바이오인

출처 : 생물학연구정보센터(BRIC)

체외 유전체 교정(genome editing) 기술 동향

저자 : 김윤영 (Toolgen, Inc.)

[요약문]

Human genome project 이후 유전체에 대한 이해를 기반으로 질병을 야기하는 유전적 이상에 대한 많은 정보를 가지게 되었다. 이러한 다양한 유전적 변이에 대한 이해를 바탕으로 우리는 이제 질병의 발병 및 진행을 유전체 수준에서 이해할 수 있게 되었고, 표적 치료제(targeted therapeutics)를 개발할 수 있는 상태에 이르렀다. 최근 유전자 가위(targeted nuclease)를 이용하여 질병의 발병 및 진행에 영향을 미치는 유전적 변이를 비교적 쉽게 교정할 수 있는 방법이 개발됨에 따라서 유전체 교정(genome editing)을 통한 치료 기술이 대두되고 있다. 유전체 교정은 그 교정이 일어나는 위치에 따라서 체내 유전체 교정(in vivo genome editing)과 체외 유전체 교정(in vivo genome editing) 두 가지로 크게 분류할 수 있다. 본 보고서에서는 특히 체외 유전체 교정 치료(ex vivo genome editing therapy)에 초점을 맞추어서 유전체 교정 치료의 특징과 방법, 현재 개발되고 있는 치료법들의 종류 및 치료제 개발에 고려되어야 할 사항들에 대해 살펴보고자 한다.

[목차]

1. 서론
2. 본론
  2.1 유전자 가위를 이용한 유전체 교정 기술
  2.2 체외 유전체 교정 기술
   2.2.1 치료제 개발에 적합한 질병 및 세포
   2.2.2 유전자 가위 전달 방법
   2.2.3 Off-target
   2.3 체외 유전자 교정 치료제 연구 개발 사례
   2.3.1 후천성 면역 결핍(acquired immune deficiency syndrome, AIDS)
   2.3.2 중증 면역 결핍(severe combined immunodeficiency, SCID)
   2.3.3 이상 혈색소증(hemoglobinopathy)
   2.3.4 동종 이계 세포 치료제(allogeneic cell therapy)
   2.3.5 PD-1 KO CAR-T 세포치료제
   2.3.6 CAR KI 세포치료제
3. 결론
4. 참고문헌

1. 서론

2000년대 초반 우리는 인간 유전체 프로젝트(human genome project)를 통해 인간 유전체를 해독하려는 시도를 진행하였다. 그 뒤 다양한 sequencing 기법 및 임상유전체(clinical genomics)의 발달로 특정 질병을 야기하는 다양한 유전질환에 대한 데이터가 축적되어 왔다. 실제로 인간의 유전체 내에 존재하는 25,000여개의 유전자 중 3,500개 이상의 유전자 변이가 질병과 연관되어 있음이 밝혀졌으며, 여전히 꾸준히 질병과 연관된 다양한 유전적 변이에 대한 연구가 빠르게 진행되고 있다[1].

이러한 다양한 유전적 변이에 대한 이해를 바탕으로 우리는 이제 질병의 발병 및 진행을 유전자 수준에서 이해할 수 있게 되었고, 따라서 표적 치료제(targeted therapeutics)를 개발할 수 있는 상태에 이르렀다. 지금까지 개발된 가장 강력한 유전 치료 기술(genetic therapeutic technology)은 바이러스를 통해서 결손된 유전자를 외부에서 다시 넣어주는 형태의 유전자 치료(gene therapy)와 비정상적인 유전자 발현을 knockdown으로서 제어하는 RNA 간섭치료(RNA interference)가 대표적이었다. 하지만 바이러스를 이용한 유전자 치료는 외부에서 넣어주는 유전자의 삽입 위치에 따른 mutagenesis 또는 특정 유전자의 불활성화를 유도할 수 있고, 전달되는 transgene의 number variation 및 발현양을 조절하기 어려운 등의 문제점을 갖고 있다. 또한, RNA 간섭치료 역시 비정상적인 유전자 발현을 충분히 억제하지 못한다거나, 낮은 특이성으로 상관 없는 다른 유전자의 발현을 억제하는 등의 한계를 보여주었다[2, 3].

이런 유전자 치료 및 RNA 간섭치료의 한계는 유전체 내의 특정 위치에 DNA 이중 가닥 절단(double strand breaks, DSB)을 유도하는 유전자 가위(programmable nuclease)들의 개발에 의해 유전체 교정 기술(genome editing technology)이 개발되면서 새로운 전기를 맞이하게 되었다. 유전자 가위를 이용하면 해로운 변이를 제거하거나 이로운 변이를 추가함으로써 질병에 노출된 세포나 조직을 교정하여 질병을 원천적으로 치료할 수 있게 된다는 점에서 이런 유전체 교정 치료(genome editing therapy)는 다른 어떤 치료법보다 효과적으로 질병을 제어할 수 있다[4]. 유전체 교정 치료(genome editing therapy)는 유전체 교정 기술이 이루어지는 위치에 따라 체내 유전체 교정 치료(in vivo genome editing therapy)와 체외 유전체 교정 치료(ex vivo genome editing therapy) 두 가지로 크게 구분할 수 있다. 체내 유전체 교정 치료는 체내에 바이러스나 지질나노파티클(lipid nanoparticle, LNP) 등을 이용해서 전신적 또는 국소적으로 유전자 가위를 전달함으로써 체내에서 유전자 교정이 일어나게 하는 방법이며, 체외 유전체 교정 치료는 체외에서 배양을 하여 다시 체내에 전달이 가능한 세포들을 대상으로 체외 배양중인 세포에 전기천공(electroporation), 바이러스, 지질 나노파티클 등의 방법을 통해 유전자 가위를 전달하여 체외에서 유전자 교정이 일어나게 하는 방법이다[그림 1].

본 보고서에서는 체외 유전체 교정 치료(ex vivo genome editing therapy)에 초점을 맞추어서 유전체 교정 치료의 특징과 방법, 현재 개발되고 있는 치료법들의 종류 및 치료제 개발에 고려되어야 할 사항들에 대해 살펴보고자 한다.

...................(계속)

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