국가연구개발성과

연구보고서
단일세포 시퀀싱 기반 자가항체매개 신경면역질환자의 B세포수용체(BCR) 염기서열 해독을 통한 정밀치료타겟 발굴 및 신규 BCR모니터링 기법 개발

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등록번호 TRKO202500010891 발행년월 2023-12
발행기관명 한국과학기술원 발행국가/사용언어 대한민국 /국문
발주기관 한국보건산업진흥원 과제관리(전문)기관 한국보건산업진흥원
키워드 -
초록
1. 연구개발 목표 및 내용
1) 최종목표 및 내용
◎ 자가항체 매개 신경면역질환 환자의 단세포 수용체 (BCR) 염기서 열 해독을 통한 질병유발 B세포 정밀 모니터링 기술 및 신규 정밀치료 타겟 개발
○ 최종 목표
-국내에서 자가항체매개 신경면역질환의 유병률은 급격히 상승 (시신경척수염 유병률은 매년 18.5%씩 증가)하고 있으며 이 환자들의 치료에 체내 B세포 제거 치료가 활용됨
-현재의 B세포 제거 치료 strategy는 정상B세포와 pathogenic B세포를 모두 제거하여 높은 부작용과 제한된 효능의 단점이 존재하여 pathogenic B세포만 정밀하게 target하는 기술이 요구됨.
-이에 본 연구에서는 자가항체 매개 신경면역질환자의 뇌척수액과 혈액의 B세포에서 단일세 포RNA시퀀싱(single cell RNA sequencing)을 기반으로 B세포수용체 (BCR)의 염기서열을 해독하고자 하며 이 해독된 BCR 염기서열을 기반으로 pathogenic BCR을 찾고, 더 나아가 상용화가 가능한 BCR 정밀 모니터링 기법과 pathogenic B cell에 대한 신규 정밀치료 타겟을 개발하고자 함.

○ 전체 내용
1 세부
- 자가항체 매개 신경면역 환자 뇌척수액 염증세포 수집/분리 protocol 최적화
- 대규모의 환자 뇌척수액 및 혈액 유래 환자 B세포 Bio-banking
- 2세부에서 제작된 BCR염기서열기반 제작 질병매개후보 antibody에 대해 live cell assay기반 항원-항체 반응 검증을 하여 pathogenic antibody 선정
- 신규 개발된 pathogenic BCR 측정 (monitoring)기술의 임상적 유용성을 대규모 코호트에서 검증
- 본 연구를 통해 개발된 BCR 측정( monitoring) 기술을 타 질환에 적용 가능성 타진
- 산학병 연계를 통한 후속연구 준비

2세부
- B 세포에 대한 single-cell multiomics (RNA-seq, Antibodyseq, BCR-seq) 실험 기법 확립 및 최적화
- Sample multi-plexing 기법 최적화를 통해 비용 대비 가능한 single cell RNA 분석 대상 환자 숫자 최대화.
- 최대화된 숫자의 환자 시료를 대상으로 large scale B세포 수용체 염기서열 해독 및 질병 유발 서열 후보 발굴
- 해독된 B세포 수용체 염기서열에 기반하여 질병 매개 후보 antibody 제작--> 1세부에서 pathogenic antibody (BCR과 염기서열 공유)선정
- Pathogenic BCR 서열을 이용한 기계학습을 통해 자가면 역 유발 BCR 서열 예측 알고리즘 개발
- True pathogenic BCR 서열을 바탕으로 한 질병 유발 B세포 정의 / 특이적 표면 항원 발굴
- 자가면역 유발 BCR 서열 예측을 바탕으로 실용화 및 상용화가 가능한 BCR 측정 기술 개발

◎ (연구개발과제 1) : 자가항체매개 신경면역환자들의 뇌척수액/혈액 B세포 bio-banking 및 신규 개발 B세포수용체(BCR) 모니터링 기법의 임상적 유효성 검증
○ 최종 목표
-국내에서 자가항체매개 신경면역질환의 유병률은 급격히 상승 (시신경척수염 유병률은 매년 18.5%씩 증가)하고 있으며 이 환자들의 치료에 체내 B세포 제거 치료가 활용됨
-현재의 B세포 제거 치료 strategy는 정상B세포와 pathogenic B세포를 모두 제거하여 높은 부작용과 제한된 효능의 단점이 존재
-이에 본 총괄 과제를 통해 자가항체 매개 신경면역질환자 B세포수용체 (BCR) 염기서열 해독을 통한 질병유발 세포 정밀 모니터링 기술 및 신규 정밀치료 타겟을 개발하고자 하며 이를 위해 1세부에서는 자가항체매개 신경면역환자들의 뇌척수액/혈액 B세포을 bio-banking 하고 신규 개발 BCR 모니터링 기법의 임상적 유효성을 검증하고자 함.

○ 전체 내용
-자가항체 매개 신경면역 환자 뇌척수액 염증세포 수집/분리 protocol 최적화
-대규모의 환자 뇌척수액 및 혈액 유래 환자 B세포 Bio-banking
-2세부에서 제작된 BCR염기서열기반 제작 질병매개후보 antibody에 대해 live cell assay기반 항원-항체 반응 검증을 하여 pathogenic antibody 선정
- 신규 개발된 pathogenic BCR 측정 및 예후 예측 (monitoring)기술을 대규모 코호트에서 독립적 검증
- 본 연구를 통해 개발된 신규 (상용화 가능한) BCR monitoring 기술을 타 질환에 적용 가능성 타진
- 산학병 연계를 통한 후속연구 준비

◎ (연구개발과제 2) : 단일세포 시퀀싱 기반 자가항체매개 신경면역질환자의 B세포수용체(BCR) 염기서열 해독을 통한 정밀치료타겟 발굴 및 신규 BCR모니터링 기법 개발
○ 최종 목표
1. 자가항체 매개 신경면역질환 환자의 뇌척수액/혈액 내 B세포에 대한 대규모 단일세포 multiomics 분석을 통해 질병유발 BCR 염기서열 동정
2. 질병유발 BCR 서열을 이용하여 질병유발 B 세포/형질세포를 정의
3. 질병유발 B 세포/형질세포의 특성을 바탕으로 새로운 정밀 치료 타겟을 발굴하여 기존 B세포 타겟 치료제의 부작용을 극복
3. 질병유발 BCR repertoire 시퀀스의 특성을 파악하고 이를 바탕으로 한 환자 모니터링 시스템 개발.

○ 전체 내용
1. B 세포에 대한 single-cell multiomics (RNA-seq, Antibodyseq, BCR-seq) 실험 기법 확립
2. Single-cell RNA sequencing을 이용한 BCR 염기서열 해독 기법의 최적화
3. Sample multiplexing 기법 최적화를 통해 비용 대비 가능한 single cell RNA 분석 대상 환자 숫자 최대화
4. 최대화된 숫자의 환자 시료를 대상으로 large scale B세포 수용체 염기서열 해독 및 질병 유발 서열 후보 발굴
5. 해독된 B세포 수용체 염기서열에 기반하여 질병 매개 후보 antibody 제작을 통한 true pathogenic BCR 검증
6. True pathogenic BCR 서열을 이용한 기계학습을 통해 자가면역 유발 BCR 서열 예측 알고리즘 개발
7. True pathogenic BCR 서열을 바탕으로 한 질병 유발 B세포 정의 및 특이적 항원 발굴
8. 자가면역 유발 BCR 서열 예측을 바탕으로 실용화 및 상용화가 가능한 BCR 측정 기술 개발
9. Biobanking 된 환자 샘플에 개발된 BCR 측정 기술을 적용하여 치료예후 예측 알고리즘 개발

(출처 : 요약문 3p)

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