RHO 및 관련 병원성 메커니즘은 무엇입니까? RHO 유전자 치료의 연구 진행 상황은 어떻습니까?

Cyagen의 새로운 칼럼 희귀 질환의“십종죄”는 희귀 질환 연구에 집중하기 위해 희귀 질환의 원인 기전, 임상 치료 모델, 유전자 치료방법 등 다양한 관점에서 희귀 질환의 원인을 살펴보는 것을 목표로 합니다. 이러한 희귀 질환의 원죄를 탐구함으로써 보다 정교한 질병 모델을 개발하고 희귀 질환과 관련된 약물의 개발을 촉진하고자 합니다. 이번 세계 눈의 날 특집에서는 RHO 유전자 돌연변이로 인한 망막색소 변성증이라는 희귀 안과 질환에 대해 주목해보도록 하겠습니다.

RHO 및 관련 병원성 메커니즘 

RHO 연구는 1950 년대에 시작되었습니다. 1957 년 미국의 생화학자 George Wald는 시각 반응에 필요한 감광성 색소, 즉 로돕신 (Rhodopsin, RHO)[1]을 발견했는데 Wald의 발견은 나중에 가능한 시각적 복원 기술의 중요한 기반을 제공했습니다. RHO 돌연변이는 망막색소 변성증을 일으키는 주범입니다. 대부분의 RHO 돌연변이는 광수용체 세포에서 보라색 적색 단백질의 높은 수준의 발현을 유도하여 대량의 돌연변이 단백질의 비정상적인 국소화 및 세포 응집을 유발하여 광수용체 세포의 세포 사멸을 초래하고 정상적인 광 신호 전달 기능을 발휘할 수 없게 합니다. 그중 P23H는 RHO 돌연변이 중 가장 많은 비율을 차지하는 병원성 돌연변이입니다.

2000 년 초, 연구자들은 야생형 RHO 유전자를 P23H 형질 전환 마우스 (마우스가 망막색소 변성증으로 고통받음)로 옮겼으며, 전달 요법이 P23H 형질 전환 마우스의 광수용체 변성 속도를 크게 늦추는 것을 발견했습니다 [2]. 그러나 RHO 유전자 돌연변이로 인한 망막색소 변성증 (Retinitis Pignmentosa, RP) 은 RHO 발현을 보충해야만 치료할 수 있는 것일까요? RHO-adRP와 같은 지배적인 질병의 경우 세포에 해로운 유전자 산물을 제거해야 하기 때문에 대답은 분명히 '아니요'라고 봅니다.

RHO 유전자 치료의 연구 진행 

RHO 관련 유전자 요법이 RP을 1+1=1의 방식으로 치료하는데 어떻게 사용될 수 있는지 (즉, 동일한 질병에 작용하는 두 가지 방법) 살펴보도록 하겠습니다.

• AAV전달 

Roche와 Spark가 공동 개발한 약물 RhoNova 은 AAV2/5 전달 shRNA를 통해 내인성 RHO 돌연변이 유전자 발현 억제 + 야생형 RHO 유전자 발현 보충 = RHO 돌연변이로 인한 RP(shRNA+WT-RHO=RP) 치료，임상 연구에서는 P23H 형질전환 마우스를 약효 연구 모델로 사용했습니다[3].

그러나, 초기 임상 실험은 shRNA의 억제 효과가 개 질환 모델 및 인간 세포에서 효과적이지만, 마우스에서 Rho 서열에서는 보존되지 않는다는 것을 보여주었습니다[4]. 이것은 P23H 형질전환 마우스 모델 이 내인성 Rho 유전자가 인간 RHO 유전자와 완전히 일치하지 않기 때문에 생체내 환자 효능과 일치하는 매우 효율적인 shRNA를 스크리닝 하는 데 결함이 있음을 나타내고 있으므로 RP관련 유전자 치료 연구를 위한 이상적인 임상 질환 모델이 아닙니다.

• RHO를 표적으로 삼는 CRISPR 치료 

장펑(张锋)이 설립 한 Editas는 RHO 돌연변이로 인한 RP 치료를 위한 생체 내 유전자 편집 요법 EDIT-103의 관련 결과를 발표했습니다. EDIT-103 은 전달 녹아웃과 광수용체 기능을 보존하기 위해 돌연변이 RHO 유전자를 보완하는 이중 AAV5 벡터를 사용한 돌연변이 독립적 CRISPR/Cas를 기반으로 하는 유전자 편집 요법입니다. 이 치료법은 150 개 이상의 RHO 돌연변이로 인한 RP를 해결할 것으로 예상됩니다. 또한, RHO 돌연변이에 의해 야기된 RP（Cas+WT-RHO=RP）를 치료하기 위해 이 gRNA 및 Cas를 통한 돌연변이 RHO의 발현을 억제하여 야생형 RHO 유전자의 발현을 보충할 수 있습니다.

전 임상 동물 모델에서 매우 효율적이고 특이적인 gRNA를 스크리닝 하기 위해 연구원들이 인간화 RHO 마우스 모델을 매우 영리하게 사용했다는 점을 주목해야 하는 바 (mRhohRHO/+), 즉 인간 RHO 유전자가 제자리에서 마우스 Rho 유전자를 대체합니다. 임상 연구에 따르면 hRHO는 일반적으로 마우스에서 발현되며 EDIT-103 은 인간화된 RHO 마우스에서 상당한 녹아웃 및 전달 효과를 나타냅니다 [5]. RP 관련 유전자 치료에서 인간 유전자를 운반하는 질병 모델이 고효율 및 특정 약물을 선별하는 데 필요하며 인간화 질병 모델 마우스는 RP 관련 약물 개발에서 더 나은 질병 모델이라는 것을 찾기가 어렵지 않습니다.

게놈 전체 인간화 모델의 HUGO-GT™

RHO 돌연변이로 인한 RP 외에도 Editas는 CEP290 돌연변이로 인한 선천성 흑내장 10 형, USH2A 돌연변이로 인한 Usher 증후군, SERPINA1 돌연변이로 인한 α-1항 트립신 결핍, CFTR 돌연변이로 인한 낭포 성 섬유증 및 기타 질병 파이프 라인을 발표했는데 이 파이프 라인의 임상 질병 모델은 모두 인간화된 마우스를 사용합니다.

신약의 연구 개발을 가속화하기 위해  [차세대 게놈 전체 인간화 모델 구축 계획] HUGO-GT™ Program 이 등장했습니다 (HUGO-GT: Humanized Genomic Ortholog for Gene Therapy). 즉, 희귀 질환 데이터 센터 RDDC (질병-유전자-동물 모델-약물 임상 정보를 얻기 위한 원 스톱 생물학적 데이터 플랫폼)를 기반으로 cyagen는 TurboKnockout 기술과 BAC 융합 기술을 통해 대형 게놈 조각의 교체를 실현하여 유전 질환 연구 및 유전자 치료 약물 개발에 더 적합한 게놈 전체 인간화 모델을 구축했습니다.

안과 질환 분야에서 Cyagen이 독자적으로 개발한 전체 게놈 인간화 마우스에는 야생형 전체 게놈 인간화 마우스 hRHO 과 이를 기반으로 구축된  P23H 점 돌연변이 질병 모델 hRHO-P23H , 그리고  hCEP290등 와 같은 기타 안과 모델이 포함됩니다.

참고문헌

• Wald G .THE MOLECULAR BASIS OF VISUAL EXCITATION[J]. American Scientist, 1954, 42(1):73-95.

• Lavail M M ,  Yasumura D ,  Matthes M T , et al. Ribozyme rescue of photoreceptor cells in P23H transgenic rats: Long-term survival and late-stage therapy[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2000, 97(21):11488-11493.

• Meng D ,  Ragi S D ,  Tsang S H . Therapy in Rhodopsin-Mediated Autosomal Dominant Retinitis Pigmentosa[J]. Molecular Therapy, 2020, 28(10).

• Mutation-independent rhodopsin gene therapy by knockdown and replacement with a single AAV vector[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2018, 115(36):E8547-E8556.

• https://ir.editasmedicine.com/news-releases/news-release-details/editas-medicine-presents-preclinical-data-edit-103-rhodopsin-0