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  • 우성형 알피도 유전자 치료로 정복된다. - 로돕신 동물시험 성공
    최정남 2018-10-26 2,931
     
    (학술) 우성형 알피도 유전자 치료로 정복된다. - 로돕신 동물시험 성공

    최근 협회의 유전자 분석 1차 사업이 마무리 단계에 들어서고 있는 과정에서 국제적으로 다양한 연구 소식들이 들어오고 있어 매우 기쁘게 생각합니다.

    참고로 협회는 그동안 임상 규정에 따라 159명의 WES 데이터가 전원 완료되어야 하고, 처음 진행하는 만큼 분석의 정확도를 높이기 위해 “데이타를 통해 발견된 모든 후보 유전자”들은 생얼 검사법 (기존의 고전적 유전자 분석 방식)으로 재확인하고 있기에 기대이상으로 진단이 지체되었음을 양해 바랍니다. 이제 대부분의 데이터 생산/확인/분석이 완료되어 다음달 부터 마침내 병원 진단이 개시됨을 알려드립니다.

    오늘 전하고자 하는 소식은 알피 우성형의 유전자 치료 기술이 동물 시험을 통해 성공적인 결과를 얻었다는 내용입니다. 그동안 유전자 치료 기술 개발과 임상이 대부분 열성형과 모계 X-link 알피를 대상으로 집중되었는데, 이는 알피 우성형의 유전자 치료가 어려웠다는 사실을 반증하는 것이었습니다.

    이번 소식은 최초의 알피 관련 유전자 치료제로서 룩스터나 개발에 참여했던 미국의 펜실베니아 대학 연구팀이 플로리다 대학과의 공동으로 진행된 연구로서 우성형 알피 질환인 로돕신 유전자의 변이로 실명된 개를 대상으로 시험한 결과입니다.

    협회는 관련 기술의 개발로 알피 우성형 질환의 정복도 멀지 않았음을 기대합니다.

    -------------------- 소 식 내 용 ------------------

    Knockdown and replace: A gene therapy twofer to treat blindness
    Date: August 20, 2018 Science Daily

    지난해 미국 FDA 가 실명 질환과 암 치료를 위해 역사상 최초로 유전자 치료제를 승인함으로서 유전자 치료 기술 분야에서 새로운 이정표를 세웠다. 과거 이같은 유전자 치료제를 임상으로 진행한 바 있는 미국의 펜실베니아 연구팀들이 이번에는 알피 질환을 대상으로 한 또하나의 새로운 연구 성과를 발표하였다.

    플로리다 대학과 함께 펜실베니아 약학대학 공동 연구에서 과학자들은 로돕신 변이 유전자를 차단하고 정상적인 단백질을 생산하게 함으로서, 세포의 기능을 회복시키는 데 성공하였다. 이같은 유전자 봉쇄 및 교체 기술은 (인간과 동일한) 알피를 가진 개의 동물시험을 통해 광수용체 세포를 보호할 수 있었다.

    더불어 이들 연구자들은 단일 바이러스 벡타를 사용하여, 변이 유전자의 차단과 정상 유전자로의 교체를 동시에 수행할 수 있는 유전자 물질을 전달하는 데 성공하였다. 비록 로돕신 유전자의 변이가 150 종류 이상으로 이들 대부분이 알피를 일으키는 것으로 파악되었지만, 우리의 이번 기술은 그러한 변이 종류와는 무관하게 치료 효능을 기대할 수 있게 되었다. 앞으로 임상을 통해 안정성과 효능이 검증된다면, 무엇보다 우성형 알피 질환의 상당 부분을 차지하는 로돕신 변이 환자들에게 커다란 치료 혜택이 될 것으로 기대된다.

    펜실베니아 대학 망막 치료 연구실 이사이며 안과 교수인 Beltran 박사는 “ 한번의 치료로 모든 것을 해결한다.” 라고 설명하였는데, 그는 논문의 주요 저자로서 이번 연구 결과를 국립 과학 아카데미 학술지에 게재하였다.

    “ 로돕신 유전자는 인간과 개 사이에 변이 위치가 다를 뿐 상동 관계에 있기 때문에 이를 표적으로 하는 우리의 유전자 치료 기술은 조만간 임상으로 진행될 수 있는 기대를 갖게 하였다.” 고 덧붙였다.

    “ 지난 수 십년 동안 학술 연구를 통해서, 우리는 이같은 특정 생체 분자 (변이 유전자)가 특정한 알피 질환을 일으키고 있다는 사실을 알게 되었지만, 곧바로 치료 기술의 개발로 나아갈 수 없었다.” 고 펜실베니아 약학 분야 안과 연구 교수이며 이번 논문의 공동 저자인 Cideciyan 박사는 설명하면서,

    “ 개와 같은 동물 시험을 통하여 축적된 그동안의 연구 결과에 따라, 이제부터 우리는 관련 변이 유전자를 치료하고 광수용체의 죽음을 예방하는 치료 기술 개발에 나설 수 있게 되었다.” 고 그는 말했다.

    최근 연구 성과는 그동안 펜실베니아 대학 내의 시각 관련 연구자들 사이의 오래된 연구 파트너 쉽의 결과라 할 수 있다. 위에 언급한 Beltran 과 Cideciyan 박사 외에도 펜실베니아 수의 대학 Sudharsan 연구 교수와 유전학 및 안과 교수인 Aguirre 박사 그리고 유전성 망막 쎈타의 안과 교수인 Jacobson 박사가 이번 연구에 참여하였다.

    알피 질환은 점진적으로 진행하는 유전성 망막 질환의 일종이다. 약 30년 전에 알피를 일으키는 변이 유전자로서 로돕신 유전자가 최초로 규명된 바 있었다. 이후 다른 유전자들이 계속해서 밝혀지고 있는 중이며, 그중 로돕신 유전자의 변이로 발병하는 알피 질환은 우성형의 30%를 차지할 정도로 매우 중요한 유전자에 속한다.

    로돕신 유전자의 변이 중 상당 부분이 우성의 형태로 가족들에게 유전된다. 이는 부모 중 한명으로 부터 변이 유전자를 넘겨받아도 아이는 곧바로 알피가 발병하는 것을 뜻한다. (열성의 경우는 부모 양쪽으로부터 동일한 변이 유전자를 가져와야 발병됨)

    “ 우리 연구 조사에 따르면, 지난 1990년대에 이같은 유전형의 알피 환자들을 보아왔지만, 지금은 그러한 우성형 환자들의 손자 손녀가 알피로 발병하는 것을 보게 되었다.” 고 Jacobson 박사는 말하면서, “ 그러한 이유로 이 질환은 수세대에 걸쳐서 나타나는 매우 심각한 질환이다.”라고 설명한다.

    알피를 발병시키는 로돕신 변이 유전자는 망막의 광수용체 세포에 적절한 기능을 하지 못하고 단지 독성을 띠는 매우 해로운 단백질을 생산하게 만든다. 따라서 과학자들은 이러한 문제점을 해결하기 위한 최선의 방법으로서 변이 단백질의 생산을 차단하는 전략을 사용하기로 하였다.

    “ 지금까지 기존의 유전자 치료 기술은 기능을 제대로 하지 못하는 변이 유전자들을 대상으로 개발되었다. (번역자: 주로 열성형 알피 질환이 대상) ” 고 Aguirre 박사는 말하면서,

    “ 이번의 경우에도 광수용체가 정상적인 구조와 기능을 할 수 있도록 건강한 유전자를 넣어줄 필요가 있었다. 그러나 우성형의 알피 질환인 경우에는 한쪽의 변이 유전자가 만드는 독성 단백질이 세포에 치명적인 피해를 주기 때문에 동시에 이러한 변이유전자의 활동을 차단시킬 필요가 있다.” 라고 그는 강조한다.

    연구 초기에는 개의 망막에서 로돕신의 정상 부위와 변이 부위 양쪽을 단순히 넉다운 (knockdown) 시키려는 시도를 하였다. 그러나 이같은 시도는 질환의 진행을 늦추었지만 광수용체인 막대세포에서 중요한 세포 구역(시각을 만드는 외절 부위)의 손상을 막을 수는 없었다. 따라서 연구자들은 건강한 유전자 사본을 추가해서 넣어 줌으로서, 정상적인 기능을 하는 망막 세포를 보존하는 것이 최선의 전략임을 깨닫게 되었다.

    이같은 새로운 전략에 따라 지금은 시험실 연구과 더불어, 로돕신 B형 변이로 말미암아 인간과 유사하게 알피가 발병된 개를 모델로 동물 시험이 진행되었다. 로돕신 A형 변이의 환자는 어린 나이에 광수용체의 기능이 소멸되는데 반하여 로돕신 B형의 변이는 수 십년 동안 막대세포가 유지되기 때문에 이러한 환자들이 유전자 치료 대상이 될 수 있다.

    특히 로돕신 변이로 인한 개의 시력은 희미한 빛에도 매우 민감하기 때문에 대낮과 같은 밝은 조명에서는 망막이 급작스럽게 손상된다. 이러한 민감성 때문에 과학자들은 망막의 어떤 부위가 가장 영향을 받는지 그리고 년간 단위가 아닌 주간 단위로 세포의 퇴행 정도를 관찰할 수 있어 오히려 치료 효능을 단기간에 평가할 수 있다.

    연구팀은 실험실에서 short-hairpin RNA (짧은 머리핀 모양의 리보핵산 물질) 라는 합성 물질을 이용하여 로돕신 변이 유전자의 기능을 차단할 수 있었다. 이러한 RNA 합성 물질은 플로리다 대학의 Lewin 박사팀이 만들었다. 이와 더불어 연구자들은 정상적인 로돕신 유전자를 투입해 줌으로서, 차단당한 변이 유전자의 기능을 보충하여 주었다.

    ** 번역자 해설 : shRNA - 짧은 머리핀 모양과 유사하다 하여 붙여진 이름으로 변이 유전자에서 복사된 mRNA와는 상보적 구조로 만들어짐. 세포내에서 변이 유전자에 따라 만들어지는 mRNA에 이것이 달라붙게 되면 변이 유전자의 기능을 차단하거나 봉쇄할 수 있음.

    로돕신 변이를 가진 개 실험에서 연구자들은 이같은 치료 전략을 적용하였다. 그리고 shRNA 물질과 정상적인 로돕신 유전자 물질은 서로 다른 운반체(벡타)를 사용하여야 하나, 이번 연구에서는 한가지 운반체에 탑재하여 전달하는 방식으로 성공적인 결과를 얻었다. 연구팀은 로돕신의 정상 수준에 약 30% 가까운 기능을 회복시켰으며 이는 망막 세포에서 막대세포의 손상을 막는데 충분한 수준이다.

    “ 우리는 이번 연구를 통해 단순히 변이 유전자를 넉다운 시키는 방식으로는 막대세포의 몸통인 외부핵 층만을 보존할 수 있다는 사실을 알게 되었다. ” 고 Beltran 박사는 말하면서,

    “ 그러나 빛을 포착하여 시각을 만드는 로돕신은 막대 세포의 외절 (Outer segment)층에 존재하는데 이처럼 중요한 부위가 없어지면 막대세포는 그야말로 무용지물이 된다. 그래서 넉다운 방식과 함께 정상 유전자의 교체 기술을 병합시킴으로서 우리는 광수용체의 외절 부위를 보호하고 세포의 기능을 회복시킬 수 있었다.” 고 그는 덧붙였다.

    펜실베이아 연구팀은 첨단 이미지 기술을 사용하여 막대세포의 구조적 기능적 치료 효능을 확인할 수 있었는데, 관련 기술은 ERG 검사와 함께 막대 세포나 원뿔세포의 기능을 측정할 수 있다.

    유전자 치료를 시행하여 8개월 이상이 지난 현재 치료 효능은 매우 안정적이며 오래기간 지속되고 있다. 따라서 연구팀은 현재 이번 성과를 인간을 대상으로 한 임상으로 진행할 예정이다.

    마지막으로 Cideciyan 박사는 “ 로돕신 변이로 인한 알피 환자들은 이번 연구 성과에 따라 앞으로 치료될 수 있다는 희망을 갖게 되었다.” 고 말했다.

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