병원·의료
<약학회 줌인> 최신 연구성과 맛보기! ①
지난 28일과 29일 양일간 서울교육문화회관에서 개최된 대한약학회 추계학술대회에서는 다양한 기초 연구부터 생산 및 품질관리, 투약 및 약물관리, 관련 법규까지를 망라함으로써 신약개발 각 분야간 네트워크 형성의 장을 형성한다는 모토 아래 각 분야의 최신 연구 성과들이 소개됐다. 각 심포지엄 orgernizer들이 추천하는 발표 주제에 대해 연자들이 알기 쉽게 요약한 원고를 통해 최신 약학 연구의 동향을 살짝 엿보자.
△독성유전체 (Toxicogenomics) 연구란?
S3 Toxicogenomics-Next Generation Technology for Safety Evaluation in Drug R&D 中
신약개발과정에서 독성유전체란 새로운 접근방법이 생겨난 것은 1990년대 후반부터이다.
효능이 검증된 신약 후보물질이 마지막으로 거치는 단계는 실험동물을 이용하여 바람직하지 않은 생체반응을 조사하는 독성평가 과정이다. 이 과정은 신약 후보물질의 안전성을 최종적으로 검사하는 단계이기 때문에 많은 실험동물들을 사용하여 오랜 시간동안 매우 엄밀하고 철저한 실험과정을 거친다. 이러한 과정을 DNA 칩과 같은 -omics 기반의 실험도구를 이용하여 최소한의 동물실험으로 비교적 짧은 시간안에 독성평가를 할 수 있게 만드는 기술이 바로 독성유전체 연구의 주된 목적이다.
독성유전체 연구는 기본적으로 다음과 같이 이루어진다. ① 같은 종류의 독성현상이 알려져 있는 약물들을 이용하여 실험동물에 주입한다. ② 일정 기간 후에 간과 같은 장기에서 나타나는 독성현상을 DNA 칩을 사용하여 유전자 발현 패턴을 확인한다. ③ 같은 독성현상을 나타내는 약물들이 공유하는 독특한 유전자 발현 패턴을 찾아내어 데이터베이스화 한다. ④ 새로운 신약후보물질이 있을때 같은 DNA 칩을 사용하여 유전자발현 패턴을 확인하고, 기존의 독성 유전자 발현데이터와 비교 검토한후, 독성 유무를 신속히 판단한다.
이와 같은 독성유전체 연구가 신약개발과정의 비용과 시간을 많이 단축할 것으로 보고, 세계적인 제약회사들은 독성유전자 발현 데이터베이스를 구축하기 위해서 막대한 연구비를 사용하고 있다.
이와 관련된 많은 벤처들이 최근에 생겨났으며, 미국의 NIH와 FDA에서도 독성유전체 센터를 설립하여 이들 제약회사들의 신약허가에 대비하고 있다.
최근에는 국내에서도 이와 같은 연구의 필요성에 따라 대한독성유전단백체 학회가 설립되었고, 올 11월에는 KCIST 행사의 일환으로 무주에서 세계적인 독성유전체 권위자 40여명이 모여 국제 공조에 대한 많은 토론을 가졌다.
따라서 지속적인 독성유전체 연구와 관심이 국내의 취약한 신약개발 환경에 새로운 활로를 뚫을 것으로 예상된다.
△암 유전체 DB를 활용한 새로운 항암제 개발 연구
S8 Target Identification and Validation in Translational Research 中
항체는 우리의 몸이 외부로부터 침입한 이물질 (박테리아 혹은 바이러스등)은 물론 암세포와 같이 인체의 내부에서 발생되는 이물질들도 제거하도록 설계된 인체의 면역체계에서 중요한 역할을 하는 물질이다. 이러한 항체의 성질을 이용 치료제로 사용될때 이를 치료용 항체라 부른다.
치료용항체는 1997년부터 본격적으로 승인을 받기 시작하여 현재 18개의 제품이 출시되었다. 주로 종양계와 면역계에 집중이 되어 있다.
항체시장은 전체 제약산업에서 가장 빠르게 성장하며 가장 매력적인 시장중에 하나로 평가되고 있으며, 2003년과 2004년사이에 약 50%정도의 성장률을 보여주고 있으며, 2004년 치료용 항체의 전세계 시장은 판매액 기준으로 104억불에 도달하였다.
이러한 항체 신약 시장은 2010년에는 300억불로 급성장 할것으로 예측된다. 이들 치료용 항체들은 최근의 인간 유전체 연구와 맞물려 전세계적으로 각광을 받고 있다.
한편 최근 완성된 인간유전체 (human genome)를 포함하여 현재까지 70여 종의 생명체에 대한 유전체가 완전히 밝혀졌으며 그 수는 곧 100 종을 돌파할 것이다.
이와 같이 수많은 서로 다른 생명체로부터 나오는 유전정보들은 하나의 거대한 네트워크를 이루게 하여 궁극적으로 모든 유전자의 기능 규명에 대한 가능성을 제시해 주며, 의학 연구 및 신규 의약 발굴에 지대한 영향을 줄 것이다.
위와 같은 암 유전체 기술 및 프로테오믹 기술들의 급진전으로 암과 같은 난치성질환에 대한 질환 타겟들의 수가 폭발적으로 증가하였으며, 그 결과 보다 효율적으로 효과적인 새로운 항암제등을 개발될 것이다.
유전자 발현 변화를 관찰함으로써 암 치료의 신규 타겟을 찾은 좋은 예는 분자 타겟 HER-2 이다. HER-2 유전자는 30%의 유방암 환자의 암 세포에서 100 배까지 발현이 증가된다. HER-2는 수용체 단백질로 세포막에 존재하는데, 미국의 Genentech에서는 HER-2에 작용하는 항체 (Herceptin)를 제조하였다. 이 항체를 doxorubicin이나 paclitaxel등과 함께 사용하였을 때 탁월한 항암 효과를 나타내었고, 미 FDA는 1998년에 이를 HER-2 양성 유방암환자의 치료제로 승인하였다.
본 연구에서는 LG생명과학에서 구축한 암 유전체 DB를 사용하였으며, 이 암 유전체 DB는 18개 이상의 인체 조직에서 얻은 32종의 암과 각각에 대한 정상조직을 합해 50종의 환자 조직이며 총 시료의 수는 약 1200개 이상을 포함하고 있다. 이러한 DB에서 10개의 항암용 분자 타겟들을 선별하였으며, 이들에 유전자에 대한 항암 타겟으로의 검증 작업을 진행하고 있다.
이중 KR-L01에 대해서는 췌장암, 위암 및 폐암등의 환자에서 과 발현됨을 검증하였으며, 이 유전자를 siRNA방법을 이용하여 발현을 억제하였을 때 암 세포의 전이의 성질이 현저히 감소됨을 관찰하였다. 이러한 사실은 타겟 유전자 KR-L01은 암 전이억제를 위한 치료제 개발의 중요한 질환 타겟으로 이용될 가능성이 있다고 볼수있다.
현재까지의 실험은 세포수준의 실험으로 향후 추가적인 실험과 동물에서의 암 전이 관련성이 밝혀질 경우 KR-L01 단백질에 대한 치료용 항체를 제작하여 동물에서의 암 억제효과가 관찰이 되면 암 치료용 항체로의 개발이 가능할 것이다.
△골다공증 치료효과를 갖는 신규 화합물 KR62980 도출
S15 Bone Metabolism Related Osteoporosis and Herbal Medicines 中
21세기 의학발달로 60세 이상의 고령인구가 급격히 증가함에 따라 골다공증은 흔한 대사성 골질환으로 인식되기 시작되어 국내외적으로 심각성이 증대되고 있다.
골대사는 파골세포에 의한 골흡수와 조골세포에 의한 골형성의 균형에 의해 그 항상성이 유지되는데 파골세포에 의한 골흡수가 상대적으로 증가할 경우 골손실 및 골다공증이 유발하는 것으로 알려져 있다.
골다공증의 경우 둔부, 척추골절 등의 치명적인 병인이 발견되기 전까지 치료하지 않았으나 최근 골밀도 (BMD: bone mineral density) 측정기기의 발달로 진료의 기회가 증가하면서 골다공증 예방 및 치료제의 요구가 증가되고 있다.
현재 사용되고 있는 약물들은 치료제라기보다 골다공증의 현상유지 또는 부분적인 골손실의 회복기능만을 나타내는 실정으로 궁극적인 치료효과인 소실된 뼈의 정상회복을 할 수 있는 새로운 개념의 골다공증치료제가 절실히 요구되고 있는 실정이다.
최근 당뇨병 치료제로 사용되고 있는 PPARγ agonist인 thiazolidinedione 계열 약물이 골대사에 관여한다고 보고되었으며, 특히 파골세포의 형성과 분화를 억제하는 것으로 밝혀졌다.
본 연구에서는 새로운 PPARγ agonist인 KR62980의 골대사에 미치는 영향에 대해 조사했다.
KR62980은 mesenchymal stem cell, preosteoblast cell 및 primary bone marrow cell에서 조골세포로의 분화를 촉진시켰으며, 이때 조골세포의 표지인자인 alkaline phosphatase, RUNX-2, BMP 등의 발현이 동반해서 증가했다. 또한 KR62980을 RAW264.7 macrophage에 처리한 결과 RANKL에 의한 파골세포로의 분화를 억제했으며, resorption pit 형성을 억제하는 것으로 나타났다.
실제로 다양한 동물모델을 활용하여 KR62980을 경구 투여한 결과 in vivo에서도 골형성 촉진 및 골흡수 억제 효과가 관찰됐다. 종합적으로 KR62980은 골대사의 두 가지 측면인 골형성 촉진 및 골흡수 억제의 이중효과를 갖는 것으로 드러났으며, 후속연구를 통해 신개념의 골다공증 치료제로 개발될 가능성이 있을 것으로 사료된다.
△클립도메인을 지닌 세린프로티에이즈의 크리스탈 구조와 그 기능
S1 Structure and Activity Relationship of Drug Target Proteins 中
클립도메인을 지닌 세린 프로티에이즈 (serine protease)는 무척추동물의 배아 발생과정과 선천성 면역과정을 비롯한 다양한 세포외 (extracellular) 신호전달과정에 필수적인 단백질들이다.
이들은 키오트립신(chymotrypsine)과 유사한 세린 프로티에이즈 (serine protease) 도메인과 이것의 N말단 부위에 클립도메인이 다양한 개수의 아미노산으로 구성된 폴리펩타이드에 의해서 연결되어 있다.
클립도메인은 특징적인 3개의 이중황 (disulfide) 결합을 가지고 있고, 이 결합을 포함한 schematic drawing이 페이퍼 클립 (paper clip)에 닮았다고 클립이라고 지어졌다. 클립 도메인을 지닌 세린 프로티에이즈는 그 효소활성유무에 따라 활성형 및 비활성형 프로티에이즈로 나눌 수 있다.
이 클립도메인은 이를 지닌 여러 단백질에 대한 연구가 있었음에도 불구하고, 그것의 역할 및 그 구조는 잘 알려져 있지 않았다.
prophenoloxidase 활성인자-II (prophenoloxidase activating factor-II, PPAF-II)는 세린 프로티이즈의 활성부위의 세린이 글리신 (glycine)으로 치환되어 그 비활성형 프로티에이즈 패밀리에 속한다. 이 단백질은 곤충을 병원균의 침입으로부터 방어하는 중요 수단인 멜라닌을 유도하는 prophenoloxidase의 활성을 나타내는데 필요하다고 알려져 있었지만, 분자적 수준에서 그 기능을 이해하지 못했다.
이번 연구에서는 PPAF-II의 구조를 규명하여 최초의 클립 도메인의 3차원 구조를 보여주었다. 이를 통해 클립도메인이 그 중앙에 갈라진 부위가 있는 새로운 단백질 폴드를 지니고 있는 구조임을 밝혔고, 클립도메인이 프로티에이즈 도메인과 여러가지 비공유 결합에 의해서도 강하게 결합해 있다는 것을 보여주었다.
또한 PPAF-II가 활성형 프로티에이즈인 PPAF-III에 의해서 특이적으로 잘리게 되면, 젤필트레이션(gel filtration)과 전자현미경 연구를 통해 12개의 PPAF-II가 결합된 올리고머가 된다는 것을 발견했다.
PPAF-II는 PPAF-I에 의해 활성화된 phenolox! idase와 직접 결합하여 콤플렉스를 이루어 phenoloxidase 활성을 낸다는 것과 이때 PPAF-II의 클립도메인 중앙에 위치한 갈라진 부위를 통해서 phenoloxidase와 결합한다는 것을 돌연변이 단백질을 제조하여 증명했다.
또한 활성형 프로티에이즈일 경우에는 비활성형과는 달리 클립 도메인이 프로티에이즈 도메인과 링커에 의해서만 연결되어있어 있고, 이것을 지닌 프로티에이즈 도메인의 빠른 활성화에 필수적이라는 것을 생화학 실험을 통해 증명했다.
이번 연구로 밝혀진 clip 도메인의 구조와 기능은 이와 관련된 다양한 생물학적 현상을 이해하는데 중요한 역할을 할 것이다.
김정준
2005.12.01