동국대학교 이과대학 화학과 김종필 교수 연구팀은 최신 유전자 가위로 알려진 크리스퍼 (CRISPR/Cas9) 기반 유전자 가위 나노컴플랙스를 제작해 알츠하이머(치매) 치료에 활용할수 있는 신기술을 세계 최초로 개발했다고 발표했다. 이번 기술개발로 치매를 비롯한 퇴행성 뇌질환들에 대해 유전자 가위기술을 활용한 혁신적 치료 방안을 제시함으로써, 현재 의학기술의 한계를 뛰어넘은 차세대 재생의료 산업에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.
이번 연구 결과는 신경생명과학분야의 최고의 권위가 있는 학술지인 네이쳐 뉴로사이언스 (Nature Neuroscience, IF=19.912, Neurosciences 분야 1위, 상위 0.58% 이내)에 3월 11일 (영국런던시간) 자에 게재됐다. (엠바고: 12일 04시 한국시간)
논문명 : In vivo neuronal gene editing via CRISPR-Cas9 amphiphilic nanocomplexes alleviates deficits in mouse models of Alzheimer’s disease
저자정보 : 김종필 (단독교신, 동국대 교수), 박한슬 (단독 제1저자, 박사과정)
유전자 가위 기술에 기반한 유전자 치료기술은 현재 전 세계적으로 가장 주목을 받는 최신 생명공학 기술로서, 다양한 질병들에 대해서 적용될 수 있는 혁신적 유전자 치료 및 교정기술로서 각광받고 있다. 특히, 생체 내에서 유전자 가위를 활용한 생체 내 질환 치료용 유전자 치료기술은 생체내의 잘못된 유전자를 바로 교정하여 질환 치료에 활용할 수 있기 때문에 차세대 유전자 치료 기술로서 주목을 받고 있다.
특별히 뇌의 신경세포를 타깃으로 한 유전자 가위 기반 생체 내 신경세포 유전자 교정 치료기술은 타깃 뇌 신경세포에 대해서만 유전자 교정이 효율적으로 이루어져야만 하는 기술이 필수적으로 요구되어 진다. 따라서 그 활용의 중요성에도 불구하고 현재까지 치료용으로 활용될 수 있는 뇌 신경세포를 타깃으로 한 효율적 생체 내 유전자 교정기술이 발표되어진바 없다.
김 교수 연구팀은 특히 뇌 신경세포에 대한 정확하고 효율적이며 안전한 유전자 교정을 위해, 유전자 가위 나노 컴플랙스(Cas9 Nanocomplex)를 제작했으며, 이를 활용하여 뇌신경세포에서 효율적으로 유전자 표적 타깃팅을 유도할 수 있다는 것을 증명했다. 더 나아가 이 기술을 활용하여 알츠하이머 질환 마우스 모델에 적용했을 때, 치매 질환의 증상이 놀라운 수준으로 완화되며 알츠하이머 질병 진행이 효과적으로 지연됨을 보여줌으로써, 유전자 가위 기반한 유전자 교정 치료 기술이 치매질환 치료의 활용될 수 있음을 세계 최초로 발표했다.
*유전자교정기술 : 세포 내에서 원하는 유전자 위치에 유전자 편집을 가능하게 하는 바이오 기술
*유전자 치료법 : 유전자의 돌연변이에 의한 기전을 정상으로 돌리기 위해 돌연변이를 유전자 교정 기술을 통해 정상으로 돌리거나, 발현 량을 억제시켜 치료 하는 방법.
*크리스퍼 CRISPR/Cas9 : 유전자 편집 도구 중 하나. 박테리아의 면역 체계에서 유래한 DNA 절단 효소로, 특정한 염기서열을 인식하여 자를 수 있는 도구.
*유전자가위 : 특정 염기서열을 인지하여 해당 부위의 DNA를 절단하는 유전자 편집기술 (Gene editing) 기술을 말한다. 유전자의 특정 서열의 위치를 선정하면 genome 의 어느곳이나 자유자재로 짤라낼수 있어 인간 세포 및 동식물 세포의 유전자의 재조합 및 질병 유전자 교정에 핵심적으로 활용될수 있다.
이번 연구는 기존의 치매 치료제를 대체할 수 있는 유전자 가위 기반 효과적인 치매 치료용으로 활용될 수 있으며, 이외 다양한 퇴행성 뇌 질환들에 대한 유전자 가위 기반 유전자 교정 치료 기술의 실용화를 높여 경제적 파급효과가 클 것으로 기대하고 있다. 김 교수 연구팀은 “이번 연구결과를 바탕으로, 향후 최신 유전자 교정법의 핵심 분야인 CRISPR/Cas9 기반 생체 내 유전자 교정 치료 기술 연구의 세계적 기술 선도를 이어갈 것”이라고 밝혔다.
