비만 유래 대사증후군 치료용 유전자 치료법에 관한 연구

Abstract

최근 연구에 따르면, 한국인 3명 가운데 1명은 비만이라고 한다. 체질량지수(BMI)가 25(kg/m²) 이상인 비만 인구는 2008년 30.7%를 차지했다. 특히 BMI가 30 이상인 고도비만 인구 비율이 1998년 2.3%에서 2008년 4.1%로 2배 가까이 증가했다. 비만인구가 점차적으로 늘어나면서 비만 관련 질병들인 당뇨병, 고지혈증 그리고 동맥경화 같은 병들이 많이 발생 하고 있다. 하지만 현재까지 나온 약들은 지방에 특이적으로 반응하여 지방세포를 줄이는 것이 아니라 2차적으로 식욕을 억제하거나, 몸의 열 생성을 촉진시켜 지방을 분해하는 방법, 지방자체의 흡수를 막는 방법 뿐이다. 그나마도 비만 치료제로 가장 유명했던 식욕을 억제시키는 약인 리덕틸이 2010년에 심혈관 질병 발생비율을 높이는 심각한 부작용이 보고되면서 시장에서 퇴출되었다. 이런 이유로 비만을 줄이기 위해서는 2차적인 접근이 아닌 지방 자체에 특이적으로 약물을 전달할 수 있는 전달체 연구에 초점을 맞추게 되었다. 지방세포는 크게 갈색지방세포와 백색지방세포로 이루어져 있다. 갈색지방세포는 우리가 알고 있는 미토콘드리아가 많으며 음식물을 섭취하면 열을 생성하는 기관이다. 백색지방은 우리가 잘 알고 있는 음식물을 많이 섭취할 때 남는 에너지를 지방소립이라는 형태로 저장하며 다양한 형태의 사이토카인이 분비되는 세포이다. 백색지방도 또한 우리가 건강을 유지할 때 꼭 필요한 세포지만, 과도하게 영양 섭취를 하면 백색지방에 지방소립이 많아지면서 비만이 오게 된다. 이렇게 많은 양의 지방소립이 백색지방에 들어오게 되면 지방세포에 만성염증질환이 나타나게 되고 지방산을 지방소립형태로 저장하지 못하게 된다. 그렇게 되면 지방산이 다른 기관에 저장된다. 이 증상이 심해지면 2형 당뇨병, 고혈압, 고지혈증, 동맥경화증이 생긴다. 이러한 비만을 치료하기 위해 많은 연구자들이 전달효율이 높은 전달체로서 바이러스를 많이 사용한다. 하지만 바이러스는 체내에 들어가서 우리가 원하는 치료 효과가 아닌 다양한 부작용을 만들기 때문에 안전하지가 않다는 큰 단점이 있다. 그렇기 때문에 바이러스가 아닌 비바이러스성 전달체를 찾게 되었다. Kolonin 이 CKGGRAKDC이라는 지방혈관세포에 달라붙는 작은 펩타이드 서열을 찾았다. 이 서열을 우리가 지방세포 특이적인 서열 (ATS)라고 부르고 이 서열 끝에다가 단백질전달체로 잘 알려진 9개의 아르기닌을 붙였다. 그렇게 만들어진 C-KGGRAKD-RRRRRRRRR-C을 ATS-9R이라고 명명했다. 이 지방세포 특이적인 서열은 지방혈관세포의 프로히비틴이라는 수용기관에 붙는다. 프로히비틴이라는 수용기관은 미토콘드리아에서 많이 발견되는데 지방세포가 백색지방세포로 분화하는 과정에서 발현양이 변화한다. 우리가 한 연구로는 백색지방세포로 분화를 하면 프로히비틴이 백색지방세포 세포막으로 이동하게 되고 그 수용기관을 인식하여 지방세포 특이적인 서열이 붙어서 우리가 원하는 유전자를 전달한다. 이렇게 연구실에서 독자적으로 만든 ATS-9R을 가지고 세포 실험을 통하여 유전자와 복합체를 만들었을 때 세포독성이 없고 유전자와 잘 복합체를 이루는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 세포 내로 전달체가 유전자를 잘 전달 하여 발현을 하는지 보기 위해서 형광물질 발현 유전자를 이용하여 공초점현미경으로 확인을 하였다. 동물 모델에서도 약물이 지방세포 특이적으로 가는지 확인 하기 위하여 FITC 표지 전달체와 형광물질 발현 유전자 복합체를 만들어서 피하주사로 넣어주고 공초점현미경으로 확인하였다. 더불어 지방세포 표적 유전자 전달로 인하여 인슐린 저항성이 개선되는 것을 확인했다. ATS-9R의 발견이 획기적인 것이 이제까지 비만관련 유전자 치료 연구를 진행할 때 지방세포 특이적인 전달체가 존재 하지 않기에 유전자의 발현양을 조절 할 수가 없었다. 그렇기 때문에 특히 동물모델 실험에서는 동물 자체가 그 유전자 발현을 안되게 만들거나 더 많이 발현하게 만들어야 하는 어려운 연구가 되었다. 또한 지방세포만이 아니라 모든 세포에 유전자가 발현이 조절되어 연구자가 원하는 양상이 나오지 않은 부작용이 생겼다. 이러한 결과를 바탕으로, 지방세포에 특이적인 유전자 전달 기술을 이용한다면 다양한 유전자를 지방세포만 쉽게 억제시키거나 발현시켜 비만 연구를 치료할 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다.|Obesity is occurring at epidemic proportions in worldwide. Obesity develops when energy intake exceeds energy expenditure. Adipocyte are the main fat storage facilities in our body and are associated with development of obesity, type 2 diabetes and obesity induced metabolic syndrome. Currently the adipocyte targeted non viral gene delivery carrier does not exist. Non viral gene delivery carriers are known to be safer than viral vector. Protein transduction domain (PTDs) or cell penetrating peptides (CPPs) are short peptides that facilitate cellular uptake of various nano size particles to small chemical molecules and large fragments of DNA. We have shown an adipocyte targeted non viral gene delivery system by attaching a nona arginine peptide to an adipocyte targeting sequence (ATS). This carrier was designed as C-ATS-9R-C. It was confirmed that the carrier was very efficiently to condense plasmid DNA and bound with and internalized into adipocyte cells in vitro and in vivo mouse model. And there is no cytotoxicity in differentiated adipocyte. This C-ATS-9R-C showed that transfection and gene expression in differentiated adipocyte cell are possible. RNA interference (RNAi) is known that expression of a targeted gene can be knocked down with high specificity and selectivitiy. This study was to develop an adipocyte targeted gene delivery carrier: which will be able to shRNA. Finally, we aimed for confirmation in the clinically relevant obese mouse model to improve insulin resistance. Therefore, C-ATS-9R-C is possible to deliver therapeutic gene to treat obesity.; Obesity is occurring at epidemic proportions in worldwide. Obesity develops when energy intake exceeds energy expenditure. Adipocyte are the main fat storage facilities in our body and are associated with development of obesity, type 2 diabetes and obesity induced metabolic syndrome. Currently the adipocyte targeted non viral gene delivery carrier does not exist. Non viral gene delivery carriers are known to be safer than viral vector. Protein transduction domain (PTDs) or cell penetrating peptides (CPPs) are short peptides that facilitate cellular uptake of various nano size particles to small chemical molecules and large fragments of DNA. We have shown an adipocyte targeted non viral gene delivery system by attaching a nona arginine peptide to an adipocyte targeting sequence (ATS). This carrier was designed as C-ATS-9R-C. It was confirmed that the carrier was very efficiently to condense plasmid DNA and bound with and internalized into adipocyte cells in vitro and in vivo mouse model. And there is no cytotoxicity in differentiated adipocyte. This C-ATS-9R-C showed that transfection and gene expression in differentiated adipocyte cell are possible. RNA interference (RNAi) is known that expression of a targeted gene can be knocked down with high specificity and selectivitiy. This study was to develop an adipocyte targeted gene delivery carrier: which will be able to shRNA. Finally, we aimed for confirmation in the clinically relevant obese mouse model to improve insulin resistance. Therefore, C-ATS-9R-C is possible to deliver therapeutic gene to treat obesity.