<h1>치료용 항체의 성능을 향상 시키는 당사슬 구조</h1><p>최근에 치료용 항체가 각광을 받게 된 것은 하이브리도마 세포에서 생산 되어 생쥐의 아미노산 서열들을 갖고 있는 단클론 항체를 인간화 시키는 기술이 개발되면서 부터이다. 1980년대 후반 CDR-grafting과 CDR-walking 등의 “인간화 항체 제작기술”이 개발되었고, 이후 더욱 진보하여 1990년대에는 display 기술과 형질전환 생쥐 등을 이용한 "완전 인간항체 제작기술”이 개발되며 큰 발전을 거듭하고 있다. 그러나, 이제는 항체의 아미노산 서열만이 인간화 대상은 아니다. 초창기에는 치료용 항체를 NS0와 SP2/0와 같은 생쥐 유래의 하이브리도마 세포 등에서 발현하기도 하였으나, 최근에는 보다 인간과 유사한 당사슬이 부가되는 중국 햄스터 난소 (Chinese hamster ovary; CHO) 세포를 주로 생산 세포주로 선택하는 추세이다. 암 치료용 항체로 Imclone과 BMS에서 개발한 항-EGFR 항체인 Erbitux는 SP2/0 세포에서 생산되는 데, 당사슬 말단에 인간에게는 존재하지 않는 (1,3)-갈락토스가 부가되어서 면역 반응을 일으킨다고 보고되었다. 최근 Crucell (http://www.crucell.com/)은 CHO 세포보다 더 인간화된 당사슬이 부가되는 생산 세포주를 만들기 위해서 인간의 망막 세포로부터 유래된 PER.C6 세포주를 개발하여 이를 사업화하고 있다.</p><p>모든 IgG 항체는 항체 불변영역 (Fc) heavy chain의 Asn297에 당질화 위치를 갖고 있으며, 약 \( 20 \% \) 의 일부 IgG는 Fab의 가변영역 (variable region)에도 당사슬이 부착되기도 한다. 가변영역에 부가되는 당사슬은 다른 일반적인 당질화 위치와 마찬가지로 보통 두 개에서 네 개 정도의 안테나에 시알산이 부가되는 구조를 갖는다. 그러나, 불변영역에 있는 Asn297에 부착된 당사슬은 두 개의 안테나에 보통 갈락토스 (G로 표시)가 1-2개 정도 부가되거나 (G1 또는 G2 형태), GlcNAc으로 끝나는 형태 G0를 갖는다. 혈액 내에 존재하는 약 \( \sim 5 \% \) 내외의 일부 IgG 항체는 Asn297의 당사슬에 시알산이 부가되어 있기도 한다. 하지만, CHO 세포에서 생산하는 치료용 항체는 시알산이 부가된 형태가 거의 관찰되지 않으며, 갈락토스가 부가되는 정도도 인간의 혈액에 존재하는 항체들에 비해 낮은 편이어서 갈락토스가 부가되지 않은 G0 형태가 제일 많이 관찰된다. 항체의 불변영역에 부가되는 당사슬은 항원과의 결합에는 영향을 미치지는 않지만, 항체가 표적 세포를 제거하기 위해서 일으키는 다양한 면역 반응들에는 큰 영향을 미친다는 것이 밝혀지며 이에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.</p><p>이러한 연구들의 결과로 항체의 불변영역에 부착된 당사슬의 구조를 제어하여 항체의 치료 효능을 극대화하기 위한 기술로 당사슬 공학 기술이 각광 받고 있다. 특히, 항체의 당사슬 구조가 외래 병원균 및 자가 이상세포 등을 제거하는 ADCC (antibody dependent cell cytotoxicity) 성능의 주요 결정인자로서 이를 이용한 기술들이 개발되어 사업화되었다. 스위스 ETH의 연구 그룹은 두 개의 안테나 사이에 위치하는 bisecting GlcNAc이 부가된 당사슬을 갖는 항체가 월등한 ADCC 성능을 보인다는 사실을 발견하고, 항체의 성능 향상 기술 (GlycoMAb\( ^{\mathrm{TM}} \))을 제공하는 Glycart 회사를 설립하였다. 한편, 일본의 거대 제약회사인 Kyowa-Hakko는 코어 퓨코스가 부가되지 않은 당사슬을 갖는 항체가 50-100 배 이상의 ADCC 성능 향상을 보인다는 사실을 발견하고, 미국에 자회사인 Biowa를 설립하여 퓨코스 제거에 의한 성능향상 기술 (POTELLIGENT\( ^{\mathrm{TM}} \))을 이용한 차세대 제품 개발에 주력하고 있다. 이러한 ADCC 성능의 향상 효과는 코어 퓨코스가 부가되지 않은 당사슬에 의해서 유도되는 것으로 알려졌으며, bisecting GlcNAc 부가에 의한 효과는 코어 퓨코스의 부가 반응과 같은 기질을 두고 경쟁적으로 이루어지기 때문에 발생하는 간접적인 효과인 것으로 밝혀졌다.</p><p>코어 퓨코스가 없는 당사슬을 갖는 항체는 FcRIIIa 수용체와의 결합력이 증가하므로 세포 표면에 이 수용체를 가지고 있는 자연살해 (natural killer) 세포 등을 끌어 모아서 ADCC 성능이 향상되는 것이다. 혈액 내에 존재하는 대부분의 항체들은 코어 퓨코스를 가지고 있기 때문에, 코어 퓨코스가 부가되지 않은 항체는 이들보다 자연살해 세포에 대한 결합력이 높아져서 보다 효율적으로 끌어 모을 수 있는 것이다. 그러나, 최근에 이와는 조금 다른 기작도 보고되었다. 항-EGFR 항체의 경우 전체 혈액을 가지고 실험 했을 때, 코어 퓨코스의 함량이 높은 항체와 낮은 항체 모두 비슷한 수준의 ADCC 성능을 보였다. 말초혈액 단핵세포 (peripheral blood mononuclear cell PBMC)를 가지고 보다 자세한 실험을 했을 때 코어 퓨코스 항량이 낮은 항체는 좀 더 높은 ADCC 성능을 보였고, 다형핵 호중구 (polymorphonuclear neutrophil PMN)을 가지고 실험을 했을 때 코어 퓨코스 함량이 높은 항체는 좀 더 높은 ADCC 성능으로 보였다. 이는 코어 퓨코스가 없는 항체는 FcRIIIa와의 결합력이 높아서 PBMC에 의한 ADCC 성능이 좋고, 코어 퓨코스 함량이 높은 항체는 FcRIIa에의한 ADCC 성능이 좋다고 해석되었다. 그러나, 이러한 주장은 향후 연구에 의해서 더 증명될 필요가 있다.</p>
CDR-grafting과 CDR-walking 등의 “인간화 항체 제작기술"이 개발된 시기는 언제일까?
1980년대 후반