크리스퍼 유전자 가위 기술 (CRISPR-Cas9)은 표적 유전자 염기 서열 중 교정 대상 부위로 선택적으로 안내해 주는 RNA(sgRNA)와 선택된 유전체 서열에 따라 교정 대상 부위를 자르는 절단 효소 Cas9으로 구성돼 있습니다. 유전체의 표적부위를 정확히 찾아내 유전자 교정이 가능하기 때문에 CRISPR-Cas9은 생명과학 분야 전반에 걸쳐 혁명적 변화를 가져오고 있죠. 특히 암세포를 직접 공격할 수 있는 면역 세포 내 표적 유전자를 교정하여 치료하는 세포유전자 면역 치료 요법이 각광을 받고 있습니다.
한국과학기술연구원 테라그노시스연구단 장미희 박사팀은 세종대학교 홍석만 교수팀과 공동 연구를 통해 외부 전달체의 도움 없이 부유 세포막으로 직접 전달이 가능하며, 다중 유전자를 동시에 표적으로 삼으면서도 매우 간편하게 교정이 가능한 유전자 가위 기술을 새롭게 개발했습니다. <Biomaterials>에 게재된 논문에 따르면 연구팀은 '혈액암 세포'의 표면에 발현되는 면역 체계를 방해하는 단백질들을 동시에 억제하고, 면역 세포인 '세포독성 T 세포'를 활성화시켜 항암 면역 치료가 가능한 새로운 유전자 가위 기술을 개발했다고 합니다.
어떻게 연구했는가
연구팀은 연구팀이 개발한 유전자 가위 기술을 적용해 세포독성 T 세포의 면역 반응을 향상시킴으로써 항암 면역 치료에 응용했습니다. 자연계 유래의 세포막 침투 펩타이드 (cell-penetraing peptide, CPP)를 Cas9 단백질 내에 함께 발현시켜줌으로써, 외부의 전달체 없이 음전하를 가진 sgRNA 와 자가 조립이 가능하며 세포막을 스스로 통과하는 시스템으로, 다중 유전자를 표적으로 하는 multiple sgRNA들과의 단순 혼합만으로 손쉽게 다중 유전자 편집이 가능해졌다고 합니다.
T 세포는 면역 기능의 활성화와 동시에 그 기능을 억제하는 체크포인트 면역 관문 분자(checkpoint molecule)을 세포 표면에 발현합니다. 특히 T lymphoma 세포 표면막에 PD-1 ligand (PD-L1, PD-L2)들이 발현돼 있으면, 세포독성 T 세포 표면막에 발현되는 PD-1 수용체와 결합해 PD-1 수용체 하위 신호 전달 기작에 의해 암세포를 공격해야 할 세포독성 T 세포의 활성화가 닫히게 되면서 암치료 효능이 현저히 떨어지게 되는데요.
국내 연구진에서 개발된 유전자 가위 복합체를 이용해 PD-L1과 PD-L2 다중 유전자의 발현을 동시에 저해했을 때 세포독성 T 세포내 PD-1 수용체 신호 전달이 억제돼 IFNγ, TNFα, perforin 등 항암면역 활성을 지닌 효과기 분자의 생산이 현저히 증가했다고 합니다. 또한 다중 유전자가 동시에 제거가 됐을 때 유전자 단독 편집에 비해 세포독성 T 세포에 의한 암세포 살상능력이 4배 가까이 증가하는 것을 확인했습니다.
뿐만 아니라 면역세포에 유전자를 전달하는 경우 새롭게 개발된 유전자 가위 복합체를 기존의 전기 충격 요법과 함께 병행 실시했을 때 유전자 가위 단독 처리에 비해 8배 가까이 유전자 교정 효능이 증가됨을 확인했다고 합니다. 이러한 연구 결과를 통해 새롭게 개발된 유전자 가위 기술은 다양한 면역세포에 적용 가능하기 때문에, 암뿐만 아니라 자가면역질환, 염증성 질환 등 다양한 질병 치료제 개발에 적용 가능할 것으로 기대됩니다.
앞으로의 전망
KIST 장미희 박사는 "새롭게 개발된 유전자 가위 기술은 다양한 면역세포에 적용 가능하기 때문에, 암 뿐만 아니라 자가면역 질환, 염증성 질환 등 다양한 질병 치료제 개발에 적용 가능할 것으로 기대된다"고 밝혔습니다.
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