hTTR 및 hTTR V50M 인간화 마우스의 전신성 트랜스티레틴 아밀로이드증 치료제 개발에서의 가치
RNAi 치료제 기업인 알니람(Alnylam)은 최근 2023년도 실적을 공개하였으며, 이에 따르면 트랜스티레틴(TTR)을 표적으로 하는 아밀로이드증 치료를 위한 두 가지 siRNA 약물인 파티시란(patisiran)과 뷰트리시란(vutrisiran)이 합산 매출액이 9억 1,300만 달러를 초과하였다고 밝혔습니다 [1] . 전 세계적으로 트랜스티레틴 아밀로이드증(ATTR) 환자는 25만 명에서 55만 명 사이로 추정되며, 그 중 더 많은 수가 ATTR 심근병증(ATTR-CM)을 앓고 있습니다 [2] . 그러나 파티시란과 뷰트리시란은 현재까지 ATTR 다발성 신경병증(ATTR-PN) 치료에만 승인되었습니다. 따라서 알니람은 파티시란과 뷰트리시란이 ATTR-CM 치료에 효과가 있는지를 평가하기 위해 임상 시험을 진행하고 있습니다. 동시에 수많은 제약 회사들이도 TTR를 표적으로 하는 치료제를 개발하고 있으며, 소형 핵산, 소분자, 항체 또는 유전자 편집 치료제 등 다양한 접근법을 통해 ATTR 치료를 위한 TTR 표적 약물 개발 경쟁이 더욱 치열해지고 있습니다.
그림 1: 트랜스티레틴 아밀로이드증(ATTR)의 병태생리 및 임상적 증상 [3] .
TTR 단백질 및 전신파생성 단백질 아밀로이드증 (ATTR)
유전성 아밀로이드증의 가장 흔한 유형은 ATTR로, 유전자의 병적 변화(또는 돌연변이)로 인해 트랜스티레틴 단백질(TTR)이 잘못 접히면서 발생하는 치명적인 질환입니다. 정상 상태에서 TTR 단백질은 혈액의 말초부에서 테트라머 형태로 존재하며, 티록신과 레티놀 결합 단백질을 운반하는 역할을 합니다. ATTR 환자에서는 TTR 단백질이 잘못 접히고 아밀로이드 유사 물질로 응집되며, 조직 및 장기에 침착되어 장기 기능 장애, 장기 부전 및 사망에 이르게 됩니다 [4] . TTR 유전자에 돌연변이가 존재하는지 여부에 따라 ATTR는 유전성/변이형(ATTRv)과 비유전성/원형(ATTRwt)으로 분류됩니다 [5] .
그림 2: ATTRwt와 ATTRv의 차이점 있는 유병률 및 임상적 특징 [6] .
ATTRv는 TTR 유전자에 병적 유전적 돌연변이가 발생하여 20세에서 80세 사이의 어느 연령에서도 발생할 수 있습니다. 이러한 돌연변이는 TTR 단백질이 테트라머 상태에서 분리되어 단량체로 전환되게 하며, 이 단량체가 잘못 접히고 아밀로이드 유사 물질로 응집되어 결국 심장, 신경, 신장 등 여러 장기에 축적됩니다. 반면 ATTRwt는 TTR 유전자에 돌연변이가 없으며, 노화에 따른 균형 유지 기전의 실패로 인해 발생합니다. 노화에 영향을 주는 다양한 요인들로 인해 원형 TTR 단백질이 변이형 TTR 단백질과 유사한 방식으로 잘못 접힐 수 있습니다. ATTRwt는 천천히 진행되는 질환으로 일반적으로 65세 이후에 증상이 나타나므로, 노인성 전신 아밀로이드증으로도 알려져 있습니다.
ATTR 치료를 위한 TTR 유전자 및 단백질 타겟팅 치료법
ATTR 치료제 개발은 주로 TTR 단백질의 합성 억제, TTR 단백질의 테트라머 구조 안정화, 또는 잘못 접힌 TTR 단백질 제거에 초점을 맞추고 있습니다 [7] . 이러한 접근법 중에서 소형 핵산과 유전자 편집이 두드러진 방법으로 부각되고 있습니다. 여러 반의사염기서열(ASO) 및 소형 간섭 RNA(siRNA) 약물이 변이형 및/또는 원형 TTR 단백질의 합성을 효과적으로 억제함으로써 환자의 질병 양상 개선에 기여하였으며, 많은 약물들이 성공적으로 승인되어 시장에 출시되었습니다. 또한, 타겟 유전자 편집과 같은 유전자 편집 기술을 활용한 치료법은 TTR 유전자 발현을 감소시키는 데 있어 초기 임상 결과에서 희망적인 성과를 보였습니다 [8] .
그림 3: ATTR 치료를 위한 TTR 유전자 및 단백질을 표적으로 하는 다양한 혁신적 치료법 [8] .
소형 핵산 및 유전자 편집 치료법은 모두 인간 유전자를 수정하는 것을 목표로 합니다. 예를 들어, 파티시란은 TTR mRNA의 3'UTR를 표적으로 하여 단백질 생성을 차단합니다. 따라서 인간 유전자를 마우스 유전자로 인간화하는 것은 전임상 연구를 위한 가장 효과적인 동물 모델 개발에 필수적입니다. Cyagen은 마우스 Ttr 유전자를 인간 전유전자 서열로 대체하고, 병적 인간 유전자 돌연변이(p.V50M) 모델을 포함하여 두 가지 인간화 마우스 모델을 개발하였습니다:
- B6-hTTR 마우스(제품 ID: C001512), 인간 원형 TTR 유전자를 발현하는 마우스.
- H11-Alb-hTTR*V50M 마우스(제품 ID: C001525), p.V50M 병적 돌연변이를 지닌 인간 TTR 유전자를 과발현하는 마우스.
이 두 모델은 ATTRwt 및 ATTRv 치료 연구에서 소형 핵산, ASO, siRNA 치료법에 대한 대부분의 요구조건을 충족할 수 있습니다. 아래에서는 이러한 차세대 인간화 마우스 모델에 대한 자세한 설명을 제공합니다.
B6-hTTR 마우스는 인간 TTR 유전자 및 단백질을 성공적으로 발현한다
RT-qPCR 및 ELISA 검출 결과, B6-hTTR 마우스는 인간화된 TTR 유전자 및 단백질을 성공적으로 발현하였으며, 내재된 마우스 Ttr 유전자는 발현되지 않았습니다.
그림 4: B6-hTTR 마우스에서 인간화된 TTR 유전자 및 단백질 발현 검출
B6-hTTR 마우스는 소형 핵산 약물의 유효성 평가에 활용된다
뷰트리시란은 원형 및 변이형 인간 TTR mRNA를 결합하고 분해할 수 있는 siRNA 약물로, 2022년 성인 유전성 ATTR-PN 치료에 승인되었습니다 [9] . 검증 데이터에 따르면, 뷰트리시란 단일 피하 주사 후 B6-hTTR 마우스의 혈장 내 인간 TTR 단백질 발현 수준은 대조군에 비해 유의미하게 낮아졌습니다.
그림 5: B6-hTTR 마우스에서 소형 핵산 약물 뷰트리시란의 체내 유효성 검사
H11-Alb-hTTR*V50M 마우스는 인간 변이 TTR 유전자 및 단백질을 발현한다
H11-Alb-hTTR*V50M 마우스는 인간 TTR 유전자에 p.V50M 병적 돌연변이를 포함하여 마우스 H11 안전한 장소(locus)에 삽입하여 구축되었습니다. 이 모델은 인간화된 TTR 유전자 및 단백질을 성공적으로 발현하였으며, 체내 발현 수준은 B6-hTTR 마우스보다 훨씬 높습니다.
그림 6: H11-Alb-hTTR*V50M 마우스에서 인간화된 TTR 유전자 및 단백질 발현 검출
요약
B6-hTTR 마우스(제품 ID: C001512)와 H11-Alb-hTTR*V50M 마우스(제품 ID: C001525)는 모두 인간화된 TTR 유전자 및 단백질을 성공적으로 발현하였습니다. 이러한 마우스 모델의 TTR mRNA는 인간 TTR을 표적으로 하는 소형 핵산 약물에 의해 효과적으로 타겟팅되어 번역 발현이 억제되고, 마우스 내 인간화된 TTR 단백질 수준이 감소하였습니다. 따라서 이 두 마우스 모델은 ATTR 질환의 병태생리 연구 및 표적 약물의 유효성 평가에 효과적인 도구로 활용될 수 있으며, 특히 타겟 유전자 편집, 반의사염기서열(ASOs), 소형 간섭 RNA(siRNA) 약물과 같은 인간 TTR 유전자 및 mRNA를 표적으로 하는 정밀 표적 치료제 개발에 있어 중요한 역할을 합니다.
또한, Cyagen은 자체 개발한 TurboKnockout 융합 BAC 재조합 기술을 활용하여 B6-hTTR 마우스 모델 기반의 맞춤형 서비스를 제공하고 있습니다. 이 기술을 통해 다양한 인간화된 점 돌연변이 질환 모델을 구축할 수 있으며, 특정 점 돌연변이에 맞춘 맞춤형 모델을 제공함으로써, 다양한 TTR 병적 돌연변이를 정밀 치료제로 표적으로 하는 연구자들의 약물 스크리닝 및 약리학 실험 요구를 충족시킬 수 있습니다.
참고문헌:
[1]Alnylam Pharmaceuticals, Inc. (2024, February 15). Alnylam Pharmaceuticals Reports Fourth Quarter and Full Year 2023 Financial Results and Highlights Recent Period Activity [Press release]. Retrieved from https://investors.alnylam.com/press-release?id=27941
[2]Gillmore JD, Gane E, Taubel J, Kao J, Fontana M, Maitland ML, Seitzer J, O'Connell D, Walsh KR, Wood K, Phillips J, Xu Y, Amaral A, Boyd AP, Cehelsky JE, McKee MD, Schiermeier A, Harari O, Murphy A, Kyratsous CA, Zambrowicz B, Soltys R, Gutstein DE, Leonard J, Sepp-Lorenzino L, Lebwohl D. 타겟 유전자 편집(Targeted Gene Editing)을 통한 트랜스티레틴 아밀로이드증의 CRISPR-Cas9 체내 유전자 편집. N Engl J Med. 2021 Aug 5;385(6):493-502.
[3]Ibrahim RB, Liu YT, Yeh SY, Tsai JW. 동물 모델이 트랜스티레틴 아밀로이드증의 병태생리 및 치료법 연구에 기여한 점. Front Physiol. 2019 Apr 2;10:338.
[4]Nativi-Nicolau JN, Karam C, Khella S, Maurer MS. 임상에서 ATTR 아밀로이드증 스크리닝: 겹치는 질환, 오진 및 다장기 인식. Heart Fail Rev. 2022 May;27(3):785-793.
[5]Koike H, Katsuno M. 트랜스티레틴 아밀로이드증: 임상적 범위, 병태생리 및 질환 개선 치료법에 대한 최신 정보. Neurol Ther. 2020 Dec;9(2):317-333.
[6]Merino-Merino AM, Labrador-Gomez J, Sanchez-Corral E, Delgado-Lopez PD, Perez-Rivera JA. 트랜스티레틴 아밀로이드 심근병증 환자에서 유전자 검사의 활용성: 간략한 리뷰. Biomedicines. 2023 Dec 21;12(1):25.
[7]Aimo A, Castiglione V, Rapezzi C, Franzini M, Panichella G, Vergaro G, Gillmore J, Fontana M, Passino C, Emdin M. 트랜스티레틴 아밀로이드증을 위한 RNA 타겟팅 및 유전자 편집 치료법. Nat Rev Cardiol. 2022 Oct;19(10):655-667.
[8]Tomasoni D, Bonfioli GB, Aimo A, Adamo M, Canepa M, Inciardi RM, Lombardi CM, Nardi M, Pagnesi M, Riccardi M, Vergaro G, Vizzardi E, Emdin M, Metra M. 아밀로이드 트랜스티레틴 심근병증 치료: 임상 시험에서 얻은 교훈. Front Cardiovasc Med. 2023 May 23;10:1154594.
[9]Keam SJ. 뷰트리시란(Vutrisiran): 최초 승인. Drugs. 2022 Sep;82(13):1419-1425.
