먹는 재생성 골다공증 치료제 개발…단가 낮고 복용 편리

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CXXC5는 Wnt 신호전달계에 대한 음성되먹임작용을 통해 조골세포의 분화를 막음으로써 새로운 뼈 형성의 속도롤 늦춘다(왼쪽). 본 연구진이 금번 연구로 발굴한 새로운 화합물들(KY-02061, KY-02327)은 이러한 음성되먹임작용을 해제함으로써 조골세포 내 Wnt 신호전달계를 활성화하고 이를 통해 조골세포의 분화 촉진 및 새로운 뼈 형성의 속도를 증가시킨다(오른쪽). 새로운 뼈 형성의 속도 증가는 골밀도를 높이는 결과로 이어져 골다공증 등 골밀도의 저하로 나타나는 질환들을 치료하는 효과를 보이게 된다(오른쪽).
<CXXC5는 Wnt 신호전달계에 대한 음성되먹임작용을 통해 조골세포의 분화를 막음으로써 새로운 뼈 형성의 속도롤 늦춘다(왼쪽). 본 연구진이 금번 연구로 발굴한 새로운 화합물들(KY-02061, KY-02327)은 이러한 음성되먹임작용을 해제함으로써 조골세포 내 Wnt 신호전달계를 활성화하고 이를 통해 조골세포의 분화 촉진 및 새로운 뼈 형성의 속도를 증가시킨다(오른쪽). 새로운 뼈 형성의 속도 증가는 골밀도를 높이는 결과로 이어져 골다공증 등 골밀도의 저하로 나타나는 질환들을 치료하는 효과를 보이게 된다(오른쪽).>

국내 연구진이 먹을 수 있는 재생성 골다공증 치료제를 개발했다. 현재 재생성 골다공증 치료제는 `주사`로만 가능한데 골육종 발생을 일으킬 수 있다. 이번에 개발된 약물은 골밀도를 증진시키면서 뼈 미세구조까지 회복시킨다. 현재 임상시험 등이 남아있어 한국화학연구원에서 공동연구 기업 파트너를 찾고 있다.

최강열 연세대 교수
<최강열 연세대 교수>

최강열 연세대학교 생명공학과 교수팀은 신호 전달체계의 흐름을 막는 단백질(CXXC5)의 작용을 차단해 뼈 형성을 증진시키는 새로운 골다공증 치료제를 개발했다고 15일 밝혔다. CXXC5(CXXC-type zinc finger protein 5)는 최근 새롭게 규명된 윈트신호전달계를 억제하는 인자다.

뼈 조직 내에서는 낡은 뼈를 제거하고 새로운 뼈를 만들어내는 과정이 끊임없이 반복된다. 뼈의 재형성 과정이라 부른다. 이 과정은 조골세포와 파골세포라는 두 세포의 상호작용으로 일어난다. 파골세포가 낡은 뼈를 흡수하면 조골세포가 새로운 뼈를 만들어 그 빈자리를 채운다. 하지만 두 세포 간 균형이 깨져 뼈의 밀도 이상으로 질병이 발생한다. 그 대표적 질환이 골다공증이다.

Dvl-CXXC5 결합 저해제의 검색 및 발굴 : (A) 발현, 정제된 Dvl PDZ domain을 실험접시 바닥에 고정시키고 여기에 결합할 수 있는 펩타이드에 형광물질을 붙여 Dvl-CXXC5 결합 저해제를 검색할 수 있는 고속/고효율 검색 시스템을 개발함. (B) 검색 시스템을 이용, 한국화학연구원이 제공한 화합물 라이브러리로부터 Dvl-CXXC5 결합 저해제를 발굴함. (C-D) 발굴된 저해제들을 조골모세포에 처리하였을 때 윈트 신호전달계의 주요작용단백질인 베타카테닌(β-catenin)의 양 및 핵 내로의 이동이 증가함을 확인함. (E-F) 발굴된 저해제들을 쥐로부터 적출하여 생체 외 배양한 뼈 조직에 처리하였을 때 뼈의 두께성장이 촉진됨을 확인함.
<Dvl-CXXC5 결합 저해제의 검색 및 발굴 : (A) 발현, 정제된 Dvl PDZ domain을 실험접시 바닥에 고정시키고 여기에 결합할 수 있는 펩타이드에 형광물질을 붙여 Dvl-CXXC5 결합 저해제를 검색할 수 있는 고속/고효율 검색 시스템을 개발함. (B) 검색 시스템을 이용, 한국화학연구원이 제공한 화합물 라이브러리로부터 Dvl-CXXC5 결합 저해제를 발굴함. (C-D) 발굴된 저해제들을 조골모세포에 처리하였을 때 윈트 신호전달계의 주요작용단백질인 베타카테닌(β-catenin)의 양 및 핵 내로의 이동이 증가함을 확인함. (E-F) 발굴된 저해제들을 쥐로부터 적출하여 생체 외 배양한 뼈 조직에 처리하였을 때 뼈의 두께성장이 촉진됨을 확인함.>

기존 치료제는 뼈가 분해돼 없어지는 것을 막아 골밀도를 유지시키는 파골세포 골절쪽에 집중했다. 그러나 이런 치료법은 새로운 뼈를 만드는 게 아니라 낡은 뼈의 흡수를 막는 것으로 비정형 골절 등이 나타나는 한계가 있다.

유일한 뼈 재생성 골다공증 치료제인 재조합 부갑상선 호르몬(parathyroid hormone)은 생산비용이 높고 구강 복용이 불가능해 이틀에 한 번꼴로 혈관 주사를 놔야 한다. 대체제가 필요한 상황이다.

최강열 교수팀은 윈트신호전달계를 저해하는 CXXC5가 그 작용점인 단백질 디셰블드(Dishevelled)에 결합하는 것을 막아 뼈 재생을 촉진하는 저분자 화합물을 발굴했다. 이 화합물을 개량해 새로운 뼈 재생 골다공증 치료제로 개발이 가능하다. 연구팀은 조골모세포의 분화와 새로운 뼈 형성을 촉진하는 효과를 가진 저분자 화합물을 발굴했다.

연구팀은 골다공증이 있는 생쥐에 구강으로 투여하는 실험을 한국화학연구원 등과 공동으로 수행했다. 구강 복용 시 골다공증을 치료하는 효과를 있음을 확인했다.

영국 비전게인사의 골다공증 치료와 예방 보고서에 따르면 골다공증 치료제 세계시장은 지난해 83억6000만달러 규모이다. 전 세계 골다공증 환자가 2억명을 넘으며 이들 중 38%가 미국, 유럽과 일본에 거주한다. 전 세계적인 고령화 추세에 따라 2050년이면 골다공증의 유병률은 현재 4배 정도까지 증가할 것이라고 예측했다. 연구팀은 이번에 개발된 재생성 골다공증 치료제가 시장의 강자가 될 것으로 기대하고 있다.

연구결과는 약학 분야의 국제 저명 학술지인 엠보 몰레쿨러 메디신(EMBO Molecular Medicine) 3월 3일자에 게재됐다.

송혜영기자 hybrid@etnews.com