"질병세포만 콕 집어서 치료한다" KAIST 셀프체크 '유전자가위' 개발

- KAIST-KIST-강원대 공동연구팀
- 기존 유전자가위 부작용문제 해결

세포 내 '셀프 체크인'의 마이크로RNA 특이적 작용 모식도.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 정상세포와 질병세포가 함께 있는 환자들에게 효과적인 유전자치료를 제공할 수 있는 길이 열린다.

한국과학기술원(KAIST)은 의과학대학원 이지민 교수 연구팀이 한국과학기술연구원(KIST) 오승자 선임연구원, 강원대학교 이주용 교수와 공동 연구를 통해 질병 세포에서만 핵 내 유전자 교정을 수행할 수 있는 유전자 가위 시스템(CRISPR/Cas9)을 개발했다고 14일 밝혔다.

연구팀은 세포 내 마이크로RNA가 특정 서열을 인식해 절단한다는 특성을 활용해, 질병 세포에서 과발현되는 마이크로RNA에 의해 특이적으로 절단될 수 있는 링커를 연결한 유전자 가위 시스템을 설계했다. 이렇게 설계된 시스템은 질병 세포 특이적 마이크로RNA가 적은 정상세포에서는 세포질에 머물러 유전자 교정을 수행하지 않지만, 질병 세포에서는 링커가 절단되면서 유전자 가위가 세포핵으로 들어가 유전자 교정을 수행할 수 있다.

유전자가위 시스템은 단일 가이드 RNA를 조합해 정교한 유전자 교정을 수행하는 매우 효과적인 도구다. 하지만, 이 시스템의 실제 활용에는 기술적 한계들이 존재한다. 가장 큰 문제는 안정성 문제로, 표적 유전자가 아닌 다른 유전자를 편집하는 오프-타겟 이펙트다. 또한 다양한 세포가 혼합된 환경에서는 유전자 교정을 수행하기 어렵다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 질병 세포 본연의 생태를 활용하는 접근법을 고안했다. 연구팀은 핵 위치 신호가 부착된 기존 유전자가위(Cas9)에 핵 외 수송신호를 연결한 질병 세포 마이크로RNA의 메신저 RNA 표적 서열을 결합한 유전자 가위를 제작했고, 이를 유전자 가위 ‘셀프 체크인’으로 명명했다.

연구팀은 인간 질병 세포에서 과발현되는 마이크로RNA-21의 표적 서열과 실험용 쥐의 마이크로RNA-294의 표적 서열을 연결한 유전자 가위의 인간 질병 세포 내 유전자 교정 기능을 비교했고, 마이크로RNA-21 표적 서열 연결 유전자 가위만이 세포 내 마이크로RNA-21에 의해 절단돼 핵까지 전달되어 기능을 수행할 수 있음을 확인했다.

'셀프 체크인'의 링커 특이적 세포핵 이동 이미지와 항암 약물 시스플라틴과의 병행 사용 효과 확인.[KAIST 제공]

특히 다양한 폐암 세포에서 셀프 체크인'을 적용해 마이크로RNA-21이 과발현된 폐암 세포에서 발암 유전자 Ezh2의 유전자 교정을 성공적으로 수행했다.

또한 암세포는 항암 약물에 지속해서 노출되게 되면, 약물 저항성을 획득하게 되는데, 연구팀은 폐암 세포에서 마이크로RNA-21과 Ezh2의 발현이 항암 약물 시스플라틴을 투여하면 오히려 증가함을 확인했다. 유전자 가위 셀프 체크인 기술을 통한 Ezh2 유전자 교정과 항암제(시스플라틴)의 병행 사용은 폐암 세포의 성장을 더욱 효과적으로 억제할 수 있음을 마우스 실험을 통해서 밝혔다.

연구팀은 “유전자 가위 셀프 체크인 기술은 기존 유전자 가위 시스템의 문제를 개선, 높은 특이성을 가지고 질병 세포에 대한 유전자를 세포 특이적으로 교정할 수 있다는 것을 확인할 수 있다”라며 “다양한 질병 연관 마이크로RNA에 대응해 기술을 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 전했다.

삼성미래기술육성사업, 한국연구재단 이공분야기초연구사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구결과는 국제학술지 ‘뉴클레익 엑시드 리서치’ 5월 30일 온라인판에 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com