CD20 항체는 B세포 표적 치료의 중요한 혁신으로, 지난 수십 년간 항체 기반 면역치료의 핵심에 자리 잡아 왔습니다. CD20은 특정 B세포의 표지자로 처음 발견된 이후, 리툭시맙(RTX), 오파투무맙(OFA), 오비누투주맙(OBI)와 같은 치료용 단클론 항체(mAbs)가 개발되어 B세포 백혈병 및 림프종 치료에 중요한 역할을 해왔습니다. 이러한 항체들은 직접적인 세포 사멸 유도뿐만 아니라 ADCC(항체 의존적 세포 매개 세포독성), CDC(보체 의존성 세포독성), ADCP(항체 의존적 세포 포식작용)와 같은 Fc-의존적 면역 반응을 통해 작용합니다. 최근 연구들은 항체의 분자적 특성, 특히 에피토프 인식, 결합 방향, 결합 역학, 엘보 각도와 같은 요소가 이들의 기능적 차이를 결정짓는 데 중요한 역할을 한다는 점을 강조하고 있습니다. CD20 항체의 작용 원리와 분자적 특성을 이해하는 것은 향후 더 효과적이고 정교한 치료제를 설계하는 데 큰 기여를 할 수 있습니다.
Q1: CD20이란 무엇이며, 언제 발견되었나요?
A1: CD20은 B 세포의 마커로서, 약 30여 년 전 발견되었습니다. 이는 항체 기반 면역 치료법에서 사용된 최초의 oncology/hematology 표적으로 알려져 있습니다.
Q2: 현재 FDA와 EMA에서 승인된 CD20 관련 항체는 무엇인가요?
A2: FDA와 EMA는 현재 리툭시맙(RTX), 오파투무맙(OFA), 오비누투주맙(OBI)이라는 CD20을 인식하는 세 가지 비접합 항체를 승인하였습니다. 이들은 다양한 B세포 백혈병 및 림프종 치료에 사용됩니다.
Q3: CD20에 대한 단클론 항체 (mAbs)의 작용 방식에는 무엇이 있나요?
A3: mAbs는 세포 사멸을 직접 유도하거나, Fc-의존성 면역 매개 메커니즘(항체 의존적 세포 매개 세포 독성(ADCC), 보체 의존성 세포 독성(CDC), 항체 의존적 세포 식균 작용(ADCP))을 통해 작용할 수 있습니다.
Q4: CD20 항체는 어떻게 분류되나요?
A4: CD20 항체는 주요 작용 방식에 따라 두 그룹으로 나뉩니다.
* Type I 항체: RTX와 OFA로, 보체 시스템 활성화에 효율적입니다.
* Type II 항체: OBI로, 직접 세포 사멸을 유도할 수 있지만 CDC 활성화에는 비효율적입니다.
Q5: Type I 항체는 어떤 방식으로 작용하나요?
A5: Type I 항체는 CD20을 세포 표면에서 “lipid raft”라는 특정 미세 도메인에 클러스터링 시켜 CDC를 효과적으로 유도합니다. 이는 보체 경로 (complement pathway)의 첫 번째 구성 요소인 C1q가 헥사머 배열을 하고 있는 항체의 Fc 꼬리에 결합하는 선호도와 관련이 있습니다.
Q6: 모든 항-CD20 단클론 항체(mAbs)가 Type I/II 분류에 엄격히 적용되지 않는 이유는 무엇인가요?
A6: 일부 항-CD20 mAbs는 Type I 및 II의 특성을 모두 보이는 것으로 확인되었습니다. 이는 Type I과 II 항체로 기능을 분류하는 데 영향을 미치는 분자적 속성이 완전히 이해되지 않았기 때문입니다.
Q7: 항체의 작용 방식 (mode of action, MOA)에 영향을 미치는 항체의 분자적 특징은 무엇인가요?
A7: MOA와 관련이 있는 항체의 분자적 특징으로는 다음이 있습니다:
1) 결합하는 CD20의 에피토프 (epitope)
2) 결합 방향 (binding orientation) 및 결합 역학 (binding kinetics)
3) 항체의 엘보 각도 (elbow angle)
Q8: 효율적인 보체 의존성 세포독성(CDC) 유도와 관련된 결합 매개 변수는 무엇인가요?
A8: 연구자들은 해리속도(off-rate)가 CDC 유도 효율성과 관련이 있는 것으로 생각하고 있습니다. 그러나 추가 연구에서는 해리속도 (off-rate)가 효율적으로 CDC를 유도하기 위한 유일한 매개변수가 아님이 확인되었습니다. 독립적인 연구에서는 결합 에피토프와 해리속도가 항체의 기능적 차이를 설명하지 못하며, 대신 엘보 각도가 중요할 것이라는 가능성을 제시하고 있습니다.
Q9: 항체의 분자적 특성, 즉 항체의 구조, 화학적, 물리적 속성과 생물학적 기능의 관계를 이해하는 것이 왜 중요한가요?
A9: 분자적 특성과 생물학적 기능의 관계를 이해하는 것은 더 나은 효과를 가진 항체를 설계하는 데 매우 유용합니다. 예를 들어, Fc 영역의 당화 (glycosylation)가 Fcγ 수용체(FcγR)와의 상호작용에 어떻게 기여하는지 이해함으로써, 항체의 기능을 향상시킬 수 있습니다. OBI (Obinutuzumab)는 자연 살해 세포 (NK cell)에 존재하는 FcγRIII에 대한 친화도를 증가시키기 위해 glycoengineered Fc를 가진 항체로 개발되었습니다. 그래서 OBI는 ADCC를 더 효율적으로 유도하게 되었습니다.
Q10: 왜 아직 CD20 항체의 결합 메커니즘에 대한 명확한 설명이 없나요?
A10: 현재까지 CD20 항체의 결합 메커니즘이 세포 수준에서 어떻게 일어나는지 명확히 기술하는 데이타가 없는 상태입니다. 따라서 CD20 항체 결합 특성과 기능적 결과 간의 관계를 규명하기 위한 기초가 아직 확립되어 있지 않은 상황입니다.
Q11: RTX (Rituximab)의 세포 결합 패턴은 어떤 특징을 가지고 있나요?
A11: RTX는 살아 있는 세포에 결합할 때, 여러 결합 특성이 섞여 있는 이질적 결합 패턴 (heterogeneous binding pattern)을 보여 줍니다. 이러한 이질적인 결합 패턴은 다른 anti-CD20 단클론 항체 (mAbs)에서도 확인됩니다. 이는 일반적인 1:1 상호작용 모델로 설명하기에는 더 복잡한 결합 방식이라는 점을 시사합니다.
Q12: LigandTracer는 어떤 방법으로 분석을 진행하나요?
A12: LigandTracer는 세포 표면 수용체와 상호작용하는 단백질의 결합을 실시간으로 모니터링하여 분석합니다.
Q13: 왜 LigandTracer를 사용했나요?
A13: LigandTracer는 형광 라벨이 결합된 단백질이 살아 있는 세포에 결합하는 과정을 실시간 (real-time)으로 추적합니다. 이를 이용하여 세포 표면 수용체와 단백질 간의 상호작용을 상세히 분석하기 위해 사용합니다. 특히, 전통적인 1:1 결합 모델로 설명하기 어려운 복잡한 결합 패턴을 실시간으로 분석하고 이해하는 데 유용합니다.
Q14: LigandTracer 실험을 통해 무엇을 알게 되었나요?
A14: LigandTracer 실험을 통해 다음과 같은 결과를 확인할 수 있었습니다:
1) 결합 안정화 (stabilization): RTX, OBI, OFA 세 항체 모두 세포 표면에서 bivalency에 의해 안정화되지만 그 정도는 항체마다 달랐습니다. OFA는 가장 안정화되었으며, RTX가 중간 정도, OBI는 가장 적은 안정화를 보였습니다.
2) 결합 역학 (binding kinetics): OBI는 가장 역동적 (dynamics)인 결합 패턴을 보였으며, RTX와 OFA는 상대적으로 더 안정적인 결합을 보였습니다.
3) 농도 의존성: RTX와 OBI의 경우 항체 농도가 증가함에 따라 안정화가 감소하는 경향이 확인되었으며, OFA는 이러한 현상이 덜 관찰되었습니다.
4) 결합 친화성 (binding affinity): 결합 친화성은 결합 역학 (binding kinetics)에 따라 변동하며, OBI는 더 빠른 결합 속도를 보였지만 RTX와 유사한 친화성을 유지하였습니다.
[참조]
Bondza, S., ten Broeke, T., Nestor, M., Leusen, J. H. W., & Buijs, J. (2020). Bivalent binding on cells varies between anti-CD20 antibodies and is dose-dependent. MAbs, 12(1), e1792673. https://doi.org/10.1080/19420862.2020.1792673
Cell Binding Affinity (KD) & Kinetics (ka, kd). https://ycluebio.com/
LigandTracer: Cell Binding Affinity, Kinetics 분석방법. https://ycluebio.com/ligand-binding-affinity-package/
LigandTracer Applications. https://www.ligandtracer.com/applications/