(226950) 올릭스 - (2) R & D < 주요기술 소개>

(226950) 올릭스 - (2) R & D < 주요기술 소개>

 

 

RNAi란?

RNA 간섭
(RNA interference, RNAi)

앤드루 파이어(Andrew Fire)와 크레이그 멜로(Craig Mello)는 1998년 RNA 간섭현상을 규명한 공로로 2006년에 노벨생리의학상을 수상하였습니다.

RNA 간섭현상은 세포 내에서 일어나는 기전으로 이중나선 RNA (double-stranded RNA, dsRNA)에 의해 표적 유전자 발현 억제가 유도되는 현상입니다. 인간의 게놈에는 약 23,000개의 유전자가 존재하는 것으로 알려져 있습니다. 이들 유전자 중 암, 당뇨 등의 질환 발병에 영향을 주는 유전자의 발현을 억제하여 부작용이 없는 신약 개발이 가능합니다.

RNA 간섭현상에 기반한 유전자 억제 기술은 높은 효율과 선택성을 나타내고 있어 차세대 신약 개발 기술로 각광받고 있습니다.

 

유전자란?

• 2000년 휴먼 게놈 프로젝트로 유전자 지도 완성 (A,G,T,C의 배열 순서로 결정)
• 부모에서 자식으로 물려지는 특징, 즉 형질을 만들어 내는 인자로서 유전 정보의 단위 / 생물세포의 염색체를 구성하는 DNA가 배열된 방식
• 유전자 치료제와 유전자 조절 치료제
• 유전자 치료제는 게놈의 유전정보를 변형하는 방식의 치료법이 사용되나, 유전자 조절 치료제는 유전자의 발현을 일시적으로 조절하는 것으로 RNA 간섭 기술 및 안티센스 올리고핵산(antisense oligonucleotide, ASO) 기술 등이 대표적인 유전자 조절 치료제 기술입니다.

 

RNA 간섭

• RNA 간섭 기술 2006년 노벨 생리학/의학상 수상
• 화학적으로 합성된 이중나선 RNA에 의한 효과적인 표적 유전자 억제
• 질병을 일으키는 유전자의 발현을 억제하여 치료제로 개발 가능
• 기존의 저분자화합물 약물이나 항체로는 접근이 불가능한 “undruggable target” 에 대한 신약 개발이 가능하여 난치성 질환에 대한 치료제로 각광을 받고 있음
• 최초 RNA간섭 치료제 ‘ONPATTRO’ FDA, EU 승인 (미국 Alnylam, 2018년 8월)

  ▲ 합성 화합물 신약과 달리 하나의 Platform 기술로 다양한 질환에 대한 신약물질을 단기간에 개발 가능

 

siRNA

RNAi 기반 유전자 조절 신약 개발

사람 세포에서 표적 유전자의 발현만을 선택적으로 억제하기 위해서 작은 간섭 RNA (small interfering RNA, siRNA) 라는 짧은 이중가닥 RNA를 세포에 도입하게 됩니다. 도입된 siRNA는 세포 내의 RNA 간섭현상 기전을 통해 상보적인 서열을 포함하고 있는 mRNA를 분해함으로써 표적 유전자의 발현을 억제합니다.

그러나 지난 십여년간의 연구를 통해 siRNA 기반 신약 개발이 생각보다 쉽지 않음을 알게 되었습니다. 그 이유로는 첫째,  표적유전자 억제를 위해 세포 내에 도입된 siRNA가 면역반응 유발, 비표적유전자를 억제하는 등 의도하지 않았던 부작용을 나타냈고 (off-target effect), 둘째,  siRNA를 원하는 세포나 장기로 효과적으로 전달하는 것이 기술적으로 매우 어려움을 알게 되었습니다 (delivery problem). 이러한 기술적 난제 때문에 RNAi 신약 개발이 예상보다 늦어지고 있으며, 본 기술에 대한 부정적인 시각도 생겨나게 되었습니다.

올릭스는 지난 수년간 이러한 RNAi 신약 개발의 문제점에 대해 연구하고 해결 방법을 모색해 온 RNAi 기술의 전문가들에 의해 창업되었습니다. 올릭스 보유 기술인 비대칭 siRNA기술은 기존 siRNA의 오프 타겟 효과를 획기적으로 감소시키는 기술이며, 자가전달 비대칭 siRNA(cp-asiRNA)기술은 전달체없이 원하는 세포 내로 RNA를 전달하여 표적 유전자의 효과적인 억제를 유도하는 원천 기술입니다. 올릭스는 이들 보유 기술을 바탕으로 피부 및 안과 질환과 같은 저비용으로 단기간에 개발 가능한 신약 개발을 추진하고 있습니다.

 

asiRNA

비대칭 siRNA
(asymmetric siRNA, asiRNA)

비대칭형 RNA(asymmetric siRNA, asiRNA)는 현재까지 가장 효율적인 유전자 조절 기술로 알려진 RNA 간섭 (RNA interference, RNAi) 기술을 바탕으로 OliX가 개발한 독자적인 유전자 억제 기술입니다.

RNAi 현상을 이용한 유전자 억제 기술은, 기존의 기술들로 치료가 불가능 했던 여러 난치병들 (유전질환 및 암, 바이러스의 감염 등)에 대한 치료제 개발이 가능한 특성 때문에 세계적으로 큰 관심을 받고 있으며, 다국적 제약 기업들의 연구도 활발히 진행되고 있습니다.

그러나, 현재 대부분의 RNAi 신약 개발에 사용하고 있는 작은 간섭 RNA (small interfering RNA, siRNA)는 표적유전자 이외의 다른 유전자의 발현에 영향을 주는 오프-타겟 효과 (off-target effect), 세포나 신체 투여시 면역 반응 유발 (immune stimulation), 세포 내 RNAi 기작 포화를 통한 독성 유발 (RNAi machinery saturation) 등의 여러가지 부작용을 나타냄이 확인되었으며, 이는 다수의 RNAi 신약 개발 프로그램의 일정 연기 및 취소로 이어지기도 하였습니다.

asiRNA는 기존의 siRNA와 동등한 유전자 억제 효율을 갖는 동시에, 기존의 siRNA가 가지고 있던 각종 면역반응과 비특이적 유전자 조절 부작용 등의 문제점을 해결한 새로운 구조의 유전자 조절 물질로, 정확하고 안전한 유전자 조절이 가능한 특징 때문에 치료제로의 개발에 최적의 조건을 갖춘 차세대 RNAi 기술입니다.

 

논문 발표

• Chang et al. Molecular Therapy 17, 725-732 (2009) [featured article]

특허 등록

• “ 오프-타겟 효과를 최소화하고 RNAi 기구를 포화시키지 않는 신규한 siRNA 구조 및 그 용도 ”
  대한민국 특허등록, PCT 출원(PCT/KR2008/007530), 유럽/일본/호주/중국 특허등록, 미국 출원
• “RNA 간섭을 유도하는 핵산 분자 및 그 용도＂
  대한민국 특허등록, PCT출원(PCT/PCT/KR2011/006632), 일본/미국 특허등록, 유럽/중국/캐나다 출원

 

cp-asiRNA

비대칭 siRNA technology
(cp-asiRNA)

RNA 간섭현상을 이용한 유전자 조절 치료제를 개발하기 위해서는, asiRNA와 siRNA 같은 유전자 조절 RNA들을 유전자 조절이 필요한 부위의 세포 내부로 전달하는 것이 필수적입니다.

하지만 세포 벽을 통과하기에 비교적 큰 크기와 세포벽과 반발력을 갖는 음전하를 띄고 있는 RNA의 구조적 특징 때문에, RNA를 세포내부로 전달하기 어려운 특징을 갖고 있습니다. 현재 RNA 간섭 현상을 이용한 치료제 개발에 가장 큰 어려움을 겪고 있는 부분도 바로 siRNA를 세포 내부로 전달하는 기술 개발 부분입니다.

현재 가장 많이 사용되는 방법은 양전하를 갖는 리포좀이나 폴리머 전달체를 이용하여 siRNA를 감싸는 방법으로 RNA의 음전하를 상쇄시켜 RNA가 세포 벽을 통과하는 효율을 높여주는 방법입니다. 하지만 양전하를 갖는 전달체들은 그 특성상 음전하를 갖는 세포 벽에 흡착되어 원치 않는 독성을 나타내거나, 사람 몸속에 존재하는 다양한 단백질들과의 상호 작용 하여 원치 않는 complex를 형성하는 등 다양한 부작용과 안정성 문제가 존재하여 치료제 개발에 많은 어려움을 겪고 있습니다.

cp-asiRNA (cell penetrating asiRNA)는 비대칭 RNA구조에 간단한 화학적 변형을 도입하여 세포 투과율을 높인 OliX만의 독자적인 유전자 조절 구조체로, 별도의 전달체 없이도 세포 벽을 바로 통과하여 높은 효율로 원하는 유전자만을 억제 할 수 있는 새로운 기술입니다. 기존의 기술로 전달이 어려운 primary culture cells, suspension cells등에서도 매우 높은 전달 효율을 보일 뿐만 아니라, 동물 실험에서도 매우 높은 유전자 억제 효율을 갖는 것이 다양한 연구를 통하여 확인 되었습니다.

또한 별도의 제형이나 장치의 개발 없이 one-step으로 눈 및 피부와 같은 국소 주사로 원하는 유전자의 조절이 가능한 cp-asiRNA의 특성 때문에, 다양한 질병 치료를 위하여 가장 효과적이고 빠른 핵산 신약 치료제 개발 기술로 평가 받고 있습니다.

▼ cp-asiRNA (cell-penetrating asiRNA)  

• cp-asiRNA은 siRNA의 화학적 변형 도입을 통해 개발된 구조
• 별도의 전달체가 필요 없는 자가 전달체
• Transfection reagents 없이 in vitro, in vivo 모두 효능

 

특허 등록

• “자가전달 비대칭 siRNA” 대한민국 특허등록,일본/중국/미국/유럽 특허등록

 

GalNAc-asiRNA

GalNAc-asiRNA

현재 전 세계적으로 Alnylam사를 비롯하여 siRNA 치료제를 개발하는 기업들은 간 조직 전달이 가능한 GalNAc (N-Acetylgalactosamine) 기술을 기반으로 간 조직에서 발현되는 질병 유전자 조절에 집중하고 있습니다.

이를 통해 최근 GalNAc 기반 급성 포르피린증 치료제인 Givosiran이 FDA로부터 승인을 취득하였으며, 다수의 GalNAc 기반의 치료제 후보물질들이 임상에 진입한 상태입니다. GalNAc 기술이란 화학적 구조를 변형하여 안정성을 높인 siRNA 분자에 GalNAc 분자를 연결하여 간세포 (hepatocyte)에 많이 존재하는 GalNAc 수용체 ASGPR (asialoglycoprotein receptor)에 인식되게 함으로써 타겟 기관인 간으로의 전달성을 높이는 방법입니다.

최근 올릭스에서는 현재 주력으로 삼고 있는 국소투여 siRNA 치료제 외에 GalNAc 기반 기술을 통해 간 전달이 가능한 플랫폼 구축 및 원천 기술을 확보하였고, 이를 통해 비알콜성지방간염 (NASH)이나 간 섬유화 등을 비롯한 간질환 치료제 개발을 추진하고 있습니다.

▼ GalNAc-asiRNA