CLK8과 RORα/γ의 mechanism 분석 및 potential circadian clock modulator discovery in dietary compounds

제목	CLK8과 RORα/γ의 mechanism 분석 및 potential circadian clock modulator iscovery in dietary compounds
추천 연구 논문	Identification of dietary compounds that interact with the circadian clock machinery: Molecular docking and structural similarity analysis
선정 이유	"해당 연구는 주요 단백질을 단순하게 저해하는 것이 아닌, 주요 단백질의 활성 및 발현과 관련한 mechanism을 분석하여, 이와 관련된 또 다른 단백질을 표적으로 하는 연구를 진행하였다. 따라서 circadian clock 관련 약물을 개발하는 것에 있어, 깊이 있는 설계를 할 수 있을 것이라 생각하여 해당 논문을 선정하였다."
주요 내용	생체 리듬은 BMAL1과 CLOCK 단백질의 상호작용으로 인해 조절된다. CLK8은 CLOCK-binding small molecule로, CLOCK protein에 binding하여 CLOCK:BMAL1 complex간의 interaction을 억제하는 역할을 하고, RORs는 BMAL1의 promoter에 존재하는 RORE와 결합하여, BMAL1의 발현을 증가시킨다. 즉, RORs에 binding하여 RORs의 기능을 방해하거나 CLK8이 CLOCK에 결합하는 site에 potential하게 결합할 수 있는 물질을 발견하면, 생체 리듬을 인위적으로 조절할 수 있다는 것이다. 따라서 해당 연구팀은 Olive NetTM database에서 dietary compounds 중에서 phenolic compounds, triterpenic acids, sterols와 PubChem에서 생체 리듬 조절과 관련있다고 알려진 천연 물질들의 데이터를 가져와, 이 ligands로 실험을 진행하였다. 이 연구팀은 첫 번째로, human의 CLOCK:BMAL1 complex를 homology modeling을 하여 만들었다. 이후 blind docking을 진행하기 위해, P2Rank를 이용하여 model에서의 potential ligand binding sites를 분석하였고, 3가지 binding pocket을 찾았다. 이 중 second binding pocket을 기준으로 CLK8(control)과 다른 compounds들을 molecular docking하였다. 그 결과, Naringin이 binding ffinity(-8.5kcal/mol)가 CLK8(-9/0kcal/mol)과 가장 유사하였고, 나머지 compounds들도 CLK8가 상호작용하는 residue와 같은 부분에 상호작용하거나 binding affinity가 유사한 것을 보여주었다. 이로 인해, CLK8과 다른 small molecule들 역시 CLOCK과 BMAL1간의 상호작용을 방해할 수 있다는 것을 확인하였다. 두 번째로, RORα/γ에 대한 ligands로써의 평가를 위해, sterols와 triterpenic acids, phenolic compounds의 molecular similarity를 측정하였다. RORs와 잘 binding한다고 알려진 cholesterol, ursolic acid와의 molecular similarity를 측정하여, 유사성이 높은 sterols와 triterpenic acids, phenolic compounds를 선별하여, RORα/γ의 ligand binding domain에 molecular docking을 진행했다. 그 결과, RORα와 3-epi-lupeol이, RORγ와는 taraxasterol이 가장 강력하게 결합하는 ligands였다. 최종적으로, 해당 연구팀은 CLOCK protein에 대한 potential ligand로 Naringin, RORα에는 3-epi-lupeol, RORγ에는 taraxasterol을 제안하였다.
시사점	해당 연구팀은 human CLOCK:BMAL1 complex의 crystalized structure 구조(PDB)가 알려져 있지 않아, homology modeling을 통해 구조를 예측하고 만든 후, P2Rank를 사용하여 potential ligand binding sites를 평가 및 선정하여 이를 실험에 사용하였다. 또한, circadian clock에서 중요한 역할을 하는 CLOCK 및 BMAL1 protein과 밀접하게 연관된 RORs(α/γ)와 CLK8의 mechanism을 분석하여, 이들을 조절함으로써 생체 리듬을 조절한다는 접근을 보여주어, 생체 리듬을 조절하기 위한 약물을 설계하는 것에 있어 새로운 접근법을 주었다.