생식세포 벗어나 '체세포' 돌연변이 주목…mTOR+eIF4E 으로 효과↑
이정호 교수, "mRNA기반 치료제로 원인 유전자 타깃해 암 이상의 치료 가능"
치료제 개발의 난제로 꼽히는 '뇌신경질환'에도 체세포를 타깃해 mRNA 계열의 안티센스 올리고뉴클레오타이드(ASO) 유전자를 적용한 새로운 약물 연구들이 긍정적인 결과를 내보이고 있다.
난치성 뇌전증에 있어서도 ASO와 mTOR, eIF4E 단백질 인자의 교정을 통한 체세포 돌연변이 타깃 치료법이 원인을 알기 힘든 간질 증상을 빠르게 완화할 수 있을 것으로 나타났다.
15일 온라인으로 열린 대한의학유전학회 춘계학술대회에서 이정호 KAIST 의과학대학원 교수는 'Antisense Oligonucleotide Therapy for Somatic Mutations in Intractable Epilepsy'를 주제로 특정 유전자를 타깃한 뇌신경질환의 새로운 치료연구에 대해 설명했다.
이 교수는 "뇌신경질환은 크게 생식세포 돌연변이와 체세포 돌연변이로 인해 일어나는데, 난치성인 경우 원인을 알 수 없는 경우가 많아 주로 체세포 돌연변이에서 비롯된 것으로 유추된다"며 "최근 가족력이 아닌 발달, 노화에서 비롯된 체세포 돌연변이가 난치성 뇌질환과 깊게 연관이 있다는 가설이 주목받고 있다"고 말했다.
일례로 안티센스 올리고뉴클레오타이드(ASO) 유전자 치료제 중 스핀라자는 희귀신경질환인 척수성근위축증(SMA)을 적응증으로 난치성 뇌질환의 혁신적인 패러다임을 이끌었다.
여기서 ASO는 체세포 돌연변이를 포함 전체 유전체에 적용돼 신경조직 특성상 약물을 한번 주입해 오랫동안 약물 효능이 유지될 수 있고 뇌의 줄기세포를 넘어 뉴런까지 약물 전달이 가능하다.

이에 이 교수 연구팀은 체세포 돌연변이로 인한 난치성 뇌질환 진단과 원인을 규명하는 동시에 ASO을 토대로 치료 가능성을 살펴봤다. 그는 여러 연구 중 대표적으로 뇌전증 연구 2가지를 소개했다.
처음 연구팀은 세브란스 병원에서 뇌수술을 받은 난치성 뇌전증 환자 232명의 뇌 조직 및 말초 조직(혈액 또는 침)을 분석해 돌연변이가 자주 발생하는 타깃 유전자(체세포 돌연변이)를 확보했다.
뇌신경 줄기세포에서 국소적으로 일어나는 해당 유전자가 국소피질이형성(FCD) 질환을 일으킨다고 추정해 연구를 시작, 그 결과 실험용 생쥐 모델에 특정 단백질 억제제를 투여해 간질 증상이 사라지는 것을 확인했다.
고심도 유전체 분석을 통해 최적의 표적 유전자 선별, 고심도 시퀀싱 분석 및 방법의 조합을 찾아 진단 정확도를 50%에서 최대 100%까지 높이는 데 성공했다.
더불어 연구팀은 mTOR에서 체세포 돌연변이가 뇌전증의 주요 원인이라는 최근 해외 연구결과를 바탕으로 그 중에서도 간질에 직접적으로 영향을 주는 단백질이 무엇인 지를 규명했다.
연구팀은 체세포 돌연변이를 가진 난치성 간질 마우스 모델에서 mTOR를 활성화해 간질을 유발한 뒤 나타난 특정 단백질을 살펴본 결과, 신경 신호전달 상호작용역할을 하는 단백질 'eIF4E'이 뇌 조직 안에서 촉진되면서 간질 증상을 일으키는 것으로 확인됐다.
이 교수는 "eIF4E의 약리학적 또는 유전적 억제는 난치성 간질의 새로운 치료법으로 개발될 수 있다"며 "해당 결과를 바탕으로 eIF4E 억제제인 메트포르민이 다루기 힘든 간질을 억제한다는 사실도 발견했다"고 밝혔다.
덧붙여 "뇌질환 치료제로 연구 중인 mTOR 억제제 everlimus와 라파마이신의 경우 현재 혈액-뇌장벽(BBB)을 잘 통과하지 못한다는 한계가 있는데, 여기에 eIF4E 억제제와 함께 투여하면 단백질 활성화 저해 및 세포 감소를 이끌어 낼 수 있다"고 전했다. 그에 따르면 해당 연구는 원숭이 대상 전임상에 있으며 2022년 말 FDA에 IND 승인 신청 할 예정이다.
그는 "PCR과 같은 기술 발전은 이전 불가능했던 유전자 원인을 알아내고 쉽게 모델링할 수 있도록 조성했다"며 "특히 mRNA 등장은 기존 항체‧저분자화합물 기반 연구 한계를 넘어 명확하게 치료 가능한 유전자(druggable gene)를 도출할 수 있도록 장벽을 허물었다. 암 못지않게 뇌신경질환에도 정밀의학 시대가 빠르게 찾아올 것으로 전망된다"고 전했다