효율적이고 안전한 유전자가위 기술 확보로 유전자 치료 가속화
한국생명공학연구원 유전자교정연구센터 김용삼 박사팀이 수행한 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 바이오의료기술개발사업 및 국가과학기술연구회가 추진하는 창의형 융합연구사업(CAP)의 지원으로 수행되었고, 생물학 분야의 세계적 저널인 네이쳐 커뮤니케이션지(Nature Communications, IF 12.353) 9월 7일자 온라인판에 게재되었다.
CRISPR시스템은 잘못된 유전자를 교정해 유전자치료에 사용할 수 있는 기술인데, CRISPR-Cas9이라는 3세대 유전자가위 기술의 개발로 유전자 편집 및 교정 분야의 기술이 급속도로 발전했다.
하지만 Cas9 시스템은 크기가 크고, 원하는 타겟만 편집하는 기능이 비교적 낮아 안전성이 문제가 될 수 있으며, 급성 면역거부반응을 일으키는 등, 유전자치료에 있어 몇 가지 문제를 안고 있었다.
이에 반해 새로운 유전자가위인 Cpf1은 Cas9보다 상대적으로 작은 크기로 체내 전달이 용이하며 낮은 오프-타겟효과(비표적유전자를 교정하는 효과)를 가져 안정성이 높아, 특히 유전자 치료에 적합한 강점을 지닌다. 다만 유전자 교정 효율이 낮다는 유일한 단점을 가지고 있었다.
연구팀은 표적유전자와 결합하는 가이드 RNA의 말단을 엔지니어링하여 Cas9이상의 교정효율을 갖는 유전자가위 기술을 확보했다.
별도의 화학적, 물리적 처리 없이 간단한 방법을 통해 Cpf1 의 강점인 작은 크기와 높은 안정성은 유지하면서 낮은 효율이라는 단점을 보완해 유전자 치료에 활용하기에 Cas9보다 더 나은 유전자 가위 기술로 발전시켰다.
또 Cas9과 Cpf1은 유전자치료를 할 수 있는 타겟에 대해 서로 보완의 관계에 있기 때문에, Cas9으로 교정이 어렵던 유전자를 발전된 Cpf1으로 대체하여 교정할 수 있어 유전자 가위의 선택성을 넓혔다고 할 수 있다.
고효율의 CRISPR-Cpf1 시스템은 유전자 치료기술 적용에 있어 경제적, 기술적 이득을 가진다.
Cpf1은 Cas9보다 단백질의 크기가 작고 표적유전자를 인식하는 가이드 RNA의 길이가 짧은 장점이 있어서 유전자 교정에 필요한 유전물질을 합성할 때 경제적인 이점이 있다.
본 연구에서 사용된 엔지니어링은 매우 간단하고 저비용의 방법으로 구현할 수 있어 상용화에 유리하다.
또 해당연구 결과는 바이러스 전달체를 사용한 유전자치료 발전에 기여할 것으로 예상된다. 바이러스 전달체(AAV)는 유전자치료에 매우 적합한 전달체이지만, 탑재 가능한 유전자 크기가 제한되어 있다. Cpf1은 Cas9에 비해 크기가 작고 표적 유전자에 대한 특이성이 높아 AAV를 활용할 경우 유전자 치료 도구로 활용될 수 있다.
황반 변성, 혈우병, 낭포성 섬유증과 같은 난치병에 대해 AAV 전달체 및 유전자 가위를 도입한 유전자 치료제가 개발되고 있는 가운데, 위와 같은 장점을 지닌 고효율의 CRISPR-Cpf1 시스템의 적용 가능성이 기대된다.
연구책임자인 김용삼 박사는 “동 연구성과는 Cpf1의 장점인 낮은 오프-타겟 효과는 유지시키면서 간단한 방법으로 교정 효율을 올렸다는 것이 핵심”이라며, “Cas9보다 크기가 작고 오프-타겟 효과가 적은 Cpf1의 단점이었던 교정 효율이 높아짐으로서, 다양한 유전자를 보다 쉽게 유전자를 교정할 수 있고, AAV와 같은 바이러스 전달체를 이용한 유전자치료에 대한 활용 가능성이 높아졌다”고 밝혔다.
seokjang@fnnews.com 조석장 기자
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