ACE2 넘어: 코로나바이러스 연구에서 주목할 만한 추가 타겟

서론

Dr. L | 2020년 3월 3일

현재 코로나바이러스의 예방 및 치료는 과학 및 의학 연구에서 가장 시급한 과제입니다. 현재 높은 관심을 받고 있는 숙주 수용체 표적 ACE2 외에 어떤 다른 표적들이 현재 코로나바이러스 연구자들의 주목을 받을 만한 가치가 있을까요? 본 글에서 사이아젠 전문가들이 코로나바이러스 연구와 관련된 덜 알려진 표적들을 조사하여, 과학 연구자들을 가이드하는 데 유용한 참고 자료를 제공하고자 합니다.

DPP4

디펩티딜 펩티다제(DPP4)는 프롤린 특이적 세린 프로테아제 패밀리에 속하며, 아미노 말단(N-말단)에서 디펩티드를 절단하는 기능을 가지고 있습니다. DPP4는 이 패밀리에서 가장 대표적인 펩티다제로, ACE2와 APN에 이어 코로나바이러스 수용체로 발견된 세 번째 엑소펩티다제이기도 합니다. DPP4는 766개의 아미노산으로 구성된 다기능 II형 막횡단 당단백질로, 세포 표면에 동종이량체로 존재합니다. 펩티다제의 이량체화는 가수분해효소 도메인과 b 프로펠러 블레이드 IV의 연장 사슬 사이의 분자 연결에 의존합니다. 따라서 MERS-CoV RBD가 DPP4에 측면 결합하더라도 DPP4의 이량체화는 조절 장애를 일으키지 않습니다. DPP4는 면역계 조절을 비롯한 다양한 생물학적 과정에 관여하며, 구체적으로 T 세포 활성화, 화학주성 조절, 세포 부착, 세포자멸사 및 종양 형성 등에 관여합니다. DPP4는 단백질과 다양한 케모카인의 N-말단에서 디펩티드를 절단할 수 있습니다. DPP4 단백질은 H. pylori와 박쥐 세포에서 얻은 서열을 포함하여 다른 종 간에 아미노산 서열이 높은 보존성을 보이며, 특히 카르복실 말단(C-말단)에서 그러한 특징이 두드러집니다.

연구에 따르면 MERS-CoV S1과 인간 DPP4의 직접적이고 특이적인 결합이 중동호흡기증후군(MERS)의 발병을 유발합니다. 바이러스가 숙주에 결합하는 모델은 MERS-CoV RBD의 E382-C585 잔기, DPP4 세포외 도메인의 S39-P766 잔기, 그리고 N85, N92, N150, N219, N229, N281, N321, N520 잔기에 연결된 당사슬의 DPP4 세포외 도메인으로 구성됩니다. DPP4의 절단 부위는 MERS-CoV RBD 결합 부위와 멀리 떨어져 있는데, 이는 ACE2가 SARS-CoV RBD와 결합하는 구조와 유사합니다.

코로나바이러스 연구를 통해 연구자들은 β-코로나바이러스의 S 단백질에 유사한 코어 접힘 도메인이 존재할 수 있으며, 구조가 다른 외부 아미노산을 바이러스 수용체가 인식하는 영역으로 사용한다는 것을 발견했습니다. DPP4는 MERS-CoV 감염의 명확한 수용체로, MERS-CoV RBD와 결합하는 구조적 특징을 파악하는 것은 바이러스와 수용체 간의 상호작용을 이해하고 백신 개발을 목표로 MERS-CoV 감염 치료를 가이드하는 데 도움이 됩니다. 또한 2019년 발병한 신종 코로나바이러스 SARS-CoV-2의 숙주 수용체 연구에도 중요한 의미가 있습니다.

참고문헌

• To Sing Fung and Ding Xiang Liu. Human coronavirus: Host-Pathogen Interaction. Annual review of microbiology. 2019.
• Yvonne Xinyi Lim, Yan Ling Ng, James P. Tam and Ding Xiang Liu. Human coronaviruses: a review of virus-host interactions. 2016.
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APN

면역학에서 아미노펩티다제 N(APN)은 일반적으로 성상세포 항원 CD13이라고 불립니다. 1989년에 APN과 CD13이 동일한 단백질이라는 것이 밝혀졌습니다. APN은 대식세포, 기질세포, 평활근세포, 섬유아세포 등 다양한 인간 세포에서 발현됩니다. APN은 세포막에 위치하며 펩티드 절단, 바이러스 감염, 세포내이입, 세포 신호 전달 등의 생물학적 과정에 관여합니다.

1992년 Yeager 등은 hCoV-229E가 인간 아미노펩티다제 N(hAPN)을 수용체로 사용하여 질병을 유발한다는 것을 발견했습니다. 2017년 Wong 등은 hAPN과 hCoV-229E의 수용체 결합 도메인 구조를 조사했는데, 이 연구에 따르면 바이러스 표면 단백질에 있는 3개의 확장된 RBD 고리가 수용체 결합에 전적으로 관여하는 것으로 나타났습니다. 또한 이들은 이 고리들이 전체 바이러스 게놈에서 가장 가변적인 영역이라는 것도 발견했습니다. 바이러스 게놈에서 환형 RBD 수용체 결합 도메인 유형은 특정 중화 항체와 비교했을 때 결합 능력이 다르며, 이 두 분자는 hAPN에 대한 친화도도 다릅니다. 면역 회피가 이러한 RBD의 출현에 대한 설명을 제공하지만, 수용체 결합을 유지하면서 광범위한 고리 변화에 어떻게 적응하는지는 아직 알려지지 않았습니다. 고리 변화는 새로운 수용체 상호작용의 획득을 촉진하여 종간 전파 가능성을 뒷받침할 것으로 예상되기도 합니다.

최근 박쥐, 낙타, 알파카에서 hCoV-229E 유사 코로나바이러스가 발견되었는데, 박쥐에서 인간으로의 전파에는 이러한 중간 숙주가 관여할 수 있습니다. 실험 결과에 따르면 hAPN cDNA를 포함한 레트로바이러스 벡터를 통해 형질감염된(NIH3T3 세포 사용) 마우스가 대조군보다 hCoV-229E 바이러스에 더 쉽게 감염되는 것으로 나타났습니다. 이 연구는 hAPN 숙주 수용체가 hCoV-229E와 결합하여 마우스에 바이러스가 감염된다는 것을 확인했습니다. 세포 실험에서도 CoV-229E가 hAPN을 수용체로 사용할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 이러한 바이러스는 구조적으로 보존적인 방식으로 숙주 APN에 결합할 수 있습니다. 다만 α-코로나바이러스 PRCoV가 돼지 APN에 결합하는 부위는 hCoV-229E의 결합 부위와 다르다는 점에 유의해야 합니다.

APN은 바이러스의 생존에 중요한 역할을 하므로, APN의 발현을 억제함으로써 바이러스를 제어할 수 있습니다. APN이 hCoV-229E의 수용체일 뿐만 아니라 장병원성 코로나바이러스의 수용체로도 작용할 수 있다는 점은, 리간드의 유사성이 적어도 어느 정도는 구조와 관련이 있을 수 있음을 시사합니다. SARS-CoV와 신종 폐렴 바이러스는 모두 코로나바이러스이므로, 코로나바이러스를 더 잘 이해하고 미래에 나타날 수 있는 변종에 대응하기 위해 모든 잠재적 표적을 연구하는 것이 매우 중요합니다. ANP는 코로나바이러스의 숙주 수용체 중 하나이므로, 이에 대한 지식을 더 많이 얻으면 바이러스 침입을 제한할 수 있는 더 많은 방안을 마련할 수 있을 것입니다.

참고문헌

• To Sing Fung and Ding Xiang Liu. Human coronavirus: Host-Pathogen Interaction. Annual review of microbiology. 2019.
• Yvonne Xinyi Lim, Yan Ling Ng, James P. Tam and Ding Xiang Liu. Human coronaviruses: a review of virus-host interactions. 2016.
• Curtis L.Yeager, Richard A. Ashmun et al. Human aminopeptidase N is a receptor for human coronavirus 229E. Nature. 1992.
• Wong AHM, Tomlinson ACA, Zhou D et al. Receptor-binding loops in alphacoronavirus adaptation and evolution.Nature communications. 2017.
• Zhijie Li, Aidan CA Tomlinson et al. The human coronavirus HCoV-229E S-protein structure and receptor binding. Elife. 2019.
• Yepeng Luan and Wenfang Xu. The structure and main functions of aminopeptidase N. Current medicinal chemistry. 2007.

AGO4

Argonaute 4(AGO4)는 RNA를 '절단'할 수 있는 엔도뉴클레아제로, RNA 간섭 및 짧은 간섭 RNA(siRNA) 매개 유전자 침묵에서 필수 불가결한 역할을 합니다. 유전자 침묵은 진핵생물에서 유전자 발현을 조절하는 진화적으로 보존된 기전입니다. 식물에서 전사 수준 유전자 침묵(TGS)은 RNA 유도 DNA 메틸화(RdDM)에 의해 매개될 수 있습니다. RdDM의 확립에는 RNA 중합효소 IV(POL IV)와 RNA 의존성 RNA 중합효소 2(rdr2)에 의한 dsRNA 형성이 필요하며, dsRNA는 Dicer 유사 3(dcl3)에 의해 24 뉴클레오티드(NT) siRNA로 처리됩니다. 그 후 siRNA는 AGO4에 로드되어 효과기 복합체의 코어를 형성하고, 정확한 DNA 위치에 메틸기를 추가합니다. AGO4 단백질은 RdDM의 주요 촉매 성분 중 하나로, 식물에서 제미니바이러스를 포함한 DNA 바이러스에 대한 방어에서 중요한 역할을 합니다. AGO4는 바이러스 유래 siRNA(vsiRNA)와 결합하여 바이러스 DNA의 메틸화와 TGS를 매개함으로써 바이러스의 전사와 복제를 억제할 수 있습니다. 연구에 따르면 RdDM 매개 TGS는 식물에서 쌍둥이 입자 형태를 가진 유일한 단일 가닥 DNA 바이러스인 제미니바이러스에 대한 자연적인 항바이러스 방어 기전입니다.

인터페론 반응은 포유동물이 바이러스 감염에 저항하는 가장 중요한 면역 반응이며, RNA 간섭에 의해 유도되는 항바이러스 방어가 그 다음으로 중요합니다. AGO4는 RNAi와 miRNA의 효과 단백질이므로, 연구자들은 포유동물 세포에서도 AGO4가 바이러스 방어에 관여하는지에 대해 탐구했습니다. AGO 패밀리의 AGO2가 포유동물의 항바이러스 방어에 실제로 관여한다는 것이 밝혀지면서, 연구자들은 AGO1~4의 항바이러스 활성을 개별적으로 검증했습니다. 그 결과 AGO4가 결핍된 대식세포가 인플루엔자 감염에 매우 민감하며, 감염 후 바이러스 역가와 RNA 수준이 유의하게 증가하는 것으로 나타나 AGO4가 포유동물의 항바이러스 방어에서 중요한 역할을 한다는 것이 확인되었습니다. 또한 뇌심근염 바이러스(EMCV)와 수포성 구내염 바이러스(VSV)의 수준도 AGO4가 결핍된 대식세포에서 유의하게 증가했습니다. 동시에 골수 유래 수지상 세포와 마우스 배아 섬유아세포에서도 AGO4의 항바이러스 효과가 확인되었습니다. 따라서 연구자들은 AGO4가 다양한 RNA 바이러스에 대해 고유한 항바이러스 효과를 가지고 있다고 생각합니다. 연구자들이 인체 내 고유한 자기 방어 능력을 강화하기 위해 AGO4 단백질을 활용하는 방법을 찾아낸다면, 이론적으로 인간의 감염 가능성을 크게 줄일 수 있을 것입니다.

참고문헌

• Kanwalat Chalertpet, Piyapat Pin-on, Chatchawit Aporntewan et al. Argonaute 4 as an effector protein in RNA-Directed DNA methylation in human cells. Frontiers in genetics. 2019.
• Yunjing Wang, Yuyao Wu, Qian Gong et al. Geminiviral V2 protein suppresses transcriptional gene silencing through interaction with AGO4. Journal of virology. 2019.
• Feng Wang and Michael J.Axtell. AGO4 is specifically required for heterochromatic siRNA accumulation at Pol V-dependent loci in Arabidopsis thaliana. The plant journal. 2017.
• Vinutha, Gaurav Kumar, Varsha Garg et al. Tomato geminivirus encoded RNAi suppressor protein, AC4 interacts with host AGO4 and precludes viral DNA methylation. Gene. 2018.

IFITM3

이 유전자가 암호화하는 단백질은 인터페론 유도 막단백질(IFITM)입니다. IFITM3은 세포 분화, 세포자멸사, 세포 부착, 면역 세포 조절 과정에 관여합니다. 연구에 따르면 IFITM3은 A형 인플루엔자 바이러스, SARS 코로나바이러스(SARS-CoV), 마르부르크 바이러스(MARV), 에볼라 바이러스(EBOV), 뎅기 바이러스(DNV), 웨스트나일 바이러스(WNV), A형 인플루엔자 H1N1 바이러스, HIV-1, 수포성 구내염 바이러스(VSV)를 포함한 다양한 바이러스에 대해 활성을 가지며, 인플루엔자 바이러스 헤마글루티닌, MARV, EBOV GP, SARS-CoV S, VSV G 단백질이 매개하는 바이러스의 숙주 침입을 억제할 수 있습니다. IFITM3은 또한 액포형 ATPase(v-ATPase)의 구조적 안정성을 유지하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 보고에 따르면 IFITM3은 ERK 1/2 신호 경로를 통해 c-myc 발현을 상향 조절하고 간암 증식을 촉진합니다. 또한 TGF-β에 의해 조절되는 IFITM3/STAT3 복합체는 신경교종 세포의 숙주 침입을 촉진할 수 있습니다.

마우스에서 IFITM3은 인플루엔자에 내성을 가지며, 특정 용량의 인플루엔자 바이러스(야생형[WT] 마우스에서는 치명적이지 않음)에 감염된 Ifitm3 결핍 마우스는 사망합니다. IFITM3은 면역계 세포를 바이러스 감염으로부터 보호하여 효과적인 면역 반응을 수행할 수 있게 할 뿐만 아니라, 호흡기 상피 세포 및 심장 조직과 같은 다른 세포 유형도 보호합니다. 인플루엔자 감염 시 폐 수지상 세포에서 I형 IFN에 의해 IFITM3이 상향 조절되어, 세포가 생존하여 배수 림프절로 이동하고 바이러스 항원을 제시할 수 있게 합니다. 이후 배수 림프절의 활성화된 T 세포에서 IFITM3이 빠르게 상향 조절되는데, 이 T 세포는 바이러스 감염 부위로 이동하기 때문에 높은 IFITM3 발현을 유지하여 효과기 기능을 발휘할 수 있는 생존 이점을 제공받습니다. 흥미롭게도 IFITM3은 폐와 기도 조직, 비장, 피부, 뇌의 T 세포에서도 발현되는데, 이는 잠재적 감염 부위에서 바이러스의 생존을 촉진할 수 있음을 시사합니다. 따라서 본 연구에서는 면역 효과기 아군의 생존율과 전반적인 바이러스 내성을 모두 개선함으로써 바이러스 감염에 대한 면역에서 IFITM3의 중요성이 입증되었습니다.

2011년 일부 연구자들은 IFITM과 SARS-CoV 간의 연관성을 입증했습니다. 연구에 따르면 IFITM 단백질은 MARV와 EBOV의 당단백질(GP)이 매개하는 침입에 의한 감염을 제한하고, 이들의 복제도 억제합니다. 동시에 인터페론-β는 필로바이러스와 A형 인플루엔자 바이러스(IAV)의 침입을 특이적으로 제한합니다. 연구자들은 스파이크 단백질이 매개하는 SARS-CoV의 복제와 침입 모두 IFITM 단백질에 의해 제한된다는 것을 추가로 입증했습니다. IFITM은 다양한 외피 바이러스가 숙주에 침입하는 능력을 제한할 뿐만 아니라, 바이러스 수용체의 발현과 무관하게 세포 향성을 조절하기도 합니다. SARS-CoV-2와 SARS-CoV 바이러스 간의 서열 상동성으로 인해 IFITM이 신종 코로나바이러스 침입을 방어하기 위한 연구의 표적이 될 수 있을 것으로 예측됩니다.

참고문헌

• Diana C. Yanez et al. The IFITM protein family in adaptive immunity. Immunology. 2019.
• Wakim LM, Gupta N, Mintern JD, Villadangos JA. Enhanced survival of lung tissue resident memory CD8+ T cells during infection with influenza virus due to selective expression of IFITM3. Nat Immunol. 2013.
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• Everitt AR, Clare S, Pertel T, John SP, Wash RS, Smith SE et al. IFITM3 restricts the morbidity and mortality associated with influenza. Nature. 2012.
• Huang IC, Bailey CC, Weyer JL, Radoshitzky SR, Becker MM, Chiang JJ et al. Distinct patterns of IFITM-mediated restriction of flloviruses, SARS coronavirus, and influenza A virus. PLoS Pathog 2011

EGFR

표피성장인자 수용체(EGFR) 유전자는 세포외 단백질 리간드인 EGF와 결합하는 막횡단 당단백질을 암호화합니다. 이러한 단백질과 리간드의 결합은 수용체 이량체화와 티로신 자가 인산화를 유발하여 세포 증식을 유도합니다. EGFR 유전자의 돌연변이는 뇌실막세포종 및 식도 기저유사 편평세포암을 포함한 폐암과 관련이 있습니다. EGFR은 밀접하게 관련된 수용체 티로신 키나제인 ErbB 패밀리에 속하며, 리간드와 결합하여 여러 신호 캐스케이드를 활성화하고 세포외 신호를 적절한 세포 반응으로 변환합니다. ErbB 수용체를 활성화하는 것으로 이미 알려진 리간드로는 EGF, TGFA/TGF-α, 암피레귤린(AREG), 에피겐(EPGN), 베타셀룰린(BTC), 에피레귤린(EREG), 헤파린 결합 EGF 유사 성장 인자(HBEGF) 등이 있습니다.

연구에 따르면 EGFR 돌연변이는 비소세포폐암 환자에서 가장 흔한 표적 유전자 이상인데, 그렇다면 이 유전자는 폐 감염 모델에서 어떤 역할을 할까요?

2003년 SARS 발병 후, SARS 관련 질환으로 사망한 환자의 부검에서 다양한 정도의 폐섬유증(PF)이 관찰되었으며, 많은 생존자들도 폐섬유증을 앓았습니다. 증거에 따르면 폐섬유증은 호흡기 바이러스 감염, 특히 SARS-CoV 감염에서 더 흔하게 발생합니다. 일부 연구에 따르면 EGFR 신호 전달로 인한 폐 손상이 폐섬유증을 유발할 수 있으며, EGFR 신호 전달을 억제하면 SARS 및 기타 호흡기 바이러스 감염으로 인한 폐섬유증을 예방할 수 있다고 합니다. 따라서 SARS-CoV-2 연구에서 EGFR의 역할은 주목할 만한 가치가 있습니다.

참고문헌

• Thiagarajan VenkaTaraman and Matthew B Frieman. The role of epidermal growth factor receptor( EGFR) signaling in SARS coronavirus-induced pulmonary fibrosis. Antiviral research. 2017.
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• Hiroki Sato, Hiromasa Yamamoto et al. Combined inhibition of MEK and PI3K pathways overcomes acquired resistance to EGFR-TKis in non-small cell lung cancer. Cancer science. 2018.
• Zachary A Yochum et al. Targeting the EMT transcription factor TWIST1 overcomes resistance to EGFR inhibitors in EGFR-mutant non-small-cell lung cancer. Oncogene. 2019.
• Floriana Morgillo, Carminia Maria Della Corte, Morena Fasano, Fortunato Ciardiello. Mechanisms of resistance to EGFR-targeted drugs: lung cancer. EMSD open. 2016.

ICAM1

ICAM1은 세포간 부착 분자 1입니다. 이 유전자는 일반적으로 내피 세포와 면역계 세포 모두에서 발현되는 세포 표면 당단백질을 암호화합니다. ICAM1과 관련된 질환으로는 여포성 진균증과 홍반성 루푸스가 있습니다. 바이러스 감염 시 이 분자는 세포 표면에서 바이러스의 수용체로 작용합니다. ICAM-1과 ICAM-2는 자가면역 뇌척수염에서 자가 침습성 Th1 및 Th17 세포의 활성화에 관여하며 중추신경계(CNS)로 진입합니다.

ICAM1 발현과 NF-κB 활성화는 염증 반응에서 중요한 단계입니다. 미중국계 전문가 우준 교수는 신종 코로나바이러스의 감염 기전에 대한 설명을 제시했습니다: SARS-CoV 감염 과정에서 신체의 면역 반응에 의해 생성된 과도한 자유 라디칼이 신체의 다른 장기 기능을 손상시켜 질병에 대응하기 어렵게 만든다는 것입니다. 우 교수에 따르면 자유 라디칼을 제거함으로써 장기 기능을 보호하고 선천성 항바이러스 반응을 강화할 수 있습니다. 연구에 따르면 ICAM1의 전사를 하향 조절하고 NF-κB를 활성화함으로써 염증 반응을 감소시킬 수 있다고 합니다. 우리는 항바이러스제 개발 과정에서 이 기전을 활용하여 폐와 다른 장기의 손상을 제어하는 방안을 시도해 볼 수 있습니다.

다발성 경화증(MS)의 실험적 자가면역 뇌척수염(EAE) 동물 모델에서 미엘린초 특이적 T 세포는 말초에서 활성화되고 혈액뇌장벽(BBB)을 통과하면 중추신경계(CNS)로 분화되어 효과기 세포인 Th1과 Th17이 되어 신경 염증을 유발합니다. 내피 세포의 ICAM-1과 ICAM-2는 Th1과 Th17 세포가 BBB를 통과하여 이동하는 것을 매개합니다. ICAM1 및 ICAM2 결핍 마우스는 각각 Th1 및 Th17 세포 전이에 의해 유발되는 전형적 및 비전형적 EAE가 개선되었습니다.

ICAM 유전자는 BBB 모델에서 광범위하게 연구되었지만, 바이러스 감염 시 바이러스의 세포 수용체로 기능하므로 연구자들이 주목할 필요가 있습니다.

참고문헌

• Haghayegh Jahromi N, Marchetti L, Moalli F et al. Intercellular adhesion molecule-1(ICAM-1) and ICAM2 differentially contribute to peripheral activation and CNS entry of autoaggressive Th1 and Th17 cells in experimental autoimmune encephalomyelitis. Front immunol. 2020.
• Yurong Tan，Xiaoqun Qin et al. Lung regulatory peptides regulate ICAM-1 expression and NF-κB activity in bronchial epithelial cells. Acta Physiologica Sinica, 2003.

HSPA1B

HSPA1B는 열 충격 70 kDa 단백질 1B입니다. HSPA1A, HSPA1B, HSPA1L은 70 킬로달톤 열 충격 단백질(HSP70) 패밀리에 속하는 3개의 단백질 암호화 유전자입니다. HSPA1A와 HSPA1B는 엡스타인-바 바이러스(EBV), 레지오넬라, 톡소플라스마, 홍역, A형 인플루엔자를 포함한 특정 감염에 대한 면역 반응에 관여할 수 있습니다. HSPA1B 관련 질환으로는 다유전자 돌연변이, 급성 고산병, 남성 불임, 녹내장 등이 있습니다. 연구에 따르면 HSPA1B 유전자 다형성은 감염 위험 및 폐암 예후와 관련이 있습니다. 형질전환 동물 모델과 전처리 실험에서는 신경 세포와 신경교 세포에서 HSP70을 과발현하면 허혈 손상과 알긴산 및 글루탐산이 매개하는 흥분독성에 대해 신경 보호 효과를 발휘할 수 있다는 것이 입증되었습니다. 신경퇴행성 질환 동물 모델에서 Hsp70(단백질)은 강력한 신경퇴행 억제제인 것으로 밝혀졌습니다.

연구에 따르면 폐 내피 손상은 HSP70 단백질 발현과 관련이 있으며, Hsp70 수준이 증가하면 고산소에 의해 유도되는 폐 내피 장벽 파괴에 대한 보호 효과가 있습니다. Hsp70과 AIF의 결합은 AIF의 핵 전위를 방지하여 고산소 유도 세포자멸사로부터 내피 세포를 보호하는 데 도움이 됩니다.

SARS-CoV-2 감염 환자의 대부분은 폐 손상을 앓았습니다. HSPA1B가 폐 내피 장벽에 미치는 손상 기능을 추가로 파악하면 바이러스 감염의 기전을 규명할 수 있습니다.

참고문헌

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• Youngwan Han, Yujin Kang, Jaemin Yu, Seong-Lan Yu et al. Increase of Hspa1a and Hspa1b genes in the resting B cells of sirt1 knockout mice. Molecular biology reports. 2019.
• Dmitry Kondrikov, Dacid Fulton, Zheng Dong, Yunchao Su. Heat shock protein 70 prevents hyperoxia-induced disruption of lung endothelial barrier via caspase-dependent and AIF-dependent pathways. Plos one. 2015.
• Guo Huan Ph.D., Dissertation: Association Study of Genetic Variations of Heat Shock Protein 27, 70 Genes and DNA Damage, Lung Cancer Susceptibility and Prognosi Huazhong University of Science and Technology,2010.

ITGB6

ITGB6 유전자는 세포외 기질로부터 세포 내로 신호를 전달하여 세포-세포외 기질(ECM) 부착을 촉진하는 역할을 하는 막횡단 수용체 인테그린 슈퍼패밀리의 구성원입니다. 인테그린은 α 사슬과 β 사슬로 구성된 이종이량체 막통합 단백질입니다. ITGB6는 전체 이종이량체 αVβ6의 발현을 제어하는 핵심 소단위입니다. 인테그린 αVβ6은 또한 피브로넥틴과 방광 액틴의 수용체이며, 리간드 내의 아르기닐글리실아스파르트산(RGD) 펩티드 서열을 인식합니다. 또한 αVβ6은 클라트린 매개 세포내이입을 통해 암 세포 침입을 촉진하는 것으로 밝혀졌습니다.

실험 모델에서 폐섬유증(PF)은 형질전환 성장 인자 베타(TGF-β) 신호 전달에 의존합니다. TGF-β는 프로펩티드 영역과의 복합체 내에서 잠재 상태로 존재하며, TGF-β 활성화인자가 복합체로부터 TGF-β를 방출합니다. 인테그린 αVβ6은 폐에서 TGF-β의 주요 활성화인자이므로, αVβ6이 매개하는 TGF-β의 활성화를 억제하는 것은 폐섬유증의 치료 및 예방을 위한 논리적인 전략입니다. 따라서 ITGB6는 폐 상피 세포에서 발현되며, 특수한 폐섬유증의 발생을 제어하는 역할을 할 수 있다고 할 수 있습니다.

프로테아제 활성화 수용체 1(PAR1)의 작용제가 αVβ6 의존성 TGF-β 활성화를 촉진한다는 것도 밝혀졌는데, 이는 응고 캐스케이드 활성화가 급성 폐 손상 발병에 기여하는 기전 중 하나일 수 있습니다. 따라서 우리는 ITGB6가 SARS-CoV-2에 의해 유발되는 바이러스성 폐렴 치료의 잠재적 표적이 될 수 있다고 생각합니다.

참고문헌

• Amanda L. Tatler et al. Amplification of TGFβ induced ITGB6 gene transcription may promote pulmonary fibrosis. PLOS ONE. 2016.
• Patrick Weil et al. β6 integrinosis: a new lethal autosomal recessive ITGB6 disorder leading to impaired conformational transitions of the αvβ6 integrin receptor. British Medical Journal. 2019.
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• Jenkins RG. Su X. Su G et al. Ligation of protease-activated receptor 1 enhances alpha(v)beta6 integrin-dependent TGF-beta activation and promotes acute lung injury. Journal of clinical investigation. 2006.

WWTR1 (TAZ)

WW 도메인 함유 전사 공동활성화인자 1(WWTR1)은 TAZ라고도 불리며, 원래 14-3-3 결합 단백질로 확인되었습니다. WWTR1은 히포 신호 경로의 하류 조절 표적으로 작용할 뿐만 아니라, 세포 증식과 세포자멸사를 조절합니다. 또한 WWTR1은 장기 크기 제어, 줄기세포 분화, 인간 암 발병에 관여합니다. WWTR1과 관련된 질환으로는 상피모양 혈관내피종과 바르트 증후군이 있습니다.

폐는 손상 후 상당한 복구 능력을 가지고 있으며, 폐에서 가스 교환을 매개하는 폐포 상피 I형 세포(AEC1)의 재생도 포함됩니다. 손상 후 AEC1은 전구세포인 폐포 상피 II형 세포(AEC2)로부터 분화되는데, AEC2는 또한 표면 활성제를 분비하여 표면 장력과 폐포 개방성을 유지합니다. 연구에 따르면 WWTR1(TAZ)은 AEC 분화에서 중요한 역할을 합니다. 시험관 내 오가노이드 배양 시스템을 사용한 연구에서 WWTR1/TAZ가 AEC2에서 AEC1으로의 분화를 효과적으로 억제하는 것으로 밝혀졌습니다. WWTR1/TAZ는 AEC2가 AEC1으로 분화하는 데 핵심적인 인자이며, 손상 후 폐포 세포의 무결성을 보호하는 데 중요한 인자입니다. 동시에 WWTR1/TAZ는 폐섬유증(PF)에서 병태생리학적 역할을 하는 것으로도 밝혀졌으며, 비소세포폐암에 대한 새로운 치료법 개발에 중요한 역할을 합니다.

따라서 우리는 WWTR1/TAZ가 COVID-19 유발 폐렴의 잠재적 치료 표적이 될 수 있다고 생각합니다.

참고문헌

• Liu F, Lagares D, Choi KM, Stopfer L, Marinkovic A, Vrbanac V, Probst CK, Hiemer SE, Sisson TH, Horowitz JC, et al. Mechanosignaling through YAP and TAZ drives fibroblast activation and fibrosis. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2015.
• Chanchao Lorthongpanich, Nittaya Jiamvoraphong, Prapasri Supakun et al. Generation of a wwtr1 mutation induced pluripotent stem cell line, MUSIi012-A-1, using crispr/cas9. Stem cell research. 2019.
• Xiaobo Wang, Ze Zheng et al. Hepatocyte TAZ/WWTR1 promotes inflammation and fibrosis in nonalcoholic steatohepatitis. Cell metabolism. 2016.
• Thomas Andl, Linli Zhou, Kun Yang et al. YAP and WWTR1: new targets for skin cancer treatment. Cancer letters. 2017.
• Sun T, Huang Z, Zhang H et al. TAZ is required for lung alveolar epithelial cell differentiation after injury. JCI Insight. 2019.
• Yuanyuan Wang, Yang Han, Zhongliang Guo, Yanan Yang, Tao Ren. Nuclear TAZ activity distinctly associates with subtypes of non-small cell lung cancer. Biochemical and Biophysical Research Communications. 2019.

ALDH1A1

알데히드 탈수소효소 1A1(ALDH1A1)은 암 줄기세포(CSC)의 마커입니다. 이는 알코올 탈수소효소에 이어 알코올 대사의 주요 산화 경로에서 두 번째 효소입니다. 간, 세포질, 미토콘드리아에는 두 가지 주요 알데히드 탈수소효소 동종효소가 있습니다. 마우스 연구에 따르면 ALDH1A1 유전자는 레티놀 대사에서의 역할을 통해 고지방 식이 반응 시 대사 조절에도 관여할 수 있다고 합니다. 또한 연구에 따르면 ALDH1A1은 AKT 신호 경로를 활성화하고 β-카테닌과 상호작용하여 식도 편평세포암 줄기세포의 특성을 유지한다고 합니다. ALDH1A1은 인간 폐선암 세포 A549/DDP의 시스플라틴 내성을 역전시킬 수 있습니다. 암 조직과 건강한 인간 간 조직 모두에서 ALDH1A1이 높게 발현되고 활성을 가지며, T267 부위의 ALDH1A1 인산화가 증가하는데, 이는 이의 조절이 정상 상태와 질병 상태 모두에서 중요할 수 있음을 시사합니다.

ALDH1A1은 VEGFA와 마찬가지로 β-카테닌의 대표적인 표적 분자로, 근섬유아세포 활성화와 폐섬유증의 병인에 관여합니다. SARS-CoV-2 유발 바이러스성 폐렴(COVID-19)의 표현형 특징은 폐 손상으로 인한 호흡 부전입니다. 따라서 ALDH1A1은 COVID-19의 중증도를 완화하는 잠재적 효과 외에도 다양한 질환 모델 연구의 표적으로 사용될 수 있으며 많은 치료적 응용 분야를 가지고 있습니다.

참고문헌

• Wei Wang, Shujin He, Renya Zhang et al. ALDH1A1 maintains the cancer stem-like cells properties of esophageal squamous cell carcinoma by activating the AKT signal pathway and interacting with β-catenin. Biomedicine & pharmacotherapy. 2020.
• Wei, S, wU, W. Xu et al. Depleted aldehyde dehydrogenase 1A1 (ALDH1A1) reverses cisplatin resistance of human lung adeno-carcinoma cell A549/DDP, Thorac. Cancer. 2018.
• WANG, K. Nikhil, K. Viccaro et al. Phosphorylation dependent regulation of ALDH1A1 by Aurora kinase A: insights on their synergistic relationship in pancreatic cancer. BMC biology. 2017.
• Katoh M1. Multi-layered prevention and treatment of chronic inflammation, organ fibrosis and cancer associated with canonical WNT/ β-catenin signaling activation (Review). International journal of molecular medicine. 2018.

RUNX3

RUNX3(runt 관련 전사 인자 3)은 종양 억제인자로 기능하는 단백질 암호화 유전자입니다. RUNX3 관련 질환으로는 골수성 백혈병과 식도 편평세포암이 있으며, 암의 경우 이 유전자가 종종 결실되거나 전사적으로 침묵됩니다. RUNX3는 전사를 활성화하거나 억제할 수 있으며 다른 전사 인자와 상호작용하기도 합니다.

RUNX3는 LAG3, CTLA-4, PD-1, TIGIT을 포함한 다양한 면역 조절인자와 관련이 있습니다. 더 중요한 것은 RUNX3가 면역 관련 경로, 특히 면역 세포 이동과 관련된 경로에 관여한다는 점입니다. 연구자들은 결손(KO) 마우스에서 RUNX3의 항종양 효과를 입증했으며, RUNX3 침묵과 인간 위암 간의 인과 관계를 발견했습니다.

이전 연구에 따르면 RUNX3, CCL3, CCL20의 발현은 인간 폐암 조직에서 CD8+ T 림프구를 모집하여 면역 조절 과정에 참여한다고 합니다. 또한 miR-661은 RUNX3를 직접 표적으로 하여 비소세포폐암의 진행을 촉진하며, 유사하게 miR-301a는 RUNX3를 억제하여 폐암 발생을 촉진합니다. RUNX3는 JAK2/STAT3 경로를 억제함으로써 중증 급성 췌장염이 있는 쥐의 급성 폐 손상으로부터 보호할 수 있습니다. RUNX3는 동물 모델 폐포 II형 세포에서 상피-중간엽 전이 과정의 핵심 조절인자입니다.

따라서 우리는 RUNX3가 SARS-CoV-2 유발 COVID-19 치료의 잠재적 치료 표적이 될 수 있다고 생각합니다.

참고문헌

• Yasuhiko Kamikubo. CROX(Cluster regulation of Runx) as a potential novel therapeutic approach. Molecules and cells. 2019.
• Gaofeng Hu et al. CBFβ/RUNX3-miR10b-TIAM1 molecular axis inhibits proliferation, migration, and invasion of gastric cancer cells. International Journal of Clinical and Experimental Pathology. 2019.
• Yuki Date and Kosei Ito. Oncogenic RUNX3: A link between p53 deficiency and MYC dysregulation. Molecules and cells. 2020.
• Qian Song, Jun Shang, Chufan Zhang et al. Transcription factor RUNX3 promotes CD8+ T cell recruitment by CCL3 and CCL20 in lung adenocarcinoma immune microenvironment. Journal of cellular biochemistry. 2019.
• Wang Y, Li Y, Wu B, Shi C, Li C. MicroRNA-661 promotes non-small cell lung cancer progression by directly targeting RUNX3. Molecular Medicine Reports. 2017.
• Yang H, Fu J, Yao L, Hou A, Xue X. Runx3 is a key modulator during the epithelial-mesenchymal transition of alveolar type II cells in animal models of BPD. Int J Mol Med. 2017

결론

바이러스 연구는 매우 어려운데, 특히 바이러스 균주 간에 빠르게 변화하는 변이성과 숙주 간의 개별적인 차이를 고려하면 더욱 그렇습니다. 이 가이드는 우리의 바이러스 적을 이해하고 현재 COVID-19 유행과 싸우는 데 유용한 도구로 사용되는 것을 목표로 하며, 추가적인 치료 응용 분야까지 다루어 더 밝은 미래로 나아가는 길을 선도하고자 합니다.

신종 코로나바이러스 연구를 위해서는 질병의 병인 및 면역 기전을 검증하고 백신 개발, 신약 개발, 유전자 치료 등의 연구를 가속화하기 위해 정확한 동물 모델이 필요합니다. 발병 이후 사이아젠의 R&D 팀은 전 세계 SARS-CoV-2 연구 이니셔티브에 맞춘 동물 모델을 개발하기 위해 모든 노력을 기울여 왔습니다. 국제 전염병 예방 노력에 기여하는 방안으로, 당사는 ACE2 및 DPP4 수용체 표적 모델에 대한 서비스 예약을 즉시 오픈합니다.

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