FCS 상호작용 분석기가 푸젠 의과대학 연구팀에 작은 분자 AD 약을 발견하는 데 도움이 됩니다.

저널: "알츠하이머병 치료를 위한 뇌 투과성 갈렉틴-3 억제제의 AI 기반 발굴"

연구팀: 샤오춘 첸 / 페이성 중 / 주청 예 팀, 푸젠 의과대학교

DOI: https://doi.org/10.1016/j.phrs.2025.107834

01 연구 개요

갈렉틴-3(Gal-3)는 신경 염증 과정을 조절하는 핵심 단백질이며 알츠하이머병(AD)의 병리학적 진행에 중요한 역할을 하므로 매우 유망한 치료 표적입니다. 그러나 Gal-3 활성을 효율적으로 억제하면서도 강력한 혈액-뇌 장벽(BBB) 투과성을 갖는 저분자 억제제를 개발하는 것은 이 분야의 주요 과제로 남아 있습니다.

샤오춘 첸, 페이성 중, 주청 예가 이끄는 푸젠 의과대학교 연구팀은 권위 있는 약리학 저널인 Pharmacological Research(IF = 10.5)에 "알츠하이머병 치료를 위한 뇌 투과성 갈렉틴-3 억제제의 AI 기반 발굴"라는 제목의 연구를 발표했습니다. 이 연구는 AI 기반 약물 스크리닝 플랫폼을 사용하여 잠재적인 치료 가치를 지닌 저분자 화합물인 FJMU1887을 성공적으로 식별했으며, 후속 실험을 통해 Gal-3와의 직접적인 결합 상호작용을 검증했습니다. 기전 연구에 따르면 FJMU1887은 Gal-3에 가역적으로 결합하여 Gal-3와 TREM2(대식세포 세포에서 발현되는 트리거 수용체 2) 간의 상호작용을 방해합니다. 추가적인 및 항염증 분석, 약동학 분석 및 평가를 통해 FJMU1887이 이중 신경 염증 억제 및 인지 기능 향상 활성을 가지고 있음을 확인했으며, AD 치료 후보로서의 잠재력을 확립했습니다. 효능 평가를 통해 FJMU1887은 신경 염증을 억제하고 인지 기능을 개선하는 이중 효과를 가진 BBB 투과성 저분자 Gal-3 억제제임이 종합적으로 입증되었습니다. 전반적으로 FJMU1887은 신경 염증 억제 및 인지 기능 향상 효과를 모두 나타내는 최초의 경구용 Gal-3 억제제로, AD 치료를 위한 유망한 선도 화합물을 제공하는 동시에 AI 기반 약물 발굴 전략의 타당성을 검증합니다.

02 FCS를 이용한 단백질 복합체 역학에 대한 저분자 효과 조사

TREM2는 AD에서 신경 염증 반응 및 대식세포의 식세포 작용을 조절하는 데 관여하는 대식세포 특이적 수용체입니다. 최근 연구에 따르면 Gal-3는 TREM2와 상호작용하여 대식세포 활성화 상태 및 관련 염증 신호 전달 경로에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.

본 연구에서 저자들은 먼저 Bio-Layer Interferometry(BLI) 및 MicroScale Thermophoresis(MST)를 포함한 기존 상호작용 분석 방법을 사용하여 FJMU1887의 Gal-3 결합 활성을 확인했으며, 해리 상수()의 고처리량 정량 분석을 제공합니다.)는 1.55μM였습니다. Gal-3 매개 단백질 상호작용에 대한 FJMU1887의 특정 영향을 더 자세히 탐구하기 위해 연구팀은 형광 상관 분광법(FCS)을 사용하여 살아있는 세포 내에서 Gal-3/TREM2 복합체의 동적 형성 및 해리를 , 균질한 고함량 분석 도구입니다. FCS 및 그 파생 방법은 신호 전달, 액체-액체 상 분리, 생체 분자 응집, 구조-기능 메커니즘, 나노 의학 개발, 외포체 특성화, 형광 프로브 개발, 항체/약물 스크리닝 및 미세 유체 공학에 널리 적용되었으며, PubMed에 15,000개 이상의 연구 논문이 색인되어 있습니다.에서 모니터링했습니다.

실험 설정에서 형광 단백질 moxCerulean3 및 mGold로 표지된 Gal-3와 TREM2는 각각 HEK293 세포에 공동 형질 도입되었습니다. 공초점 이미징 후, 형광 공동 국소화 영역에서 FCS를 수행하여 화합물 처리 및 세척 중 동적 변화를 지속적으로 모니터링하면서 TREM2-mGold의 확산 계수()는 다양한 조건에서 측정되었습니다. )를 측정했습니다(그림 A). 결과는 FJMU1887이 Gal-3와 용해성 TREM2(sTREM2) 간의 상호작용을 방해하여 sTREM2의 세포 내 확산 계수가 유의미하게 증가함을 보여주었습니다. 화합물을 세척한 후 Gal-3는 sTREM2에 다시 결합했으며 확산 계수는 기준선으로 돌아왔습니다. 이는 FJMU1887이 Gal-3에 가역적으로 결합하여 Gal-3/TREM2 상호작용을 동적으로 조절함을 나타냅니다. 이 결론은 형광 공명 에너지 전달(FRET) 실험을 통해 추가로 검증되었으며, FJMU1887이 Gal-3/TREM2 복합체의 형성 또는 안정성에 영향을 미친다는 상호 보완적인 증거를 제공했습니다. 이 복합체의 동적 평형은 AD 관련 신경 염증 조절에 중요한 역할을 합니다.

그림. FCS를 통해 평가된 FJMU1887에 의한 Gal-3/TREM2 복합체 형성 방해. Gal-3–TREM2 복합체의 확산 계수(D)는 다양한 조건에서 측정되었습니다. 10μM FJMU1887 처리 시 처리되지 않은 복합체에 비해 확산 계수가 유의미하게 증가했습니다(*** P < 0.001), 이는 복합체 방해를 나타냅니다. 주목할 점은 FJMU1887의 효과가 가역적이라는 것입니다. 세척 후 확산 계수는 기준선 수준으로 크게 회복되어 복합체 재형성을 입증했습니다. 개별 데이터 포인트는 단일 측정값을 나타내며, 막대는 평균 ±SEM을 나타냅니다. 통계적 유의성은 일원 분산 분석 후 Tukey의 사후 검정을 사용하여 결정되었습니다.03 FCS의 주요 기술적 장점

FCS는 약물에 의한 단백질 복합체 역학의 방해를 성공적으로 포착했을 뿐만 아니라 전체 기전 체인인

가역적 결합 → 복합체 해리 → 기능적 억제를 명확하게 보여주었습니다. 이는 살아있는 세포 단백질-단백질 상호작용 및 저분자 조절 메커니즘을 in situ, 균질한 고함량 분석 도구입니다. FCS 및 그 파생 방법은 신호 전달, 액체-액체 상 분리, 생체 분자 응집, 구조-기능 메커니즘, 나노 의학 개발, 외포체 특성화, 형광 프로브 개발, 항체/약물 스크리닝 및 미세 유체 공학에 널리 적용되었으며, PubMed에 15,000개 이상의 연구 논문이 색인되어 있습니다.실시간 동적 모니터링:

• 고정된 분자간 거리 임계값을 요구하지 않고 원래의 세포 환경에서 과정을 모니터링합니다. 결합으로 인한 수력학적 반경 또는 구조의 변화는 확산 계수의 변화를 통해 감지될 수 있습니다.In-Situ 평형 감지:

• 단일 분자 감도를 달성하며, 세척 단계 없이 용액 또는 살아있는 세포에서 결합-해리 평형 조건 하에서 직접 측정합니다.정량적 동역학 분석:

• 기존의 종점 또는 정성적 분석과 달리 확산 계수를 연속적인 정량적 지표로 출력합니다. 세척 실험과 결합하면 화합물 억제의 가역성을 직접적으로 입증하여 효능 및 기전 평가를 위한 정량적 데이터를 제공합니다.이러한 장점을 통해 FCS는 전통적인 생화학적 기법으로는 접근하기 어려운 차원인 FJMU1887의 Gal-3/TREM2 상호작용에 대한 가역적 억제를 실시간 동적으로 관찰할 수 있었습니다.

04 FCS의 연구 중요성 및 향후 전망

본 연구는 AI 기반 약물 스크리닝을 성공적으로 활용하여 대규모 화학 라이브러리에서 선도 화합물 FJMU1887을 식별했습니다. 여러 직교 기술(친화도 분석(BLI/MST), 분자간 거리 측정(FRET), 단백질 상호작용 동적 모니터링(FCS))을 결합하여 연구팀은 여러 관점에서 작용 메커니즘을 체계적으로 해독했습니다. 광범위한

in vitro 및 in vivo 평가를 통해 FJMU1887이 이중 신경 염증 억제 및 인지 기능 향상 활성을 가지고 있음을 확인했으며, AD 치료 후보로서의 잠재력을 확립했습니다.이 통합 플랫폼에서 FCS는 다른 방법으로는 얻을 수 없는 중요한 살아있는 세포 동적 확산 데이터를 제공하여 FJMU1887이 Gal-3/TREM2 결합을 가역적으로 방해함을 입증했습니다. 이는 약물 메커니즘을 밝히는 데 직접적인 증거를 제공하고 Gal-3와 TREM2 간의 직접적인 상호작용을 추가로 검증했습니다. 이 연구는 FCS의 핵심 장점인 용액에서 복합체 동역학의 실시간 모니터링, 마스크리스 비고정 측정, 확산 계수의 직접적인 정량적 출력 등을 보여줍니다.

FCS 기술 소개

형광 상관 분광법(FCS)은 마이크로 리터(몇 마이크로 리터) 용액 샘플 또는 개별 살아있는 세포에서 단일 분자 해상도로 몰 농도, 형광 밝기/응집 상태, 확산 계수/수력학적 반경, 결합 친화도(

KD)와 같은 매개변수를 정량적으로 측정합니다. 생리학적 샘플(예: 세포 용해물, 혈액)과 호환되며, in situ, 균질한 고함량 분석 도구입니다. FCS 및 그 파생 방법은 신호 전달, 액체-액체 상 분리, 생체 분자 응집, 구조-기능 메커니즘, 나노 의학 개발, 외포체 특성화, 형광 프로브 개발, 항체/약물 스크리닝 및 미세 유체 공학에 널리 적용되었으며, PubMed에 15,000개 이상의 연구 논문이 색인되어 있습니다.JLM-Lifetech FCS 상호작용 분석기 소개

단일 분자 동역학을 위한

MIA 시리즈 FCS 분자 상호작용 분석기는 FCS 기술을 기반으로 한 고감도 분석 플랫폼입니다. 극히 작은 관찰 부피에서 형광 변동 신호를 감지함으로써 단일 분자 생체 분자 상호작용 및 특성화 분석을 가능하게 합니다. 시간 영역 신호를 분석하기 위해 상관 알고리즘을 사용하는 이 시스템은 분리 또는 정제 단계 없이(균질 분석) 작동합니다. 단 수십 마이크로 리터의 샘플로 초당 농도, 입자 크기, 확산 계수 및 결합 친화도(Kd)의 고처리량 정량 분석을 제공합니다.