세포생물학 -바이오 의약단백질의 glycosylation

소개글

세포생물학 -바이오 의약단백질의 glycosylation에 대한 보고서 자료입니다.

목차

I. Introduction

II. 보고내용
(1) Glycosylation의 중요성
(2) Glycosylation 내용을 요약 정리
(3) Erythropoietin(Epo)에서 glycosylation이 미치는 영향
(4) 치료용 항체의 경우 glycosylation이 미치는 영향
(5) Cerezyme의 경우 다른 단백질과 glycosylation pattern이 다른 이유

Ⅲ. 참고자료

본문내용

시기에 죽음을 맞이하게 된다. 현재까지 이를 치료 할 수 있는 유일하게 승인받은 치료법은 효소 대체요법으로 정상적인 효소 치료제(enzyme replacement therapy)를 외부에서 주입하는 방법이다. 효소치료제는 고가의 재조합 의약품으로 유전성 대사 질환군을 주요 대상으로 하고 있다. 재조합 효소들이 치료 효능을 나타내기 위해서는 이상 조직 및 세포로의 타겟팅이 무엇보다도 중요한데, 효소에 부가된 당사슬 구조 및 성분이 타겟팅에 결정적인 영향을 미치므로 효소치료제 개발에 있어서 당사슬 변형 기술이 특히 강조된다. 가장 대표적인 당사슬 변형 치료제가 Cerezyme으로써, 거식세포로 타겟팅되는 효율을 증가시키기 위해 당사슬 절단 효소공정을 통해 만노즈형 N-당사슬이 부착된 glucocerebrosidase로 개발되었다.
라이소좀은 세포에서 불필요한 물질들을 분해하여 재활용하도록 하는 소화와 자기 분해 기능을 가진 소기관이다. 그래서 다양한 소화 효소들이 라이소좀으로 이동해야 하기 때문에 특수한 전달신호를 가지고 있는데, 이러한 신호가 바로 만노스-6-인산(mannose-6-phosphate)이다. 골지체에서 N-acetylglucosamine-1-phosphotransferase (GlcNAc-PT)가 라이소좀으로 이동할 당단백질들의 3차 구조를 인식하여 GlcNAc-인산을 당사슬의 만노스 잔기에 부가한다. 그리고 여기에 다시 uncovering 효소(phosphodiester glycosidase)가 작용하여 GlcNAc 잔기만을 제거하여 만노스에 인산이 남게 되는 두 단계의 과정으로 만노스-6-인산(M6P)이 형성된다. 한편 M6P 당사슬을 인식하는 수용체에는 양이온 의존적 만노스-6-인산 수용체(cation-dependent mannose-6-phosphate receptor; CD-M6PR)와 양이온 비의존적 만노스-6-인산 수용체(cation-independent mannose-6- phosphate receptor; CI-M6PR)의 두 종류가 존재한다. 양이온 의존적 만노스-6-수용체는 ~45kDa 정도의 분자량으로 dimer 또는 tetramer로 작용하는 양이온 비의존적 수용체는 250~300kDa 정도의 정도의 큰 분자량을 지니며 만노스-6-인산 외에도 다른 여러 리간드에 대한 결합 부위를 가지고 있다.
만노스-6-인산 수용체는 골지체에서 만노스-6-인산을 가지고 있는 당단백질에 결합하여 이를 내포(endosome)를 거쳐 라이소좀으로 이동시킨다. 그러나 이때 만노스-6-인산 수용체와 결합하 지 못한 당단백질은 세포 밖으로 분비되게 된다. 이렇게 분비된 당단백질들을 다시 내포 반응 (endocytosis)을 통해서 라이소좀으로 이동시키는“분비-재도입(secretion-recapture)”경로가 존재하는데 주로 양이온 비의존적 만노스-6-인산 수용체가 기능을 한다. 바로 이 경로가 효소 대체요법이 이용하는 중요한 기작이다.
라이소좀 저장 질환을 가지고 있는 환자들은 잘못된 효소가 라이소좀으로 이동하여 축적된 대사물질을 분해할 수가 없다. 이 경우 외부에서 만노스-6-인산 당사슬을 가진 정상 효소를 투여하면, 분비-재도입 경로를 거쳐서 정상효소가 라이소좀으로 이동하여 축적된 대사물질을 대신 분해해 주는 것이다. 따라서 이러한 효소치료제에 있어서는 만노스-6-인산 당사슬의 부가를 정밀하게 제어하는 것이 매우 중요하다.
효소 치료제 중에서 고셔병 치로제 Cerezyme은 다른 효소 치료제들과 달리 만노스-6-인산 대신에 당사슬의 비환원 말단이 만노스로 끝나는 기작이 중요하다. 고셔병은 α-glucocerebrosidase 효소 활성의 결핍으로 대식 세포에 glucocerebroside가 축적되어 생기는 질환으로 부풀어 오른 대식세포가 간, 비장 골수 등의 조직에 쌓이면서 심각한 빈혈, 혈소판 감소증 및 간 비장 비대와 골괴사를 수반한 공격 합병증이 나타난다. 1970년대에 태반에서 분리한 glucocerebrosidase를 정제하여 환자에게 투여하였을 때 처음에는 일관된 결과가 나오지 않았다. 이는 외부에서 투여한 효소가 대식세포의 라이소좀으로 이동하기 위해서는 대식세포의 표면에 있는 만노스 수용체와 결합하여야 하기 때문이다. 따라서 복합형 당사슬을 가지고 있는 표소에 시알산 분해효소, 갈락토스 분해효소 및 hexosamine분해효소 등을 순차적으로 처리해서 당사슬 말단에 만노스를 노출시킨 후에야 효과적인 효소 치료제인 cerease를 개발하게 된다. 이후 CHO 세포에서 gluco- cerebrosidase를 재조합으로 발현하고 동일하게 세 개의 당분해 효소들을 처리해서 만노스가 노출된 당사슬을 가지도록 한 효소 치료제가 Cerezyme이다.
Ⅲ. 참고자료
[1] Seonghun Kim, Ohsuk Kwon, Doo-Byoung Oh, Impacts of glycans attached to therapeutic glycoproteins, J Plant Biotechnol (2010) 37:292-304
[2] Youngkwan Kim, Yangkang So, Da-Young Park, Hyun-Soon Kim, Jae Heung Jeon, Young Kug Choo, Kisung Ko, Plant-based production of therapeutic antibodies, J Plant Biotechnol (2010) 37:262-268
[3] Hildegard Geyer, Rudolf Geyer, Strategies for analysis of glycoprotein glycosylation, Biochimica et Biophysica Acta 1764 (2006) 1853-1869
[4] Molecular and Cellular Biology News 제18권 4호 2006년 12월 -Glycomics; an Emerging Science and Technology-
[5] Bruce Alberts외 5명, Molecular Biology of The Cell -Fifth Edition 771-777
[6] 필수 세포생물학 15장

키워드

바이오 의약품,   의약단백질,   당화,   glycosylation