[메디게이트뉴스 배진건 칼럼니스트] 지난해 12월 30일 내 동료이자 친구이며 나중에 보스가 된 Dr. Bob Bishop 부부와 필자 부부가 함께 뉴욕 맨하튼에서 저녁을 같이 했다. 일년 만에 같은 스테이크 하우스에서 반갑게 4명이 만나 이런 저런 이야기를 나누다 밥(Bob)이 자기 이름이 들어간 논문 중에 가장 많이 인용되는 논문이 필자가 주 저자로 발표한 JBC 논문이란다. ‘ResearchGate.net’ 이라는 앱(App)을 좋아하는데 거기서 그렇게 알려줬다고 한다. 덕분에 나도 ‘ResearchGate’회원이 되니 계속 여러가지 소식이 날라온다.

‘K- and N-Ras are Geranylgeranylated in Cells Treated with Farnesyl Transferase Inhibitors(FTI)’라는 제목의 논문이 가장 많이 인용됐다고 하지만 지금 다시 생각해보면 아쉬움이 많다. 제일 큰 아쉬움은 FTI가 K-Ras나 N-Ras에 작용하지 않을 수 있다는 중요한 결과를 분명하게 이 논문을 통해 증명했지만 회사는 이에 상관없이 큰 돈이 들어가는 임상을 계속 진행했다는 것이다.

일단 신약개발에서 달리는 기차를 정차(停車) 시키기가 쉽지 않은 것이 문제다. FTI 프로그램처럼 서로 다른 여러 글로벌 제약회사가 경쟁하기에 기차가 일등을 위해 막 달리며 임상 실패를 경험하는 것의 좋은 선례의 하나다. 어느 분은 FTI 개발이 제약업계의 가장 대표적인 실패작의 하나라고 지적한다.

인용이 많이 된 논문이 어떤 생각의 배경으로 시작했으며 어떤 질문을 던지고 그 질문을 해결하기 위해 어떤 방법론적으로 접근했는지 해부하면서 연구자들에게 도움이 되기를 간절히 바란다.

이 연구의 배경에 가장 흥미로운 먼저 나온 논문은 콜레스테롤신진대사 조절에 대한 연구업적으로 1985년 노벨의학상을 공동 수상한 골드스타인과 브라운 팀의 포닥인 Guy L. James가 제일 저자인 논문이다. 두 노벨 수상자와 함께 드물게 단지 세 저자 이름만 올려 있는 논문이다.

배경 논문이 사용한 BZA-2B는 제약사들이 개발하던 FTI와 다르게 CAAX Box를 benzodiazepine(BZ) peptide mimetic으로 만든 아주 기초적인 FTI다. CAAX Box의 C는 cysteine이고 A는 aliphatic 아미노산이다. X가 leucine이면 Geranylgeranyl Transferase(GGT)의 기질(substrate)이고 methionine, serine, 혹은 glutamine이면 FTase의 기질이다. BZA-2B는 Farnesyl Transferase(FTase) 기질인 네 개의 펩타이드를 mimetic하게 만든 Cys-BZ-Met이다.

배경 논문에서 설명하고 이해하기 힘든 데이터는 FTase가 H-Ras보다 K-RasB에 50배 높은 affinity를 가지고 있는 것이다. 하지만 BZA-2B가 K-RasB를 저해하는 농도가 H-Ras를 저해하는 농도보다 8배나 더 높다는 것이다. 무엇이 이렇게 BZA-2B의 두 다른 Ras에 대한 차이를 쉽게 이야기하면 ~400배 차이가 나게 만드는 것일까? 또한 (H-Ras는 아닌데) K-RasB는 GGTase-1의 기질이라는 것이다. 그 당시 배경으로는 이해하기 힘든 결과였다.

Ras 단백질이 세포막에 붙어있는지 아닌지 가 굉장히 중요한 요소다. Ras가 새롭게 만들어지면 cytosol에 존재하는데 FTase가 작용하여 15개의 탄소로 된 지질이 붙으면 세포막으로 이동하여서 활성작용을 한다. 우리 연구의 목표는 각기 다른 형태의 Ras oncogene을 FTI로 처리하였을 때 어떤 변화를 가질 것인가를 알기 위해서다.

5개의 탄소가 연결된 isoprene인 [3-H mevalonate]로 labeling하면 Ras oncogene이 15개의 farnesyl로 아니면 20개의 geranylgeranyl로 존재하는 지 분석하기로 결정했다. 이 목표에 제일 처음 닥친 문제는 [3-H mevalonate]가 카르복실산(COOH acid)이기 때문에 세포 안으로 들어가지 않는다. 안으로 들어가기 위해 사용하기로 정한 대장암세포인 DLD-1에 mevalonate transporter(pMev)를 집어넣어 mevalonate가 자유롭게 세포 안으로 들어가야 한다. 그러기에 먼저 여러 단계를 거쳐 DLDpMev 세포를 만들었다.

DLDpMev 세포를 가지고 [3-H mevalonate]로 labeling 한 후 Ras 항체로 immunoprecipitation하면 약 21kDa인 Ras만 깨끗하게 labeling한 것을 확인했다. 이렇게 얻은 Ras의 지질을 분석하기 위해 단백질에 붙은 지질을 화학적으로 잘라내는 작업을 했다. 생화학자인 필자가 화학자인양 단백질에 methyl iodide를 사용해 Ras단백질에서 분리된 지질만을 추출했다.

분리된 지질이 어떤 형태인지를 구분하기 위해 RP-HPLC를 사용하여 farnesol(C15)과 geranylgeraniol(C20)을 분리했다. 물론 스탠다드를 사용해 분리를 확인했지만 isomer인 nerolidol(C15)과 geranylinalool(C20)도 덤으로 생겼다. 임상에 사용한 화합물인 SCH 66336가 아닌 먼저 세대 화합물인 SCH 56582를 가지고 0으로부터 10㎛까지 FTI의 농도를 높였을 때 C15인 farnesol은 100에서부터 거의 0으로 줄어들었고 C20인 geranylgeraniol은 0에서부터 100까지 점점 늘어났다. Ras 단백질에 붙은 prenyl의 FTI 농도에 따른 변화를 확실하게 밝힌 것이다.

물론 H-Ras는 저해제에 의해 완전히 farnesylation이 저해되지만 K- 와 N-Ras에서는 이렇게 C15에서 C20로 변화되는 현상을 발견해 ‘alternative prenylation’이란 새로운 용어를 만들었다. 이런 ‘alternative prenylation’ 때문에 FTI가 K- 와 N-Ras에서는 작용을 하지 않는 것을 밝혀낸 것이었다. 대부분 암은 K-Ras 유전변화의 성질을 획득하므로 그렇게 Ras 잡기에 유망하다고 판단됐던 FTI개발이 제약업계의 가장 대표적인 실패작의 하나라고 지적 받게 됐다.

어떻게 FTI 존재 하에서 이런 ‘alternative prenylation’이 가능할까? 여기에 대해 심도 있게 연구한 사람이 없기에 오랜 세월이 지났지만 지금까지도 아무도 정확이 알 수가 없다. 그러나 우리가 기초로 삼은 Guy 논문에서 보였듯이 FTase가 GGTase보다 catalytic efficiency가 훨씬 높은 것이 이런 작용을 하지 않는가 추측된다. 그러기에 FTI가 존재하지 않는 상황에서는 N- 과 K-Ras 단백질이 더 farnesylation 돼있는 것 같다.

또 FTI가 존재하는 경우에는 N- 과 K-Ras 단백질이 더 GGTase의 기질이 될 수 있는 가능성이 높다는 것이다. H-Ras는 그 자체가 GGTase의 기질이 될 수 있는 가능성이 매우 낮기에 FTI 존재 하에 farnesylation이 안 된 상태를 유지하는 것이다.

지난해 3월 22일 레고켐바이오사이언스는 ADC 원천기술인 ‘ConjuALL’을 미국 제약사 밀레니엄으로 기술 이전했다고 발표했다. ‘ConjuALL’은 위치 특이적 결합방법(Site-Specific Conjugation)으로 미리 고안한 2개 혹은 4개의 약물을 보유하며 혈중안정성을 개선한 링커를 기반으로 하는 차세대 ADC 기술로 평가받았다. 이러한 새로운 컨셉을 적용할 수 있던 것이 FTase를 이용해 바로 CAAX박스의 cysteine 거기에 세포를 사멸시키는 폭탄을 실어 이런 기술을 개발했다. 

FTase, 이 효소는 정말 똑똑한 놈인가 바보인가? 아니면 사람을 능가하는 암이 이 효소를 교묘하게 이용한 것인가? 제일 바보는 FTI가 K-Ras나 N-Ras에 작용하지 않을 수 있다는 중요한 결과를 분명하게 알고도 이에 상관없이 큰 돈이 들어가는 임상을 계속 진행하는 사람이 아닌가? 신약개발에서 달리는 기차를 정차시키는 용기는 언제나 필요하다. 그런 사람이야 말로 정말 현명한 사람이다.


※칼럼은 칼럼니스트의 개인적인 의견이며 메디게이트뉴스의 편집방향과 일치하지 않을 수 있습니다.