Jeff Carroll작성자 Dr Jeff Carroll Dr Ed Wild에 의해 편집 됨 Prof Wooseok Im에 의해 번역됨

2018 HD Therapeutics Conference의 마지막 날입니다! 오늘은 두 세션이 진행될 것이고, 첫 번째는 HD 유전자에 의해 만들어진 단백질에 중점을 둡니다. 두 번째는 웨이브 생명 과학과 Ionis 제약회사들의 헌팅틴 단백질 낮추기 관련 임상시험에 대한 업데이트가 포함되어 있습니다.

목요일 아침 - 헌팅틴 단백질

모든 HD 환자는 동일한 돌연변이, 즉 C-A-G서열의 확장을 물려받습니다. 이 확장은 앞으로 우리가 HD 유전자라고 부를 유전자에서 일어납니다. 유전자는 단백질을 만드는 지침으로 세포에 사용됩니다. 오늘 첫 번째 세션은 HD 단백질에 초점을 맞추고 있습니다.

Kochanek 박사가 헌팅턴병 유전자 발견 25 주년 기념 생일 케이크로 발표한 헌팅틴 단백질의 구조
Kochanek 박사가 헌팅턴병 유전자 발견 25 주년 기념 생일 케이크로 발표한 헌팅틴 단백질의 구조

Grenoble Alpes 대학의 Sandrine Humbert 는 뇌의 발달에 대해 오랜 관심과 HD 유전자와 단백질이 이 과정에 어떻게 영향을 미치는지에 대해 관심을 가지고 있습니다. 이 과정을 이해하기 위해 Humbert의 연구실에서는 뇌에 HD 유전자와 단백질이 부족한 쥐를 만들었습니다. 그들은 HD 유전자가 결핍된 세포는 비정상적으로 분열되고 움직인다는 것을 발견했습니다. 뇌가 발달하는 동안 새롭게 태어난 세포는 적절한 위치를 향해 이동하는데, 이때 종종 다른 세포에 의해 형성된 “줄”을 따라 이동합니다. 이 과정은 HD 유전자가 삭제 될 때 변화되기 때문에 이에 대한 HD 유전자의 중요한 역할을 알 수 있습니다.

IRBM Science Park의 Andrea Caricasole은 헌팅틴 단백질의 “번역 후 변형"에 대한 대규모 연구를 진행하고 있습니다. 이것은 헌팅틴 단백질의 조그마한 화학적 "장식"을 가리키며, 세포가 단백질의 기능을 조정할 수 있게 하는 것 입니다. 예를 들어, 헌팅틴 단백질은 더해지거나 제거될 수 있는 수십 개의 태그를 가지고 있으며 다양한 신호에 반응하는 헌팅틴의 기능을 조정합니다. 이러한 장식 중 많은 부분이 헌팅틴 단백질에 흥미로운 작용을 하며 돌연변이 헌팅틴 단백질이 세포를 손상시키는 것을 방지 할 수 있습니다. 우리는 전에 HDBuzz에서 이것에 대해 언급한 적이 있습니다. Caricasole 팀은 각각의 헌팅틴 단백질 장식에 대해 매우 민감한 검사 도구를 개발 중입니다. 이것들은 질병 진행 과정 중 어느 것들이 변화되었는지를 추적할 수 있게 해주며, 고칠 수 있는 방법을 찾는데 도움이 될 수도 있습니다.

Washington University의 Rohit Pappu는 헌팅틴 단백질을 이해하는데 매우 집중된 접근법을 취하고 있습니다. 그의 실험실은 HD 돌연변이에 의해 그의 모양이 영향을 받는 단백질의 부분을 연구하는 도구를 개발하고 있습니다. Pappu의 실험실은 돌연변이에 의해 변경된 헌팅틴 단백질 부분의 모양을 예측하기 위해 엄청난 수준의 컴퓨터 성능을 사용합니다. 예를 들면, 이 기술을 통해 "올챙이” 모양을 관찰할 수 있었습니다. 이 올챙이의 모양은 HD 분야에서 치열하게 이루어진 논쟁의 주제였습니다! Pappu의 기술은 이 논쟁의 한 입장을 강력히 지지하며 우리가 헌팅틴 단백질의 중요한 측면을 더 잘 이해할 수 있도록 도와줍니다.

Emory University의 Xaio-Joang Li는 huntingtin 유전자가 어른 생쥐의 뇌, 신체 또는 두 부위 모두에서 스위치 OFF 될 수 있는 흥미로운 모델을 개발했습니다. 이 생쥐는 huntingtin 유전자가 확장되지 않았기 때문에 유전자의 ‘건강한’ 버전을 끄는 것이 나쁜 결과를 가져올 지 연구하는데 도움이 됩니다. 유전자가 꺼져도 다행스럽게 뇌에는 아무런 나쁜 일도 일어나지 않습니다. 하지만 예상 외로 췌장에 염증이 생기는 것을 발견하였습니다. 그것이 어떤 의미일지는 분명하진 않지만 현존하는 헌팅턴 치료를 낮추는 약물들은 신체가 아닌 뇌에서만 huntingtin 수치를 현저하게 감소시키는 것으로 여겨지고 있습니다. Li는 또한 CRISPR-Cas9 게놈 편집을 사용하여 생쥐에서 HD 유전자 내 유해한 부분만을 제거했습니다. 생쥐의 돌연변이 유전자를 비활성화하면 독성 헌팅틴 단백질의 형성을 성공적으로 감소시켰고 움직임이 향상되었습니다. Li 박사는 여기서 멈추지 않았고 CRISPR 게놈 편집을 사용하여 헌팅턴병 돼지 모델까지 만들었습니다. 돼지의 뇌는 인간과 비슷하기 때문에 신약 시험에 유용할 수 있습니다.

Kochanek는 단백질을 얼렸고 수천 장의 사진을 찍기 위해 전자빔을 사용했습니다. 그것들은 컴퓨터에 의해 결합되어 헌팅틴 단백질의 상세한 분자 구조의 최초 모습을 재연했습니다.

@UCSanDiego의 Ankur Jain는 RNA를 연구합니다 – 이것은 세포가 단백질을 만들기 위해 DNA의 지시정보를 사용하려고 할 때 생성되는 “메시지 물질"입니다. 우리의 DNA는 우리 세포의 핵 속에 존재하지만 RNA는 세포 전체에 자유롭게 떠다닙니다. 전통적으로, 많은 유전성 뇌 질환이 독성 단백질에 의한 것이라는 것이라고 이해되고 있지만 때로는 돌연변이 유전자에서 생성된 RNA 메시지 물질도 독성을 나타낼 수 있다는 증거가 증가하고 있습니다. 예를 들어, 일부 RNA 서열은 중요한 단백질 기계에 붙어 세포가 일하는 것을 방해할 수 있습니다. RNA의 독성을 나타낼 수도 있는 한 가지 징후는 HD 및 다른 뇌 질환의 경우 세포에서 볼 수 있는 비정상적인 RNA 뭉치의 형성입니다. Jain은 젤리를 만들 때와 같이 가열하고 냉각시켜 인공 RNA를 만들 수 있음을 발견했습니다. 이 뭉치는 RNA가 CAG 확장과 같이 끈끈한 염기 서열을 가지고 있을 때에만 형성됩니다. 이러한 RNA 뭉치가 HD에서 해가 되는지의 여부는 분명하지 않지만 충분히 가능성이 있습니다. 예를 들어, RNA가 핵에 달라 붙게 되면 단백질을 생성하는 데 사용될 수 없습니다. 안티센스 물질 (현재 HD 사람 대상 임상 실험에 사용되고 있는 것 같은)은 핵 내의 RNA에 붙어서 그들이 RNA 뭉치를 형성하는 것을 방지할 수 있습니다. 이론상 다른 약물들도 뇌 질환에 있어 RNA 점착 문제를 해결하는 데 사용될 수 있습니다.

Stefan Kochanek이 최근 흥미로운 발표를 했습니다. Stefan Kochanek의 실험실에서 헌팅틴 단백질의 구조가 밝혀졌습니다. 단백질이 어떻게 생겼는지 알아내는 것은 그들이 어떻게 작용하는지를 이해하고 약물을 사용하여 그것을 어떻게 바꾸는지를 이해하는 데 있어 매우 중요한 단계입니다. Huntingtin 유전자는 25년 전에 발견되었지만 단백질은 크고 흔들거리고 끈적해서 그 구조를 발견하기란 정말 어려웠습니다. 한 팀은 단백질을 심지어 우주로 보내 크리스탈이 형성되도록 하려고 했지만 결실은 없었습니다. Kochanek의 팀은 다른 사람들이 실패한 것을 성공하였고 그 결과는Nature에 게시되었습니다. 이는 HAP40 ("huntingtin-associated protein 40”) 이라는 또 다른 단백질을 사용하여 huntingtin을 안정화시키는 것이었습니다. 일단 HAP40으로 헌팅틴이 안정화되면 Kochanek는 단백질을 동결시키고 전자 빔을 사용하여 수천 장의 사진을 찍습니다. 그것들은 컴퓨터에 의해 결합되어 헌팅틴 단백질의 상세한 분자 구조의 최초의 사진을 산출해냅니다. 이것은 매우 멋지고 우리에게 연구되어야 할 많은 과제를 제시합니다. 다만 한가지 주의 할 점도 있습니다. 일부 영역은 구조를 파악하기에는 여전히 너무 흔들거리는데, 예를 들면 돌연변이가 포함된 단백질의 시작 부분 중 주요 부분들이 그러합니다.

Thursday 오후 – 헌팅틴 낮추기

헌팅틴 낮추기 치료법에 대한 마지막 세션으로 오늘의 마지막 시간을 가집니다. 헌팅틴 낮추기란, 헌팅틴 단백질의 수준을 낮추는 것을 목표로 하는 접근 방법을 뜻합니다. [이것을 할 수 있는 방법이 많이 있지만, 많은 사람들이 보통 HD 유전자 정보와 헌팅틴 단백질 사이의 중간 과정의 “RNA"를 표적으로 삼습니다 (/ 243).

이것은 매우 중요한 그래프입니다! 그것은 HTTRx의 각 용량이 뇌척수액에서 돌연변이 huntingtin을 낮추는 비율을 보여줍니다 - 더 높은 복용량은 거의 50% 감소한 훌륭한 결과입니다.
이것은 매우 중요한 그래프입니다! 그것은 HTTRx의 각 용량이 뇌척수액에서 돌연변이 huntingtin을 낮추는 비율을 보여줍니다 - 더 높은 복용량은 거의 50% 감소한 훌륭한 결과입니다.

Michael Rape, UC Berkeley는 세포 속의 개별 단백질을 파괴하도록 세포를 속이는 것에 관심이 있습니다. HD를 비롯한 많은 경우에 특정 단백질을 선택적으로 제거하는 것이 도움이 됩니다. 세포는 하나 이상의 단백질 분해 경로를 가지고 있습니다 - 중요한 것은 "ubiquitin"이라는 라벨 역할을 하는 작은 화학적 장식을 사용합니다. 세포는 유비퀴틴을 일종의 "먹는 것” 이라는 신호로 인식하고 이를 운반하는 단백질을 분해합니다. Rape의 연구실은 유독성 일 수 있는 단백질을 매우 빠르게 파괴해야 하는 단백질을 표시하기 위해 세포가 ubiquitin tag를 어떻게 사용하는지 이해하는 데 관여해왔습니다. Rape의 연구실에서는 처음으로 연구자들이 단백질이 이 빠른 파괴 과정을 거치는 것을 관찰할 수 있도록 하였습니다. 신속한 단백질 파괴를 가능하게 하는 이 기계는 Rape 팀이 관심있어 하는 매우 강력한 도구입니다. 최근에 개발된 기술인 “PROTAC"은 연구자가 유비퀴틴 시스템을 이용하여 세포를 구동시켜 특정 단백질을 파괴 할 수 있게 해줍니다.

Scott Zeitlin (University of Virginia)은 HD 마우스와 함께 돌연변이 huntingtin, normal huntingtin 혹은 둘 다 낮출 때 어떤 일이 일어나는지 알아 내려고 노력합니다. 각 개인은 각 부모로부터 하나의 헌팅틴을 상속받으며, HD를 가진 대부분의 사람들은 정상적인 사본 하나와 돌연변이 사본 한 개를 가지고 있음을 기억하십시오. 과학자들은 건강/정상인 단백질을 야생형 (wild-type)에서 주로 발견되기 때문에 "야생형” 이라고 부릅니다. 모든huntingtin- 저하 요법은 뇌에 있는 헌팅틴 단백질의 총량을 줄이기 위해 이러한 질문을 중요시 합니다. Ionis’의 약물과 같이 어떤 약물들은 두 버전의 단백질을 동등하게 줄입니다. 반면 Wave의 약물을 포함한 몇몇 다른 약물들은 돌연변이 단백질을 단독으로 혹은 야생형 단백질 보다 더 많이 줄이는 것이 유익 할 것이라고 생각합니다. 그러나 헌팅틴을 낮추는 것이 안전한지는 아직 미궁 속에 있습니다. Zeitlin은 돌연변이형, 야생형 혹은 두 단백의 생산 모두가 쥐가 완전히 자라게 되면 줄어들게 되는 쥐들을 키워냈습니다. Zeitlin은 돌연변이 huntingtin을 낮추는 것이 뇌에서 단백질 축적의 측면에서 더 큰 효과가 있다는 것을 발견했습니다. 마찬가지로, 돌연변이 huntingtin의 초기 감소는 마우스의 체중 감량 및 이동 능력에 더 큰 이점을 제공했습니다. 두 가지 버전의 단백질 생산을 줄이는 것에서도 마찬가지였습니다. 특히, 초기 치료에 대해 더 큰 이익을 얻었습니다. 결론: huntingtin을 빨리 제어하는 것이 좋습니다. 어느 시험에서는 돌연변이 단백질을 낮추면 성능이 향상되었지만 두 버전을 모두 억제하는 경우에서는 향상되지 않았습니다. 그렇지 않은 경우에 두 가지 방법 모두 비슷하게 효과적이었고 대신 핵심 요소는 조기 치료의 여부였습니다. Zeitlin은huntingtin이 회복된다면 어떻게 될지를 지켜보았고 이것은 생쥐에게 결코 좋지 않았습니다. 당연한 것이겠지만 단기 치료보다 장기 치료가 더 낫다는 것을 의미합니다.

OHSU의 Jodi McBride는 RNA 파괴 물질을 만드는 데 도움이 되는 뇌 세포에 지침을 전달하기 위해 무해한 바이러스를 사용했던 그녀의 연구를 설명합니다. 이러한 종류의 접근법의 장점 중 하나는 이론적으로 단 한 번만의 치료로도 바이러스가 RNA 파괴 분자가 영원히 만들어질 수 있게 한다는 것입니다. 맥브라이드 (McBride)는 원숭이에게서 치료 방법을 연구하고 있습니다. 원숭이들은 우리와 비슷한 훨씬 더 복잡한 두뇌를 가지고 있습니다. 구체적으로 말하자면, 그녀의 연구팀은 “조가피핵(putamen)"이라고 불리는 뇌의 일부에 바이러스를 전달하기 위해 노력하고 있습니다. 조가피핵은 HD에서 가장 취약한 두뇌 영역 중 하나이기 때문에 특히 흥미롭습니다. HD 변이를 상속받은 사람들이 엄청난 수축을 겪는 부분이기 때문입니다. 맥브라이드 (McBride)는 주사를 맞으면서 뇌를 이미지화하기 위해 MRI를 사용하는 것을 포함하여 바이러스 전달에 필요한 뇌 수술에 있어서의 개선에 대해 설명합니다. 바이러스 치료로 인해 HD 유전자 RNA가 조가피핵 전체에 걸쳐 약 절반으로 감소한, 이전 시도와 비교했을 때 현저한 개선이 있었습니다. 다음으로- Wave Life Sciences의 Mike Panzara는 HD 용 "Antisense Oligonucleotides”(ASO)를 사용한 2개의 임상 시험을 계획하고 있습니다. ASO는 짧고 변형된 DNA로서, 세포에 들어가서 표적 RNA를 파괴하여 표적 단백질의 수준을 낮춥니다.

Panzara는 현재 Wave가 HD 환자들 대상 ASO 관련 임상시험을 2건 시행하고 있다고 군중들에게 알려주었습니다. 왜 두 개의 시험이냐고요? Wave의 접근 방식은 HD 유전자에서 SNP (snips)라고 불리는 아주 작은 유전적 변이를 타겟으로 합니다. 이러한 작은 변이는 HD를 유발하지 않으며, 개인간 관찰 할 수 있는 정상적인 유전적 다양성의 일부일 뿐입니다. 흥미롭게도 이러한 다양성은 각 사람이 가지고 있는 HD 유전자 2개 중 하나에서만 발견됩니다. 이 다른 점을 표적으로 함으로써, Wave의 ASO는 HD 유전자의 돌연변이 및 비 돌연변이 사본을 구별 할 수 있습니다. Wave는 현재PRECISION-HD1 및 PRECISION-HD2라는 연구에서 2개의 ASO에 대한 초기 안전성 연구를 수행하고 있습니다. 이 연구에서 사용된 ASO는 HD 유전자의 다양한 유전적 변이를 표적으로 합니다. 이 접근법에서 중요한 것은 사람들이 HD 돌연변이를 물려받는 것뿐만 아니라 돌연변이 복사본을 표적화 할 수 있는 변형 또한 동반해야 한다는 것입니다. 따라서 이러한 실험은 반드시 이러한 변형을 겪고 있는 환자들에게 초점을 맞추어야 합니다. 웨이브 (Wave)는 이러한 변종을 검출하고 어떤 것이 정상적인 복사본이 아닌 HD 유전자의 돌연변이 복사본에만 있는지를 확인하는 정말 멋진 새로운 기술을 개발했습니다. Wave는 연구 대상자 64 %에서 ASO의 대상자를 찾을 수 있는 예비 조사를 실시했습니다.

Tabrizi는 처음 연구에서 용감한 자원 봉사자에게 “진정한 연구 영웅"이라고 칭찬하면서 자발적인 박수를 보냈습니다.

다음으로, Ionis의 Anne Smith와 UCL의 Sarah Tabrizi는 HD 유전자의 두 사본 모두를 대상으로 ASO를 테스트하기 위해 고안된 시험 결과를 제시합니다. 이것은 수년간의 노력의 결실입니다 - Smith는 2005 년 Ionis 프로그램이 시작되었음을 상기시켜주었습니다. 그들은 세포 및 동물 연구로 시작하여 ASO 치료가 헌팅틴 단백질을 감소시키고 HD 유사 증상을 개선한다는 초기 증거를 제공했습니다. HD 쥐 모델 연구의 2012 년과 2013 년 결과는 huntingtin 을 낮추면 HD 유사 증상이 개선된다는 것을 보여주었습니다. Smith는 mutant 사본이 아닌 HD 유전자의 두 사본 모두를 대상으로ASO를 사용하기로 결정하는데 @ionispharma가 사용한 논리에 대해 간략히 설명합니다. ASO의 한 가지 이점은 두뇌 전반에 광범위하게 분포한다는 것입니다. 스미스 (Smith)는 척수에서 주사 후 뇌에 광범위하게 분포한다는 것을 보여주는 원숭이 대상 실험 데이터를 보여줍니다. 이오니스 (Ionis)는 또한 돼지와 같은 더 큰 동물을 연구하였을 때도 약물이 매우 널리 분포되어 있음을 발견했습니다. 또한 원숭이를 대상으로 15개월 간 진행한 독성 연구를 통해 약물의 장기간 투여가 비교적 안전하다는 것도 알아냈습니다. ASO로 치료받는 환자의 뇌 조직을 샘플링 하는 것은 거의 불가능합니다. ASO가 제 기능을 하는지 어떻게 알 수 있을까요? 스미스 (Smith)는 뇌에서의 헌팅틴 (huntingtin)의 저하와 척수에서의 저하 사이의 관계를 확립하는 원숭이 연구를 발표했습니다. 이로 인해 이오니스 (Ionis)는 뇌와 척수액에서 (요추 천자를 통해 접근이 용이한) 얼마나 많은 헌팅틴 (Huntingtin) 저하가 일어날지 예측하는 매우 복잡한 컴퓨터 프로그램을 만들 수 있었습니다. 이 시점에서, Ionis는 ASO를 위한 복잡한 인간 대상 시험을 수행 할 수 있는 자원과 경험을 갖춘 대형 제약 파트너인 Roche와 합류했습니다.

다음으로 무대에 오른 Sarah Tabrizi는 Ionis / Roche의 ASO 치료에 대한 최초의 인간 대상 시험을 설명합니다. 이 연구는 "안전성” 연구로 약물이 안전한지를 확인하기 위해서였습니다. 이 연구는 영국, 독일 및 캐나다를 포함한 9개 지역에서 수행되었습니다. ASO는 척수액 주입을 통해 “상승용량” 투여 법으로 환자에게 전달되었는데 초기 연구 등록 대상자는 저용량, 나중에 등록된 대상자는 더 높은 양을 투여 받았음을 의미합니다. 복용량을 늘리므로 서 의사는 연구와 독립적으로 안전성 평가를 수행 할 수 있습니다. 이 연구는 매우 용감한 46 명의 연구참여 지원자를 대상으로 하였습니다. 이들은 처음으로 약물에 노출되는 위험을 감수합니다. 연구자들은 척수액에서 헌팅틴 단백질의 수치를 측정 할 수 있었는데, 이전에 뇌에서의 수준과 상관 관계가 있다고 보여준 바가 있습니다 (우리가 직접 측정할 수 없다는 것을 기억하십니까) 감소의 크기는 정말 놀랍습니다 - 평균 40 ~ 50 % 였습니다! Tabrizi 는 헌팅턴 저하를 통해 길게는 6 개월 동안 계속 개선 될 수 있을 것이라는 연구원들의 생각을 설명하였습니다. 그리고 얼마나 많은 양의 뇌 단백질이 저하될 수 있는지 예측하였습니다. 이오니스 (Ionis)는 척추수액과 뇌 조직에서의 헌팅틴(huntingtin)의 감소에 대한 관련성을 예측 가능하게 하는 일종의 모델을 만들었습니다. 이것은 뇌 조직에서의 huntingtin 저하가 상당할 수 있음을 시사합니다. 환자는 안전을 위해 매우 주의 깊게 모니터링 되었지만 주요 유해 사례는 발견되지 않았습니다. Tabrizi 는 “이 약은 모든 투여량에서 안전하고 내약성이 뛰어났습니다” 라고 말했습니다. 성공입니다! 이 연구의 모든 대상자들은 이제 "공개 라벨 연장 (open label extension)"이라고 불리는 연구에 참여하고 있습니다. 위약군에 속한 사람들도 약물 투여군으로 옮겨져 계속 모니터링 될 것입니다. Tabrizi는 이 초기 연구에 지원한 용감한 대상자들에게 "진정한 영웅"이라고 칭찬하면서 감사의 표시를 전했습니다.

오늘 컨퍼런스를 긍정적으로 마무리 할 수 있어 기분이 좋습니다- Roche와 Ionis가 시험 약물이 증상을 개선시키는지를 확인하기 위해 더 많은 HD 환자를 대상으로 설계하고 있는 연구에 대한 기대가 매우 큽니다.

본 한글 기사는 영어원문을 의역하여 번역된 것으로서 일부 내용은 추가설명이 포함되거나 생략된 부분이 있을 수 있습니다.

HDBuzz의 공동 설립자 인 Ed Wild는 Ionis HTTRx 프로그램의 연구원이자 Ionis와 Roche의 과학 자문위원회 위원이고 그리고 WAVE 전 자문위원입니다. 그래서 이 글은 Jeff Carroll이 쓴 것입니다. Jeff는 Ionis와 마우 공동연구를 하고있으나 HTTRx 임상 시험에는 관여하지 않았습니다. 우리의 공개 정책에 대한 자세한 내용은 FAQ를 참조하십시오...