항균펩티드

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항균펩티드

[ antimicrobial peptides ]

통상적으로 15~40개의 아미노산으로 이루어진 항균 활성을 갖는 펩티드. 인공적으로 합성한 펩티드는 10개 이하의 아미노산으로 구성된 경우도 있다.

목차

  1. 1.항균펩티드의 구조
    1. 1.1.Cysteine이 없는 나선형 항균펩티드
    2. 1.2.Cysteine이 없고 특정 아미노산의 함량이 높은 선형 항균펩티드
    3. 1.3.하나의 이황화결합을 포함하는 항균펩티드
    4. 1.4.두 개 이상의 이황화결합을 포함하는 항균펩티드
  2. 2.인공 항균펩티드
  3. 3.치료 잠재력
  4. 4.제한점
  5. 5.선택성
  6. 6.항균펩티드 내성
  7. 7.집필
  8. 8.감수
  9. 9.참고문헌

항균펩티드의 구조

항균펩티드는 생물체의 선천면역 체계(innate immune system)에 기여하는 중요한 생체방어 인자로 발견되었다. 선천면역의 항균펩티드는 15개~40개의 아미노산으로 이루어져 있으며 분자량은 2~6 kDa인 것으로 알려져 있다. 통상적으로 항균펩티드를 분류하는 방식은 발견된 생물체에 근거하여 이루어졌으나 최근 많은 펩티드가 알려지면서 cysteine의 유무와 화학구조 특성에 따라 분류하고 있다.

Cysteine이 없는 나선형 항균펩티드

대표적인 것은 1980년에 최초로 나방의 림프에서 발견된 cecropin이다. Cecropin의 구조는 N-말단에 강한 염기성의 나선구조 부위와 소수성의 C-말단 나선부위로 구성되어 있고, 이 두 부위는 proline이나 glycine으로 구성된 연결부위(hinge region)로 연결되어 있다.

Cysteine이 없고 특정 아미노산의 함량이 높은 선형 항균펩티드

Proline, arginine, glycine 등의 아미노산을 다른 residue에 비해 많이 포함하고 있다.

하나의 이황화결합을 포함하는 항균펩티드

이 종류의 항균펩티드들은 주로 개구리 표피에서 발견된 것들로써 C-말단 부위에서 이황화결합에 의해 7개의 아미노산으로 이루어진 loop 구조를 지닌 것이 특징이다. 광범위한 항균활성을 가진다.

두 개 이상의 이황화결합을 포함하는 항균펩티드

주로 식세포(phagocytes)의 입자에서 발견되었다. 대표적인 항균펩티드로 defensin이 있는데 이들은 쥐, 토끼, 인간의 백혈구에서 발견되었다. Defensin은 arginine이 많은 펩티드로, 이황화결합에 의해 형성된 분자내의 환 구조에 arginine 같은 염기성 아미노산이 존재하는데 이런 환 구조의 양전하가 펩티드의 향균 활성에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

인공 항균펩티드

길이가 50개 이하의 펩타이드의 경우 고체상 방법과 자동상 합성기로 쉽게 합성할 수 있으므로 항균 펩타이드의 항균력에 관여하는 중요 인자들을 고려하여 다양한 인위적인 항균펩티드의 디자인 및 합성이 가능하다. 인공적인 합성된 항균펩티드의 경우 일반적으로 lysine, alanine, leucine 등의 아미노산을 이용하고 활성도 관련인자들을 고려하여 설계하고 합성한다. 이와 같은 인위적인 설계 및 합성과는 별도로 펩티드 라이브러리 기술을 이용할 수 있는데, 이 경우 일정 길이를 가지는 다양한 펩티드들을 합성한 후 이를 특정 균주에 대해 스크리닝 하는 방법으로 균주에 대하여 가장 활성도가 좋은 아미노산 서열을 밝히게 되는데 이는 짧은 시간 내 펩티드의 항균력을 극대화시킬 수 있는 장점을 가진다.

치료 잠재력

항균펩티드는 신규 치료제로서 개발을 위한 훌륭한 후보물질이다. 또한 항균펩티드는 살균제로써 광범위한 미생물에 대해 활성을 나타내기 때문에 기존 항생제를 보완할 수 있다. 이 항균펩티드와 유도체들은 구강 점막염과 폐 감염증 등 다양한 조건에서 감염치료제로 개발되고 있다.

제한점

가장 큰 제한점은 미생물이 항균펩티드에 대해 내성을 나타낼 수 있다는 점이다. 즉, 치료제로서 많은 양의 항균펩티드를 투여할 경우 내성이 쉽게 획득될 수 있다. 항균펩티드는 독성이 있어 국소치료제로서만 사용되며, 전신혈류로 이동될 경우 단백질 가수분해 효소에 의해 신속히 분해될 수 있다.

선택성

항균펩티드는 일반적으로 숙주세포보다는 세균 세포에 친화도가 높은 편이어서 우선적으로 포유류 동물 세포에는 독성을 거의 나타내지 않고 미생물만을 선택적으로 죽인다. 선택성은 항균펩티드의 중요한 특징이다. 선택성의 원인은 항균펩티드의 양이온 성질에 기인한다. 세균 세포막은 phosphatidylglycerol 및 cardiolipin과 같은 음전하의 산성 인지질이 상대적으로 풍부하기 때문에 동물 세포에 비해 항균펩티드에 대한 친화도가 높다. 또 다른 세포막 요인으로 동물세포막의 콜레스테롤을 들 수 있다. 콜레스테롤은 지질 이중층의 안정화에 관여하고 항균펩티드와 상호작용하여 활성을 감소시킨다. 박테리아의 세포막에는 콜레스테롤이 존재하지 않기 때문에 항균 펩티드의 공격에 상대적으로 더 취약하다. 또한 세포막 전위는 지질의 상호작용에 영향을 미치는데 세균의 세포막 전위는 동물세포보다 높기 때문에 박테리아세포막은 양으로 대전된 항균펩티드 공격을 받기 쉽다.

항균펩티드 내성

세균은 항균펩티드의 공격을 피하기 위해 다양한 전략을 사용한다. 황색포도상구균은 세포질의 D-alanine을 teichoic acid 표면으로 이동시켜 순 음전하를 감소시킨다. 다른 방법으로 MprF를 통해 음이온 막의 전위를 감소시키는데 L-lysine 등의 양전하 아미노산이 이용된다. 또한 Salmonella 속 세균은 Lipid A에 myristate와 palmitate를 첨가함으로써 hepta-acyl Lipid A를 형성한다. 이는 소수성 상호작용을 증가시켜 외막의 유동성을 감소시키고 감소된 막 유동성은 항균펩티드가 막에 삽입되거나 구멍 만드는 것을 방해한다. 일부 그람음성균은 외부 막 단백질의 생산을 변화시키거나 단백질 분해효소를 생산하여 항균펩티드의 작용에 저항한다. 녹농균의 cyclic-di-GMP 신호전달은 항균펩티드 내성에 관여하는 것이 밝혀졌다. 이러한 예시들은 항균펩티드에 대한 내성이 자연적으로 진화할 수 있음을 보여주고 있다. 항균펩티드의 의약품을 사용하면 내성이 자주 발생할 우려가 존재한다. 따라서 항균펩티드의 임상사용에는 더 많은 연구가 필요한 실정이다.

집필

조유희/차의과학대학교

감수

하남출/서울대학교

참고문헌

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동의어

Antimicrobial peptides, antimicrobial peptides, 항균펩티드