유전자 가위 작동 모식도(미래창조과학부 제공). © News1


국내 연구진이 고장난 혈우병 유전자를 원상복구하는 기술을 개발해 신개념 세포치료제의 개발 가능성을 열었다.김동욱 연세대학교 의과대학 교수팀과 IBS(기초과학연구원) 유전체교정연구단으로 이뤄진 공동연구팀은 미래창조과학부의 바이오·의료기술개발사업의 지원을 받아 유전자 가위(유전자의 특정 부위를 절단해 유전체 교정을 가능하게 하는 인공 제한효소) 기술을 이용, 인간 유래 역분화 줄기 세포(iPS cell)에서 뒤집어진 혈우병 유전자를 다시 뒤집어 원상복구하는 기술을 개발했다.

인간의 유전체 염기서열을 비교해보면 어떤 사람은 다른 사람에 비해 특정 유전자의 일부가 뒤집어져 있고 삭제 또는 중복돼 있다. 이러한 변이를 '구조 변이'라 하는데 이 구조 변이는 여러 질병의 원인이 되기도 한다.

중증 혈우병 환자의 대다수는 8번 혈액응고인자 유전자의 일부가 뒤집어져 단백질이 제대로 만들어지지 않아 발생한다. 공동 연구팀은 특정 염기서열을 인식할 수 있는 유전자 가위 효소의 일종인 탈렌을 제작해 인간 유래 역분화 줄기 세포에 도입해 혈우병 질환 모델세포를 만들었다. 더 나아가 만들어진 질환 모델 세포에 동일 탈렌을 도입해 뒤집어진 염색체를 원상 복구해 8번 혈액응고인자의 발현을 정상으로 복구하는 데 성공했다.

유전자 가위 기술을 이용해 인간 유래 역분화 줄기세포에서 염색체의 일부를 뒤집을 수도 있고 뒤집어진 부분을 원상 복구할 수 있다는 사실은 이번 연구를 통해 처음으로 밝혀졌다. 공동연구팀은 또 원상복구한 역분화 줄기세포를 분화시켜 만든 세포에서 8번 혈액응고인자가 정상적으로 발현됨을 확인했다.

환자 맞춤형 역분화줄기세포는 면역거부 반응을 피할 수 있다는 점에서 세포치료제로의 활용이 기대되지만 유전병 환자의 경우 그 유전병의 원인이 되는 돌연변이를 그대로 갖고 있다는 문제가 있다. 이번 연구는 유전자의 일부가 뒤집어진 돌연변이를 유전자 가위를 이용해 원천 복구하는 방법을 제시해 줄기세포를 이용한 유전질환 치료 및 세포치료제 개발에 한 걸음 더 나아간 획기적인 성과로 평가받고 있다.

김동욱 교수와 김진수 IBS 단장은 "이번 연구는 중장기적으로 혈우병 환자의 역분화 줄기세포에서 유전자 교정을 한 뒤 정상으로 된 세포치료제를 개발해 임상에 사용하려는 것이 궁극적인 목적"이라고 밝혔다.

한편 이번 연구 성과는 미국국립과학원회보(PNAS) 6월10일 온라인 게재됐다.


hyun@news1.kr