Discovery and characterization of novel peptide agonists targeting GPCRs related to metabolic and inflammatory diseases

Abstract

Part I 글루카곤과 글루카곤 유사 펩타이드-1 수용체에 대해 상호 보완적인 이중 작용 활성을 보유한 항비만 펩타이드 접합체 본 연구에서는 더욱 효율적이고 장기적인 치료 효능의 유지가 가능한 새로운 항비만, 항당뇨 약물을 개발하기 위해 대사 질환 치료제인 글루카곤 유사 펩타이드-1 수용체 (GLP-1R) 작용제에 대사 조절 호르몬인 글루카곤을 새로운 화학적 변형 기법인 아미노산인 라이신 및 triazol 작용기를 적용하여 접합시킨 GLP-1R, GCGR 의 두 서로 다른 GPCR 에 대해 동시적인 활성을 보유한 새로운 이중 작용제인 sEx4-GCG(K), sEx-GCG(T)를 제작하여 당뇨, 비만 병증 발생을 유도한 마우스에서의 항비만, 항당뇨 효과를 검증하였습니다. sEx4-GCG(K), (T) 모두 GLP-1 과 글루카곤의 유익한 효과를 동시에 나타내어 체중 감소, 혈당 조절 호르몬인 인슐린에 대한 저항성으로 인한 고혈당증, 간지방증과 같은 대사이상증세에 대해 뛰어난 개선 효과를 보였습니다. 또한, 비만 유도 마우스의 갈색 지방 조직에서의 열 발생 및 백색 지방 조직에서의 지질 분해, 지방산의 베타 산화를 증가시켰으며, 두 이중 작용제 모두 5’-AMPK 신호 전달 경로를 활성화 시켜 지방산인 팔미트산에 의해 유도되는 산화적 스트레스 및 지질 생성 증가를 골격근 세포에서 방지하였습니다. 상호 보완적인 이중 작용제 활성을 통해 sEx4-GCG(T), (K)는 상용화된 글루카곤 유사 펩타이드-1 수용체 작용제와 대비하여 거욱 개선된 체중 감소, 대사 개선 을 유도하였으며, 비만 및 연관된 대사질환들에 대한 새로운 치료제로써 개발될 수 있을 것으로 기대합니다.

Part II. 밀착 연접 기능 강화를 통한 마우스 모델에서의 궤양성 대장염 증세를 완화시키는 GPR39 펩타이드 효현제 궤양성 대장염의 정확한 발병 원인은 현재까지 보고되어 있지 않으나, 대장의 밀착 연접 (Tight junction)의 손상이 질병의 급격한 악화를 일으키는 주 원인 중의 하나로 알려져 있습니다. 고아 G-단백질 연계 수용체의 하나인 GPR39 는 장 상피 세포에서 밀착연접 기능 유지에 참여하는 것으로 보고되어 있습니다. 본 연구에서는 GPR39 표적하는 펩타이드 작용제인 GJ39A 를 최초로 보고하였으며, RNA 시퀀싱을 통해 GJ39A 가 장 상피 세포에서 밀착연적 구성 단백질 암호화 유전자들과 긍정적인 상관관계를 보유하고 있음을 확인하였습니다. GJ39A 가 장 상피 세포 내에서 AMPK-CDX2 신호전달 경로를 통해 밀착연접 구성 단백질의 발현을 조절하는 것을 확인하였습니다. 궤양성 대장염 모델 마우스에서 GJ39A 가 궤양성 대장염의 발생과 병리적 증세들을 유의미하게 완화시켰으며, 대장 밀착연접 단백질들의 발현량을 회복시켰습니다. 또한, GJ39A 가 대장 상피층의 염증성 손상을 뚜렷하게 방지하였으며 대장, 혈중 IL-1β, TNF-α 수준을 감소시켰습니다. GPR39 녹아웃 마우스에서는, GJ39A 의 궤양성 대장염에 대한 치료 효과가 완전히 소실되었습니다. 본 발견은 궤양성 대장염 발생 과정에 있어 GPR39 의 생리학적 중요성 및 GPR39 표적 시약의 궤양성 대장염 치료 수단으로써의 유효성을 입증합니다.|Part I. Antiobesity peptide conjugates with complementary dual-agonist activities at glucagon and glucagon-like peptide 1 receptors To develop more effective and long-lasting antiobesity and antidiabetic therapeutics by employing novel chemical modifications of glucagon-like peptide-1 receptor (GLP-1R) agonists. I constructed novel unimolecular dual agonists of GLP-1R and glucagon receptor prepared by linking sEx-4 and native glucagon (GCG) via lysine or triazole [sEx4-GCG(K) and sEx4-GCG(T), respectively] and evaluated their antiobesity and antidiabetic efficacy in the diabetic and obese mouse model. Both sEx4-GCG(K) and sEx4-GCG(T) showed the beneficial metabolic effects of GLP-1 and glucagon: they promoted weight loss and ameliorated insulin resistance and hepatic steatosis. They also increased thermogenesis in brown adipose tissue, and lipolysis and β-oxidation in white adipose tissue, with concomitant suppression of lipogenesis. Furthermore, both dual agonists activated the 5’-AMP-activated protein kinase signalling pathway and prevented palmitateinduced oxidative stress in skeletal muscle cells. Through their complementary dual agonism, sEx4-GCG(T) and sEx4-GCG(K) induce more marked weight loss and metabolic improvements than conventional agonists, and could be developed as novel therapeutic agents for the treatment of obesity and associated metabolic disorders in humans.

Part II. A GPR39 peptide agonist ameliorates symptoms of ulcerative colitis in a mouse model by enhancing tight junction function The cause of ulcerative colitis (UC) is not clearly reported yet, but the defective tight junction (TJ) in colon is known as a major contributor of acute UC exacerbation. G-protein coupled receptor 39 (GPR39) is involved in the maintenance of TJ in intestinal epithelial cells (IEC). Here, I firstly reported a finding of novel GPR39 peptide agonist, termed GJ39A, and RNA-seq analysis revealed the positive correlation between GJ39A and TJ proteins in IEC. I identified that GJ39A regulates the TJ protein expression through AMPK-CDX2 signaling pathway. GJ39A significantly alleviated the UC development with reduced clinical symptoms and restored colonic TJ protein level in experimental colitis model mice. Also, it is markedly prevented the colonic inflammation injuries, and reduced colonic/serum IL-1β and TNF-α levels. In Gpr39 knock-out (KO) mice, therapeutic effects for GJ39A against UC were completely disappeared. These findings demonstrate that the physiological importance of GPR39 in UC pathogenesis, and the effectiveness of GPR39 targeting reagent as a new therapeutic intervention for UC.