파킨슨병 유전자 치료 임상 시험 성공, 헌팅턴병에 희망을 주다
파킨슨병 뇌 ‘유전자 치료’ 성공 – 헌팅턴병에서 개발 중인 유사 치료법에 희소식
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과학자들은 파킨슨병 환자의 뇌에 유전자를 전달하기 위해 바이러스를 성공적으로 사용했어. 바이러스가 운반한 유전자는 주사를 맞은 환자들의 운동 증상을 개선했지. 이는 뇌 유전자 치료가 효과가 있다는 것을 증명하며, 헌팅턴병의 유사 치료법에 희망을 주고 있어.
파킨슨병과 헌팅턴병의 연관성
헌팅턴병과 마찬가지로 파킨슨병도 신경퇴행성 질환이야. 이는 뉴런이라고 불리는 뇌세포의 조기 사망으로 인해 발생한다는 뜻이지. 어떤 면에서는 헌팅턴병과 파킨슨병의 증상이 달라 보일 수 있어. 파킨슨병 환자의 특징은 움직임을 시작하기 어렵다는 것이고, 헌팅턴병의 가장 분명한 특징은 과도한 움직임이 있다는 것이지. 하지만 같은 영역의 뇌 회로가 두 질병 모두에 관여하고 있어.
뇌의 복잡한 바깥층(‘피질’) 깊숙한 곳에는 ‘기저핵’이라고 불리는 구조물들이 있어. 이 뇌 부분들은 다른 기능들 중에서도 움직임 조절에 중요해. 기저핵의 다른 부분들은 상반된 효과를 가지고 있어. 어떤 부분의 세포가 활성화되면 움직임이 증가하고, 다른 부분은 움직임을 감소시키지. 헌팅턴병에서 가장 먼저 영향을 받는 기저핵 부분은 움직임을 억제하는 효과가 있어. 그래서 제대로 기능하지 못하면 환자들은 과도한 움직임을 겪게 돼.
유전자 치료 대 ‘저분자 화합물’
대부분의 약물은 과학자들이 ‘저분자 화합물’이라고 부르는 것들이야. 이것들은 몸 전체로 직접 확산되어 세포 내 단백질이라는 작은 기계에 결합하여 유익한 효과를 일으키도록 설계된 단순한 화학 물질이지. 대부분의 ‘저분자 화합물’ 약물은 단백질과 만나 단백질의 기능을 멈추게 함으로써 작용해.
단백질이 작동하는 것을 멈추게 하는 약물을 설계하는 것이 단백질이 새로운 일을 하도록 만드는 약물을 만드는 것보다 훨씬 쉬워. 회전하는 기어와 얽힌 부품들로 이루어진 복잡한 기계를 상상해 봐. 기어에 돌을 던져 기계를 멈추게 하는 것이 새로운 기능을 추가하는 것보다 더 쉽지. 그래서 많은 신약 개발의 아이디어는 단백질에 달라붙어 작동을 멈추게 하는 화학 물질을 찾는 것이야.
하지만 때로는 질병의 동물 모델을 통해 무언가를 덜 만드는 것이 아니라 더 많이 만들어야 한다는 것을 알게 돼. 파킨슨병의 경우, 쥐 실험에서 기저핵의 일부에 ‘GABA’라고 불리는 뇌 화학 물질이 더 많으면 증상에 도움이 된다는 것이 밝혀졌어. 이 동물 실험 결과는 파킨슨병 수술을 받는 사람들에게서도 확인되었는데, 외과의사들이 GABA를 기저핵의 일부에 직접 적용했을 때 파킨슨병 증상이 일시적으로 개선되는 것을 발견했지.
GABA를 뇌에 직접 주입하는 것은 장기적으로 효과가 없을 거야. 왜냐하면 이 화학 물질은 뇌에서 빠르게 사용되고 분해되기 때문이지. 그렇다면 뇌의 이 부분이 자체적으로 더 많은 GABA를 만들도록 할 수 있을까? 한 과학자 및 의사 그룹은 세포가 더 많은 GABA를 만들도록 지시하는 유전자를 전달하는 것을 시도하기로 결정했어. 만약 이 유전자를 기저핵의 특정 부분에 넣을 수 있다면, 뇌는 자체적으로 GABA를 만들 것이고, 이는 GABA가 직접 주입되었을 때 일시적으로 보였던 것처럼 증상을 개선할 수 있을 거야.
유전자 치료 전달하기
그렇게 쉽다면, 세포가 더 많은 GABA를 만들도록 유전자를 주입하면 되지 않을까? 안타깝게도 그렇게 간단하지 않아. ‘유전자’는 사실 긴 DNA 조각으로 이루어져 있어. 이것들은 보통 수천 개의 ‘문자’가 긴 사슬로 연결되어 있지. 뇌세포가 더 많은 GABA를 만들도록 지시하는 유전자의 경우, 3,000개 이상의 ‘문자’에 해당하는 DNA를 읽어야 해. 그 거대한 DNA 조각을 세포 안으로 넣는 것은 매우 까다로워. 만약 우리가 단순히 DNA를 뇌에 주입한다면, 극히 일부만 세포 안으로 들어가고 대부분은 아무것도 하지 않고 그냥 남아있을 거야.
바이러스가 나설 차례야. 이 작은 세균들은 DNA를 세포에서 세포로 운반하는 데 천재적이지. 감기에 걸려본 사람이라면 누구나 알듯이 말이야. 바이러스는 기본적으로 DNA 화물을 담은 단백질 껍질과 그 DNA를 세포에 주입하는 전문 장비를 갖추고 있어.
이미지 출처: PNAS (Xie 외)
과학자들은 바이러스가 스스로 복제하지 못하도록 변형할 수 있지만, 여전히 세포를 침투하여 유전자 화물을 전달하는 데 매우 유용하게 사용할 수 있어. 과학자들은 관심 있는 유전자를 이 무해한 바이러스에 실어 필요한 부위에 어떤 유전자든 전달할 수 있지. 이 경우, 과학자들은 세포가 더 많은 GABA를 만들도록 지시하는 유전자 복사본으로 채워진 ‘아데노 관련 바이러스 (2형)’라고 불리는 바이러스를 사용했어.
연구에 참여한 신경외과 의사들은 이 ‘유전적으로 조작된’ 바이러스를 진행성 파킨슨병 환자의 기저핵에 주입했어. ‘대조군’으로 일부 환자들은 바이러스가 없는 주사를 맞았지. 의사나 환자 모두 바이러스를 받았는지 알지 못했어.
효과가 있었을까?
1개월, 3개월, 6개월 후 연구에 참여한 모든 환자들은 파킨슨병 전문의에게 평가를 받았어. GABA 유전자 바이러스를 받은 환자들은 대조군 주사를 받은 환자들보다 더 나은 결과를 보였는데, 운동 기능이 거의 두 배 가까이 개선되었지. 이제 환자들은 이러한 개선이 지속되는지 확인하기 위해 추가로 6개월 동안 추적 관찰될 거야.
이것이 헌팅턴병과 어떻게 관련이 있을까?
많은 사람들은 ‘헌팅틴 침묵’이라고 불리는 기술이 헌팅턴병의 진행을 바꿀 수 있는 최고의 희망이라고 믿고 있어. 이 기술의 한 가지 접근 방식은 ‘RNA 간섭’ 또는 ‘RNAi’라고 불려. 뇌에서 RNAi를 사용하는 것에 대한 현재의 생각은 뇌에 직접 주입해야 하며, 아마도 바이러스를 사용할 수도 있다는 것이야.
이 파킨슨병 유전자 치료 연구는 미래 헌팅턴병 유전자 치료 임상 시험의 유력한 표적과 매우 가까운 뇌 영역을 목표로 했어. 외과의사들이 이 뇌 영역을 성공적으로 목표로 삼았고, 바이러스가 유전자를 전달하는 역할을 해냈다는 사실은 유전자 치료가 뇌에서 효과가 있다는 것을 증명해. 이는 이러한 기술들이 유사하게 설계된 헌팅턴병 임상 시험에서도 유용할 것이라는 희망을 제공해.
