글루타메이트의 분자 및 생체 내 연구

Nature Communications 13권, 기사 번호: 4446(2022) 이 기사 인용

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글루텐의 소화는 독성 펩타이드를 생성하며, 그 중 밀 α-글리아딘에서 추출된 면역원성이 높은 프롤린이 풍부한 33량체는 소아 지방변증을 유발합니다. 투수 식물의 네프로신은 보고된 프롤릴 엔도펩티다제입니다. 여기에서 우리는 재조합 네프로신과 그 돌연변이체를 생산하고 전체 길이의 네프로신이 라이신 플러그를 특징으로 하는 pH 스위치 메커니즘을 통해 모든 베타 프로도메인의 방출에 의해 위 pH에서 자가 활성화되는 자이모겐이라는 것을 발견했습니다. . 촉매 도메인은 전례 없는 촉매 글루타메이트 쌍을 포함하는 확장된 활성 부위 틈이 있는 비정형 7+8 가닥 β-샌드위치입니다. 네프로신은 위 조건에서 시험관 내에서 글리아딘과 33머를 효율적으로 분해하고 pH > 5에서 가역적으로 비활성화됩니다. 또한, 글리아딘과 네프로신 자이모겐을 500:1 비율로 공동 투여하면 체내에서 33머의 풍부함이 감소합니다. 쥐의 소장을 최대 90%까지 감소시킵니다. 따라서 네프로신은 치료용 글루테나제에 대한 필수 조건을 충족하는 진핵생물의 글루타메이트 엔도펩티다제 계열을 발견합니다.

소아 지방변증(CoD)은 프롤린과 글루타민이 풍부한 시리얼 프롤라민 저장 단백질 그룹인 식이 글루텐에 유전적, 환경적으로 민감하게 반응하는 개인에게 영향을 미치는 만성 자가면역 장병입니다1,2. CoD를 유발하는 프롤라민에는 밀의 글리아딘과 글루테닌, 보리의 호르데인, 호밀의 세칼린이 포함됩니다. 장 손상은 하루에 최대 10mg의 글루텐 섭취로도 발생할 수 있으며3 이는 전형적인 서구식 식단에서 발견되는 양의 0.1% 미만입니다2. CoD는 모든 연령대에 걸쳐 전 세계적으로 건강에 부담을 주는 질병으로, 전세계 혈청학적 유병률은 1.4%4이며 매년 7.5%씩 증가합니다5. 이 질병은 면역학적으로 가장 관련성이 높은 밀 α-글리아딘(33량체)의 33잔기 단편을 포함하여 부분적으로 분해된 글루텐 펩타이드에 의해 발생합니다2,6. 이들 펩타이드는 높은 프롤린 함량(33량체 중 13개)으로 인해 위, 췌장 및 장의 브러시 경계 막 펩티다제에 의한 추가 절단에 저항합니다. 대장균에서는 소장의 점막 상피를 통과하여 글루타민 잔기가 조직 트랜스글루타미나제에 의해 탈아미드화됩니다. 이는 CoD2의 발달에 필요한 인간 백혈구 항원(HLA) 수용체의 DQ2.5/DQ2.2 및 DQ8 대립유전자에 대한 펩타이드의 친화성을 향상시킵니다. 수용체 결합은 상피내 림프구증가증, 선와 증식, 소장 융모 위축 및 점막 염증을 포함한 장 효과와 함께 T 세포에 의해 매개되는 심각한 전염증성 자가면역 반응을 유발합니다2. 이는 만성 영양소 흡수 장애, 설사, 구토, 팽만감, 복통 및 장 림프종을 유발합니다. 장외 증상으로는 사춘기 지연, 골다공증, 축삭 신경병증 및 소뇌 운동실조7가 있으며, 이는 강장군의 기대 수명을 단축시킵니다. CoD에 대한 치료법은 없으므로 환자는 장내 융모의 정상적인 구조를 회복시키는 평생 동안 엄격한 글루텐 프리 식단을 준수해야 합니다2. 그러나 글루텐 프리 식단은 균형 잡힌 영양을 제공하지 않으며7, 이러한 식단 제한을 준수하더라도 많은 장염 환자가 장 증상을 겪습니다8,9. 더욱이 글루텐은 대부분의 가공식품과 의약품에서 발견되므로 서구 사회에서는 식이요법 준수가 어려워집니다2. 이로 인해 효과적인 CoD 치료법에 대한 수요가 생겼습니다.

유망한 접근법 중 하나는 독성 펩타이드를 절단하여 유당 불내증에 대한 락타아제 정제를 연상시키는 경구 효소 요법10,11,12을 위한 진정한 글루테나아제 역할을 하는 엔도펩티다아제의 개발입니다. 이러한 접근법은 또한 전 세계 유병률이 최대 13%에 이르는 비대장 글루텐 민감증과 유병률이 0.5% 미만인 과민성 대장 증후군을 앓고 있는 환자에게도 도움이 될 것입니다8,14,15. 후보 글루테나아제는 임상 적용을 위한 특정 기준을 충족해야 합니다. 첫째, 위 볼루스가 십이지장으로 통과하여 자가면역 반응을 시작하기 전에 소화 중에 위에서 작용해야 하며, 따라서 산성 위 환경(pH ~2.5)에서 안정적이고 활성을 유지해야 하며 위 펩신에 저항해야 합니다. 둘째, 다량의 식이 단백질을 처리해야 하는 위 조건에서 펩신과 결합할 때 합리적인 복용량은 글리아딘과 33량체를 효율적으로 소화해야 합니다. 셋째, 장 구조에 해를 끼치거나 영양분 흡수를 방해하지 않아야 하므로 이상적으로는 십이지장의 약산성 식후 pH에서 비활성화되어야 합니다16.