바이오의약품 생산에서 당사슬 제어의 중요성 · 로 다양한 구조와 양상을...

Molecular and Cellular Biology News논단

1 ●● 분 자 세 포 생 물 학 뉴 스

서론

최근 삼성이 앞으로의 먹거리를 창출할 신수종 사업으로

바이오의약품을 선택하고 송도에 제조공장을 짓기로 발표하

면서 이에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 현재, 시장에 나

와 있는 바이오의약품들은 대부분 재조합 단백질들로서

2013년 전 세계 시장 규모가 1,600억 달러를 넘어서며, 이

중 70%인 약 130조원의 시장을 당사슬이 부착된 당단백질

의약품이 차지할 것으로 예상 되고 있다. 이러한 고부가가치 당

단백질 의약품으로는 치료용 항체, 조혈인자 (erythropoietin;

EPO), 인터페론, 과립구콜로니자극인자 (granulocyte-

colony stimulating factor; G-CSF), 난포자극호르몬, 효

소 치료제 등이 있다. 삼성은 초기 사업 모델로서 이러한 당

단백질 의약품을 대신해서 생산해주는‘제조 대행 업체

(contract manufacturing organization; CMO)’사업을

내세우고 있으며, 이후 바이오시밀러 생산을 통해서 경험을

쌓고 중장기 계획으로 바이오신약을 개발한다는 포석을 깔

고 있다.

유전자 재조합 기술을 이용해서 목적 단백질을 생산하는

경우에 보통 해당 유전자를 인체가 아닌 미생물이나 식물 또

는 동물세포 등에 도입하여 발현을 시키게 된다. 따라서, 유

전자가 동일하다 하더라도 이를 발현하는 숙주가 다르면 생

산되는 재조합 단백질은 인체에서 생산되는 단백질과‘번역

후 수식 (post-translational modification; PTM)’에서 커

다란 차이를 보일 수 있다. 특히, 당사슬이 부가되는 당질화

(glycosylation) 반응은 대표적인 PTM으로서 생산 숙주별

로 다양한 구조와 양상을 보이게 된다. 당단백질에 부착된

당사슬의 성분과 구조가 인체형과 다를 경우에 치료 효능이

나 체내 지속성 및 조직 분포가 달라지며, 특히 인체에 반복

해서 투여할 시에는 면역반응을 유발할 수 있다. 따라서, 현

재 판매되고 있는 대부분의 의약용 당단백질들은 인간과 비

슷한 당사슬이 부가되는 CHO (chinese hamster ovary) 세

포 등의 동물세포에서 주로 발현되고 있다. 하지만, 이들 동

물세포들도 인간에게는 존재하지 않는 구조의 당사슬들을

미량이지만 가지고 있다는 사실들이 밝혀지고 있다 (1, 2).

수많은 당단백질 의약품들의 FDA 승인으로 안전성과 효용

성이 검증된 CHO 세포의 경우에도 인간에게 존재하지 않는

시알산인 N-glycolylneuraminic acid (NGNA)를 부가할

뿐만 아니라 (1), 최근에는 CHO 세포에서는 부가되지 않는

다고 알려졌던 α-gal 항원도 극미량이긴 하지만 존재 한다

는 게 알려져 우려를 주고 있다 (2). 따라서, 문제가 되는 당

사슬들의 부가를 막기 위해서 CHO 세포의 당사슬 생합성

경로를 재설계하여 원하는 구조의 당사슬을 부가하기 위한

바이오의약품 생산에서 당사슬 제어의 중요성

오두병 한국생명공학연구원

E-mail:[email protected]

Molecular and Cellular Biology News

●● 2웹진 7월 2011

연구들이 활발히 이루어지고 있다. 또한, 비인간형 당사슬이

부가되는 문제를 불식시키고자 아예 인간 유래의 세포들을

당단백질 의약품 생산용 세포주로 개발하는 연구들도 큰 주

목을 받고 있다 (3).

당단백질 의약품에 부착되어 있는 당사슬은 치료 효능, 체

내 지속성, 타겟팅 및 면역반응 등에 있어서 중요한 역할을

수행하기에 품질을 결정하는 주요인자로 부각되고 있다. 그

러나, 주형을 토대로 하여 복제되거나 합성되는 DNA, RNA

및 단백질들과 달리 당사슬은 여러 종류의 효소들이 순차적

으로 작용하여 만들어 진다. 이러한 본질적인 특성 때문에

비균질한 당사슬들이 당단백질에 부착된다. 따라서, 당단백

질 의약품을 생산할 때에는 배치 (batch)마다 당사슬들이 일

정하게 부착되도록 품질을 관리하는 게 중요한 이슈가 되고

있다. 본 논단에서는 당단백질에 부착되는 당사슬의 생합성

이 생산 숙주별로 어떻게 다른지를 알아보고, 당사슬이 사이

토카인, 치료용 항체 및 효소 치료제와 같은 당단백질 의약

품의 치료 효능과 체내 지속성 및 면역반응 등에 미치는 영향

에 관해서 소개를 하고자 한다.

진화에 따른 당사슬 생합성의 차이

단백질에 당사슬이 부가되는 반응에는 N-결합 혹은 O-

결합 당질화 (N-linked or O-linked glycosylation)의 두

가지 형태가 있다. 이 두 당질화 과정은 당사슬 합성 및 부가

메커니즘에서 차이가 있으며, 이 중 N-당질화의 기작과 역

할이 보다 잘 알려져 있다. N-당질화를 통해서 부가되는 당

사슬을 N-당사슬 (N-glycan)이라 부르며 소포체에서 시작

된다. 소포체 막에 존재하는 돌리콜 피로인산 (dolichol

pyrophosphate, PP-Dol)에 ALG (Asparagine-Linked

Glycosylation)로 명명된 일련의 ALG 효소들이 N-아세틸

글루코사민 (N-acetylglucosamine, GlcNAc), 만노즈

(mannose, Man), 포도당 (glucose, Glc) 등을 부가하여, 최종적

으로 지질과 연결된 올리고당 (lipid-linked oligosaccharide,

LLO) 형태의 복합 당사슬인 Glc3Man9GlcNAc2 -PP-Dol을

합성하게 된다 (4). 이렇게 합성된 LLO는 8개 이상의 subunit

으로 구성된 올리고당 전이효소 (oligosaccharyltransferase)

에 의해서 co-translational translocation 기작으로 리보

좀에서 소포체로 직접 번역되어 나오는 N-x-S/T를 포함하

는 펩타이드의 N-당질화 시퀀 (sequon)에 전달 된다 (4-5).

이렇게 단백질에 부착되어진 N-당사슬은 소포체 안에 존재

하는 글루코시다아제 (α-glucosidase I, Gls1p ; α-

glucosidase II, Glsp II)에 의해서 당사슬 맨 끝의 포도당부

터 하나씩 제거된다. 두 번째와 세 번째 포도당이 좀 더 천천

히 제거되면서 lectin chaperone인 calnexin/calreticulin

의 도움으로 폴딩이 완성된다. 모든 포도당이 다 잘려나가면

단백질 폴딩이 완료된 것으로 인지하고 Man8GlcNAc2 당사

슬이 부착된 형태로 골치체로 옮겨지게 된다 (6-7). 그런데,

소포체에서 골지체로 옮겨가기 전에 한번 더 당단백질의 폴

딩을 검증하는 품질 관리 과정이 있다. 적절한 폴딩이 이루

어져 있지 않으면, 포도당 한 분자를 다시 붙여서 calnexin/

calreticulum cycle에 들어가도록 해서 폴딩을 완성할 수 있

는 기회를 주는 과정을 반복한다.

상기에서 소개한 소포체에서 이루어지는 N-당사슬의 초

기 생합성 과정은 진핵 미생물인 효모에서 고등생물인 동물

에 이르기 까지 거의 동일한 과정으로 보존되어 있다 (8-9).

그러나, 골지체로 넘어간 당사슬은 각 종에 특이적으로 다양

한 당사슬 수식 과정을 거치게 되며, 그 결과로 효모, 곤충,

식물 및 동물 등에서 완전히 다른 형태의 당사슬들이 만들어

지게 된다 (그림 1). 그러나, 이렇게 다양한 당사슬들도 핵심

부위는 공통적으로 가지고 있는데, 세 개의 만노즈와 두 개

의 GlcNAc이 Asn의 질소에 연결된 구조로 trimannosyl

core로 불린다. 이 trimannosyl core에 주로 만노즈가 연결

된 형태를 고만노즈형 (high-mannose type)이라 부르며

효모와 곰팡이 등에서 많이 관찰된다. 전통 효모인

Saccharomyces cerevisiae의 경우에는 골지체서 만노즈

부가가 계속되어 수십여 개의 만노즈가 부가된 형태가 관찰

되기도 한다.

반면에 곤충세포에서는 결핍 만노즈형 (pauci-mannose

type)의 당사슬을 갖는 당단백질들이 관찰된다 (9). 이들은



골지체에서 만노시다제 (mannosidase IA, IB & IC)들에 의

해서 먼저 Man5GlcNAc2 형태로 다듬어지고 여기에 N-

acetylglucosaminyltransferase (GNT) I이 작용해서

GlcNAc이 하나 부가된 후에 만노시다제 II가 작용해서

trimannosyl core에 GlcNAc이 하나 부가되어 있는 혼합형

구조가 만들어 진다 (그림 1). 그리고 나서야 부가되었던

GlcNAc이 다시 잘려 나가면서 결핍 만노즈형 당사슬 구조

가 만들어지는 것이다. 동물세포는 Asn 잔기에 결합되어 있

는 첫 번째 GlcNAc에 α(1,6)-퓨코스 (fucose)가 종종 부가

된다. 반면에 곤충의 경우에는 α(1,6)-퓨코스와 α(1,3)-퓨코

스가 모두 부가된 bi-fucosylated 구조들이 때때로 발견되

기도 한다. 이러한 코어 당사슬에 연결된 α(1,3)-퓨코스 가

지는 인체에서는 발견되지 않기 때문에 엘러지와 같은 면역

반응을 유발한다고 알려져 있다.

식물에서도 첫 번째 GlcNAc에 α(1,3)-퓨코스가 부가되기

도 하며, 만노즈 코어에 연결된 β(1,2)-자일로스 (xylose),

말단의 GlcNAc에 β(1,3)-갈락토스 (galactose)와 α(1,4)-퓨

코스 결합을 갖는 복합 당사슬 구조를 갖는 것들이 보고되었

다 (그림 1) (9). 또한 골지체에서 합성된 당단백질의 일부가

복합 당사슬의 생합성 중에 액포 (vacuole)로 이동하면서 결

핍 만노즈형의 N-당사슬이 발견되는데 이 메커니즘은 아직

명확히 규명되어 있지 않다. 식물 특이적인 당사슬 구조로는

코어 α(1,3)-퓨코스, bisecting β(1,2)-자일로스 및 Lewis a

(Lea) 항원 등이 알려져 있다. 이들은 식물 특이적인 당사슬

그림 1. 효모, 곤충, 식물 및 동물의 주요 N-당사슬 생합성 경로와 일반적인 당사슬 구조. 소포체에서의 이루어지는 N-당질화 경로는 효모에서 동물에 이르기까지 보존되어 있는 반면에 골지체에서 일어나는 수식 과정은 매우 다양하게 진화하였다. 당사슬을 나타내는 기호는 미국 Consortium for Functional Glycomics(htpp://www.functionalglycomics.org/)의 양식을 따랐음. (“Introduction to Glycobiology” Maureen E. Taylor, Kurt Drickamer)


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구조로서 토끼와 인간 혈청에서 강한 면역원성을 갖는 것으

로 알려져 있다 (10).

동물에서는 trimannosyl core에 GlcNAc이 하나 부가되

어 있는 구조에 GNT II가 작용해서 GlcNAc이 하나 더 부가

되어서 두 개의 안테나 구조를 갖는 당사슬이 생성된다. 이

후에 GNT IV와 V가 작용해서 네 개의 안테나 구조가 만들

어지기도 하며 (그림 1), 일부에서는 GNT VI, IX 또는 VB

등이 작용해서 6개의 안테나 구조까지 만들어지는 경우도 있

다. GlcNAc이 부가되어 안테나의 골격이 만들어진 후에 골

지체 내에 존재하는 β-galactosyltransferase와 α-

sialyltransferase등이 작용해서 GlcNAc 위에 갈락토즈와

시알산이 부가된 형태의 복합형 당사슬 구조가 만들어 진다.

GNT V가 작용해서 형성되는 β(1,6)-GlcNAc 가지에

는“Gal-β(1,4)-GlcNAc-β(1,3)”이 반복해서 나타나는

polylactosamine 구조가 종종 발견되며, 이는 T 세포의 조

절과 암의 전이 등에 관련이 되어 있다. 또한, 다양한 종류의

α-fucosyltransferase 등이 작용해서 당사슬의 코어 부분

또는 말단에 퓨코스를 부가할 수 도 있다.

지질과 연결된 형태로 당화 전구체가 만들어진 후에 올리

고당 전이효소에 의해서 단백질로 전달되는 N-당사슬과 달

리 O-당사슬의 생합성은 골지체에서 완전히 폴딩이 끝난 단

백질에 순차적으로 당전이 효소가 작용하여 만들어진다. 또

한, N-x-S/T의 당질화 시퀀을 가지고 있는 N-당사슬과 달

리 Ser이나 Thr의 산소 원자에 당들이 차례로 연결된다. 하

지만, 부근 아미노산들의 특징을 보면 Ser과 Thr 잔기가 반

복적으로 나타나고 Pro도 잦은 빈도로 나타나는 특징을 갖

고 있어서 이를 예측하는 프로그램이 개발되었다 (11). 특히,

일부 재조합 당단백질을 동물과 효모에서 발현한 경우, 발현

숙주의 차이에 따라 연결되는 O-당사슬의 서열과 구조가 완

전히 다름에도 불구하고 같은 위치에 O-당질화 반응이 일어

난다는 보고도 있다 (12).

O-당사슬의 가장 대표적인 특징은 매우 다양한 형태로

나타난다는 점이다. 동물에서 가장 많이 부가되는 당사슬은

뮤신 타입으로 맨 처음에 GalNAc이 Ser과 Thr의 산소원자

에 연결되면서 O-당사슬의 부가가 시작된다. 이외에도 효모

등에서 많이 부가되는 O-만노즈 당사슬을 비롯하여 O-글

루코스, O-퓨코스 등이 있고, 세포질과 핵에서 일어나는

O-GlcNAc 당사슬을 비롯한 다양한 종류의 O-당사슬이 존

재한다. 나아가 hydroxylation 반응으로 변형된 아미노산인

hydroxylysine이나 hydroxyproline의 산소 원자에 O-당

사슬이 연결되기도 한다. 현재까지 승인된 의약용 당단백질

에서 주로 발견되는 O-당사슬은 뮤신 타입으로 끝 부분에

시알산이 대부분 부가된다.

당단백질 생산을 위한 재조합 발현 숙주의 선택

유전자 재조합 기술을 이용해서 단백질을 대량으로 생산

하고자 하면 조작이 용이하고 경제적 생산성이 높은 대장균

이나 효모와 같은 미생물들을 일차적으로 고려하게 된다. 하

지만, 인체 유래의 복잡한 당사슬이 부가된 당단백질을 의약

용 목적으로 생산해야 한다면 고려하게 되는 생산 숙주도 달

라질 수 밖에 없다. 우선, 대장균은 원핵생물로서 당사슬 부

가 능력을 갖고 있지 않으며, 진핵 미생물인 효모는 인체 주

입 시 면역반응을 일으키는 고만노즈형 당사슬을 부가하고

있어서 의약용으로 사용하기 어렵다. 또한, 비교적 경제성이

높은 곤충 세포와 형질전환 식물들도 인체 주입 시 엘러지

등의 면역반응을 유발하는 비인간 당사슬 구조들이 일부 있

어서 마찬가지의 문제점들을 갖고 있다. 때문에 현재 판매되

는 대부분의 당단백질 의약품들은 인간과 비슷한 당사슬 구

조를 가지는 동물세포들에서 생산되고 있다. 따라서, 경제성

이 높은 당단백질 생산 시스템을 개발하기 위해서 효모와 곤

충 및 식물들의 당사슬 생합성 경로를 재설계 하여 인간화하

기 위한 연구들이 큰 주목을 받고 있다. 대표적으로는 미국

의 GlycoFi가 재조합 단백질 발현에 널리 사용되는 메탄올

자화 효모인 Pichia pastoris의 당사슬 생합성 경로를 인간

화하는데 성공하여 큰 주목을 받았다 (13-14). 곤충과 식물

에서도 여러 연구팀들이 이와 유사한 개념을 가지고 당사슬

생합성 경로를 인간화하고자 하는 연구들을 수행하고 있다.

상기에서 서술한 바와 같이 당사슬 구조의 유사성 때문에



당단백질 의약품을 생산할 때에는 동물세포 배양 기술이 널

리 사용된다. 하지만, 그 중에서도 안전성과 효용성이 검증

된 CHO 세포가 선호되고 있다. 이는 마우스 유래의 세포들

(NS0, SP2/0)과는 달리 CHO 세포에서 생산된 당단백질에

는 인체에서 면역반응을 일으키는 galactose-α(1,3)-

galactose (α-gal) 항원이 부가되지 않는다고 알려져 있기

때문이기도 하다. α-gal 항원은 무균돼지의 장기를 인간에

게 이식하는 이종 이식에서 발생하는 초급성 면역 거부반응

의 주요 원인으로 알려져 있으며, 마우스 유래 세포에서 생

산된 당단백질들에 미량 부가되기도 한다. 대표적인 예로는

암 치료용 항체로 승인 받아 판매되고 있는 anti-EGFR 항

체인 Erbitux (cetuximab)의 경우 IgE-mediated 과민반

응 (anaphylaxis)이 종종 발생하는데, 그 원인이 바로 α-

gal 항원 때문인 것으로 보고되었다 (15). Erbitux는 마우스

유래의 SP2/0 세포에서 생산되기 때문에 이러한 α-gal 항

원의 부가에 따른 면역반응 문제가 생기는 것으로 생각된다.

그러나, 최근에 발표된 연구 결과에 따르면 CHO 세포도 극

미량이기는 하지만 α-gal 항원을 부가하는 것으로 보인다

(2). Momenta Pharmaceuticals의 Venkataraman 박사

연구팀에 따르면, CHO 세포도 α-gal 항원을 부가하는 N-

acetyllactosminide-3-α-galactosyltransferase-1

(Ggta1)을 가지고 있는 것으로 밝혀졌다. 또한, CHO 세포에

서 생산한 CTLA4와 Fc 융합단백질인 Orencia (Abatcept)

의 경우 전체 당사슬들 중에서 α-gal 항원이 부가된 것들이

약 0.2% 존재하는 것으로 보고되었다. 이들의 연구 결과를

종합해보면, 마우스 유래의 세포들보다 부가 능력이 훨씬 낮

기는 하지만 CHO 세포도 α-gal 항원을 부가할 수 있으며

각 클론 별로 활성 정도가 다른 것으로 보인다. 따라서, 생산

세포주 선별 단계에서 잘 선택을 한다면 α-gal 항원이 부가

되지 않는 CHO 세포주를 고를 수 있는 것으로 보인다.

인간에게는 존재하지 않지만 다른 동물들에서 존재하는

대표적인 당으로는 비인간 시알산 (non-human sialic

acid)인 N-glycolylneuraminic acid (Neu5Gc)을 들 수 있

다. 인체에 주로 존재하는 시알산은 N-acetylneuraminic

acid (Neu5Ac)이며, 인간을 제외한 다른 포유류에서 일정

부분 관찰되는 Neu5Gc는 거의 관찰되지 않는다. Neu5Ac

그림 2. 비인간 시알산, N-glycolylneuraminic acid (Neu5Gc). (A) CMP-Neu5Gc는 CMP-Neu5Ac에 CMP-Neu5Ac hydroxylase (CMAH) 효소가 작용해서만들어진다. (B) CMAH 유전자는 약 2.8백만 년 전에 돌연변이에 의해서 비활성화된 것으로 추정된다. (J Plant Biotechnol (2010) 37:292–304)


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는 당화 전구체인 CMP-Neu5Ac로 활성화된 후에 CMP-

Neu5Ac hydroxylase (CMAH) 효소에 의해서 CMP-

Neu5Gc로 전환되어 만들어 진다 (그림 2A). 이 CMAH 유

전자는 침팬지와 인류의 공통 조상에서 침팬지가 갈라지고

난 이후, 뇌 용적의 팽창이 일어나기 직전인 2백 80만년 전

무렵에 6번째 엑손 (exon)에서 92 bp의 DNA가 결손되는 돌

연변이가 발생해서 비활성화 된 것으로 추정된다 (그림 2B)

(16). 따라서, 침팬지 등의 영장류들도 합성하는 Neu5Gc를

인류와 이미 멸종한 네안데르탈인만이 합성하지 못하게 된

것이다. 하지만, 육류와 우유를 섭취 함으로써 이 비인간 시

알산을 체내에 흡수할 수 있기 때문에 소량이지만 인체 내에

도 Neu5Gc가 존재하며, 암 등의 이상 조직에 많이 분포한다

(17). 이러한 이유로 인체 내에는 Neu5Gc를 항원으로 인식

하는 항체들이 존재하여, 시알산으로 Neu5Gc가 부가된 재

조합 단백질이 인체 내에 주입되었을 때 면역 반응을 유발할

소지가 있다 (1). 햄스터 유래의 CHO 세포도 Neu5Gc를 합

성할 수 있는 능력을 가지고 있으나 무혈청 배지에서 재조합

단백질을 발현하는 경우에는 단백질에 부가되어 있는

Neu5Gc의 양은 매우 미미한 수준으로 관찰된다. 하지만, 혈

청 배지를 사용하는 경우나 배양 조건에 따라서는 때때로 이

양이 증가하게 되는 데 이 경우 Neu5Gc에 대한 면역 반응

때문에 체내에서 단백질이 빨리 제거되기도 한다 (18).

이외에도 CHO 세포의 당사슬들은 인간 세포의 것들과는

다른 특징들을 가지고 있는 것으로 보고 되었다 (19). 우선,

대표적으로는 α(2,6)-sialyltransferase 활성이 없어서 주

로 α(2,3)-linkage로 연결된 시알산들만이 발견되고 있다.

또한, bisecting GlcNAc을 부가하는 GNT-III의 활성과 말

단에 퓨코스를 부가하는 α(1,3/4)-fucosyltransferase 활

성도 거의 존재하지 않는 것으로 알려져 있다. 이렇게 인간

과는 다른 특징들 때문에 인간 유래의 세포들을 재조합 단백

질 발현에 사용하려는 노력들이 계속되고 있다. 연구용으로

많이 사용되는 HEK293 세포를 이용해서 생산하여 승인 받

은 의약품은 아직까지 Xigris (활성화 단백질 C)만이 알려져

있다. 이보다는 인간 섬유육종 (fibrosarcoma) 세포인 HT-

1080을 이용해서 생산한 당단백질들이 여러 종 -Dynepo

(EPO), Elaprase (iduronate-2-sulfatase) 및 Replagal

(α-galactosidase) 등- 승인을 받은 상태이다. 이외에도 인

간의 태아 망막 세포 (embryonic retina cell)를 조작하여

만든 PER.C6 세포가 주목을 받으며, 여기서 생산된 당단백

질들이 10여종 이상이 임상 시험 중에 있다 (Crucell,

http://www.crucell.com/). 최근에는 독일의 바이오 벤쳐

기업이 인간의 양수 세포 (amniocyte)를 조작하여 당단백질

생산에 적합한 생산 세포주로 만들어서 사업화 하고 있다

(Cevec, http://www.cevec.com/ ).

인체 내에서 지속 시간을 결정하는 시알산

치료용 항체를 제외한 대부분의 당단백질 의약품에서 제

일 중요하게 생각되는 것은 당사슬의 맨 끝에 부가되는 시알

산 캡핑 (capping)이다. 시알산은 당단백질의 체내 수명을

결정하는 주요 인자로서 당사슬의 말단이 시알산으로 끝나

지 않은 당단백질들은 체내에서 빠르게 제거된다. 이는 시알

산이 제거되어 말단에 갈락토스가 노출되면 간에 존재하는

비시알산당단백질 (asialoglycoprotein) 수용체에 의해 해당

단백질이 제거되기 때문이다 (그림 3). 이 수용체는 당사슬에

결합하는 특성을 가진 렉틴의 일종으로 1970년대에 이를 발

견한 Ashwell 교수의 이름을 따서 Ashwell 수용체로 불리

기도 한다 (20). 이후 시알산 캡핑과 당단백질의 체내 지속성

과 관련된 수많은 연구들이 발표되었지만, Ashwell 수용체

의 생리학적인 역할에 대한 단서가 밝혀진 것은 극히 최근의

일이다. 2008년 UCSD의 Marth 교수 연구팀은 Ashwell 수

용체가 병원균 감염에 의해서 유발된 패혈증에서 생존율을

높여주는 역할을 한다는 사실을 발표하였다 (21).

이와 같이 간에 존재하는 Ashwell 수용체는 시알산이 부

가되지 않고 갈락토스로 끝난 당사슬이 부착된 당단백질들

을 혈액에서 빠르게 제거하는 역할을 한다. 하지만, 당사슬

의 말단이 갈락토스로 끝나는 경우에만 체내 지속성이 짧아

지는 것은 아니며, 만노스나 GlcNAc으로 끝나는 경우에도

체내 지속성이 짧아진다고 보고되었다. 혈액에 존재하는 만



노스 수용체와 만노스 결합 렉틴 등이 만노스와 GlcNAc에

결합해서 빠른 속도로 해당 당단백질을 혈액에서 제거한다

(22-23). 유사하게 세망내피계 (reticuloendothelial

system)를 통해서도 만노스와 GlcNAc으로 끝난 당단백질

들이 제거되기도 한다 (24).

대표적인 바이오블록버스터인 EPO는 조혈인자로서 악

성 빈혈환자와 만성 신부전 환자 등에 사용되는데, EPO의

체내 지속성은 시알산 부가 정도에 매우 민감하게 반응한

다. 동물 실험 결과에 따르면 정상적으로 시알산이 부가된

EPO는 5-6 시간의 체내 반감기를 갖는 반면, 시알산이 제

거된 EPO는 2분 이내의 체내 반감기를 갖는다 (25). 특히,

GlcNAc 두 개가 연결된 bi-antennary 당사슬에 비해서

4개의 안테나 구조 (tetra-antennary)에 시알산이 부가된

경우에 체내 활성이 높으며, 체내 지속성도 더 긴 것으로

나타났다. EPO는 시알산 함량이 높을 수록 체내 지속성이

길게 나타나는데, 이는 EPO 수용체와의 이온 결합을 약화

시키는 덕분에 혈액에서 제거되는 속도가 감소하기 때문이

다 (26). 암젠은 이를 이용하여 오리지널 EPO 제품의 차세

대 제품으로 2개의 당질화 위치를 더 도입하여 시알산 함량

을 크게 증가시킨 Aranesp를 개발하여 성공적으로 상용화

하였다. Aranesp는 시알산 함량의 증가 덕분에 수용체와

의 결합력이 감소하였으며, in vivo 효능을 유지한 채로 체

내 반감기가 3배 증가하여 환자의 편의성이 증대되었다

(26). Aranesp는 2001년에 처음 시장에 도입된 이래 매출

이 급성장하여 기존 오리지널 제품들을 제치고 베스트셀러

로 등극하여 당사슬 공학이 재조합 단백질 의약품의 성능

향상에 효율적인 전략임을 입증해 주는 대표적인 사례가

되었다.

치료용 항체의 성능과 관련된 퓨코스와 갈락토스

항체가 치료제로서 산업적으로 성공할 수 있었던 것은 마

우스의 아미노산 서열들을 갖고 있는 단클론 항체를 인간화

시키는 기술들이 개발되면서부터이다. 하이브리도마 기술로

제작된 초기의 마우스 유래 항체들은 인체 주입 시에 면역반

응을 일으키며 빠르게 제거되어 치료 효과가 없었다. 카이메

그림 3. 간에 존재하는 수용체에 의한 비시알산당단백질의 제거. Ashwell 수용체는 노출된 갈락토스를 인식해서 시알산이 떨어져 나간 당단백질을 제거하는 역할을 한다. 따라서, 시알산이 없는 당단백질의 체내 지속성은 짧은 반면에 당사슬 말단이 시알산으로 캡핑되어 있는 당단백질은 혈액 내에서 긴 지속성을 갖는다. (J PlantBiotechnol (2010) 37:292–304)

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릭 항체와 각종 인간화 기술들이 나오고서야 이러한 문제들

이 해결되어 치료제로서 성공할 수 있었던 것이다. 그리고,

이제는 항체의 아미노산 서열 뿐만 아니라 부착된 당사슬을

완전히 인간화 시키는 데에 관심이 집중되고 있다. 그래서

초창기에는 치료용 항체를 NS0와 SP2/0와 같은 생쥐 유래

의 하이브리도마 세포 등에서 발현하기도 하였으나, 최근에

는 보다 인간과 유사한 당사슬이 부가되는 CHO 세포를 생

산 세포주로 선택하는 추세이다 (그림 4A).

모든 IgG 항체는 항체 불변영역 (Fc) heavy chain의

Asn297에 당질화 위치를 갖고 있으며, 약 ~20%의 IgG는

Fab의 가변영역 (variable region)에 당사슬이 부착되기도

한다 (그림 4A). 가변영역에 부가되는 당사슬은 일반적인 경

우와 마찬가지로 2~4개 정도의 안테나에 시알산이 부가되

는 구조를 갖는다. 그러나, Fc의 Asn297에 부착된 당사슬은

두 개의 안테나에 갈락토스 (G로 표시)가 1-2개 정도 부가되

거나 (G1 또는 G2 형태), 부가없이 GlcNAc으로 끝나는 형태

(G0)를 갖는다. 혈액 내에 존재하는 약 ~5% 내외의 일부

IgG 항체는 Asn297의 당사슬에 시알산이 부가되어 있기도

한다. 하지만, CHO 세포에서 생산하는 치료용 항체는 시알

산이 부가된 형태가 거의 관찰되지 않으며 갈락토스 부가 정

도도 낮은 편이어서 갈락토스가 없는 G0 형태가 제일 많이

관찰된다.

다른 당단백질들과 달리 항체의 Fc에 부가되는 당사슬은

시알산이 부가되지 않아도 2-4주에 이르는 매우 긴 체내 반

그림 4. IgG 항체의 당사슬 구조. (A) 인간 IgG 항체는 heavy chain의 Asn297에 당사슬이 부착되며, 혈액 내에 존재하는 IgG 항체들 중 약 20%는 Fab의 가변 영역에도 당사슬이 부착되는 경우가 있다. Asn297에는 bi-antennary 형태의 복합형 당사슬들이 부착되는데, 인간의 혈액에서 발견되는 항체들 중 약 5%는 시알산이부가되는 경우도 있으나 대부분은 갈락토스나 GlcNAc으로 끝나게 된다. CHO 세포에서 생산되는 항체들은 GlcNAc으로 끝나는 경우가 많으며, 갈락토스가 일부 부가된다. NS0와 Sp2/0 세포와 같은 마우스 유래 세포들은 간혹 미량의 galactose-α(1,3)-galactose 항원이 부가되기도 한다. (B) Glycart는 bisecting GlcNAc을 부가하여 ADCC 성능을 향상시키는 GlycoMAb 기술을 개발하였고, 일본 Kyowa-Hakko의 자회사 Biowa는 퓨코스가 부가되지 않은 항체를 이용한 ADCC 성능향상기술을 개발하였다. (J Plant Biotechnol (2010) 37:292–304)



감기를 갖는다. 이는 Asn297에 부착되는 당사슬이 두 개의

heavy chain이 이량체 (dimer)를 이루는 안 쪽에 위치하여

간에 존재하는 asialoglycoprotein 수용체 등에 의해서 인식

이 되지 않기 때문으로 생각되고 있다. X-ray 크리스탈 구

조 분석에 의하면 Fc의 당사슬은 단백질의 표면과 다수의 비

공유 상호작용을 하고 있어서 3차 구조를 이루는 일부로 볼

수 있다 (27). 그래서, Fc에 부착된 당사슬의 종류와 구조에

따라서 Fc의 3차구조가 변하게 되며, 이는 항체의 Fc부위와

Fc수용체들 (FcγI, FcγII, FcγIII, C1q 등) 간의 상호작용

에 영향을 미치게 되는 것이다. 항체의 Fc에 의해서 유도되

는 ADCC (antibody dependent cell cytotoxicity)와 CDC

(complement dependent cytotoxicity) 등의 기능이 치료

효능을 결정하므로, 결론적으로 부착된 당사슬이 항체의 성

능을 결정하게 된다. 항체의 Fc에 당사슬이 부가되지 않은

항체는 이러한 기능이 심각하게 저해되는 것으로 알려져 있

다 (28).

따라서, 항체의 Fc에 부착된 당사슬의 구조를 제어하여

항체의 치료 효능을 극대화하기 위한 기술로 당사슬 공학이

각광 받고 있다. 특히, 당사슬 구조의 변화로 외래 병원균 및

자가 이상세포 등을 제거하는 ADCC 성능을 향상시키는 기

술들이 개발되어 사업화되었다 (그림 4B). 스위스 ETH의 연

구 그룹은 두 개의 안테나 사이에 위치하는 bisecting

GlcNAc이 부가된 당사슬을 갖는 항체가 월등한 ADCC 성능을

보인다는 사실을 발견하고 (29), 성능 향상 기술 (GlycoMAbTM)

을 제공하는 Glycart 회사를 설립하였다. 한편, 일본의 거대

제약회사인 Kowa Hakko는 코어 퓨코스가 부가되지 않은

당사슬을 갖는 항체가 50-100 배 이상의 ADCC 성능 향상

을 보인다는 사실을 발견하고 (30), 미국에 자회사인 Biowa

를 설립하여 퓨코스 제거에 의한 성능향상 기술

(POTELLEGENTTM)을 이용한 차세대 제품 개발에 주력하

고 있다. 이러한 ADCC 성능의 향상 효과는 코어 퓨코스가

부가되지 않은 당사슬에 의해서 유도되는 것으로 알려졌으

며, bisecting GlcNAc 부가에 의한 효과는 코어 퓨코스의

부가 반응과 같은 기질을 두고 경쟁적으로 이루어지기 때문

에 발생하는 간접적인 효과인 것으로 밝혀졌다 (30-31). 코

어 퓨코스가 없는 당사슬을 갖는 항체는 FcγRIIIa 수용체와

의 결합력이 증가하므로 세포 표면에 이 수용체를 가지고 있

는 자연살해 (natural killer) 세포 등을 끌어 모아서 ADCC

성능이 향상되는 것이다 (32).

항체에 부착된 당사슬은 CDC에서도 중요하다. 카이메릭

항체인 Alemtuzumab의 경우 당사슬 말단의 갈락토스가 제

거되면 CDC가 감소하였다 (33). 또한, 항-CD20 항체인

Rituxan의 경우에도 갈락토스가 하나 붙어 있는 G1F 당사

슬을 가진 항체가 갈락토스가 전혀 없는 당사슬 G0F가 부착

된 항체보다 두 배의 CDC 성능을 보였다 (34). 따라서, 이들

항체의 경우 인허가를 받을 때 항체에 일정 함량 이상의 갈

락토스가 부가되어야 한다는 규격을 정하였고, 제조 공정에

서 당사슬 분석을 통해서 품질 관리가 되도록 엄격하게 제어

하고 있다.

인체의 혈액 내에 존재하는 항체의 당사슬들을 분석해보

면, 약 ~5% 내외의 IgG 항체는 Fc의 Asn297에 부착된 당

사슬에도 시알산이 부가되어 있다. 미국 록펠러 대학의

Ravetch 교수 연구팀은 Asn297의 당사슬에 부가되는 시알

산은 체내 지속성보다는 항염증 작용을 위한 스위치로 작용

한다는 연구결과를 발표하였다 (35). 그리고 이를 바탕으로

항체의 Fc를 재조합 발현한 후에 α(2,6)-시알산을 부가하여

염증 반응을 억제하는 효과를 보여주었다 (36). 특히, 류마티

스 관절염, 루푸스 및 크론병 등과 같은 자가면역질환을 치

료할 수 있다는 것을 동물 실험으로 확인하여 새로운 치료제

로서 개발될 가능성을 보여주었다.

라이소좀 타겟팅을 결정하는 만노스-6-인산

라이소좀 저장질환 (lysosomal storage disease)은 선천

적인 유전자 이상으로 라이소좀에 존재하는 분해효소의 활

성이 결핍되어 대사물질이 축적되어 발생하는 질환들이다.

이러한 질환을 갖고 태어난 환자들은 치료를 받지 못하면 대

부분 젊은 나이에 죽음을 맞이하게 된다. 현재까지 유일하게

승인 받은 치료법은 효소 대체요법 (enzyme replacement

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therapy)으로 정상적인 효소 치료제를 외부에서 주입하는

방법이다. 미국 Genzyme는 1998년에 첫 번째 효소 대체요

법을 위한 제품으로 고셔병 치료제 Ceredase를 시판한 이래

Cerezyme, Fabrazyme, Aldurazyme 및 Myozyme 등의

효소 치료제를 개발하여 이 분야에 독보적인 영역을 구축하

고 있다. 효소 치료제는 고가의 재조합 의약품으로서 유전적

대사 질환을 가진 소수의 환자들을 대상으로 하고 있음에도

불구하고, 비싼 가격 때문에 전체 규모가 2.5조원이 넘는 큰

시장을 형성하고 있다. 그러나, 효소 치료제를 라이소좀으로

타겟팅하기 위해서는 당사슬을 제어하여 원하는 구조로 최

적화 해야 하는 높은 기술적 장벽을 갖고 있어서 1-2개 기업

이 전 세계 시장을 독점하는 비정상적인 구조를 보이고 있다.

라이소좀은 세포에서 불필요한 물질들을 분해하여 재활용

하도록 하는 소화와 자기 분해 기능을 가진 소기관이다. 그

래서, 다양한 소화 효소들이 라이소좀으로 이동해야 하기 때

문에 특수한 전달 신호를 가지고 있는데, 이 것이 바로 만노

스-6-인산 (mannose-6-phosphate)이다. 골지체에서

N-acetylglucosamine-1-phosphotransferase

(GlcNAc-PT)가 라이소좀으로 이동할 당단백질들의 3차

구조를 인식하여 GlcNAc-인산을 당사슬의 만노스 잔기

에 부가한다 (그림 5). 그리고, 여기에 uncovering 효소

(phosphodiester glycosidase)가 작용하여 GlcNAc 잔기만

을 제거하여 만노스에 인산이 남게 되는 2단계 과정으로 만

노스-6-인산이 형성된다. 한편 만노스-6-인산이 포함된 당

사슬을 인식하는 수용체에는 두 종류가 존재한다. 양이온 의

존적 만노스-6-인산 수용체는 ~45 kDa 정도의 분자량으로

dimer 또는 tetramer로 작용하는 반면에 양이온 비의존적

수용체는 250-300 kDa 정도의 큰 분자량을 지니며 만노스

-6-인산 외에도 다른 여러 리간드에 대한 결합 부위를 가지

고 있다.

만노스-6-인산 수용체는 골지체에서 만노스-6-인산을

가지고 있는 당단백질에 결합하여 이를 내포 (endosome)를

거쳐 라이소좀으로 이동시킨다. 그러나, 이때 만노스-6-인

산 수용체와 결합하지 못한 당단백질은 세포 밖으로 분비되

게 된다. 이렇게 분비된 당단백질들을 다시 내포 반응

(endocytosis) 을 통해서 라이소좀으로 이동시키는“분비-

그림 5. 만노즈-6-인산 신호를 이용한 치료용 효소의 라이소좀 타겟팅. 라이소좀으로 이동할 당단백질들은 우선 GlcNAc-PT에 의해서 인식되어 GlcNAc-인산이 부가되고, uncovering 효소에 의해서 GlcNAc 부분이 제거되어서 만노스-6-인산이 만들어진다. 두 종류의 만노스-6-인산 수용체(MPR)가 존재하며 각각 cation-dependent (CD)-MPR과 cation-independent (CI)-MPR로 불린다. (J Plant Biotechnol (2010) 37:292–304)

11 ●● 분 자 세 포 생 물 학 뉴 스


재도입 (secretion-recapture)”경로가 존재하는데 주로 양

이온 비의존적 만노스-6-인산 수용체가 그 기능을 한다. 바

로 이 경로가 효소 대체요법이 이용하는 중요한 기작이다

(그림 5). 환자들에게 만노스-6-인산 당사슬을 가진 효소를

투여하면, 분비-재도입 경로를 거쳐서 정상 효소가 라이소

좀으로 이동하여 축적된 대사물질을 대신 분해해 주는 것이

다. 따라서, 효소 치료제는 만노스-6-인산 당사슬의 부가를

정밀하게 제어하는 것이 품질 관리에 있어서 매우 중요하다.

만노스-6-인산 당사슬을 가진 효소 치료제로는 파브리병을

위한 Genzyme사의 Fabrazyme과 TKT와 Shire사의

Replagal, 폼페병을 위한 Myozyme (Genzyme), 헌터증후

군을 위한 Elaprase (Shire), 뮤코다당침착증 I형을 위한

Aldurazyme (Genzyme) 및 IV 형을 위한 Naglazyme

(Biomarin) 등이 있다.

효소 치료제 중에서 최대의 매출을 보이는 고셔병 치료제,

Cerezyme은 다른 효소 치료제들과 달리 만노스-6-인산 대

신에 당사슬의 비환원 말단이 만노스로 끝나는 것이 중요하

다. 고셔병은 β-glucocerebrosidase 효소 활성의 결핍으로

대식 세포에 glucocerebroside가 축적되어 생기는 질환으로

부풀어오른 대식세포가 간, 비장, 골수 등의 조직에 쌓이면서 심

각한 빈혈, 간 비장 비대 및 골괴사를 수반한 골격 합병증이 나

타난다. 1970년대에 태반에서 분리정제한 glucocerebrosidase

를 환자에게 투여하였을 때 처음에는 일관된 결과가 나오지

않았다. 이는 외부에서 투여한 효소가 대식세포의 라이소좀

으로 이동하기 위해서는 대식세포의 표면에 있는 만노스 수

용체와 결합하여야 하기 때문이다. 따라서, 복합형 당사슬을

가지고 있는 효소에 시알산 분해효소 (sialidase), 갈락토스

분해효소 (galatosidase) 및 hexosamine 분해효소

(hexosaminidase) 등을 순차적으로 처리해서 당사슬 말단에

만노스를 노출시킨 후에야 효과적인 효소 치료제 Ceredase를

개발하게 되었다. 이후 CHO 세포에서 glucocerebrosidase를

재조합으로 발현하고 동일하게 세 개의 당분해 효소들을 처

리해서 만노스가 노출된 당사슬을 가지도록 한 효소 치료제

가 Cerezyme이다.

결론

본 논단에서는 당단백질 의약품을 생산할 때에 고려하여

야 하는 생산 숙주의 당질화 경로와 당사슬 제어의 중요성에

관한 소개를 하였다. 당단백질 의약품에 있어서 당사슬은 치

료 효능, 체내 지속성, 타겟팅 및 면역반응 등의 품질을 결정

하는 주요 인자이다. 그러나, 현재 동물 세포들에서 당단백

질을 생산하는 경우에 비균질한 형태의 당사슬이 부가되어

문제가 되고 있다. 따라서, 국제 수준의 ICH (International

Conference on Harmonization) 가이드라인에서는 당단백

질 의약품에 부착된 당사슬의 비균질성을 규명하고, 각 배치

마다 재현성 있게 생산된다는 것을 증명하도록 요구하고 있

다. 한국 식품의약품안전청에서도 국내 바이오 업체들의 당

분석 수준을 국제화시키고자“당단백질 의약품의 당구조 분

석시험법 길라잡이 (2007년)”와 한국 실정에 부합하는“당

단백질 의약품의 당구조 특성분석 및 규격 설정에 관한 가이

드라인 (2009년)”등을 고시하며, 당 분석의 품질 제어를 강

화해가고 있다. 그리고, 2011년 4월에는“N- & O-당사슬

분석을 위한 분석 시험법”핸드북을 발간하였으며, 2009년

부터 지속적인 연구사업 수행을 통해서 당분석 향상을 위한

노력을 기울이고 있고, 2011년에는“바이오의약품의 기기분

석을 이용한 N- 및 O-당사슬 분석법 확립에 관한 연구”사

업을 수행하고 있다. 당단백질 의약품 생산 시에 당사슬을

제어하기 위한 노력들은 앞으로도 계속 주목을 받으며 진보

해 갈 것이다.

감사의 글

본 논단 작성에 도움을 주신 식약청 첨단바이오제품과 관

계자 여러분께 감사드립니다.

【참고문헌】

1. Ghaderi D, Taylor RE, Padler-Karavani V, Diaz S,Varki A. (2010) Implications of the presence of N-glycolylneuraminic acid in recombinant therapeutic

●● 12웹진 7월 2011


glycorproteins. Nat Biotech 28: 863-867.2. Bosques CJ, Collins BE, Meador JW 3rd, Sarvaiya

H, Murphy JL, Dellorusso G, Bulik DA, Hsu IH,Washburn N, Sipsey SF, Myette JR, Raman R,Shriver Z, Sasisekharan R, Venkataraman G. (2010)Chinese hamster ovary cells can producegalactose-α-1,3-galactose antigens on proteins.Nat Biotech 28: 1153-1156.

3. Durocher Y, Butler M. (2009) Expression systemsfor therapeutic glycoprotein production. Curr OpinBiotech 20: 700-707

4. Helenius A, Aebi M. (2004) Roles of N-linkedglycans in the endoplasmic reticulum. Ann RevBiochem 73: 1019-1049

5. Chavan M, Yan A, Lennarz WJ. (2005) Subunits ofthe translocon interact with components of theoligosaccharyl transferase complex. J Biol Chem280: 22917-22924

6. Aebi M, Bernasconi R, Clerc S, Molinari M (2010)N-glycan structures: recognition and processing inthe ER. Trends Biochem Sci 35: 74-82

7. Ruddock LW, Molinari M (2006) N-glycanprocessing in ER quality control. J Cell Sci 119:4373-4380

8. Pattison RJ, Amtmann A (2009) N-glycanproduction in the endoplasmic reticulum of plants.Trends Plant Sci 14: 92-99

9. Gomord V, Fitchette AC, Menu-Bouaouiche L,Saint-Jore-Dupas C, Plasson C, Michaud D, Faye L(2010) Plant-specific glycosylation patterns in thecontext of therapeutic protein production. PlantBiotechnol J 8: 564-857

10. Jin C, Altmann F, Strasser R, Mach L, Schähs M,Kunert R, Rademacher T, Glössl J, Steinkellner H(2008) A plant-derived human monoclonalantibody induces an anti-carbohydrate immuneresponse in rabbits. Glycobiology 18: 235-241

11. Julenius K, Mølgaard A, Gupta R, Brunak S(2005) Prediction, conservation analysis andstructural characterization of mammalian mucin-type O-glycosylation sites. Glycobiology 15: 153-164

12. Ernst JF, Mermod JJ, Richman LH (1992) Site-specific O-glycosylation of human granulocyte/macrophage colony-stimulating factor secreted by

yeast and animal cells. Eur J Biochem/FEBS 203:663-667

13. Hamilton SR, Davidson RC, Sethuraman N, NettJH, Jiang Y, Rios S, Bobrowicz P, Stadheim TA, LiH, Choi BK, Hopkins D, Wischnewski H, Roser J,Mitchell T, Strawbridge RR, Hoopes J, Wildt S,Gerngross TU. (2006) Humanization of yeast toproduce complex terminally sialylatedglycoproteins. Science 313: 1441-1443

14. Li H, Sethuraman N, Stadheim TA, Zha D, PrinzB, Ballew N, Bobrowicz P, Choi BK, Cook WJ,Cukan M, Houston-Cummings NR, Davidson R,Gong B, Hamilton SR, Hoopes JP, Jiang Y, KimN, Mansfield R, Nett JH, Rios S, Strawbridge R,Wildt S, Gerngross TU. (2006) Optimization ofhumanized IgGs in glycoengineered Pichiapastoris. Nat Biotechnol 24: 210-215

15. Chung CH, Mirakhur B, Chan E, Le QT, Berlin J,Morse M, Murphy BA, Satinover SM, Hosen J,Mauro D, Slebos RJ, Zhou Q, Gold D, Hatley T,Hicklin DJ, Platts-Mills TA (2008) Cetuximab-induced anaphylaxis and IgE specific forgalactose-alpha-1,3-galactose. N Engl J Med 358:1109-1117

16. Chou HH, Hayakawa T, Diaz S, Krings M, IndriatiE, Leakey M, Paabo S, Satta Y, Takahata N, VarkiA (2002) Inactivation of CMP-N-acetylneuraminicacid hydroxylase occurred prior to brain expansionduring human evolution. Proc Natl Acad Sci USA99: 11736-41.

17. Tangvoranuntakul P, Gagneux P, Diaz S, BardorM, Varki N, Varki A, Muchmore E (2003) Humanuptake and incorporation of an immunogenicnonhuman dietary sialic acid. Proc. Natl. Acad.Sci. USA 100: 12045-12050

18. Flesher AR Marzowski J, Wang WC, Raff HV(1995) Fluorophore-labeled carbohydrate analysisof immunoglobulin fusion proteins. BiotechnolBioeng 46: 399-407

19. Grabenhorst E, Schlenke P, Pohl S, Nimtz M, ConradtHS (1999) Genetic engineering of recombinantglycoproteins and the glycosylation pathway inmammalian host cells. Glycoconj J 16: 81-97

20. Ashwell G, Kawasaki T (1978) A protein frommammalian liver that specifically binds galactose-

13 ●● 분 자 세 포 생 물 학 뉴 스


terminated glycoproteins. Methods Enzymol 50:287-288

21. Grewal PK, Uchiyama S, Ditto D, Varki N, Le DT,Nizet V, Marth JD (2008) The Ashwell recptormitigates the lethal coagulopathy of sepsis. NatMed 14: 648-655

22.Rademacher TW. (1993) Glycosylation as a factoraffecting product consistency. Biologicals 21: 103-104

23. Jones AJ, Papac DI, Chin EH, Keck R, BaughmanSA, Lin YS, Kneer J, Battersby JE (2007) Selectiveclearance of glycoforms of a complex glycoproteinpharmaceutical caused by terminal N-acetylglucosamine is similar in humans andcynomolgus monkeys. Glycobiology 17: 529-540

24. Maynard Y, Baenziger JU (1981) Oligosaccharidespecific endocytosis by isolated rat hepaticreticuloendothelial cells. J Biol Chem256: 8063-8068

25. Erbayraktar S, Grasso G, Sfacteria A, Xie QW,Coleman T, Kreilgaard M, Torup L, Sager T,Erbayraktar Z, Gokmen N, Yilmaz O, Ghezzi P,Villa P, Fratelli M, Casagrande S, Leist M, HelboeL, Gerwein J, Christensen S, Geist MA, PedersenLØ, Cerami-Hand C, Wuerth JP, Cerami A,Brines M (2003) Asialoerythropoietin is anonerythropoietic cytokine with broadneuroprotective activity in vivo. Proc Natl AcadSci USA 100: 6741-6746

26. Elliott S, Egrie J, Browne J, Lorenzini T, Busse L,Rogers N, Ponting I (2004) Control of rHuEPObiological activity: the role of carbohydrate. ExpHematol 32: 1146-1155

27. Krapp S, Mimura Y, Jefferis R, Huber R,Sondermann P (2003) Structural analysis ofhuman IgG-Fc glycoforms reveals a correlationbetween glycosylation and structural integrity. JMol Biol 325: 979-989

28. Nimmerjahn F, Ravetch J. (2008) Fcγ receptorsas regulators of immune responses. Nature RevImmunol 8: 34-47

29. Umana, P, Gagneux P, Diaz S, Bardor M, Varki N,Varki A, Muchmore E (1999) Engineeredglycoforms of an anti-neuroblastoma IgG1 withoptimized antibody-dependent cellular cytotoxicactivity. Nat Biotechnol 17: 176-180

30. Shinkawa T, Nakamura K, Yamane N, Shoji-

Hosaka E, Kanda Y, Sakurada M, Uchida K,Anazawa H, Satoh M, Yamasaki M, Hanai N,Shitara K (2003) The absence of fucose but not thepresence of galactose or bisecting N-acetylglucosamine of human IgG1 complex-typeoligosaccharides shows the critical role ofenhancing antibody-dependent cellularcytotoxicity. J Biol Chem 278: 3466-3473

31. Ferra C, Brünker P, Suter T, Moser S, Püntener U,Umaña P. (2006) Modulation of therapeuticantibody effector functions by glycosylationengineering. Biotechnol Bioeng 93: 851-861

32. Nechansky A, Schuster M, Jost W, Siegl P,Wiederkum S, Gorr G, Kircheis R (2007)Compensation of endogeneous IgG mediatedinhibition of antibody-dependent cellularcytotoxicity by glyco-engineering of thetherapeutic antibodies. Mol Immunol 44: 1815-1817

33. Boyd PN, Lines AC, Patel AK. (1995) The effect ofthe removal of sialic acid, galactose and totalcarbohydrate on the functional activity ofCampath-1H. Mol Immunol 32: 1311-1318

34. FDA (US Food and Drug Administration) website:http://www.fda.gov/

35. Kaneko Y, Nimmerjahn F & Ravethc JV (2006)Anti-inflammatory activity of immunoglobulin Gresulting from Fc sialylation. Science 313: 670-673

36. Anthony RM, Nimmerjahn F, Ashline DJ, ReinholdVN, Paulson JC, Ravetch JV (2008) Recapitulationof IVIG anti-inflammatory activity with arecombinant IgG Fc. Science 320: 373-376

1989.03. - 1993.02. 연세대학교 생화학과, 학사1993.03. - 2000.02. KAIST 생물과학과, 석사, 박사2000.03. - 2001.08. MIT 생물학과, 박사후연구원2001.09. - 2004.06. 이수화학 생명공학사업본부,

선임연구원2004.07. - 2010.02. 한국생명공학연구원, 선임연구원2009.03. - 현재 과학기술연합대학원대학, 겸임교수2010.03. - 현재 한국생명공학연구원, 책임연구원

연구책임자오두병

저 자 약 력

바이오의약품 생산에서 당사슬 제어의 중요성 · 로 다양한 구조와 양상을...

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