생물학적 표적
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1. 개요
생물학적 표적은 약물이나 리간드와 결합하여 생체 내에서 특정 효과를 유발하는 신체의 천연 단백질을 의미한다. 외부 자극은 생물학적 표적에 물리적으로 결합하며, 결합 방식에 따라 비공유 결합, 가역적 공유 결합, 비가역적 공유 결합으로 나뉜다. 약물 표적으로는 단백질, 핵산 등이 있으며, G 단백질 연결 수용체, 효소, 이온 통로 등이 주요 표적으로 활용된다. 생물학적 표적은 질병의 기원을 파악하고 약물 표적을 식별하는 데 사용되며, 치료 표적 데이터베이스, 드러그뱅크 등 데이터베이스를 통해 관련 정보를 얻을 수 있다. 생물학적 표적의 보존성은 환경 오염을 통해 비표적 종에 영향을 미칠 수 있어 환경 보존 측면에서도 중요하다.
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생물학적 표적 | |
---|---|
정의 | |
설명 | 생물학적 표적(biologic target) 또는 약물 표적(drug target)은 내인성 분자(endogenous molecule)로서 약물과 같은 이종성 물질이 결합하여 치료 효과를 발휘하는 대상을 말한다. |
예시 | DNA, RNA, 단백질과 같은 핵산 또는 지질막과 같은 세포 구조 |
작용 메커니즘 | |
설명 | 표적은 질병 경로와 관련되어야 한다. 약물이 표적에 결합하면 표적의 행동이 변경되어 질병 경로가 조절된다. |
약물 표적 개발 | |
과정 | 질병 경로에 대한 이해를 통해 시작된다. 잠재적인 약물 표적이 식별된다. 약물 발견 과정은 표적의 구조를 결정하고, 스크리닝을 개발하고, 약물 후보 물질을 스크리닝하는 것을 포함한다. |
추가 정보 | |
설명 | 약물 표적은 약물 개발 과정에서 매우 중요한 역할을 하며, 약물 개발 성공 가능성을 높이기 위해서는 표적을 신중하게 선택해야 한다. |
2. 메커니즘
외부 자극(즉 약물 또는 리간드/ligand영어)은 생물학적 표적에 물리적으로 결합한다.[32][33][1][2] 물질과 표적 사이의 상호작용은 다음과 같을 수 있다.
- 비공유결합성 상호작용 – 자극과 표적 사이의 상대적으로 약한 상호작용으로 상호작용하는 두 파트너 사이에 화학 결합이 형성되지 않아 상호작용이 완전히 가역적이다.
- 가역적 공유결합 – 자극과 표적 사이에는 자극이 표적에 화학적으로 결합하는 화학 반응이 일어나지만 결합이 끊어질 수 있는 역반응도 쉽게 일어난다.
- 비가역적 공유결합 – 자극은 비가역적 화학 결합의 형성을 통해 표적에 영구적으로 결합된다.
자극의 특성에 따라 다음과 같은 것들이 일어날 수 있다.[34][3]
- 생물학적 표적에 직접적인 변화는 없지만 물질의 결합은 다른 내인성 물질(예: 활성화 호르몬)이 표적에 결합하는 것을 방지한다. 이러한 효과는 표적의 특성에 따라 수용체 길항 작용, 효소 저해 또는 이온 통로 차단이라고 불린다.
- 표적에서의 입체구조적 변화는 표적 기능의 변화를 초래하는 자극에 의해 유도된다. 이러한 기능의 변화는 내인성 물질의 효과를 모방할 수 있으며, 이 경우 그 효과는 수용체 작용(또는 통로 또는 효소 활성화)으로 지칭되거나 수용체의 경우 역작용으로 지칭되는 내인성 물질의 반대가 될 수 있다.
2. 1. 결합 방식
외부 자극(즉 약물 또는 리간드)은 생물학적 표적에 물리적으로 결합한다.[32][33] 물질과 표적 사이의 상호작용은 다음과 같을 수 있다.- 비공유 결합 – 자극과 표적 사이의 비교적 약한 상호 작용으로, 두 상호 작용 파트너 사이에 화학 결합이 형성되지 않아 상호 작용이 완전히 가역적이다.[1][2]
- 가역적 공유 결합 – 자극이 표적에 화학적으로 결합되는 자극과 표적 사이의 화학 반응이 발생하지만, 결합이 끊어질 수 있는 역반응도 쉽게 발생한다.
- 비가역적 공유 결합 – 자극은 비가역적 화학 결합 형성을 통해 표적에 영구적으로 결합된다.[3]
자극의 특성에 따라 다음이 발생할 수 있다.[34]
- 생물학적 표적에 직접적인 변화는 없지만, 물질의 결합은 다른 내인성 물질(예: 활성화 호르몬)이 표적에 결합하는 것을 방지한다. 표적의 특성에 따라 이 효과는 수용체 길항 작용, 효소 억제, 또는 이온 채널 차단이라고 한다.
- 자극에 의해 표적의 구조적 변화가 유도되어 표적 기능에 변화가 발생한다. 이러한 기능의 변화는 내인성 물질의 효과를 모방할 수 있는데, 이 경우 그 효과를 수용체 작용 (또는 채널 또는 효소 활성화)이라고 하며, 수용체의 경우 내인성 물질의 반대 효과를 나타내는 경우는 역 작용이라고 한다.
2. 1. 1. 비공유결합성 상호작용
외부 자극(즉 약물 또는 리간드)은 생물학적 표적에 물리적으로 결합한다.[32][33] 물질과 표적 사이의 상호작용에서, 비공유결합성 상호작용은 자극과 표적 사이에 상대적으로 약한 상호작용이다. 이 상호작용에서는 상호작용하는 두 파트너 사이에 화학 결합이 형성되지 않아 상호작용이 완전히 가역적이다.[1][2]2. 1. 2. 가역적 공유결합
외부 자극(즉 약물 또는 리간드)은 생물학적 표적에 물리적으로 결합한다.[32][33] 물질과 표적 사이의 상호작용에서, 가역적 공유결합은 자극과 표적 사이에 화학 반응이 일어나 자극이 표적에 화학적으로 결합하지만, 결합이 끊어질 수 있는 역반응도 쉽게 일어나는 형태이다.2. 1. 3. 비가역적 공유결합
외부 자극(약물 또는 리간드)은 생물학적 표적에 물리적으로 결합한다. 비가역적 공유결합은 자극이 비가역적 화학 결합을 형성하여 표적에 영구적으로 결합하는 방식이다.[32][33][34][1][2][3]2. 2. 작용 기전
외부 자극(즉 약물 또는 리간드/ligand영어)은 생물학적 표적에 물리적으로 결합한다.[32][33][1][2] 물질과 표적 사이의 상호작용은 다음과 같을 수 있다.- 비공유결합성 상호작용 – 자극과 표적 사이의 상대적으로 약한 상호작용으로 상호작용하는 두 파트너 사이에 화학 결합이 형성되지 않아 상호작용이 완전히 가역적이다.
- 가역적 공유결합 – 자극과 표적 사이에는 자극이 표적에 화학적으로 결합하는 화학 반응이 일어나지만 결합이 끊어질 수 있는 역반응도 쉽게 일어난다.
- 비가역적 공유결합 – 자극은 비가역적 화학 결합의 형성을 통해 표적에 영구적으로 결합된다.
자극의 특성에 따라 다음과 같은 것들이 일어날 수 있다.[34][3]
- 생물학적 표적에 직접적인 변화는 없지만 물질의 결합은 다른 내인성 물질(예: 활성화 호르몬)이 표적에 결합하는 것을 방지한다. 이러한 효과는 표적의 특성에 따라 수용체 길항 작용, 효소 저해 또는 이온 통로 차단이라고 불린다.
- 표적에서의 입체구조적 변화는 표적 기능의 변화를 초래하는 자극에 의해 유도된다. 이러한 기능의 변화는 내인성 물질의 효과를 모방할 수 있으며, 이 경우 그 효과는 수용체 작용(또는 통로 또는 효소 활성화)으로 지칭되거나 수용체의 경우 역작용으로 지칭되는 내인성 물질의 반대가 될 수 있다.
2. 2. 1. 수용체 길항 작용, 효소 저해, 이온 통로 차단
외부 자극(약물 또는 리간드)이 생물학적 표적에 물리적으로 결합하면, 물질의 결합은 다른 내인성 물질(예: 활성화 호르몬)이 표적에 결합하는 것을 방지한다.[34] 이러한 효과는 표적의 특성에 따라 수용체 길항 작용, 효소 저해 또는 이온 통로 차단이라고 불린다.[3]2. 2. 2. 수용체 작용, 역작용, 효소 활성화
외부 자극(약물 또는 리간드)은 생물학적 표적에 물리적으로 결합한다.[32][33] 자극의 특성에 따라 다음과 같은 것들이 일어날 수 있다.[34]- 표적에서의 입체구조적 변화는 표적 기능의 변화를 초래하는 자극에 의해 유도된다. 이러한 기능의 변화는 내인성 물질의 효과를 모방할 수 있으며, 이 경우 그 효과는 수용체 작용(또는 통로 또는 효소 활성화)으로 지칭되거나 수용체의 경우 역작용으로 지칭되는 내인성 물질의 반대가 될 수 있다.
3. 약물 표적
생물학적 표적이라는 용어는 약물에 의해 활성이 변형되어 특정 효과를 초래하는 신체의 천연 단백질을 설명하기 위해 제약 연구에서 자주 사용되며, 이는 바람직한 치료 효과 또는 원치 않는 부작용일 수 있다.[35][36][37] 이러한 맥락에서 생물학적 표적은 종종 '''약물 표적'''(드러그 타겟/drug target영어)으로 언급된다.
현재 판매되는 약물의 가장 일반적인 약물 표적은 다음과 같다.
- 단백질
- * G 단백질 연결 수용체 (약물의 50%에 대한 표적)[38]
- * 효소 (특히 단백질 키네이스, 프로테에이스, 에스터레이스 및 인산가수분해효소)
- * 이온 통로
- ** 리간드 개폐 이온 통로
- ** 전압 개폐 이온 통로
- * 핵 수용체
- * 튜불린과 같은 구조 단백질
- * 막 수송 단백질
- 핵산
3. 1. 주요 약물 표적
현재 판매되는 약물의 가장 일반적인 약물 표적은 다음과 같다.[35][36][37]- 단백질
- * G 단백질 연결 수용체 (약물의 50%에 대한 표적)[38][7]
- * 효소 (특히 단백질 키네이스, 프로테에이스, 에스터레이스 및 인산가수분해효소)
- * 이온 통로
- ** 리간드 개폐 이온 통로
- ** 전압 개폐 이온 통로
- * 핵 수용체
- * 튜불린과 같은 구조 단백질
- * 막 수송 단백질
- 핵산
3. 1. 1. 단백질
G 단백질 연결 수용체 (약물의 50%에 대한 표적)[38][7]효소 (특히 단백질 키네이스, 프로테아제, 에스터레이스 및 인산가수분해효소)
이온 통로
리간드 개폐 이온 통로
전압 개폐 이온 통로
핵 수용체
튜불린과 같은 구조 단백질
막 수송 단백질
3. 1. 2. 핵산
DNA, RNA 등이 약물 표적이 될 수 있다.4. 약물 표적 식별
질병의 생물학적 기원과 개입을 위한 잠재적 표적을 식별하는 것은 역약리학적 접근 방식을 사용하여 의약품을 발견하는 첫 번째 단계이다. 잠재적인 약물 표적은 반드시 질병을 유발하는 것은 아니지만, 정의상 질병을 조절해야 한다.[8][24][39] 새로운 약물 표적을 식별하는 또 다른 방법은 표현형 스크리닝을 기반으로 하는 정약리학으로, 표적 디컨볼루션을 통해 표적이 후속적으로 식별되는 "고아" 리간드를 식별한다.[9][10][11][12][25][26][27][40][41][42][43]
4. 1. 약물 표적 식별 방법
질병의 생물학적 기원과 잠재적 개입 표적을 식별하는 것은 역약리학적 접근법을 사용하여 의약품을 발견하는 첫 번째 단계이다. 잠재적인 약물 표적은 반드시 질병을 유발하는 것은 아니지만 정의에 따라 질병을 수정해야 한다.[39] 새로운 약물 표적을 식별하는 대안적 수단은 표적 디콘볼루션을 통해 표적이 후속적으로 식별되는[40][41][42] "고아" 리간드를 식별하기 위한 표현형 스크리닝에 기초한 고전적 약리학이다.[43]질병의 생물학적 기원과 개입을 위한 잠재적 표적을 식별하는 것은 역약리학적 접근 방식을 사용하여 의약품을 발견하는 첫 번째 단계이다. 잠재적인 약물 표적은 반드시 질병을 유발하는 것은 아니지만, 정의상 질병을 조절해야 한다.[8] 새로운 약물 표적을 식별하는 또 다른 방법은 표현형 스크리닝을 기반으로 하는 정약리학으로, 표적 디컨볼루션을 통해 표적이 후속적으로 식별되는 "고아" 리간드를 식별한다.[9][10][11][12]
4. 1. 1. 역약리학
질병의 생물학적 기원과 개입을 위한 잠재적 표적을 식별하는 것은 역약리학적 접근 방식을 사용하여 의약품을 발견하는 첫 번째 단계이다. 잠재적인 약물 표적은 반드시 질병을 유발하는 것은 아니지만, 정의상 질병을 조절해야 한다.[8][39] 새로운 약물 표적을 식별하는 또 다른 방법은 표현형 스크리닝을 기반으로 하는 정약리학으로, 표적 디컨볼루션을 통해 표적이 후속적으로 식별되는 "고아" 리간드를 식별한다.[9][10][11][12][40][41][42][43]4. 1. 2. 정약리학 (표현형 스크리닝)
정약리학은 표현형 스크리닝을 기반으로 하여 활성 물질을 찾고, 이후 표적 디콘볼루션을 통해 약물 표적을 규명하는 방식이다.[9][10][11][12] 이 과정을 통해 "고아" 리간드를 식별한다.5. 데이터베이스
생물학적 표적 정보를 제공하는 데이터베이스는 다음과 같다.
- 치료 표적 데이터베이스 (TTD)
- 드러그뱅크
- 바인딩 데이터베이스
- [https://idrblab.org/drugmap/ 드러그맵]
5. 1. 주요 데이터베이스
치료 표적 데이터베이스 (TTD), DrugMap, 드러그뱅크, 바인딩 데이터베이스 등은 생물학적 표적 정보를 담고 있는 주요 데이터베이스이다.6. 보존 생태학
생물학적 표적은 여러 종에 걸쳐 보존되어 있기 때문에, 의약품으로 인한 환경 오염은 동일한 표적을 가진 다른 생물 종에게도 영향을 미칠 수 있다.[44][13][28] 예를 들어 사람을 대상으로 한 피임약의 합성 에스트로젠인 17-α-에티닐에스트라디올 (17-α-에티닐에스트라디올/17α-ethinylestradiol영어)은 하수처리장 하류에서 어류의 여성화 (여성화/Feminization (biology)영어)를 증가시키는 것으로 나타났으며, 이로 인해 번식이 불균형해지고 어류의 생존에 추가적인 선택 압력 (선택 압력/Evolutionary pressure영어)이 가해진다.[45][14][29] 의약품은 일반적으로 수생환경에서 ng/L에서 낮은 μg/L 농도로 발견된다.[46][15][30] 특정 약물 표적 상호작용의 결과로 비표적 종에서 부작용이 일어날 수 있다.[47][16][31] 따라서 진화적으로 잘 보존된 약물 표적은 비표적 약리학적 효과에 대한 위험 증가와 관련된 가능성이 높다.[44][13][28]
6. 1. 환경 오염의 영향
생물학적 표적은 종 전체에 걸쳐 보존되어 있기 때문에 환경에 대한 약물 오염은 동일한 표적을 가진 종에게 위협이 된다.[44][13] 예를 들어 사람을 대상으로 한 피임약의 합성 에스트로젠인 17-α-에티닐에스트라디올은 하수처리장 하류에서 어류의 여성화를 증가시키는 것으로 나타났으며, 이로 인해 번식이 불균형해지고 어류의 생존에 추가적인 선택 압력이 가해진다.[45][14] 의약품은 일반적으로 수생환경에서 ng/L에서 낮은 μg/L 농도로 발견된다.[46][15] 특정 약물 표적 상호작용의 결과로 비표적 종에서 부작용이 일어날 수 있다.[47][16] 따라서 진화적으로 잘 보존된 약물 표적은 비표적 약리학적 효과에 대한 위험 증가와 관련된 가능성이 높다.[44][13]6. 2. 비표적 종에 대한 영향
생물학적 표적은 종 전체에 걸쳐 보존되어 있기 때문에 환경에 대한 약물 오염은 동일한 표적을 가진 종에게 위협이 된다.[44] 예를 들어 사람을 대상으로 한 피임약의 합성 에스트로젠인 17-α-에티닐에스트라디올은 하수처리장 하류에서 어류의 여성화를 증가시키는 것으로 나타났으며, 이로 인해 번식이 불균형해지고 어류의 생존에 추가적인 선택 압력이 가해진다.[45] 의약품은 일반적으로 수생환경에서 ng/L에서 낮은 μg/L 농도로 발견된다.[46] 특정 약물-표적 상호작용은 의도하지 않은 종에게서 부작용을 일으킬 수 있다.[47] 따라서 진화적으로 잘 보존된 약물 표적은 비표적 약리 효과의 위험을 증가시킬 수 있다.[44]참조
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