기술.5 진토닌을유효성분으로포함하는퇴행성뇌신경계질환의예방및치료용조성물 Pharmaceutical composition comprising gintonin for prevention and treatment of neurodegenerative disease 발명자정보 연구책임자 담당연구원 성명나승열소속수의과대학수의학전공연락처연구실 : 02-450-4154 Email: synah@konkuk.ac.kr 성명황성희소속수의과대학생리학전공연락처연구실 : 02-450-3617 Email: d639sunghee@hotmail.com 기술개요 진토닌에의한리소포스파티딘산 (lysophosphatidic acids) 수용체활성은베타-아밀로이드 (β-amyloid) 생성경로가아닌비아밀로이드생성경로 (non-amyloidogenic pathway) 를촉진시켜신경세포성장및신경세포보호작용을지닌용해성아밀로이드전구단백질 (soluble amyloid precursor protein α, sappα) 방출을증가시켰다. 반대로진토닌은치매의원인체로알려진베타-아밀로이드 (β-amyloid) 단백질생성을억제및베타-아밀로이드에의한세포독성을억제하였다. 정상동물에서 β-amyloid에의한뇌병소및기억력손상및신경독성을억제하고, 유전자조작을통한알츠하이머병유발형질전환동물모델에서진토닌의경구투여는뇌의치매병소형성을억제하고, 치매로인한기억력및인지능력손상을억제하는것으로나타났다. 진토닌은알츠하이머성치매예방및치료제개발로이어질수있다. 기술의우수성 ( 종래기술과의차별성 ) 인삼에서기존의밝혀진성분이아닌아주독특한 (unique) 새로운생리활성물질을분리동정하는데성공하였다. 이를진토닌 (gintonin) 이라명명하였다. 진토닌은리소포스파티딘산 (lysophosphatidic acids)-인삼단백질복합체로밝혀졌다. 진토닌의생리활성성분은리소포스파티딘산이며, G 단백질연결수용체중의하나인리소포스파티딘산수용체활성시키는것으로나타났다. 진토닌에의한리소포스파티딘산수용체활성은 2nd messenger인세포질내칼슘 (Ca2+) 을일시적으로증가시켜칼슘에의존하는다양한생리활성에관여하는것으로나타났다. 리소포스파티딘산은수용체리간드로서중요한생리활성성분임에도불구하고, 수용액상에서빨리가수분해되는데, 진토닌의단백질성분이리소포스파티딘산의가수분해를막아주는것으로나타났다. 인삼에진토닌은약 0.2% 함유되어있고, 인삼뿌리뿐만아니라, 인삼수확후폐기되는줄기 / 잎에도다량함유되어있다 ( 즉, 인삼잎및줄기활용가능 ). 식용가능한진토닌 (edible gintonin) 을분리하는방법을개발하였다. 진토닌의효능으로서정상동물에서 β-amyloid에의한뇌병소및기억력손상및신경독성을억제하고, 유전자조작을통한알츠하이머병유발형질전환동물모델에서진토닌의경구투여는뇌의치매병소형성을억제하고, 치매로인한기억력및인지능력손상을억제하는것으로나타났다. 진토닌은알츠하이머성치매예방및치료제개발로이어질수있다. 연구결과는알츠하이머병관련세계적인학술지인 J Alzheimers Dis. 2012 Apr 27. [Epub ahead of print] (IF 4.3) 에출간되었다. 국내외시장성및기술동향국내외시장성 알츠하이머병의경우 65세이상의인구에서 9% 로그발병률이추정되며, 2006년미국에사백오십만명, 전세계적으로삼천만명이알츠하이머병환자로추산된다. 알츠하이머병의발병원인은아직까지명백하게밝혀지지않았으나연구자들에의하여규명된알츠하이머병의신경생리학적특징을보면질환이진행된환자에게서아세틸콜린의감소가심하여, 감소된아세틸콜린의양을정상화하거나이와유사한약물을개발하는것이최근치료제개발의주관심사가되고있다. 16 건국대학교바이오분야우수기술설명회및기술이전상담회
현재까지치료제로처방되는약물은아세틸콜린에스테라제저해제기전의 3 가지약물과 (Pfizer 의 Aricept, Novartis 의 Exelon, J&J 의 Razadyne) NMDA 수용체길항제기전의 Namenda (Forest Lab.) 가있다. 최근고지혈증에처방되는 Lipitor(Pfizer) 와당뇨에처방되는 Avandia (GSK) 가알츠하이머병에효과가있다고하여적용증을넓히려하고있다. 현재까지해외에서개발된알츠하이머병치료제로서미국식품의약품안전국 (FDA) 의승인을얻은것은 acetylcholinesterase inhibitor 계통화합물이다. Aricept( 성분명은 donepezil) 는일본의 Eisai사가개발한 ACh-E 저해제로서미국의임상 3상시험에서 ADAS-Cog( 인지지능검사 ) 와 CIBIC-Plus( 전반적임상평가 ) 가이용되어, 전자는최근사용될수있게된평가방법으로 Alzheimer병에서나타나는인지기능장해가주로기억, 언어, 행위의 3영역에서나타난다고가정하여이에관한 11과제를설정하여득점화한것이며, CIBIC-Plus는 global assessment라고하는방법인데테스트득점으로개선이보일때임상적으로어느정도의의가있는가를뒷받침하는것이목적으로주치의이외에경험을축적한임상의사가환자와면접결과만을기본으로하여개선도를판정하는방법이다. 시판중인알츠하이머치료제 Tacrine (Warner-Lambert, Cognex, 1993) : US4816456 (2007년 9월 9일만료 ) Donepezil (Eisai-Pfizer, Aricept, 1997) : US4895841 (2010년 11월 25일만료 ), US5985864, US6140321 (2016년 12월 30일만료 ), US6245911 (2018년 12월 1일만료 ), US6372760(2019년 3월 31일만료 ) Rivastigmine (Norvatis, Exelon, 1997) : US4948807 (2012년 8월 14일만료 ), US 5602176 (2014년 2월 11일만료 ) 현재까지세계시장은미국의 Warner-Lambert사의 Cognex ( 원료 :tacrine) 와 Novartis사의 Exelon 및 Pfizer-Eisai사가개발한Aricept 를제외하고는아직뚜렷한신약이없으며 tacrine은심각한간독성이발견되어수요가급격히줄어들고있고이를보완한 Aricept 가시장을주도하고있고, 몇개의제약회사들이이분야의신약을개발중에있으며예를들어 Janssen사의 Galanthamine 과 Takeda 사의 TAK-147 등이Phase 3 단계에있다. 최초의 ACh-E 저해제인 Aricept의다음위치를차지하기위해 rivastigmin(novartis사 ), zanapedil(takeda약품 ) 등의저해제들이판매중이거나임상실험중이며, 이들은결국콜린계성분의저하를막을목적으로하는것이기때문에크게 2가지로분류되는데 ACh-E를저해하거나 ACh의합성을증진시키는작용제들로서임상시험중에있는약제를보면 ACh-E 저해제로서등다수가있으나 ACh합성능을증진시키는작용제로서는현재 MKC-231( 三菱 Wellpharma) 이알려져있다. 니코틴성수용체는양적으로는 ACh성수용체의1/100정도밖에존재하지않으나발병율은니코틴성수용체쪽이훨씬많다고알려져있으며연령증가에의해니코틴성수용체수가감소하나 Alzheimer병에서는그감소하는경향이더욱현저함미국 Abbott사가니코틴성아세틸콜린수용체작용약 (ABT-418) 및 SIBIA사도 SIBI1553A의임상 2상시험에들어있다. 미국에서는염산 Takrin, 염산 donepezil 에이어 rivastigmin( 상품명 Exelon), galantamin 의 2제제가발매되어선택폭은어느정도증가되었고모두콜린작용계약제이며, 그중에 rivastigmin은스위스 Novartis사가개발한 phenylcarbamate 유도체로서 FDA 최대용량의안전성을재확인하여 2000 년 4월 21일에정식으로승인되어대부분의유럽가맹국을포함한세계 70개국에서발매되고있다. Sandoz에서 US5602176의 Rivastigmine의제조법특허를출원하였으며, Sandoz와 Ciba가합병하여만든 Norvatis에서이와관련된약제에대한특허를 EP1047409에출원하고, EP1047409에서는알츠하이머병치료제로항산화제와함께배합하여약제로사용하는특허가출원되었다. 알츠하이머병의원인을아밀로이드베타의생성과응집에의한신경세포사로보고, 연구된신약이최근임상 3상을통과하여곧출시될예정이며 (Neurochem 의 Alzhemed 와 Myriad Genetics 의 Flurizan), 아밀로이드베타억제제 Flurizan(R-flurbiprofen) 는 1976년 The upjohn company에의해 US4107439에제조방법이출원되었다. Flurizan(R-flurbiprofen) 는 2015년에전체시장의 13% 를점유할것으로예상되고, 미국에서 2008년, 유럽에서 2010년에런칭될것으로예상되는이약물은선택적베타-아밀로이드저하물질로분류되며비스테로이드항소염 (NSAIDs) 약물이다. 기술동향 임상중인알츠하이머병치료제의구성을보면아세틸콜린에스테라제저해제나콜린성뉴런을타겟으로하는것은거의없고아밀로이드베타응집억제기작, gamma-secretase 저해제기작, beta-secretase 저해제기작, RAGE 와아밀로이드베타상호작용저해제기작, 세로토닌수용체길항제나효현제기작등다양한생체내타겟에대한신약을개발하고있음. 본연구의인삼에서분리한진토닌은비-아밀로이드경로 (nonamyloidogenic pathway) 를활성화하여 sappα의방출을증가시키고, Aβ에의한신경계독성을보호하는효과가있으므로신경세포의손상은물론세포독성및세포사를효과적으로억제할수있다. 본연구의진토닌은기존의알츠하이머병치료제인아세틸콜린에스테라제저해제나콜린성뉴런을타겟으로하는것, 또는아밀로이드베타응집억제기작, gamma-secretase 저해제기작, beta-secretase 저해제등과는기작이다른비-아밀로이드경로에관여하는물질로이경로는 α-세크리테이즈가먼저작용하고, 이어서 γ-세크리테이즈가작용하여만들어지며, 이경로를통해만들어지는 sappα 단백질은 Aβ 단백질과는반대로세포증식, 항-세포자멸사 (anti-apoptosis) 와신경보호 (neuroprotective) 효과가있는것으로보고되고있어서이경로를통해용해성아밀로이드전구단백질 (sappα) 의생성을촉진시키는약물들은치매치료제나 Aβ 단백질로부터신경계를보호하기위한후보물질로사용될수있다. 17
응용가능분야 본기술의진토닌을유효성분으로포함하는조성물은알츠하이머병외에파킨슨, 헌팅턴및다발성경화증과같은퇴행성뇌신경계질환의예방 및치료를위한의약품또는건강기능식품으로적용가능하다. 개발상태 진토닌의항 - 알츠하이며병에대한동물실험은완료된상태이다. 지적재산권 특허출원번호 : 10-2009-0123036 특허등록번호 : 1077226 호 (2011.10.20) 관련사진 진토닌 (GT) 의 90 일간장기경구투여는알츠하이머병유발형질전환마우스모델에서해마및대뇌의뇌병소형성 (amyloid plaques) 을억 제한다. 참고약물로 donepezil (DPZ, 복강내투여 ) 을사용한다. 키워드 인삼, 진토닌, 리소포스파티딘산 (lysophosphatidic acids), 리소포스파티딘산수용체, 일시적 [Ca2+]i, 비아밀로이드생성경로, 항 - 알츠하이 머병 마케팅희망기업 ( 잠재적수요기업등 ) 한국인삼공사 ( 정관장 ), 농협한삼인, 대웅제약, 녹십자, 롯데식품, 천지양, CJ, 동원 F&B, ( 주 ) 일화, 대동고려삼, 인삼코리아및그외기타중소 기업형태의다른인삼식품관련회사 18 건국대학교바이오분야우수기술설명회및기술이전상담회
Lab.5 생리학연구실 직책인원성명 ( 담당분야 ) 교수 1 나승열 박사 4 석사 2 황성희 ( 퇴행성뇌질환 ), 이병환 ( 인삼사포닌작용원리연구 ), 최선혜 ( 인삼단백질 3차구조 /LPA와상호작용기능규명연구 ) 신태준 ( 진토닌에의한탈모억제연구 ) 강지연 ( 인삼유래유전자재조합단백질 ), 김현중 ( 진토닌이신경계발달에미치는영향연구 ) 성명나승열소속수의과대학수의학부 학사 석사 박사 1979 년축산대학축산계열 1985 년축산대학수의학 1993 년와이즈만연구소신경생물학 산학협력희망분야 식용가능한진토닌 (edible gintonin) 생산분야 : 본연구진이보유하고있는인삼의뿌리, 줄기및잎에서식용가능한진토닌대량생산의기술이전. 진토닌을이용한알츠하이머병을포함하는퇴행성뇌질환예방및치료제관련기능성식품및의약품개발기술이전. 진토닌수용체활성을통한생리 / 약리활성기능성식품및의약품개발기술이전. 진토닌에의한암전이촉진인자 (autotaxin) 활성억제를통한암전이억제및종양억제관련기능성식품및의약품개발기술이전. 대표연구분야 진토닌의구성단백질에대한유전자재조합단백질합성및합성된단백질과진토닌의 LPA 수용체리간드로서작용하는 LPA와의상호작용에대한 3차원적인구조결정 (X-ray crystallography) 을통한진토닌관련신약개발. 진토닌수용체활성을통한알츠하이머병과같은퇴행성뇌질환예방및치료제개발. 진토닌에의한암전이촉진인자 (autotaxin) 활성억제를통한암전이억제제개발. 대표기술개요및개발현황 진토닌에의한항-알츠하이머병예방및치료제개발 : 본기술은진토닌은진토닌수용체인 LPA수용체를활성을통하여 non-amyloidogenic pathway를활성시키고, 알츠하이머병의원인인베타- 아밀로이드의생성을억제한다. 유전자조작알츠하이머병모델마우스에서진토닌은알츠하이머병으로인한뇌조직병소 (beta-amyloid plaques) 의형성을억제하고, 이로인한장 / 단기기억력소실을막아주는효능이있음을밝혀내었다. 진토닌에의한암전이촉진인자 ( 오토탁신, autotaxin) 억제에의한암전이 (metastasis) 억제및항암작용제개발 : 오토탁신은난소암이나유방암과같이전이가잘되며, 치유가어려운암에서암전이를촉진시키는인자로알려져있다. 최근에오토탁신은오토탁신은 lysophosphatidylcholine에작용하여 LPA를만들어내는효소로알려져있다. 오토탁신의작용으로생성된 LPA는 negative feedback mechanism에의하여오토탁신의활성을억제하는것으로나타났다. 본기술은진토닌이오토탁신의활성을억제하며, 암전이관련암세포이동및침범을억제하고, 진토닌을구강으로처리할경우꼬리정맥으로주입된암세포의폐 (lung) 전이를차단할뿐만아니라, 피하로이식한암세포의암성장을차단하는것으로나타나, 진토닌을암전이억제및암성장을억제하는데활용이가능하다. 개발관련시제품사진 진토닌은신경계보호및성장작용이있는것으로알려진수용체아밀로이드전구단백질의분비를자극함을보여주고있다. 38 건국대학교바이오분야우수기술설명회및기술이전상담회
특허 인삼에서분리동정한신규한당지질단백질및그제조방법 : 10-2009-0110662 진토닌을유효성분으로포함하는퇴행성뇌신경계질환의예방및치료용조성물 : 10-2009-0123036) 인삼에서분리동정한신규한당지질단백질및그제조방법 : PCT/KR2010/005304 인삼에존재하는당지질단백질진토닌의제조방법 : 10-2010-0052913 인삼에서분리동정한당지질단백질진토닌의천연약용식물유래리간드로서의용도 : 10-2011-0094194 에탄올을이용하여인삼으로부터식용가능한조진토닌의제조방법 : 10-2011-0055949 인삼으로부터분리동정한리소포스파티딘산및그제조방법 : 10-2011-0074470 진토닌구성단백질로서인삼 major latex-like protein (MLP151) 과인삼 RNAse like major storage protein과역할 : 10-2011-0145887 연구실적 최근 3년간연구실적 국내외 SCI(E): 34편, 특허출원및등록 : 진토닌관련 8건 논문 Gintonin-Related Selected Papers Gintonin, a Ginseng-Derived Lysophosphatidic Acid Receptor Ligand, Attenuates Alzheimer s Disease-Related Neuropathies: Involvement of Non-Amyloidogenic Processing. Hwang SH, Shin EJ, Shin TJ, Lee BH, Choi SH, Kang J, Kim HJ, Kwon SH, Jang CG, Lee JH, Kim HC, Nah SY. J Alzheimers Dis. 2012 Apr 27. [Epub ahead of print] Gintonin, newly identified compounds from ginseng, is novel lysophosphatidic acids-protein complexes and activates G protein-coupled lysophosphatidic acid receptors with high affinity. Hwang SH, Shin TJ, Choi SH, Cho HJ, Lee BH, Pyo MK, Lee JH, Kang J, Kim HJ, Park CW, Shin HC, Nah SY. Mol Cells. 2012 Feb;33(2):151-62. Novel Glycolipoproteins from Ginseng. Mi Kyung Pyo, Sun-Hye Choi, Sung Hee Hwang, Tae-Joon Shin1, Byung-Hwan Lee1, Sang-Mok Lee, Yoong-Ho Lim, Dong-Hyun Kim, and Seung-Yeol Nah J. Ginseng Res. Vol. 35, No. 1, 92-103 (2011) A Simple Method for the Preparation of Crude Gintonin from Ginseng Root, Stem, and Leaf. Mi Kyung Pyo, Sun-Hye Choi, Tae-Joon Shin, Sung Hee Hwang, Byung-Hwan Lee, Jiyeon Kang, Hyeon-Joong Kim, Soo-Han Lee, and Seung-Yeol Nah J. Ginseng Res. Vol. 35, No. 2, 209-218 (2011) An Edible Gintonin Preparation from Ginseng. Sun-Hye Choi, Tae-Joon Shin, Byung-Hwan Lee, Sung Hee Hwang, Jiyeon Kang, Hyun- Joong Kim, Chan-Woo Park, Seung-Yeol Nah. J Ginseng Res Vol.35 No.4, 2011.12, page(s): 389-525 보유장비 진토닌분리정제를위한기기 Set. 분리된진토닌의생리활성분석을위한전기생리학기기 set. 분리된진토닌의생리활성효능측정을위한실험동물실. 기타물질분석및분리된성분의생리 / 약리학적효능을검증할수있는기기들을보유. 39