잘못접힌 단백질 기반 신경정신질환 치료제 연구

아밀로이드 베타


아밀로이드란 물에 잘 녹는 단백질이 여러 생물 및 화학적 조건에서 단백질간 선택적이며 특이적 상호작용에 의해 비수용성의 섬유상 구조물로 전환된 결과물로 정의된다. 뇌의 간질액으로 유리된 Aβ 단량체(monomer)들은 서로 결합하여 용해성의 소중합체(oligomer)를 형성하고 이는 아밀로이드판을 구성하는 불용성 원섬유(fibril)의 중간생성물이 된다. 아밀로이드 베타(amyloid beta, Aβ)는 긴 세포외영역(extracellular domain)과 짧은 세포질영역(cytoplasmic domain)으로 구성되는 1형 막경유 당단백질(type 1 transmembrane glycoprotein)인 아밀로이드 전구물질단백질(amyloid precursor protein, APP)로부터 생성된다. APP는 세 종류의 동형단백질(isoform)인 APP695, APP751, APP770으로 발현되는데, 신경세포에는 APP695가 발현된다. APP는 다양한 세포에서 아밀로이드를 형성하거나(amyloidogenic) 또는 형성하지 않는(non-amyloidogenic) 두 가지 경로로 분해된다. Aβ가 정상뉴런에서 하는 기능은, 뉴런이 과도하게 전기적으로 흥분되었을 때(hyperexcitation) 이 흥분정도를 낮추는 역할을 하는 것이다. AD환자의 경우 Aβ 올리고머는 LTP가 생성되지 못하도록 막는다. LTP가 생성되려면 강한 자극이 들어오기 전보다 더 많은 수의 AMPAR가 시냅스 막의 중앙 부위에 위치하는 과정(synaptic targeting)이 필수적인데, Aβ 올리고머는 AMPAR를 시냅스로 위치시키는 경로(pathway)를 막아서 LTP가 원활히 일어나지 못하게 되는 증상이 생긴다. 또한 Aβ 올리고머는 LTP가 일어나는데 중요한 키나제인 CaMKII와 PI3K(phosphatidylinositol-3-kinase)가 NMDAR를 통해 활성화되는 기전도 막는다. 시냅스의 AMPAR수가 줄어드는 것뿐만 아니라 NMDAR의 수도 Aβ 올리고머에 의해 감소하고 기능도 저하된다. NMDAR의 기능이 저하되면 NMDAR를 통해 들어오는 칼슘 이온의 양이 줄어들게 된다. LTP가 일어나기 위해서는 LTD보다 높은 농도의 칼슘 이온의 양이 필요한데 Aβ 올리고머는 칼슘 이온의 유입을 막음으로써 LTP를 저해하고 LTD를 촉진할 수도 있다. 아밀로이드를 형성하는 경로에서 APP는 β-secretase(aspartyl protease β-site APP cleaving enzyme-1, BACE1)에 의해 일차적으로 처리된다. BACE-1은 C-말단(carboxyl-terminal)으로부터 99번째 아미노산을 끊어 내어 용해성이 있는 N-말단(amine-terminal) 조각(soluble APPβ, sAPPβ)은 세포외공간으로 유리되고 세포막에는 99-아미노산으로 구성된 C-말단 조각(Cterminal fragment β, CTFβ)이 남는다.


타우


타우는 17번 염색체에 위치한 MAPT유전자에 의해 암호화된 미세관-관련 단백질로 주로 뉴런에서 발현된다. 세포내 타우는 과인산화될 수 있으며 독성 올리고머 및 응집체를 형성할 수 있으며, 이는 특정 신경 퇴행성 질환에서 신경 섬유 엉킴으로 시각화되고 타우병증이라고 한다. 타우는 세포내 단백질이지만 올리고머화된 타우는 세포에서 세포로 퍼져 새로 감염된 세포에서 타우응집을 유발할 수 있다. 비정상 타우단백질의 인산화 과정에 Akt가 있다. Akt는 세포생존과 관련된 단백질로 암세포 성장과 분화에 중요한 단백질이다. 세포 내에 지나친 Akt의 양이 정상적인 타우단백질 대사에 장애를 줌과 동시에 타우단백질의 인산화효소를 활성화함으로써 타우단백질의 비정상적 인산화가 촉진되는 결과를 초래한다. 특이한 점은 나이가 들어감에 따라 세포내 Akt의 양이 늘어난다는 것이다. Aβ 올리고머의 경우와 비슷하게, 소수의 타우 펩타이드가 뭉쳐서 생긴 형태는 독성이 강하고, 인지 기능이 약해진 정도와 상관관계가 크다. 몇 종류의 APP 형질전환 쥐에서는 Aβ 올리고머 양의 증가를 비롯한 알츠하이머 증상과 함께 발작이 일어나는 것으로 보고되었는데 타우의 양을 감소시키면 발작 증세가 줄어들고 인지 기능도 회복되며 생존 기간도 증가하였다. Aβ 올리고머로 인해 일어나는 발작과 같은 흥분독성은 시냅스에서 NMDAR가 과도하게 활성화되면 일어나게 되는데, NMDAR가 PSD-95 (postsynaptic density protein 95)와 결합하지 못하도록 하면 흥분독성을 방지할 수 있다는 것이 신경 세포 배양 및 뇌졸중 쥐 모델에서 알려졌다.66) 또한 키나제의 일종인 Fyn은 NMDAR의 NR2소단위체를 인산화시키는데, 이 결과 NMDAR가 PSD-95와 결합하는 것을 촉진시켰다. Fyn의 양을 감소시키면 APP 형질전환 쥐에서 Aβ 독성이 줄어들었고 반대로 Fyn의 양을 증가시키면 독성이 증가되었다. 이렇게 시냅스에서 흥분독성를 일으키는데 중요한 작용을 하는 Fyn은 tau가 없으면 시냅스로 이동하지 못한다는 것이 Aβ를 형성하는 APP23 형질전환 쥐와 타우 돌연변이 및 tau knockout 쥐에서 관찰되었다. 이 결과는 타우가 어떻게 시냅스 독성을 일으키는 시냅스에서의 기전인 AβNMDAR-Fyn-PSD-95와 연결되는지를 알려준다.


□ 알파-시누클레인


알파-시누클레인(α-synuclein, αS)은 140개 아미노산으로 이루어져 있으며 pKa값이 4.7에 해당하는 산성단백질로서 자연 상태에서 비정형 구조로 존재하는 것으로 알려졌다. αS은 올리고머, 미성숙섬유체, 섬유체 등 여러 형태로 존재한다. 정상적으로 αS은 CMA(Chaperone-mediated autophagy)를 통하여 분해된다. CMA는 세포내 단백질을 분해하는 선택적 리소좀기작이다. 그러나 αS에 돌연변이가 발생하면 리소좀의 막수용체와 αS 사이의 결합이 정상보다 강해져서 리소좀 내부로 이동하는 데 방해를 받는다. 그 결과 αS 단백질이 제대로 분해되지 못하고 세포질에 축적된다. 또한 다른 단백질 분해에 할당되어야 할 리소좀 막수용체가 돌연변이 αS단백질에 이용됨으로써 다른 단백질 분해경로까지 방해를 받게된다. αSn이 소포체와 골지체 사이의 물질 이동을 차단함으로써 도파민을 생성하는 신경세포를 억제하여 도파민함유세포의 파괴와 그 세포의 퇴화유도에 관련이 있다.


잘못접힌 단백질 관련신경정신질환 치료제 기업


아티라 파마

아티라 파마(Athira Pharma)는 와싱턴주립대에서 Joe Harding교수와 Leen Kawas박사의 연구를 상업화하기 위하여 2013년에 설립되어 현재까지 1억 1500만 달러의 투자를 유치하였다. 설립당시의 회사명은 M3 바이오테크놀로지(M3 Biotechnology)였으며, 2019년 현재의 회사명으로 변경하였다 아타라파마는 안지오텐신 전환 효소(angiotensin converting enzyme, ACE) 억제제와 안지오텐신 수용체 차단제(angiotensin receptor blockers, ARB)의 가능성을 연구하고 있다. 레닌-안지오텐신 시스템(renin angiotensin system, RAS)은 계통발생학적으로 혈압과 체액 균형을 조절하는데 가장 잘 알려진 가장 오래된 호르몬 시스템중 하나이다. 안지오텐신 시스템은 말초 호르몬 시스템으로 여겨졌었으나, 1971년 독립적인 뇌 RAS가 발견되었다. RAS는 정상적인 심혈관계 기능 유지를 위해 필요하며, 고혈압과 심부전과 같은 질병의 형성에도 관여하는 등 중요한 역할을 하고 있다. 안지오텐신(angiotensin) 수용체 길항제는 AD 위험 감소와 관련이 있다. 그들은 신체와 뇌의 혈압을 조절하는 레닌-안지오텐신 시스템에 작용하며, 대뇌 혈류를 조절하고, 대뇌 미세혈관을 보호하고, 뇌의 플라크 형성을 감소시킴으로써 AD 발병을 늦추는 것으로 제안되었다. 다양한 항고혈압제가 인지저하 또는 치매발생을 예방했으며, 안지오텐신 수용체 차단제(angiotensin receptor blockers, ARB)는 신경염증 및 혈관재형성에 대한 다발성효과와 함께 인지기능에 우수한 효과를 나타냈다. 안지오텐신II(angiotensin II)와 안지오텐신전환효소(angiotensin-converting enzyme, ACE) 등 레닌-안지오텐신-알도스테론계통(renin-angiotensin-aldosterone system)의 핵심 요소들이 부신피질자극호르몬(adrenocorticotropic hormone, ACTH) 등 뇌하수체 호르몬의 분비와 간섭할 수 있으며, 코르티코트로핀분비호르몬(corticotropin-releasing hormone, CRH)의 촉진 효과를 증가시키는 등의 방법으로 HPA 축의 활성에 기여하는 것으로 보인다. 최근에 뇌 RAS는 뇌 혈류 및 뇌 보호, 발작, 스트레스, 우울증, 알코올 섭취, 알츠하이머병, 파킨슨병 및 당뇨병의 병인에 잠재적 역할을 하는 기억력 강화를 매개하는 것으로 나타났다. 이 연구를 기반으로 AD 치료를 위한 NDX-1017을 개발하여 1상 임상시험을 2019년이 실시하였다. NDX-1017은 HGF 수용체 시스템을 통해 신호를 활성화하는 뇌 침투성 소분자이며, 피하주사로 개발되고 있다. 간세포 성장인자 수용체(hepatocyte growth factor receptor, HGFR)는 배아발달, 조직형성 및 상처치유에 필수적인 티로신 키나제 수용체이다. HGFR은 중간엽 상피 변성( mesenchymal-epithelial transition, MET) 유전자에 의하여 암호화되며, 티로신 단백질 키나아제 Met, c-Met라고도 불린다. HGF는 뉴런의 증식과 생존을 촉진하고 해마 시냅스가소성을 강화하며 학습과 기억을 향상시킨다. MET 수용체의 해마 발현은 AD에서 감소한다. 반대로, 유전자 전달에 의한 HGF의 발현은 쥐에서 유도된 Aβ 유발 인지결손을 개선하고, PD 쥐 모델에서 운동 증상과 뉴런 손실을 예방했다.


카사바 사이언스

카사바 사이언스(Cassava Sciences)는 1998년 설립되었다. 설립 당시의 회사명은 페인 테라퓨틱스(Pain Therapeutics, Inc)로 2019년 회사명을 카사바 사이언스로 변경하였다. 카사바 사이언스의 PTI-125(Sumifilam)은 뇌에서 FLNA의 정상적인 형태를 복원하여 여러 뇌 수용체의 기능을 향상시키고 항염증 효과를 발휘한다. 필라민(filamin)은 두 개의 액틴 필라멘트(actin filaments)를 큰 각도로 유지하는 단백질 종류이다. 필라민 단백질은 FLNA, FLNB, FLNC를 포함한다. FLNA 유전자에 의해 암호화된 필라민A(Filamin A)는 인테그린, 막관통 수용체복합체 및 2차 메신저와 상호작용하여 액틴 세포골격의 재구성을 조절한다. FLNA는 몸 전체에서 발견되는 스캐폴딩 단백질(scaffolding protein)이다. 스캐폴딩 단백질의 기능은 여러 단백질을 한데 모아 적절히 상호 작용하도록 하는 것이다. 그러나 알츠하이머의 뇌에서 변형되고 독성이 강한 형태의 FLNA가 발견된다. 변형된 FLNA는 뉴런의 정상적인 기능을 방해하여 신경 퇴화와 뇌 염증을 유발한다. 2021년 9월 완료예정으로 2상 임상시험이 진행중이다. 2020년 10월 현재 주가총액은 2억 7137만$이다.


뉴로제네틱 파마슈티칼

뉴로제네틱 파마슈티칼(NeuroGenetic Pharmaceuticals, Inc)은 메사추세스 종합병원 Rudolph Tanzi 교수가 개발한 감마 세크레타제(γ-secretase) 조절제 기술을 기반으로 AD 치료제 개발을 목적으로 2009년에 설립되었다. 이 연구를 기반으로 개발된 NGP 555는 뇌에서 발견되는 독성 Αβ42를 감소시키지만 플라크 침착을 줄이는 데 도움이 되는 비독성 Αβ37 및 Αβ38를 증가시킴으로써 아밀로이드 단백질의 생산을 변경한다. 2015년 1상 임상시험을 실시하였다.


◾ EIP 파마

EIP 파마(EIP Pharma)는 ND 치료제 개발을 목적으로 2014년 설립되었다. EIP 파마의 네플라마피모드(neflamapimod)는 경구용 p38α 억제제이다. p38α는 유사분열 촉진단백질 키나아제(mitogen-activated protein kinase, MAPK)의 α이소형(isoform)이다. MAPK는 세린/트레오닌 단백질 키나제로 전염증 신호전달 네트워크의 조절과 TNF-α 및 IL-1β 등의 사이토카인 생합성에 필수적인 역할을 한다. Aβ 플라크는 p38 MAPK 활성화를 통해 미토콘드리아 기능장애, 타우인산화 등의 신경손상을 유발한다. Aβ에 의해 ​​유도된 미세아세포 p38 MAPK 신호전달의 증가는 IL-1β, TNF-α, COX-2, iNOS 등의 전염증 매개체의 생성을 유도한다. 성상세포에서 P38 MAPK 활성화는 미세아교세포에 의해 생성된 Aβ 플라크와 IL-1β에 의해 ​​강화된다. 이 활성화는 iNOS, COX-2, TNF-α의 배출로 악순환을 겪는다. p38α는 스트레스와 질병의 시기에 뉴런에서 활성화되는 효소이다. p38α파는 급성손상으로부터 세포를 보호하는 중요한 역할을 하지만, 뉴런 내에서 만성적으로 활성화된 p38α는 시냅스를 손상시키고 αS관련 독성에 기여한다. 치료하지 않으면 시냅스 기능 장애가 진행되어 뉴런 손실이 발생한다. 동물모델에서 네플라마피모드는 소교 세포 활성화를 전염증상태에서 식세포상태로 전환하여 미토콘드리아 기능, 시냅스 전달 및 기억을 개선하였다. 네플라마피모드를 LBD 치료제로 개발하기 위한 2상 임상시험이 진행되었다. 네플라마피모드는 버텍스 파마슈티말(Vertex Pharmaceuticals)에서 발견한 VX-745이며, 전임상연구에서 중추신경계의 부작용으로 인해 중단되었으며, EIP 파마가 라이센스를 취득하였다.


타우Rx 쎄러퓨틱스1980년말 영국 MRC LMB에서 AD의 타우가설개발에 기여하였던 Claude Wischik 박사와 그의 팀은 1997년 애버딘대학교로 옮겨 타우병리 및 단백질응집억제에 대한 연구를 계속했다. 2002년 이 연구를 기반으로 애버딘대학교의 분사기업으로 타우Rx 쎄러퓨틱스(TauRx Therapeutics)가 싱가포르에 설립되었다. 타우Rx 쎄러퓨틱스는 타우단백질 응집억제제를 AD 치료제로 개발하고 있다. 타우단백질응집의 가장 일반적인 억제제는 메틸렌 블루(methylene blue, MB)이다. MB는 19세기 말에 합성되어 말라리아를 치료 등 항균제, 항 바이러스제 및 항암제로 사용되고 있다. 타우Rx 쎄러퓨틱스는 MB를 TRx0014(상품명: Rember)로 개발하여 2상 임상시험을 한 후 안전성과 내약성 등을 개선한 TRx0237(상품명: LMTX)를 개발하고, 이를 AD 치료제로 개발하려는 3상 연구가 2022년 완료 예정으로 진행중이다.


◾ 뉴로포어 테라피

뉴로포어 테라피(Neuropore Therapies, Inc)는 2008년 UCSD School of Medicine의 Eliezer Masliah 교수의 연구를 기반으로 설립되었다. 뉴로포어 테라피는 UCB 파마와 제휴하여 소분자 NPT200-11을 개발하였다. NPT200-11은 멤브레인과 α-시누클레인 상호작용을 방해하고 올리고머화를 지연시키는 것으로 보고되었으며, 이는 마우스모델에서 α-시누클레인 병리의 발달을 억제하는 것으로 나타났다. 1상 시험이 2016년초에 완료되었다. 뉴로포어 테라피가 개발한 NPT1220-312는 TLR2(Toll-like receptor 2) 길항제이다. ALS 협회로 부터 지원금을 받아 NPT1220-312를 ALS 치료제로 개발하기 위한 임상시험을 2021년에 실시할 예정이다. TLR2는 ND 병원성에 긍정적인 역할과 부정적인 역할을 한다. 긍정적인 역할은 미세아교세포의 식균작용 및 Aβ의 제거와 관련이 있다. 부정적인 역할은 전염증성 사이토카인 및 분자와 관련이 있다. TLR2 과잉활성화는 ALS, PD에서 뉴런의 퇴행을 유발하는 만성염증을 유발한다. TLR2의 억제가 동물모델에서 αS 병리를 구제한다는 것을 보여주었다. TLR는 PAMP(pathogen-associated molecular pattern) 또는 DAMP(Damage-Associated Molecular Pattern)를 인식하는 패턴인식수용체(pattern recognition receptors, PRR)로 면역체계를 활성화시키는 염증을 유발한다. AD 및 PD의 중요한 특징은 이들 병리가 모두 무균상태일 때에도 강한 염증성분을 나타낸다는 것이다.


알제온

알제온(Alzheon)은 AD 치료제를 개발하려는 목적으로 2013년 설립되어 지금까지 8,650만$의 투자를 유치하였다. 2017년 초에는 과학자문위원장으로 UCSF Stanley B. Prusiner 교수를 영입하였다. 스탠리 프루시너 교수는 치명적인 신경 퇴행성 질환을 일으키는 감염성 단백질인 프리온(prion)을 발견하여 1997년 노벨상을 수상하였다. 프리온은 단백질 (protein)의 앞 두글자와 감염(infection)의 뒤 세글자를 조합하여 만든 용어로 알츠하이머 및 파킨슨 병을 비롯한 신경퇴행성 질환이 전염성 단백질 프리온에 의해 유발될 수 있다는 새로운 질병 패러다임을 개발하였다. 프리온이 이러한 일반적인 퇴행성 질환뿐만 아니라 ALS, 전두측두엽성 치매 (frontotemporal dementias, FTD), 만성 외상성 뇌증(chronic traumatic encephalopathy, CTE) 및 다계통 위축증(multiple system atrophy, MSA)을 야기한다고 주장하는 많은 증거가 계속 축적되고 있다. 프루시너의 현재 연구 대부분은 AD, PD, MSA, FTDs, CTE 및 CJD를 담당하는 특정 프리온의 수준을 감소시키는 치료제 개발에 중점을 두고 있다. 현재 개발중인 치료제로 ALZ-801이 있다. 알제온의 ALZ-801은 캐나다 제약회사 뉴로켐이 개발하였다. 2007년에 뉴로켐은 개발 프로그램에서 도출된 자료가 승인을 받기에 충분하지 않은 것으로 판단해 개발을 포기했다. 이후에 알제온이 ALZ-801에 관한 권리를 획득했다. ALZ-801은 뇌로 이동하는 신경세포 보호 화합물인 트라미프로세이트(tramiprosate)를 방출함으로써 알츠하이머병의 발달에 중요한 역할을 하는 해로운 단백질의 형성을 막아준다. 트라미프로세이트는 알제온이 개발한 전구약물인 ALZ-801의 생물학적인 활성성분이다. 쥐를 대상으로 한 연구에서 트라미프로세이트는 뇌에 형성되는 아밀로이드 플라크의 양을 30%까지 감소시킬 수 있음을 보여주었다. ALZ-801은 전체 환자집단에서 유의한 결과를 보여주지 않았지만 APOE4/4 환자 하위그룹에서 유망한 효능 신호가 관찰됐다. 중등증 APOE4/4 하위그룹에서 장기 임상 효능에 대한 강력한 근거를 보였다. 일부 유전자는 알츠하이머 발병과 관련이 있는데 약 65%의 환자가 APOE4 유전자를 하나 이상 가지고 있으며, 10-15%는 2개를 보유하고 있다. APOE4 유전자를 2개 보유한 환자들은 급속한 인지손상을 경험하는 일이 일반적인데, ALZ-801의 효용이 크게 나타났다. NIA의 지원으로 3상 임상시험이 진행중이다.


비보룡 테라퓨틱스

비보룡 테라퓨틱스(Vivoryon Therapeutics)는 1997년 독일에서 설립되었다. 설립당시의 기업명은 프로바이오드럭(Probiodrug)이었으며, 2019년 현재의 기업명으로 변경하였다. AD 치료제로 개발중인 PQ912는 글루타미닐 사이클라제(glutaminyl cyclase, QC) 억제제로 전임상 연구에서 아밀로이드 병리를 줄이고 다양한 마우스 모델에서 학습 및 기억 테스트 성능을 향상시키는 것으로 보고되었다. QC는 글루타미닐-펩티드 사이클로 트랜스퍼라제(glutaminyl-peptide cyclotransferase, QPCT)로도 불리우는 금속효소(metalloenzyme)로 AD환자의 뇌에서 상향 조절된다. QC는 Aβ의 N-말단에서 노출된 글루타메이트의 고리화를 촉매함으로써 펩티드의 변형된 병원성 형태인 피로글루타메이트 Aβ(pyroglutamate Aβ, pGlu-Aβ)를 생성한다. 이 효소는 AD의 영향을 받는 피질 영역에서 고도로 발현되는 것으로 보고되었다. 그 결과 생성된 pGlu-Aβ는 독성이 있고 응집이 잘 발생하며 인간의 아밀로이드 플라크의 주요 성분인 것으로 밝혀졌다. 2024년 1월 완료예정으로 2상 임상시험이 진행중이다. 2014년 유로넥스트에 상장되었으며, 2020년 10월 현재 시가총액은 9189만€이다.