RNA ? 내가 정말 모르고 살았구나.. NAT.. 뿌린놈..키운놈.. 먹는놈(2)

키운 놈(들)…

오늘은 두번째 기간인 90년대에 대해 좀 이야기하겠다.

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Antisense라는 개념을 최초로 만든 사람은  저명한  Dr. Paul Zamecnik 교수(보통 그를 Antisense의 아버지라고 한다. 어머니??? 누군지 모른다)이지만, 제대로 키운 사람은 ISIS Pharmaceuticals의 설립자이자, 설립부터 지금까지의 CEO인  Dr. Stanley Crooke 이라고 해야 할 듯하다. 물론 중간에  Gilead  Sciences의 Dr. Mark Matteucci가 왕성하게 했지만, 1998년 GSK와 8년간 했던 antisense과제를 GSK가 종료하자… Gilead도 포기하고 모든 지적 재산권을 ISIS에 팔았으니… 결국  ISIS이다.

Stanley Crooke (M.D. and Ph.D)이라는 사람은 1989년 1월 ISIS 를 설립했는데, 그 전에는  SmithKline and French Laboratories라는 회사의 연구부문의 사장까지 했었다. 결국 1989년부터 현재까지 총 25년간 승진한번 못하고 계속 CEO로 있다. 지금 나이가 69살이니… 45살부터 계속 ISIS에 있다.

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넓은 의미의  NAT도 사실은 화학적으로 보면 phosphorothioate chemistry를 사용하고 있기 때문에 거의 대부분의 회사들이 ISIS로부터 chemistry를 사용하기 위한 licensing계약을 맺었거나, 초기에 ISIS가 Joint venture 식으로 참여한 기업들이다.

우선 ISIS의 phosphorothioate chemistry의 원리를 보자.

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위의 그림의 왼쪽은 DNA이다. 2번 탄소 위치에 -OH가 있으면 RNA(Ribonucleic acid)이고, H만 있으면 (보통 화학식에서는 H를 별도로 표시하지 않는 경우가 많다) DNA(deoxy-ribonucleic acid)이다.

두개의 뉴클레오타이를 연결하는 방식이 원래는 선행하는 뉴클레오타이드의 3번위치에 있는 -OH와 후행하는 뉴클레오타이드의 5번 위치의 triphophate간에 5′-3′ phosphodiester 결합을 하면서 backbone을 이룬다.

그런데 이런 phosphodiesterase linkage는 -특히 RNA는- 세포 내외부에 있는 다양한 핵산가수분해효소에 매우 약해서 금방 잘려서 없어진다.

그래서 인위적으로 phosphate에 있는 산소(O) 하나를 인(S, sulfur)로 바꾼게5′-3′ phosphorothioate linkage이다. 사실 이것은 Gilead에서 초기 연구를 이끌던  Dr. Mark Matteucci가 Genentech에 있을 떄 만들었던 것이다.

어쨌던 위와 같이 라이보즈 링에 별도의 변형이 없이 backbone에만 변형을 둔 것을 1세대라고 한다. 이러한 1세대에 기반한 제품이 ISIS가 1998년FDA허가를 받은, 최초의 NAT인 Vitravene (formiversen) 이다.  CMV(cytomegalovirus)에 의한 망막염 치료제로 주로 AIDS치료제들이 면역력이 떨어지면서 감염되는 바이러스에 대한 치료제로, 유리체내 주사(intraocular injection)을 한다.  CMV의 mRNA에 결합하는 21개짜리 올리고머이다.

 

1세대가 있으면 2세대도 있고, 3세대도 있겠지….. 그렇다… ISIS 연구자들 .. 이 ribose ring가지고 온갖 잘일은 다했다.

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 1세대가 ribose ring을 그대로 둔 것이라면 2세대는 2번 탄소 위치에 methyl-O-ethoxy [MOE]그룹을 붙인 것이다. 이렇게 변형을 하면 (이렇게 바꾸는게 간단해 보이지만, 이걸 합성하고, 올리고머로 만드는 사람들은 힘들다^^!!!)  sense RNA와의 결합력도 좋아지고, 훨씬 더 안정성을 가진다. 또한 결합력이 좋아지니 비특이적 결합은 오히려 줄어든다. 그래서 약효를 나타내는데 필요한 용량도 많이 (?) 줄어들어 100~400 mg/ week (한 사람당)이다. 이렇게 해서 나온 약물이 2013년 희귀질환 치료제로 허가를 받은  Kynamro (성분명: mipomersen, 분자량 7594.80 dalton)이다.  ApoB 100 mRNA를 표적으로 하는 20개짜리 올리고머이다.  이 약물은 현재 Genzyme에서 판매하고 있는데 작년에 Kynamro에 대해서 설명한 site가 있으니 한번 참고해 보길 바란다. 여기에

[참고로 Kynamro는 200 mg/week로 투여하는데 이걸 전에 썼던 “약사님…. 이 알약에 약분자가 몇개 들어 있나요? “ 방식으로 계산해 보면 세포 하나당 mipomersen 분자 약 42만개가 투여되는 셈이다. ]

 2.5세대가 ribose ring에 좀더 변형을 가해서…. 2번 탄소와 4번 탄소를 ethyl기를 넣어서 결합하게 해서 cyclic을 만든 것이다. 2.5세대는 2세대에 비해서도 결합력이 강해서 복용량이 5~40 mg/week 정도라고 하고, 경구용도 가능하다고 하는데…. cEt containing Gapmer라고 부른다…

[어떻게 보면 Santaris의 Locked nucleic acid와 유사해 보인다. 차이점이 있다면 2번과 4번 사이에 methyl이 아니고 ethyl이라는 것과 backbone이  phosphorothioate라는 점이다. (아래 그림은 Santaris의 LNA 구조이다)]

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어쨌든 ISIS는 phosphorothioate chemistry를 지속적으로 발전시켜서 현재까지 이르고 있다. 결국 이렇게 바꾼 antisense들은 1990년대말과 2000년ㄷ초반 발견하게 된 RNA interference 현상 (microRNA와 siRNA 포함)을 이용하기 위해 주사하는 oligomer에도 대부분 활용이 되게 된다.

대표적으로 Alnylam이 ISIS와 chemistry 관련하여 서로 많은 주고받는 계약을 했고, 두 회사는 microRNA에 특화된 Regulus를 공동 설립하기도 했다. 또한 Prosensa에도 phosphorothioate  chemistry 사용관련하여 licensing을 했다. 나중에는 Santaris와도 licensing  계약과 함께 특허 분쟁을 벌이기도 했다[사실 NAT 연구개발하면서 phosphorothioate 기술로부터 자유로운 회사는  Sarepta [morpholino 기술 사용] 뿐이라고 할 정도로 광범위한 chemistry관련 IP portfolio를 가지고 있다].

아래는 ISIS의 현재  파이프라인이다. 물론 이 중에 빨간 글씨로 된 것들은 파트너회사들이 개발하고 있는 것들이다.

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참고로 이 시기에 사실 다른 회사도 있기는 있다. AVI BioPharma라고 – 처음에는 AntiVirals Inc라고 함-하는 회사로 Dr. James Summerton이 세운 회사로 1990년대 중반에는  Morpholino라는 새로운  oligonucleotide를 만들어낸다.  여기에 대해서는 관심있는 분들은 여기를 참고하길….
그리고 이 기간에 2000년대에 펼쳐질 이야기의 서막이 열리는데 바로 1998년도  Andrew Fire와 Craig Mello가 C. elegans에서 RNA interference 현상을 발견해서 Nature에 논문을 낸 것이다. Antisense라는 개념에 더해서 RNA interference라는 개념이 생겨나는 순간이다. 하지만 앞에서도 언급했듯이 Antisense-mediated Rnase H dependent mRNA degradation이나 RNA interference 건 이를 위해 사용하는 올리고는 ISIS의 것을 기본으로 한다.
1998년도 Gilead가 먹고 살기 힘들어서  antisense분야를 떠났고 결국 phosphorothioate  chemistry의 창시자인 Dr. Mark Matteucci도 Gilead Science를 떠났다. 아마 계속 했다면 뭔가 좋은게 나왔을까?  하지만 확실한 건 그 때 antisense를 그만둔 것은 Gilead 현재  모습을 보면 잘한 일이라는 생각이 든다.
작년 초에 Fobes의 유명한 바이오 관련 기고자인  Mattehew Herper는 아래와 같은 제목의 글을 썼다.
“24년간의 고생 끝에 스탠리 크룩은 드디어 Antisene의 시대를 열었나?”
Stan Crooke은 Stanley 를 줄여 부른 말이고, 24년은 1989년부터 회사를 설립했으니 작년에는 24년인 셈이다
1월 29일 Kynamro의 FDA 허가에 즈음하여 쓴 글인데… 그리 밝지많은 않은 논조이다.
Matthew  는 2013년 연초에 ISIS를 “biotech’s worst winner”라고 칭했었다. 바이오텍 분야의 최악의 승자?
너무나 오랜 기간 고생한 Stan에게 좀 무례하다고 생각할 수도 있지만, 냉정하게 보면 그 동안의  antisense 분야를 키운 것은 맞지만, 아직도 아쉬움이 많은 분야이기에 맞는 표현일수도 있겠다.
여하튼… 그는…키운 놈이 맞기는 맞다.
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