1995년 Bejcek 연구: CD19 표적 scFv 제작으로 CD19 CAR-T의 타깃이 구체화되다

왜 CD19이었을까: CAR-T의 가장 어려운 질문

1990년대 초, 키메라 항원 수용체 T세포(chimeric antigen receptor T cell, CAR-T) 기술은 이미 개념적으로 제시되어 있었습니다. 그러나 실제 암 치료로 발전하기 위해서는 반드시 해결해야 할 문제가 있었습니다.

바로 “무엇을 표적으로 삼을 것인가?”라는 질문이었습니다.

대부분의 종양은 정상 세포와 항원을 공유하는 종양관련항원(tumor-associated antigen, TAA)을 발현합니다. 또한 돌연변이 항원은 환자마다 달라 범용 치료 표적으로 사용하기 어렵습니다. 즉, 안전성과 범용성을 동시에 만족하는 표적은 거의 존재하지 않았습니다.

이 상황에서 CD19는 매우 독특한 특성을 지닌 분자였습니다.

CD19은 B세포 계열에 특이적으로 발현되는 막단백질로, B세포 분화 전 단계부터 성숙 B세포까지 지속적으로 발현됩니다.

• 모든 정상 B세포에 발현

• 대부분의 B세포 악성종양(급성 림프모구 백혈병, 만성 림프구 백혈병, B세포 림프종 등)에 공통적으로 발현

• B세포가 제거되더라도 면역글로불린 정맥주사로 보완 가능

치명적 장기 손상을 유발하지 않으면서 종양 특이성을 확보할 수 있는 드문 표적이었던 것입니다.

그러나 CD19를 CAR에 적용하려면 먼저 CD19을 정확히 인식하는 재조합 항체 조각이 필요했습니다. 이 분자적 기반을 마련한 연구가 바로 1995년 베이첵(B. E. Bejcek) 연구팀의 작업이었습니다.

연구의 핵심: CD19 특이적 scFv 제작

1) 출발점 – CD19 단일클론항체 분석

연구팀은 기존에 보고되어 있던 CD19 특이적 단일클론항체(monoclonal antibody, MoAb)를 기반으로 연구를 시작했습니다. 이 항체는 정상 B세포와 B세포 종양에 강하게 결합하는 것으로 알려져 있었습니다.

2) VH와 VL 유전자 분리

항체의 항원 결합 부위는 두 개의 가변 영역으로 구성됩니다.

• VH(heavy chain variable region)

• VL(light chain variable region)

연구자들은 이 두 영역의 유전자를 분리한 뒤, 이를 하나의 재조합 단백질로 연결하는 전략을 사용했습니다.

3) 단일사슬 항체(scFv) 설계

VH와 VL 사이에는 유연한 펩타이드 링커(linker)가 삽입되었습니다. 이렇게 만들어진 구조를 단일사슬 가변 단편(single-chain variable fragment, scFv)이라고 합니다.

이 구조의 장점은 다음과 같습니다.

• 하나의 연속된 단백질로 발현 가능

• 세포막 단백질에 쉽게 융합 가능

• 유전자 수준에서 안정적으로 조작 가능

이는 이후 CAR 분자의 세포외 항원 인식 부위로 직접 활용될 수 있는 형태였습니다.

4) 세포 발현 및 기능 검증

제작된 scFv를 세포에 발현시킨 뒤, CD19을 발현하는 B세포 및 B세포 종양 세포에 대한 결합력을 분석했습니다.

그 결과, 이 scFv는 CD19에 대해 높은 특이성과 안정적인 결합 능력을 보이는 것으로 확인되었습니다.

무엇이 달라졌는가: 주요 성과

이 연구의 성과는 단순히 항체 조각 하나를 만든 것이 아니었습니다.

• CD19 특이적 scFv를 안정적으로 제작

• B세포 및 B세포 악성종양에 대한 선택적 결합 확인

• CAR-T 개발을 위한 “표적 모듈(targeting module)” 확보

이후 개발된 거의 모든 CD19 CAR는 이 계열의 scFv 구조를 기반으로 설계되었습니다.

역사적 의의: 오늘날 승인 CAR-T의 출발점

현재 미국 식품의약국(FDA) 승인을 받은 대표적 CD19 CAR-T 치료제인 티사젠렉류셀(tisagenlecleucel, 제품명 킴리아[Kymriah])과 악시캅타젠 실로류셀(axicabtagene ciloleucel, 제품명 예스카타[Yescarta]) 역시 CD19 특이적 scFv를 기반으로 합니다.

이 연구의 진정한 의미는 다음과 같습니다.

• CAR 치료에서 가장 어려운 질문이었던 “어떤 항원을 표적으로 할 것인가”에 대한 초기의 실질적 해답 제시

• 범용적이고 재현 가능한 CD19 CAR 플랫폼의 분자적 토대 마련

• 이후 세대 CAR 설계(공동자극 도메인 추가 등)의 출발점 제공

즉, CAR-T 기술이 이론에서 임상 현실로 이동하는 과정에서 중요한 분자적 전환점이었습니다.

일반인을 위한 정리

CAR-T 치료의 핵심은 “암세포만 정확히 인식하는 센서”를 만드는 것입니다.

1995년 이 연구는 CD19이라는 이상적인 표적을 인식하는 항체 조각(scFv)을 초기 분자공학 수준에서 구현했습니다. 이는 마치 미사일에 장착될 정밀 표적 인식 장치의 원형을 만든 것에 가깝습니다.

이 센서를 T세포에 장착하는 순간, 백혈병과 림프종 세포만을 선택적으로 제거하는 정밀 면역치료가 가능해졌습니다. 오늘날 수많은 환자의 생명을 연 CD19 CAR-T 시대는 바로 이 작은 항체 조각에서 시작되었습니다.

참고문헌

Bejcek, B. E., et al. "Development and Characterization of Three Recombinant Single Chain Antibody Fragments (scFvs) Directed against the CD19 Antigen." Cancer Research, vol. 55, no. 11, 1995, pp. 2346-2351. PMID: 7538901. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/7538901/

Sadelain, M., R. Brentjens, and I. Riviere. "The Basic Principles of Chimeric Antigen Receptor Design." Cancer Discovery, vol. 3, no. 4, 2013, pp. 388-398. https://doi.org/10.1158/2159-8290.CD-12-0548

June, C. H., and M. Sadelain. "Chimeric Antigen Receptor Therapy." New England Journal of Medicine, vol. 379, 2018, pp. 64-73. https://doi.org/10.1056/NEJMra1706169