코넥스 거래대금 1위 툴젠 치료제 개발 전략은?

툴젠이 보유한 유전자 가위 질병 치료 프로그램

한국거래소에 따르면, 30일 툴젠의 거래대금은 6억 5,480만원으로 코넥스 114개 종목 중 가장 높은 거래대금을 기록했다. 툴젠의 시가총액은 31일 기준 8,213억원을 기록하고 있어, 업계에선 코스닥 상장이 멀지 않았다고 보는 시각이 지배적이다. 툴젠은 1999년 김진수 서울대학교 교수가 설립해 1세대부터 3세대까지 유전자가위 기술만을 연구해온 바이오 기업이다. 툴젠은 유전자가위 기술을 바탕으로 인간의 질병 치료제와 형질개선 동식물 개발을 진행하고 있다. / 메디포뉴스는 지난 29일 한국제약바이오협회 4층 대강당에서 열린 제2회 KPBMA Bio Open Plaza’에서 이정민 툴젠 치료제연구소장이 발표한 내용을 토대로 툴젠의 치료제 개발 파이프라인을 전한다. [편집자주]

◆CRISPR-Cas9, 체내에 직접 주입하거나 세포에 주입하거나 

툴젠은 3세대 유전자 가위 CRISPR-Cas9을 치료제 개발로 활용하기 위해 ▲Genormalizer ▲Excellsior 전략을 취한다. Genormalizer는 CRISPR-Cas9 기반 생체 내(in vivo) 유전자치료법으로, 유전자가위를 생체에 직접 주입해 유전자를 변형시켜 질환을 치료하는 것이다. 

툴젠의 Genormalizer 프로그램으로는 ▲Eye program ▲Liver program ▲Neuro program이 있다. 이와 달리 Excellsior는 CRISPR-Cas9 기반 생체 외(ex vivo) 세포치료법으로, 체내에서 샘플(조직, 세포 등)을 빼낸 뒤, CRISPR-Cas9을 이용해 유전자 공정(engineering) 과정을 거쳐 다시 사람에게 주입하는 치료 방식이다. Excellsior 프로그램으로는 CAR-T와 관련해 진행되고 있다. 

이 소장은 Bio Open Plaza 자리에서 툴젠의 ▲노인성 황반변성 치료를 위한 eye program ▲샤르코 마리 투스병(CMT) 치료를 위한 Neuro program ▲CAR-T 프로그램을 소개했다. 

◆노인성 황반변성 치료- 신생혈관에 관여하는 인자 제거  

툴젠은 노인성 황반변성이 발병할 때, 비정상적으로 신생혈관이 발생하는 것에 주목했다. 툴젠의 전략은 비정상적인 신생혈관 생성에 관여하는 인자(factor) 2개를 선정한 뒤, CRISPR-Cas9을 이용해 그 인자(VEGFα, HIFα)를 제거해 노인성 황반변성을 치료하는 것이다.  

국립보건연구원 희귀난치성질환 정보에 따르면, 노인성 황반변성(Senial Mascular Degeneration)은 시력에 중요한 역할을 하는 황반에 나이가 들면서 드루젠, 망막생소상피위축, 맥락막신생혈관 등 변화가 생겨 시력상실을 초래하는 질환이다. 

노인성 황반변성 프로그램과 관련해 이 소장은 “혈관신생에 영향을 끼치는 인자(factor)를 쥐에 주입한 후에 혈관신생(neovascularization) 과정을 거쳐 신생혈관의 정도를 비교해 봤다. 대조군과 비교해 신생혈관 생성이 유의미하게 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 당뇨성 망막변성의 경우에도 비정상적으로 혈관누수(vascular leakage)가 발생하는데, 대조군에 비해 이와 관련된 유전자를 제거(knock out)한 마우스에 비해 현격하게 낮아지는 것을 확인할 수 있었다”고 설명했다. 

◆ 샤르코 마리 투스병 치료 – 유전자 조절하는 프로모터 조절 

샤르코 마리 투스병(CMT)에 대해 툴젠이 주목한 것은 ‘PMP22 유전자 과발현 억제’다. 툴젠은 PMP22 유전자의 과발현을 억제하기 위해 CRISPR-Cas9을 이용해 PMP22 발현량을 조절(regulation) 전략을 세웠다. 

CMT는 PMP22 유전자의 중복(duplication)으로 인해 발병되는 것으로 알려졌다. 정상인은 PMP22 유전자가 2 copy가 존재하는데, 환자의 경우 3 copy가 존재해 근육의 퇴보(degeneration)되는 현상을 보인다. 때문에 CMT를 치료하기 위해 가장 기본적인 접근법은 PMP22의 과발현을 줄이면 되는 것이다. 

그러나 PMP22 과발현을 줄이는 것에는 장애물이 있었다. 이와 관련해 이 소장은 “PMP22에 대해서 CRISPR-Cas9을 사용하게 되면, 한 copy만 특정(specific)하게 제거할 수 없었다. 3개의 PMP22 유전자 염기서열(Sequence)이 모두 동일하기 때문이다. 이 3개의 유전자가 동시에 제거되면 또 다른 질환으로 이어지게 된다는 것이 이미 보고돼 있었다”고 설명했다. 

툴젠이 선택한 전략은 유전자 발현의 조절(regulation)에 관여하는 프로모터(promoter) 발현을 관여하는 것이다. 

이와 관련해 이 소장은 “저희는 core sequence를 조작하는 대신, 조절(regulation)에 관여하는 promoter를 건드리는 전략을 세웠다. Promoter는 이 유전자 발현(gene expression) level을 조절하는 조절 부위인데, 저희의 가설은 core 부분을 조금 비효율적으로 만들면 copy 자체는 3 copy가 존재하더라도 promoter가 약하기 때문에 유전자 발현 수준(gene expression level)이 치료 가능한 (therapeutic) 범위로 들어오지 않을까 생각했다”고 말했다. 

◆CRISPR-Cas9으로 CAR-T의 효율성 조절 

CAR-T(Chimeric Antigen Receptor)의 준말로, 항체부터 얻은 암세포 특이적인 부분과 T cell 활성화(activation)에 관여하는 두 부분이 결합(fusion)된 형태를 띄고 있다. 즉, CAR-T는 암의 특정 부위를 인지해 T-cell 활성화 과정을 통해 암세포를 사멸시키는 메커니즘으로 작동하는 것이다. 

CAR-T의 문제점은 암세포가 자신을 보호하기 위해 분비하는 억제물질(inhibitory molecule)이나 억제신호(inhibitory signal)에 의해 효율이 떨어진다는 것이다. 툴젠은 이러한 문제를 해결하기 위해 CAR-T를 효율을 떨어뜨리는 인자(factor)를 찾아 CRISPR-Cas9을 이용해 제거했다. 툴젠이 주목한 인자는 DGK(diacylglycerol kinase)다. 

이와 관련해 이 소장은 “DGK가 제거된(knock out) 된 경우는 tumor infiltrate lymphocyte(tumor로 침입해서 들어갈 수 있는 CAR-T의 숫자)가 대조군에 비해 유의하게 증가돼 있다라는 결과를 얻어, DGK αㆍζ가 제거(knock out)된 경우는 실제 tumor에 들어가는 세포의 숫자가 증가하기 때문에 암세포를 잘 죽이는 것이 아닐까 하는 가설을 가지고 있다”고 설명했다.