연구요약

Transthyretin amyloidosis (노인성 전신성 아밀로이드증)은 ATTR 아밀로이드증으로 약칭되는 질병으로 주로 신경과 심장 등의 조직 내에 misfolded Transthyretin (TTR) 단백질로 구성된 amyloid가 점진적으로 축적되는 것이 특징이며 생명을 위협하는 질환이다. 유전성 질환과 wild type (야생형) 질병으로 구분되는데, 유전성은 전세계적으로 약 50,000명 정도의 환자가 있으며, 야생형은 200,000에서 500,000명 정도의 환자가 있다. 유전성은 신경과 심장 질환을 유발하고, 야생형은 cardiomyopathy 발병 후 heart failure로 발전하는 것이 알려져 있다. 치료를 하지 않을 경우 발병 후 3~10년내에 사망한다. 현재의 치료법으로는 단지 병의 진행을 늦추는 정도에 머물고 있다.

본 강의에서는 이를 치료하기 위하여 CRISPR-Cas9 시스템을 처음으로 임상에 도입한 결과를 보고하였다.

혈청내 아밀로이드 전구체 농도를 감소시키게 되면 사망률을 상당히 감소시키는데, TTR을 knockdown 시키게 되면 neuropathy와 cardiomyopathy 모두 임상적으로 좋은 치료 성적을 얻었다. 그러므로 연사인 Julian Gillmore 박사는 TTR를 타깃으로 한 유전자 치료제를 개발하게 되었다고 한다.

NTLA-2001은 혈청 내 TTR의 농도를 감소시킴으로써 ATTR 아밀로이드증을 치료하도록 설계된 생체내 유전자 편집 치료제이다. NTLA-2001은 CRISPR-Cas9 시스템을 기반으로 하며, Cas9 단백질에 대한 mRNA와 TTR을 targeting 하는 단일 가이드 RNA (sgRNA)를 포함하는 lipid nanoparticle (LPN)로 구성된다.

그림 1. NTLA-2001의 구성요소 및 체내 전달방법 모식도 (Gillmore, JD, 2021)

이 LNP는 정맥주사로 주입되어 간으로 가서 간세포의 lipoprotein (LDL) receptor에 결합하여 endocytosis되어 세포 안으로 들어가 Endosome을 형성하게 된다. LNP의 내용물들 중 Cas9 encoding mRNA는 세포질에서 전사 번역되어 Cas9 Endonuclease 효소가 되고, TTR specific sgRNA와 결합하여 clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)-Cas9 ribonucleoprotein 복합체를 형성한다. 이들은 다시 핵 안으로 들어가서 TTR specific guide RNA가 TTR 유전자를 조준하여 결합하면, Cas9 Endonuclease가 TTR 유전자를 파괴하여 정상적인 유전자는 더 이상 발현되지 못하고 기능이 없는 돌연변이만 발현되게 한다. 결국 정상적인 TTR 단백질이 만들어지지 않게 되어 체내 TTR의 농도는 급격히 감소하게 된다.

그림 2. NTLA-2001이 Hepatocyte에 흡수되는 과정과 TTR 유전자를 파괴하는 방법에 대한 모식도 (Gillmore, JD, 2021)

CRISPR-Cas9 시스템의 가장 큰 문제점은 Off target 즉, 원하지 않는 유전자를 조준/파괴하여 발생하는 부작용이다. 이를 막기 위해 상당히 많은 연구를 통해 Off target이 없는 guide RNA를 제작하였다고 한다.

이번 임상연구의 첫째 목적은 NTLA-2001의 safety, tolerability, pharmacokinetics, pharmacodynamics를 검증하는 것이었고, 두 번째 목적은 심장 질환에 대한 임상적 유의성을 측정하는 것으로 cardiac imaging, biomarkers, cardiopulmonary exercise test를 수행하였다.

임상적 의의

12명 환자를 대상으로 6개월간 임상시험을 수행하였고, NYHA class I/II 상태의 환자에게 0.7mg/kg (n=3), 1mg/kg (n=3), NYHA class III 상태의 환자 6명에게는 0.7mg/kg을 투약하였다. 6개월 동안 모든 환자들에게서 특별한 이상 증상은 없었다. 투약 후 28일째, TTR은 현저히 감소하여 각각 baseline에 비해 93%, 92%, 94% 감소하였고, 이는 임상시험을 한 6개월간 지속되었다. 향후 장기간의 추적 관찰을 할 예정이라고 하며, 동시에 수행한 neuropathy에 관한 결과도 발표할 예정이라고 한다. 이번 임상 시험 결과를 통해 CRISPR-Cas9 시스템이 유전자 치료 분야의 새로운 시대를 열 것으로 기대된다.

참고문헌

1) Gillmore, JD, et al, CRISPR-Cas9 In Vivo Gene Editing for Transthyretin Amyloidosis, N Engl J Med, 2021, 5;385(6):493-502.