안전성평가연구원

AI 플랫폼을 활용한 바이오마커 개발 본격화한다. - 약물 반응성 바이오마커 유전자와 항암치료제 조합 발굴 - - LEPRE1 유전자와 Pelitinib 표적항암제의 상관관계 확인 -

□ 약물 효능을 예측하는 바이오마커의 상용화를 비롯해 반응성 약물의 신약 개발이 AI 신약 개발 플랫폼 활용으로 더욱 본격화될 전망이다.

□ 안전성평가연구소(KIT)와 신테카바이오(주)(대표:정종선)는 암세포주 유전체 빅데이터를 이용한 약물 반응성 바이오마커 발굴 기술을 활용하여 어떤 유전자가 표적항암제에 대한 바이오마커로 작용하는지 확인하였다고 밝혔다.

□ 바이오마커(bio-marker)는 몸속 세포나 혈관, 단백질, DNA 등을 이용해 몸 안의 변화를 알아낼 수 있는 지표로 환자별로 약물이 얼마나 잘 듣는지 예측하는데 유용한 수단으로 작용해 개인맞춤의학이 도래하면서 그 중요성이 부각되고 있다.

□ 2006년~2015년 미국바이오협회에서 조사한‘임상시험 성공률 통계 분석’에 따르면 약효 예측 바이오마커가 활용된 임상시험의 경우, 그렇지 않은 경우보다 임상시험 성공률이 3배 이상 높은 것으로 보고되고 있다.

□ 해당 연구는 신테카바이오(주)가 개발한 500여 종의 항암제에 대한 1,000여개 암세포주의 반응성 데이터베이스를 기반으로 한 AI 바이오마커 발굴 플랫폼인 GBLscanTM을 활용하였으며, 이를 통해 약물 민감성에 관련된 바이오마커 유전자와 약물 조합을 발굴하였다.

□ 유전자 발현과 단백질 활성 수준을 통해 질병 및 질환을 진단하게 되는데, 해당 연구에서 세포 내 유전자 LEPRE1 발현 정도가 높을수록, 단백질 인산화효소 AKT가 활성화되는 것을 확인할 수 있었다.

○ 이러한 AKT의 활성화는 암세포의 성장, 전이, 항암제 내성 및 암 재발과 관련된 모든 질병을 촉진하는 것으로 알려져있어 이를 통해 유전자 LEPRE1가 암 질병을 진단하는 바이오마커임을 확인할 수 있다.

□ 또한 ABCG2는 암 유형에서 일반적으로 과발현되기 때문에 중요한 지표로 활용되는데, 급성 골수성 백혈병 세포주와 폐암세포주에서 LEPRE1 유전자가 ABCG2의 단백질 발현을 증가시켜 표적항암제인 Pelitinib에 대한 민감도가 상승함으로서 치료제로서의 효능이 확인되었다.

□ 반대로 유전자 LEPRE1의 발현이 낮은 경우, 비정상적으로 활성화된 SRC, EPK, Cofilin 관련 신호가 전달되어 상피세포가 암세포로 형태학적 변형을 일으키는 상피간엽이행(EMT)이 증가하였으며, 표적항암제 Pelitinib에 대한 저항성이 생기는 것을 확인하였다.

□ 이러한 유전자와 약물 간 상관관계를 통해 약물의 효능이 확인되었으며, 이는 in silico 예측 모델을 통해 발굴한 약물 반응성 바이오마커-약물 조합을 실제 in vitro 수준에서 검증해냄으로서 AI를 이용한 바이오마커 발굴의 상용화 가능성을 제시하였다.

□ 이번 연구는 임상적으로 유효한 바이오마커와 약물을 초기에 선별하는데 유용한 핵심기술로, 치료제 후보물질이 임상시험 단계에 진입하게 될 때 환자선별을 통해 임상시험 성공률을 높이는데 기여할 것으로 보인다.

□ KIT 바이오의약연구그룹 문경식 박사는 “AI를 활용한 신약 개발은 유효 물질 탐색기간 단축과 최적의 환자군 선별 등 시간과 비용을 절감할 수 있어 방대한 데이터를 어떻게 축적하고 활용하느냐는 향후 제약산업에 크게 영향을 줄 것으로 기대된다.” 라고 말했다.

□ 향후 연구팀은 환자 개개인에 최적화된 진단 및 치료법을 제공하는 바이오마커 개발을 위해 AI 신약 개발 플랫폼을 활용한 다양한 연구를 지속해서 수행해나갈 계획이다.

□ 한편, 해당 연구는 중기부 산학연협력기술개발사업의 ‘EGFR 길항제의 동반진단 바이오마커 및 검증시스템 개발’ 과제 등의 연구 결과로 국제학술지 Nature 자매지인‘Scientific Report’에 2022년 2월 게재되었다.

※ 논문명 : Biomarker LEPRE1 induces pelitinib‑specifc drug responsiveness by regulating ABCG2 expression and tumor transition states in human leukemia and lung cancer

- 제 1저자 : 이아람(안전성평가연구소)

- 교신저자 : 문경식(안전성평가연구소), 정종선(신테카바이오(주))

※ 용어설명 ※

＊in silico : 실험 결과를 컴퓨터 시뮬레이션으로 예측하는 실험 기법

＊in vitro : 세포나 DNA 등 세포를 구성하는 구성 물질을 대상으로 실험하는 기법

* 상피간엽이행(Epithelial Mesenchymal Transition) : 상피세포는 서로 묶여서 고정되어 있고, 암세포처럼 전이하려면 움직임이 자유로운 간엽세포로 전환되어야 한다.

상피세포가 암세포로 형태학적 변형을 일으키는 과정을 말한다.