유전자 치료

 

유전자 치료

유전자 치료

 

 

비정상 유전자를 정상 유전자로 대체시켜 유전적 결함을 치료하거나 새로운 기능을 추가하는 획기적인 치료법을 유전자 치료라고 한다. 2017년 기준으로 Spark Therapeutics 사의 Luxturna (RPE65 돌연변이성 흑내장 치료제)와 Novartis사의 Kymriah (키메라 항원 수용체 T 세포 치료제)는 FDA가 승인한 최초의 유전자 치료제로 시장에 진입했다. 이후 Novartis사의 Zolgensma, Alnylam사의 Patisiran 등의 의약품도 타사의 유전자 치료제와 함께 FDA 승인을 받았으며 이의 대부분은 어디도 관련 바이러스(AAV) 및 렌티바이러스를 유전자 전달체로 사용하였다. 1980년대부터 시도되었고, 1990년대에 들어서 성공 사례들이 보고되기 시작되었다. 성공 사례가 보고된 1989년 이래로 2016년 2월까지 2,300여 건의 임상 시험이 시행되었으며 그중 절반 이상이 임상 1단계에서 실시되었다.

근본적으로 유전자 치료의 목적은 유전 질환을 앓고 있는 사람의 유전적 결함을 교정하는 데 있다. 치료법에는 체세포 유전자 치료와 생식 세포 유전자 치료 두 가지가 있다. 체세포 유전자 치료는 특정 기관 또는 조직에 생긴 유전적 결함을 치료하는 것이다. 이러한 치료 방법을 통해 형성된 유전적 변화는 다음 세대에 전달될 수 있기 때문에 심각한 사회적, 윤리적 논란이 대두되고 있다. 넓은 의미에서, 환자의 유전자를 포함한 유전체 구성에 변화를 초래하는 모든 의료절차가 유전자 치료로 간주한다.

 

영구적인 유전적 변화를 일으킨 최초의 체세포 유전자 치료는 1993년에 보고되었다. 유전자 치료는 유전적 결함을 그 근원에서 고치는 방법이다. DNA와 RNA를 포함하는 외래의 고분자는 단백질로 번역되거나, 표적 유전자 발현을 방해하거나, 유전자 돌연변이를 바로 잡을 수 있다. 가장 일반적으로는 돌연변이 유전자를 대체 할 기능적 치료 유전자(예를 들면 정상적인 유전자)를 암호화하는 DNA를 사용한다. 이 DNA는 세포 내에서 분자를 운반하는 벡터(vector) 내에 포장되어 있다. 최초의 상업적 유전자 치료제인 Gendicine은 2003년 중국에서 암 치료제로 승인받았다. 2011년에 Neovasculgen은 러시아에서 중요한 사지 허혈을 포함하여 말초동맥질환 치료를 위한 최초의 유전자 치료제로 등록되었다. 희귀 유전질환 치료제인 글리베라(Glybera)는 유럽 위원회(European Commission)의 승인을 거쳐 유럽과 미국을 통틀어 임상적 용도로 승인된 최초의 유전자 치료제가 되었다. 유전자 치료에서의 첫 번째 시도는 1980년 7월 10일에 마틴 클라인 (Martin Cline)에 의해 수행되었다. Cline은 환자의 유전자 중 하나가 6개월 후에 활성화되었다고 주장하지만, 이 데이터를 공개하지 않았고, 공개했다고 하더라도 베타 지중해 빈혈(β-thalassemia) 치료에 도움이 되지 않았을 것이기에 그의 연구 결과는 설득력을 잃었다. 1980년대의 실험 동물에 대한 광범위한 연구와 1989년 박테리아 유전자 도입 실험의 성공을 통해 1990년 9월 14일 아샨티 데실 바(Ashanti DeSilva)가 중증 면역결핍증을 치료받은 사례가 첫 번째 성공 사례로 알려져 있다. 지금까지의 의학, 임상적 치료는 질병이 발병한 후에 해당 질병의 물리적으로 원인을 제거하거나 유기합성을 통해 만들어진 화합물을 투여하여 질병의 원인이 되는 물질을 억제하는 방법들이 주류를 이루었다. 유전자 치료의 경우는 질병을 가진 개체의 유전체 자체를 변화시켜 질병의 원인을 제거하거나 비정상적인 기능을 보이는 유전자들이 제 기능을 찾을 수 있도록 돕는 치료 방법으로, 기존의 치료 방법과 다르게 질병의 원인 자체를 조절할 수 있다는 장점을 가진다.

초기에는 주로 원하는 단백질을 발현시키는 유전자를 투여하는 데에 중점을 두었고, 기술이 발전함에 따라 3세대 유전자 가위인 CRISPR 등을 사용하여 직접적인 유전체 편집을 시도하는 방향으로 연구가 진행되었다. 바이러스 벡터는 환자의 유전체에 유전자를 직접 도입하고, 원하는 단백질을 발현할 수 있게 하거나 핵산 분해효소(CRISPR 등)를 발현하여 환자가 치료 효과를 얻을 수 있도록 한다. 유전자 치료의 간단한 원리는 바이러스 벡터를 운반체로 하여 DNA, RNA를 포함하는 환자가 필요로 하는 고분자를 환자의 유전체에 도입시켜주는 것이다. 일반적으로는 바이러스 벡터를 정맥에 주사하는 방법을 이용한다. 

 

유전자 전달체

레트로바이러스(retrovirus)는 유전물질을 숙주 세포의 유전체로 복사한다. 과학자들은 바이러스의 유전물질을 치료용 DNA로 대체하는, 즉 바이러스를 DNA의 운반체로 사용하는 방법을 이용한다. 레트로바이러스, 아데노 바이러스(adenovirus) 그리고 렌티 바이러스(lentivirus) 등이 이에 이용된다. 비 바이러스 방법은 바이러스 벡터를 이용하는 방법보다 낮은 형질 전환 혹은 유전자 발현 효율을 보였고 이에 따라 낮은 치료 효과를 보였다. 최근에는 세포 특이 표적화 및 세포내수송 제어 등의 새로운 기술들을 도입하여 이러한 문제를 보완할 수 있다는 가능성을 제시하는 연구들이 보고되고 있다. DNA를 세포 내로 운반하는 방법은 여러 가지가 있다. 두 가지 주된 방법은, 재조합 바이러스 (바이러스 벡터) 및 히스톤이 제거된 DNA(naked DNA) 또는 DNA 복합체(비 바이러스) 방법이다.