세포 및 유전자 치료
다이슨 유전자 치료를 위한 전임상 모델 비교
Cyagen Technical Content Team | July 18, 2025
MouseAtlas에서 사용 가능한 마우스 모델 탐색
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도킨 근이영양증(DMD)은 DMD 유전자에 발생한 돌연변이로 인해 도스토프린 단백질의 기능이 이상적으로 나타나는 X-연관 열성 유전 질환입니다. 이는 점진적인 근육 퇴화로 이어집니다. 도킨 근이영양증(DMD)은 희귀 근육 질환에 속하지만 전 세계적으로 약 3,500명당 1명의 남아에서 발생하는 가장 흔한 유전 질환 중 하나입니다. 일반적으로 3세에서 6세 사이에 진단됩니다.
DMD를 위한 유전자 치료의 유형
DMD를 위한 유전자 치료는 세 가지 주요 유형으로 분류할 수 있습니다. 첫 번째 유형은 AAV 매개 미니 도스토프린 또는 마이크로 도스토프린의 전달을 포함하며, 두 번째 유형은 ASO 매개 엑손 스킵 치료를 활용하고, 세 번째 유형은 타겟 유전자 편집 기술을 적용합니다.
AAV 매개 미니 도스토프린 또는 마이크로 도스토프린 전달
AAV 매개 미니 도스토프린 또는 마이크로 도스토프린의 전달은 다양한 환자군에 적용 가능할 수 있으며, 이 보충 치료는 다양한 유형의 돌연변이를 가진 환자에게도 효과를 발휘할 수 있습니다. Sarepta, Roche, Solid와 같은 기업들이 미니 도스토프린 또는 마이크로 도스토프린을 표적으로 하는 AAV 기반 치료제를 적극적으로 개발하고 있습니다. 그 중 SRP-9001이 가장 유망한 성과를 보여주고 있습니다. 최근 FDA 자문위원회 전문가들이 SRP-9001에 대한 가속 승인을 권고하면서 주목을 받고 있습니다. 이 치료제의 전임상 동물 연구에서는 DMD의 전형적인 mdx 모델이 사용되었습니다. mdx 마우스 모델은 엑손 23의 CAA 코돈에 돌연변이를 지니며, 이로 인해 유전자 발현이 비정상적으로 나타납니다. mdx 마우스는 DMD 환자와 유사한 질병 표현형을 보이지만, 실제 환자와 비교하여 몇 가지 차이점이 있습니다. 첫째, mdx 마우스의 표현형은 더 경미하며, 특히 섬유화와 근위축 측면에서 두드러집니다. 둘째, mdx 마우스의 수명은 정상 마우스의 약 80%이며, DMD 환자의 평균 수명은 건강한 개인의 약 1/3에 불과합니다. 셋째, mdx 마우스의 엑손 23 돌연변이 부위는 환자에서 흔한 돌연변이 부위(핫스팟)가 아니며, 이로 인해 질병의 균일성이 제한됩니다. 또한, mdx 마우스는 배경에 따라 표현형이 다소 차이를 보이며, 이는 mdx 마우스를 이용한 연구에 복잡성을 더합니다.
ASO 매개 엑손 스킵 치료
ASO 매개 엑손 스킵 치료는 DMD 치료제 개발 파이프라인에서 가장 두드러진 유전자 치료 접근법 중 하나입니다. 이는 ASO의 강력한 타겟 지향성과 합성 용이성 때문입니다. Sarepta, Nippon, DYNE와 같은 기업들이 이 분야에 투자하고 있습니다. 엑손 스킵은 44, 45, 50, 51, 53과 같은 특정 엑손을 타겟으로 하며, 문헌에는 다중 엑손 스킵 전략이 보고된 바 있습니다. Nippon의 파이프라인 NS-065/NCNP-01은 엑손 53의 ASO 매개 엑손 스킵을 활용하며, mdx52 마우스를 이용한 전임상 동물 연구에서 검증되었습니다. 이 마우스는 Dmd 유전자에서 엑손 52의 삭제를 지니며, 이로 인해 엑손 53에서 번역이 조기 종료됩니다. mdx52 마우스는 ASO 기반 유전자 치료에 더 적합한데, 돌연변이 부위가 환자에서 흔한 돌연변이 부위에 가까우기 때문입니다. 그러나 인간 DMD 유전자에서 특정 ASO를 선택할 때, 인간과 마우스 간의 유전자 서열 차이로 인해 위험이 따릅니다. 반면, mdx 마우스는 엑손 23 이후의 엑손을 타겟으로 하는 ASO 매개 엑손 스킵에 적합하지 않으며, mdx 마우스는 이미 엑손 23에 종료 신호를 지니고 있기 때문에, 엑손 23 이후의 엑손을 스킵해도 행동학적 효과를 측정할 수 없습니다. 문헌에서는 ASO 매개 엑손 스킵의 효능을 평가하기 위해 hDMDΔ52/mdx 모델이 사용되었습니다. 이 모델은 엑손 52 삭제를 가진 전체 길이의 인간 DMD 유전자를 도입한 후 mdx 마우스와 융합하여 DMD 질병 모델을 생성합니다. hDMDΔ52/mdx 모델은 전체 길이의 인간 DMD 단백질을 발현하지만, DMD 유전자의 삽입 부위가 불명확하며, X-연관 유전이 아니며, 추가적인 mdx 마우스와의 융합이 필요하여 모델 구축이 복잡합니다.
타겟 유전자 편집 기술
DMD에서 타겟 유전자 편집 치료의 진전은 비교적 느리며, 특정 약물 타겟 스크리닝과 약물 예측 가능성을 촉진할 수 있는 DMD 질병 모델의 부족이 그 이유 중 하나입니다. CRD-TMH-001은 DMD 치료를 위한 첫 번째 타겟 유전자 편집 기반 파이프라인으로, 임상시험용 신약(IND) 승인을 받았습니다. 문헌에는 DMD에 대한 타겟 유전자 편집 치료의 성공 사례가 여러 건 보고되었습니다. 예를 들어, 시토신 기저 편집기(CBE)를 사용하여 조기 종료 코돈을 제거하고 Dmd 유전자의 번역을 지속시키는 것이 Δ50;h51KI 모델에서 입증되었습니다. 이 모델은 마우스 Dmd 유전자의 E51 영역을 인간화하고 E50을 삭제하여 E51에 조기 종료 코돈을 도입합니다. mdx52 모델과 비교했을 때, 타겟 유전자 편집 치료에 사용되는 Δ50;h51KI 모델은 약물 타겟 서열에 더 높은 수준의 인간화가 필요함을 알 수 있습니다. 이는 타겟 유전자 편집 치료에서 고려해야 할 중요한 요소이며, 비타겟 효과는 환자에게 예측할 수 없는 부정적 영향을 줄 수 있습니다. 그러나 Δ50;h51KI 모델은 hDMDΔ52/mdx 모델에 비해 인간화 측면에서 한계가 있음을 주목해야 합니다.
기존 모델의 장점과 한계
전형적인 mdx 마우스 모델:
- 엑손 23의 CAA 코돈에 돌연변이가 있으며, 이로 인해 유전자 발현이 비정상적으로 나타납니다
- DMD 환자에 비해 표현형이 더 경미합니다
- 수명은 정상 마우스의 약 80%입니다
- 엑손 23 이후의 엑손을 타겟으로 하는 ASO 매개 엑손 스킵에 적합하지 않습니다. mdx 마우스는 이미 엑손 23에 종료 신호를 지니고 있기 때문입니다
- 엑손 23의 mdx 마우스 돌연변이 부위는 핫스팟 돌연변이가 아니며, 이로 인해 질병의 균일성이 제한됩니다
- 배경에 따라 표현형이 다소 차이를 보입니다
mdx52 마우스 모델:
- Dmd 유전자에서 엑손 52의 삭제를 지니며, 이로 인해 엑손 53에서 번역이 조기 종료됩니다
- 환자에서 흔한 돌연변이 부위에 가까우므로 ASO 기반 유전자 치료에 더 적합하지만, ASO 선택 시 위험이 따릅니다
hDMDΔ52/mdx 모델:
- 엑손 52 삭제를 가진 DMD 유전자의 인간화를 포함합니다
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전체 길이의 인간 DMD 단백질을 발현하지만, 인간화 측면에서 다음과 같은 한계가 있습니다:
- DMD 유전자의 삽입 부위가 불명확하며, X-연관 유전이 아니며;
- mdx 마우스와의 추가 융합이 필요하여 모델 구축이 복잡합니다
Δ50;h51KI 모델:
- 마우스 Dmd 유전자의 E51 영역을 인간화하고 E50을 삭제하여 E51에 조기 종료 코돈을 도입합니다
- mdx52 모델과 비교했을 때, 타겟 유전자 편집 치료에 사용되는 Δ50;h51KI 모델은 약물 타겟 서열에 더 높은 수준의 인간화가 필요합니다
- hDMDΔ52/mdx 모델에 비해 인간화 측면에서 한계가 있습니다
Cyagen이 개발한 인간화 DMD(hDMD) 모델
DMD 유전자의 돌연변이 특성과 기존 모델의 한계, 즉 모델 구축의 복잡성, 전사형(Tg) 유도에 따른 유전자 삽입 부위의 불확실성, 부족한 인간화 영역, 핫스팟 돌연변이가 아닌 점을 고려하여, Cyagen은 독자적으로 인간화 DMD(hDMD) 연구 모델을 개발하였습니다. 전형적인 mdx 마우스 외에도, DMD 핫스팟 돌연변이를 가진 인간화 마우스를 독자적으로 개발하였으며, DMD(hE8-30), DMD(hE44-45), DMD(hE49-53) 모델을 포함합니다. 또한, 야생형 인간화 마우스를 수정하여 핫스팟 돌연변이 인간화 질병 모델을 구축하였으며, 이는 더 나은 대조군과 질병 모델을 동시에 확보할 수 있습니다.
Cyagen의 hDMD 모델의 장점은 다음과 같습니다:
- 핫스팟 돌연변이 부위에서 야생형 및 점 돌연변이 인간화 질병 모델을 구축
- 기존 야생형 모델에 다양한 점 돌연변이를 맞춤형으로 적용하여 개발 효율과 성공률 향상
- 대부분의 약물 타겟 영역을 포함한 인간화 영역을 제공하여, 약물 스크리닝 및 약리학 연구에 적합도 향상, 특히 ASO, 타겟 유전자 편집, siRNA와 같은 유전자 치료 관련 약물에 유리
- 안정적이고 확인된 복제 수로 인간 DMD 유전자가 정확한 위치에 삽입되어 안정적인 유전을 보장
- 다수의 DMD 환자 관련 ‘핫스팟’ 돌연변이를 포함: DMD(hE8-30), DMD(hE44-45), DMD(hE49-53)
| Cyagen DMD 질병 모델 | mdx(E23,C-T) |
| DMD(hE8-30) | |
| DMD(hE44-45), MT | |
| DMD(hE49-53), MT |
참고문헌:
- Ryder-Cook AS, Sicinski P, Thomas K, et al. Localization of the mdx mutation within the mouse dystrophin gene. [J]. EMBO, 1988.
- Mizobe Y, Miyatake S, Takizawa H, et al. In Vivo Evaluation of Single-Exon and Multiexon Skipping in mdx52 Mice[J]. Methods Mol Biol, 2018.
- Hoen P A C', Meijer E J D, Boer J M, et al. Generation and Characterization of Transgenic Mice with the Full-length Human DMD Gene[J]. Journal of Biological Chemistry, 2008, 283.
- Zhang Y, Li H, Nishiyama T, McAnally JR, et al. A humanized knockin mouse model of Duchenne muscular dystrophy and its correction by Targeted Gene Editing-Cas9 therapeutic gene editing[J]. Mol Ther Nucleic Acids. 2022.
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