바이오인

핵심내용

자가면역반응 완화해주는 단백질 신약후보물질 발굴 
- 다발성 경화증 및 류마티스 관절염 치료제 개발 실마리 기대 -

□ 국내연구진이 면역세포가 침입물질이 아닌 자기 세포를 공격하도록 유도하는 단백질을 억제해 자가면역 증상을 완화해 주는 단백질 신약후보물질을 개발했다. 향후 다발성 경화증*, 류마티스 관절염** 같은 자가면역 질환에 대한 치료제 개발의 실마리가 될 것으로 기대된다. 
* 다발성 경화증 : 뇌 또는 척수와 같은 중추신경계를 공격하는 자가면역질환으로, 신경이 퍼져있는 몸 전체에 마비 증상을 일으킴.
** 류마티스 관절염 : 관절을 싸고 있는 활막에 염증이 생기는 자가면역질환으로 점차 연골과 뼈로 염증이 퍼져 관절을 파괴하고 변형시킴
  o 연세대 생명공학과 이상규 교수 주도로 박태윤 박사가 제1저자로 참여한 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 선도연구센터지원사업의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 미국국립과학원회보 PNAS(Proceedings of National Academy of Sciences USA) 12월 19일자 온라인판에 게재되었고 100주년 기념호인 1월호에 게재될 예정이다. 
(논문제목 : RORγt-specific tranional interactomic inhibition suppresses autoimmunity associated with TH17 cells.)

□ 기존에는 특정 면역세포에서 자가면역 반응을 유발하는 핵심 단백질(RORγt*)을 억제하기 위해 이 단백질과 결합하는 항체나 화학물질을 개발하려는 연구가 대부분이었다. 
* RORγt : 다양한 림프구중 하나인 T세포 가운데 자가면역질환을 일으키는 TH17세포로의 분화 및 기능에 관여하는 많은 유전자들의 발현을 조절하는 전사인자
  o 하지만 항체는 세포 내 전달이 쉽지 않고, 화학물질은 부작용 검증 등에 많은 비용과 오랜 시간이 걸린다는 단점이 있었다. 

□ 연구팀은 자가면역 단백질의 일부 조각을 투여, 세포 내에 원래 존재하는 자가면역 단백질을 방해함으로써 자가면역 반응을 억제하는 새로운 방식의 접근을 시도했다. 결합할 수 있는 특정 DNA 부위를 두고 두 단백질이 서로 경쟁하도록 한 것이다. 
  o 실제 앞선 연구팀이 개발한 단백질 전달체(Hph-1-PTD*)에 이 자가면역 단백질의 일부분을 결합시켜 다발성 경화증 생쥐모델에 주입하자 마비증상 같은 자가면역 증상이 완화되었다는 설명이다. 
* Hph-1-PTD(Protein Transduction Domain) : 세포 내로 전달하기 어려운 단백질, RNA, DNA 또는 화학합성물을 높은 효율로 세포 내로 전달하는 펩타이드 

□ 특히 화학물질과 달리 단백질로 된 신약후보물질은 일정시간이 지나면 세포 내에서 분해되어 사라지고 표적 세포에 대한 특이성도 높아 부작용의 우려가 낮다는 것이 장점이다. 
  o 이 교수는 “기존 화학합성물이나 항체를 이용한 자가면역 질환 치료제 시장에 새로운 개념의 단백질 의약품 개발의 가능성을 제시한 것으로 전사인자가 원인이 되는 많은 질환에 대한 치료제 개발에 응용될 수 있을 것”이라고 밝혔다. 

상세내용

 연 구 결 과  개 요

1. 연구배경

급격한 경제성장에 따른 환경오염, 불량한 식습관 및 과도한 스트레스 등에 의하여 30년 전만 해도 희귀병에 가까웠던 자가면역질환 환자들이 현재는 전 세계 인구의 약 1% (류마티스 관절염 기준)가 앓고 있을 정도로 빈번한 질환이 되었다.

하지만 현재까지 개발된 자가면역질환 치료제의 대부분은 화학합성물로 많은 개발비용 및 오랜 기간이 소요되고 다양한 부작용을 보이고 있고, 항체치료제의 경우 고가의 치료비 및 의료비, 부작용 및 치료저항성이 문제가 되고 있어 새로운 치료 방법 개발이 시급한 실정이다.

따라서 본 연구진은 자가면역질환 치료제가 한 두개의 염증인자의 기능을 저해하는 기존의 개념을 떠나서 질환이 있는 부위의 염증미세환경 전체를 제어해야 한다는 새로운 개념을 가지고, 염증미세환경의 형성에 가장 핵심적인 세포인 Th17 and Th1 세포의 분화 및 기능을 전사인자수준에서 제어하여 이들 세포들이 만들어내는 중요한 염증활성인자들 모두의 발현을 저해하는 치료제를 개발하고자 하였다.

또한 화학합성물이 아닌 좀 더 안전성이 보장된 생체 내에 존재하는 단백질을 이용하였고, 세포 외 타깃에 국한되었던 기존 약물의 한계를 극복한 세포 내 타깃으로 제작된 치료제 개발의 핵심 원천기술을 제공하고자 하였다.

2. 연구내용

본 연구진은 전사인자의 일부분이면서 그 기능적 특이성을 가진 부분을 세포수준 및 질환동물모델 수준에서 세포의 핵 내로 전달하여 세포가 원래가지고 있는 전사인자의 기능을 경쟁적으로 동시에 선택적으로 제어하는 새로운 개념의 단백질신약후보물질을 개발하는 핵심원천기술을 개발하여, 이 기술을 EAE 및 RA 자가면역질환 치료제개발에 적용하여 새로운 단백질신약 후보물질을 개발하여 질환 치료효과를 연구하고자 하였다.

기존 선행연구에서 현재의 기술로는 생체/세포 내로 전달이 불가능한 단백질 또는 유전자를 효과적으로 전달할 수 있는 인간유래의 단백질 전달 펩타이드인  Hph-1-PTD을 세계 최초로 발굴하였다. 이 핵심원천기술을 이용하여, 다발성 경화증을 유발하는데 있어 핵심이 되는 TH17에 특이적으로 존재하면서 이들 T 세포로의 분화·활성에 중요한 전사인자 RORγt의 전사인자기능에 핵심부분을 단백질전달 펩타이드인 Hph-1-PTD와 융합시킨 단백질신약 후보물질인 tRORγt-TMD를 완성하였다.

이들 단백질 신약후보물질들은 TH17 세포 내에서 RORγt에 의하여 유도되는 IL-17을 포함한 많은 유전자들의 발현을 저해하여  TH17의 분화 및 기능을 효과적으로 제어하였으나, 다른 T cell subset들의 분화 및 기능에는 전혀 영향을 주지 않는 높은 기능적 선택성을 가지고 있음을 증명하였다.

또한 이들 단백질 신약후보물질들을 처리한 다른 세포들은 정상적인 수준의 세포성장 및 활성화과정을 유지하고 있어 신약개발시 항상 큰 문제가 되는 세포독성이 전혀 없는 것으로 밝혀졌다.

다발성 경화증 동물모델(EAE) 생쥐에 tRORγt-TMD를 투여함으로서 사지가 마비되어가는 생쥐가 정상 쥐로 치료되어지는 효과를 확인하였으며 미리 투여 받은 생쥐의 경우에는 마비 증세를 보이지 않는 결과를 얻은 것은 이 단백질신약후보물질이 질환치료효과뿐만 아니라 질환을 방지하는 효과도 동시에 있음을 확인하였다.

이는 전달된 단백질 신약후보물질이 TH17 세포에 특이적으로 존재하는 전사인자인 RORγt의 기능을 효과적으로 제어하여, 림프계 기관에 존재하는 naive T 세포들이 질환을 일으키는 병인세포인 TH17 세포로 분화되지 못하였기 때문이고, 또한 RORγt 전사인자에 의하여 유도되는 IL-17등의 다양한 유전자들의 발현이 제어되어 다양한 질환유도세포들이 중추신경계로의 이동이 차단되었기 때문임을 증명하였다.

본 연구진이 개발한 핵심원천기술을 RORγt가 아닌 다른 전사인자에도 공통적으로 적용되는 지를 검증하기위하여, 또 다른 자가면역질환인 류마티스 관절염을 유발하는데 있어 핵심이 되는 TH1 세포로의 분화·활성에 중요한 전사인자 Tbet의 기능을 제어할 수 있는 또 다른 단백질신약후보물질인 tTbet-TMD를 제작하였다.

tTbet-TMD 역시 다른 T cell subset들의 분화 및 기능에는 전혀 영향을 주지않고 TH1 세포에서 특이적으로 유도되는 많은 유전자들의 발현만을 선택적으로 억제하는 효과를 보였다. 또한 TH1 세포가 병인적인 역할을 하는 류마티스 관절염 동물모델(CIA) 생쥐에 tTbet-TMD를 투여하였을 때, 염증으로 인한 발의 붓기가 줄어들었고 관절염 수치도 현재 승인된 약물 메토트렉세이트(MTX) 만큼이나 확연히 줄어들었음을 밝혔다.

3. 기대효과

다양한 전사인자들이 질환의 발생 및 유지에 핵심적인 역할을 하는 많은 타 질환들에 대한 새로운 개념의 단백질신약개발에 많은 파급효과를 줄 것으로 예상된다. 또한 바이러스를 이용하지 않고 전사인자의 기능부여 및 제어가 핵심기술인 줄기세포 연구분야에서도 핵심적인 기술로 사용될 것으로 생각된다.

현재 본 연구진은 다른 자가면역질환에 병인적인 역할을 하고 있는 TH2 세포의 GATA-3, Treg 세포의 Foxp3 또는 Smad3 전사인자들의 기능을 제어할 수 있는 단백질신약후보물질들을 개발하여, 그 질환치료효과를 동물모델에서 이미 검증하였다.

연 구 결 과 문 답

...................(계속)

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