희귀병의 열 가지 죄2: 왜 차세대 인간화 마우스 모델이 ‘남성이 많고 여성이 적은’ 혈우병 연구에 더 효과적인지 원인 분석
희귀병 치료는 줄곧 의학 분야의 큰 도전이었습니다. 이러한 질병의 발생 메커니즘은 복잡하며, 유형이 다양하고, 대부분의 희귀병에 대한 발병 기전과 약물 반응 연구에 적합한 동물 모델이 없기 때문에, 희귀병 연구 및 약물 개발은 어려움에 직면해 왔습니다. 이를 해결하기 위해 발병 기전, 임상전의 동물 모델, 유전자 치료법 등 다양한 관점에서 희귀병의 발생 및 발전 원인을 깊이 연구하고자 Cyagen 바이오는 희귀병의 ‘열 가지 죄’란 특별 프로그램을 시작하게 되었습니다.
지난 호에서는 안과에서 인기 있는 표적 RHO가 '1+1=1' 유전자 치료를 달성하는 방법에 대해 언급했습니다. 이번 호에서는 FⅧ（F8, FⅨ(F9) 유전자 돌연변이로 인한 혈우병인 희귀 혈액 질환에 주목했습니다. 이 질병의 환자는 평생 자발적으로 또는 외상을 동반한 뒤 장시간 동안 출혈이 멈추지 않는 경향이 있으며, 일상적인 충격만으로도 출혈이 일어나 '유리인간'이라고 불립니다. 혈우병을 어떻게 극복하고, 그 연구를 어떻게 깊이 있게 확장할 것인가는 많은 사람들이 주목하는 문제입니다.
FⅧ, FⅨ의 발병 기전
혈우병 A(FA) 및 혈우병 B(FB)는 FⅧ와 FⅨ 유전자의 돌연변이로 인한 혈액 응고계 질환으로 X 염색체 열성 유전병입니다. X염색체 열성 유전병이기 때문에 부모 양측 모두 발병 유전자를 갖고 있는 경우에만 여자 XX가 발병할 수 있는 반면, 남자 XY는 X 염색체가 한 개만 있어서 부모 중 한 명이 발병 유전자를 갖고 있는 경우, 발병될 수 있습니다. 따라서 임상적으로 혈우병의 환자는 대부분 남자입니다.
FⅧ 및 FⅨ 혈액 응고 인자는 인간의 혈액 응고 과정에서 없어서는 안 될 성분으로 이러한 유전자가 돌연변이 되면 인체는 충분한 응고 인자를 생성하지 못하여 부상 또는 수술 후 환자를 정상적으로 지혈할 수 없습니다.
FⅧ 유전자는 3,000종 이상의 돌연변이가 보고되었으며 그 중 약 57.4%의 잘못된 돌연변이와 무의미한 돌연변이가 간에서 주로 발현됩니다. 유전적 이질성이 높고 돌연변이 핫스팟은 없습니다. 그러나 F8 유전자 인트론 22의 역전은 중증 혈우병 A의 주요 원인으로, 즉 FⅧ 유전자가 인트론 22에서 절단 및 역전을 일으켜 FⅧ 유전자 엑손 1-22와 엑손 23-26이 분리되어 정상적인 전사를 수행할 수 없어 FⅧ 인자가 심각하게 결핍되어 중증 혈우병 A가 발생합니다[1].
FⅨ 유전자 돌연변이 데이터베이스에는 3,000개 이상의 관련 돌연변이가 보고되었으며 그중 점 돌연변이(60.8%)가 가장 큰 비율을 차지했으며 큰 단편 결실이 약 7.5%를 차지했으며 특정 돌연변이에 대한 보고는 없습니다.
FA 및 FB에 대한 유전자 치료
혈우병 A(약 1/5000)는 혈우병 B(약 1/25000)보다 발병률이 높아, 오랫동안 혈우병 A는 유전자 치료의 이상적인 표적으로 간주되었습니다. 왜냐하면 1%-5%의 정상 혈장 FⅧ는 환자에 삶의 질을 크게 개선할 수 있기 때문입니다. 예를 들어, 가장 흔한 효소 대체 요법 파이프라인인 Spark의 Spk-9001은 FIX 변이체 Padua를 간세포에 특이적으로 발현시켜 응고 기능을 개선하고 치료 효과를 얻습니다.
혈우병을 근본적으로 치료하기 위해 Intellia 회사는 타겟 유전자 편집/Cas를 통해 인간 영장류가 아닌 동물의 간에 FIX 유전자를 표적 삽입하여 정상 또는 그 이상의 FIX를 생성할 수 있으며 현재 IND 신청 단계에 있습니다.[2] 동시에 문헌에도 많은 타겟 유전자 편집 치료법[3-4]이 있습니다. 타겟 유전자 편집치료법이 혈우병 치료에서 밝은 전망을 가지고 있음을 알 수 있으며, 이는 또한 마우스 모델의 유전자 인간화 정도에 대한 더 높은 요구 사항을 제시합니다. 특히 FⅧ 및 FⅨ 유전자는 병원성 돌연변이가 많고 이질성이 강한 반면 문헌의 기존 연구는 주로 KO 생쥐를 기반으로 하고 있어 전임상 동물 모델에 대한 유전자 치료법의 요구 사항을 충족시키지 못하고 있습니다.
시기적절한 혈우병 인간화 모델
현재 직면하고 있는 연구 난관을 극복하기 위해, Cyagen 바이오는 ‘차세대 인간화 마우스 모델 구축 프로그램’인 HUGO-GTTM(HUGO-GT: Humanized Genomic Ortholog for Gene Therapy) 을 진행함으로써 혈우병과 관련된 차세대 인간화 마우스 모델을 성공적으로 구축하였습니다. 이른바 hF Ⅷ 및hFⅨ 마우스 모델의 경우, X 염색체에서 인간 FⅧ 또는 인간 FⅨ 유전자(전체 게놈)로 마우스 유전자를 제자리에서 교체하여 동물 모델과 인간 질병 발병 기전의 상동성을 실현할 수 있습니다.
X염색체 유전자 돌연변이는 혈우병을 비롯한 MeCP2 유전자 돌연변이로 인한 레트증후군, DMD 유전자로 인한 듀센 근이영양증 등과 같은 질병을 일으킬 수 있습니다. Cyagen 바이오는 hFⅧ, hFⅨ, FⅪ, hMeCP2, hDMD등의 기타 HUGO-GTTM 인간화 마우스 모델을 제공하며 이를 기반으로 주요 점 돌연변이 질병 모델을 구축함으로써 유전 질환 연구 및 유전자 치료제 개발에 훨씬 더 도움이 됩니다.
Cyagen이 제공하는 혈액 질환 관련 모델은 다음과 같습니다:
| 혈액질환 | 영문명 | 표적 유전자 | 표적 방식 |
|---|---|---|---|
| 블랙판 다이아몬드 빈혈 | Diamond-Blackfan anemia, DBA | Flvcr1 | KO, cKO |
| 판코니 빈혈 | Fanconi anemia, FA | Fanca | cKO |
| Usp1 | KO, cKO | ||
| 혈소판무력증 | Glanzmann's thrombasthenia, GT | Itga2b | KO, cKO, MU |
| 혈우병 A | Hemophilia A, FA | FⅧ（F8） | KO, cKO, Humanization (WT, MU) |
| 혈우병 B | Hemophilia B, FB | FⅨ（F9） | KO, cKO, Humanization (WT, MU) |
| 혈우병 C | Hemophilia C, FC | FⅪ（F11） | KO, cKO, Humanization (WT) |
| β지중해 빈혈 | β-thalassemia | Hbb-bs+Hbb-bt | KO |
「차세대 인간화 마우스 모델 구축 프로그램」 혈액 질환 모델 목록
그림 1. HUGO-GTTM 차세대 인간화 마우스 모델
원스톱 마우스 모델 검색 플랫폼: MouseAtlas
MouseAtlas는 KO부터 인간화 마우스까지 유전자 및 제품 모델명 검색만으로 원하는 모델을 쉽게 찾을 수 있는 플랫폼입니다. 생체 마우스인지 정자 상태인지, 실시간 재고 상황, 검증 데이터, 상세 설명 등을 직관적으로 확인하고 바로 주문할 수 있습니다. 당사 내부 제품 관리 시스템과 연동되어 실시간으로 업데이트되며, 현재 39,000종 이상의 모델 마우스가 등록되어 있어 연구자들에게 매우 편리한 원스톱 솔루션을 제공합니다.
참고 문헌
1. Han JP, Song DW, Lee JH, Lee GS, Yeom SC. Novel Severe Hemophilia A Mouse Model with Factor Ⅷ Intron 22 Inversion. Biology (Basel). 2021 Jul 23;10(8):704. doi: 10.3390/biology10080704. PMID: 34439937; PMCID: PMC8389204.
2. https://www.intelliatx.com/pipeline/
3. Luo S , Li Z , Dai X ,et al.타겟 유전자 편집-Mediated in vivo Genetic Correction in a Mouse Model of Hemophilia A[J].Frontiers in Cell and Developmental Biology, 2021, 9:672564.DOI:10.3389/fcell.2021.672564.
4. Han J P , Kim M J , Choi B S ,et al.In vivo delivery of 타겟 유전자 편집 using lipid nanoparticles enables antithrombin gene editing for sustainable hemophilia A and B therapy[J].Science advances, 2022, 8(3):eabj6901.DOI:10.1126/sciadv.abj6901.
