Keywords

소개 

바이오 치료제 분야의 눈부신 발전은 항체-약물 접합체(Antibody-Drug Conjugates, ADC)와 siRNA와 같은 RNA 기반 치료제의 진화를 이끌어 왔습니다. 이 두 치료 플랫폼은 작용 표적과 메커니즘은 다르지만, 공통적으로 간 리소좀(lysosome) 환경에 크게 의존하며, 특히 리소좀 안정성과 리소좀 내 분해(lysosome catabolism)가 치료 효과를 결정짓는 핵심 요인으로 작용합니다. ADC 시스템에서는 Cathepsin B 효소가 링커를 정밀하게 절단함으로써 Payload(약물 성분)가 제어된 방식으로 방출되며, 이는 특히 DS8201a와 GGFG-DxD 플랫폼에서 중요한 작용 기전입니다. 반면, siRNA 치료제는 간세포 리소좀을 표적으로 하는 GalNAc-siRNA 접합체를 활용하여 리소좀 장벽을 극복하고, 효과적인 전달과 세포 내 탈출(siRNA escape)을 유도해야 합니다.

이번 뉴스레터에서는 이러한 공통 경로와 도전과제를 다루고, 연구자들이 활용할 수 있는 실험 모델과 전략을 함께 소개합니다.

ADC 개요 및 핵심 개념

ADC Overview and Key Concepts

ADC(항체-약물 접합체)는 단일클론항체(monoclonal antibody), 세포독성 약물(payload), 그리고 이 둘을 연결하는 링커(linker)로 구성된 바이오 치료제입니다. 이 링커는 종양 특이 항원에 도달했을 때만 정확하게 Payload를 방출하도록 설계되어 있으며, 동시에 정상 조직의 손상은 최소화하도록 고안되어 있습니다. Payload의 정밀한 방출은 간 리소좀 환경에 크게 의존하며, 여기서의 높은 리소좀 안정성은 효율적인 리소좀 분해(lysosome catabolism)를 가능하게 합니다. 이러한 조건에서 Cathepsin B 효소가 적절한 시점에 활성화되어 ADC 링커 절단을 유도하게 됩니다. 예를 들어, DS8201a는 GGFG-DxD 메커니즘을 활용하여 간 리소좀 내에서만 표적 Payload를 방출함으로써, 우수한 약효와 함께 전신 독성을 최소화하는 전략을 구현하고 있습니다.

ADC 링커와 Payload 방출 메커니즘

ADC Linker and Payload Release Mechanisms

ADC 링커의 설계는 Payload의 정밀한 방출을 보장하는 데 핵심적인 요소입니다. 이 링커의 안정성은 간 리소좀 내 환경에 크게 영향을 받으며, 이때 **리소좀의 안정성(lysosomal stability)**이 결정적인 역할을 합니다. 리소좀이 안정적으로 유지되면, 리소좀 내 분해 작용(lysosome catabolism)이 원활히 일어나고, Cathepsin B와 같은 효소들이 ADC를 효과적으로 처리할 수 있는 환경이 조성됩니다. 이러한 조건에서 ADC 링커는 체내 순환 중에는 분해되지 않고, 간 리소좀에 도달했을 때만 절단되어야 합니다. 이 절단은 Cathepsin B에 의해 매개되며, 이는 리소좀 분해 과정을 유도하는 데 필수적인 단계입니다. 더불어 DS8201a와 GGFG-DxD와 같은 고도화된 플랫폼은 간 리소좀의 특성을 최대한 활용하여, 링커 기능과 Payload 방출을 최적화함과 동시에 높은 리소좀 안정성을 유지하도록 설계되어 있습니다. Cathepsin B 외에도, Cathepsin L, M, K와 같은 다양한 시스테인 프로테아제(cysteine protease)들도 리소좀 내 분해 및 약물 방출 과정에 중요한 역할을 합니다.

• Cathepsin L은 강력한 endopeptidase 활성을 지닌 효소로, 세포 내 단백질을 분해하여 Payload 방출을 촉진하는 데 기여합니다.
• Cathepsin M은 상대적으로 연구가 덜 되어 있지만, 리소좀 내 분해에 관여하며 다른 프로테아제의 활성을 보완할 수 있습니다.
• Cathepsin K는 주로 뼈 조직에서 콜라겐을 분해하는 효소로 알려져 있지만, 특정 조건에서는 펩타이드 링커(peptide linker)를 절단할 수 있는 능력도 가지고 있습니다. 이들 효소의 상호보완적이면서도 중복되는 작용은, ADC 링커의 분해와 Payload 방출 메커니즘을 정밀하게 조절하여, 표적 세포 내에서만 약물이 활성화되도록 하고, 전신 순환계에서는 안정성을 유지하도록 돕습니다. 향후 Cathepsin B, L, M, K 간의 작용 기전을 보다 정밀하게 규명하는 연구는, 링커 설계 최적화를 통해 치료 효능을 극대화할 수 있는 새로운 전략 개발로 이어질 수 있습니다.

siRNA 치료제와 전달 도전과제

siRNA Therapeutics and Delivery Challenges

◎ siRNA 전달과 리소좀 포획

siRNA Delivery and Lysosomal Entrapment

siRNA 치료제는 Gene silencing을 통해 높은 표적 특이성을 가지는 강력한 치료 전략입니다. 그러나 이 치료법이 직면한 가장 큰 과제 중 하나는 siRNA가 분해되지 않고 세포 내에서 효과적으로 작용할 수 있도록 보호하는 것입니다. 세포 내로 흡수된(siRNA의 endocytosis이후) 상당량의 siRNA는 간 리소좀 및 간세포 리소좀(hepatocyte lysosomes)으로 운반되며, 이곳에서 리소좀 분해 작용(lysosome catabolism)이 빠르게 일어납니다. 이러한 분해는 Lysosomal Acid Phosphatase를 포함한 여러 효소에 의해 촉진되며, 이로 인해 리소좀 안정성이 손상되고 siRNA가 분해되어 치료 효과가 감소하게 됩니다.

◎ GalNAc‑siRNA 접합체의 작용 기전

Mechanism of GalNAc‑siRNA Conjugates 

GalNAc-siRNA 접합체는 siRNA를 간세포에 선택적으로 전달하기 위한 전략으로, 간세포 표면에 존재하는 아실로글리코단백질 수용체(asialoglycoprotein receptor, ASGPR)**를 표적으로 작용합니다. 이 수용체와의 결합을 통해 GalNAc-siRNA는 빠르게 세포 내로 흡수(endocytosis)됩니다. 세포 내로 endocytosis 이후 에는, GalNAc-siRNA 접합체가 리소좀 barrier을 극복하여 세포질로 탈출(siRNA escape)해야만 실질적인 유전자 scilencing 효과를 발휘할 수 있습니다. 이를 위해 GalNAc-siRNA에는 다양한 화학적 변형이 도입됩니다. 대표적으로, 2′-F(2′-fluoro), 2′-OMe(2′-O-methyl), 인산티오에이트(phosphorothioate) 등의 변형은 siRNA 분자를 효소 분해로부터 보호하고, 리소좀 환경에서도 안정성을 유지하도록 돕습니다.

◎ 대사 연구 시스템 및 올리고뉴클레오타이드 선택

Metabolic research system and selection of oligonucleotides

기존의 소분자 약물(small molecule drugs)과 마찬가지로, siRNA 제형 역시 전임상 개발 단계에서 체계적인 in vitro 대사 안정성 평가가 필요합니다. 이러한 평가는 간 리소좀 및 간세포 리소좀(hepatocyte lysosomes) 내에서 일어나는 리소좀 분해 작용(lysosome catabolism)과 Lysosomal Acid Phosphatase의 역할을 분석하여, siRNA가 어떻게 분해되는지를 정량적으로 파악하는 데 목적이 있습니다. 이러한 연구의 핵심은 siRNA의 전달 효율 최적화와 효과적인 siRNA escape을 보장하는 것입니다. 이를 위해 다음과 같은 다양한 평가 시스템이 활용됩니다:

   - 간 균질액(liver homogenates)

•    - 분리된 간 리소좀(isolated liver lysosomes)
•    - 1차 간세포(primary hepatocytes)
• 이러한 시스템은 실제 간 환경을 모사하여 siRNA 약물의 안정성과 효율성을 보다 정밀하게 평가할 수 있도록 해줍니다. 리소좀 안정성을 강화하는 방향으로 평가 및 조정을 수행하는 것이 siRNA 치료제의 성능 향상에 핵심적인 역할을 합니다.

간 리소좀의 공통된 역할

The Common Role of Liver Lysosomes

◎ 간 리소좀의 동적 기능

Liver Lysosome Dynamics

ADC와 siRNA 치료 전략은 서로 다른 메커니즘을 갖고 있지만, 궁극적으로 간 리소좀이라는 공통된 세포소기관에 도달합니다. 간 리소좀은 약물의 활성화 및 분해가 일어나는 핵심 장소로, 두 치료제 모두의 효능을 결정짓는 중요한 역할을 합니다.

•  - ADC 시스템에서는 간 리소좀이 Cathepsin B 효소를 통해 링커를 절단함으로써, 정밀하게 제어된 Payload       방출이 이루어집니다.
•  - siRNA 치료제의 경우 간 리소좀(특히 간세포 리소좀)은 공격적인 분해 작용과 Lysosomal Acid                         Phosphatase의 활성을 통해 치료 효과를 저해하는 주요 장벽으로 작용합니다.
• 따라서 두 치료 플랫폼 모두에서 리소좀의 안정성(lysosomal stability)을 높이는 것이 핵심 과제로 떠오르고 있으며, 이는 효율적인 리소좀 분해 활성 유지, 즉 ADC의 표적 약물 방출과 siRNA의 성공적인 전달을 동시에 최적화하기 위한 필수 조건입니다.
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◎In Vitro 모델과 대사 연구 시스템

In Vitro Models and Metabolic Research Systems

ADC의 Payload 방출 메커니즘과 siRNA의 안정성 평가를 위해 연구자들은 다양한 in vitro(시험관 내) 모델을 활용하고 있습니다.

예를 들어, 트리토좀(tritosome) 모델-대표적으로 쥐 간 유래 트리토좀(rat liver tritosomes)은 리소좀 분해 작용(lysosome catabolism)과 리소좀 안정성(lysosomal stability)을 예측할 수 있는 유용한 평가 시스템으로 활용됩니다. 

이 외에도, 간 S9 fraction, 간 균질액(homogenate), isolated liver lysosomes, 1차 간세포(primary hepatocytes) 등의 대사 연구 시스템은 ADC 링커가 Payload를 얼마나 효과적으로 방출하는지, siRNA가 리소좀 분해를 얼마나 잘 회피하는지를 평가하는 데 사용됩니다.

이러한 in vitro 모델은 모두 간 리소좀 기능을 최적화하기 위해 리소좀 분해 활성 및 Lysosomal Acid Phosphatase의 조절이 얼마나 중요한지를 강조하고 있으며, 신약 개발 단계에서 필수적인 실험 기반을 제공합니다.

◎치료 효능 향상을 위한 통합 전략

Integrative Strategies for Enhanced Therapeutic Outcomes

ADC 치료제와 siRNA 약물의 성공은 리소좀 안정성의 조절과 리소좀 내 분해 활성의 통제에 달려 있습니다.

•  - ADC의 경우, DS8201a 및 GGFG-DxD 시스템에서 보여지듯, 정밀한 링커 설계와 Cathepsin B의 정확한           활성화가 치료 효과를 좌우하는 핵심 요소입니다.
•  - siRNA 치료제에서는, GalNAc-siRNA 접합체에 적용되는 화학적 변형과 Lysosomal Acid Phosphatase         활성을 억제하는 전략이 siRNA의 효과적인 전달 및 세포 내 탈출(siRNA delivery & escape)을 촉진합니다. 결국, 간 리소좀이라는 특수한 세포 환경을 종합적으로 고려한 통합적 접근법이 높은 치료 효능(therapeutic efficacy)을 달성하는 데 있어 결정적인 역할을 합니다.

결론

Clonclusion

ADC와 siRNA 치료제는 간 리소좀 환경이라는 공통의 도전 과제를 마주하고 있으며, 리소좀의 안정성과 분해 활성이 이들의 성공 여부를 결정짓습니다.

• ADC System, 특히 DS8201a와 GGFG-DxD 플랫폼은 Cathepsin B에 의한 정밀한 링커 절단을 통해 효과적인 Payload 방출을 실현합니다.
• 반면 GalNAc-siRNA 접합체 기반의 siRNA 치료제는 리소좀 포획(lysosomal entrapment)과 Lysosomal Acid Phosphatase에 의한 분해를 극복하여 효율적인 siRNA escape을 달성해야 합니다. 연구자들은 트리토좀(tritosome), 간 S9 분획 등 다양한 in vitro 모델을 활용하고, 리소좀 기능 조절을 위한 통합 전략을 채택함으로써 ADC 및 siRNA 치료제의 전반적인 효능을 향상시킬 수 있으며, 동시에 비표적(off-target) 효과와 전신 독성(systemic toxicity)도 최소화할 수 있습니다.