바이오인

핵심내용

상세내용

연 구 결 과  개 요

1. 연구배경

 ㅇ 혈액 내의 요산의 양이 일정 수치 이상으로 높은 것을 고요산혈증이라 하는데 신장에 손상을 주어 신부전의 원인이 되기도 하고, 튜모 라이시스 신드롬, 관절의 연골, 힘줄 등에 요산의 결정이 생기면서 붓고 염증이 일어나는 통풍의 원인이 된다. 1999년에 미국의 통풍 환자의 수는 3백만 명 정도였는데, 2008년에는 8백만 명 이상으로 크게 증가했다. 국내에서도 인구의 노령화와 식습관의 변화 등에 의해 통풍 환자의 수가 늘어서, 2008년에는 대략 250명 중의 한 명이 통풍 환자로 판명되었다. 따라서, 통풍은 국내외를 통틀어 해결해야할 중요한 질병 중의 하나가 되었다. 통풍치료제는 2010년 기준으로 9천억 원의 시장을 가지고 있다.  

 ㅇ 혈액에 존재하는 요산은 요산분해효소(urate oxidase)에 의해 인체에 무해한 물질로 바꾸어진다. 따라서, 혈액내의 요산 농도가 높아서 생기는 고요산혈증이나 결과로 생기는 통풍을 치료하기 위해 2010년에 요산분해효소가 미국 식약청의 허가를 받았다. 자연계에서 얻어지는 요산분해효소는 체 내에서 약효가 짧게 유지되어 치료에 어려움이 있어서 합성고분자인 폴리에틸렌글라이콜 (poly(ethyleneglycol))를 결합시켜 체 내에서 오래 체류하게 하는 의약품이 개발되었고, 2015년에는 매출이 3천억 원에 이를 것으로 예상되었다. 그러나, 폴리에틸렌글라이콜로부터 면역반응이 나오고 폴이에티렌글라이콜의 결합으로 약효가 감소된다는 것이 보고되면서, 약효를 오래 지속시킬 수 있는 대체 기술의 개발이 시급하게 되었다. 이에 연구팀은 인체에 해가 없는 혈액 단백질인 알부민을 결합시켜 체 내에서 약효가 오래 증진되는 요산분해효소를 개발하였다.

2. 연구내용

  ㅇ 본 연구진은 알부민 단백질을 특정한 위치의 요산분해효소에 클릭화학을 통해 결합함으로써 체 내에서 효과가 더 오래 지속되는 지에 대한 연구를 진행하였다. 

  ㅇ 본 연구진은 알부민과 요산분해효소를 결합하는 기술을 먼저 연구하였다. (그림 1). 알부민 단백질은 34번째 아미노산으로 싸이올(thiol) 반응기가 있는 시스테인을 가지고 있다. 이 위치는 알부민의 체내 안정성을 높여주는 부위에서 멀리 떨어져 있어 요산분해효소와의 결합에 사용하기 적합했다. 그리고 유전 조작이 된 대장균을 이용하여 요산분해효소의 161번째와 175번째 위치에 아지도(azido) 반응기를 가지고 있는 파라아지도페닐알라닌 (p-azidophenylalanine)이라는 아미노산을 도입하였다. 두 단백질을 연결하는 링커는 한쪽에 말레마이드 그룹이 다른 한쪽으로는 다이벤죠싸이클로옥타인(dibenzocyclooctyne; DBCO) 그룹을 가지고 있는 것을 사용하였다. 이 링커를 사용하여 알부민을 요산분해효소에 결합시킨 후 정제를 해서 다음 실험에 사용하였다. 

  ㅇ 변형되지 않은 요산분해효소와 알부민이 결합된 요산분해효소의 활성을 비교해 보았다. 실험 결과 다양한 요산 농도에 대해서 두 종류의 요산분해효소들의 활성이 차이가 없음을 확인하였다 (그림 2). 이 결과는 알부민의 결합 위치를 잘 정함으로써 요산분해효소의 활성 감소 없이 알부민 결합이 가능하다는 것이 증명하는 것이다. 

  ㅇ 다음으로, 본 연구진은 변형되지 않은 요산분해효소와 알부민이 결합된 요산분해효소의 활성이 체 내에서 시간에 따른 변화를 측정해 보았다. 두 종류의 요산분해효소를 생쥐의 꼬리를 통해 정맥주사로 도입한 후에, 시간에 따른 혈액 내의 효소 활성을 측정해 보았다. 변형되지 않은 요산분해효소의 경우 체 내에서 반감기가 1.3시간이었고, 알부민이 결합된 요산분해효소의 반감기(half-life)는 8.8시간으로 대략 7배 정도 긴 것이 확인되었다 (그림 3). 이 결과는 알부민의 결합이 요산분해효소의 체 내에서 활성을 더 오래 지속시킨다는 것을 알려주는 것이었다.  

3. 기대효과

 ㅇ 이번 연구를 통해 인체에 무해한 알부민을 요산분해효소에 결합시킴으로써 향후 통풍과 같은 고요산혈증과 관련된 질병의 치료에 큰 도움을 줄 것으로 기대된다. 또한, 개발된 기술은 요산분해효소에만 국한되는 기술이 아니라 다른 단백질 의약의 약효를 증대시키는 데 적용될 수 있어 건강복지의 문제를 해결하는 데 도움을 줄 것으로 기대된다.     

연 구 결 과 문 답

...................(계속)

☞ 자세한 내용은 내용바로가기 또는 첨부파일을 이용하시기 바랍니다.