“암세포 DNA만 골라 없앤다”...유전자 가위 신기술 개발

암세포만 정밀하게 표적해 사멸을 유도하는 차세대 유전자 치료법이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 울산과학기술원(UNIST) 바이오메디컬공학과와 기초과학연구원(IBS) 유전체항상성연구단 공동 연구팀은 암세포의 DNA를 선택적으로 손상시킨 뒤 이를 복구하지 못하게 차단하는 방식으로, 정상세포의 손상을 최소화하면서 암세포만 표적 제거하는 데 성공했다. 기존 치료법보다 정밀성이 높고 부작용이 적어 정밀 항암 치료 기술로 주목받고 있다.

이번 치료법에는 유전자 가위의 일종인 ‘Cas9-닉네이즈’ 단백질과 4개의 'sgRNA'가 사용됐다. 이들이 암세포 DNA에 손상을 유도하고, 여기에 DNA 복구를 막는 약물인 'PARP 억제제'를 함께 투여해 암세포가 살아남지 못하도록 설계됐다.

sgRNA는 유전자 가위가 자를 위치를 정확히 알려주는 내비게이션 역할을 한다. 유전자 가위(CRISPR/Cas9)란 특정 유전자 부위를 정밀하게 잘라내거나 수정할 수 있는 기술로, DNA 내에서 마치 가위처럼 작동한다. 이를 통해 질병의 원인이 되는 유전자를 제거하거나, 암세포와 같은 비정상 세포를 조절하는 데 활용할 수 있다.

sgRNA가 목표 DNA 서열을 인식하면, 유전자 가위 단백질인 Cas9는 지시에 따라 해당 부위를 정밀하게 잘라낸다. PARP(Poly ADP-ribose polymerase)는 DNA의 손상 부위를 복구하는 효소다. PARP 억제제는 이 효소의 작용을 막아, DNA 복구 능력이 떨어진 암세포를 죽이는 데 사용된다. 이번 연구는 이 두 기술을 결합해 치료 효과를 극대화했다.

연구팀은 사람 유래 암세포주, 환자 유래 장기체(오가노이드), 생쥐 이식 종양 모델을 활용해 실험을 진행했다. Cas9-닉네이즈(Cas9-nickase, nCas9D10A)와 4개의 sgRNA를 복합체(RNP)로 제작한 뒤, 이를 리피드 나노입자(LNP)에 담아 암세포에 전달했다. 여기에 PARP 억제제를 병용해 DNA 복구 경로를 차단함으로써 암세포를 정밀하게 사멸시켰다. 연구팀은 이 기술이 암세포 DNA를 효과적으로 손상시키는지, 종양 성장을 억제하는지, 그리고 부작용은 없는지 등을 정밀하게 관찰했다.

연구 결과, 보통 여러 개의 sgRNA가 필요한 기존 방식과 달리, 단 4개의 가이드 RNA만으로도 암세포 DNA를 여러 위치에서 동시에 끊어 암세포를 효과적으로 죽일 수 있었다. 이는 Cas9-닉네이즈가 DNA를 한 가닥씩 자르는 성질 덕분에, 소수의 sgRNA만으로도 여러 부위에 큰 손상을 일으킬 수 있었기 때문이다. 이 덕분에 효율성과 안전성을 높일 수 있었으며, 기존 유전자 가위 기술의 문제였던 ‘오프 타겟 효과’(비표적 유전자 손상)도 유의미하게 줄인 것으로 나타났다.

동물 실험에서는 치료를 받지 않은 그룹과 비교해 종양 크기가 36% 이하 수준으로 억제됐고, 몸무게 변화나 눈에 띄는 부작용도 없었다. 또한 이 기술은 유전자 돌연변이가 없는 암에서도 효과를 보였으며, 기존 치료 대상이 아니었던 다양한 암종으로 PARP 억제제 활용 범위를 넓힐 수 있는 가능성을 보여줬다.

이 연구의 교신 저자 중 한 명인 조승우 교수는 "이번 연구는 기존의 DNA 손상을 유도하는 방사선 치료와 달리, 정상 세포에 대한 손상을 최소화하면서 암세포만을 정밀하게 표적해 사멸시킬 수 있는 가능성을 제시한다"고 말했다. 다만, "이 치료법이 모든 암세포를 완전히 제거하지 못하고 종양이 다시 성장할 수 있다는 한계가 있었다"라며 "앞으로 약물 전달 효율을 최적화하여 치료 효과를 더 높이는 연구가 필요하다"고 덧붙였다.

이번 연구 결과('Combining Multiplexed CRISPR/Cas9-Nickase and PARP Inhibitors Efficiently and Precisely Targets Cancer Cells: RISPR/Cas9 Nickase 다중 표적화와 PARP 억제제 병용을 통한 정밀 암세포 치료 전략 연구')는 지난 8월 국제 학술지 '캔서 리서치(Cancer Research)'에 게재됐다.