국제 헌팅턴병 인식의 날: 인간화 모델이 치료 혁신을 이끄는 방법을 알아봅니다

지난 5월 15일은 국제 헌팅턴병 인식의 날(International Huntington's Disease Awareness Day)입니다. 이 날은 헌팅턴병(HD, Huntington's Disease) 환자와 가족에 대한 인식을 높이는 동시에, 헌팅턴병이라는 치명적인 질환의 치료법 개발이 시급하다는 점을 전 세계에 알리는 날이기도 합니다.

'춤추는 병', '무도병'이라고 불리는 헌팅턴병은 보이지 않는 끈에 이끌리듯 환자가 점차 자신의 몸을 제어하지 못하게 만들고, 운동 능력과 인지 기능이 점진적으로 쇠퇴하는 퇴행성 신경 질환입니다. 전 세계 인구 중 10만 명당 약 3~7명이 헌팅턴병으로 고통받고 있으며, 현재까지 효과적인 치료법을 개발하지 못했습니다.

헌팅턴병(HD)의 병리 기전

Huntingtin(HTT) 유전자는 헌팅턴병(HD)과 연관된 병원성 유전자로, 중추신경계(CNS)를 포함한 다양한 조직과 장기에서 널리 발현되며 정상적인 발달에 필수적인 역할을 합니다. HTT 유전자의 코딩 영역 5' 말단 근처에는 삼핵산(trinucleotide)의 반복 서열인 CAG(Cytosine-Adenine-Guanine) 서열이 존재하며, 이는 translation 과정에서 Polyglutamine(polyQ) tract을 인코딩합니다.

헌팅턴병(HD)은 선조체(striatum)의 뉴런 손실을 특징으로 하는 신경퇴행성 질환이고, HTT 유전자에서 CAG 반복 서열의 잘못된 발현으로 인해 발생합니다. CAG 서열의 반복 횟수가 35번 이상이 되면 Polyglutamine(polyQ)이 비정상적으로 확장되어 HTT 단백질이 비정상적인 응집체가 형성됩니다.

이러한 잘못 접힌 단백질은 세포핵과 축삭 말단에 축적되어 신경전달, 세포 내 단백질 운반, 미토콘드리아(mitochondria) 기능을 방해하게 되며, 궁극적으로 신경 세포의 기능 저하 및 사멸로 이어집니다.

헌팅턴병(HD)을 위한 신약 개발

최근 몇 년간 헌팅턴병(HD)의 치료제 개발은 돌연변이 HTT 단백질(mHTT)을 제거하거나 기능적으로 교정하는 데 초점을 맞추고 있습니다. 주요 치료 전략으로는 유전자 침묵(Gene-Silencing) 접근법이 있으며, 대표적인 예로는 Roche의 안티센스 올리고뉴클레오타이드(ASO) 치료제 Tominersen, Wave Life Sciences의 RNA 간섭(RNAi) 치료제 WVE-003 등이 있습니다. 또한 mHTT 분해를 촉진하는 소분자 약물 PTC518, 신경 염증 억제를 타겟으로 하는 ANX005와 같은 약물도 주목받고 있습니다. 이 외에도 유전자 편집 기술과 줄기세포 이식 치료에 대한 첨단 연구가 진행되고 있습니다.

ASO 치료제 Tominersen의 III기 임상시험은 결과가 기대에 미치지 못했지만, 타겟 검증을 위한 중요한 데이터를 제공하였습니다. 현재 연구는 혈뇌장벽(BBB)을 통과할 수 있는 AAV 벡터 등 전달 시스템 최적화와 단백질 제거와 항염증 효과를 병합하는 병용요법에 대한 탐색으로 방향을 전환하고 있습니다. Base Editing과 적응형 임상시험(Adaptive clinical trials) 등의 최신 기술 도입을 통해, 헌팅턴병(HD) 치료법 개발은 점차 난관을 극복하고 더욱 정밀하고 타겟화된 정밀 치료로 나아가고 있습니다.

hHTT Q150 Knock-in 모델

그러나 상기한 치료 전략을 최적화하고 발전시키기 위해서는 헌팅턴병(HD)의 발병 기전에 대한 심층적인 이해와 함께 질환의 특성을 정확하게 시뮬레이션하는 실험 모델이 필요합니다.

이러한 연구 니즈를 충족하기 위해, Cyagen은 유전자 편집 기술을 활용하여 150개의 CAG 반복 염기서열을 가진 돌연변이 인간 HTT 유전자를 마우스 게놈에 정확하게 삽입한 hHTT Q150 Knock-in 마우스 모델을 개발하였습니다. (모델명: FVB-hHTT Q150 KI 마우스, 제품 번호: I001019)

연구 결과에 따르면, 이 마우스 모델은 헌팅턴병(HD)의 병리적 특징 및 기능 장애를 나타내며, 헌팅턴병(HD) 연구에서 신약 후보 물질 발굴, 약물 스크리닝 및 약물 안전성 평가에 매우 유용한 전임상 연구 모델로 활용될 수 있습니다.

1. Behavioral Test: Open Field Test

생후 2개월:

• 총 이동 거리
• 중심 구역에 머문 시간의 비율

그림 1. Wild-Type(WT) 마우스와 FVB-hHTT Q150 KI 마우스가 Open-Field Test(OFT)에서의 이동 거리(그림 A~C) 및 중심 구역에 머문 시간의 비율(그림 D~F).

• 중심 구역 이동 속도 및 주변 구역 이동 속도

그림 2. Wild-Type(WT) 마우스와 FVB-hHTT Q150 KI 마우스가 Open-Field Test(OFT)에서의 중심 구역 이동 속도(그림 A~C) 및 주변 구역 이동 속도(그림 D~F).

생후 3개월:

• 총 이동 거리
• 중심 구역에 머문 시간의 비율

그림 3. Wild-Type(WT) 마우스와 FVB-hHTT Q150 KI 마우스가 Open-Field Test(OFT)에서 총 이동 거리(그림 A~C) 및 중심 구역에 머문 시간의 비율(그림 D~F).

• 중심 구역 이동 속도 및 주변 구역 이동 속도

그림 4. Wild-Type(WT) 마우스와 FVB-hHTT Q150 KI 마우스가 Open-Field Test(OFT)에서의 중심 구역 이동 속도(그림 A~C) 및 주변 구역 이동 속도(그림 D~F).

2. Behavioral Test: Rotarod Test (생후 3개월)

그림 5. Wild-Type(WT) 마우스와 FVB-hHTT Q150 KI 마우스가 Rotarod Test에서의 지연 시간(latency).

3. 생후 14개월령의 악력 테스트, Rotarod Test 및 Open-Field Test(OFT)

그림 6. 생후 14개월 hHTT-Q150 KI 마우스의 악력 테스트, Rotarod Test 및 Open-Field Test(OFT) 분석 결과.

신경계 질환 및 신경근육 질환 연구 추천 모델

Cyagen은 완비된 동물 모델 개발 플랫폼을 활용하여 신경계와 관련된 2,000개 이상의 즉시 사용할 수 있는 KO/cKO 마우스 모델과 20종 이상의 신경계 질환에 대한 유전자 편집 및 약물 유도 설치류 모델을 제공합니다.

이러한 연구 모델 제작에는 knockout(KO), 조건부 knockout(cKO), point mutation(PM), transgenic, 인간화 모델 등 다양한 타겟팅 전략이 포함되어 있습니다. 재고 모델 외에도 특정 연구 니즈에 만족하는 맞춤형 모델 제작 및 공동 개발 서비스도 제공합니다.

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