크리스퍼(CRISPR, Base editor)연구 동향

유전자 편집 기술: 임상 적용

유전자 편집 기술인 CRISPR와 비슷한 'Base editing' 기술은 염기 서열 하나만 편집할 수 있는 특징을 가지고 있으며, 이는 부작용이 적다는 장점이 있습니다. 

 

최근에 CRISPR-Cas9과 관련된 base-editing을 활용하여 게놈 편집(genome editing) 기술이 임상 참가자들을 대상으로 첫 번째 임상 시험을 시행할 예정이라는 발표가 있었습니다. Base editing 기술은 DNA 염기 서열 중 1개의 염기만 바꿀 수 있는 기술로, 임상 시험을 통해 안전한지 여부를 판단할 것이라고 합니다. DNA 이중 가닥을 절단하지 않고, 콜레스테롤 조절 유전자의 염기 하나만 바꿀 수 있는지와 안전성을 시험하는 데 목적이 있습니다. 이후, 올해 말에는 유전적 혈액 질환인 겸상 적혈구 질병을 base editing 기술로 치료할 임상을 앞두고 있습니다.

 

위 두 시험의 결과는 2023년에 보고될 것으로 예상되고, 더 나아가 base editing을 활용한 추가 임상 시험 파이프라인이 진행될 예정이라고 합니다. 질병 치료를 위해 게놈 편집을 연구 중인 Gerald Schwank(University of Zurich, Swizerland)는 CRISPR-Cas9 과 base editing 기술을 사용하여 첫 번째 임상 시험이 시작된 것이 매우 흥미롭고, 이 과정에서 앞으로 배울 것이 무궁무진하다고 합니다. 

 

Base-editing 기술이란?

CRISPR-Cas9 게놈 편집은 Cas9 단백질이 편집하고자 하는 부분의 DNA 이중 가닥을 모두 절단하고, 이후에 세포의 DNA-repair 작용을 통해 절단된 이중 가닥이 다시 원래대로 수선됩니다. 하지만 가끔 이 과정에서 문제가 발생하기도 합니다. 이는 편집할 때마다 다양한 DNA 서열을 편집할 수 있다는 가능성을 제시합니다.

 

하지만, base-editing은 위에서 설명한 기존의 Cas9 단백질의 작동 체계와 조금 다르게, DNA 염기 서열 하나만 바꾸는 단백질에 Cas9 단백질을 결합하여 DNA 이중 가닥 모두는 자르는 것이 아닌, 하나의 염기 서열만 변경하도록 합니다. 

 

정밀도가 아주 높은 이 기술은 기존 CRISPR-Cas9을 적용하는 것보다 유전 질환에 더욱 안전하고 조절이 가능한 치료를 제공할 수 있다는 것이 희망적인 부분입니다. 2016년에 base-editing 기술이 처음 개발되고, 한 종류가 아닌 여러 종류의 base-editor가 서로 다른 방식으로 DNA를 변경할 수 있어서 효율적이라 생각되며, 원하지 않는 유전자 서열 편집 가능성은 낮아져서 더 안전할 수 있습니다. 

 

Base-editing: 임상 시험

최근에 발표한 임상 시험에서는 혈중 콜레스테롤 수치를 조절하는 PCSK9 단백질을 암호화하는 DNA 중, A(adenine) 염기를 G(guanine) 염기로 치환하는 base editor에 대해 발표했습니다. 이 접근 방식은 Cambridge의 Verve Therapeutics가 개발한 방법이며, 높은 콜레스테롤과 심장 질병을 유발할 수 있는 heterocygouse familial hypercholesterolaemia 환자의 PCSK9 단백질량을 줄이는 데 목적이 있습니다. PCSK9의 기능을 비활성화하면 콜레스테롤 수치를 낮추고, 심장 질환 위험도 낮출 수 있는 것으로 나타났습니다. 이미 시장에 나와 있는 치료법들은 PCSK9 활성화를 줄임으로써 환자를 치료하고 있습니다.

 

Amsterdam University Medical Centers에서 간 질환을 연구하는 Piter Bosma는 작년에 macaques에 보고된 전임상 결과에서 혈중 PCSK9 농도가 81% 감소했고, 아무런 부작용 없이 혈중 콜레스테롤 수치도 감소한 것을 발표했습니다. 

 

비록 조금은 조심스럽지만, 연구자들은 base-editing을 사용한 유전자 치료법의 off-target 유전자 변화(목적하지 않은 부분의 유전자 서열을 변화시키는 것)가 나타나는지 앞으로도 계속 조사할 것입니다. 이러한 부작용에 따른 위험성은 콜레스테롤 수치가 아주 높은 환자들을 위한 치료의 장점과 균형을 이룰 수 있지만, 연구자들은 치료가 다른 분야에도 광범위하게 사용되기까지 장기간 안전성 테스트 등을 수행해야 한다고 합니다. 

 

Verve 시험의 목적은 체내에서 세포를 직접 편집하는 것입니다. DNA 서열을 바꾸는데 필요한 단백질을 암호화하는 mRNA와 그 단백질을 정확한 위치로 안내하는 단일 가닥 RNA가 base-editing의 구성요소이고, 이는 지질-나노 입자에 들어있고, 제형은 mRNA COVID-19 백신과 유사합니다. 체내에서 나노 입자는 간에 집중되고 PCSK9의 핵심 부위가 생산될 것입니다.

 

반대로, 이후에 진행 예정인 겸상 적혈구 임상 시험은 환자의 체내에서 추출한 혈액 줄기세포의 DNA를 base-editing을 사용하여 변경할 것이라고 합니다. 유전자 편집된 세포는 다시 환자의 몸속으로 주입됩니다. 이 시험은 Cambridge의 Beam Therapeutics에 의해서 수행될 것이고, 이 연구팀은 Verve와 협력하여 콜레스테롤 base-editing 치료법을 개발하고 있습니다.

 

백혈병, glycogen storage 희소 질환, 실명을 유발하는 Stargardts' disease를 치료하기 위해서 다른 base-editing 치료법도 개발하고 있습니다. 그리고 CRISPR에서 유래된 다른 방법들이 임상에 적용될 예정입니다. DNA뿐 아니라 RNA를 편집할 Cas 단백질이 발견되고 있습니다. Schwank는 그의 실험실이 base-editing에서 prime-editing으로 거의 옮겨지고 있다고 합니다.

(출처: 네이처)