Peptide library technology is one of the most important tools for discovering new drugs, especially many peptide sequences have been discovered to bind along the surface of proteins and inhibit the function of target proteins. However, most of the active sites of target proteins, such as enzymes, consist of deep and narrow cleft, has been considered as a field of small molecule compounds. It has been difficult to target these narrow gaps only with the 21 amino acids in nature that make up the peptide library. We conducted a research on combining between functional groups of small molecule compounds and the peptide library using the Genetic Code Expansion technology, and through this, we tried to achieve the advantages of peptides and small molecule compounds. First, based on the structural information of the active site of the protein, unnatural amino acid that can specifically bind to the target protein was designed. Unnatural amino acid was designed with knowledge to the known structure of natural products and post-translational modification (PTM), and a designed unnatural amino acid synthesis was performed, and an aminoacyl-tRNA synthetase (ARS) was developed. Through this, a peptide containing unnatural amino acid was biosynthesized inside model organisms, and genetic circuit engineering was performed for a development of yeast 2-hybrid screening platform for peptide inhibitors. As a result, the peptide sequence containing unnatural amino acid was successfully discovered, and its function as an inhibitor was confirmed using an enzyme activity assay and SPR experiment.
펩타이드 라이브러리 기술은 신약 발굴의 가장 주요한 도구 중 하나로, 특히 단백질의 표면을 따라 결합하며 표적 단백질의 상호작용을 저해하는데 많은 펩타이드 서열이 발굴되어 왔다. 그러나 효소 등의 표적 단백질의 활성 부위는 대부분 깊고 좁은 틈새로 이루어져 있으며, 펩타이드 라이브러리를 구성하는 자연계의 21가지 아미노산 만으로는 이러한 좁은 틈새를 표적하는 것이 어려웠고 따라서 전통적으로 소분자 화합물의 영역으로 생각되어왔다. 우리는 Genetic Code Expansion 기술을 이용하여 펩타이드 라이브러리에 소분자 화합물의 작용기를 도입하는 연구를 진행하였으며, 이를 통해 펩타이드와 소분자 화합물의 장점을 취합하고자 하였다. 먼저 단백질의 활성 부위가 가지는 구조 정보를 바탕으로 표적 단백질에 특이적으로 결합할 수 있는 비천연 아미노산을 디자인하였다. 기존에 알려진 천연물의 구조 및 번역 후 변형(Post-translational modification, PTM)되는 작용기 구조를 참고하여 펩타이드 라이브러리에 도입할 비천연 아미노산을 설계하였으며, 설계한 비천연 아미노산 합성을 수행하였으며 이를 펩타이드 사슬에 삽입하는 아미노아실-tRNA 중합 효소(Aminoacyl-tRNA Synthetase, ARS)를 개발하였다. 이를 통해 디자인된 비천연 아미노산이 포함된 펩타이드를 모델 생물체 내부에서 생합성하였으며, 유전 회로 공학을 설계하여 저해제를 스크리닝하는 효모 플랫폼을 개발하였다. 결과적으로 비천연 아미노산이 포함된 펩타이드 서열을 발굴하는데 성공하였으며, 효소 활성 검사법과 SPR 장비를 이용하여 펩타이드 저해제로써의 기능을 확인하였다.
