허혈성 심질환 동물모델을 이용하여 개발한 심장부작용 지표 검증을 위한 연구 = Studies on the validation of the genetic marker for the cardiac side effect using ischemic heart disease animal

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

■ The Goal of Reasearch
The purposes of this research are 1) to establish a gene screening system for cardiac side effects through confirmation about developed marker gene for cardiotoxicity; 2) to establish the database for the cardiotoxicity of the various prescription drugs using Gadd45β as a screening system ; 3) to evaluate the possibility of clinical application of the developed marker gene, Gadd45β, for cardiotoxicity.
■ Contents of Research
1) Validation of Gadd45β as a marker for cardiotoxicity and establishment of screening system for cardiac side effect
- Investigation of the correlation between the cardiotoxicity and the gene expression of Gadd45β for various drugs possessing well-known cardiac side effects
2) Establishment of the database for the cardiotoxicity of the drugs using Gadd45β as a screening system
- Examination of the expression level of cardiotoxicity marker gene, Gadd45β, for the various drugs and extablishment of the database of them
3) Evaluation of the possibility of clinical application of the developed marker for cardiotoxicity.
- Investigation of the expression of Gadd45β in blood cells from animals and patients of ischemic heart disease and in blood cell lines exposed to hypoxia
■ Research Results
1) When we examined cardiomyocyte toxicity for 13 drugs possessing well-known cardiac side effects, cardiomyocyte toxicity was revealed in 8 drugs among them, and mRNA expression of Gadd45β was increased by 7 drugs among these 8 drugs, indicating a good correlation between the cardiotoxicity and the gene expression of Gadd45β.
2) Among 13 drugs possessing well-known cardiac side effects, 5 drugs neither show any cytotoxicity in cardiac cells, nor increase the expression of Gadd45β mRNA.
3) When we exanmined cardiomyocyte toxicity for 15 prescription drugs, 5 of 15 drugs induced cardiomyocyte toxicity, and 4 drugs of 5 increased the expression of Gadd45β mRNA.
4) Among 15 precription drugs, 10 drugs neither show any cytotoxicity in cardiac cells, nor increase the expression of Gadd45β mRNA.
5) The expression of Gadd45β mRNA was not increased in blood cells from neither animals, patients of ischemic heart disease, nor in blood cell lines exposed to hypoxia.
➡ In conclusion, a screening system for cardiotoxicity was extablished using Gadd45β as a marker, indicating that the increase in the Gadd45β mRNA level reflects cardiotoxicity in cardiomyocytes. However, it should be stressed that the screening system using Gadd45β can not reflect all kinds of cardiotoxicity, for example, some drugs producing cardiotoxicity independently of Gadd45β can not be screened by this screening system using Gadd45β.

국문 초록 (Abstract)

■ 연구목표
허혈성 심장질환 동물모델을 이용하여 개발한 지표 유전자에 대한 검증을 통해 심장부작용 유전자 검색기법을 확립하고, 이를 이용하여 약효군별 의약품의 심장부작용을 평가하고자 함. 또한 확립된 검색법의 임상적용 가능성을 타진하고자 함.
■ 연구개발 내용
1) 허혈성 심장질환 지표 유전자 Gadd45β에 대한 검증 및 심장부작용 검색법 확립
- 심장 부작용 사례가 있는 약물을 이용한 심장손상부작용-지표유전자간 상관관계 확인
2) 확립된 심장부작용 검색법을 이용한 의약품 계열별 심장부작용 평가 및 database 확보
- 약물 계열별 심장 부작용 지표유전자(Gadd45β)의 발현변화 관찰 및 심장부작용 database 확보
3) 동물모델에서 개발된 심장부작용 검색법의 임상적용 가능성 확인
- 허혈성 심장질환 동물 및 환자의 혈액세포에서 Gadd45β 유전자 발현변화 비교 관찰
- 인체 혈액 세포주에서 저산소 자극에 의한 Gadd45β 유전자 발현변화 비교 관찰
■ 연구개발 결과
1) 심장부작용 지표 유전자 Gadd45β에 대한 검증 및 심장부작용 검색법 확립을 위하여 심장부작용으로 인해 퇴출되었거나 제한적으로 사용되고 있는 13종의 약물을 대상으로 심근세포 독성을 관찰한 결과 8종에 의하여 독성이 유발되었고 이 중 7종의 약물에 의해서 Gadd45β 유전자 발현이 증가하여, 심근세포독성과 Gadd45β 유전자발현 간의 상호연관성이 있는 것으로 확인되었다.
2) 심근세포독성이 관찰된 13종의 약물 중 5종에서는 심근세포 독성이 나타나지 않았으며 Gadd45β 유전자 발현 역시 변화가 없었다. 따라서 심근세포독성과 Gadd45β 유전자발현 간의 상호연관성이 있는 것으로 간주되었다.
3) 이상의 결과로부터 Gadd45β 유전자발현을 이용한 심장부작용 검색체계를 확립하고 이를 이용하여 현재 시판되고 있는 15종의 계열별 의약품의 심장독성을 평가한 결과, 5종에 의하여 독성이 유발되었고 이 중 4종의 의약품에 의해서 Gadd45β 유전자 발현도 증가하였다.
4) 한편 시판 중인 15종의 계열별 의약품 중 10종의 약물에서는 독성이 관찰되지 않았으며 Gadd45β 유전자 발현 또한 변화가 관찰되지 않았다.
5) 허혈성 심장질환 동물과 환자로부터 분리한 혈액세포에서 Gadd45β 유전자 발현 변화가 관찰되지 않았으며 저산소 자극에 노출된 인체 혈액세포주에서도 Gadd45β 유전자의 발현은 대조군과 차이가 없었다.
➡ 이상의 결과를 토대로, Gadd45β 유전자 발현변화가 심장독성의 검색법으로 활용될 수 있음이 시사되었다. 이 검색법에 의하면, 심장손상부작용을 일으키는 약물이라고 해서 반드시 Gadd45β 발현을 증가시키는 것은 아니지만, 만약 특정 약물이 Gadd45β 유전자 발현을 증가시킨다면, 그 약물은 적어도 심장독성 및 나아가서는 심장부작용을 일으킬 가능성이 있다는 것을 시사하고 있다.○ 연구목표
허혈성 심장질환 동물모델을 이용하여 개발한 지표 유전자에 대한 검증을 통해 심장부작용 유전자 검색기법을 확립하고, 이를 이용하여 약효군별 의약품의 심장부작용 위험을 예측하고자 하였다. 또한 확립된 검색법의 임상적용 가능성을 확인하고자 하였다.
○ 연구내용
1. 허혈성 심장질환 지표 후보유전자 Gadd45β에 대하여 검증하고 심장부작용 검색법을 확립
- 허혈성 심질환 부작용으로 인해 퇴출된 의약품 및 심장 부작용 사례가 있는 약물을 이용하여 심장손상부작용-지표유전자간의 상관관계를 확인
2. 확립된 심장부작용 검색법을 이용하여 의약품 계열별 심장부작용을 평가하고 database 확보
- 약물 계열별 심장부작용 지표유전자(Gadd45β) 발현 변화를 관찰하고, 심장부작용 database 확보
3. 동물모델에서 개발된 심장부작용 검색법의 임상적용 가능성 확인
- 허혈성 심장질환 동물 및 환자의 혈액세포에서 Gadd45β 유전자 발현변화 비교 관찰
- 인체 혈액 세포주에서 저산소 자극에 의한 Gadd45β 유전자 발현변화 비교 관찰
○ 연구성과(응용분야 및 활용범위포함)
1. 본 과제 수행과정에서 얻은 결과를 학술대회 발표에 활용하였다.
- 국제학술대회 2건 (국제학술대회 1건은 12월 발표 예정)
2. 본 연구과제에서 발굴된 심장손상마커 Gadd45β 유전자를 이용한 약물의 심장부작용 검색법을 확립하였다.
3. 본 연구과제를 통해 도출된 “Gadd45β 심장부작용 유전자 검색법”을 15종의 계열별 약물에 대한 심장부작용 스크리닝에 적용함으로써 약물계열별 심장부작용을 평가하였다.
4. 새로이 확립된 “Gadd45β 심장부작용 유전자 검색법”을 신약개발과정의 전임상단계에서 활용함으로써 개발 후 퇴출의 경우와 같은 막대한 경비손실을 예방할 수 있다.
5. 심장허혈손상 마커로서의 Gadd45β는 이전에는 언급된 바 없는 매우 독창적인 내용이므로 수준 높은 전문 학술지 (Circulation Research 또는 Cardiovascular Research)에 게재하여 지식을 공유할 수 있게 한다.