KR20170077422A - 신규한 에포틸론 a의 시알산 유도체 및 그 제조방법 - Google Patents

신규한 에포틸론 a의 시알산 유도체 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 에포틸론 A의 시알산 유도체에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 (a) β-1,4 갈락토오스 전이효소(β1,4-galactosyltransferase, β1,4-GalT) 존재하에 에포틸론 A 6-O-β-D-글루코사이드(Epothilone A 6-O-β-D-glucoside, EpoA-Glc)와 UDP-D-갈락토오스(UDP-D-galactose)를 반응시켜 EpoA 갈락토오스 유도체(Galactosyl epothilone A, lac-epoA)를 제조하는 단계; 및 (b) 상기 제조된 EpoA 갈락토오스 유도체를 α-2,3 시알산 전이효소(α-2,3 sialyltransferase, α2,3-SiaT) 또는 α-2,6 시알산 전이효소(α-2,6 sialyltransferase, α2,6-SiaT) 존재하에 CMP-N-아세틸뉴라민산 (cytidine 5’-monophosphospho-N-acetyl neuraminic acid, CMP-NeuAc)과 반응시켜 화학식 1의 시알산 유도체(3’-sialyllactosyl epothilone A, 3’-SL-epoA) 또는 화학식 2의 시알산 유도체(6’-sialyllactosyl epothilone A, 6’-SL-epoA)를 제조하는 단계를 포함하는 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 에포틸론 A의 시알산 유도체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

신규한 에포틸론 A의 시알산 유도체 및 그 제조방법 {New Sialic Acid Derivatives of Epothilone A and Method for Producing the Same}
본 발명은 에포틸론 A의 시알산 유도체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
미세소관(microtubules)은 αβ-튜블린 서브유닛으로 이루어지는 독특한 세포골격 구조이며, 동적 기능 및/또는 전체적인 세포 조직을 위한 세포구조 유지와 세포내 물질 이동 등을 포함한 수많은 세포 과정들에서 중요한 역할을 한다(Akbari, V. et al., Avicenna J. Med . biotechnol ., 3:167-75, 2011; La Ferla, B. et al., Nat. Prod. Rep., 28:630-48, 2011).
미세소관 골격은 이미 임상 개발 단계에 있는 탁솔(taxol), 에포틸론(epothilones), 디스코더몰라이드(discodermolide), 일레우테로빈(eleutherobin)과 같은 암의 화학치료제에 대한 효과적이고 검증된 타깃이며(He, L. et al., Drug Discov . Today, 6:1153-64, 2001), 이 치료제들은 미세소관 안정화 물질들로서 폐암, 유방암, 자궁암, 흑색종 및 뇌암 등의 다양한 형태의 암을 치료하는데 효과적이다.
또한, 상기 치료제들 중 에포틸론(epothilones)은 이론적으로 세포독성이 입증되고 임상적으로 항암제로 추진된 1990년대 초에 발견된 항생제의 한 종류이며(Rogalske, A. et al., Toxicol . In Vitro, 28:239-49, 2013; Shi, G. et al., J. Biomol . Sstruct . Dyn . 30:559-73, 2012), 인간 자궁암 세포에 에포틸론을 처리한 연구는 에포틸론이 유사분열 실패와 기관수송 및 세포내 신호전달과 같은 세포 기능을 유도하는 동적 미세소간 중합반응의 비정상적인 안정화에 주로 영향을 나타낸다는 것을 밝히고 있다(Rogalske, A. et al., Toxicol . In Vitro, 28:239-49, 2013; Altmann, K. H. et al., ChemMedChem , 4:396-423, 2007). 더불어, 에포틸론은 암세포주의 GTP 비의존성 튜불린 중합반응을 추진하는 능력을 갖추어서 P-당단백질(MRD 배출 단백질)을 발현하는 세포에서는 낮은 약물 농도로 미세소관 안정화와 안정화된 미세소관을 유지시킬 수 있다.
많은 항암제들이 세포내 약물 축적의 감소 또는 약물 배출의 증가, 세포내 SH 그룹을 포함하는 유기화합물로 인한 약물의 비활성화, 또는 항암제들의 용해성 문제로 그들의 약리 효능을 저해 받고 있다(Brabec, V. and Kasparkova, V., Drug Resist. Updat ., 8:131-46, 2005; Tanaka, M. et al., Anticancer Res., 31:763-9, 2011; Xie, S. K. et al., Chemotherapy, 55:433-40, 2009). 이에, 많은 연구자들은 암세포들이 정상세포에 비하여 글루코오스 소비가 많다는 점에 착안하여, 낮은 독성, 향상된 용해성, 탁월한 세포 인식 능력을 갖는 치료제를 포함하는 탄수화물 부분 및 당 부속물(sugar appendages)에 집중하고 있다(Tanaka, M. et al., BMC Cancer, 13:237, 2013; Tiwari, V. K. et al., Mini Rev. Med . Chem., 14:1497-519, 2012).
가장 유력한 항암 항생제 후보였으나 심한 독성으로 사용되지 못하던 젤다나마이신(Geldanamycin, GA)은 탄수화물 유사체를 이용하여 치료효과와 용해성을 증가시켰으며, 암세포로의 내재화가 잘 이루어지지 않아 항암 활성을 나타내지 못하던 젤다나마이신의 당결합 유사체들은 β-글루코시다제 또는 갈락토시다제와 같은 효소와 함께 변형 유사체 또는 비활성 약을 전달하는 방법인 ADEPT(antibody-directed enzyme prodrug therapy)에 적용하여 항암활성을 높은 수준으로 향상시켰다. C17위치가 변형된 젤다나마이신의 글루코오스-GA, 갈락토오스-GA, 락토오스-GA는 아글리콘에 비해 그 활성이 3~40배 향상되었다(Cheng, H. et al., J. Med. Chem., 48:645-52, 2005).
당전이효소(glycosyltransferase)는 항생제의 당질배합 올리고당 생합성에서 상당히 중요한 역할을 하며, 올리고당 사슬의 말단 위치에 상당히 다양한 화학 구조를 갖는 당뉴라민산(sugar neuraminic acid)의 커다란 패밀리인 시알산(sialic acid)은 세포 및 분자 표면에 존재하면서 세포 인식에서 다양한 생물학적 기능을 보유한다(Traving, C. and Schauer, R., Cell Mol . Life Sci ., 54:1330-49, 1998). 이 당분자들은 5번 위치의 아민 그룹과 1번 위치의 카르복실 그룹으로 인해 음전하를 갖고 있어서, Ca2 +와 같은 양전하 분자들과 결합할 수 있고, 특이 항원을 인식할 수 있으므로 숙주 면역 시스템이 자기와 비자기 구조를 구별할 수 있도록 해준다(Traving, C. and Schauer, R., Cell Mol . Life Sci ., 54:1330-49, 1998; Yu, H. et al., Nat . Protoc ., 1:2485-92, 2006). 항암제의 올리고당과 시알산 유도체에 의한 숙주 특이 항원인식은 암형성 감소와 암치료 면에서 지대한 영향을 끼친다.
이에, 본 발명자들은 에포틸론 A의 시알산 유도체를 개발하고자 예의 노력한 결과, β-1,4 갈락토오스 전이효소(β1,4-galactosyltransferase, β1,4-GalT) 존재 하에 에포틸론 A 6-O-β-D-글루코사이드(Epothilone A 6-O-β-D-glucoside, EpoA-Glc)와 UDP-D-갈락토오스(UDP-D-galactose)를 반응시켜 EpoA 갈락토오스 유도체(Galactosyl epothilone A, lac-epoA)를 제조하고, 상기 제조된 EpoA 갈락토오스 유도체를 α-2,3 시알산 전이효소(α-2,3 sialyltransferase, α2,3-SiaT) 또는 α-2,6 시알산 전이효소(α-2,6 sialyltransferase, α2,6-SiaT) 존재 하에 CMP-N-아세틸뉴라민산 (cytidine 5’-monophosphospho-N-acetyl neuraminic acid, CMP-NeuAc)과 반응시켜 화학식 1의 시알산 유도체(3’-sialyllactosyl epothilone A, 3’-SL-epoA) 또는 화학식 2의 시알산 유도체(6’-sialyllactosyl epothilone A, 6’-SL-epoA)를 제조하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 암세포에 특이적이며, 감소된 세포독성 및 향상된 용해성을 가지는 잠재적 항암 치료제인 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 에포틸론 A의 신규한 시알산 유도체를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 효소적 합성을 통한 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 에포틸론 A의 시알산 유도체의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 에포틸론 A의 시알산 유도체를 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
[화학식 2]
Figure pat00002
본 발명은 또한, (a) β-1,4 갈락토오스 전이효소(β1,4-galactosyltransferase, β1,4-GalT) 존재하에 에포틸론 A 6-O-β-D-글루코사이드(Epothilone A 6-O-β-D-glucoside, EpoA-Glc)와 UDP-D-갈락토오스(UDP-D-galactose)를 반응시켜 EpoA 갈락토오스 유도체(Galactosyl epothilone A, lac-epoA)를 제조하는 단계; 및 (b) 상기 제조된 EpoA 갈락토오스 유도체를 α-2,3 시알산 전이효소(α-2,3 sialyltransferase, α2,3-SiaT) 또는 α-2,6 시알산 전이효소(α-2,6 sialyltransferase, α2,6-SiaT) 존재하에 CMP-N-아세틸뉴라민산 (cytidine 5’-monophosphospho-N-acetyl neuraminic acid, CMP-NeuAc)과 반응시켜 화학식 1의 시알산 유도체(3’-sialyllactosyl epothilone A, 3’-SL-epoA) 또는 화학식 2의 시알산 유도체(6’-sialyllactosyl epothilone A, 6’-SL-epoA)를 제조하는 단계를 포함하는 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 에포틸론 A의 시알산 유도체의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르며, 에포틸론 A의 시알산 유도체 제조방법은 암세포에 특이적이며, 감소된 세포독성 및 향상된 용해성을 가지는 잠재적 항암 치료제인 화학식 1의 시알산 유도체(3’-sialyllactosyl epothilone A, 3’-SL-epoA) 또는 화학식 2의 시알산 유도체(6’-sialyllactosyl epothilone A, 6’-SL-epoA)를 제공한다.
도 1은 글라이코실 전이효소(glycosyltransferases (YjiC), 갈락토오스 전이효소(β1,4-GalT) 및 시알산 전이효소들(α2,3-SiaT 또는 α2,6-SiaT)에 의해 촉매되는 에포틸론 A 유도체들의 효소적 합성 과정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 에포틸론 A로부터 합성한 에포틸론 A 6-O-β-D 글루코오스의 HPLC 분석 결과 및 HR-LC-MS 질량분석 결과이다.
도 3은 에포틸론 A 6-O-β-D 글루코오스로부터 합성한 본 발명의 에포틸론 A 갈락토오스 유도체(lac-epoA) 및 에포틸론 A 시알산 유도체들(3’-SL-epoA 과 6’-SL-epoA)의 HPLC 분석 결과이다.
도 4는 합성된 에포틸론 A 갈락토오스 유도체(lac-epoA) 및 에포틸론 A 시알산 유도체들(3’-SL-epoA 과 6’-SL-epoA)의 HR-LC-ESI/MS 질량분석결과이다.
도 5a, 5b 및 5c는 합성된 에포틸론 A 갈락토오스 유도체(lac-epoA)(a) 및 에포틸론 A 시알산 유도체들(3’-SL-epoA 과 6’-SL-epoA)(b, c)의 1H NMR spectra 결과이다.
도 6은 에포틸론 A 및 합성된 에포틸론 A 유도체들의 인간 암세포주인 HUVEC과 HCT116에 대한 생리활성 결과이다.
본 발명에서는 에포틸론 A로부터 합성된 에포틸론 A 6-O-β-D-글루코사이드(Epothilone A 6-O-β-D-glucoside, EpoA-Glc)에 갈락토오스(galactose) 또는 시알산(sialic acid)을 결합시켜 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 에포틸론 A 유도체를 제조하였다.
구체적으로, (a) β-1,4 갈락토오스 전이효소(β1,4-galactosyltransferase, β1,4-GalT) 존재하에 에포틸론 A 6-O-β-D-글루코사이드(Epothilone A 6-O-β-D-glucoside, EpoA-Glc)와 UDP-D-갈락토오스(UDP-D-galactose)를 반응시켜 EpoA 갈락토오스 유도체(Galactosyl epothilone A, lac-epoA)를 제조하고, (b) 상기 제조된 EpoA 갈락토오스 유도체를 α-2,3 시알산 전이효소(α-2,3 sialyltransferase, α2,3-SiaT) 또는 α-2,6 시알산 전이효소(α-2,6 sialyltransferase, α2,6-SiaT) 존재하에 CMP-N-아세틸뉴라민산 (cytidine 5’-monophosphospho-N-acetyl neuraminic acid, CMP-NeuAc)과 반응시켜 화학식 1의 시알산 유도체(3’-sialyllactosyl epothilone A, 3’-SL-epoA) 또는 화학식 2의 시알산 유도체(6’-sialyllactosyl epothilone A, 6’-SL-epoA)를 제조하였다.
따라서, 본 발명은 일 관점에서, 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 에포틸론 A의 시알산 유도체에 관한 것이다.
[화학식 1]
Figure pat00003
[화학식 2]
Figure pat00004
본 발명은 다른 관점에서, 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 상기의 에포틸론 A의 시알산 유도체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
구체적으로는,
(a) β-1,4 갈락토오스 전이효소(β1,4-galactosyltransferase, β1,4-GalT) 존재 하에 에포틸론 A 6-O-β-D-글루코사이드(Epothilone A 6-O-β-D-glucoside, EpoA-Glc)와 UDP-D-갈락토오스(UDP-D-galactose)를 반응시켜 EpoA 갈락토오스 유도체(Galactosyl epothilone A, lac-epoA)를 제조하는 단계; 및
(b) 상기 제조된 EpoA 갈락토오스 유도체를 α-2,3 시알산 전이효소(α-2,3 sialyltransferase, α2,3-SiaT) 또는 α-2,6 시알산 전이효소(α-2,6 sialyltransferase, α2,6-SiaT) 존재하에 CMP-N-아세틸뉴라민산 (cytidine 5’-monophosphospho-N-acetyl neuraminic acid, CMP-NeuAc)과 반응시켜 화학식 1의 시알산 유도체(3’-sialyllactosyl epothilone A, 3’-SL-epoA) 또는 화학식 2의 시알산 유도체(6’-sialyllactosyl epothilone A, 6’-SL-epoA)를 제조하는 단계를 포함한다.
상기 (a) 단계에서 사용되는 에포틸론 A 6-O-β-D-글루코사이드(Epothilone A 6-O-β-D-glucoside, EpoA-Glc)는 Bacillus licheniformis 유래의 당전이효소 YjiC(Uridine diphosphate glucosyltransferase) 존재하에 에포틸론 A와 UDP-D-glucose를 반응시켜 제조된 것임을 특징으로 하나, 이에 특별히 한정되지 않고, 천연으로부터 수득해도 좋고 인위적으로 합성하여 사용하여도 무방하다.
(a) 단계에서 사용되는 β-1,4 갈락토오스 전이효소(β1,4-galactosyltransferase, β1,4-GalT)는 Helicobacter pylori ATCC 43504) 유래이며, UDP-D-갈락토오스로부터 갈락토오스를 수용체 당물질에 전이한다.
(b) 단계에서 사용되는 α-2,3 시알산 전이효소(α-2,3 sialyltransferase, α2,3-SiaT)는 Pasteurella multocida (ATCC 15742) 유래이고, α-2,6 시알산 전이효소(α-2,6 sialyltransferase, α2,6-SiaT)는 Photobacterium damselae 유래이며, 각각은 CMP-N-아세틸뉴라민산으로 부터 N-아세틸뉴라민산을 수용체 당물질에 전이한다.
당 전이효소로서는, 일반적으로 시판되고 있는 것, 천연 유래의 것, 유전자 재조합에 의해 생산된 것을 사용할 수 있고, 전이시키는 단당류의 종류에 따라 적절히 선택할 수 있다. 본 발명의 실시예 1에서 갈락토오스전이효소에 의해 글리코실 전이반응을 수행하여 갈락토오스를 결합시켰고, 추가로 시알산 전이효소에 의해 시알산 전이반응을 수행하여 상기 갈락토오스에 시알산을 결합시켰다.
에포틸론(epothilone)은 튜불린(tubulin)이라는 단백질에 결합하여 세포의 분열에 핵심적인 구조물인 미세소관(microtubule)의 형성을 막음으로써 암세포와 같이 빠르게 분열하는 세포의 분열을 중단시켜 결국 사멸시키는 기작으로 항암성을 나타낸다.
본 발명에 있어서 시알산(sialic acid)은 아세틸뉴라민산으로, 세포 및 분자 표면에 존재하며, 세포 인식에서 다양한 생물학적 기능을 보유한다. 구체적으로 5번 위치의 아민 그룹과 1번 위치의 카르복실 그룹으로 인해 음전하를 갖고 있어서, Ca2+와 같은 양전하 분자들과 결합할 수 있고, 특이 항원을 인식할 수 있으므로 숙주 면역 시스템이 자기와 비자기 구조를 구별할 수 있게 해준다(Traving, C. and Schauer, R., Cell Mol. Life Sci., 54:1130-49, 1998; Yu, H. et al., Nat. Protoc., 1:2485-92, 2006).
본 발명의 단당류 또는 아미노당이 결합되어 있는 에포틸론 A 유도체는 글리칸 사슬(glycan chain)을 가지는 에포틸론 A 유사체(epothilone A analogues)를 말한다. 보다 구체적으로는, 에포틸론 A의 6번째 O에 D-글루코오스가 결합되어 있고(EpoA 6-O-β-D-글루코사이드), 상기 D-글루코오스 4번 위치에 단당류가 결합되어 있는 구조를 특징으로 할 수 있다.
단당류는 Cn(H2O)n의 일반식으로 나타낼 수가 있는데, 탄소의 수에 따라 삼탄당(트리스), 오탄당(펜토스), 육탄당(헥소스) 등으로 나눈다. 또, 카르보닐기가 알데히드기이면 알도오스, 케톤기이면 케토오스라고 한다. 천연물로부터 추출하여 얻을 수 있고, 올리고당, 다당류 등을 가수분해하여도 얻을 수 있으며, 화학적으로 합성할 수도 있다.
또한, 상기 단당류는 비대칭 탄소원자를 가지며, 많은 입체이성질체가 있으므로 광학활성을 가져 D, L의 2계열로 나눈다. 가장 간단한 알도오스인 글리세린알데히드에 대해 우선성인 것을 D형, 이것에서 유도되는 당을 D계열이라 하고, 그 대칭체를 L계열이라 한다. 본 발명에서 바람직한 단당류는 육탄당(헥소스)의 D계열이다.
구체적인 예로서는, 글루코오스, 프룩토오스, 만노오스, 갈락토오스, 리보오스 등을 들 수 있으며, 가장 바람직하게는 갈락토오스이다. 따라서 본 발명의 대표적인 단당류-결합된 에포틸론 A 유도체로서는 “EpoA 갈락토오스 유도체”를 들 수 있다.
본 발명의 유도체는, 상기에서 설명한 EpoA 6-O-β-D-글루코사이드 말단의 D-글루코오스에 단당류를 전이시킨 단당류 결합 유도체에, 또다른 단당류를 추가로 더 결합시켜 얻을 수 있는 에포틸론 A 유도체를 포함한다.
추가로 전이시킬 수 있는 단당류는 상기 설명한 단당류와 동일하다. 바람직하게는 아미노당을 예로 들 수 있다. 아미노당이란, 당의 히드록시기가 아미노기(-NH)로 치환된 당으로서, 자연계에 가장 널리 존재하는 것은 글루코사민(2-아미노-2-디옥시 D-글루코오스)과 갈락토사민(2-아미노-2-디옥시갈락토오스)이다. 아미노당은 천연에는 일반적으로 아미노기가 아세틸기로 치환된 아세틸유도체로 되어 있다.
본 발명에서 바람직한 아미노당의 일 예로 시알산(sialic acid)을 들 수 있다. 시알산이란, 탄소원자 9개를 포함하는 아미노당인 뉴라민산의 여러 유도체의 총칭으로, 한 분자 내에 카르복시기·케톤기·아세트아미드기를 가지는 복잡한 구조로 된 단당류의 일종이다.
시알산의 대표적인 예는 아세틸뉴라민산으로, 이것은 피루브산과 아세틸만노사민의 알돌 축합체이다. 상기 시알산의 성질 중에서 특히 중요한 것은 카르복시기의 존재이다. 시알산은 당단백질·당지질(ganglioside)의 비환원 말단 부분에 폭넓게 분포되어 이들에게 산성의 성질을 부여하고 있다. 또 세포 표면에 음전하를 띤 꽤 많은 부분이 시알산에 기인하고 있다. 시알산 구조는 기본적으로 암세포의 N-결합 및 O-결합한 세포 표면의 당단백질 및 당지질로서 관찰되며, 암의 침윤과 전이에 직접적으로 관련한다.
이와 같이, 본 발명은 1차적으로 당단류를 전이시킨 에포틸론 A 유도체를 이용하여, 2차, 3차 등 추가적으로 단당류를 더 전이시켜 상기 1차 당전이 과정에서 결합된 단당류에 순차적으로 단당류를 결합시켜 당사슬(glycan chain)이 결합되어 있는 에포틸론 A 유도체를 포함한다.
시알산 구조가 기본적으로 암세포 N-결합 및 O-결합한 세포 표면의 당단백질 및 당지질로서 관찰되며, 암의 침윤과 전이에 직접적으로 관련한다고 보고되고, 항암제의 시알산 유도체에 의한 숙주 특이 항원인식은 암형성 감소와 암치료 면에서 지대한 영향을 끼친다고 보고되어 있는바, 에포틸론 A의 시알산 유도체가 다양한 종류의 암형성 및 증식을 억제함으로써 암의 예방 및 치료적 효과를 나타낼 것으로 기대할 수 있다.
따라서, 본 발명은 또 다른 관점에서 에포틸론 A의 시알산 유도체를 함유하는 항암조성물에 관한 것이다.
본 발명은 본 발명의 화합물과 약제학적으로 허용되는 담체를 함유하는 약제학적 조성물을 제공한다.
숙주에서 암을 치료 또는 예방하는 방법을 또한 제공한다. 상기 방법은 상술한 화합물을 숙주 내에서 암을 치료 또는 예방하기에 충분한 양으로 숙주에 투여함으로써 숙주의 암을 치료 또는 예방하는 것을 포함한다.
상기의 방법으로 제조한, 두개 이상의 단당류가 결합된 에포틸론 A 유도체를 유효성분으로 함유하는 항암조성물을 만들어 사용할 수 있으며, 상기 항암조성물은 당업계에 알려진 통상의 방법에 의해 제조할 수 있다.
[ 실시예 ]
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
제조예 1: 효소의 준비
Bacillus licheniformis 유래의 당전이효소 YjiC(Uridine diphosphate glucosyltransferase)는 pET28 발현 벡터에 재조합하고, 효소의 생산을 위하여 대장균 BL21(DE3)(Stratagene, La Jolla, CA, USA)에 도입하여 대장균 변이체를 구축하였다. 대장균 변이체를 카나마이신 항생제가 처리된 LB 배지에서 배양을 하고 세포 밀도(OD600)가 0.6일 때, 0.8mM이 되도록 IPTG를 첨가하여 20℃, 20 h, 150 rpm 조건으로 배양하여 효소 단백을 발현하여 세포를 수확하였다. 상기 수득된 세포를 초음파 파쇄기로 파쇄한 후, 4℃, 30 min, 12,000 rpm 조건으로 원심분리 하여 상청액을 수득하고, 니켈친화성수지로 얻어진 효소의 발현 정도를 SDS-PAGE gel을 통해 확인하고, YjiC(Uridine diphosphate glucosyltransferase)를 수득하였다.
Helicobacter pylori (ATCC 43504) 유래의 갈락토오스전이효소(galactosyltransferase, β1,4-GalT)는 pET24a 발현 벡터에 재조합된 것을 서울대학교로부터 기증받아서 사용하였고, α-2,3 시알산 전이효소(α-2,3 sialyltransferase, α2,3-SiaT)와 α-2,6 시알산 전이효소(α-2,3 sialyltransferase, α2,6-SiaT)는 각각 pET32a와 pET15b 발현 벡터에 재조합하였다. 당전이효소들의 생산을 위하여 재조합 발현벡터들은 대장균 BL21(DE3)(Stratagene, La Jolla, CA, USA)에 도입하고 각각의 대장균 변이체를 구축하였다. 갈락토오스전이효소(β1,4-GalT) 생산을 위한 대장균 변이체는 카나마이신 항생제가 처리된 LB 배지에서 배양하고 세포 밀도(OD600)가 0.6일 때, 0.5mM이 되도록 IPTG를 첨가하였고, 시알산 전이효소들(α2,3-SiaT 와 α2,6-SiaT)의 생산을 위한 대장균 변이체들은 앰피실린 항생제가 처리된 LB 배지에서 배양하고 세포 밀도(OD600)가 0.6일 때, 0.4mM이 되도록 IPTG를 첨가하여 20℃에서 20시간 동안 배양하여 각각의 당전이효소를 발현하고 세포를 수확하였다. 상기 수득된 세포들은 초음파 파쇄기로 파쇄하고 4℃, 30 min, 12,000 rpm 조건으로 원심분리 하여 상청액을 수득한 후, 니켈친화성수지로 얻어진 효소의 발현 정도를 SDS-PAGE gel을 통해 확인하고, 갈락토오스전이효소(β1,4-GalT), α-2,3 시알산 전이효소(α2,3-SiaT) 및 α-2,6 시알산 전이효소(α2,6-SiaT)를 수득하였다.
실시예 1: 에포틸론 A 6-O-β-D-글루코사이드로부터 갈락토오스 결합 에포틸론 A 유도체 및 시알산결합 에포틸론 A 유도체들의 합성
에포틸론 A 6-O-β-D-글루코사이드(Epothilone A 6-O-β-D-glucoside, EpoA-Glc)에 글라이코실레이션(glycosylation)을 수행하여 3종의 유도체를 합성하였다(도 1).
본 실시예에서 에포틸론 A 6-O-β-D-글루코사이드(Epothilone A 6-O-β-D-glucoside, EpoA-Glc)는 YjiC(Uridine diphosphate glucosyltransferase) 존재하에서 에포틸론 A(Samyang Genex Co.)와 UDP-D-글루코오스(Sigma-Aldrich Chemical Co. St. Louis, MO, USA)를 반응시켜 합성하였다.
갈락토오스전이효소(galactosyltransferase, β1,4-GalT) 존재하에서 상기 수득한 에포틸론 A 6-O-β-D-글루코사이드(Epothilone A 6-O-β-D-glucoside, EpoA-Glc)와 UDP-D-갈락토오스를 반응시켜 EpoA 갈락토오스 유도체(Galactosyl epothilone A, lac-epoA)를 합성하였다.
상기 수득한 EpoA 갈락토오스 유도체(lac-epoA)에 갈락토오스가 존재한다는 것을 이용하여, 시알산(sialic acid) 전이 반응을 수행하였다.
상기 시알산 전이 반응은 상기 수득한 EpoA 갈락토오스 유도체(lac-epoA)를 정제하거나 반응 종결 후 연속적으로 수행을 하였으며, 상기 수득물을 α-2,3 시알산 전이효소(α-2,3 sialyltransferase, α2,3-SiaT) 또는 α-2,6 시알산 전이효소(α-2,6 sialyltransferase, α2,6-SiaT) 존재하에 CMP-N-아세틸뉴라민산 (cytidine 5’-monophosphospho-N-acetyl neuraminic acid, CMP-NeuAc)과 반응시켜 화학식 1의 시알산 유도체(3’-sialyllactosyl epothilone A, 3’-SL-epoA) 또는 화학식 2의 시알산 유도체(6’-sialyllactosyl epothilone A, 6’-SL-epoA)를 얻었다.
실시예 2: 에포틸론 A 유도체들의 정제 및 분석
실시예 1에서 에포틸론 A와 UDP-D-글루코오스 반응 혼합물은 preparative HPLC에 의해서 정제되고, UV 검출기(249㎚)가 연결된 역상 C18컬럼(Mightysil RP-18 GP, 150 x 4.6 ㎜, kanto chemical, Japan)을 이용하는 HPLC-PDA (high-performance liquid chromatography coupled with photo diode array, shimadzu, Japan; SPD-M20A Detector)로 검출, 분석 및 정량하였다. 이원이동성위상은 HPLC 등급 물인 용액 A와 100% 메탄올인 용액 B로 구성된다. 유속 1mL/min으로 유지하면서 30분 동안 프로그램을 진행하였다. B 흐름은 20%로 시작해서 15분까지 점차적으로 75%로 증가시키고, 16분에서 22분 사이에 90%로 증가된 흐름이며, 이후 25분에 50%로 감소, 28분에 20%, 30분에 정지하였다.
SYNAPT G2-S(Water Corp.)가 결합된 ACQUITY (UPLC, Water Corp., Billerica, MA, USA) 컬럼을 이용하는 HPLC-PDA와 고분해능 LC-QTOF ESI/MS에 의해 생산물을 확인한 후, 용액 B(100% MeOH)와 용액A(HPLC 등급 물) 흐름을 갖는 46분 이원프로그램(binary program)을 사용하여 UV 검출기(249㎚)가 연결된 C18컬럼(YMC-Pack ODS-AQ, 150 x 20mm I.D., 10um)을 이용하는 preparative HPLC(Shimadzu, Tokyo, Japan)를 한 번 더 수행하였다. B 흐름은 초기에는 20%로 유지하다가 25분까지 75%로 증가시키고, 25분과 35분 사이에 90%, 이후 40분에 50%, 45분에 20%로 감소시키고 46분에 정지하였다.
정제된 에포틸론 A 6-O-β-D-글루코사이드(Epothilone A 6-O-β-D-glucoside, EpoA-Glc)의 전환율은 약 26% 였고, HPLC-PDA 및 양이온 방식의 고분해능 LC-MS 스펙트럼 결과 [epoA-Glc + H]+에 대한 m/z값은 656.3143 이었다(도 2).
에포틸론 A 6-O-β-D-글루코사이드(EpoA-Glc)는 EpoA 갈락토오스 유도체(Galactosyl epothilone A, lac-epoA)와 시알산 유도체(3’-sialyllactosyl epothilone A, 3’-SL-epoA 및 6’-sialyllactosyl epothilone A, 6’-SL-epoA)들을 합성하는데 이용하였다.
모든 반응 혼합물들은 용액 A(0.1 M TEAA HPLC 등급 수용액)와 용액 B(100% 아세토니트릴)의 전체 흐름이 1mL/min인 바이너리(binary) 조건을 이용한 HPLC(Dong-il Simazu, Endurosil C18 column; 205 x 4.6mm, 5um)로 모니터링하였다. 용액 B의 농도가 20%로 시작하여 25분과 35분 사이에 90%, 이후 40분에 50%, 45분에 20%로 감소시키고 46분에 정지하였고, 각 반응 혼합물들은 고분해능 질량분석을 더 실시하였다(도 3).
EpoA 갈락토오스 유도체(lac-epoA)와 두종류의 시알산 유도체들(3’-SL-epoA 및 6’-SL-epoA)은 prep-HPLC SHIMADZU SPD-10Avp (source Q15 resin 200ml, Fine Line Pilot 35 column, Amersham biosciences, Piscataway, NJ, USA)와 4 mL/min을 유지하면서 용액 B의 농도가 20%로 시작하여 25분과 35분 사이에 90%, 이후 40분에 50%, 45분에 20%로 감소시키고 46분에 정지인 바이너리 프로그램을 사용하는 ACE 인 HPLC C18-300( 250 x 10 mm) 세미-프렙(semi-prep) 컬럼으로 정제하였다(도 4).
양이온 방식의 고분해능 LC-MS 스펙트럼을 분석한 결과, 분리된 화합물의 m/z값이 818.3642로 갈락토오스전이효소 존재 하에 UDP-D-갈락토오스로부터 EpoA 6-O-β-D-글루코사이드로 갈락토오스가 전이되어 EpoA 갈락토오스 유도체(lac-epoA)가 합성된 것을 확인하였고, 3’-시아릴락토실 에포틸론 A(3’-SL-epoA) 와 6’-시아릴락토실 에포틸론 A(6’-SL-epoA)의 [3’-SL-epoA + H]+, [6’-SL-epoA + H]+ 에 대한 각각의 m/z값은 1109.4587 과 1109.4595로 시알산전이효소 존재하에 CMP-N-아세틸뉴라민산으로부터 EpoA 갈락토오스로 시알산이 전이된 것을 확인하였다(도 5a, 5b 및 5c).
반응물로부터 각 유사체를 정제한 후 생산물의 회수율을 측정한 결과, EpoA 갈락토오스 유도체(lac-epoA)는 약 97.98% 회수하였고, 회수된 유도체는 시알산전이효소에 의해 촉매되는 화학식 1의 시알산 유도체(3’-sialyllactosyl epothilone A, 3’-SL-epoA) 또는 화학식 2의 시알산 유도체(6’-sialyllactosyl epothilone A, 6’-SL-epoA)의 합성반응에 사용하였다. 합성된 화학식 1의 시알산 유도체(3’-SL-epoA) 또는 화학식 2의 시알산 유도체(6’-SL-epoA)의 순도와 수율을 HPLC 분석을 통해 측정하였더니 각각 약 98.57%와 약 97.41% 였다.
각각의 정제한 에포틸론 A 유도체들은 건조한 후, DMSO-d6에 용해하였고, 1H NMR, 13C NMR 핵자기공명(900 MHz, Bruker Biospin GmbH, Karlsruhe, Germany) 분석을 이용하여 구조적으로 특성화하고 이전에 발표된 반코마이신 유도체의 NMR 결과와 비교하였다 (표 1).
Figure pat00005
에포틸론 A 6-O-β-D-글루코사이드(EpoA-Glc)는 1H NMR에서 관찰된 화학적 이동은 문헌 값과 유사하였고, lac-epoA, 3’-SL-epoA, 6’-SL-epoA 각각의 갈락토오스 아노머 양성자(1-CH)의 신호는 δ5.24, 4.61, 4.64 위치에서 관찰할 수 있었다. 그러나 3’-SL-epoA, 6’-SL-epoA 각각의 9-CH2에 대한 신호는 δ3.28, 3.11에서 관찰할 수 있었다. 3’-SL-epoA, 6’-SL-epoA 각각에서 뉴라민산의 특이한 양성자들은 표 1에서 나타난 것과 같이 작은 변화를 보이며, (CH3CO-)에 대한 신호는 δ1.89, 1.87 , (3-CH2)에 대한 신호는 δ1.80, 1.82에서 관찰되었다(도5).
실시예 3: MTT assay
상기 실시예 2에서 수득한 에포틸론 A 유도체들의 치료의 실험적 근거를 모으기 위해서, MTT asssay를 하였다. 자세하게는 에포틸론 A 아글리콘에 관한 세포독성 감소의 효과를 확인하기 위하여 HCT116과 HUVEC 세포주를 이용하여 MTT asssay를 실시하였다.
그 결과, 에포틸론 A는 농도에 따른 항암 활성 및 세포 독성에 변화가 없는 반면, 본 발명의 에포틸론 A 유도체들은 농도에 따라 항암 활성 증가 및 세포 독성 감소를 확인할 수 있었다(도 6).
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 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 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (3)

  1. 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 에포틸론 A의 시알산 유도체.
    [화학식 1]
    Figure pat00006

    [화학식 2]
    Figure pat00007

  2. 다음 단계를 포함하는 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 에포틸론 A의 시알산 유도체 제조방법:
    (a) β-1,4 갈락토오스 전이효소(β1,4-galactosyltransferase, β1,4-GalT) 존재하에 에포틸론 A 6-O-β-D-글루코사이드(Epothilone A 6-O-β-D-glucoside, EpoA-Glc)와 UDP-D-갈락토오스(UDP-D-galactose)를 반응시켜 EpoA 갈락토오스 유도체(Galactosyl epothilone A, lac-epoA)를 제조하는 단계; 및
    (b) 상기 제조된 EpoA 갈락토오스 유도체를 α-2,3 시알산 전이효소(α-2,3 sialyltransferase, α2,3-SiaT) 또는 α-2,6 시알산 전이효소(α-2,6 sialyltransferase, α2,6-SiaT) 존재하에 CMP-N-아세틸뉴라민산 (cytidine 5’-monophosphospho-N-acetyl neuraminic acid, CMP-NeuAc)과 반응시켜 화학식 1의 시알산 유도체(3’-sialyllactosyl epothilone A, 3’-SL-epoA) 또는 화학식 2의 시알산 유도체(6’-sialyllactosyl epothilone A, 6’-SL-epoA)를 제조하는 단계.
  3. 제2항에 있어서, 상기 에포틸론 A 6-O-β-D-글루코사이드(Epothilone A 6-O-β-D-glucoside, EpoA-Glc)는 Bacillus licheniformis 유래의 당전이효소 YjiC(Uridine diphosphate glucosyltransferase) 존재하에 에포틸론 A와 UDP-D-glucose를 반응시켜 제조된 것임을 특징으로 하는 에포틸론 A의 시알산 유도체의 제조방법.
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