으로 하는 랭클과 랭크의 상호작용을 억제하는 펩타이드일 수 있고, 추가되는 아미노산은 20개의 아미노산(Ala, Arg, Asn, Asp, Cys, Gln, Glu, Gly, His, Ile, Leu, Lys, Met, Phe, Pro, Ser, Thr, Trp, Tyr, Val)으로 구성된 군에서 선택될 수 있다. In the present invention, the peptide may be a peptide that inhibits the interaction between the rank and rank, characterized in that 1 to 4 amino acids are further connected to the N terminal of amino acid 1 or C terminal of amino acid 13 , The added amino acids are 20 amino acids (Ala, Arg, Asn, Asp, Cys, Gln, Glu, Gly, His, Ile, Leu, Lys, Met, Phe, Pro, Ser, Thr, Trp, Tyr, Val) It may be selected from the group consisting of.

본 발명에 있어서, 랭클과 랭크의 상호작용을 억제하고, 랭클과 결합할 수 있는 펩타이드는 모두 SDCEC 도메인 및 YRR 도메인을 포함하고, 아미노산 서열의 2번 아미노산과 10번 아미노산은 고리화를 형성한다. 2번 아미노산과 10번 아미노산 사이에는 7개의 아미노산이 위치함으로써 고리화가 일어난 안정한 구조를 형성하게 된다. 본 발명의 실시예에서, L3-2는 함량에 따른 파골세포 분화 억제 효능을 가지는 펩타이드 L3-3와 동일하게 랭클과의 결합에 관여하는 SDCEC 및 YRR 도메인을 포함하고 있고 2번 및 10번 아미노산 자리에 Cys가 위치함으로써 이황화결합(disulfide bond)를 형성하고 있지만, 두 Cys 아미노산 사이에 6개의 아미노산이 위치함으로써 안정한 구조를 형성하지 못하고, 따라서 파골세포 분화 억제 효능을 갖지 못하였다. In the present invention, the peptide that inhibits the rank interaction with the rank and binds to the rank includes both the SDCEC domain and the YRR domain, and amino acids 2 and 10 of the amino acid sequence form a cyclization. Seven amino acids are positioned between amino acids 2 and 10 to form a stable structure in which cyclization occurs. In an embodiment of the present invention, L3-2 contains the SDCEC and YRR domains involved in binding to the rankle and amino acid positions 2 and 10, similarly to peptide L3-3 having an inhibitory effect on osteoclast differentiation according to the content. Disulfide bonds are formed by the position of Cys, but six amino acids are positioned between two Cys amino acids, thereby preventing the formation of a stable structure. Thus, they have no inhibitory effect on osteoclast differentiation.

본 발명에 있어서, SDCEC 도메인 및 YRR 도메인을 포함하는 13개의 아미노산 서열의 1번, 3번 및 4번 아미노산은 20 개의 아미노산(Ala, Arg, Asn, Asp, Cys, Gln, Glu, Gly, His, Ile, Leu, Lys, Met, Phe, Pro, Ser, Thr, Trp, Tyr, Val)으로 구성된 군에서 선택되는 아미노산일 수 있다. 비록 실시예에서는 파골세포 분화의 억제 효능을 갖는 올리고펩티드로써 L3-3S, L3-3만을 예시적으로 기재하고 있으나, 랭클과 랭크의 결합을 형성하는 중요한 잔기들의 상호작용을 확인한 결과, 서열번호 1의 아미노산 서열의 1번, 3번 및 4번 아미노산은 랭클과 결합을 형성하는 데 크게 관여하지 않으므로, 20 개의 아미노산으로 구성된 군에서 선택되는 아미노산일 수 있다. 또한, 랭클과 상호작용할 수 있는 신규 올리고펩티드의 활성은 랭클과의 결합에 관여하는 중요한 잔기들의 존재와 적절한 접힘(folding)에 의한 3차원 구조의 형성에 의해 유지되는 것이므로, 랭클과의 결합에 크게 관여하지 않는 1번, 3번 및 4번 아미노산은 어느 아미노산으로 존재하든지 SDCEC 및 YRR 도메인을 포함하고 있고 적절한 접힘(folding)을 유지할 수 있으므로 서열번호 1의 올리고펩티드와 동일한 활성을 가지고 있는 것으로 이해될 수 있다.In the present invention, amino acids 1, 3 and 4 of the 13 amino acid sequence including the SDCEC domain and the YRR domain are 20 amino acids (Ala, Arg, Asn, Asp, Cys, Gln, Glu, Gly, His, Ile, Leu, Lys, Met, Phe, Pro, Ser, Thr, Trp, Tyr, Val). Although the examples describe only L3-3S and L3-3 as oligopeptides having an inhibitory effect on osteoclast differentiation, SEQ ID NO: 1 confirming the interaction of important residues forming rank-rank bonds. Since amino acids 1, 3, and 4 of the amino acid sequence of do not greatly participate in forming a bond with the rankle, they may be amino acids selected from the group consisting of 20 amino acids. In addition, the activity of the novel oligopeptides that can interact with the rankle is maintained by the formation of a three-dimensional structure by proper folding and the presence of important residues involved in binding to the rankle, thus greatly affecting the binding to the rankle. It is understood that amino acids 1, 3 and 4, which are not involved, have the same activity as the oligopeptides of SEQ ID NO: 1 because they contain the SDCEC and YRR domains and can maintain proper folding, whatever amino acids are present. Can be.

본 발명에 있어서, 13개의 아미노산 서열로 구성되는 펩타이드의 2번 아미노산과 10번 아미노산의 고리화는 이황화 결합(disulfide bond)에 의해서 형성될 수 있다. 2번 아미노산 자리 및 10번 아미노산 자리에 시스테인(Cys)이 위치함으로써 이황화 결합이 형성된다.In the present invention, the cyclization of amino acids 2 and 10 of the peptide consisting of 13 amino acid sequences may be formed by disulfide bonds. Disulfide bonds are formed by positioning cysteines (Cys) at amino acid positions 2 and 10.

본 발명에 있어서, 13개의 아미노산 서열로 구성되는 펩타이드의 2번 아미노산과 10번 아미노산의 고리화는 아마이드 결합(amide bond)에 의해서도 형성될 수 있다. 2번 아미노산 자리에 산성 아미노산인 아스파르트산(Asp) 또는 글루탐산(Glu)이 위치하고, 10번 아미노산 자리에 염기성 아미노산인 리신(Lys) 또는 아르기닌(Arg)이 위치함으로써, 2번 아미노산과 10번 아미노산 간의 아마이드 결합이 형성되어 고리화되고, 생체 내에서 더욱 안정한 구조를 유지한다. 또한, 아마이드 결합은 2번 아미노산 자리에 염기성 아미노산인 Lys 또는 Arg가 위치하고, 10번 아미노산 자리에 산성 아미노산인 Asp 또는 Glu가 위치함으로써 형성될 수 있다.In the present invention, the cyclization of amino acids 2 and 10 of the peptide consisting of 13 amino acid sequences may also be formed by amide bonds. Aspartic acid (Asp) or glutamic acid (Glu), which are acidic amino acids, is located at amino acid position 2, and basic amino acid lysine (Lys) or arginine (Arg) is located at amino acid position, thereby Amide bonds are formed and cyclized, maintaining a more stable structure in vivo. In addition, the amide bond may be formed by placing a basic amino acid Lys or Arg at amino acid position 2 and an acidic amino acid Asp or Glu at amino acid position 10.

다른 관점에서, 본 발명은 상기 펩타이드 및 약학적으로 허용가능한 담체를 포함하는, 파골세포의 분화 및 활성화로 인한 골 질환의 예방 또는 치료용 약학조성물에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a pharmaceutical composition for preventing or treating bone diseases caused by differentiation and activation of osteoclasts, comprising the peptide and a pharmaceutically acceptable carrier.

본 발명에 있어서, 상기 골 질환은 골다공증, 골형성 부전증, 고칼슘혈증, 골연화증, 류마티스 관절염, 파젯병, 암에 의한 골 소실 및 골 괴사증으로 구성된 군에서 선택되는 것이 포함되나, 이에 한정되는 것은 아니다. In the present invention, the bone disease includes, but is not limited to, osteoporosis, osteoplastic insufficiency, hypercalcemia, osteomalacia, rheumatoid arthritis, Paget's disease, bone loss caused by cancer and bone necrosis.

본 발명에 있어서, 약학적으로 허용가능한 담체에는, 희석제, 부형제, 붕해제 및 결합제 등이 포함될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. In the present invention, the pharmaceutically acceptable carrier may include, but is not limited to, diluents, excipients, disintegrants and binders.

본 발명에 있어서, 상기 조성물은 윤활제, 습윤제, 감미제, 향미제, 보존제 등을 추가로 포함할 수 있다. In the present invention, the composition may further include a lubricant, a humectant, a sweetener, a flavoring agent, a preservative, and the like.

본 발명에 따른 약학 조성물의 투여 경로는 이들로 한정되는 것은 아니지만 구강, 정맥내, 근육내, 동맥내, 골수내, 경막내, 심장내, 경피, 피하, 복강내, 비강내, 장관, 국소, 설하 또는 직장이 포함된다. 경구 또는 비경구 투하가 바람직하다. 본원에 사용된 용어 "비경구"는 피아, 피내, 정맥내, 근육내, 관절내, 활액낭내, 흉골내, 경막내, 병소내 및 두개골내 주사 또는 주입기술을 포함한다. 본 발명의 약학 조성물은 또한 직장 투여를 위한 좌제의 형태로 투여될 수 있다.Routes of administration of the pharmaceutical compositions according to the invention are not limited to these, but are oral, intravenous, intramuscular, intraarterial, intramedullary, intradural, intracardiac, transdermal, subcutaneous, intraperitoneal, intranasal, intestinal, topical, Sublingual or rectal. Oral or parenteral release is preferred. As used herein, the term “parenteral” includes pia, intradermal, intravenous, intramuscular, intraarticular, intramuscular, intrasternal, intradural, intralesional and intracranial injection or infusion techniques. The pharmaceutical compositions of the invention may also be administered in the form of suppositories for rectal administration.

본 발명의 약학 조성물은 이들로 한정되는 것은 아니지만, 캡슐, 정제 및 수성 현탁액 및 용액을 포함하여 경구적으로 허용되는 어떠한 용량형으로도 경구 투여될 수 있다. 경구용 정제의 경우, 흔히 사용되는 담체로는 락토즈 및 옥수수 전분이 포함된다. 마그네슘 스테아레이트와 같은 윤활제가 또한 전형적으로 첨가된다. 캡슐형으로 경구 투여하는 경우 유용한 희석제로는 락토즈 및 건조된 옥수수전분이 포함된다. 수성 현탁액이 경구 투여될 때 활성 성분은 유화제 및 현탁화제와 배합된다. 필요한 경우, 감미제 및/또는 풍미제 및/또는 착색제가 첨가될 수 있다. The pharmaceutical compositions of the present invention may be administered orally in any orally acceptable dosage form including, but not limited to, capsules, tablets, and aqueous suspensions and solutions. For oral tablets, commonly used carriers include lactose and corn starch. Lubricants such as magnesium stearate are also typically added. Useful diluents for oral administration in capsule form include lactose and dried corn starch. The active ingredient is combined with emulsifiers and suspending agents when the aqueous suspension is administered orally. If desired, sweetening and / or flavoring and / or coloring agents may be added.

본 발명의 약학 조성물은 사용된 특정 화합물의 활성, 연령, 체중, 일반적인 건강, 성별, 정식, 투여시간, 투여경로, 배출율, 약물 배합 및 예방 또는 치료될 특정 질환의 중증을 포함한 여러 요인에 따라 다양하게 변할 수 있다. 본 발명에 따른 의약 조성물은 환제, 당의정, 캡슐, 액제, 겔, 시럽, 슬러리, 현탁제로 제형될 수 있다.The pharmaceutical compositions of the present invention vary depending on a number of factors, including the activity, age, weight, general health, sex, formulation, time of administration, route of administration, rate of release, drug combination and severity of the particular disease to be prevented or treated, of the specific compound employed. Can be changed. The pharmaceutical composition according to the present invention may be formulated as pills, dragees, capsules, solutions, gels, syrups, slurries, suspensions.

본 발명에 따른 랭클과 결합할 수 있는 펩타이드를 투여하면, 랭클과 랭크가 결합하는 대신에 랭클과 본 발명에 따른 펩타이드가 결합함으로써, 랭클과 랭크의 상호작용을 억제할 수 있고, 따라서 파골세포의 분화가 억제되어 파골세포의 분화 및 활성화로 인한 골 질환을 예방 또는 치료할 수 있다. Administering a peptide capable of binding to the rank according to the present invention, the rank and the peptide according to the present invention instead of binding to the rank and the rank, it is possible to suppress the interaction between the rank and rank, thus, osteoclasts Differentiation is suppressed to prevent or treat bone diseases caused by differentiation and activation of osteoclasts.

본 발명에 따른 펩타이드는 이에 한정되는 것은 아니나 일반적인 화학합성, 예컨대 고체상 펩타이드 합성기술(solid-phase peptide synthesis)에 의해 제조할 수 있고, 아울러 상기 펩타이드를 코딩하는 핵산을 함유하는 재조합 벡터로 형질전환된 미생물을 배양하여 상기 펩타이드를 발현시킨 다음, 통상의 방법으로 정제하여 제조할 수도 있다.The peptides according to the present invention can be prepared by general chemical synthesis, such as, but not limited to, solid-phase peptide synthesis, and transformed with a recombinant vector containing a nucleic acid encoding the peptide. The peptide may be cultured to express the peptide, and then purified by conventional methods.

따라서, 본 발명은 또 다른 관점에서 랭클과 랭크의 상호작용을 억제하는 펩타이드를 코딩하는 핵산, 상기 핵산을 포함하는 재조합 벡터, 상기 재조합 벡터로 형질전환된 재조합 미생물 및 상기 재조합 미생물을 배양하는 것을 특징으로 하는 랭클과 랭크의 상호작용을 억제하는 펩타이드의 제조방법에 관한 것이다. Therefore, in another aspect, the present invention is characterized by culturing a nucleic acid encoding a peptide that inhibits rank-rank interaction, a recombinant vector comprising the nucleic acid, a recombinant microorganism transformed with the recombinant vector, and the recombinant microorganism. It relates to a method for producing a peptide that suppresses the interaction between the rank and rank.

본 발명에서 "벡터 (vector)"는 적합한 숙주 내에서 DNA를 발현시킬 수 있는 적합한 조절 서열에 작동가능하게 연결된 DNA 서열을 함유하는 DNA 제조물을 의미한다. 벡터는 플라스미드, 파지 입자 또는 간단하게 잠재적 게놈 삽입물 일 수 있다. 적당한 숙주로 형질전환되면, 벡터는 숙주게놈과 무관하게 복제하고 기능할 수 있거나, 또는 일부 경우에 게놈 그 자체에 통합될 수 있다. 플라스미드가 현재 벡터의 가장 통상적으로 사용되는 형태이므로, 본 발명의 명세서에서 "플라스미드(plasmid)" 및 "벡터(vector)"는 때로 상호교환적으로 사용된다. 본 발명의 목적상, 플라스미드 벡터를 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 목적에 사용될 수 있는 전형적인 플라스미드 벡터는 (a) 숙주세포당 수백개의 플라스미드벡터를 포함하도록 복제가 효율적으로 이루어지도록하는 복제 개시점, (b) 플라스미드 벡터로 형질전환된 숙주세포가 선발될 수 있도록 하는 항생제 내성 유전자 및 (c) 외래 DNA 절편이 삽입될 수 있도록 하는 제한효소 절단부위를 포함하는 구조를 지니고 있다. 적절한 제한효소 절단부위가 존재하지 않을지라도, 통상의 방법에 따른 합성 올리고뉴클레오타이드어댑터(oligonucleotide adaptor) 또는 링커(linker)를 사용하면 벡터와 외래 DNA를 용이하게 라이게이션(ligation) 할 수 있다. As used herein, the term "vector" means a DNA construct containing a DNA sequence operably linked to a suitable regulatory sequence capable of expressing the DNA in an appropriate host. The vector may be a plasmid, phage particle or simply a potential genome insert. Once transformed into the appropriate host, the vector may replicate and function independently of the host genome, or, in some cases, integrate into the genome itself. Because the plasmid is the most commonly used form of the current vector, the terms "plasmid" and "vector" are sometimes used interchangeably in the context of the present invention. For the purpose of the present invention, it is preferable to use a plasmid vector. Typical plasmid vectors that can be used for this purpose include (a) a cloning start point that allows replication to be efficiently made to include several hundred plasmid vectors per host cell, (b) a host cell transformed with the plasmid vector And (c) a restriction enzyme cleavage site allowing the foreign DNA fragment to be inserted. Even if an appropriate restriction enzyme cleavage site is not present, using a synthetic oligonucleotide adapter or a linker according to a conventional method can easily ligate the vector and the foreign DNA.

본 발명의 "형질전환(transformation)"은 DNA를 숙주세포로 도입하여 DNA가 염색체의 인자로서 또는 염색체 통합완성에 의해 복제 가능하게 되는 것으로 외부의 DNA를 세포 내로 도입하여 인위적으로 유전적인 변화를 일으키는 현상을 의미한다. 일반적으로 형질전환방법에는 전기천공법(electroporaton), 인산칼슘(CaPO4) 침전, 염화칼슘(CaCl2) 침전, 미세주입법(microinjection), 초산 리튬-DMSO법 등이 있고, 형질전환된 재조합 미생물은 DNA의 도입효율이 높고, 도입된 DNA의 발현 효율이 높은 숙주세포가 통상 사용되며, 원핵 및 진핵 세포를 포함하는 모든 미생물로서, 박테리아, 효모, 곰팡이 등이 이용가능하다."Transformation" of the present invention means that DNA is introduced into a host cell and DNA is replicable as a chromosomal factor or by chromosomal integration completion, which introduces an external DNA into a cell to cause an artificial genetic change . Generally, transformation methods include electroporation, calcium phosphate (CaPO 4 ) precipitation, calcium chloride (CaCl 2 ) precipitation, microinjection, lithium acetate-DMSO method, and the transformed recombinant microorganism is DNA And high expression efficiency of the introduced DNA are usually used. Bacteria, yeast, fungi, etc. can be used as all microorganisms including prokaryotic and eukaryotic cells.

본 발명의 실시예에서 랭클-랭크 결합체의 구조를 확인하기 위하여 생쥐의 랭크 엑토도메인(RANK ectodomain), 랭클 엑토도메인(RANKL ectodomain)을 활용하였고, "eRANK 및 eRANKL"은 각각 랭크의 엑토도메인, 랭클의 엑토도메인을 의미하며, 편의상 eRANK 및 eRANKL은 랭크 및 랭클로 표현되기도 하였다.In an embodiment of the present invention, to confirm the structure of the rank-rank conjugate, the rat rank RANTO (RANK ectodomain) and the rank of RANKL ectodomain (RANKL ectodomain) were used, and "eRANK and eRANKL", respectively, rank of the ectodomain, rank Means ectodomain of, and for convenience eRANK and eRANKL are also expressed as rank and rank.

본 발명에서 "고리화(cyclization)"란 사슬모양의 화합물을 고리모양 화합물로 만드는 것을 말한다.In the present invention, "cyclization" refers to making a chain compound into a cyclic compound.

본 발명에서 "이황화 결합(disulfide bond)"란 두 개의 황 원소가 산화(탈수소)하여 생기는 공유결합을 말한다.In the present invention, "disulfide bond" refers to a covalent bond formed by oxidation (dehydrogenation) of two sulfur elements.

본 발명에서 "아마이드 결합(amide bond)"란 아미노기와 카르복시기에서 물이 빠져 이루어지는 결합을 말한다.
In the present invention, "amide bond" refers to a bond in which water is released from an amino group and a carboxy group.

랭클Ranke -- 랭크Rank 결합체의 구조 분석 Structural analysis of the conjugate

본 발명에서는 랭클과 랭크의 상호작용을 억제하는 펩타이드를 제작하기 위해서 랭클과 랭크 결합체의 구조를 결정하였다.In the present invention, in order to produce a peptide that inhibits the interaction between rank and rank was determined the structure of the rank and rank conjugate.

랭크-랭클 결합체의 구조는 랭클의 결정 구조를 서치프로브 (search probe)로 사용하여 분자치환방법(molecular replacement method)에 의해 결정되었다. 결합체의 최종적인 모델은 랭클 잔기(residue) 161-315와 랭크 잔기 35-198로 구성되었다. 대략 60Å x 70Å x 100Å 크기의 결합체는 삼량체 랭클의 서브유닛 경계면에 형성된 세 개의 틈 속에 삽입되어 있는, 네 개의 시스테인이 풍부한 도메인(cysteine-rich domains (CRDs))을 포함하는 세 개의 랭크 분자로 구성되어 있음을 확인하였다(도 1A, 도 1B, 도 7A). 다른 TNF 계열 리간드와 마찬가지로, 랭클 단량체는 하나의 젤리롤-베타 샌드위치(jellyroll β-sandwich)와 두 개의 역평행-베타 플릿티드 쉬트(antiparallel β-pleated sheets)로 구성되어 있고, 랭클의 삼량체 자체 집합(self-assembly)은 대부분 방향족 잔기들에 의해 성립되는 보존된 소수결합(hydrophobic interaction) 과 특정한 내부 서브유닛(inter-subunit)의 수소결합에 의해 유도된 것이다(도 1D, 도 7A, 도9B). 랭크가 랭클에 결합하면, AA', CD 및 EF루프의 구조를 변화시키고 결국 스트랜드(strand)D, E의 N-, C- 말단을 변형시킴을 확인하였다(도 1C).
The structure of the rank-rankle conjugate was determined by a molecular replacement method using the crystal structure of the rankle as a search probe. The final model of the conjugate consisted of rank residues 161-315 and rank residues 35-198. The conjugate, approximately 60 μs x 70 μs x 100 μs, is a three-rank molecule containing four cysteine-rich domains (CRDs) inserted into three gaps formed at the subunit interface of the trimer rank. It confirmed that it was comprised (FIG. 1A, FIG. 1B, FIG. 7A). Like other TNF family ligands, the Rankine monomer consists of one jellyroll β-sandwich and two antiparallel β-pleated sheets, and the Rankel trimer itself The self-assembly is derived mainly by the conserved hydrophobic interaction established by aromatic residues and by hydrogen bonding of certain internal subunits (Figs. 1D, 7A and 9B). ). When the rank binds to the rankle, it was confirmed that the structure of AA ', CD and EF loops were changed and eventually modified the N- and C-terminus of strands D and E (FIG. 1C).

랭크의Rank 구조 분석 Structural analysis

본 발명에서는 랭클과 랭크의 상호작용에 관여하는 랭크의 특이적인 구조를 확인하였다.In the present invention, the specific structure of the rank involved in the rank-rank interaction.

랭크는 네 개의 CRDs 부위를 포함하고(도 1C, 도9B), 다른 일반적인 TNF 계열의 수용체와는 구별되는 구조적 특징이 있음을 확인하였다.27-29 일반적인 TNF 계열 수용체의 각 CRD에서는 여섯 개의 보존된 Cys 잔기가 이황화(disulfide) 쌍을 형성하는 반면에, 랭크의 CRD2-CRD4에서는 세 번째와 네 번째 Cys 잔기가 존재하지 않음을 확인하였다(도 1C). 또한, CRD3 내에 일반적이지 않은 이황화결합(disulfide bond)인 Cys125-Cys127이 존재함을 확인하였고(도 1D), 이 특이적인 이황화결합은 랭클-랭크 인식특이성에 관여하는 것으로 예상되었다.
The rank included four CRDs sites (Fig. 1C, Fig. 9B) and confirmed that there are structural features that are distinct from other common TNF family receptors. 27-29 Six conserved Cys residues form disulfide pairs in each CRD of the common TNF family of receptors, whereas the third and fourth Cys residues are absent in the rank CRD2-CRD4 ( 1C). In addition, an unusual disulfide bond Cys125-Cys127 was present in CRD3 (FIG. 1D), and this specific disulfide bond was expected to be involved in rank-rank recognition specificity.

랭클Ranke -- 랭크Rank 결합 면의 주요 결합( Major joins of mating faces ( bondingbonding )들의 확인Confirmation of)

본 발명에서는 랭클-랭크의 결합 면에 존재하는 결합들을 살펴보았다. In the present invention, the couplings present in the coupling face of the rank-rank were examined.

랭클-랭크 결합체에 있어서, CDR2의 두 개의 루프(루프1, 루프2)와 CDR3의 한 개의 루프(루프3)는 랭클과 상호작용을 함을 확인하였다(도 2). 랭크의 랭클에 대한 결합은 용액과 접촉가능한 면적(solvent accessible surface area )을 7680Å2 감소시키고, 그것은 결합하지 않은 상태의 수용체와 리간드의 용액과 접촉가능한 전체 면적의 15.4%에 해당하는 것이다. 수용체와 리간드의 전기를 띄는 잔기(charged residues)들은 수용체-리간드의 인식특이성을 결정 짓는 정전기적 네트워크를 제공함을 확인하였다(도 2C). In the rank-rank conjugate, it was confirmed that two loops of CDR2 (loop 1, loop 2) and one loop of CDR3 (loop 3) interact with the rankle (FIG. 2). Binding of the rank to the rankle reduces the solvent accessible surface area by 7680 Å 2 , which corresponds to 15.4% of the total area of contact with the solution of the receptor and ligand in the unbound state. Charged residues of the receptor and ligand were found to provide an electrostatic network that determines the recognition specificity of the receptor-ligand (FIG. 2C).

루프1에서, 랭크의 Asp85는 랭클의 스트랜드(strand) F의 Lys281, Arg283과 이온결합, 수소결합으로 상호작용을 하고, 랭클의 AA' 루프에서 Arg190과 Gly191은 Pro74의 백본(backbone) 카보닐 그룹과 Glu76의 곁사슬(side chain) 각각과 수소결합을 형성함으로써 랭클-랭크 결합을 더욱 안정화시킨다(도 8A, 표 2). 더욱이, 랭크의 Asp75는 랭클의 Arg190과 이온결합, 물을 매개로 한 수소결합(water-mediated hydrogen bonds) 을 형성하고, Leu88(eRANK)-His252(eRANKL) 및 Leu89(eRANK)-Gln302(eRANKL)에서의 반 데르 발스(van der Waals) 결합은 결합체의 인식특이성을 더욱 높여준다(도 8A, 표 2).In loop 1, Asp85 of rank interacts with lysine and hydrogen bond with Lys281 and Arg283 of strand F of rank, and Arg190 and Gly191 are backbone carbonyl groups of Pro74 in AA 'loop of rank. It further stabilizes the rank-rank bond by forming hydrogen bonds with each of side chains of Glu76 and Glu76 (FIG. 8A, Table 2). Furthermore, rank Asp75 forms ionic bonds and water-mediated hydrogen bonds with the Arg190 of rank, and Leu88 (eRANK) -His252 (eRANKL) and Leu89 (eRANK) -Gln302 (eRANKL) Van der Waals binding in Esso further enhances the recognition specificity of the conjugate (FIG. 8A, Table 2).

루프2의 세 개의 잔기(Asp94, Gly96, Lys97)는 랭클과 넓게 접촉하고 있고, 폭넓은 상호작용은 랭크의 Asp94 및 Lys97과 랭클의 Arg222, Asp299 및 Asp301 사이에서 형성되고, Asp94는 Arg222와 charge-enhanced 수소결합을 형성하고, Lys97은 두 개의 산성 잔기(acidic residues)인 Asp299, Asp301과 상호작용한다. 동시에, Asp94, Lys97은 루프2의 전체적인 모양을 결정하는 데 중요한 서브유닛 내의 솔트 브릿지(intra-subunit salt bridge)에 관여하고 있었다. 게다가, Gly96, Lys97의 백본 카보닐 산소와 백본(backbone), His224의 곁사슬(side chain) 질소 사이에서 추가적인 수소결합이 존재한다(도 8B, 표 2). The three residues of loop 2 (Asp94, Gly96, Lys97) are in wide contact with the rankle, and broad interactions are formed between ranks Asp94 and Lys97 and ranks Arg222, Asp299 and Asp301, and Asp94 is an Arg222 and charge- Forming enhanced hydrogen bonds, Lys97 interacts with two acidic residues, Asp299 and Asp301. At the same time, Asp94 and Lys97 were involved in the intra-subunit salt bridge, which is important for determining the overall shape of loop 2. In addition, there are additional hydrogen bonds between the backbone carbonyl oxygen of Gly96, Lys97 and the backbone, side chain nitrogen of His224 (FIG. 8B, Table 2).

루프3은 가장 큰 결합 면을 제공하고 있었다. Tyr119와 Ser123의 백본(backbone) 카보닐 원자는 랭클의 Glu225, Lys180과 각각 수소결합을 형성하고(도 8C, 표 2), 곁사슬과 랭크 Asp124의 백본 카보닐 산소는 His179와 솔트 브릿지(salt bridge), Lys180과 수소결합을 각각 형성하고 있었다. Cys125와 Cys128의 백본 카보닐 그룹은 랭클의 Gln236/Tyr240, His224와 각각 수소결합을 형성하고 있었다. 광범위한 수소결합, 솔트 브릿지(salt bridge)는 랭크의 Arg129, Arg130와 랭클의 Glu225, Glu268, Asn266 사이에서 관찰되었다(도 8C, 표 2). Loop 3 provided the largest mating face. The backbone carbonyl atoms of Tyr119 and Ser123 form hydrogen bonds with Glu225 and Lys180 of Ranke, respectively (FIG. 8C, Table 2), and the backbone carbonyl oxygen of side chain and rank Asp124 is His179 and salt bridge. , Lys180 and hydrogen bonds were formed respectively. The backbone carbonyl groups of Cys125 and Cys128 formed hydrogen bonds with Gln236 / Tyr240 and His224 of Ranke, respectively. Extensive hydrogen bonding, salt bridges were observed between ranks Arg129, Arg130 and ranks Glu225, Glu268, Asn266 (FIG. 8C, Table 2).

루프3의 가장 주목할 만한 특징은 Cys125과 Cys127 사이에 형성되어 있는 루프 끝에 있는 특이한 이황화결합(disulfide bond)의 존재이다. 이 특이적인 이황화결합(disulfide bond)은 루프3의 모양을 결정하는 중요한 요소이고 Glu126이 랭클의 많은 잔기들과 광범위하게 상호작용할 수 있도록 하는 요소로써, Glu126은 랭클의 Lys180과 상호작용을 할 뿐만 아니라(도 3, 도14C), 한 쪽 면에서 Lys256, Asp301, Asp303과, 다른 쪽 면에서는 Asn253, Gln291과 바이덴테이트(bidentate) 물을 매개로 하는 수소결합(water-mediated hydrogen bonds)을 형성하고 있었다. 또한, Glu126은 Tyr240과 반데르 발스 결합을 하고 있음을 확인하였다(도 3).The most notable feature of loop 3 is the presence of a unique disulfide bond at the end of the loop formed between Cys125 and Cys127. This specific disulfide bond is an important determinant of the shape of loop 3 and allows Glu126 to interact extensively with many residues in the rankle. Glu126 not only interacts with Lys180 in the rankle, (FIG. 3, 14C), on one side form Lys256, Asp301, Asp303, and on the other side Asn253, Gln291 and bidentate water to form water-mediated hydrogen bonds there was. In addition, it was confirmed that Glu126 has a van der Waals bond with Tyr240 (FIG. 3).

루프1, 루프2 및 루프3이 랭클과 결합하는 방식을 살펴본 결과, 루프2는 상대적으로 작은 크기이지만 Asp94, Gly96, Lys97을 통해 랭클과 폭넓게 결합하고 있었고, 루프3은 가장 넓은 결합면을 제공하면서 랭클과 가장 많은 결합을 형성하고 있었다. 본 발명자들은 이러한 구조적 정보를 토대로 랭클과 결합할 수 있을 것으로 예상되는 몇몇 펩타이드를 루프2 및 루프3의 아미노산 서열로부터 제작하였고, 랭클 결합 루프와 비슷한 모양을 형성하도록 펩타이드(L2-1, L2-2, L3-2, L3-3, L3-3S)를 고리화시켰다(표 4).
Looking at how loops 1, 2, and 3 combine with the rankle, we found that loop 2 was relatively small in size, but it was widely combined with the rankle through Asp94, Gly96, and Lys97, while loop 3 provided the widest mating surface. He was forming the most bonds with Ranke. Based on this structural information, the inventors have constructed several peptides that are expected to be able to bind to the rankle from the amino acid sequences of loops 2 and 3, and form peptides (L2-1, L2-2) to form a shape similar to the rankle binding loop. , L3-2, L3-3, L3-3S) were cyclized (Table 4).

랭클-랭크 상호작용에 관여하는 주요 잔기Key residues involved in rank-rank interactions 랭크Rank 랭클Ranke 결합의 종류Type of combine

루프 1




Loop 1


Pro74Pro74 Arg190Arg190 hydrogen bondhydrogen bond
Asp75Asp75 Arg190Arg190 ionic, hydrogen bondionic, hydrogen bond Glu76Glu76 Gly191Gly191 hydrogen bondhydrogen bond Asp85Asp85 Lys281, Arg283Lys281, Arg283 ionic, hydrogen bondionic, hydrogen bond Leu88Leu88 His252His252 hydrophobichydrophobic Leu89Leu89 Gln302Gln302 hydrophobichydrophobic
루프 2

Loop 2
Asp94Asp94 Arg222Arg222 ionic, hydrogen bondionic, hydrogen bond
Gly96Gly96 His224His224 hydrogen bondhydrogen bond Lys97Lys97 Asp301, Asp299Asp301, Asp299 ionic, hydrogen bondionic, hydrogen bond




루프 3








Loop 3



Tyr119Tyr119 Glu225Glu225 hydrogen bondhydrogen bond
Ser123Ser123 Lys180Lys180 hydrogen bondhydrogen bond Asp124Asp124 His179, Lys180His179, Lys180 ionic, hydrogen bondionic, hydrogen bond Cys125Cys125 Tyr240, Gln236Tyr240, Gln236 hydrogen bondhydrogen bond Glu126Glu126 Lys180Lys180 ionic, hydrogen bondionic, hydrogen bond Glu126Glu126 Tyr240Tyr240 hydrophobichydrophobic Cys128Cys128 His224His224 hydrogen bondhydrogen bond Arg129Arg129 Tyr234Tyr234 hydrophobichydrophobic Arg129Arg129 Glu268Glu268 ionic, hydrogen bondionic, hydrogen bond Arg130Arg130 Glu225, Asn266 Glu225, Asn266 ionic, hydrogen bondionic, hydrogen bond

위치 지정 돌연변이 (Positioning mutations ( SiteSite directeddirected mutagenesismutagenesis ))

랭크 유전자의 돌연변이를 유도하기 위해서, Quick Change mutagenesis kit (Stratagene) 을 이용하여 랭크 유전자의 점 돌연변이를 도입하고 DNA 시퀀싱에 의해 확인하였다. 랭크 돌연변이는 야생형(wild-type) 랭크와 동일한 방법으로 발현되고 정제되었다.
To induce mutations in the rank genes, point mutations of the rank genes were introduced using the Quick Change mutagenesis kit (Stratagene) and confirmed by DNA sequencing. Rank mutations were expressed and purified in the same way as wild-type ranks.

랭클Ranke -- 랭크Rank 결합력의 측정( Measurement of bonding force ITCITC ))

랭클과 랭크 또는 랭클과 랭크 변이체 간의 결합력은 isothermal titration calorimetry (ITC)을 이용하여 측정하였다. 열 변화는 VP-ITC Micro Calorimeter (MicroCal Inc., MA, USA)로 관측되었다. 기질 용액의 첨가에 의해 발생한 열 변화는 해리상수(dissociation constant (Kd)), 엔탈피(enthalpy (△H)) 및 엔트로피(△S)를 얻기 위해, least squares regression analysis(MicroCal Inc., MA, USA)을 이용하여 적합하게 조절되었다.
The binding force between rank and rank or rank and rank variants was measured using isothermal titration calorimetry (ITC). Thermal changes were observed with the VP-ITC Micro Calorimeter (MicroCal Inc., MA, USA). The thermal change caused by the addition of the substrate solution was determined by least squares regression analysis (MicroCal Inc., MA, USA) to obtain dissociation constant ( Kd ) , enthalpy (ΔH) and entropy (ΔS). ) To suitably adjust.

파골세포의 분화 분석(Differentiation analysis of osteoclasts OsteoclstOsteoclst DifferentiationDifferentiation AssayAssay ))

랭클과 야생형(wild-type)의 랭크 및 랭크 변이체들이 파골세포를 분화시키는 활성을 측정하기 위하여, 파골세포 분화 분석이 수행되었다. 생쥐의 파골세포 전구체를 5-8주 된 생쥐(male)의 경골과 대퇴부로부터 추출하고 정제하였다. 파골세포 전구체는 30 ng/ml의 M-CSF, 10% FBS를 함유하는 α-MEM 에서, 96 well plates (1 x 105/ml, 200 μl/well)에서 배양되었다. 다양한 농도의 랭클 및 랭크를 첨가하고 세포는 5%의 CO2를 함유하는 축축한 공기에서 37℃에서 배양되었다. 파골세포 전구체의 분화는 인 비트로(in vitro)에서 tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) 활성의 수치에 의해 측정되었다. TRAP staining assay 는 100mM 아세트산 나트륨(sodium acetate)(pH 5.2)에서 기질 Naphthol AS phosphate를 사용하여 수행되었다. TRAP-positive 다핵세포(multinucleated cells)는 현미경을 이용하여 osteoclast-like 다핵세포로 계산되었고, 통계적 데이터를 얻기 위해 각각 3번씩 반복하였다.
To determine the activity of rank and wild-type ranks and rank variants to differentiate osteoclasts, osteoclast differentiation assays were performed. The osteoclast precursors of mice were extracted and purified from the tibia and femur of 5-8 week old males. Osteoclast precursors were incubated in 96 well plates (1 × 10 5 / ml, 200 μl / well) in α-MEM containing 30 ng / ml M-CSF, 10% FBS. Various concentrations of rank and rank were added and the cells were incubated at 37 ° C. in moist air containing 5% CO 2 . Differentiation of osteoclast precursors in vitro (in In vitro , it was measured by the level of tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) activity. TRAP staining assay was performed using the substrate Naphthol AS phosphate in 100 mM sodium acetate (pH 5.2). TRAP-positive multinucleated cells were counted as osteoclast-like multinucleated cells under a microscope and repeated three times each to obtain statistical data.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not to be construed as limited by these examples.

특히, 하기 실시예에서는 생쥐의 랭클-랭크 결정체의 구조만을 대상으로 하였으나, 시퀀스(sequence)는 인간과 생쥐에서 거의 동일하고 특히 결합에 관여하는 루프 부분의 시퀀스는 완전히 동일하므로, 당업자라면 생쥐의 랭클-랭크 결정체 구조로부터 인간의 랭클-랭크 결정체 구조를 당연히 예측할 수 있고 본 발명에 따른 펩타이드 및 약학조성물을 인간에게 적용하여 파골세포 분화 억제효능을 얻을 수 있음은 자명한 사항이다. 또한, 하기 실시예에서는 신규 펩타이드 L3-3 및 L3-3S 의 아미노산 서열 및 펩타이드의 파골세포 분화 억제 효능만을 확인하였으나, 당업자라면 과도한 실험적 부담없이 본 발명에 따른 펩타이드의 아미노산 서열을 이용하여 디제너레이트(degenerate) 프라이머를 제작한 다음, 제작된 프라이머를 이용하여 PCR 함으로써 유전자 단편 및 이를 포함하는 벡터를 얻고, 나아가 적절한 숙주세포를 선택하여 형질전환된 미생물를 얻을 수 있다.
In particular, in the following examples, only the structure of the rank-rank crystals of the mouse was targeted, but the sequence is almost the same in humans and mice, and in particular, the sequence of the loop moieties involved in binding is completely the same. Of course, it is obvious that the rank-rank crystal structure of human can be predicted from the rank crystal structure and the osteoclast differentiation inhibitory effect can be obtained by applying the peptide and pharmaceutical composition according to the present invention to human. In addition, in the following examples, only the amino acid sequence of the novel peptides L3-3 and L3-3S and the osteoclast differentiation inhibitory effect of the peptide were confirmed, but those skilled in the art would degenerate using the amino acid sequence of the peptide according to the present invention without excessive experimental burden. (Degenerate) After preparing the primers, PCR using the prepared primers to obtain a gene fragment and a vector comprising the same, and further can select a suitable host cell to obtain a transformed microorganism.

랭클Ranke 엑토도메인(eRANKL)과Ectodomain (eRANKL) and 랭크Rank 엑토도메인(eRANK)을Ectodomain (eRANK) 코딩하는 유전자의  Of the gene that encodes 클로닝Cloning , , eRANKLeRANKL and eRANKeRANK 단백질의 발현 및 정제 Expression and Purification of Proteins

랭클-랭크 결합체를 얻기 위하여, 생쥐의 랭클(eRANKL, residues 157-316)과 랭크(eRANK, residue 32-201)의 엑토도메인(extodomains) 을 동일한 방법으로 발현시키고 정제하였다. 랭클과 랭크의 엑토도메인을 코딩하는 유전자들을 N-terminal 6His-thioredoxin (Trx) 과 삽입된 cDNA 사이에 단백질 분해효소 Tobacco Etch Virus (TEV) 의 절단부위를 가지고 있는 pVFT3S 벡터(대한민국 등록특허 제10-0690230호)에 클로닝하였다. 제조된 6His-Trx-eRANKL 과 6His-Trx-eRANK는 15 oC 에서 24 시간 동안 0.2 mM isopropyl-β-D-thiogalactoside (IPTG) 로 인덕션(induction)시킨 후에, Escherichia coli BL21 (DE3) 과 Origami cells (Novagen, WI, USA)에서 각각 발현되었다. 각각의 융합 단백질은 Ni-NTA column (GE Healthcare, Uppsala, Sweden) 을 이용하여 금속 친화 정제법(metal affinity purification)에 의해 정제되었고, TEV 단백질 분해효소에 의해 분해되었다. 분해된 랭클과 랭크를 NTA column에 다시 넣고, 통과된 부분은 완충용액(25 mM Tris-HCl (pH 7.5), 50 mM NaCl)과 평형이 되는 Superdex-200 gel filtration chromatography (GE Healthcare, Uppsala, Sweden)로 주입되었다. 랭클-랭크 결합체를 얻기 위하여, 정제된 랭크와 랭클을 1:5의 비율로 혼합하였고 상온에서 하루 밤 동안 배양하였다. 랭클-랭크 결합체는 Superdex-200 gel filtration chromatography에 의해 추가로 정제되었다.
In order to obtain rank-rank conjugates, mouse lancets (eRANKL, residues 157-316) and ranks (eRANK, residues 32-201) were expressed and purified in the same manner. The genes encoding rank and rank ectodomains were expressed in pVFT3S vector having a cleavage site of the protease Tobacco Etch Virus (TEV) between N-terminal 6His-thioredoxin (Trx) and the inserted cDNA. 0690230). The prepared 6His-Trx-eRANKL and 6His-Trx-eRANK were inducted with 0.2 mM isopropyl-β-D-thiogalactoside (IPTG) at 15 o C for 24 hours, followed by Escherichia coli It was expressed in BL21 (DE3) and Origami cells (Novagen, WI, USA), respectively. Each fusion protein was purified by metal affinity purification using a Ni-NTA column (GE Healthcare, Uppsala, Sweden) and digested by TEV protease. The digested rank and rank were returned to the NTA column, and the passed portion was superdex-200 gel filtration chromatography (GE Healthcare, Uppsala, Sweden) in equilibrium with the buffer solution (25 mM Tris-HCl (pH 7.5), 50 mM NaCl). ) Was injected. To obtain the rank-rank conjugate, the purified rank and rank were mixed at a ratio of 1: 5 and incubated overnight at room temperature. The rank-rank conjugate was further purified by Superdex-200 gel filtration chromatography.

2-1: 결정화 및 데이터 수집(2-1: Crystallization and Data Collection crystalizationcrystalization andand datadata collectioncollection ))

결정화(crystallization)실험을 위해서, 정제된 랭클-랭크 결정체는 Amicon ultrafiltration device 또는 Centricon (10 kDa MW curoff; Millipore, MA, USA)을 이용하여 10mg/ml로 농축되었다. 첫 번째 결정화 스크리닝은 Crystal Screen I, II, SalRX (Hampton Research, CA, USA)와 Wizard I, II (Emerald Biostructures, WA, USA) 결정화 스크린 키트(crystallization screen kits)를 이용하여 마이크로 뱃치 방법 (microbatch method) 으로 22℃에서 수행되었다. 단백질 드롭스(Protein drops)는 저장 용액(reservoir solution) 1 ㎕ 와 랭클-랭크 결합체 용액 1 ㎕ 를 혼합하여 준비하였다. 회절 결정체(diffraction-quality crystals)는 시트르산삼나트륨(trisodium citrate)(pH 5.6) 100mM와 황산암모늄(ammonium sulfate) 1.2M을 함유하는 저장 용액으로부터 1주일 이내에 얻어졌다. For crystallization experiments, purified rank-rank crystals were concentrated to 10 mg / ml using Amicon ultrafiltration devices or Centricon (10 kDa MW curoff; Millipore, Mass., USA). The first crystallization screening is performed using the microbatch method using Crystal Screen I, II, SalRX (Hampton Research, CA, USA) and Wizard I, II (Emerald Biostructures, WA, USA) crystallization screen kits. ) At 22 ° C. Protein drops were prepared by mixing 1 μl of reservoir solution and 1 μl of Rankine-Rank conjugate solution. Diffraction-quality crystals were obtained within one week from a stock solution containing 100 mM trisodium citrate (pH 5.6) and 1.2 M ammonium sulfate.

회절 실험은 Pohang Light Source(Korea)의 beam line 4A와 Photon Factory(Japan)의 AR-NW12 에서 수행되었다. 최종적인 X-ray 회절 데이터(diffraction data)는 Photon Factory(Japan)로부터 beam line AR-NW12의 ADSC Quantum 210 CCD 검출기(detector)로 영하 173℃에서 수집되었다. 결합체 결정은 단위 세포 파라미터, a = b = 120.86 Å, c = 93.43 Å; α= β=90o, γ= 120o 로 공간 그룹(space group) P3에 속하였다. 결과적으로, 하나의 단위 세포에는 두 개의 랭클-랭크 결합체가 존재함을 확인하였다. 회절 데이터는 DENZOHKL program suite의 SCALEPACK 프로그램으로 처리되고 수치화되었다.31 싱크로트론(synchrotron) 데이터 수집과 처리에 대한 데이터 통계는 표 3에 나타내었다.
Diffraction experiments were performed on beam line 4A of Pohang Light Source (Korea) and AR-NW12 of Photon Factory (Japan). The final X-ray diffraction data was collected from Photon Factory (Japan) at minus 173 ° C. with an ADSC Quantum 210 CCD detector of beam line AR-NW12. Binder determination was determined in unit cell parameters, a = b = 120.86 mm 3, c = 93.43 mm 3; space group with α = β = 90 o and γ = 120 o Belonged to P3 . As a result, it was confirmed that two rank-rank conjugates exist in one unit cell. Diffraction data of the DENZO and SCALEPACK HKL program suite The program was processed and quantified. 31 Data statistics for synchrotron data collection and processing are shown in Table 3.

2-2: 구조 결정 및 정제(2-2: structure determination and purification ( structurestructure determanationdetermanation andand refinementrefinement ))

랭클-랭크 결합체의 결정구조는 단량체의 랭클(PDB ID 1iqa)을 서치 모델로 사용하여 분자의 교체에 의해 결정되었다.30 두 개의 랭클 서브유닛은 MOLREP 프로그램을 사용하여 회전기능(rotation function)과 트랜스레이션 서치(translation search)에 의해 발견되었다.32 몇 차례에 걸친 REFMAC33를 이용한 정제 후에, 랭크 분자의 전자밀도 지도를 얻었다. RESOLVE35 프로그램에 의한 solvent flattening과 함께, COOT34를 이용한 추가적인 모델링과 정제는 각각 R값을 22.6, Rfree 값을 24.9%(10% 데이터 샘플에 대하여) 갖는 최종적인 모델 결과를 내었다. 정제된 구조를 COOT 와 PROCHECK36를 이용하여 평가하였고, 통계(refinement statistics)는 표 3에 나타내었다. 모든 구조들의 그림은 PYMOL37 프로그램을 사용하여 준비하였다.
The crystal structure of the rank-rank conjugate was determined by the replacement of molecules using the rank of monomer (PDB ID 1iqa) as a search model. 30 raengkeul two subunits was found using the MOLREP program by the rotating function (rotation function) and translation search (search translation). 32 After several rounds of purification with REFMAC 33 , an electron density map of the rank molecule was obtained. In addition to solvent flattening with the RESOLVE 35 program, additional modeling and purification with COOT 34 resulted in R values of 22.6 and R free , respectively. The final model result was 24.9% (for 10% data samples). The refined structure was used with COOT and PROCHECK 36 It was evaluated and refinement statistics are shown in Table 3. Figures of all structures were prepared using the PYMOL 37 program.

데이터 수집 및 정제 통계Data collection and refinement statistics DataData collectioncollection statisticsstatistics Space groupSpace group P3 P 3 Unit cell parameters (Å)Unit cell parameters (Å) a=b=120.86, c=93.43a = b = 120.86, c = 93.43 No. of molecules in AUNo. of molecules in AU 4(two eRANKs, two eRANKLs)4 (two eRANKs, two eRANKLs) Wavelength (Å)Wavelength (Å) 1.00001.0000 Resolution range (Å)Resolution range (Å) 50-2.550-2.5 Completeness (%)Completeness (%) 100(99.7)100 (99.7) Unique reflectionsUnique reflections 52,575(6,176)52,575 (6,176) Rsym(%)a R sym (%) a 8.9(43.0)8.9 (43.0) I /σ(I)   I / σ (I) 31.4(3.0)31.4 (3.0) RedundancyRedundancy 10.46(7.40)10.46 (7.40) RefinementRefinement statisticsstatistics Resolution (Å)Resolution (Å) 50-2.550-2.5 R-work (%)b R-work (%) b 22.722.7 R-free (%)c R-free (%) c 24.924.9 NoNo . . ofof nonhydrogennonhydrogen atomsatoms Protein atomsProtein atoms 4,9364,936 Water moleculesWater molecules 182182 RMSRMS deviationsdeviations Bond length (Å)Bond length (Å) 0.00950.0095 Bond angles (°)Bond angles (°) 1.651.65 B B factorfactor Average main chain (Å2)Average main chain (Å 2 ) 56.356.3 Average side chain (Å2)Average side chain (Å 2 ) 57.857.8 ResiduesResidues inin RamachandranRamachandran plotplot (%)(%) Most favoredMost favored 84.184.1 Additional allowedAdditional allowed 15.415.4 Generously allowedGenerously allowed 0.50.5 DisallowedDisallowed 00

a Rsym = ∑|Ⅰi-<Ⅰ>|/∑ⅠX100 a Rsym = ∑ | Ⅰi- <Ⅰ> | / ∑ⅠX100

b Rwork = ∑||Fobs|-|Fcalc||/∑|Fobs| b Rwork = ∑ || Fobs |-| Fcalc || / ∑ | Fobs |

c Rfree = ∑||Fobs|-|Fcalc||/∑|Fobs| (실험에서 얻어진 회절 점 중 10%를 무작위로 선택하여 Rfree 를 계산하는 데 사용하였음)
c Rfree = ∑ || Fobs |-| Fcalc || / ∑ | Fobs | (10% of the diffraction points obtained in the experiment were randomly selected and used to calculate Rfree)

랭크Rank -- 랭클Ranke 상호작용에 관여하는 기능  Functions involved in interaction 잔기의Residue 돌연변이의  Mutant 랭클에In rank 대한 결합력 및 파골세포 분화능력 확인 Adhesion and osteoclast differentiation ability

리간드-수용체 상호작용을 일으키는 기능적인 치환기들의 역할을 확인하기 위하여 세 개의 루프의 끝에서 세 개의 치환기를 alanine으로 돌연변이시켰다(D85 in Loop1; K97 in Loop2; E126A in Loop3). ITC 측정 결과, 야생형의 랭크는 랭클에 대하여 강한 결합력(Kd = 230nM)을 나타낸 반면, 변이체 E126A 랭크와 랭클 사이에서는 상호작용이 관찰되지 않았다(도 4). 또한, 야생(wild-type) 랭크를 주입한 경우에는, 랭클-랭크의 상호작용에 따른 신호전달이 저해됨으로써 파골세포 형성을 완전히 억제하는 반면에, 변이체 E126A 랭크는 랭클과 결합하지 못하고 따라서, 랭클에 의해 유도되는 파골세포 분화를 억제하지 못함을 확인하였다(도 5). 변이체 K97A의 경우에도 랭클과 결합하지 못하고 파골세포의 분화를 억제하지도 못하였다(도 4). 그러나, 변이체 D85A의 경우에는 랭클에 대한 결합력을 유지하고(Kd =24.2μM) 파골세포의 분화도 억제시켰다(도 4, 도 5). 따라서, 루프1은 랭클과 결합하는 데 루프2나 루프3 만큼 중요하지 않고, 루프2는 크기는 작지만 결합에 큰 역할을 하는 것을 알 수 있었다. 또한, 변이체 C125A의 경우에도 랭클과 결합하지 못하므로(도 9), Cys125-Cys127의 이황화결합이 매우 중요함을 확인하였다.
Three substituents were mutated to alanine at the end of the three loops (D85 in Loop1; K97 in Loop2; E126A in Loop3) to identify the role of functional substituents causing ligand-receptor interactions. As a result of ITC measurement, the rank of the wild type showed a strong binding force (K d = 230 nM) to the rank, while no interaction was observed between the variant E126A rank and the rank (FIG. 4). In addition, when wild-type ranks were injected, the signaling caused by the rank-rank interaction was inhibited to completely inhibit osteoclast formation, whereas the variant E126A rank did not bind to the rankle and thus, the rankle It was confirmed that it does not inhibit osteoclast differentiation induced by (Fig. 5). In the case of variant K97A, it could not bind to the rankle and inhibited the differentiation of osteoclasts (FIG. 4). However, in the case of variant D85A, binding to the rankle was maintained (K d = 24.2 μM) and the differentiation of osteoclasts was also inhibited (FIGS. 4 and 5). Therefore, loop 1 is not as important as loop 2 or loop 3 to join the rankle, and loop 2 is small but plays a big role in joining. In addition, in the case of the variant C125A also did not bind to the rankle (Fig. 9), it was confirmed that the disulfide bond of Cys125-Cys127 is very important.

폴리펩타이드Polypeptide L2L2 -1, -One, L2L2 -2, -2, L3L3 -1, -One, L3L3 -2, -2, L3L3 -3 및 -3 and L3L3 -3S의 제조Manufacture of -3S

랭클과 상호작용을 하고 랭크-랭클간의 상호작용을 방해함으로써, 파골세포의 분화 및 활성화로 인한 골 질환의 치료제를 제공하기 위하여, 루프2와 루프3의 아미노산 서열로부터 몇몇 펩타이드를 제작하였다(도 8, 표 4). 전체적으로 랭클 결합 부위를 닮고 고리화된 펩타이드를 제작하기 위하여 Cys와 Tyr을 도입하였다. 다만, L3-1은 고리화되지 않도록 Cys, Tyr을 도입하지 않고, Cys128은 Cys125 또는 Cys127과의 원치않는 이황화결합이 발생하지 않도록 Ser으로 대체시켰다. 파골세포의 형성을 억제하는 것으로 알려진 OPG-mimic 단백질인 OP3-4를 대조군으로 사용하였다.34 Several peptides were constructed from the amino acid sequences of loop 2 and loop 3 to provide therapeutics for bone diseases due to differentiation and activation of osteoclasts by interacting with and disrupting rank-rank interactions (FIG. 8). , Table 4). Cys and Tyr were introduced to make the cyclized peptides resembling the overall rank binding site. However, L3-1 did not introduce Cys or Tyr to prevent cyclization, and Cys128 was replaced with Ser to prevent unwanted disulfide bonds with Cys125 or Cys127. OP3-4, an OPG-mimic protein known to inhibit the formation of osteoclasts, was used as a control. 34

제조된 다섯 개의 펩타이드(L2-1, L2-2, L3-1, L3-2, L3-3) 중에서, 펩타이드 L3-3만 함량에 따라 파골세포의 분화를 억제(dose-dependent inhibition)하는 효과를 나타내었다(도 5B). L2-1과 L2-2는 함량에 따라 파골세포 분화를 억제시키는 데 미미한 효과를 나타내었고, 이것은 랭클과 랭크가 결합하는 데 루프2가 루프3에 비하여 크게 관여하지 않는다는 것을 의미한다. 또한, 루프3의 거의 모든 서열을 포함하면서 단지 말단의 이황화결합만 존재하지 않는 L3-1의 경우에도 파골세포 분화억제 효과를 나타내지 못한 사실은, 말단의 이황화결합에 의한 변형이 중요한 기능을 한다는 것을 의미하고, 또한 L3-3에 부과한 제한효과가 L3-3의 구조를 안정화시키는 것을 의미한다. Of the five peptides (L2-1, L2-2, L3-1, L3-2, L3-3) prepared, the effect of inhibiting osteoclast differentiation according to the content of only peptide L3-3 (dose-dependent inhibition) Is shown (FIG. 5B). L2-1 and L2-2 showed insignificant effects on the inhibition of osteoclast differentiation depending on the content, which means that loop 2 is less involved than loop 3 in the rank and rank binding. In addition, the fact that L3-1, which includes almost all sequences of loop 3 but only terminal disulfide bonds, does not show an osteoclast differentiation effect, suggests that modification by terminal disulfide bonds plays an important function. It also means that the limiting effect imposed on L3-3 stabilizes the structure of L3-3.

L3-3의 파골세포 분화 억제효과를 증가시키기 위하여 아미노산을 다른 것으로 대체시키는 실험을 한 결과, 서열번호 1의 아미노산 서열의 3번째 Trp를 Ser으로 대체시킨 경우에(표 4) 그 효과가 현저히 증가함을 확인하였다. L3-3이나 OP3-4에 비하여 20-40배 증가한 파골세포 분화 억제효과를 나타내었다(도 6B). 즉, 2.5 μM의 L3-3S는 100 μM의 OP3-4 또는 L3-3에 상응하는 효과를 나타내는 것이다. 그리고 이러한 결과는 Trp이 Ser로 대체됨으로써 구조적으로 더 안정화되고, 소수성(hydrophobic) 잔기인 Trp를 전기를 띄는(polar) 잔기인 Ser로 대체함으로써 펩타이드의 소수성이 증가되고 따라서 펩타이드의 활성이 증가되었기 때문이다.
In order to increase the osteoclast differentiation inhibitory effect of L3-3, an experiment was carried out to replace the amino acid with another, and when the third Trp of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 was replaced with Ser (Table 4), the effect was significantly increased. It was confirmed. The osteoclast differentiation inhibitory effect was increased by 20-40 times compared to L3-3 or OP3-4 (FIG. 6B). That is, 2.5 μM of L3-3S shows an effect corresponding to 100 μM of OP3-4 or L3-3. This result is because the Trp is replaced with Ser, which is structurally more stabilized, and the hydrophobicity of the peptide is increased by replacing the hydrophobic residue Trp with Ser, which is a polar residue, thereby increasing the activity of the peptide. to be.

L2-1, L2-2, L3-1, L3-2, L3-3, L3-3S의 아미노산 서열Amino Acid Sequences of L2-1, L2-2, L3-1, L3-2, L3-3, L3-3S 아미노산 서열Amino acid sequence 아미노산 서열Amino acid sequence 루프 2
Loop 2
93- CDAGKALV-100
93- C D A GK ALV-100
L2-1L2-1 YC DAGKAL CY (서열번호 3) YC DAGKAL CY (SEQ ID NO: 3)
L2-2L2-2 YC DGGKAL CY (서열번호 4) YC DGGKAL CY (SEQ ID NO: 4)
루프 3


Loop 3


118-GYHWNSDCECCRRN-131


118-G Y HWN SDCEC C RR N-131

L3-1L3-1 GYHWNSDCECSRRN (서열번호 5)GYHWNSDCECSRRN (SEQ ID NO: 5)
L3-2L3-2 YC NSDCEC CY RR (서열번호 6) YC NSDCEC CY RR (SEQ ID NO: 6) L3-3L3-3 YC WNSDCEC CY RR(서열번호 1) YC WNSDCEC CY RR (SEQ ID NO: 1) L3-3SL3-3S YC SNSDCEC CY RR(서열번호 2) YC SNSDCEC CY RR (SEQ ID NO: 2) OPGOPG 113-LEIEFCLKHR- 122113-LEIEFCLKHR- 122 OP3-4OP3-4 YC EIEF CY LIR YC EIEF CY LIR

이상으로, 본 발명의 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다. As described above, specific portions of the contents of the present invention have been described in detail, and for those skilled in the art, these specific descriptions are merely preferred embodiments, and thus the scope of the present invention is not limited thereto. Will be obvious. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

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Claims (15)

13개의 아미노산 서열로 구성되는 펩타이드로서, 5-9번의 아미노산 서열은 SDCEC 이고, 11-13번의 아미노산 서열은 YRR 이며, 2번과 10번 아미노산이 서로 연결되어 고리화를 이루는 것을 특징으로 하는, 서열번호 2로 표시되는 랭클과 랭크의 상호작용을 억제하는 펩타이드.
A peptide consisting of 13 amino acid sequences, wherein amino acid sequence 5-9 is SDCEC, amino acid sequence 11-13 is YRR, and sequence 2 and 10 are linked to each other to form a cyclization sequence Peptides that inhibit the rank interaction with the rank represented by the number 2.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항의 펩타이드 및 약학적으로 허용가능한 담체를 포함하는, 골다공증, 골형성 부전증, 고칼슘혈증, 골연화증, 류마티스 관절염, 파젯병, 암에 의한 골 소실 및 골 괴사증으로 구성된 군에서 선택되는 골 질환의 예방 또는 치료용 약학조성물.Prevention of a bone disease selected from the group consisting of osteoporosis, osteoplasia, hypercalcemia, osteomalacia, rheumatoid arthritis, Paget's disease, bone loss due to cancer and bone necrosis, comprising the peptide of claim 1 and a pharmaceutically acceptable carrier Or therapeutic pharmaceutical compositions. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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성균관대학원 박사학위논문. Ta Minh Hai. The structural and functional studies of mouse RANKL-RANK complex and bacterial aminopeptidase PepS(2010.02).

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