B6-hIGHMBP2 마우스를 통한 CMT2S 유전자 치료 평가 가능
2024년 1월 23일, Vanda Pharmaceuticals(VNDA)는 IGHMBP2 유전자를 표적으로 하는 반의사핵산(ASO) 약물 VCA-894A가 FDA의 임상시험용 신약(IND) 승인을 공식적으로 획득했다.[1] 이는 Alcyone Therapeutics가 개발한 AAV9-IGHMBP2 유전자 대체 요법에 이어 IGHMBP2를 표적으로 하는 또 다른 혁신적 치료제가 임상 승인을 받은 사례로, 의미가 크다.[2] VCA-894A는 IGHMBP2 유전자 스플라이싱 부위 변이를 특이적으로 표적으로 하는 새로운 ASO로, 운동 신경세포의 손실과 말초신경계의 퇴행을 유도하여 희귀 질환인 샤르코-마리-투스형 2S형(CMT2S)을 유발한다. CMT2S는 2014년에 처음 정의된 페로넬 근육 위축형 2S로도 알려져 있다.[3] 현재 IGHMBP2를 표적으로 하는 임상시험 단계 치료제는 유전자 요법과 소형 핵산 약물이 포함되며, 줄기세포 이식과 같은 다른 치료법도 적극적으로 개발 중이다.[4-7]
IGHMBP2 유전자 변이는 두 가지 임상적으로 구분되는 질환과 관련이 있다. 즉, 호흡곤란을 동반한 척수성 근위축증 유형 1(SMARD1)과 샤르코-마리-투스형 2S형(CMT2S)이다. 마우스 유전자를 인간화하고 임상적으로 관련된 변이를 도입함으로써, 저희의 차세대 HUGO-GTTM 마우스 모델은 질병의 유전적 기반과 잠재적 치료법을 재현하는 CMT2S 유사 표현형을 발현할 수 있다. HUGO-GTTM B6-hIGHMBP2 마우스 모델은 인간 IGHMBP2 유전자를 효과적으로 발현하면서 내재된 마우스 Ighmbp2 유전자는 발현하지 않으며, 이로 인해 체내에서 인간 유전자의 상당한 발현이 가능하다. 따라서 이 모델은 샤르코-마리-투스 질환(CMT) 및 SMARD1과 같은 IGHMBP2 유전자 관련 신경질환 연구에 활용될 수 있다.
구조 및 생물학적 기능
IGHMBP2 단백질의 구조 및 생물학적 기능
면역글로불린 헬리케이스 μ-결합 단백질 2(IGHMBP2), 또한 심장 전사 인자 1(CATF1)로도 알려져 있으며, IGHMBP2 유전자에 의해 코딩되는 ATP 의존성 DNA/RNA 헬리케이스 효소이다. 이 단백질은 DNA/RNA 헬리케이스 도메인, R3H 단일사슬 핵산 결합 도메인, 아연 핀 도메인을 포함한 다수의 구조적 도메인을 지닌다. IGHMBP2는 AAA+ ATPase 초가족에 속하며 특정 DNA 영역에 결합하여 DNA 이중 나선을 일시적으로 풀어내는 역할을 한다.[8] 따라서 IGHMBP2는 DNA 복제, 수선, 전사, RNA 대사, 스플라이싱, 단백질 번역 등 다양한 생물학적 과정에서 조절 역할을 한다. 또한 운동 신경세포의 생존, 신경계의 발달 및 유지, 정상적인 심장 기능 유지에 중요한 역할을 한다.
IGHMBP2 유전자 변이가 CMT2S 및 SMARD1을 유발한다
IGHMBP2 유전자 변이는 두 가지 임상적으로 구분되는 질환, 즉 호흡곤란을 동반한 척수성 근위축증 유형 1(SMARD1)과 샤르코-마리-투스형 2S형(CMT2S)을 유발할 수 있다.
호흡곤란을 동반한 척수성 근위축증 유형 1
SMARD1은 주로 척수 전각의 α-운동 신경세포에 영향을 미치며, 영아기 조기 발병의 근력 약화 및 호흡곤란을 특징으로 한다. 증상은 보통 출생 후 몇 달 이내에 나타나며, 횡격막 및 기타 호흡근의 약화, 반사 감소, 삼킴 장애, 운동 기능 저하가 포함된다. SMARD1은 급성 발병과 빠른 진행성을 보이며, 말초 호흡부전을 유발할 수 있으며 생명을 위협할 수 있다.[9]
샤르코-마리-투스 질환 축삭형 2s
CMT2S는 샤르코-마리-투스 질환(CMT)의 하위 유형으로, 말초신경계에 영향을 미치는 유전성 신경병증이다. CMT2S의 유병률은 1/1,000,000 미만이며, 주로 생후 10년 이내에 발현된다. 주요 특징은 말초 부위의 근육 약화 및 위축, 감각 상실, 그리고 힘줄 반사의 약화 또는 소실이다.[10-11] SMARD1에 비해 CMT2S는 말초신경계에 영향을 미치며, 증상이 덜 심각하고 일반적으로 치명적이지 않으며, 호흡곤란(dyspnea)이나 척수 운동 신경세포의 손실을 유발하지 않는다.
IGHMBP2 변이 유형 및 위치는 질병 유형과 중증도와 관련이 있다
중증도 IGHMBP2 유전자 내 변이의 위치는 질병 유형과 표현형의 중증도에 결정적인 영향을 미친다. IGHMBP2 유전자 내 두 개의 RecA 유사 도메인(1A 및 2A)에서 발생하는 비단절 변이가 SMARD1을 유발하는 주요 병인 변이 유형이며, IGHMBP2 유전자 마지막 엑손에서 발생하는 단절 변이는 CMT2S의 주요 원인이다. SMARD1의 병태생리에서 IGHMBP2 단백질의 헬리케이스 도메인이 핵심적인 역할을 한다. 대부분의 SMARD1 병인 변이는 이 헬리케이스 도메인에 발생하며, ATPase 또는 헬리케이스 활성을 상실하게 만든다.[12] 일반적으로 mRNA 완전 분해를 유도하는 기능 상실 변이는 더 심각한 SMARD1 표현형을 유발할 가능성이 높다.
반면, CMT2S의 발생은 주로 IGHMBP2 유전자 5' 비번역 영역(UTR) 내의 무의미 변이와 마지막 엑손 내의 프레임시프트, 단절, 잘못된 아미노산 치환, 복합 이형접합 변이와 관련이 있다.[13]
IGHMBP2 관련 질병을 위한 전임상 연구 모델
IGHMBP2는 비교적 '신비로운' 단백질이다. 헬리케이스로서의 중요성은 인정되지만, 세포 내 과정에서의 구체적인 역할은 여전히 명확하지 않다. 유전자는 전신적으로 발현되지만, 변이가 주로 신경세포에만 영향을 미쳐 SMARD1 및 CMT2S와 같은 특정 신경질환을 유발한다. 현재 이러한 IGHMBP2 관련 질병에 대한 승인된 효과적인 치료법은 없으며, 이는 추가적인 연구의 필요성을 강조한다.
신경근 퇴행 마우스 모델
신경근 퇴행(NMD) 마우스는 SMARD1 연구를 위한 주요 모델로 사용되어 왔다. 이 마우스에서는 Ighmbp2 유전자 네 번째 인트론에 자발적인 변이가 발생하여, 거의 80%의 전사물에서 비정상적인 스플라이싱이 발생한다. 이로 인해 전체 길이의 Ighmbp2 mRNA 수준이 크게 감소하고 SMARD1과 유사한 표현형을 나타낸다. 그러나 NMD 마우스의 호흡곤란은 신경세포 퇴행 때문이 아니라 횡격막 결함 때문이며, NMD 마우스에서는 심장세포 사멸이 발생하여 심근병증과 심부전을 유발한다. 이는 사망의 초기 원인이 될 수 있으나, SMARD1 환자에서는 관찰되지 않는다. 따라서 NMD 마우스는 호흡곤란과 치명성 측면에서 인간 SMARD1과 상당한 차이를 보인다.[14]
향후 연구는 유전자 인간화 모델링이 필요하다
또한 IGHMBP2 유전자 변이는 CMT2S를 유발하지만, 현재 대부분의 마우스 모델은 이 질환의 임상적 특징을 재현하지 못한다. CMT2S 유사 표현형을 마우스에서 유도하기 위해서는 마우스 유전자를 인간화하고 임상적으로 관련된 변이를 도입하여, 질병의 유전적 기반을 재현하는 CMT2S 유사 표현형을 발현할 수 있도록 해야 한다.[15] 따라서 인간화 마우스 모델은 SMARD1 및 CMT2S와 같은 IGHMBP2 유전자 관련 질병 연구를 진전시키는 데 중요한 역할을 한다.
IGHMBP2 유전자 인간화 모델 - B6-hIGHMBP2 마우스
SMARD1 및 CMT2S와 같은 IGHMBP2 유전자 관련 질병의 연구 수요를 충족시키기 위해, 특히 소형 핵산 약물 및 유전자 요법과 같은 인간 유전자를 정밀하게 표적으로 하는 치료법 개발을 위한 연구에 적합하게, Cyagen은 IGHMBP2 유전자 인간화 모델 B6-hIGHMBP2 마우스(제품 ID: C001437)를 개발하였다. 이 HUGO-GTTM 모델에서는 인간 IGHMBP2 유전자가 마우스 Ighmbp2 유전자 위치에 정밀하게 자리 잡고, 프로모터부터 3'UTR까지 모든 염기 서열을 포함한다. 마우스는 인간 IGHMBP2 유전자를 발현하지만, 마우스 Ighmbp2 유전자는 발현하지 않는다. 이 모델은 인간 IGHMBP2 유전자 또는 단백질을 표적으로 하는 치료법 연구에 활용될 수 있으며, 임상적 병인 변이를 포함하는 모델 구축 기반을 제공함으로써 특정 환자 변이 유형에 맞춘 유전자 요법 또는 소형 핵산 치료법의 평가가 가능하게 하여 개인 맞춤 정밀의학을 실현할 수 있다.
결론
B6-hIGHMBP2 마우스 모델(제품 ID: C001437)은 인간 IGHMBP2 유전자를 효과적으로 발현하면서 내재된 마우스 Ighmbp2 유전자는 발현하지 않으며, 체내에서 인간 유전자의 상당한 발현이 가능하다. 따라서 이 모델은 샤르코-마리-투스 질환(CMT) 및 호흡곤란을 동반한 척수성 근위축증 유형 1(SMARD1)과 같은 IGHMBP2 유전자 관련 신경질환 연구에 활용될 수 있다. Cyagen은 자체 개발한 TurboKnockout 융합 BAC 재조합 기술을 활용하여, 이 모델 기반의 핫스팟 변이 질병 모델을 제공한다. 또한 다양한 점변이에 기반한 맞춤형 서비스도 제공되어, CMT 및 SMARD1과 같은 질병에 대한 약물 스크리닝 및 약리학 실험을 위한 연구자의 요구를 충족시킬 수 있다.
또한 Cyagen은 신경퇴행성 질환 및 신경근질환 분야에서 다양한 인간화 및 인간화 점변이 모델을 개발하여, 이 분야의 소형 핵산 및 유전자 요법 연구 수요를 충족시키고 있다.
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참고문헌
[1] Vanda Pharmaceuticals. (2024, February 1). Vanda Pharmaceuticals Receives FDA Approval to Proceed with Investigational New Drug VCA-894A, a Novel Antisense Oligonucleotide Candidate for the Treatment of Charcot-Marie-Tooth Disease Type 2S. BioSpace. https://www.biospace.com/article/releases/vanda-pharmaceuticals-receives-fda-approval-to-proceed-with-investigational-new-drug-vca-894a-a-novel-antisense-oligonucleotide-candidate-for-the-treatment-of-charcot-marie-tooth-disease-type-2s/
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