유전자 편집으로 콜레스테롤 수치 낮춘다.
- 건강의학 / 문광주 기자 / 2021-05-31 11:35:56
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* DNA 염기를 대체하면 생쥐와 원숭이의 유해한 LDL 콜레스테롤이 감소
* 목표를 벗어난 돌연변이가 거의 없음
* 미래에 페닐 케톤뇨증이나 티로신 혈증과 같은 다른 유전성 대사질환 환자 치료에 사용가능
지금까지 사용할 준비가 된 유전자 치료법은 단지 몇 가지에 불과하다.
그 이유 중 하나는 이러한 방법 중 많은 부분이 의존하는 CRISPR/Cas9 유전자 가위가 유전 물질 DNA의 두 가닥을 모두 절단했기 때문이다. 세포 자체의 메커니즘이 제대로 복구되지 않으면 심각한 DNA 손상이 발생할 수 있다. 그동안 연구자들은 그러한 과감한 절단없이 할 수 있는 유전적 도구를 개발했다. 소위 염기 편집을 사용하면 하나의 DNA 염기만 보완적인 대응물로 대체된다.
테스트 케이스로서의 유전성 과잉 콜레스테롤
취리히 대학의 Tanja Rothgangl과 그녀의 동료들은 이제 베이스 편집이 얼마나 잘 작동하는지, 마우스와 원숭이 실험에서 얼마나 안전한지 조사했다. 영장류에 대한 이 방법의 첫 번째 테스트 중 하나이다. 연구팀은 수정해야 할 유전적 특성으로 PCSK9 유전자의 돌연변이를 선택했으며, 이는 종종 인간에게 유해한 유전적 LDL 콜레스테롤(저밀도 지단백)의 과잉으로 이어진다.
이 돌연변이의 보균자는 어린 나이에 병리학적으로 높은 LDL 값을 가지므로 심혈관 질환의 위험이 높다. LDL은 점점 더 작은 혈관으로 혈액 지질을 운반하여 이러한 정맥을 막고 죽상 경화증을 유발할 수 있기 때문이다. 연구팀은 “우리가 이 유전자의 기능을 방해한다면 혈중 LDL 수치를 낮추어 가족성 고콜레스테롤 혈증에 대한 유망한 치료법을 제공한다”고 설명했다.
지질 외피 mRNA는 유전자 도구를 목적지로 가져온다.
유전자 치료를 위해 과학자들은 코로나바이러스에 대한 mRNA 백신에 사용되는 기술을 수정했다. 이들은 바이러스 스파이크 단백질에 대한 지침과 함께 지질 껍질에 포장된 메신저 RNA를 포함한다. 유전자 치료의 경우, 주사에는 염기 편집 분자와 대체 DNA 염기에 대한 RNA 어셈블리 지침이 포함되었다. 교환이 올바른 장소에서 이루어 지도록 유전자 도구에는 표적 도킹을 가능하게 하는 가이드 서열도 포함돼 있다.
연구진은 완성된 mRNA 용액을 혈중 지질 수치가 비정상적으로 상승한 쥐와 긴꼬리원숭이 모두에 주입했다. 지방으로 코팅된 mRNA 입자는 주로 간에서 흡수되고 처리되기 때문에 유전 도구는 작동해야 할 곳으로 곧바로 이동했다. 몇 주 후 로트갱글(Rothgangl)과 그녀의 팀은 모든 동물을 대상으로 간세포의 염기 교환이 얼마나 잘 작동했는지 그리고 이것이 혈중 지질 수치에 어떤 영향을 미치는지 확인했다.
기본 교환은 LDL 수준을 낮춘다.
그 결과 "우리가 생쥐와 원숭이에서 가져온 유전적 변화가 PCSK9를 성공적으로 차단했다"고 Rothgangl의 동료 게랄드 쉬반크(Gerald Schwank)는 보고했다. “마우스에서는 PCSK9 유전자의 최대 2/3가 인간이 아닌 영장류에서 1/3 정도 변경될 수 있다. 두 경우 모두 이로 인해 LDL 콜레스테롤 수치가 크게 감소했다.”
특히, 마우스의 LDL 값은 이 치료에서 리터당 평균 1.5에서 0.46 밀리몰로 떨어졌다.
이것은 단지 1/3로 감소한 것에 해당한다. 원숭이의 경우, DNA 염기 대체율이 현저히 낮음에도 불구하고 혈중 LDL 콜레스테롤 수치가 최대 19%까지 떨어졌다.
목표를 벗어난 돌연변이가 거의 없음
중요한 것은 모든 유전자 치료법과 마찬가지로, 유전 도구가 비표적 유전자의 DNA 염기를 교환하는 등 유전 물질에 원치 않는 변화를 유발하는 염기 편집의 위험도 있다.
이 경우 Rothgangl과 팀은 생쥐와 원숭이를 모두 조사했다. 마우스에서, 표적 외 돌연변이에 대한 가장 가능성이 높은 10개 위치의 시퀀싱은 대조군 동물의 게놈과 유의 한 차이를 보이지 않았다.
원숭이의 경우 추가 테스트에서도 유전자 편집이 비교적 구체적으로 간에만 국한된 것으로 나타났다. "우리는 근육, 뇌, 고환, 췌장, 폐, 심장 또는 신장의 편집률이 1% 미만이라는 것을 발견했다"고 팀은 보고했다. 비장에서만 약 6%가 더 높았다.
전반적으로 이러한 비표적 점 돌연변이가 건강상의 위험을 초래할 가능성은 다소 낮다. "사람의 삶의 과정에서 각 간세포에만 1천 개 이상의 자발적 점 돌연변이가 축적된다"고 Rothgangl과 동료는 설명했다. 개별 DNA 염기의 이러한 변화의 대부분은 결과없이 유지되거나 빠르게 수정된다.
환자 치료를 위한 새로운 관점
연구자들에 따르면 이러한 실험은 염기 편집 방법이 원칙적으로 유전자 치료에 적합하다는 것을 보여준다. "우리의 연구는 변형된 염기를 인간이 아닌 영장류의 간에 매우 효율적이고 정확하게 통합하는 것이 가능함을 보여준다"고 Schwank는 말했다. "이것은 높은 콜레스테롤 수치의 유전된 형태인 가족성 고콜레스테롤 혈증 환자에게 새로운 치료적 관점을 열어준다.“
이 새로운 접근법은 미래에 페닐 케톤뇨증이나 티로신 혈증과 같은 다른 유전성 대사질환 환자를 치료하는 데에도 사용될 수 있다. "그러나 그러한 치료법의 장점은 항상 나머지 위험과 비교하여 신중하게 평가되어야 한다”고 과학자들은 강조했다.
따라서 그들은 염기 편집을 먼저 사용하는 것이 합리적이라고 생각한다. 특히 지금까지 장기 이식으로만 치료할 수 있는 유전자 관련 간 질환의 경우에 그렇다.
그러나 그 전에 기본 편집은 먼저 추가 동물 실험에서 안전성과 효과를 검사해야 한다. (Nature Biotechnology, 2021; doi : 10.1038 / s41587-021-00933-4)
출처 : Universität Zürich
* DNA 염기를 대체하면 생쥐와 원숭이의 유해한 LDL 콜레스테롤이 감소
* 목표를 벗어난 돌연변이가 거의 없음
* 미래에 페닐 케톤뇨증이나 티로신 혈증과 같은 다른 유전성 대사질환 환자 치료에 사용가능
유전자 편집은 콜레스테롤 수치를 낮춘다
DNA 염기를 대체하면 생쥐와 원숭이의 유해한 LDL 콜레스테롤이 감소한다.
유망한 접근 방식 :
연구자들이 유전적 혈중 지질의 과잉에 대해 새로운 형태의 유전자 요법을 사용했다.
생쥐와 원숭이의 경우 간세포에서 단 하나의 DNA 문자만 교환하면 혈액 내 유해한 LDL 콜레스테롤 농도가 크게 감소했다. 이 유전자 복구는 일부 코로나 백신이 기반으로 하는 동일한 기술인 mRNA를 사용하여 염기를 교환함으로써 가능했다.
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| ▲ 소위 염기 편집을 사용하면 하나의 DNA 염기만 보완적인 대응물로 대체된다. |
지금까지 사용할 준비가 된 유전자 치료법은 단지 몇 가지에 불과하다.
그 이유 중 하나는 이러한 방법 중 많은 부분이 의존하는 CRISPR/Cas9 유전자 가위가 유전 물질 DNA의 두 가닥을 모두 절단했기 때문이다. 세포 자체의 메커니즘이 제대로 복구되지 않으면 심각한 DNA 손상이 발생할 수 있다. 그동안 연구자들은 그러한 과감한 절단없이 할 수 있는 유전적 도구를 개발했다. 소위 염기 편집을 사용하면 하나의 DNA 염기만 보완적인 대응물로 대체된다.
테스트 케이스로서의 유전성 과잉 콜레스테롤
취리히 대학의 Tanja Rothgangl과 그녀의 동료들은 이제 베이스 편집이 얼마나 잘 작동하는지, 마우스와 원숭이 실험에서 얼마나 안전한지 조사했다. 영장류에 대한 이 방법의 첫 번째 테스트 중 하나이다. 연구팀은 수정해야 할 유전적 특성으로 PCSK9 유전자의 돌연변이를 선택했으며, 이는 종종 인간에게 유해한 유전적 LDL 콜레스테롤(저밀도 지단백)의 과잉으로 이어진다.
이 돌연변이의 보균자는 어린 나이에 병리학적으로 높은 LDL 값을 가지므로 심혈관 질환의 위험이 높다. LDL은 점점 더 작은 혈관으로 혈액 지질을 운반하여 이러한 정맥을 막고 죽상 경화증을 유발할 수 있기 때문이다. 연구팀은 “우리가 이 유전자의 기능을 방해한다면 혈중 LDL 수치를 낮추어 가족성 고콜레스테롤 혈증에 대한 유망한 치료법을 제공한다”고 설명했다.
지질 외피 mRNA는 유전자 도구를 목적지로 가져온다.
유전자 치료를 위해 과학자들은 코로나바이러스에 대한 mRNA 백신에 사용되는 기술을 수정했다. 이들은 바이러스 스파이크 단백질에 대한 지침과 함께 지질 껍질에 포장된 메신저 RNA를 포함한다. 유전자 치료의 경우, 주사에는 염기 편집 분자와 대체 DNA 염기에 대한 RNA 어셈블리 지침이 포함되었다. 교환이 올바른 장소에서 이루어 지도록 유전자 도구에는 표적 도킹을 가능하게 하는 가이드 서열도 포함돼 있다.
연구진은 완성된 mRNA 용액을 혈중 지질 수치가 비정상적으로 상승한 쥐와 긴꼬리원숭이 모두에 주입했다. 지방으로 코팅된 mRNA 입자는 주로 간에서 흡수되고 처리되기 때문에 유전 도구는 작동해야 할 곳으로 곧바로 이동했다. 몇 주 후 로트갱글(Rothgangl)과 그녀의 팀은 모든 동물을 대상으로 간세포의 염기 교환이 얼마나 잘 작동했는지 그리고 이것이 혈중 지질 수치에 어떤 영향을 미치는지 확인했다.
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▲ 생쥐와 원숭이의 경우 간세포에서 단 하나의 DNA 문자만 교환하면 혈액 내 유해한 LDL 콜레스테롤 농도가 크게 감소했다. |
기본 교환은 LDL 수준을 낮춘다.
그 결과 "우리가 생쥐와 원숭이에서 가져온 유전적 변화가 PCSK9를 성공적으로 차단했다"고 Rothgangl의 동료 게랄드 쉬반크(Gerald Schwank)는 보고했다. “마우스에서는 PCSK9 유전자의 최대 2/3가 인간이 아닌 영장류에서 1/3 정도 변경될 수 있다. 두 경우 모두 이로 인해 LDL 콜레스테롤 수치가 크게 감소했다.”
특히, 마우스의 LDL 값은 이 치료에서 리터당 평균 1.5에서 0.46 밀리몰로 떨어졌다.
이것은 단지 1/3로 감소한 것에 해당한다. 원숭이의 경우, DNA 염기 대체율이 현저히 낮음에도 불구하고 혈중 LDL 콜레스테롤 수치가 최대 19%까지 떨어졌다.
목표를 벗어난 돌연변이가 거의 없음
중요한 것은 모든 유전자 치료법과 마찬가지로, 유전 도구가 비표적 유전자의 DNA 염기를 교환하는 등 유전 물질에 원치 않는 변화를 유발하는 염기 편집의 위험도 있다.
이 경우 Rothgangl과 팀은 생쥐와 원숭이를 모두 조사했다. 마우스에서, 표적 외 돌연변이에 대한 가장 가능성이 높은 10개 위치의 시퀀싱은 대조군 동물의 게놈과 유의 한 차이를 보이지 않았다.
원숭이의 경우 추가 테스트에서도 유전자 편집이 비교적 구체적으로 간에만 국한된 것으로 나타났다. "우리는 근육, 뇌, 고환, 췌장, 폐, 심장 또는 신장의 편집률이 1% 미만이라는 것을 발견했다"고 팀은 보고했다. 비장에서만 약 6%가 더 높았다.
전반적으로 이러한 비표적 점 돌연변이가 건강상의 위험을 초래할 가능성은 다소 낮다. "사람의 삶의 과정에서 각 간세포에만 1천 개 이상의 자발적 점 돌연변이가 축적된다"고 Rothgangl과 동료는 설명했다. 개별 DNA 염기의 이러한 변화의 대부분은 결과없이 유지되거나 빠르게 수정된다.
환자 치료를 위한 새로운 관점
연구자들에 따르면 이러한 실험은 염기 편집 방법이 원칙적으로 유전자 치료에 적합하다는 것을 보여준다. "우리의 연구는 변형된 염기를 인간이 아닌 영장류의 간에 매우 효율적이고 정확하게 통합하는 것이 가능함을 보여준다"고 Schwank는 말했다. "이것은 높은 콜레스테롤 수치의 유전된 형태인 가족성 고콜레스테롤 혈증 환자에게 새로운 치료적 관점을 열어준다.“
이 새로운 접근법은 미래에 페닐 케톤뇨증이나 티로신 혈증과 같은 다른 유전성 대사질환 환자를 치료하는 데에도 사용될 수 있다. "그러나 그러한 치료법의 장점은 항상 나머지 위험과 비교하여 신중하게 평가되어야 한다”고 과학자들은 강조했다.
따라서 그들은 염기 편집을 먼저 사용하는 것이 합리적이라고 생각한다. 특히 지금까지 장기 이식으로만 치료할 수 있는 유전자 관련 간 질환의 경우에 그렇다.
그러나 그 전에 기본 편집은 먼저 추가 동물 실험에서 안전성과 효과를 검사해야 한다. (Nature Biotechnology, 2021; doi : 10.1038 / s41587-021-00933-4)
출처 : Universität Zürich
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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