Chemical Inhibition of HSP90B1 Surface Translocation and Its Effect on Autoimmune Disease

Abstract

자기 면역 질환은 자신의 면역세포에 의해 공격받는 질병으로 알려있다. HSP90B1 혹은 gp96은 소포체와 골지 사이를 순환하는 샤프론 단백질이다. 하지만 자기 면역 질환의 모델에서 HSPB1은 소포체와 골지 사이를 순환하지 않고 세포막으로 이동하여 면역세포를 활성화 시키는 것으로 연구가 되어있다. 세포막에 존재하는 HSPB1은 수지상 세포를 과도하게 활성화 시키고 그러한 수지상 세포들은 T 세포와 B 세포의 활성을 돕게 된다. 마지막으로 T와 B 세포들은 자기 조직을 공격하게 되어 자기 면역 질환을 유도하게 된다. 따라서 HSPB1의 세포막 이동은 자기 면역 질환에서 중요한 역할을 하며 이러한 질병에서 세포막에 위치하는 HSPB1의 양이 증가하는 것으로 알려져 있어 자기 면역 질환의 타깃으로 고려될 수 있다. 그리고 HSPB1의 세포막 이동을 막는 역할을 한다는 단백질로써 AIMP1이라는 단백질이 알려져 있다. 정상적인 상태에서 AIMP1은 HSPB1과 결합하여 소포체에 머무르도록 도와주는 역할을 하지만 자기 면역 질환에서는 AIMP1과 HSPB1의 결합이 분리되어 있다. 그러기 때문에 AIMP1의 역할은 자기 면역 질환에서 HSPB1의 세포막 이동을 조절함으로써 매우 중요한 역할을 한다. 따라서 우리는 AIMP1을 기능적으로 모방하는 화합물을 스크리닝 하였다. 화합물들 중 HSPB1의 세포막 레벨을 가장 많이 낮추고 독성이 없는 화합물로써 GPM1이 선정이 되었다. 자기 면역 질환이 유도된 쥐를 이용한 생체 내 실험에서 GPM1 처리 군에서 질병이 완화된 것을 확인할 수 있었다. 하지만 화합물의 안정성에 있어서 GPM1은 매우 불안정하였다. 불안정한 화합물은 채 내에서 약효가 나타나기 전에 분해되어 버리기 때문에 화합물의 발달 과정에 있어서 매우 중요한 단계이다. 따라서 우리는 GPM1과 유사한 구조를 갖은 파생물들을 합성하였다. 그리고 파생물들 중 가장 효과적으로 HSPB1의 세포막 레벨을 감소 시키는 화합물을 선정하여 KR-S-026S라는 화합물이 선정되었다. 이 화합물은 세포에서 HSPB1의 세포막 레벨을 감소시키는 것 뿐만 아니라 자기 면역 질환이 유도된 쥐에서, GPM1 보다 더욱 극적인 질환 개선 효과를 보였다. 뿐만 아니라, KR-S-026S는 GPM1과는 다르게 높은 안정성을 보였고 삼투성과 독성효과를 보았을 때에도 매우 양호한 화합적 요소를 갖추고 있다. 따라서 AIMP1의 역할을 모방하며 HSPB1의 세포막 이동을 막는 KR-S-026S는 자기 면역 질환 치료에 매우 촉망되는 화합물이다.

Autoimmune disease is characterized by aberrant immunological activation. Heat shock protein beta 1 (HSPB1) or gp 96, HSP90 family member, is an endoplasmic reticulum (ER)-resident chaperone protein. It is involved in immunological activity and its cell surface localization induces autoimmune disease. In autoimmune disease, HSPB1 no longer retrogrades from golgi to the ER but translocates to cell surface instead. Cell surface expressed HSPB1 induces abnormal activation of dendritic cells (DCs) and DCs activate immune cells. Aberrantly activated immune cells attack normal tissues and consequently induce autoimmune disease. Aminoacyl-tRNA synthetase-interacting multifunctional protein 1 (AIMP1), found in multi-tRNA synthetase complex (MSC), supports HSPB1 in retrograde transport from golgi to the ER. In autoimmune disease, the interaction between HSPB1 and AIMP1 is disassociated, leading to translocation of HSPB1 to the cell surface. Therefore, the role of AIMP1 is essential in regulation of HSPB1 cell surface level and thereby in autoimmune disease. Previously, chemical named GPM1 was introduced to control cell surface translocation of HSPB1 by substituting for the role of AIMP1 and to alleviate the autoimmune disease-associated symptoms in vivo. However, GPM1 had poor metabolic stability to be developed as a therapeutic drug. Metabolic biotransformation of a drug can alter the half-life of the drug and determine the drug response to the agent. Screening metabolic stability in the early stages of drug development is a critical step in drug discovery that it has significant effect on efficacy and safety. In this study, we identified GPM1 derivatives and found 'chemical KR-S-026S' dramatically reduced cell surface localization of HSPB1 and strikingly ameliorated autoimmune phenotype in vivo. KR-S-026S had enhanced effect and also had higher metabolic stability compared to GPM1. These results suggest that chemical KR-S-026S is a promising compound to alleviate autoimmune disease by substituting for the role of AIMP1 and support HSPB1 to retrograde to the ER.