항체를 개선하기 위한 방법 document_id A220623053349

인간에서 생물학적 보호의 기작에 기초한 항체 약제는 그것이 특정 기능 분자를 표적화하는 분자 표적화 치료법이기 때문에 매우 기대된다. 특히, 암 및 류마티즘의 분야에서 나타나는 그 높은 효능은 최근 세계적인 개발 쇄도가 증가하고, 그것의 세계 판매 규모는 당분간 증가가 유지될 것이라 생각된다. 그러한 사회적 배경하에서, 본 기술에서 두드러진 진전이 항체 약제 및 항체 엔지니어링의 분야에서 발전되었다. 그러나 항체 분자의 수득된 클론 몇몇은 낮은 발현 레벨 및/또는 안정성 때문에, 그들의 조작에서 많은 어려움을 지니며, 그의 용액은 용이한 물질이 아니다. 상기에서 언급된 문제들은 항체의 연구 및 발전에 큰 걸림돌이다. 항체 약제의 경우에 직면한 또다른 문제점은 그의 비용이다. 비교적 많은 양의 항체가 치료법에 필요하며, 또한 식물 및 장치에서 과다한 투자가 발생하고, 약제 치료를 위한 환자의 부담 뿐 아니라, 국가 비용이 증가된다. 이에 따라, 항체 약제의 개발을 위한 중요한 계획은 생산성을 개선시키고, 그의 비용을 낮추는 것이다. 생체에서, 항체 서열은 B 세포가 성숙하는 동안 발생하는 임의의 유전자 재조합 또는 돌연변이 생성에 의하여 생산되며, 그 중 최적화 항체 서열을 갖는 것이 선택되고 증식된다. 최적화는 주로 항원-결합 능력에 의존한다. 그러나 도메인의 안정성, H 사슬과 L 사슬 사이의 상호작용, 가변 영역과 불변 영역 사이의 상호작용, 단백질분해효소 민감성 및 분비 효율성을 포함한 많은 요소들이 복잡하게 최적화에 공헌하는 것으로 생각된다. 이에 따라, 자연의 항체 서열은 안정성의 측면으로 필수적으로 최적화되지 않는다. 분리된 항체 클론이 분석을 위한 재조합 단백질로써 발현한다면, 그것은 때때로 상당히 불안정한 것으로 발견된다. 결과적으로, 예를 들어, (1) 발현 레벨이 매우 낮거나; (2)그것이 가용성 형태로 발현되지 않고, 리폴딩을 필요로 하는 봉입체(inclusion body)로써 발현되거나; (3) 정제하는 동안 산에의 노출이 변성을 유발하거나; 또는 (4) 실온에서, 심지어 4℃에 놔두어 침전 및 변성이 발생하며, 이에 따라 반응성이 사라지는 다양한 문제들이 발생한다. 이러한 문제점들을 해결하기 위한, 첫번째 접근은 각각의 항체 클론을 위한 조작 또는 완충액의 최적 조건의 연구일 수 있다. 그러나 그러한 연구는 많은 노동력과 비용이 필요할 뿐 아니라, 몇몇 경우에, 문제점 해결의 실패에 의하여 연구원이 장래성 있는 반응성을 가질지도 모르는 항체 클론의 다음 개발 또는 분석을 포기하도록 할 수 있다. 두번째 접근은 항체의 특성의 개선을 목표로 한 아미노산 치환 또는 분자 형태의 전환과 같은 분자 변형일 수 있다. 일반적으로, 개선된 단백질 안정성을 위한 변형은 다른 동종의 서열로부터의 더욱 보존된 아미노산의 이식과 분자 표면에 친수성을 증가시키거나 소수성 코어의 내부에 소수성을 증가시켜 패킹의 강도를 증가시키기 위한 컴퓨터 모델링을 통한 합리적인 설계를 포함한다(비-특허 참조 1). 아미노산 치환을 통한 항체 분자의 발현 레벨 또는 안정성의 개선에 관하여, 많은 기존 기록들이 각각의 항체 클론의 서열을 위한 독특한 아미노산 변형과 관련되어 있으나, 일반화될 수 있는 변형을 위한 오직 소수의 기술들만이 알려져 있다. 일반화될 수 있는 변형을 위한 그러한 기술들은 Worn et al.(비-특허 참조 2)에 의하여 기록된 바와 같이, 단일 사슬 항체(scFv)의 안정성을 개선시키기 위한 VH 내의 하나 또는 두 부위에서 아미노산 치환; Knappik et al.(비-특허 참조 3)에 의하여 기록된 바와 같이, Fv 단편의 발현 레벨을 증가시키고, 응집 반응을 억제시키기 위한 VH 내의 하나 또는 복수 부위에서 아미노산 치환; Steipe et al.(비-특허 참조 4)에 의하여 기록된 바와 같이, VL 도메인의 안정성을 개선시키기 위하여 VL 내의 하나 또는 두 부위에서의 아미노산 치환; 및 Hugo et al.(비-특허 참조 5)에 의하여 기록된 바와 같이, scFv의 발현 레벨 및 안정성을 개선시키기 위한 VL 내의 위치 34(Kabat 번호에 따라)에서 아미노산 치환을 포함한다. 그러나 모든 이러한 기록들에 의한 변형에 당면한 목적 항체는 마우스 항체이다. 항체 약제로써의 이용을 위하여, 마우스 항체는 인간에 투여될 때 그의 높은 항원성에 기인하여 차단되며, 외부 물질로써 인지된다. 이에 따라, 질환의 치료법을 위한 약제로써 마우스 항체를 이용하는 데 어려움이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 마우스 단일클론 항체는 단백질 엔지니어링 기술을 이용하여 키메라 항체로 전환될 수 있다. 그러나 마우스 키메라 항체는 여전히 30% 이상의 양으로 마우스로부터 유래된 서열을 함유하며, 이에 따라 그의 반복적 또는 지속적 투여는 투여된 키메라 항체의 활성을 저해하는 항체의 생산을 이끌어, 이에 따라 약제의 효능을 상당히 낮출 뿐 아니라, 심한 부작용을 유발할 것이다. 이에 따라, 이러한 문제들을 해결하기 위한 주요 접근은 마우스 가변 영역으로부터의 상보성 결정 영역(CDRs)이 인간 가변 영역 또는 인간으로부터 완전하게 유래된 서열을 갖는 인간 항체로 이식되는 인간화 항체를 작제하는 것이다. 반면, 아미노산 치환이 VH 내의 하나 또는 복수 부위에서 인간 항체를 위하여 수행되어, scFv의 발현 레벨 및 안정성을 개선시키도록 허용하는 Ewert et al.(비-특허 참조 6)에 의한 기록이 있다. 그러나, Ewert et al.에 의하여 변형된 인간 항체는 VH6 패밀리의 것이며, 상기 패밀리에 속하는 유전자의 이용 빈도는 1.4% 내지 2.4%(비-특허 참조 7)만큼 낮으며, 이는 그들의 기술을 광범위하게 실행할 수 있는 것이 아니게 한다. 상기에서 기술한 바와 같이, 질환-관련 항원을 표적화하는 특정 항체가 인간 진단 및 치료와 같은 임상 분야에서 매우 유용하기 때문에, 높은 항원 특이성, 낮은 면역원성 및 높은 생산성의 모든 특징을 갖는 항체를 제조하기 위한 기술의 확립이 진정으로 요구된다. 비-특허 참조 1: Vriend et al., J. Comput. Aided Mol. Des., 7(4), p.367-396 (1993) 비-특허 참조 2: Worn et al., Biochemistry, 37, p.13120-13127 (1998) 비-특허 참조 3: Knappik et al., Protein Eng., 8(1), p.81-89 (1995) 비-특허 참조 4: Steipe et al., J. Mol. Biol., 240, p.188-192 (1994) 비-특허 참조 5: Hugo et al., Protein Eng., 16(5), p.381-386 (2003) 비-특허 참조 6: Ewert et al., Biochemistry, 42, p.1517-1528 (2003) 비-특허 참조 7: Brezinschek et al., J. Clin. Invest., 99(10), p.2488-2501 (1997)