대형 유전자 삽입 효율 획기적 개선, 유전질환 치료 새 길 열다

유전자 편집 기술의 한계를 극복한 혁신적인 방법이 개발됐다. 국제 학술지 네이처에 발표된 최신 연구에 따르면, 과학자들이 '쿼드 프라임 에디팅(QuadPE)' 기술을 통해 대형 DNA 단편의 삽입 효율을 획기적으로 높이는 데 성공했다. 이 기술은 기존 유전자 편집 방식의 심각한 한계였던 대형 유전자 삽입 효율 저하 문제를 근본적으로 해결함으로써, 유전질환 치료의 새로운 가능성을 제시하고 있다.

현재까지 사용되던 프라임 에디팅 기술은 페어드 가이드 RNA(pegRNA)를 활용해 유전자를 삽입하는 방식이지만, 300개 이상의 염기쌍을 가진 대형 DNA를 삽입할 때 효율이 급격히 떨어지는 문제가 있었다. 이는 유전질환 치료에 필요한 많은 유전자들이 수천 개의 염기쌍으로 이루어져 있기 때문에 실질적인 치료 적용에 큰 걸림돌이 되었다. 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 네 개의 가이드 RNA를 조합하는 새로운 전략을 개발했다. 구체적으로, 게놈을 표적하는 두 개의 페그RNA를 PAM-아웃 또는 PAM-인 방향으로 배치하고, 공여자 DNA를 표적하는 두 개의 페그RNA를 선형 또는 원형 형태로 조합하는 방식이다.

쿼드 프라임 에디팅 기술의 성능은 기존 방식들을 압도적으로 능가한다. 연구팀이 실시한 실험 결과, 이 기술은 1.6킬로베이스에서 26킬로베이스에 이르는 대형 DNA 단편을 안정적으로 삽입할 수 있으며, 여러 위치에서 약 40% 정도의 높은 삽입 효율을 보였다. 특히 오프타겟 삽입 활동이 최소화되어 부작용 위험이 극히 낮다는 점이 주목할 만하다. 9.5킬로베이스 크기의 DNA 삽입 시 기존 재조합효소 기반 시스템(PASSIGE, PASTE)과 비교해 11배, 61배 향상된 효율을 보였고, 트랜스포제이스 기반 시스템(CAST)과 비교해서는 12배 향상된 효율을 기록했다. 이는 같은 규모의 DNA 삽입에서 쿼드 프라임 에디팅이 얼마나 우월한 성능을 갖추고 있는지를 명확히 보여준다.

더욱 중요한 것은 이 기술이 분열하는 세포뿐 아니라 분열하지 않는 세포에서도 효과적으로 작동한다는 점이다. 연구팀은 인간의 1차 T세포와 분열이 완료된 신경세포 같은 비분열 세포에서도 쿼드 프라임 에디팅이 성공적으로 작동함을 입증했다. 이는 기존 유전자 편집 기술의 또 다른 큰 한계를 극복한 것으로, 신경계 질환이나 면역계 질환 같은 다양한 유전질환의 치료에 적용할 수 있는 가능성을 열어준다. 특히 신경세포는 성인에서 거의 분열하지 않기 때문에, 이들 세포에서도 유전자 편집이 가능하다는 것은 신경퇴행성 질환 치료에 획기적인 진전이다.

쿼드 프라임 에디팅의 또 다른 혁신적 특징은 이중 가닥 DNA 절단이나 재조합효소가 필요 없다는 점이다. 기존의 많은 유전자 편집 기술들은 DNA를 자르는 과정에서 예상치 못한 손상을 초래할 수 있었고, 재조합효소 같은 추가 단백질이 필요해 과정이 복잡했다. 쿼드 프라임 에디팅은 이러한 복잡성을 제거함으로써 더욱 안전하고 정확한 유전자 편집을 가능하게 한다. 이는 임상 적용 단계에서 환자의 안전성을 크게 높일 수 있음을 의미한다.

이번 연구 성과는 유전질환 치료의 미래에 중대한 영향을 미칠 것으로 예상된다. 지금까지 유전자 치료가 어려웠던 많은 유전질환들, 특히 대형 유전자 결손이나 돌연변이로 인한 질환들이 새로운 치료 대상이 될 수 있게 되었다. 연구팀은 개발한 분석 코드와 유전체 서열 데이터를 깃허브와 미국 국립 생명공학정보센터를 통해 공개함으로써, 전 세계 과학자들이 이 기술을 바탕으로 추가 연구를 진행할 수 있는 기반을 마련했다. 앞으로 쿼드 프라임 에디팅 기술이 임상 시험 단계로 나아가면, 현재 치료법이 없는 많은 유전질환 환자들에게 새로운 희망을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.