1990년대 중반 유전자 치료법이 큰 주목을 받았지만 그 연구 성과는 매우 미미했다. 그러나 최근 상황이 달라지고 있다. 유전자 편집기술이 발전하면서 그동안 볼 수 없었던 놀라운 치료법이 개발되고 있다.

17일 ‘가디언’, ‘사이언스 데일리’ 등 주요 언론들은 미국 솔크연구소(Salk Institute) 연구팀이 성체 세포에 건강한 DNA를 주입하는 식의 새로운 유전자편집 기술을 적용, 실명한 쥐 시력을 일부 회복했다고 보도했다.

과학자들은 그동안 ‘CRISPR-Cas9’와 같은 유전자가위 기술을 적용, 세포 내 유전체에서 원하는 부위의 DNA를 정교하게 잘라낸 다음 그 자리에 새로운 DNA를 넣어 주입하는 짜깁기 방식을 사용해왔다.

DNA 절단하지 않고 그대로 주입

그러나 이번 쥐 치료에 적용된 방식은 유전체를 잘라내지 않고 성체 세포에 DNA를 직업 주입하는 시스템이다. DNA를 성체세포에 주입하는 유전자가위 기술로 동물 시력을 회복한 세계 최초의 사례로 기록되고 있다.

과학자들이 건강한 DNA를 쥐 뇌세포에 주입해 실명한 쥐 시력을 회복하는데 성공해 세계적인 주목을 받고 있다. 사진은 DNA를 주입한 쥐 뇌세포 영상. ⓒSalk Institute

연구 책임자인 솔트 연구소의 벨몬테(Juan Carlos Izpisua Belmonte) 박사는 ‘사이언스 데일리’와의 인터뷰를 통해 “다른 연구자들이 시도하지 않았던 새로운 방법으로 성공을 거두게 돼 매우 기쁘다”고 말했다.

그는 또 “성체 세포를 쪼개지 않고 손상되지 않은 상태에서 그 안에 건강한 DNA를 주입해 유전체를 치료하는 이 방식을 발전시켜나갈 경우 광범위한 분야에서 치료법 개발이 가능할 것으로 보인다”며 후속 치료를 확대할 것임을 시사했다.

솔크연구소의 연구 결과는 16일 ‘네이처’ 지에 게재됐다. 과학계는 이번 연구 성과가 향후 사람 시력 회복을 위한 치료에 실마리를 제공했으며, 더 나아가 망막은 물론 심장, 뇌 관련 질환 치료법 개발에 새 길을 열어놓았다고 극찬했다.

유전정보를 담은 DNA는 방사능 등 외부 작용에 의해 사슬이 끊기거나 순서가 뒤바뀌곤 한다. 일종의 돌연변이인데 이를 원래처럼 회복하지 못하면 질병이 된다. 그동안 과학자들은 유전자가위 기술로 DNA 일부를 절단, 변이를 교정을 시도해왔다.

그러나 이 때 가위 역할을 하는 제한효소가 원치 않는 부위를 자르거나 독성을 유발하는 요인으로 작용해 골머리를 앓아왔다. 솔크 연구소 연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 연구팀은 새로운 DNA를 주입하는 방식을 시도했다.

“뇌 세포 안전하게 치료할 수 있는 방법”

유전체 내 정확한 위치에 건강한 DNA를 주입하기 위해 절단된 DNA가 복구되는 과정에서 발생하는 ‘NHEJ( non-homologous end-joining)’ 현상을 집중적으로 연구했다. NHEJ는 새로 주입한 DNA가 부작용 없이 채워지는 과정을 말한다.

연구팀은 얼마 후 NHEJ 과정을 기존의 유전자편집 기술과 결합시켰다. 그리고 다 자란 쥐의 뇌 속에 건강한 DNA를 주입했으며, 정확한 위치에 주입하는데 성공했다. 절단되지 않은 세포 속에 DNA를 주입한 최초의 성공사례로 기록되고 있다.

또 한 처음 선보인 유전자 교체 치료법(gene-replacement therapy)으로 향후 유전자치료 방향에 큰 영향을 미칠 수 있을 것으로 기대되고 있다. 연구팀이 실험한 쥐는 색소성망막염에 걸린 생후 8주가 지난 어른 쥐다.

이 쥐 뇌 세포에 건강한 MerTK 유전자를 주입한 결과 실명했던 쥐가 빛에 대해 반응하기 시작했다. 망막세포 기능을 검증한 결과 다양한 부문에서 세포기능이 회복된 것으로 나타났다. 연구팀은 이 실험 결과를 토대로 사람의 색소성망막염 치료도 가능할 것으로 보고 있다.

색소성망막염은 녹내장ㆍ당뇨변성 망막증과 함께 3대 후천성 실명 원인 중 하나로 지목되는 심각한 질환이다. 그동안 망막염에 걸리면 치료가 불가능하다고 여겨왔으나 이번 연구 결과로 실명 치료에 가능성을 기대할 수 있게 됐다.

연구팀은 이 치료법을 ‘HITI’라 명명했다. ‘homology-independent targeted integration’의 약자다. 솔크 연구소는 앞으로 이 치료방식을 더 연구해 다양한 유전자치료에 적용하는 방안을 모색할 계획이다.

벨몬트 박사는 “뇌 속에 있는 세포를 파괴하지 않고 안전하게 치료할 수 있는 방법을 개발했다”며, “향후 이 방식을 더 확대해 뇌 세포는 물론 심장, 간 등 주요 장기 치료에 활용할 수 있는 방안을 강구하겠다”고 말했다.