Kinase Inhibitor 치료제 : 리뷰

게시일 : 2019년 08월 09일

이 블로그는 2018년 4월에 처음 포스팅되었습니다. 이번에는Cell Chemical Biology의 “Quantitative, Wide-Spectrum Kinase Profiling in Live Cells for Assessing the Effect of Cellular ATP on Target Engagement” 논문 내용이 포함되었으며, kinase inhibitor 연구에서 NanoBRET™ Target Engagement kinase assay의 중요성을 업데이트하였습니다.

최근 Nature Reviews Drug Discovery의 “Kinase Inhibitors: the road ahead” 리뷰가 발표되었습니다. 이 리뷰 논문에서, 저자 Fleur Ferguson와 Nathanael Gray는 “kinase-targeting small molecule들이 개발되고 있는 생물학적 과정과 질병 영역“에 대한 최신 정보를 제공하였습니다.

이들은 최적화된 kinase inhibitor를 효율적으로 생성하는데 사용되는 전략과 기술에 대해 주목하고 있습니다.

이 블로그에서는 kinase inhibitor 치료제에 대한 설명하고자 합니다. Kinase inhibitor가 암(및 다른) 치료 연구 개발에서 왜 중요한지를 이해하기 위해 세포생물학에서 kinase의 역할부터 알아보고자 합니다.

왜 kinase인가?

Kinase는 phosphate를 ATP에서 다른 특정 분자로 전달하며 세포 신호 전달의 대부분의 단계에서 발견됩니다. 인간 게놈에는 518개의 kinase가 암호화되어 있으며, 거의 모든 신호 전달 경로에는 kinase에 의해 촉매되는 phospho-transfer 단계가 포함됩니다. 그 결과, kinase는 질병에서 조절되지 않는 세포 신호 네트워크에서 여러 잠재적 개입의 포인트를 제공합니다.

Kinase Inhibitor와 암

이러한 신호 전달 경로는 다양한 암에서 up-regulation 혹은 down-regulation으로 변경되기 때문에 inhibitor 물질로 kinase를 차단하는 것은 종양 치료제 개발에서 중요하며 이로 인해 종양 치료제 분야에서 성장하고 있습니다. Kinase는 30년 이상 잠재적인 약물 target으로 연구되어 왔습니다. 실제로 38개의 kinase inhibitor가 치료제로 승인되었습니다.

Kinase Inhibitor와 염증성 질환

Kinase inhibitor는 염증성 질환 연구에서 개발되었으며 현재 임상에서의 사용 가능성을 보여주기 시작했습니다. Pan-JAK inhibitor인 토파시티닙(tofacitinib)은 최근 류마티스 관절염 치료제로 승인되었습니다. 이것은 kinase inhibitor를 항염증제(anti-inflammatory agent)로 처음 사용한 것뿐만 아니라 개념 증명(proof of concept)으로서 kinase inhibitor가 비말기 환자(non-terminal disease)에게 안전하고 효과적인 약물이 될 수 있음을 보여주는 중요한 이정표가 되었습니다.

다른 JAK inhibitor는 건선(psoriasis), 강직성 척추염(ankylosing spondylitis) 및 루푸스(lupus)와 같은 자가 면역 질환에 대한 임상 시험에서 테스트되고 있습니다.

Kinase Inhibitor와 퇴행성 질환

퇴행성 질환(degenerative diseases)은 치료제 부족과 고령화 인구의 증가라는 측면에서 충족되지 않는 사항이 있습니다. 색소성 망막염(retinitis pigmentosa)에서 미접힘 단백질 반응(unfolded protein response, UPR)과 관련된 kinase inhibitor의 사용과 습성 황반변성(wet AMD)에서의 혈관신생(angiogenesis)에 대한 고무적인 임상 결과가 보고되었습니다. AMD에서 혈관신생 억제는 VEGF 경로를 통해 이루어집니다.

Kinase Inhibitor와 전염병

전염병 분야에서 제 동료는 2014년 말라리아 감염에서 kinase inhibitor의 가능성에 대한 블로그를 작성하였습니다. Kinase target은 에볼라(Ebola)와 뎅기 바이러스(dengue virus)를 포함한 바이러스성 질병과 인간 결핵 병원균인 Mycobacterium tuberculosis와 같은 박테리아 병원균에 대해서도 연구되고 있습니다.

Kinase Inhibitor 연구의 과제

내성의 출현은 kinase inhibitor 사용에 있어 주요 난제입니다. 혈액 암과 폐암에서 약물에 내성이 있는 돌연변이(drug-resistant mutant)의 출현으로 인해 재발이 매우 흔합니다. 질병과 관련된 kinase 돌연변이에 초점을 맞춘 연구는 환자의 수명을 연장시킬 수 있는 inhibitor의 개발을 가능하게 하였습니다.

비록 38개의 kinase inhibitor는 약물로 승인되었지만 이러한 약물이 target하는 kinase의 수는 kinome의 극히 일부분입니다. 결과적으로 kinase 연구자들이 또 다른 과제는 선택성(selectivity) 확보를 위한 새로운 kinase target을 찾는 것입니다.

“약리학적 target 검증에 필요한 선택성(selectivity)을 확인하는 것은 초기 단계의 kinase inhibitor 프로젝트에서 가장 큰 장애물 중 하나로 남아있습니다.”

선택성 확보는 독성을 피하는데도 중요합니다. 마지막은 약물이 target에 결합한 상태로 유지되는 시간인 약물 residence time과 같은 원하는 약리역학적(pharmacodynamic) 특성을 달성하는 것입니다. 약물-target residence time이 연장되면 약물의 효능에 영향을 미칠 수 있습니다.

Kinase Inhibitor 문제의 해결

리뷰 논문은 몇 가지 kinase inhibitor 분석과 그 장단점을 나열하고 있습니다(리뷰 논문 Table 4 참조). 세포내 kinase target engagement를 평가하는데 사용할 수 있는 최근 개발된 분석 방법 중 하나는 리뷰 논문 Table에 “In cell NanoBRET assay”로 나와 있는 NanoBRET™ Target Engagement Intracellular Kinase Assay입니다. NanoBRET kinase assay는 살아있는 세포에서 사용 가능하며, 여기서 kinase target과 kinase inhibitor (약물)과의 결합과 약물-kinase의 residence time을 정량화할 수 있습니다. NanoLuc® 밝기의 세기와 작은 크기 때문에 간섭없이 생리학적 수준에서 상호 작용을 측정할 수 있습니다.

Kinase inhibitor의 경우 세포내 target 선택성(selectivity)은 약리학적 메커니즘의 기본입니다. Kinase 결합 또는 효소 억제를 측정하기 위해 세포 외 기법이 개발되었지만, 이러한 접근법은 세포 내 target engagement를 정확하게 예측하지 못할 수 있습니다. 이 페이지 상단에 실린 article에서는 살아있는 세포에서 target occupancy와 compound affinity를 정량적으로 프로파일링하기 위한 최초의 equilibrium-based 접근을 가능하게 하는 에너지 전달 기술(energy transfer technique)의 적용을 보고하였습니다.

Ferguson과 Gray 리뷰 기사에는 kinase inhibitor 연구에 대한 최신 정보가 수록되어 있으며 kinase inhibitor 치료제 분야에 종사하거나 관심이 있는 모든 사람들이 반드시 읽어야 할 article입니다.

참고문헌