<h1>효소 치료제의 타겟팅을 결정하는 당사슬</h1><p>라이소좀 저장질환 (lysosome storage disease)은 선천적인 유전자 이상으로 라이소좀에 존재하는 분해효소의 기능이 결핍되어 대사물질이 축적되어 발생하는 질환들이며, 치료를 하지 않으면 대부분의 환자들은 어린 나이나 젊은 시기에 죽음을 맞이하게 된다. 현재까지 이를 치료할 수 있는 유일하게 승인 받은 치료법은 효소 대체요법 (enzyme replacement therapy)으로 정상적인 효소 치료제를 외부에서 주입하는 방법이다. 미국회사 Genzyme는 1998 년에 첫 번째 효소 대체요법을 위한 제품으로 고셔병 치료제 Ceredase를 시판한 이래 Cerezyme, Fabrazyme, Aldurazyme 및 Myozyme 등의 효소 치료제를 개발하여 이 분야의 독보적인 영역을 구축하고 있다. 효소 치료제는 고가의 재조합 의약품으로서 유전적 대사 질환을 가진 소수의 환자들을 대상으로 하고 있음에도 불구하고, 비싼 가격 때문에 전체 규모가 2.5조원이 넘는 큰 시장을 형성하고 있다. 그러나, 원하는 세포의 라이소좀으로 효소 치료제를 타겟팅하기 위해서는 당사슬을 제어하여 원하는 구조로 최적화 해야 하는 높은 기술적 장벽을 갖고 있어서 전 세계적으로 1-2개 기업이 전체 시장을 독점하는 비정상적인 구조를 보이고 있다.</p><p>라이소좀은 세포에서 불필요한 물질들을 분해하여 재활용하도록 하는 소화와 자기 분해 기능을 가진 소기관이다. 그래서, 다양한 소화 효소들이 라이소좀으로 이동해야 하기 때문에 특수한 전달 신호를 가지고 있는데, 이러한 신호가 바로 만노스-6-인산 (mannose-6-phosphate)이다. 골지체에서 \( N \)-acetylglucosamine-1-phosphotransferase (GlcNAc-PT)가 라이소좀으로 이동할 당단백질들의 3 차 구조를 인식하여 GlcNAc-인산을 당사슬의 만노스 잔기에 부가한다. 그리고, 여기에 다시 uncovering 효소 (phosphodiester glycosidase)가 작용하여 GlcNAc 잔기만을 제거하여 만노스에 인산이 남게 되는 두 단계의 과정으로 만노스-6-인산이 형성된다. 한편 만노스-6-인산 당사슬을 인식하는 수용체에는 양이온 의존적 만노스-6-인산 수용체 (cation-dependent mannose-6-phosphate receptor; CD-MPR)와 양이온 비의존적 만노스-6-인산 수용체 (cation-independent mannose-6-phosphate receptor; CI-MPR)의 두 종류가 존재한다. 양이온 의존적 만노스-6-인산 수용체는 \( 45 ~ \mathrm{kDa} \) 정도의 분자량으로 dimer또는 tetramer로 작용하는 반면에 양이온 비의존적 수용체는 \( 250 - 300 ~ \mathrm{kDa} \) 정도의 큰 분자량을 지니며 만노스-6-인산 외에도 다른 여러 리간드에 대한 결합 부위를 가지고 있다.</p><p>만노스-6-인산 수용체는 골지체에서 만노스-6-인산을 가지고 있는 당단백질에 결합하여 이를 내포 (endosome)를 거쳐 라이소좀으로 이동시킨다. 그러나, 이때 만노스-6-인산 수용체와 결합하지 못한 당단백질은 세포 밖으로 분비되게 된다. 이렇게 분비된 당단백질들을 다시 내포 반응 (endocytosis)을 통해서 라이소좀으로 이동시키는 "분비-재도입 (secretion-recapture)" 경로가 존재하는데 주로 양이온 비의존적 만노스-6-인산 수용체가 기능을 한다. 바로 이 경로가 효소 대체요법이 이용하는 중요한 기작이다. 라이소좀 저장 질환을 가지고 있는 환자들은 잘못된 효소가 라이소좀으로 이동하여 축적된 대사물질을 분해할 수가 없다. 이 경우 외부에서 만노스-6-인산 당사슬을 가진 정상 효소를 투여하면, 분비-재도입 경로를 거쳐서 정상 효소가 라이소좀으로 이동하여 축적된 대사물질을 대신 분해해 주는 것이다. 따라서, 이러한 효소 치료제에 있어서는 만노스-6-인산 당사슬의 부가를 정밀하게 제어하는 것이 품질 관리에 있어서 매우 중요한 것이다. 만노스-6-인산 당사슬을 가진 효소 치료제로는 파브리병을 위한 Genzyme사의 Fabrazyme과 TKT와 Shire사의 Replagal, 폼페병을 위한 Myozyme (Genzyme), 헌터증후군을 위한 Elaprase (Shire), 뮤코다당침착증 I형을 위한 Aldurazyme (Genzyme) 및 Ⅳ 형을 위한 Naglazyme (Biomarin) 등이 있다.</p><p>효소 치료제 중에서 최대의 매출을 보이는 고셔병 치료제, Cerezyme은 다른 효소 치료제들과 달리 만노스-6인산 대신에 당사슬의 비환원 말단이 만노스로 끝나는 것이 중요하다. 고셔병은 \( \alpha \)-glucocerebrosidase 효소 활성의 결핍으로 대식 세포에 glucocerebroside가 축적되어 생기는 질환으로 부풀어오른 대식세포가 간, 비장 골수 등의 조직에 쌓이면서 심각한 빈혈, 혈소판 감소증 및 간 비장 비대와 골괴사를 수반한 골격 합병증이 나타난다. 1970 년대에 태반에서 분리한 glucocerebrosidase를 정제하여 환자에게 투여하였을 때 처음에는 일관된 결과가 나오지 않았다. 이는 외부에서 투여한 효소가 대식세포의 라이소좀으로 이동하기 위해서는 대식세포의 표면에 있는 만노스 수용체와 결합하여야 하기 때문이다. 따라서, 복합형 당사슬을 가지고 있는 효소에 시알산 분해효소 (sialidase), 갈락토스 분해효소 (galatosidase) 및 hexosamine 분해효소 (hexosaminidase) 등을 순차적으로 처리해서 당사슬 말단에 만노스를 노출시킨 후에야 효과적인 효소 치료제인 ceredase를 개발하게 되었다. 이후 CHO 세포에서 glucocerebrosidase를 재조합으로 발현하고 동일하게 세 개의 당분해 효소들을 처리해서 만노스가 노출된 당사슬을 가지도록 한 효소 치료제가 Cerezyme이다.</p>
선천적인 유전자 이상으로 라이소좀에 존재하는 분해효소의 기능이 결핍되어 대사물질이 축적되어 발생하는 질환이며 치료하지 않으면 대부분의 환자들이 어린나이나 젊은시기에 죽음을 맞이하게되는 질환은 뭐야 ?
라이소좀 저장질환