연구본부소개
동시 다중 표적 유전자 가위 기술 개발, 항암 면역 치료의 새로운 길 찾았다
- 등록일 : 19-07-18
- 테라그노시스연구단 장미희 박사팀
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- 크리스퍼 가위 개량한 외부 전달체 필요없는 새로운 유전자 가위 기술 개발
- 악성 종양세포 단백질 억제 및 면역세포 활성화로 항암 면역 치료 기대
한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 테라그노시스연구단 장미희 박사팀은 세종대학교(총장 배덕효) 홍석만 교수팀과 공동연구를 통해 ‘혈액암 세포’*의 표면에 발현되는 면역체계를 방해하는 단백질들을 동시에 억제하고, 면역세포인 ‘세포독성 T 세포’**를 활성화시켜 항암 면역 치료가 가능한 새로운 유전자 가위 기술을 개발했다고 밝혔다.
*혈액암 세포(lymphoma cell) : 혈액을 구성하는 성분에 생긴 암을 포괄적으로 이르는 말, 혈액이나 조혈기관, 림프절, 림프기관 등에 발생한 악성종양을 뜻함
**세포독성 T 세포(Cytotoxic T Lymphocyte, CTL) : T 림프구의 한 종류로, 세포독성물질을 분비하여 바이러스에 감염된 세포나 종양세포를 직접 파괴하는 면역세포
유전자 가위 기술은 특정 유전자를 제거하거나 정상적인 기능을 하도록 유전자를 편집함으로써, 질병의 근본적인 원인을 제거하여 치료할 수 있는 기술이다. 특히 유전자 가위 기술 중 하나인 크리스퍼 유전자 가위 기술***은 면역세포의 유전자를 선택적으로 교정함으로써 면역세포가 선택적으로 암세포만을 공격하도록 유도하는 면역 치료 요법으로 최근 각광을 받고 있다.
***크리스퍼 유전자 가위 기술 : 세균의 면역반응에 관여하는 단백질에서 유래한 것으로, 유전자의 절단 기능을 가지는 Cas9 단백질과 유전체 서열 선택성을 부여하는 single guide RNA (sgRNA)가 동시에 작용하여 유전자를 선택적으로 교정하는 기술
KIST 장미희 박사는 크리스퍼 유전자 가위를 외부 전달체 없이도 스스로 세포막을 뚫고 들어갈 수 있게 개량한 바 있다.(※ACS Nano ACS Nano2018, 12, 8, 7750-7760) 그러나 면역 활성을 조절하는 유전자의 종류가 다양할 뿐더러, 안전하면서도 간편하게 면역 치료를 유도하는 기술은 아직 부족한 실정이었다. KIST 장미희 박사팀과 세종대 공동연구진은 외부 전달체 없이 혈액암세포로 유전자를 전달할 수 있으면서도 여러 유전자를 동시에 효율적으로 교정할 수 있도록 크리스퍼 유전자 가위를 한 번 더 개량하여 면역 치료에 응용하는 기술을 개발하였다.
기존의 유전자 가위 기술을 이용한 방법으로는 면역세포 중 ‘T 세포’와 같은 혈액암 세포 내에 유전자를 전달하는 방식으로 주로 바이러스나 전기 충격 요법을 사용하였다. 바이러스를 이용한 방식은 원치 않은 면역 반응을 유도하는 경우가 많고 표적이 아닌 게놈 서열에 유전자가 잘못 삽입되어질 가능성이 높다. 또한 전기 충격 방식은 별도의 고가 장비가 필요하며, 전기 자극으로 대량의 세포를 한 번에 교정하기가 어렵고 세포생존도(cell viability)도 낮다는 단점을 가지고 있다.
KIST-세종대학교 공동연구진이 개발한 이번 기술은 면역체계를 억제하는 것으로 알려진 면역 체크포인트**** 유전자 중 ‘PD-L1’, ‘PD-L2’ 두 개를 동시에 표적으로 한다. 이 면역 체크포인트를 표적으로 하여 면역 체계를 방해하지 못하게 유도하고, 결국 세포독성 T 세포가 암을 직접 공격할 수 있도록 하여 항암 면역 반응을 증가시키는 치료 효능을 확인하였다.
****면역체크포인트 : 암세포의 파괴를 방해하는 단백질
KIST 장미희 박사는 “새롭게 개발된 유전자 가위 기술은 다양한 면역세포에 적용가능하기 때문에, 암 뿐만 아니라 자가면역 질환, 염증성 질환 등 다양한 질병 치료제 개발에 적용 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔다.
본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘Biomaterials’ (IF : 10.273, JCR 상위분야 : 1.56%)에 최신호에 게재되었다.
*(논문명)A carrier-free multiplexed gene editing system applicable for suspension cells
- (제 1저자) 한국과학기술연구원 주안나 박사 (박사후연구원)
- (제 1저자) 세종대학교 이성원 박사 (박사후연구원)
- (교신저자) 한국과학기술연구원 장미희 선임연구원
- (교신저자) 세종대학교 홍석만 교수
<그림설명>
<그림 1> 다중 표적 유전자 편집 작동 원리 및 면역 치료 기전
<그림 2> 다중 표적 유전자 편집에 따른 T 세포 매개 암살상 능력 증가 확인