[연구분야#3] 올리고 뉴클레오타이드(ASO) RNA 치료제의 특징과 주요 이슈

 

지난 글에 이어서 RNA 치료제 4종류(ASO, Aptamer, siRNA, mRNA) 중  ASO 장점과 장점을 가지게 된 배경에 대해 이야기 해보고자 합니다.

 

RNA치료제의 단점이 있습니다. RNA 치료제는 체내에 투여되어 약효를 발휘하기 전에 RNase 효소에 의해 약물이 분해되어 제 기능을 할 수 없다는 점입니다. 이러한 단점을 보완하기 위해 ASO에 화학적 변형을 주어 ASO의 체내 안정성을 높이는 데 기여하고 있습니다.

 

다른 RNA 치료제들과는 다르게 ASO(Antisense oligo nucleotide)는 다양한 화학적 변형이 가능합니다. ASO가 체내에 유입되어 RNAse의 공격과 다양한 화학적 상황에 노출되게 됩니다. 약효를 발휘하기 전 체내에서 RNase에 의해 ASO가 분해되어 버리면 약효가 떨어지게 되므로 이러한 화학적 안정성을 높이기 위해 다양한 Modification을 적용하게 됩니다.

 

*RNAse : Ribonuclease로 불리며 RNA를 분해하는 반응을 촉진시키는 효소이다.(RNA 분해 효소)

 

 

ASO가 어떠한 Modification을 하게 되었는지 설명해 보려고 합니다. 

 

첫번째, PS / 2-O-Me / 2-O-MOE/ LNA(Locked nucleic acids) / 2'-F 작용기의 적용입니다. ASO 약물에 이러한 작용기를 적용하여 ASO 약물이 체내에서의 안정성을 높이고 타겟 mRNA와 보다 강한 결합을 하기 위해 이러한 modification을 하게 됩니다.

 

 

ASO의 체내 안정성을 높이기 위한 Modification 유형들

 

 

 

BNA의 구조와 특징

 

 

RNAse에 의해 phosphodiester 본드가 끊어지는 것을 막기 위해 phosphate 에 결합한 oxygen 중 하나를 sulfur 로 바꾼 형태입니다. 이러한 변형을 Phosphotioate 라고 부르며 이 변형에 의해 nuclease 저항성을 가지게 됩니다. Sulfur는 oxygen 보다 크기가 크기 때문에 구조적 변화를 일으키게 되어 타겟하는 RNA 에 좀 더 강한 결합을 형성하게 합니다.

 

 

 

2'-O-Methyl ( 2'-O-Me) 와 2’-O-methoxy-ethyl (2'-O-MOE) 는 ribose ring 의 2 번 탄소에 Modification 작용기를 붙인 형태입니다. 이러한 변형은 nuclease 공격에 의한 분해을 막아주며 동시에 타겟하는 mRNA 과의 결합을 증가시켜 약효를 높이는 효과가 있습니다. 또한 이 Modification은 ASO가 생체 내에 주입되었을 때 일으키는 면역반응을 완화시켜 Anti drug antibody(ADA) 생성에 의한 체내 부작용을 줄이는 역할을 하게 됩니다.

 

 

ASO 약물의 결합력을 증가시키기 위해서는 아래 그림과 같이 Gapmer 형태 구조를 활용하게 됩니다. RNA mimic 으로 되어 있는 부분에 Modification 작용기(PS / 2-O-Me / 2-O-MOE)를 적용하여 해당 부분이 Cleavage 되지 않도록 디자인을 합니다.

 

 

 

Gapmer Structure

 

 

 

RNA mimic에 해당되는 부분은 상대적으로 강한 Modification이 들어가 있기 때문에 끊어지지 않고 상대적으로 약한 DNA 부분이 RNase에 의해 Cleavage 됩니다. Cleavage 된 ASO가 타겟하는 mRNA에 결합하게 되면서 mRNA의 전사 과정을 방해하여 단백질 형성을 막게 되면서 약효를 발휘하게 됩니다.

 

 

 

ASO gapmer Mechanism of action

 

 

 

 

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