차세대 유전자 가위로···유전병 걸려 앞 못 보는 쥐 시력 일부 회복

미 브로드연구소, 프라임 유전자 편집 효율 높일 체내 수송체 기술 개발

차세대 유전자 편집 기술로 주목받는 프라임 편집의 효과를 높이는 새로운 체내 수송체가 개발됐다. 이 기술을 시력을 잃는 유전병에 걸린 쥐에 적용하자 일부 시력을 되찾았다. 

미국 MIT와 하버드대학이 공동 운영하는 브로드연구소 연구진이 프라임 편집에 쓸 수 있는 고효율 인공 바이러스 유사 입자(eVLP)를 개발했다. 프라임 편집을 유전병 환자 임상에 적용 가능한 단계로 올려 놓을 수 있다는 기대가 나온다. 

이 연구 결과는 학술지 '네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology)'에 8일(현지시간) 실렸다. 

미국 브로드연구소 연구진이 인공 바이러스 유사 입자(eVLP)로 프라임 유전자 편집 효율을 높이는 기술을 개발했다. (이미지=브로드연구소)

브로드연구소 데이빗 리우 교수가 2019년 선보인 프라임 편집은 기존 CRISPR-카스9을 이을 새로운 유전자 편집 기술로 꼽힌다. 원하는 염기서열을 절단할 수만 있고 DNA 두 가닥을 모두 절단해야 해 오류 위험이 큰 CRISPR-카스9과 달리, 프라임 편집은 절단 부위에 새로운 유전 정보를 넣어 교정도 할 수 있다. 돌연변이에 의해 변화된 DNA 서열도 수정할 수 있다.

하지만 기존 유전자 편집 방식보다 구조가 복잡해 설계가 어렵고, 가위 역할을 하는 카스9 단백질과 역전사주형, 프라이머 편집 가이드 RNA(pegRNA) 등 유전자 편집에 필요한 정교한 분자들을 환자 세포 안에 효과적으로 주입하기가 어렵다는 문제가 있다. 

연구진은 바이러스 중 감염 우려가  있는 부분을 없애고 원하는 분자를 넣어 실어나를 수 있게 한 eVLP를 활용했다. eVLP는 감염을 일으키는 요소가 제거돼 실제 바이러스를 쓰는 것보다 발암 등 부작용 위험이 적지만, 효율이 떨어지고 운송하는 분자 종류에 맞춰 개별적으로 만들어야 한다는 단점이 있다. 

연구진은 유전자 편집의 체내 주입 효유을 높이기 위해 eVLP와 이 안에 들어갈 분자들의 개선 작업에 나섰다. 분자가 입자 안에선 안전하게 보관되다 필요할 때엔 적절히 분리되도록 하고, 목표 세포의 핵에 효과적으로 전달되게 하는 과정의 효율을 높이는 것이 관건이었다.

크리스퍼 카스9 유전자 가위와 차세대 유전자 가위인 프라임 편집기의 유전자 교정 비교 (자료=과기정통부)

각 분야에서 거둔 적은 개선 사항들이 결합되자 프라임 편집 효율이 큰 폭으로 향상됐다. 처음 연구를 시작할 때에 비해 100배 이상 효과가 좋아져 실제 임상에 적용할 수 있으리란 기대를 갖게 됐다고 연구진은 밝혔다. 

이에 따라 연구진은 이 기술을 유전병을 가진 쥐에 적용했다. 미국 캘리포니아주립 어바인대학 연구진과 손잡고, 색소성 망막염과 레베르 선천성 흑암시를 일으키는 유전 변이를 지닌 쥐들에게 개발돤 eVLP로 프라임 편집 분자를 주입했다. 그 결과, 양쪽 모두 홍채 세포의 20%까지 변이가 교정되어 쥐가 시력을 일부 회복했다. 

또 프라임 편집 분자를 담은 eVLP를 살아있는 쥐의 뇌에 주입하자 대뇌 피질 세포의 약 50%에서 유전자 교정이 일어났다는 사실도 확인했다. 

리우 교수는 "이번 연구로 유전자 편집을 일으키는 요소들을 단백질 형태로 전달해 부작용을 줄일 수 있음을 보였다"라며 "eVLP 기술을 신체 다른 조직에도 적용할 수 있또록 연구를 확대하겠다"라고 말했다.