미국 연구팀이 혈우병과 같은 특정 질환을 치료하는데 있어 더 안전하고 효율적인 접근 방식을 만들 수 있는 새로운 유전자 편집 전략을 개발하였다고 발표하였다. 임상 전 연구에서 유전자 편집 기술은 기존 유전자 편집 접근 방식의 주요 한계를 우회하는 동시에 건강한 유전 물질을 세포에 빠르고 효율적으로 전달할 수 있는 것으로 나타났다.

미국 하와이 마노아에 있는 하와이 대학교의 조교수이자 이 연구의 수석 저자인 제시 오웬스(Jesse Owens, PhD) 박사는 대학교 보도자료에서 “이 연구를 통해 단일 결함 유전자로 인한 수백가지 질환에 대해 더 빠르고 저렴한 치료법이 나올 수 있다”라고 말했다. 이 연구는 “특정 부위에 유전자를 삽입하기 위한 과활성 인테그레이스의 진화”라는 제목으로 Nucleic Acids Research 저널에 게재되었다.

대부분의 경우 혈우병은 출혈에 중요한 혈액응고 단백질의 생산이나 활동이 부족하게 되는 유전적 돌연변이로 인해 발생한다. 이는 과도하거나 장기간 지속되는 자발적인 출혈 에피소드로 이어져 혈우병 질환의 특징적인 증상을 만든다.

유전자 편집은 유전적 원인이 알려진 혈우병 및 기타 질환에 대한 상당한 관심을 끄는 치료 전략이다. 유전자 편집을 통해 환자의 DNA는 질환의 근본 원인을 해결할 것으로 예상되는 방식으로 변형된다. 예를 들어, 혈우병 A 환자는 8번 응고인자(FVIII)라는 혈액응고 단백질을 인코딩하는 F8 유전자에 돌연변이가 있다. 이러한 환자를 위한 유전자 편집 접근법은 건강한 버전의 F8을 세포에 삽입하여 FVIII의 생산을 늘리는 것을 목표로 할 수 있다.

기존의 유전자 편집 접근법은 사람 DNA의 두 가닥을 모두 절단하는 뉴클레아제라는 특수 효소를 포함하고 있다. 그런 다음 자연적인 세포 메커니즘이 작동하여 손상을 복구하게 된다. 이러한 일이 일어나는 동안 과학자들은 유전자의 일부가 제거되거나 추가, 또는 변형할 수 있도록 다른 조작을 가할 수 있다. 가장 잘 알려진 유전자 편집 시스템은 CRISPR-Cas9가 있다.

그러나 이러한 유전자 편집 전략에는 심각한 단점이 있다. 기존 유전자 편집 전략은 때때로 건강한 DNA에 의도치 않은 손상을 일으킬 수 있다. 게다가 전체 유전자와 같은 대량의 유전 물질을 효율적으로 삽입하는 것은 매우 어려운 부분이다.

이번 연구에서 과학자들은 이러한 한계를 극복하고 유전자 편집 요법을 더 안전하고 효율적으로 만드는 방법을 개발했다. 이 프로세스는 “초활성 인테그레이스”라는 엔지니어링된 효소를 사용하여 치료 유전자를 사람의 DNA에 정확하고 효율적으로 삽입할 수 있으며 성공율은 최대 96%에 달한다. 특히 이 접근 방식은 기존 접근 방식에서 의도치 않은 손상이 발생할 수 있는 이중 가닥 DNA 절단을 피한다. 대신 게놈의 특정 부분을 특수한 부착 부위로 표적 삼는다. 인테그레이스 효소는 삽입해야 하는 유전자를 해당 부위로 안내하여 사람의 DNA에 통합되도록 돕는다.

오웬스는 “인간 게놈에 ‘붙여넣기’ 기능을 만든 것과 같다”라고 말했다. 이 연구에서 과학자들은 혈액응고 단백질인 폰빌레브란트 인자를 인코딩하는 큰 유전자를 세포에 효율적으로 삽입할 수 있음을 보여줌으로써 이 접근 방식의 개념 증명을 보여주었다. 궁극적으로 이 접근 방식은 혈우병과 관련된 유전자와 같은 다른 혈액응고 유전자를 삽입하는데 도움이 될 수 있다.

연구자들은 이번 발견의 의미가 유전자 편집을 넘어 확장될 수 있으며, 항체 기반 치료법과 같은 다른 고급 치료 방식의 개발을 가속화할 가능성이 있다고 밝혔다. 그들은 다가올 연구 프로젝트에서 이 가능성을 계속 탐구할 예정이다. 오웬스는 최근 하와이 고급 유전 의학 재단이라는 비영리 단체를 설립했는데, 이 재단은 주에서 유전 공학 연구를 지원하게 된다. 연구자들은 “우리의 이 고효율 기술이 다양한 연구 도구와 미래 치료법에 맞춰 조절될 것으로 예상한다”라고 말했다.

[헤모라이프 황정식 기자]