1차 원고 작성: 2024-08-05
오늘은 "Immunotherapeutic targeting of surfaceome heterogeneity in AML"에 대해 내용을 정리하고자 합니다. 이 연구는 급성 골수성 백혈병(AML)의 표면단백질체(surfaceome) 이질성을 분석하고 면역치료 표적을 발굴한 중요한 논문입니다.
출처: Cell Reports (2024) 43, 114260. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.114260
급성 골수성 백혈병(AML)은 유전적으로 매우 다양한 혈액암으로, 효과적인 치료법 개발이 어려운 질환입니다. 이 연구에서는 100개의 일차 AML 환자 샘플을 대상으로 표면 단백질체 분석과 단일세포 RNA 시퀀싱을 통해 AML의 이질성을 규명하고 새로운 면역치료 표적을 발굴했습니다.
이 연구에서는 다음과 같은 주요 내용을 다룹니다:
- AML 표면단백질체 분석을 통한 pan-AML 항원 발굴
- CD47, CD37, ITGA4, VSIR, CD74 등 32개의 pan-AML 항원 확인
- 이 중 19개는 AML에서 연구된 적 없는 새로운 표적
- AML 아형별 특이적 항원 발굴
- KMT2A-r, NPM1-mut, NK triple-mut, inv(16), CK, RUNX1-mut AML 등 각 아형에 특이적인 18개 항원 확인
- 이들 항원을 표적으로 하는 18개 이상의 치료용 항체 후보 제시
- AML 줄기세포 표지자 발굴
- SLC38A1, NPR3 등 pan-AML 줄기세포 표지자와 ADGRG1, CD7, CD96, F2R 등 아형 특이적 표지자 발굴
- 표면단백질체와 전사체 불일치 발견
- SEMA4D 등 일부 항원은 단백질 수준에서만 과발현되어 전사체 분석만으로는 발견하기 어려움
- 불량 예후 AML 아형에 대한 새로운 치료 표적 제시
- ENG가 복잡핵형(CK)과 MECOM-r AML의 유망한 표적임을 확인
- Carotuximab 등 ENG 표적 치료제의 AML 적용 가능성 제시
이 연구는 AML의 표면단백질체 이질성을 포괄적으로 분석하여 새로운 면역치료 전략 개발의 기반을 마련했다는 점에서 의의가 있습니다. 특히 불량 예후 AML 아형에 대한 새로운 표적을 제시함으로써 맞춤형 치료법 개발 가능성을 보여주었습니다.
AML의 표면단백질체 이질성과 면역치료 개발
AML 면역치료의 현황과 과제
다른 혈액암과 달리 AML에서는 지난 25년간 FDA 승인을 받은 치료용 항체가 거의 없었습니다. 현재 유일하게 승인된 면역치료제는 CD33을 표적으로 하는 Gemtuzumab ozogamicin (Mylotarg)입니다. Mylotarg는 양호한 세포유전학적 특성을 가진 AML 환자에게는 효과적이지만, 고위험군 AML에서는 유의미한 임상 반응을 보이지 못했습니다.
이에 따라 고위험군 AML 환자를 위한 추가적인 치료 전략 개발이 시급합니다. 현재 다양한 AML 항원을 표적으로 하는 치료용 항체와 CAR-T 세포 치료제가 임상시험 중에 있으며, CD47을 표적으로 하는 magrolimab이 3상 임상시험 단계에 있습니다.
AML 표면항원 연구의 중요성
AML의 다양한 아형에서 원시 및 성숙 세포의 표면에 발현되는 항원의 전체 목록은 아직 완전히 밝혀지지 않았습니다. 기존의 전사체 기반 접근법은 단백질 발현의 번역 후 조절을 간과하는 한계가 있었습니다.
최근 프로테오믹스 기반 연구들이 AML에서 새로운 통찰을 제공하고 있습니다:
- 5개의 프로테오믹 AML 아형 식별 (Mito-AML 포함): BCL2 inhibitor venetoclax에 반응하는 환자군 식별
- IDH1/2, NPM1 등 특정 유전자 변이와 관련된 단백질 발현 패턴 발견 : Blood, 140 (2022), pp. 1533-1548, 10.1182/blood.2022016033
- 재발 및 불량 예후와 독립적으로 연관된 단백질 발현 시그니처 발견: Haematologica, 107 (2022), pp. 2329-2343
- 기능적으로 구별되는 AML 하위클론을 정의하는 막 단백질 식별: Cancer Cell, 34 (2018), pp. 674-689.e8
Leucegene 팀의 연구 접근
Leucegene 팀은 전사체 기반 접근법과 화학적 분석 전략을 개발하여 AML 아형을 특성화하고 치료 개발에 활용할 수 있는 타겟을 식별해왔으며, 이를 통해 AML 아형별 돌연변이, 유전자 발현 프로파일, 화학요법 약물에 대한 감수성 패턴 등을 확인했습니다.
본 연구의 가설과 방법
본 연구에서는 AML의 유전적 이질성이 세포 표면에도 반영될 것이라는 가설을 세웠습니다. AML 표면단백질체(surfaceome) 분석을 통해 아형별 특이성을 파악하고 이를 면역치료 표적으로 활용하고자 했습니다.
이를 위해 일차 인체 AML 검체로부터 표면 프로테옴 및 단일세포 RNA 시퀀싱 데이터셋을 생성하여 분석했습니다. 이 분석을 통해 다수의 AML 항원과 잠재적인 백혈병 줄기세포(LSC) 표지자를 식별했으며, AML 아형별로 선택적으로 발현되는 항원과 LSC 표지자도 발견했습니다.
연구의 의의
이 연구는 면역치료를 AML의 이질성을 극복하고 환자의 예후를 개선하는 유망한 접근법으로 위치시키고 있습니다. 표면 프로테오믹스와 단일세포 분석을 결합한 이 접근법은 AML에서 항원 식별을 위한 강력한 도구가 될 것으로 기대됩니다.
전통적 항원의 발현 정리
항목 | 결과 |
CD33 및 IL3RA (CD123) | 모든 AML 샘플에서 균일하게 검출됨 |
CD34 | AML 하위 그룹 간에 가변적으로 발현 |
inv(16) AML | 높은 수준의 CD34 및 CD2 발현 |
NK (normal karyotype) triple-mut AML | CD34 발현이 적고 ADGRG1 (GPR56) 발현이 높음 |
KMT2A-r AML | 단핵구 표지자인 CD300LB 발현이 높고, CD34 발현이 낮음 |
pan-AML 항원의 발현 프로필에 대한 심층 분석
- 유전자 발현 분석:
- 8개의 pan-AML 항원이 대부분의 AML 하위 그룹에서 단백질 수준으로 발현됨.
- AML 및 HSC 유사 AML 세포에서 CD33 또는 IL3RA와 유사하거나 더 높은 비율로 전사체 수준에서 발현됨.
- CD33과 IL3RA는 AML에서 가장 많은 임상 시험이 진행된 항원으로서 참조 기준으로 사용됨.
- 치료 항체 표적:
- ITGA4, VSIR, CD74는 현재 AML 이외의 적응증으로 임상 시험 중이거나 승인된 치료 항체의 표적임.
- 주요 유전자:
- PTPRC, CD47, CD37, ITGA4, CD74는 AML 및 HSC 유사 AML 세포에서 가장 높은 비율로 발현되는 유전자.
- 이 유전자들은 분석된 대부분의 AML 하위 그룹에서 가장 큰 비율로 AML 세포에 의해 발현됨.
- 특정 하위 그룹의 유전자 발현:
- NK triple-mut AML: LAIR1, CD33, IL3RA, VSIR
- NPM1-mut AML: CD33
- KMT2A-r AML: FLT3
- 후보 항원의 검증:
- ITGA4와 VSIR는 AML에서 조사되지 않은 후보 항원의 세포 표면 발현을 유세포 분석으로 검증.
- ITGA4와 VSIR와 같은 항원이 임상적으로 평가될 가능성을 제시. 이 결과는 AML에서 치료 항체 개발을 위한 기초 자료를 제공함.
주요 후보 LSC 마커
주요 후보 LSC 마커는 pan-AML 마커와 AML 하위 그룹 마커로 나눌 수 있습니다. 이 마커들은 특정 AML 하위 그룹의 HSC-like AML 세포에서 높은 비율로 발현되며, 치료 표적 개발에 중요한 정보를 제공합니다.
카테고리 | 마커 |
pan-AML 마커 | CD34, NPR3, SLC38A1 |
AML 하위 그룹 마커 | ADGRG1, CD7, CD96 (NK triple-mut), F2R (mono 7 및 RUNX1-mut) |
요약
- pan-AML 마커는 대부분의 AML 하위 그룹에서 높은 비율로 발현되는 마커로, 치료 표적의 범용성을 제공합니다.
- AML 하위 그룹 마커는 특정 하위 그룹에서 발현되는 마커로, 맞춤형 치료 개발에 유용합니다.
AML 특이적 미성숙 세포 마커의 식별
단일 세포 해상도에서 정상 골수와 일차 AML 세포의 통합 분석을 통해 정상 세포와 비교하여 미성숙 백혈병 세포에서 특이적으로 발현되는 세포 표면 단백질을 식별할 수 있습니다. HSC 유사 AML 세포와 정상 골수 HSC에서 후보 마커를 발현하는 비율을 비교한 결과, 30개의 잠재적인 AML 특이적 미성숙 세포 마커를 식별했습니다. 이들 중 4개의 유전자는 pan-AML 항원으로 확인된 단백질을 인코딩하며, 치료 항체의 표적이 되는 단백질입니다.
AML 특이적 미성숙 세포 마커 | ITGA4, FLT3, IL3RA, IL1RAP |
요약
- AML 특이적 미성숙 세포 마커는 정상 HSC보다 HSC 유사 AML 세포에서 전반적으로 더 많이 발현되는 마커입니다.
- 이들 중 ITGA4, FLT3, IL3RA, IL1RAP는 pan-AML 항원으로 확인되었으며, 치료 항체의 표적이 되는 단백질입니다.
AML 하위 그룹 항원의 발견
먼저, 불리한 결과와 관련된 CK AML 하위 유형의 분석에 집중했습니다. CK AML의 차별적 표면 프로테옴 분석을 통해 다양한 암 유형에 대한 임상 시험에서 치료 항체의 표적이 되는 세 가지 후보 CK AML 항원(ENG, PTPRC, CD47)을 식별했습니다.
흥미롭게도, PROM1은 CK AML의 표면에서 과발현되는 것으로 나타났습니다. ENG는 다른 AML 하위 그룹과 비교하여 CK AML에서 가장 유의미하게 과발현된 표면 단백질로 확인되었습니다. 그리고 ENG는 수용체의 신호를 차단하고 항체 의존성 세포 독성을 유도하는 단일 클론 항체인 carotuximab(TRC105)의 표적입니다. Carotuximab은 임상 시험에서 안전성이 입증되었으며, 여러 종양 유형에 대해 현재 연구 중이며, 진행된 혈관육종의 3상에 도달했습니다.
흥미롭게도, MECOM-r AML도 ENG 단백질 수준이 CK AML과 유사한 발현을 보였다고 합니다. 또한 TP53 변이시 야생형에 비해 유의미하게 과발현되었습니다, 이는 CK 및 MECOM-r AML과 관련된 변이입니다. HSC 유사 AML 세포에서 우선적으로 발현되었습니다.
유세포 분석은 CK 및 MECOM-r 원시 인간 AML 표본에서 ENG의 세포 표면 발현을 확인하였고, 이러한 AML 하위 그룹의 표본에서 원시 CD34+GPR56+ 블라스트 집단에 의해 ENG 발현을 보였습니다.
유세포 분석에서도 CK 및 MECOM-r 블라스트가 다른 AML 하위 그룹의 AML 세포와 비교하여 ENG가 과발현된 것으로 나타났습니다.
이 결과는 ENG를 CK 및 MECOM-r AML의 항원으로 위치시키며, carotuximab이 이러한 AML 하위 그룹에 속하는 환자를 위한 유망한 치료제로 제시됨을 의미합니다.
카테고리 | 마커 |
CK AML 항원 | ENG, PTPRC, CD47, PROM1 |
pan-AML 항원 | ITGA4, FLT3, IL3RA, IL1RAP |
AML 하위 그룹 | ADGRG1, CD7, CD96 (NK triple-mut), F2R (mono 7 및 RUNX1-mut) |
요약
- CK AML 항원은 다양한 암 유형에 대한 임상 시험에서 치료 항체의 표적이 되는 ENG, PTPRC, CD47, PROM1을 포함합니다.
- pan-AML 항원은 대부분의 AML 하위 그룹에서 발현되는 ITGA4, FLT3, IL3RA, IL1RAP을 포함합니다.
- AML 하위 그룹 마커는 특정 하위 그룹에서 발현되는 ADGRG1, CD7, CD96, F2R을 포함합니다.
- ENG는 CK 및 MECOM-r AML의 항원으로, carotuximab이 이러한 하위 그룹에 속하는 환자를 위한 유망한 치료제로 제시됩니다.
AML 하위 그룹 | 항원 |
KMT2A-r | NCAM1 (CD56), SORT1, PTPRC, ENTPD1, FLT3, IL17RA, FCGR1, SIRPA, CSF2RA |
inv(16) | ICAM1 , NT5E, HAVCR2 (TIM-3), CD74 |
NK triple-mut | VSIR (VISTA) |
NPM1-mut | SLC39A6 |
CK | ENG, PTPRC, CD47 |
AML 타겟 항원 및 임상 시험 현황
AML antigen | Antigen alias | Selected as pan-AML antigen as part of this study | Clinical development status | Antibody name (alias) | Antibody type |
PTPRC | CD45 | Y | Active | Apamistamab (Iomab-B, BC8) | Rabiolabeled monoclonal |
CD38 | - | Y | Active | Daratumumab | Monoclonal |
CD33 | - | Y | Active | Gemtuzumab Ozogamicin | ADC |
FLT3 | CD135 | Y | Active | FLYSYN | Monoclonal |
IL3RA | CD123 | Y | Active | Talacotuzumab (CSL362) | Monoclonal |
CD47 | - | Y | Active | Magrolimab | Monoclonal |
LAIR1 | CD305 | Y | Active | NC525 | Monoclonal |
CLEC12A | CD371 | Y | Active | Tepoditamab (MCLA-117) | BiTE |
CD37 | Y | Inactive | AGS67E | ADC | |
KIT | CD117 | Y | Inactive | MGTA-117 & LOP628 | ADC |
SLC1A5 | ASCT2 | Y | Inactive | Idactamab (INT-001, MEDI7247) | Monoclonal |
HAVCR2 | TIM-3 | N | Active | Sabatolimab (MBG453) | Monoclonal |
IL2RA | CD25 | N | Active | Camidanlumab (ADCT-301) | ADC |
CD70 | - | N | Active | Cusatuzumab | Monoclonal |
CD200 | - | N | Inactive | Samalizumab | Monoclonal |
CXCR4 | CD184 | N | Inactive | Olocuplumab (BMS-936564) | Monoclonal |
BST1 | CD157 | N | Inactive | MEN1112 | Monoclonal |
TNFRSF8 | CD30 | N | Inactive | Brentuximab vedotin | ADC |
TNFRSF10B | CD262, TRAIL-R2 | N | Active | IGM-8444 | Monoclonal |
LILRB4 | CD85K | N | Active | IO-202 | Monoclonal |
CD274 | PDL1 | N | Active | Durvalumab (MEDI4736) | Monoclonal |
EPHA3 | - | N | Inactive | Ifabotuzumab (KB004) | Monoclonal |
CD1D | - | N | Active | LAVA-051 | BiTE |
SLC3A2 | CD98 | N | Inactive | IGN523 | Monoclonal |
ROR1 | - | N | Active | Zilovertamab vedotin | ADC |
정리 및 토의
유망한 면역치료 표적 후보
모든 32개의 pan-AML 항원의 단백질 및 mRNA 수준에서의 발현 프로필을 고려할 때, CD47, CD37, ITGA4, VSIR, CD74는 면역치료 표적으로서 가장 유망한 후보로 제시하고 있습니다.
카테고리마커
유망한 면역치료 표적 | CD47, CD37, ITGA4, VSIR, CD74 |
추가 정보
- CD47: magrolimab에 의해 표적화되며, 두 개의 진행 중인 AML 3상 시험에서 테스트 중입니다.
- CD37: AGS67E는 1상 시험에서 안전성을 입증했으며, 이전에 AML PDX 모델에서 항종양 활성을 보여주었습니다. AML 1상 시험은 종료되었습니다 (비즈니스 결정)
- ITGA4: AML 세포의 위치 지정과 이식을 촉진하는 것으로 보고되었으며, natalizumab은 AML 세포의 군집 형성, 이동 및 부착 능력을 방해합니다.
- VSIR: AML 환자의 생존율 감소와 관련이 있으며, 골수형성이상증후군에서 AML로의 진행을 예측합니다.
- CD74: LGALS3와 관련된 단백질 네트워크의 일부로서 활성화되면 AML 환자의 생존율 감소와 관련이 있습니다.
LSC 마커 후보
이번 연구는 코호트의 대부분의 표본에서 발현되거나 AML 하위 그룹에서 선택적으로 발현되는 15개의 후보 LSC 마커를 발견했습니다. 이 중 CD34, TMIGD2, CD96은 이전에 LSC 마커로 설명된 바 있습니다. 이 마커들 중 세 개는 현재 AML 이외의 적응증에 대해 임상 개발 중인 면역치료제로 표적화됩니다: TNFRSF4, CD96, CD7.
카테고리마커
LSC 마커 후보 | CD34, TMIGD2, CD96 |
임상 개발 중 면역치료 표적 | TNFRSF4, CD96, CD7 |
요약
- 유망한 면역치료 표적: CD47, CD37, ITGA4, VSIR, CD74는 AML에서의 면역치료 표적으로서 유망한 후보입니다.
- LSC 마커 후보: CD34, TMIGD2, CD96은 AML 하위 그룹에서 발현되며, TNFRSF4, CD96, CD7은 다른 적응증에 대해 임상 개발 중인 면역치료제로 표적화됩니다.
'의학' 카테고리의 다른 글
AI의 의학도전 (7) - GPT-4V의 다중 모달 성능: 의료 이미지와 텍스트 이해를 통한 임상 문제 해결 (3) | 2024.10.24 |
---|---|
저항의 비밀을 풀다: 다발성 골수종에서 T세포 재지향 항체의 효과와 한계 (0) | 2024.08.09 |
T세포와 GPR56 발현으로 본 AML 환자의 예후: 관해인가, 재발인가? (0) | 2024.08.02 |
AML 연구 데이터 소스: TCGA LAML, Beat AML 코호트, TARGET pediatric AML (0) | 2024.07.18 |
동종 이식 후 백혈병의 면역 회피 메커니즘과 맞춤형 치료법 (0) | 2024.07.06 |