암치료제 컴퓨터로 설계 제작
신장암 치료제 모델링해 부작용 제거 성공
신장암과 피부암 환자 치료에 사용되는 ‘인터류킨 2(IL-2, interleukin-2)’이라는 단백질이 있다.
이는 체내 면역작용을 일으키는 T세포의 증식을 유도하기에 환자들에게는 없어서는 안 될 중요한 치료제로 여겨져 왔다.
문제는 부작용이다. T세포 증식으로 인해 강화된 체내 면역체계는 혈관을 파괴하는 등 잠재적으로 심각한 증상으로 발전할 위험성이 있다.
이에 따라 과학자들은 부작용 해소를 위해 많은 노력을 기울여왔다. 그리고 최근 성과를 거두고 있다.
과학자들이 신장암, 피부암 치료를 위해 컴퓨터 모델링을 통해 부작용이 없는 단백질 치료제를 설계해 제작 중이다. ⓒ Wikipedia
부작용 없는 ‘IL-2’ 단백질 생산에 성공
10일 ‘사이언스’ 지는 ‘미국 시애틀 워싱톤 대학 과학자들이 컴퓨터 모델링을 통해 면역작용은 강화하면서 부작용을 없앤 ‘IL-2’ 단백질을 설계‧생산하는데 성공했다’고 보도했다.
연구진은 현재 이 인공 단백질의 실용화를 위해 동물실험을 진행하고 있다.
그 결과는 성공적이다. 때문에 오래지 않아 사람에 대한 치료 역시 가능해질 것으로 예상되고 있다. 신장암과 피부암 환자를 위한 부작용 없는 치료제가 탄생하게 되는 것이다.
위싱톤 대학의 생화학자 실바 만자노(Silva Manzano) 교수는 “지난 30년 동안 많은 과학자들이 ‘IL-2’를 안전하고 효과적인 암 치료제로 만들려고 노력해왔다”며, 현재 진행되고 있는 동물 실험에 큰 기대감을 표명했다.
우리 몸에는 면역 세포가 있어 체내에 항원이 침입하면 T세포가 이를 감지하도록 보여주는 일을 하고 있다. 이를 ‘항원제시’라고 한다.
항원제시를 받은 T세포는 골수유래 세포(bone marrow derived cell)인 B세포의 분화증식을 촉진해 항체 생산을 증가시킨다.
이 과정에서 T세포는 사이토카인(cytokine)이란 물질을 방출한다. 사이토카인(cytokine)은 면역세포로부터 분비되는 단백질 면역조절제다.
체내에 항원이 침입하면, T세포는 이에 대응하는 과정에서 사이토카인(cytokine)이란 물질을 방출한다. ⓒ Wikimedia
이는 T세포와 B세포 간의 신호전달 과정에서 특정 수용체와 결합해 면역반응에 관여한다. ‘IL-2’는 이 사이토카인의 일종이다.
그동안 과학자들은 ‘IL-2’를 통해 신장암, 피부암 환자를 치료하고 있었다. 그러나 ‘IL-2’는 ‘IL-2α’란 고친화성 수용체를 자극해 혈관 파손이라는 부작용을 일으키고 있었다.
이 문제를 현재 워싱톤 대학 연구진이 풀고 있는 중이다. 실바 만자노 교수는 “컴퓨터 모델링한 ‘IL-2’의 3D 모델을 통해 부작용이 없는 ‘IL-2’ 단백질을 생산하고 있으며, 동물실험을 통해 치료제 생산 방안을 찾고 있다”고 말했다.
또 다른 암 치료에도 적용 가능해
부작용 없는 ‘IL-2’ 단백질을 설계하기 위해 연구팀은 워싱톤 대학의 단백질설계 전문가인 데이비드 베이커(David Baker) 교수를 비롯, 포르투갈‧스페인‧영국 등에서 컴퓨터 모델링 전문가를 다수 초빙했다.
이들이 처음 시작한 작업은 ‘IL-2’에 대한 지도를 작성하는 일이었다. 연구팀은 면밀한 작업을 통해 ‘IL-2α’, ‘IL-β’, ‘IL-γ’ 등 3개의 수용체가 결합된 ‘IL-2’ 원자지도(atomic map)를 완성했다.
‘IL-2’는 153개의 아미노산으로 구성된 결합체다. 연구팀은 실제 ‘IL-2’를 관찰한 후 3D 영상으로 ‘IL-2’ 단백질을 실제처럼 재현해내는데 성공했다.
영상을 보면 ‘IL-2’의 모습은 알파 헬릭스(alpha helixes)라 불리는 나선을 중심으로 꼬여 있는 네 부분으로 나뉘어져 있다. 그리고 이 형상 밑 부분에 ‘IL-β’, ‘IL-γ’ 2개의 수용체가, 상단 부분에 ‘IL-2α’ 수용체가 결합돼 있는 모양이다.
연구팀은 이 모델을 통해 ‘IL-β’, ‘IL-γ’ 2개 수용체의 활동을 활성화하고, 부작용을 유발하는 ‘IL-2α’ 수용체 활동을 약화시키는 방안을 찾아냈다.
연구팀은 50개의 모델을 만들어 테스트를 시도했다. 이후 그중 가장 안전하고 치료효과가 높은 표본을 선택, 그 기능을 강화해 ‘Neo-2/15’이란 모델을 합성했다. 이 모델은 ‘IL-β’, ‘IL-γ’ 2개의 수용체와 결합했으나, ‘IL-2α’ 수용체는 제거한 것이다.
연구진은 현재 새롭게 만들어진 ‘IL-2’ 단백질을 흑색종양과 대장암에 걸린 설치류에 투여하고, 효능을 관찰하고 있는 중이다. 그 결과 종양의 생성을 강력히 억제하고 있으며, 부작용 역시 나타나지 않고 있는 것으로 확인되고 있다. ⓒ Pxhere
연구진은 현재 이렇게 제작한 ‘IL-2’ 단백질을 흑색종양과 대장암에 걸린 설치류에 투여하고, 효능을 관찰하고 있는 중이다. 그 결과 종양의 생성을 강력히 억제하고 있으며, 부작용 역시 나타나지 않고 있는 것으로 확인되고 있다.
연구 결과는 9일자 ‘네이처’ 지에도 게재됐다. 논문 제목은 ‘De novo design of potent and selective mimics of IL-2 and IL-15’이다.
논문을 접한 시애틀 프레드 허치슨 암센터의 임상적 종양학자 제임스 오슬론(James Olson) 박사는 이번 연구 결과에 큰 놀라움을 표명했다.
그는 “워싱톤 대학에서 놀라운 일을 해냈다”라며, “새로 개발한 ‘Neo-2/15’이 향후 암치료에 큰 도움을 줄 수 있을 것”으로 전망했다. 오슬론 교수가 놀라는 것처럼 ‘IL-2’와 같은 단백질 성분을 모델링화한 것은 이번이 처음이다.
오슬론 교수는 또 “이 방식을 발전시켜나갈 경우 신장암, 피부암 뿐만 아니라 다른 암 환자에게도 치료 효과를 발휘해 암을 뿌리뽑을 수 있는 길을 열어놓을 수 있다”고 말했다.
워싱톤 대학은 현재 시애틀의 스타트업인 ‘네오류킨 세러퓨틱스(Neoleukin Therapeutics)’와 협력해 ‘Neo-2/15’ 시제품을 개발하고 있는 중이다. 공동 연구팀은 암세포에 이 단백질을 투입했을 때의 자동 면역반응을 검증하고 있는 것으로 알려졌다.
데이비드 베이커 교수는 “이렇게 개발된 시제품이 피부암, 신장암 외에도 다른 암 세포 치료에 도움을 줄 수 있을 것”으로 기대하고 있다.
이강봉 객원기자
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