각막이영양증(Corneal Dystrophy, CD)은 각막에 비정상적인 물질이 침착되어 발생하는 유전성 희귀 질환입니다. 임상적으로 각막이영양증(CD)은 점진적인 각막 투명도 상실로 나타나며, 재발 각막 침식(Recurrent corneal erosion) 및 시력 손실을 초래할 수 있습니다. 과립형각막이상증(Granular Corneal Dystrophy, GCD)은 TGFBI(Transforming Growth Factor Beta Induced) 유전자 변이에 의해 발생하는 각막이영양증(CD)의 일반적인 subtype입니다. [1] TGFBI 유전자가 암호화하는 TGFBIp 단백질은 세포와 콜라겐 사이의 상호작용에 참여하여 세포의 부착, 이동 및 증식 과정에서 중요한 역할을 합니다. TGFBIp 단백질의 돌연변이는 각막 상피 및 기질에 비정상적인 침착을 유발하여 각막 투명도와 디옵터(diopter)를 감소시키며 결국 시력을 손상시킵니다. [1-2]
그림 1. 각막 전부(前部) 기질에 침착물이 보인 과립형각막이상증(GCD) 환자의 안구 증상 [2]
각막이영양증(CD) 새로운 치료법의 필요성
각막은 눈의 앞쪽에 위치한 투명한 무혈관 조직으로, 빛을 망막에 집중시키고 눈의 굴절력(refractive power)의 2/3를 제공합니다. 각막이영양증(CD)의 대표적인 병리적 특징은 각막의 각 층에 특정 물질이 축적되는 것으로, 양쪽 눈에 모두 발병하는 경우가 많습니다. 다양한 유형의 각막이영양증(CD)은 다양한 정도의 시력 장애를 초래할 수 있습니다. [3] 현재 각막이영양증(CD)에 대한 근본적인 치료법은 없고, 각막 이식이 기존의 주된 치료법으로 수술 후 재발, 이식 실패, 합병증 및 각막 기증자 부족과 같은 문제에 직면하고 있습니다. 따라서 유전자 치료, 재생 치료, 세포 치료와 같은 새로운 대체 치료법 개발이 미래 각막이영양증(CD) 연구의 중요한 주제가 되고 있습니다. [3-4] TGFBI 관련 각막이영양증(CD)은 가장 흔한 subtype 중 하나이기 때문에, TGFBI 유전자 변이에 의한 각막이영양증(CD) 그리고 이를 타겟으로 하는 치료법이 현재 연구의 주요 초점이 되고 있습니다.
Figure 2. 정상 TGFBIp 단백질 및 돌연변이 TGFBIp 단백질의 서로 다른 수송 및 침착 패턴 [4]
RNA Interference와 유전자 편집 위주의 TGFBI-Targeted 치료법
TGFBI 유전자가 암호화하는 TGFBIp 단백질은 세포의 부착, 이동, 증식 및 분화를 매개함으로써 다양한 생리적 및 병리적 반응에서 중요한 역할을 합니다. TGFBIp는 각막, 피부, 결합 조직에서 발현되어 콜라겐과의 결합을 통해 각막의 세포외 기질 구조적 지지를 제공합니다. [5] TGFBI의 돌연변이는 각막에 비정상적인 물질 침착을 초래할 수 있으며, 돌연변이 유전자의 발현을 억제하는 것이 잠재적인 치료 전략이 될 수 있습니다. SiSaf Ltd에서 개발한 RNA Interference 치료법 SIS-201-CD와 CRISPR-Cas9 유전자 편집 치료법 SIS-201-CDC는 TGFBI 유전자 돌연변이를 억제하거나 편집하여 돌연변이 단백질의 생성 또는 응집을 방지합니다. [6-7] 또한 최근 연구에 따르면 TGFBI는 다양한 암에서 비정상적으로 발현되며, 종양 면역 미세환경에서 면역 억제 효과를 나타냅니다. [8] TGFBI는 종양 세포 증식, 혈관 신생 및 세포 자살에 중요한 역할을 하여 여러 종류의 종양의 침윤 및 전이를 촉진합니다. [8-9] 따라서 TGFBI에 대한 타겟 치료법은 잠재적인 항암 전략이 될 것으로 예상됩니다.
그림 3. 돌연변이 TGFBI 유전자를 타겟으로 하는 유전자 편집 치료의 초기 전임상 세포주 연구. [7]
TGFBI 연구를 위한 B6-hTGFBI 인간화 마우스 모델 소개
RNA Interference 및 유전자 편집 치료법은 모두 인간 유전자를 타겟으로 하지만, 마우스 유전자와 인간 유전자 간의 차이는 임상적 translation 가능성을 제한할 수 있습니다. 이러한 유전적 차이를 극복하기 위해, Cyagen은 마우스 Tgfbi 유전자 서열을 인간 TGFBI 유전자 서열로 대체한 B6-hTGFBI 인간화 마우스 모델(제품 번호: C001546)을 성공적으로 개발하였습니다. B6-hTGFBI 마우스 모델은 인간 TGFBI 유전자를 발현하며 정상적으로 발달하고, 비정상적인 안구 표현형을 나타내지 않습니다. 또한 Cyagen은 B6-hTGFBI 마우스 모델을 기반으로 인간화 Point Mutation 질환 모델을 추가로 개발하여 TGFBI 관련 연구에 유용한 연구 모델을 제공할 예정입니다. 해당 연구에 관심 있으시면 문의해 주세요. 아래는 B6-hTGFBI 마우스 모델의 구체적인 표현형 정보입니다.
인간 TGFBI 유전자의 성공적인 발현
Homozygous B6-hTGFBI 마우스 모델은 간과 안구에서 인간 TGFBI 유전자를 성공적으로 발현하며, 마우스 Tgfbi 유전자를 발현하지 않습니다.
그림 4. B6-hTGFBI 마우스와 wild-type (WT) 마우스의 간과 안구의 유전자 발현 분석 결과
B6-hTGFBI 마우스의 정상적인 안구 형태:
Homozygous 및 Heterozygous B6-hTGFBI 마우스는 wild-type (WT) 마우스와 비교했을 때 각 안구 조직의 형태에 유의미한 차이가 나타나지 않고, B6-hTGFBI 마우스에서 정상적인 안구 표현형이 관찰됩니다.
그림 5. 안저(fundus), 망막 OCT 검사, 각막 및 전방(anterior chamber) OCT 검사 결과
Homozygous 및 Heterozygous B6-hTGFBI 마우스는 암순응(어두운 환경 적응)과 명순응(밝은 환경 적응)에서 ERG의 a-wave와 b-wave 진폭이 wild-type (WT) 마우스와 일치하고 B6-hTGFBI 마우스의 정상적인 망막 광수용체 기능을 의미합니다.
