알츠하이머병 치료, 비장의 ‘세포 주머니’

성균관대, 뇌에 유전자 가위 전달하는 엑소좀 개발
“기존 유전자 가위 치료제보다 부작용 적어”

조동규 성균관대 약학과 교수를 중심으로 한 공동 연구진이 ㎚(나노미터, 10억분의 1m) 단위의 주머니 ‘엑소좀’을 활용해 알츠하이머병에 걸린 쥐의 뇌에 직접 유전자 가위 치료제를 전달하는 데 성공했다. 사진은 엑소좀./에복스 테라퓨틱스

국내 연구진이 유전자 가위를 세포에 있는 주머니에 담아 치매 생쥐의 뇌로 전달하는 데 성공했다. 효소 복합체인 유전자 가위는 치매를 유발하는 유전자를 잘라낼 수 있지만, 바이러스로 전달하다 보니 부작용 우려가 컸다. 이번에 유전자 가위를 안전하게 전달하는 방법이 나와 치매 치료에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.

조동규 성균관대 약학과 교수와 한지훈 미국 글래스스톤 연구소 박사후연구원(前 성균관대 박사후연구원) 연구진은 “세포에 있는 ㎚(나노미터, 10억분의 1m) 단위의 주머니 ‘엑소좀’을 활용해 알츠하이머병에 걸린 쥐의 뇌에 크리스퍼(CRISPR) 유전자 가위 치료제를 전달하는 데 성공했다”고 8일 밝혔다. 연구 결과는 이날 국제 학술지 ‘사이언스 중개의학’에 실렸다.

크리스퍼 유전자 가위는 3세대 유전자 교정 기술로, 특정 DNA(디옥시리보핵산) 유전자에 결합하는 유전물질과 유전자를 잘라내는 효소 단백질을 결합한 형태다. 입자가 크고 복잡해 지질 나노 입자나 인체에 무해한 바이러스를 이용해 세포에 전달했다. 지질 나노 입자는 코로나 백신에서 면역반응을 유발한 mRNA(전령리보핵산)를 감쌌던 물질이다. 조동규 교수는 “기존 방법들은 생산 과정이 복잡하고 비용도 많이 든다”며 “바이러스를 사용하는 경우는 전달할 수 있는 유전자 가위 크기에 한계가 있고, 부작용 우려가 있다”고 설명했다.

연구진은 인체 세포의 유전자를 바꿔 치료용 유전자 가위가 담긴 엑소좀을 만들도록 했다. 엑소좀은 세포들이 서로 단백질을 전달할 때 사용하는 주머니다. 생체 유래 물질이라 부작용 우려가 적고, 지질 입자나 바이러스를 사용하는 것보다 생산 과정이 간단해 대량 생산에 적합하다.

다만 세포에서 엑소좀과 유전자 가위를 모두 만들다 보니 유전자 가위 단백질이 엑소좀 막단백질과 붙어있었다. 연구진은 유전자 가위 단백질과 막단백질 사이에 빛에 민감한 단백질을 추가했다. 엑소좀에 파란색 빛을 주면 막단백질과 유전자 가위를 잇던 단백질이 쪼개지면서 유전자 가위가 분리됐다.

엑소좀에 파란색 빛을 쬐어주는 모습. 광 처리로 엑소좀 막단백질과 유전자 가위를 잇던 빛 민감성 단백질이 쪼개지면서 유전자 가위가 분리된다./성균관대

연구진은 단백질 ‘BACE1′을 억제하는 유전자 가위로 엑소좀 치료제의 효과를 확인했다. BACE1은 알츠하이머병의 원인으로 알려진 아밀로이드 베타 단백질의 생성을 돕는다. 원래 신경세포를 보호하는아밀로이드 베타 단백질이 세포에서 떨어져 나와 덩어리를 이루면서 신경세포에 손상을 준다. 알츠하이머병에 걸린 쥐 모델의 코로 유전자 가위가 들어있는 엑소좀을 투여하자 아밀로이드 베타 단백질 수치가 줄어들고, 인지와 기억 능력이 개선됐다.

조동규 교수는 “이번에 개발한 엑소좀을 희소 유전병을 치료하거나 기존 유전자 가위 치료제를 개선하는 데 적용할 수 있다”고 말했다. 지난해 11월 영국 정부가 전 세계 최초로 크리스퍼유전자 가위 기반 치료법을 승인했다. 이후 유전자 가위 치료제가 본격적으로 도입될 것으로 보였으나 부작용 우려로 주춤한 상태다. 유전자 가위를 전달하는 바이러스가 인체에 어떤 영향을 미칠지 미지수이기 때문이다.

지난해 승인받은 유전자 가위 치료제 ‘카스거비’는 안전성 문제로 몸 밖에서만 사용할 수 있다. 환자의 골수에서 채취한 줄기세포에 투여해 유전자를 교정한 뒤, 줄기세포를 다시 환자의 정맥에 주사하는 방식이다. 조 교수는 “엑소좀 기반의 유전자 가위 치료제는 생체 적합성이 높고 면역반응을 일으킬 가능성이 작다”며 “직접 몸 안에 유전자 가위를 전달할 수 있다”고 말했다.

조 교수는 박사과정 이후 20년 넘게 알츠하이머병을 연구했다. 그러다가 2015년 엑소좀 논문들을 보고 알츠하이머병 치료제 개발에 적용할 수 있다고 예상했다. 현재 엑소좀 치료제는 조 교수가 조용우 한양대 교수, 박재형 성균관대 교수와 함께 창업한 바이오 기업 엑소스템텍에서 상업화하고 있다. 알츠하이머병뿐 아니라 파킨슨병, 염증 질환에도 적용할 계획이다. 조 교수는 “치매를 일으키는 APOE4 유전자 돌연변이를 교정하는 연구를 진행하고 있고, 항체를 세포에 직접 전달하는 치료제도 개발하고 있다”고 말했다.

참고 자료

Science Translational Medicine(2024), DOI: https://doi.org/10.1126/scitranslmed.adi4830

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