항체의 기능을 향상시키는 항체 엔지니어링 > 뉴스 | 경희대학교 한의과대학 배현수 교수 연구실

항체들의 작용 활동은 Fcγ 수용체 (FcγRs)와의 결합과 함께 연관된 세포 내부의 신호전달 경로들에 의존한다. 항체의 Fc 부위와 FcγRs 간의 상호작용을 연구하기 위한 치료용 인간화나 키메릭 단일항체들의 전임상적인 평가는 서로 다른 종들 간의 구조적이고 기능적인 FcγR의 다양성에 의해 제한된다.
본 논문에서 미국 록펠러 대학 (The Rockefeller University)의 제프리 래베치 (Jeffrey V. Ravetch) 교수 연구팀은 인간 FcγRs를 발현하는 생쥐를 이용하여 항-탄저균 톡신 (toxin) 키메릭 단일항체의 중화 작용에 대한 FcγR 매개 경로들의 기여를 평가했다 (The Journal of Experimental Medicin 온라인판). 연구팀은 단일 항체를 FcγR이 결여된 생쥐에 주사하여 탄저균에 미미한 보호 반응을 보인 결과를 통해 이러한 단일 항체의 보호 작용이 FcγR에 크게 의존적임을 관찰했다. 연구팀은 특정한 FcγR에 대해 선택적으로 향상된 친화성을 갖은 특정한 Fc 도메인이 변형된 항-탄저균 톡신 단일 항체를 합성하여 FcγR-인간화 생쥐에서 그 기능을 조사했다. 연구팀은 활성화 FcγRs에 선택적으로 결합할 수 있는 Fc 도메인 변형체들이 시험관과 생체 내에서 탄저균 톡신-중화 항체들의 작용을 현저하게 향상시키는 결과를 얻어냈다. 이러한 발견은 Fc 도메인 엔지니어링의 응용을 통해 톡신 중화 작용을 향상시키는 엔지이어화된 항-톡신 항체들을 이용하여 치료 효능을 향상시킬 수 있음을 제안하고 있다.

하이브리도마 기술의 개발은 의학적인 치료제의 향상을 위한 전환기를 마련했고 다양한 질병들에 대해 효능을 갖고 있는 매우 특정한 단일항체의 생산을 가능하게 했다. Fab-항원 상호작용은 항체의 보호적인 작용에서 핵심적인 역할을 하는 반면 Fc 작용 활동과 Fab 매개를 통한 인지를 결합시킬 수 있는 방법은 미생물 병원균과 톡신으로부터 보호하는데 핵심적인 요소이다. Fcγ 수용체(FcγRs)는 면역수용체 타이로신-기반 활성화 모티브에 의존적인 세포내부 타이로신 카이네이즈의 활성화를 통해 세포를 활성화시키거나 면역수용체 타이로신-기반 억제 모티브 도메인을 통해 포스포테이즈 (phosphatases)를 호출하여 활성화를 차단한다. 즉, 활성화와 억제적인 수용체를 통해 면역 세포의 기능이 조절된다. FcγRs와 IgG의 상호작용으로 인한 세포의 활성화는 특정 수용체에 대한 Fc 도메인의 친화성과 작용세포들에서 이들 수용체들의 발현 패턴으로 결정된다. 대부분의 작용 세포들은 활성화와 억제 FcγRs를 동시에 발현하기 때문에 이러한 수용체에 대한 특정 IgG Fc의 부착 친화성의 비율이 IgG-FcγR 상호작용의 결과를 결정한다. 실제로 활성화나 억제 FcγRs에 결합되는 IgG 분자의 능력의 차이는 특정한 IgG 아형과 변형체들의 생체 작용을 결정하는 요소이다.

박테리아 톡신에 대한 항체-매개 중화작용은 톡신에 부착되는 항체의 가변 지역의 능력에 전적으로 의존하는 것으로 알려져 있다. 그러한 최근 발견들은 미생물 병원균들과 그들의 톡신에 대한 생체 내 보호 작용이 적절한 활성화를 위한 Fab 인지와 Fc 부착에 의존적임을 제안하고 있다. 결국 이러한 결과는 FcγRs의 특정 아형에 선택적으로 결합하는 Fc 도메인을 엔지니어링함으로써 항체들의 톡신 중화 작용을 향상시킬 수 있음을 의미하고 있다. 실제로 이뮤노글로블린의 Fc 도메인을 엔지니어하는 것이 서로 다른 병원체들에 대한 보호 효능과 항체-의존 세포-매개 세포독성과 옵서닌작용 (opsonization)을 포함하는 작용 기능들을 향상시킬 수 있다

지난 10여 년간 독성을 감소시키고 다양한 작용 기능을 향상시키는 인간화와 생쥐-인간 키메릭 단일 항체를 생산하기 위한 많은 연구들이 발전되어 왔다. 설치류와 비영장류 모델 시스템은 이러한 단일 항체들의 전임상적인 평가와 인간화와 키메릭 항체들을 개발하고 Fc-FcγR 상호작용을 연구하기 위해 일반적으로 사용되고 있지만, 이러한 모델들은 구조적인 다양성과 인간 백혈구들의 FcγRs 발현 패턴을 반영하지 못하고 있다. 따라서 연구팀은 생쥐의 FcγRs를 제거하고 인간에 특정한 발현 패턴을 재현하기 위해 모든 인간 FcγRs를 발현하는 유전자 변형 생쥐를 최근에 개발했다. 이러한 생쥐들은 기능적인 FcγR 부착과 신호전달 활동을 지니고 있고 인간 FcγR 시스템과 밀접하게 관련되어 있기 때문에 이러한 생쥐의 활용을 통해 인간 단일항체들의 중화 작용을 평가할 수 있다. 연구팀은 그 중화 작용에서 FcγR-매개 경로들의 역할을 연구하기 위해 FcγR-인간화 생쥐와 생쥐-인간 키메릭 형태의 보호적인 단일항체를 이용하여 잘 알려진 탄저균 톡신 중화 모델을 이용했다. 또한 연구팀은 이 단일항체의 특정한 Fc 도메인 변형체들이 인간 FcγRs의 특정 종류에 선택적으로 결합함으로 시험관과 생체 내 중화 작용을 현저하게 향상시킬 수 있다고 보고하고 있다.

(그림 설명) 생쥐-인간 키메릭 항-탄저균 톡신 단일항체의 생산과 기능 (A) 생쥐 IgG1, κ의 중쇄(CH1-3)와 경쇄(Cκ)의 불변 지역을 인간 hIgG1 와 Cκ의 동일 지역으로 각각 교환시켰다. 재조합 19D9 hIgG1 와일드 타입과 Fc 변형체들의 합성 모형도를 보여주고 있다. (B) 인간화 FcγR 와 FcγRα 제거 생쥐를 B. anthracis로 주사한 후 19D9 hIgG1 의 보호작용을 비교한 결과.