안녕하세요. 혁신신약 개발에 관련된 논문을 소개할 K-BioX 기자단 안진형입니다.

이 논문은 아데노바이러스 벡터를 이용한 유전자 치료에 이용되는 합성생물학 기법들을 소개한 리뷰 논문입니다.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c04556

 

Synthetic Biology Approaches for Engineering

Next-Generation Adenoviral Gene Therapies

 

 

합성생물학의 첫 번째 과제는 아데노바이러스 벡터의 면역원성을 줄이는 것입니다. 면역원성은 유전자 전달을 막고 독성을 유발할 수 있으며,

이를 극복하기 위해 여러 기법이 제시되어 왔습니다.

하나의 성공적인 전략은 아데노바이러스의 캡시드 단백질을 다른 것으로 대체하여 중화항체의 공격을 피하는 것입니다.

 

만약 아무런 처리를 하지 않은 아데노바이러스 벡터를 인체에 주입한다면 이는 저혈소판증과 사이토카인 폭풍 등 여러 부작용을 나타낼 수 있고,

항원 제시 세포가 MHC-II를 통해 CD4+ cell을 활성화하며, CD4+에 의해 B세포가 활성화되고 아데노바이러스에 대항하는 중화항체와 기억세포

를 만들어서 더 이상 아데노바이러스를 이용한 유전자 치료는 불가능해집니다.

 

 

아데노바이러스(이하 Ad)의 캡시드는 7종류의 단백질로 이루어지는데, hexon, penton, fiber protein이 대표적이며, minor한 단백질로 pIIIa, pVI, pVIII, pIX 의 4종류가 존재합니다. Ad의 캡시드 단백질을 minor한 종류로 바꾸면 면역원성을 줄일 수 있습니다.

제약회사 아스트라제네카는 인간 Ad26을 사용하여 코로나19 백신을 개발하였는데,
Ad 기반 백신은 mRNA 백신과는 달리 4도에서도 안정하다는 장점을 가지고 있습니다.

이 외에도 albumin-binding-protein(ABD)를 hexon의 가운데에 삽입하고 Ad를 알부민으로 둘러싸는 방법도 있고, CRISPER-Cas9을 사용하여 적혈구 막으로 Ad를 둘러싸서 tumor cell에 의해 uptake되기 쉽게 하는 전략도 있습니다.

 

 

수정이 되지 않은 Ad는 coxsackievirus and Ad receptor (CAR) 이 존재하지 않는 세포에 형질을 도입할 수 없어서 감염시킬 수 있는 세포의 종류가 제한적입니다. 따라서 이 논문에서는 Fiber pseudotyping 혹은 xenotyping 을 하거나, tissue-specific tropism을 촉진시키는 Bispecific scFv(single-chain variavle fragments) 를 부착하기도 하고 , knob들이 noncovalent associations에 의해 방해받지 않도록 하기 위해 camelif nanobodies를 부착하는 방법도 나와 있습니다. 이때 knob의 카복실기가 Ad 캡시드를 향하는 대신 바깥을 향하도록 하기 위해 T4 fibritin trimerization protein을 추가로 부착하였습니다.

 

아데노바이러스의 E1A 유전자는 종양을 억제하는 기능을 가지고 있는데, 이를 이용한 유전적 논리 회로도 이 논문에 소개되어 있습니다.  이 회로는 miR-21이 많이 발현되고 miR-199a-3p가 적게 발현되는 종양 세포의 특징을 이용하며, 종양 세포에서만  E1A 유전자를 전사시켜 종양을 억제할 수 있습니다.

 

CIBN domain과 fusion된 dCas9는 gRNA를 통해 타겟 유전자와 결합하고, VP64 활성화 도메인에 청색광을 비춰 줄 때만 endogenous gene을 전사시키는 것도 가능합니다.

 

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편집:안진형