유전자 편집을 발전시키는 분자 “조광 스위치” 개발: 새로운 도구

과학자 팀이 최근 CRISPR 시스템에서 사용되는 것과 같은 유전자 편집기의 작용을 경구 약물로 제어할 수 있는 혁신적인 유전 시스템을 만들었어. 이는 세포 및 동물 연구에 유용하게 적용될 수 있으며, 아마도 가장 중요하게는 미래 인간 유전자 치료의 안전성과 정확성을 향상시킬 수 있을 거야. 이 기술은 유전자와 질병 연구에 광범위하게 적용될 수 있으며, 헌팅턴병(HD) 관련 전문 지식을 가진 연구자들이 HD와 관련된 약물을 통합하여 개발했어. 실제 임상 시험은 아직 멀었지만, 최근 이 기술의 라이선스를 획득한 회사는 이미 HD에 관심을 가지고 있어.

유전자 치료 제어 개선

최근 몇 년 동안 유전자 치료 전달 방법이 크게 발전했지만, 뇌나 신체의 다른 부분에 도달한 치료법의 작용을 제어하는 것은 아직 불가능했어. 이상적으로는 인간 유전자를 변형할 때, 유전적 변화의 위치, 한 번에 발생하는 변화의 양, 그리고 유해하다고 판명될 경우 주변 세포의 변화를 중단할 수 있는 능력과 같은 것들을 미세 조정할 수 있기를 원할 거야. 이 마지막 두 가지는 지금까지 유전자 편집에서 특히 어려운 과제였어.

최근 개발된 유전자 스위치 시스템인 X^on은 이러한 문제들 중 일부를 새로운 방식으로 해결해. 필라델피아 아동병원 베벌리 데이비슨이 이끄는 과학자 팀이 제약 회사 노바티스의 연구원들과 함께 만들었어. X^on의 아이디어는 정밀하게 전달될 수 있고 온/오프 스위치처럼 작동하는 약물을 사용하여 시간이 지남에 따라 제어될 수 있는 유전자 편집 기술을 만드는 것이었어.

어떻게 작동할까?

항상 켜져 있고 특별한 도구로만 끌 수 있는 빨간 신호등을 상상해 봐. 빨간불이 꺼지기 전까지는 앞으로 나아갈 수 없어. X^on 시스템을 사용하면 과학자들은 유전자와 정지 신호를 함께 유전 패키지에 삽입하여 접시 안의 세포나 살아있는 동물에게 전달함으로써 어떤 유전자 앞에든 정지 신호를 둘 수 있어. 새로운 유전자는 존재하지만 비활성 상태이며, 이는 정지 신호가 제거될 때까지 메시지나 단백질을 생성할 수 없다는 의미야. 하지만 특정 약물이 세포에 도달하면, 그 약물은 유전적 정지 신호를 끄고 유전자를 활성화하는 도구 역할을 해.

이것이 흥미로운 과학적 혁신인 이유는 X^on 시스템이 연구자들이 성장하는 세포 접시에 약물을 추가하거나 연구 동물에게 약물을 투여하는 것만으로 유전자를 삽입하고 켜고 끌 수 있게 해주기 때문이야. 이는 특정 유전자나 단백질이 너무 많거나 적을 때 어떤 일이 발생하는지 이해하는 새로운 방법이 될 수 있으며, 노화 과정의 다양한 시점에서 유전적 개입을 쉽게 탐색할 수 있는 질병 모델을 만드는 데 사용될 수도 있어.

최근 네이처 저널에 발표된 논문에서 데이비슨 팀은 신경퇴행성 질환과 암에 관련된 다양한 유전자를 사용하여 이 기술을 테스트했고, 정지 신호 비활성화 약물이 언제, 얼마나 투여되었는지에 따라 유전자 수준을 제어할 수 있음을 보여주었어.

X^on과 CRISPR 유전자 편집 결합하기

더욱 흥미로운 점은 X^on 시스템이 CRISPR와 같은 기술 및 치료법으로서의 유전자 편집의 미래에 적용될 가능성이라는 거야. 이 최근 논문은 X^on 시스템이 CRISPR-Cas9 기술과 결합되어, 쥐에게 투여된 약물을 사용하여 CRISPR 편집을 더욱 정밀하게 제어할 수 있음을 보여줘. 데이비슨 팀은 쥐의 간세포를 녹색으로 빛나게 할 수 있는 인공 유전자를 사용하여 이를 시연했어. 하지만 궁극적으로는 인간 치료법에 적용될 수 있기를 바라고 있어.

CRISPR 유전자 편집을 더 잘 제어할 수 있도록 돕는 시스템은 흥미로운 전망이야. 왜냐하면 이 기술을 미래 의약품에 안전하게 적용할 수 있다는 더 큰 희망을 주기 때문이야. 대부분의 질병에서는 현재 이것이 불가능해. 인간 DNA에 대한 직접적이고 돌이킬 수 없는 변화는 극단적인 결과를 초래할 수 있기 때문이야. 우리는 최근 간에 흔히 영향을 미치는 인간 질병에 대한 CRISPR 약물의 최초의 성공적인 안전성 시험에 대해 썼어. 이론적으로는 사람의 HD 유전자를 잘라내거나 교정하는 것이 훌륭하겠지만, 칼과 같은 CRISPR 시스템은 거의 항상 다른 유전자에서 추가적인 원치 않는 변화를 초래해. 이것이 우리가 유전자 편집이 간 세포처럼 재생될 수 없는 인간 뇌 세포 치료에 적용되기까지는 갈 길이 멀다고 자주 강조해 온 이유야.

X^on을 질병 유전자(예: HD 유전자)를 표적으로 하는 CRISPR-Cas9 시스템과 결합하면 경구 약물로 유전자 편집기를 켜고 끌 수 있다는 의미가 될 거야. 용량도 유전자 편집의 양을 제어하기 위해 조절될 수 있어. 단순히 빨간 정지 신호를 비활성화하는 도구 역할뿐만 아니라, 정밀한 조절을 위한 “조광 스위치” 역할도 하는 거지. 안전을 위해 가장 중요한 것은, 만약 뭔가 잘못된다면, DNA에 더 이상의 변화가 생기는 것을 막기 위해 치료를 중단할 수 있다는 점이야. 지금은 이 모든 것이 이론적이야. X^on 시스템과 다른 유전자 편집 “조광 스위치”들이 초기 개발 단계에 있기 때문이지. 그럼에도 불구하고, 이 논문은 이 기술을 사람의 치료법에 적용할 가능성을 시사하며, 노바티스는 X^on 기술의 라이선스를 획득했어.

그렇다면 왜 이 혁신이 헌팅턴병(HD) 연구 뉴스에 등장했을까?

무엇보다도, 우리는 HD가 단일 유전자의 변화로 인해 발생한다는 것을 알고 있어. 그래서 HD는 항상 유전자 치료의 주요 후보였고, 전 세계 수십 명의 연구자와 회사들이 HD의 근본 원인을 치료하기 위한 혁신적인 해결책을 개발하고 있어. HDBuzz(및 HD 연구자들)는 기존 방법을 개선하는 새로운 기술에 항상 주목하고 있어. 게다가, 최근 네이처 논문을 발표한 팀의 리더들은 유전자 치료 개발에 경력의 많은 부분을 바친 존경받는 HD 연구자들이야.

하지만 이 논문이 HD 커뮤니티에 뉴스로 떠오른 주된 이유는 X^on 시스템이 실제로 기존 약물에 의존하여 유전자 편집 스위치를 켜기 때문이야. 그리고 그 약물은 다름 아닌 브라나플람이야. 그래, 브라나플람은 SMA 아동 치료를 위해 개발된 경구 약물인데, 노바티스가 곧 헌팅턴병 성인 환자를 대상으로 임상 시험을 진행할 예정이야.

이것이 X^on 유전자 편집이 다가오는 HD 임상 시험에 어떤 역할을 한다는 의미는 아니야. 단순히 유전자를 자르고 붙이는 능력을 가진 약물인 브라나플람이 과학자들이 연구하고 싶은 어떤 유전자의 활동도 제어하도록 조절될 수 있는 우아한 새 시스템의 일부를 형성한다는 의미일 뿐이야. 유전자 편집을 위한 “조광 스위치” 시스템은 완전히 다른 약물을 사용하도록 설계될 수도 있지만, 이러한 초기 실험에서는 X^on과 브라나플람을 통한 정밀한 제어가 많은 유연성과 정확성 테스트를 통과했어.

핵심 메시지

X^on 시스템은 정말 멋진 초기 단계 기술이야. 아직 인간 치료에 적용될 준비는 되지 않았지만, 유전자 편집 도구 상자의 새로운 요소야. 게다가, HD 전문 지식을 가진 연구자들이 만들었고, 이미 HD 치료제에 투자하고 있는 주요 제약 회사에 의해 라이선스가 부여되었어. 이는 HD 및 관련 유전 질환의 연구와 잠재적 치료에 있어 지속적인 발전에 좋은 징조야.

자세히 알아보기

• 약물 유도 스플라이싱을 통한 유전자 치료의 조절된 제어 (전체 기사는 유료 또는 구독 필요)