생화학분자생물학회

Multivalent Small-Molecule Pan-RAS Inhibitors

김은하 (아주대학교 분자과학기술학과)

  저분자 물질이 상호 작용할 수 있는 충분한 공간이 있는 “Druggable” 한 단백질과 달리 단백질-단백질 상호작용(Protein-Protein Interaction: ppi)을 통한 신호기작을 지니는 단백질의 경우 저분자 물질에 의해 저해되기가 상대적으로 어렵다. 특히 이러한 단백질중 하나인 RAS 단백질의 경우 저분자 물질이 결합할 수 있는 충분한 크기의 Hydrophobic Pocket이 없는 것으로 알려져 있어 이를 타겟으로 하는 약물 개발이 어려운 것으로 알려져 있다. 컬럼비아 대학교Brent R. Stockwell 연구진은 본 논문에서KRAS^G12D 와 그 효과기 단백질(Effector Protein)간의 결합 자리를 막는 물질을 보고하였다. 단백질 구조 분석을 통해 RAS 단백질의 효과기 단백질 결합 자리인 Switch I 과 Switch II 부분에 세 가지의 서로 다른 잠재적인 저분자 물질 결합 자리가 있음을 확인한 후 분자 도킹 실험을 통해 KRAS^G12D 에 대한 저해제 “3144” 물질을 찾았다. MST, ITC, NMR 실험을 통해 3144물질의KRAS^G12D와의 상호작용에 대해 살펴보았고 그 결과 17.8 µM 정도의 K_d 값을 지니며 도킹 시 예상했던 부분과 상호작용을 하고 있다는 것 뿐만 아니라, KRAS^G12D이외에 KRAS^wt HRAS^wt, 그리고 NRAS^wt 과도 상호 작용함을 알아 내었다. 그 뒤 DLD-1 Cell Line에서 HRAS, NRAS, KRAS Knock Down이 3144에 대한 약물민감화를 가지고 오며11개의 서로 다른 RAS Isoform을 지니는 Cell Line에 대해 3144물질이 지니는 약효가 다르다는 것을 확인할 수 있었다. 저자들은 이러한 3144의 약효가 RAS-PI3K-AKT, RAS-RAF-MEK-ERK 신호기작을 저해하여 생긴다는것을 확인하였고 MDA-MB-231(KRAS^G13D)를 이용한 Cancer Xanografts와 Kras^LSL.G12D/+Tp53^fl/flPdx1-Cre (KP^f/fC) 두 in vivo Mouse 모델에서도 3144물질이 구강 및 i.p./i.v. 투여 모두에서 암세포증식 억제 효과가 있음을 확인하였다. 

  본 논문을 통해서 저자들은 분자조각기반 약물 설계(Fragment Based Drug Design: FBDD)와 컴퓨터를 이용한 신약 설계(Computer Aided Drug Design: CADD)를 통해 하나 이상의 부분에 결합하는 pan-RAS Inhibitor를 개발할 수 있었고 이러한 연구 결과를 통해 기존 약물 개발 방식으로 접근이 어려운 표적 단백질에 대한 약물 개발 접근법을 제시하고 있다. 

논문출처: Cell. 168(5):878-889, 2017

저자: Welsch ME, Kaplan A, Chambers JM, Stokes ME, Bos PH, Zask A, Zhang Y, Sanchez-Martin M, Badgley MA, Huang CS, Tran TH, Akkiraju H, Brown LM, Nandakumar R, Cremers S, Yang WS, Tong L, Olive KP, Ferrando A, Stockwell BR. 

​

​

​

그림 1. FBDD 및 CADD를 통한 pan-RAS 약물후보물질 도출 개념도

​

​