Age-related macular degeneration (AMD) is the principal cause of irreversible vision loss in the elderly people. In AMD, the abnormal neovascularization into the retina is induced by the excess amount of vascular endothelial growth factor (VEGF) and proliferative angiogenic responses by the elevated levels of complement component C5a, leading to severe central vision loss. Therefore, inhibition of angiogenesis by neutralizing VEGF or C5a has been considered as a potent therapy for AMD. In this regard, we developed a novel therapeutic agent based on non-antibody scaffold, termed repebody, for treating of AMD.
In Chapter 1, we have demonstrated that VEGF-specific repebody effectively suppresses the CNV formation. We developed a repebody with high affinity and specificity toward human VEGF. The repebody remarkably inhibited cellular proliferation and migration by preventing VEGF to binding to its receptors, resulting in blockade of VEGF-induced signaling pathways. It was shown that the repebody significantly suppressed the CNV formation and vascular leakage in vivo.
Chapter 2 describes the development of high-affinity repebody targeting complement component 5a (C5a). We successfully developed C5a-specific repebody with low nanomolar binding affinity through module-based engineering and modular evolution approach. In order to obtain insight of interactions between the repebody and C5a, we determined the crystal structure of repebody/C5a complex. In consistent with the structural analysis, the resulting repebody was shown to significantly suppress C5a-induced proinflammatory responses of human monocytes by disrupting the interactions between C5a and its receptor.
In this study, we successfully developed repebodies inhibiting the activity of VEGF and C5a, respectively. Our results suggest that the developed repebodies have great potentials in therapy of AMD as well as other diseases related in VEGF and C5a.
노인황반변성은 노년기에 심각한 시력 손상 혹은 실명을 유발하는 질병이다. 노인황반변성은 비정상적으로 새로운 혈관이 생성되고 이로 인해 중심 시력이 손상된다. 따라서, 이를 치료하기 위해 신생혈관 생성을 유도하는 혈관내피세포성장인자 및 보체단백질 C5a의 활성을 억제하는 다양한 시도들이 계속되고 있다. 이에, 본 연구에서는 인공항체인 리피바디를 기반으로 새로운 노인황반변성 치료제를 개발에 관한 연구를 수행하였다.
제 1장에서는 혈관내피세포성장인자에 특이적으로 결합하는 리피바디가 맥락막에서의 신생혈관 생성을 효과적으로 억제하는 것을 규명하였다. 파지 디스플레이 방법을 이용하여 인간 혈관내피세포성장인자에 높은 결합력과 특이성을 나타내는 리피바디를 확보하였다. 선별된 리피바디가 혈관내피세포성장인자로 유발되는 신호전달체계의 활성화를 억제함으로써 세포의 생장과 이동을 저해하는 것을 확인하였다. 또한 리피바디가 마우스 모델에서도 맥락막의 신생혈관 생성과 혈액 누출을 효과적으로 억제하는 것을 확인함으로써 새로운 노인황반변성 치료제로써의 가능성을 보였다.
제 2 장에서는 인간 보체단백질 C5a에 높은 결합력을 갖는 리피바디 개발하였다. 모듈 기반의 단백질 설계 및 모듈 진화 기술을 이용하여 C5a에 나노 몰 수준의 높은 결합력을 갖는 리피바디를 확보하였다. 리피바디와 C5a의 결합을 깊이 이해하기 위해 두 단백질의 복합체 구조를 규명하였고, 리피바디가 C5a의 수용체가 C5a와 결합하는 부위에 결합하는 것을 확인하였다. 구조 분석 결과와 동일하게, 리피바디가 C5a와 수용체의 결합을 방해함으로써 인간 단핵구에서C5a로 유발되는 면역 반응을 효과적으로 억제하는 것을 확인하였다.
위의 연구들을 통해 노인황반변성 치료를 위한 중요한 표적 물질인 혈관내피세포성장인자와 C5a의 활성을 효과적으로 저해하는 리피바디를 성공적으로 개발하였다. 이는 노인황반변성 뿐만 아니라 이와 관련된 다양한 질병의 치료제로써 이용될 수 있을 것으로 기대된다.
