유전질환 치료 '게임체인저'…韓 연구진 '초소형 유전자가위' 개발

한국생명공학연구원 김용삼 박사팀

[아시아경제 김봉수 기자] 한국 연구진이 기존의 단점을 보완한 초소형 유전자 가위 기술을 개발해 혈우병 등 유전 질환 치료에 새 길을 열었다.

한국생명공학연구원은 김용삼 유전자교정연구센터 박사팀이 지난 2일 이같은 내용의 논문을 생물공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 바이오테크놀로지’ (Nature Biotechnology, IF 54.9)에 온라인 게재했다고 27일 밝혔다.

대표적인 크리스퍼 유전자가위인 CRISPR-Cas9 기술은 유전자 크기가 커 바이러스(Adeno-associated virus·AAV) 전달체를 이용한 체내 전달의 어려움으로 유전자치료제로서의 활용도가 극히 제한적이었다. 효율적인 유전자교정 치료를 위해서는 유전자가위 유전자를 원하는 체내로 전달하는 것이 필수적이며, 이를 위해서 AAV 바이러스를 이용하는 것이 최선의 방법이다. 하지만 AAV가 전달할 수 있는 유전자의 크기가 제한(4.7 kb)되어 있기 때문이었다.

최근 개발된 CRISPR-Cas12f1 시스템의 경우 크기가 Cas9에 비해 3분의1로 매우 작아 AAV 전달용 유전자가위로서 이상적이었다. 그러나 유전자 교정 효율이 전혀 없어 실제적인 치료제로서 사용되지 못하고 있다.

연구팀은 기존의 효율이 없던 Cas12f1 시스템의 핵심 구성물질인 가이드 RNA를 엔지니어링 함으로써 Cas9 수준의 효율로 높이는 데 성공했다. 모든 유전자에 대해서 교정 효율이 없던 것을 최대 80% 이상의 높은 효율을 갖는 유전자가위 시스템으로 개조했다. 자연계에 존재하는 Cas12f1의 가이드 RNA서열과 Cas12f1의 미스매치를 해결함으로써 성과를 달성할 수 있었다.

가이드 RNA 서열 중 구조적으로 불완전한 5군데를 최적화해 Cas9 수준의 높은 교정 효율을 확보했다. 이 과정에서 유난히 길었던 가이드 RNA의 길이를 40% 줄임으로써 치료물질로서의 적합성을 높였다. 유전자 가위의 필수적인 문제인 오프-타겟(처음 의도하지 않았던 다른 유전자에 영향을 미치는 문제)도 Cas9보다 훨씬 안전함을 입증해 뛰어난 효율성과 더불어 안전성을 동시에 갖춘 유전자 교정 기술을 개발했다.

총 88개의 유전자를 대상으로 한 대규모 검증을 통해 향상된 Cas12f1의 효율은 Cas12a(Cpf1)보다 높았으며 Cas9과 비교해도 비슷하거나 또는 더 높은 교정 효율을 보였다. 또 상대적으로 낮은 효율을 보이는 표적서열에 대해 새로운 교정 방법을 제시함으로써 광범위한 서열에 적용 가능한 기술임도 입증했다.

Cas12f1 시스템의 절단부위를 밝혀냄으로써 유전자치료제로 개발되기에 유리한 특징인 높은 지속성을 입증했다. 이 특징을 이용하여 유전병인 레베르 선천성 흑암시(Leber congenital amaurosis·LCA)와 듀센형 근이영양증(Duchenne muscular dystrophy·DMD)의 원인 유전자 부위를 절단하는 치료 전략을 시도해 현재 미국 임상중인 치료제 EDIT101보다 뛰어난 치료효율을 확인했다.

김 박사는 "유전자가위를 활용한 유전자치료의 혁명을 이끌 것으로 기대한다"면서 "시각장애, 근위축증, 빈혈, 암 등 다양한 유전질환 및 희귀난치 질환에 대한 혁신신약 개발에 기여할 것"이라고 말했다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr