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[첨단바이오포커스 제 40호] PMDA, 유전체 편집 기술을 이용한 유전자 치료용 제품 등에 대한 품질·안전성 등의 고려사항에 대한 보고서

◈ 목차

1. 서론

2. 정의

3. 유전체 편집 기술의 특정 이슈

4. 유전체 편집 기술의 분류와 그 품질 특성에 관한 과제

5. 안전성 평가의 개념

6. 치험에서 유의해야 할 사항 (장기 추적 관찰 등)

7. 결론

◈본문

• 1.서론

 특정 유전자를 특이적으로 절단(切断), 변형(改変), 편집(編集) 할 수 있는 획기적인 기술인 유전체 편집 기술(ゲノム編集技術) 1,2의 개발이 활발히 진행되어 이를 통한 새로운 유전자 치료법으로 그 실용화가 기대되고 있다.

 이 기술이 특히 주목받는 이유는 지금까지의 유전자 치료는 새로운 유전자를 삽입함으로써 질환을 치료하는 반면, 유전체 편집은 특정 유전자의 기능을 제거하거나 질환의 원인이 되는 유전자 이상(異常)을 수정하는 것이 가능하기 때문에 궁극적인 유전자 치료 기술이 될 수 있는 가능성이 있다.

 유전체 편집 기술의 기본은 DNA의 특정 부위에 대한 이중 나선 절단(double strand break, DSB)의 도입과 세포가 가진 복구 시스템의 이용이다. 이중 나선 절단(DSB)의 내부 시스템으로는 비상동적말단결합(non-homologous end joining, NHEJ)과 상동재조합(homologous recombination, HR)을 이용한 복구(homology-directed repair, HDR)가 있다. 비상동적말단결합(NHEJ)에 의한 복구는 세포 주기를 통해 일어나는 응급 처치 반응으로, 결합 시 말단에서 여러 염기의 삽입이나 결손을 동반하는 경우가 있기 때문에 표적 유전자의 파괴를 일으킬 수 있다.(그림 1)

 그림 1│유전자 치료 기술과 유전체 편집 기술의 차이 (재가공)

한편, 주로 세포주기의 S/G2 단계에서 발생하는 상동재조합(HR)3은 상동 서열과의 재조합을 통해 복원한다. 정상 유전자 서열을 가지고 있는 template DNA를 도입해 상동재조합을 이용한 복구(HDR)를 일으킴으로써 질환의 원인과 관련된 유전자 이상 부위의 수정도 가능해진다. 또, 상동재조합을 이용한 복구(HDR)를 이용해 특정 유전체 부위에 표적 유전자를 삽입·치환하는 유전체 편집도 시도되고 있다.

특정 염기 서열에 특이적으로 이중 나선 절단(DSB)를 도입할 수 있는 인공 제한 효소(artificial restriction enzyme)로서 초기에 개발된 것이 Zinc-finger nuclease(ZFN)4과 transcription activator like effector nuclease(TALEN)1이다. 그러나 이 효소들은 단백질을 통해 특정 염기 서열을 인식하기 때문에, 이러한 단백질을 제조하려면 고도의 기술과 시간이 필요하고, 막대한 비용이 소요된다. 한편, 최근 개발된 clustered regularly interspaced short palindromic repeat(CRISPR)/CRISPR associated proteins(Cas)2은 단일 가닥 가이드 RNA(single-guide RNA, sgRNA)를 이용하여 표적 유전자의 염기 서열을 인식한다. CRISPR/ Cas는 설계가 쉽고, 비용도 저렴하여 범용성이 높은 유전자 변형 기술로서 급속히 발전했다. 실제로 해외에서는 감염병이나 암, 단일 유전자 질환 등을 대상으로 유전체 편집을 이용한 유전자 치료의 임상시험이 실시되고 있으며, 수년 내에 이 유전자 치료용 제품 등의 제조판매승인 신청이 이루어질 가능성이 있다. 이에 따라 일본에서도 관련 치험이 시작될 가능성이 높아져 유전체 편집 기술을 이용한 유전자 치료용 제품 등의 품질 및 안전성에 대한 개념을 명확히 해 둘 필요가 있다.

본 보고서는 현재 개발 중인 유전체 편집 기술에 대한 이슈를 다루고, 세포나 인체 내에 삽입하기 위한 기법 및 도구(tool), 그리고 유전체 편집의 목적에 따라 분류한다. 또한 각각의 특성을 정리하는 동시에 유전체 편집 기술의 특성을 고려한 품질 및 안전성 평가와 임상에서의 장기 추적 관찰(長期フォローアップ) 수행 시 고려해야 할 사항을 정리한 것이다. 유전체 편집과 관련된 위험성에 대한 고찰은 대상 질환의 종류나 중증도에 따라 달라질 것이며, 그 임상응용을 위해 각 유전체 편집 기법들의 위험과 이점을 고려한 개별적인 평가가 필요하다. 더욱이 유전체 편집 기술은 현재 급속히 발전하고 있기 때문에 본 고려사항에 대해서도 적절한 재검토가 필요하다.

• 2.정의

본 보고서에서는 유전체 편집 기술을 이용한 유전자 치료용 제품 등(遺伝子治療用製品等)을 다음과 같이 정의한다(그림 2)

그림 2│유전체 편집 제품 및 투여 방법 (재가공)

• 1.in vivo 유전체 편집 제품(in vivo ゲノム編集製品): 직접 체내에 투여하여 체내에서 유전체 편집을 하기 위한 제품

• (1)유전체 편집 유전자 치료용 제품(ゲノム編集遺伝子治療用製品): 유전체 편집을 위해 원하는 효소 단백질(이하 유전체 편집 효소)을 발현시키는 바이러스 벡터 또는 플라스미드 벡터를 주성분으로 하는 제품
  

• (2)유전체 편집 mRNA 제품(ゲノム編集mRNA 製品): 유전체 편집 효소를 발현시키는 mRNA를 주성분으로 하는 제품
  

• (3)유전체 편집 단백질 제품(ゲノム編集タンパク質製品): 유전체 편집 효소를 주성분으로 하는 제품(sgRNA를 포함하는 경우도 있음)

• 2.ex vivo 유전체 편집 제품(ex vivo ゲノム編集製品): 유전체 편집 도구로 체외에서 유전자를 변형한 세포이며, 체내에 투여하기 위한 제품

• (1)유전체 편집 세포 가공 제품(ゲノム編集細胞加工製品): 유전체 편집 도구로 체외에서 유전자를 변형한 인간 세포 가공 제품

3. 유전체 편집 기술의 특정 이슈

(1) 유전자 변형 세포의 종양발생 등 위험성

유전체 편집 기술은 세포의 특정 유전자를 염기 서열 특이적으로 절단, 변형, 편집할 수 있는 기술이다. 하지만 그와 동시에 유사한 염기 서열을 가진 표적 이외의 유전자를 편집할 수 있는 위험성, 즉 오프타겟 작용(オフターゲット作用) 위험이 존재한다.

이러한 오프타겟 작용에 의한 결과로서 특히 우려되는 것이 세포의 종양발생이다. 오프타겟 작용에 의해 직접적인 암 유전자의 활성화나 암 억제 유전자의 불활성화가 일어날 가능성이 있고, 또 유전체 편집에 의한 유전자 변형은 영속적인 효과를 가져오기 때문에 그 위험성은 증대한다.

이중 나선 절단(DSB)을 유도하는 유전체 편집 기술은 염색체 절단에 의해 유전체가 불안정화되거나, 현재까지의 평가법으로는 검출할 수 없는 염색체의 대규모 결함, 절단 부위에 표적 외 염기 서열의 삽입이 일어나거나 하는 위험성도 보고되어 있는 것부터, 염색체 이상에 의한 종양형성에 대한 위험성에 대해서도 검토할 필요가 있다.

(2) 생식세포에서 의도하지 않은 유전자 변형의 위험성

in vivo 유전체 편집은 표적 세포 이외에서의 유전체 편집 또는 목적 유전자 이외의 유전자 변형이 생겨도 이들을 식별하거나

배제하는 것은 어렵다.

특히 소아 환자나 생식 가능 연령의 환자를 대상으로 하는 in vivo 유전체 편집은 생식세포에 미치는 영향이 우려되어 최근에는 유전체 절단(切断)에 따른 염색체 이상 등의 위험을 피하기 위해 유전체 절단 없이 유전자 변형을 실시하는 새로운 기술도 개발되고 있지만, 다음 세대에 미칠 수 있는 유전적인 영향에 대해 충분히 검토할 필요가 있다.

...................(계속)

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