(왼쪽부터) 고기성 교수, 임소희 박사

의과대학 고기성 교수 연구팀이 식물 기반 암 백신 후보물질을 개발하는 우수한 연구성과를 발표했다. 

식물 기반 암 백신의 면역활성을 성공적으로 밝힌 이번 연구는 의과대학 고기성 교수팀, 중앙대병원 비뇨의학과 명순철 교수팀, 자연과학대학 생명과학과 서영진 교수팀 등 우리 대학 연구진들과 오스트리아 요하네스 케플로대(Johannes Keppler University) 생물리학과 Peter Hinterdorfer 교수팀의 협동 연구를 통해 수행된 것이다. 

연구 결과는 상위 5% 국제 학술지 ‘Plant Biotechnology Journal’에 지난달 26일자로 게재됐다. ‘식물 발현 시스템에서 암 백신의 효능을 향상시키기 위한 Fc-융합 단백질 구조의 변형(Modification of Fc-fusion protein structures to enhance efficacy of cancer vaccine in plant expression system)’ 논문을 통해 상세한 연구 내용을 확인할 수 있다.

연구팀은 담배 식물(Nicotiana tabacum)을 활용한 이번 연구를 통해 암 백신 후보물질로 사용될 수 있는 인간 유래 Fc-융합 단백질을 성공적으로 발현시켰다. 암세포 표면의 주요 항원인 EpCAM(상피세포 접착 분자)을 다양한 IgG, IgA, IgM Fc 도메인과 융합시켜 암 백신의 효능을 강화할 수 있는 구조를 설계했다.

식물교배를 통해 다양한 암 백신 단백질 구조 구현

연구팀은 Fc 도메인에 C-말단 ER 보유 모티프(KDEL)를 추가해 고만노스(high mannose) 당구조의 단백질을 생산할 수 있었다고 전했다. 이를 통해 EpCAM-Fc 및 EpCAM-FcK 단백질을 식물 시스템에서 발현시켰으며, EpCAM-Fc (FcK)와 J-chain(Joining chain)을 발현하는 식물 간의 교배를 통해 EpCAM-IgA Fc 및 IgM 유사 단백질을 안정적으로 생산하는 데 성공했다고 한다. 

동물실험을 통해 식물 기반 암 백신의 항암 면역활성 확인

실험 결과 KDEL을 가진 단백질은 높은 발현 수준과 강한 결합 활성을 보였으며, IgM-Fc 융합 단백질은 가장 강력한 항원-항체 결합 활성을 보였다. 마우스를 이용한 면역 반응 분석에서는 EpCAM-Fc 융합 단백질들이 CD8+ 세포독성 T세포, CD4+ 보조 T세포 및 B세포를 활성화시키는 것으로 확인됐다. 특히, IgM-Fc 융합 단백질은 항원제시세포(Antigen presenting cell)인 수지상세포(Dendritic cell)를 효과적으로 활성화해 면역 반응을 크게 높였다. 

연구팀은 이 백신이 인간 전립선암 PC-3 세포와 대장암 SW620 세포를 효과적으로 포획하며, 암세포의 증식, 이동, 침습을 억제하고 암 진행 관련 다양한 분자 마커를 조절하는 효과도 있음을 입증했다. 본 연구는 임소희 박사가 의과대학 박사과정 동안 이뤄낸 연구성과다. 

고 교수는 “이번 연구는 식물을 활용한 백신을 통해 암을 포함한 다양한 질환을 예방할 수 있는 경제적이면서도 신속한 대량 생산 플랫폼을 제시했다는 점에서 큰 의의가 있다”며, “향후 암 백신뿐 아니라 전염병 예방 백신 개발에도 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.