Tut4/7 발현 조절인자를 포함하는 암 예방 또는 치료용 약학적 조성물

발명의 배경과 필요성

기술의 배경과 문제점

• 마이크로 RNA(miRNA)는 생성 과정에서 두 개의 가닥(5p, 3p) 중 하나를 선택하여 유전자 발현을 조절하며, 이 '가닥 선택' 과정은 생물학적으로 매우 중요합니다.

• 세포 유형에 따라 주로 선택되는 miRNA 가닥이 바뀌는 현상을 '암 스위칭(arm switching)'이라 부르며, 이는 조직 분화 및 암 발달에 영향을 미칠 수 있습니다.

• 하지만, 이러한 가닥 선택 조절의 정확한 분자 메커니즘과 생리학적 중요성은 명확히 밝혀지지 않은 기술적 문제점이 있었습니다.

기술의 필요성

• 암 발달과 관련된 miRNA의 '암 스위칭' 현상을 제어할 수 있는 새로운 분자적 타겟의 발굴이 필요했습니다.

• '암 스위칭'을 인위적으로 조절하여 암세포의 분열을 억제하고 암 발달을 저해할 수 있는 새로운 치료 전략 개발이 요구되었습니다.

• 기존에 알려지지 않았던 miRNA 조절 메커니즘을 규명하여, 이를 기반으로 한 혁신적인 암 예방, 치료 및 진단 기술의 개발이 시급했습니다.

구현 방법

기술의 원리

• 본 발명은 말단 유리딘화 효소인 TUT4/7이 pre-mir-324를 유리딘화(uridylation)하여 다이서(Dicer) 효소의 절단 위치를 변경시키는 원리를 이용합니다.

• TUT4/7에 의한 유리딘화는 기능이 서로 다른 3가지 마이크로 RNA(miR-324-5p, miR-324-3p.1, miR-324-3p.2)의 생성 비율을 조절하는 '암 스위칭' 현상을 유도합니다.

• 결과적으로 TUT4/7의 기능을 억제하면, 암세포 증식을 억제하는 miR-324-5p의 양은 늘리고, 암세포 증식을 촉진하는 miR-324-3p.1의 양은 줄여 항암 효과를 나타냅니다.

구체적인 구현 방법

1. TUT4/7 저해제 투여: TUT4 또는 TUT7 유전자에 특이적으로 결합하는 짧은 간섭 RNA(siRNA)를 사용하여 TUT4/7의 발현 및 기능을 억제합니다.

2. 마이크로 RNA(miRNA) 복합체 활용: 치료 효과를 높이기 위해 암세포 증식을 억제하는 miR-324-5p를 포함하는 복합체를 함께 투여할 수 있습니다.

3. 약학적 조성물 제형화: 상기 활성 성분들을 약제학적으로 허용되는 담체와 혼합하여 주사제, 정제 등 다양한 형태로 제형화하여 투여합니다.

기술의 장점

• 새로운 항암 타겟 제시: 기존에 알려지지 않았던 TUT4/7 효소와 mir-324의 '암 스위칭' 메커니즘을 항암 치료의 새로운 타겟으로 제시합니다.

• 선택적 세포 증식 억제: 암세포 증식에 관여하는 특정 miRNA 이형체(isoform)의 생성을 선택적으로 조절하여, 정상 세포에 미치는 영향을 최소화하면서 암세포의 분열을 효과적으로 억제할 수 있습니다.

• 넓은 적용 가능성: 본 기술은 교모세포종을 포함한 뇌종양, 결장암, 폐암, 간암 등 다양한 종류의 암에 대한 예방 및 치료에 잠재적으로 적용될 수 있습니다.

• 진단 마커로의 확장성: 암 조직에서 특이적으로 발현이 증가하는 TUT4/7 및 변화하는 miR-324-5p/3p.1 비율을 암 진단용 바이오마커로 활용할 수 있습니다.

실험 및 결과

실험의 목적

본 연구의 목적은 TUT4/7 효소에 의한 pre-mir-324의 유리딘화가 '암 스위칭' 현상을 유발하고, 이 메커니즘이 교모세포종(GBM)과 같은 암세포의 주기 진행을 조절하는 핵심적인 역할을 하는지 분자 수준에서 규명하는 것입니다.

실험 방법 및 과정

1. 샘플 준비 및 시퀀싱: 인간 세포주 및 마우스 조직에서 RNA를 추출하고 AQ-seq(바이어스가 최소화된 sRNA-seq)를 수행하여 miRNA 이형체의 발현량을 분석했습니다.

2. TUT4/7 기능 억제 실험: HEK293T 세포에서 siRNA를 이용하여 TUT4/7 유전자를 녹다운(knockdown) 시킨 후, sRNA-seq 및 노던 블롯을 통해 mir-324 이형체 조성의 변화를 관찰했습니다.

3. 시험관 내 다이서 절단 분석: 방사성 표지된 합성 pre-mir-324와 면역침전법으로 정제한 다이서 효소를 반응시켜, 유리딘화가 절단 위치에 미치는 영향을 확인했습니다.

4. 세포 주기 분석: 교모세포종 세포주(A172)에 합성 miRNA 또는 TUT4/7 siRNA를 처리한 후, 웨스턴 블롯으로 사이클린 단백질 변화를 확인하고 유세포 분석으로 세포 주기 변화를 측정했습니다.

실험 결과

실험 결과, 암의 일종인 교모세포종(GBM) 조직에서 정상 뇌 조직에 비해 TUT4와 TUT7의 발현이 현저하게 증가하는 것을 확인했습니다. 이러한 TUT4/7의 발현 증가는 암세포 증식을 촉진하는 miR-324-3p.1의 비율을 높이고, 증식을 억제하는 miR-324-5p의 비율을 낮추는 '암 스위칭' 현상과 음의 상관관계를 보였습니다. TUT4/7의 발현을 억제했을 때, 세포주기 G1 단계가 정지되며 암세포 증식이 억제되는 것을 관찰하여 본 기술의 항암 효과를 입증했습니다.

활용 방안 및 기대효과

활용 방안

• RNA 기반 항암 치료제 개발: TUT4/7을 표적으로 하는 siRNA 또는 mir-324 '암 스위칭'을 조절하는 핵산(miRNA 복합체 등)을 활용한 신개념 항암 신약 개발

• 정밀 의료 진단 키트 개발: 환자의 암 조직에서 TUT4/7 유전자 및 miR-324-5p/3p.1 비율을 측정하여 암을 조기 진단하거나 예후를 예측하는 진단 키트 개발

• 병용 치료 전략: 기존 항암제와 병용 투여하여 치료 효과를 극대화하고 내성을 극복하는 치료법 연구

기대효과

• 혁신 신약 파이프라인 확보: 새로운 작용 기전(MoA)을 가진 First-in-class 항암제 개발을 통해 글로벌 시장에서 경쟁력 있는 신약 파이프라인을 확보할 수 있습니다.

• 난치성 암 치료 가능성 제시: 치료가 어려운 교모세포종 등 악성 뇌종양에 대한 새로운 치료 대안을 제시하여 환자의 생존율과 삶의 질을 향상시킬 수 있습니다.

• 플랫폼 기술로의 확장: miRNA의 생성 및 가닥 선택을 조절하는 본 기술은 암뿐만 아니라 다른 난치성 질환의 치료제 개발을 위한 플랫폼 기술로 확장될 수 있습니다.

시장 동향

시장 규모 및 성장 전망

교모세포종 치료제 시장은 높은 미충족 의료 수요로 인해 가파른 성장이 예상되는 분야입니다. 주요 7개국(미국, 영국, 프랑스, 독일, 이탈리아, 스페인, 일본) 시장은 2014년 6억 5,900만 달러에서 연평균 17.4%의 높은 성장률을 보이며 2024년 33억 달러 규모로 확대될 것으로 전망됩니다.(출처: yakup.com)

• 글로벌 시장 성장률: 전반적인 글로벌 교모세포종 치료제 시장은 예측 기간 동안 연평균 8%의 꾸준한 성장률을 기록할 것으로 예상됩니다. (출처: GII)

• 아시아 태평양 지역의 부상: 특히 아시아 태평양 지역은 의료 인프라의 빠른 발전과 정부의 연구 개발 투자 증가에 힘입어 가장 높은 시장 성장률을 보일 것으로 기대됩니다. (출처: Emergen Research)

주요 플레이어 및 경쟁 환경

현재 교모세포종 치료제 시장은 로슈의 '아바스틴' 등이 사용되고 있으며, 브리스톨 마이어스 스퀴브의 '옵디보'가 차세대 표준 요법으로 기대를 모으고 있습니다. 이 외에도 다수의 글로벌 제약사들이 관련 파이프라인을 개발 중이며, 혈뇌장벽(BBB) 투과 기술을 보유한 국내 기업들도 유망주로 주목받고 있습니다.

산업 동인 및 기회 요인

1. 신기술 접목 가속화: 차세대 시퀀싱(NGS) 및 인공지능(AI) 기술의 발전으로 새로운 약물 타겟 발굴과 환자 맞춤형 치료법 개발이 활발해지고 있습니다.

2. 면역항암제 개발 확대: 종양 미세 환경을 표적으로 하는 새로운 면역 요법 개발이 시장 성장의 주요 동력으로 작용하고 있습니다.

3. 규제 기관의 지원: 미국 FDA의 고속 심사 지정(Fast Track Designation)과 같은 규제 완화 및 신속 허가 지원책이 신약 개발을 촉진하고 있습니다.

4. 뇌 질환 부담 증가 및 고령화: 전 세계적인 고령 인구 증가와 함께 교모세포종과 같은 뇌 질환 환자 수가 늘어나면서 효과적인 치료제에 대한 수요가 급증하고 있습니다.