[붙임] 연구결과 개요

연구배경

2006년 학계에 보고된 오라이 칼슘채널(Orai calcium channel)은 지난 4반세기 동안 비밀에 쌓여있었던 미지의 칼슘채널이었다. 면역기능에 중요한 칼슘신호의 첫 관문이지만 모양 및 분자적 형태를 모르고 있었다. 2006년 면역기능이 결핍된 환자들에서 돌연변이가 일어난 오라이 채널의 존재를 확인함으로써 면역기능을 담당하는 오라이 칼슘채널의 연구가 본격적으로 시작되었다.

채널조절물질은 치료제후보물질로 사용이 가능하다. 따라서 오라이 채널의 조절을 통한 면역조절가능성 연구도 본격적으로 진행되기 시작했다. 하지만 많은 칼슘 채널들은 세포막에 칼슘이 들어갈 수 있는 통로를 만드는 비슷한 구조 및 기능을 가지고 있다. 따라서 기존의 채널조절물질 스크린방법은 수백억 원의 비용과 오랜 시간, 그리고 많은 인력이 요구되는 위험도가 높은 투자 분야다. 이에 다국적기업들이 주로 접근할 수 있는 영역이었다. 하지만 새로운 질환치료제의 개발을 위해서는 위험을 감수해야하는 분야이기도 하다.

기존의 면역억제제들의 부작용들을 극복하면서도 치료효율을 높일 수 있는 새로운 면역억제제의 개발요구가 증가되고 있는데, 면역활성화에 필수적인 오라이 채널이 새로운 타깃으로 대두되고 있다.

오라이 채널에 대한 기초연구를 통해 축적된 연구결과2, 3을 바탕으로 기존 다국적기업의 접근법과 다른 저비용 고효율 화합물스크린방법을 이용하고자 하였다. 이를 위해 여러 전문가들과 공동연구를 통해 새로운 오라이 결합 조절물질을 찾고 후보물질 발굴하여 효율이 높고 안전한 오라이 채널 타깃 면역조절제 물질을 개발하고자 하였다.

연구내용

본 연구에서는 면역작용에 중요한 칼슘채널을 타깃으로 새로운 면역조절제 후보물질을 발굴하였다. 12,000여개의 화합물을 칩으로 만든 마이크로어레이와 채널기능에 중요한 단백질 부위만을 선택적으로 분리, 이용하여 화합물과 단백질이 직접 결합하는 화합물들을 선택적으로 분리하여 면역억제 작용기작을 연구하였다.

화합물 마이크로어레이을 이용한 1차 스크린 결과 90여종의 결합화합물을 동정하였다. 그 가운데 세포독성이 없고 구조가 유사한 화합물을 골라내고, 이 중에서도 가장 효능이 좋은 천연화합물 1종(AnCoA4)을 선택하여 2차 스크린을 진행하였다.

AnCoA4화합물을 실험에 사용하기 위하여 천연추출방법과 합성을 통하여 대량으로 얻었다. 두 종의 화합물은 효능이 유사하였다. AncoA4에 의한 칼슘채널의 기능 억제, 즉 칼슘유입의 감소, 칼슘신호전달기작 억제, 면역억제 전사인자의 기능 억제, 면역세포 생리활성 신호물질인(Cytokine) 인터루킨2 (Interleukin 2) 의 합성을 억제하였다.

구조가 유사한 화합물들을 추가로 합성하여 구조와 효능의 비교실험(SAR: Structure-Activity Relationship)에서 AncoA4화합물에서 효능을 나타내는 기본골격과 최적의 구조변경에 대한 기초지식들을 확보하였다. 이러한 결과는 후속 후보물질 최적화에 유용하게 사용될 것으로 생각된다.

대다수의 화합물들이 가지고 있는 문제점이 타깃 선택성(Specifity, off-target effect)을 확인하는 결과 다른 칼슘채널에는 영향을 주지 않고 타깃 단백질인 오라이 채널(Orai1)에만 1uM 이하의 농도에서 채널기능을 억제한다는 점을 확인하였다. 그리고 어떤 단계에서 AnCoA4화합물이 칼슘채널억제효능을 최적으로 보이는지 조사하는 실험에서는 채널활성화단계 전뿐만 아니라 활성화 후에도 AnCoA4화합물이 채널에 결합하여 기능을 조절할 수 있다는 점을 확인하였다. 이 사실은 채널조절단계 및 시간이 자유롭다는 점에서 향후 질환을 발병 전과 후에 모두 적용 가능한 것으로 생각된다.

AnCoA4화합물의 오라이채널결합부위가 채널 말단부위에 결합하여 채널활성화단백질 (STIM1)의 결합을 방해함으로 채널활성화를 억제한다는 작용기작을 확인할 수 있었다. 그리고 AnCoA4화합물이 면역활성 칼슘신호전달의 여러 단계 중에서 시작단계인 채널에만 결합, 채널 자체를 억제하지만 다른 단백질들의 기능에는 영향을 미치지 못한다는 사실을 확인함으로써 기존의 면역억제제와 다른 타깃으로 한다는 사실을 확인할 수 있었다. AnCoA4가 후속연구를 통하여 실용화가 된다면 기존 면역억제제와 병용 및 선택 범위를 넓힐 수 있을 것으로 생각된다.

기대효과

우리 주위에서 쉽게 접할 수 있는 효능 좋은 면역조절제는 많다. 하지만 좋은 면역억제제의 단점을 조금이나마 보완하는 새로운 면역억제제의 개발 또한 요구된다. 면역은 우리 몸을 보호하는 방어체계이지만 때론 스스로를 파괴하는 질환을 만들게도 한다. 이러한 다수의 질환을 치료하고 예방하기 위한 전 세계적 노력이 지속되고 있다. 범위와 규모가 엄청나서 수치를 측정하기도 어렵지만, 장기이식 거부반응을 억제하기 위한 중증 면역억제제의 세계 시장규모만 2015년 150억 달러에 달할 것이라고 예측하고 있다 (BCC Research).

새로운 개념과 신기술을 토대로 향후 국내, 국제 공동연구의 토대가 될 수 있을 것이며, 현재 프랑스 Strasbourg에 있는 IGBMC와 면역 및 근육이상질환치료제의 가능성을 검증하는 공동실험을 준비 중이다. 미국 및 국제 특허의 취득으로 향후 경제적 성과 창출이 가능하다. 또 면역이상 치료제가 필요한 면역이상 질환에 의한 사회적, 경제적 부담 감소 및 국가 경제 손실 감소 및 국내 산업화 활성화에 기여할 것으로 생각된다. 무엇보다 기초연구의 결과이기에 채널 조절의 분자 기작 연구 결과를 공유하고 새로운 지식 및 조절 기술의 기초지식을 제공하여 향후 독성이 적고 광범위한 효능을 가진 새로운 면역억제제 개발 가능성 제시하였다.

[붙임] 그림 설명

[붙임] 용어설명

케미스트리 앤 바이올로지(Chemistry & Biology)

미국 Cell 출판사(Cell Press, Elsevier Press)에서 발행하는 16가지 연구결과 중심의 결과발표 국제 저널 중 하나. 생명과학과 화학 분야가 교차하는 새로운 기술 및 연구결과를 중시하고 있음

오라이 칼슘채널 (Orai1 Calcium Channel)

세포막에 존재하는 막단백질로 채널조절단백질 스팀1(STIM1)에 의해 활성화된다. 생체 모든 세포에 존재하며, 면역세포에서 채널의 존재가 처음 알려졌다. 이후 면역세포의 기능에 필수적인 칼슘신호전달기작을 야기한다. 오라이 채널의 돌연변이는 면역이 생기지 않는 중증복합면역질환(SCID, Severe Combined Immune Disorder)를 일으킨다고 알려져 있다.

면역억제제 (Immunosuppressant, Immunomodulator)

면역기능을 담당하는 다양한 면역세포의 기능을 억제하기 위한 약물이다. 스테로이드제제, 칼시뉴린억제제인 사이클로스포린(Cyclosporin A), 아자치오프린(azathioprine), 타크로리무스(tacrolimus), 마이코페노릭산(Mycophenolic acid, MPA), mTOR억제제인 시로리무스(Sirolimus), 브레드닌, 그리고 다양한 항림프구 항체가 널리 사용되고 있다. 이들은 단독으로 사용하기보다 2~3개를 함께 사용하는 2~3자 병용요법을 통해 부작용 및 효과를 증폭시키고 있다.