의과학대학원의 김호민 교수(기초과학연구원(IBS) 바이오분자 및 세포구조 연구단 CI), 고규영 특훈교수(기초과학연구원(IBS) 혈관 연구단장) 연구팀이 혈관 내피세포의 TIE2 수용체에 특이적으로 결합하여 혈관 내피 세포의 성장과 안정화를 유도하는 ‘TIE2 활성항체 (hTAAB)’를 새롭게 개발하고, TIE2 활성항체와 TIE2의 결합 분자구조를 규명하였다. 단백질 결정학과 바이오 투과 전자 현미경 첨단 기술을 활용한 이 연구는 기초과학연구원 조경희 박사와 배점일 박사가 공동 제1 저자로 참여하였고, <네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)>에 게재됐다.

    TIE2 수용체는 혈관 내피 세포 표면에 주로 존재하며 혈관의 분화, 성장과 안정화를 조절하는 수용체 단백질이다. 안지오포이에틴(angiopoietin)이라는 단백질이 TIE2 수용체에 결합해 TIE2 세포 표면 응집과 활성화를 유도하고, 이를 통해 생리현상을 조절하는 데 매우 중요한 역할을 하고 있다. 기존의 TIE2 활성화를 유도하는 치료제 개발 연구는 대부분 단백질 엔지니어링을 통한 안지오포이테인 변이체 개발에 집중되어 왔으나, 생산성과 안정성이 낮고, 생체 내 반감기가 짧다는 등의 문제가 있었다.

기존의 한계점은

    기존의 연구에서는 TIE2 수용체를 활성화시키는 항체(ABTAA)가 개발되었고, 이를 이용해 암, 패혈증, 녹내장 등의 여러 질환의 혈관 이상을 정상으로 되돌릴 수 있다고 보고된 바가 있다. 그러나 이 항체는 TIE2에 직접 결합하지 않고, 안지오포이에틴2에 결합한 후 TIE2를 활성화시킨다는 한계가 있었다. 안지오포이에틴2가 없다면 활성화시키지 못하며, 양 조절이 어렵다는 문제가 있다.

연구는 어떻게 진행되었나

    이 연구에서는 기존과는 다른 방향을 선택하였다. TIE 수용체와 안지오포이에틴의 결합 분자구조를 바탕으로 TIE2 수용체에 직접 결합하면서 TIE2의 응집과 활성화를 유도하면서도 안지오포이에틴의 결합에는 영향을 미치지 않는 새로운 항체를 개발하고자 했다. 마우스 하이브리도마 기술과 혈관내피세포를 활용한 평가를 통해 가장 효과가 좋은 항체를 선별했다. 나아가 TIE2 수용체와 활성항체 복합체의 단백질 결정을 얻어 3차원 분자구조를 밝혀냈다. TIE2 수용체와 TIE2 활성항체 (hTAAB)의 상호작용에 핵심적인 분자코드를 규명한 것이다. 또한 바이오 투과전자현미경을 활용해 Y자 형태의 항체가 순차적으로 TIE2에 결합하여 다각형 형태로 TIE2 수용체의 클러스터를 유도하는 분자 메커니즘을 세계 최초로 관찰했다. 이를 바탕으로 TIE2 인간화항체 개발에도 성공하여, 향후 치료제 개발의 기반을 마련하였다.

마우스 하이브리도마 기술이란

    실험용 쥐에 외부 단백질을 여러 번 주사하면, 면역 반응으로 인해 해당 단백질에 대한 항체들이 만들어진다. 이렇게 생성되는 항체의 종류와 그 기능들이 다양하기 때문에 우리가 원하는 항체만을 생성하는 면역 세포를 골라야 한다. 이를 위해 쥐의 비장에서 면역세포를 추출한 뒤, 암세포와 융합시켜 하이드로마 세포를 제작하고, 그 중 스크리닝과 클로닝 과정을 거쳐 우리가 원하는 항체만을 생성하는 세포를 골라낸다. 이 세포에서 다량의 단일 클론 항체를 생산할 수 있다.

    김 교수는 향후 TIE2인간화 마우스를 제작하여 패혈증, 암과 같은 질병을 유도한 후, TIE2활성항체의 치료효능 평가를 진행해보고 싶다고 전했다. 또한, 단백질디자인 기술을 활용하여 TIE2 다각형 응집을 유도하는 더 발전된 형태의 TIE2 활성항체를 개발해 보고 싶다고 밝혔다. 나아가 이 연구에 대해 “단백질 구조생물학과 혈관생물학 분야를 연구하는 두 실험실의 유기적인 협력연구를 통하여 우수한 성과를 거둔 대표적 사례”라며 “기초연구와 응용/개발연구가 서로 다른 영역이 아님을 보여주는 연구”라고 전했다.