일본산업뉴스요약

Start Up Innovation / Science
유전자 스위치 제어 기술
에피게놈 편집

특정 유전자 기능을 허용하거나 차단하는 ‘에피게놈(Epigenome, 후성유전체) 편집‘이라고 하는 기술 개발이 잇따라 추진되고 있다. 효율적으로 특정 유전자 정보를 개변하는 게놈편집과 유전자 재편성에 비해 게놈 자체의 정보를 변화시키지 않기 때문에 안전성이 높을 것으로 기대를 모으고 있다. 아직 기초 연구 단계에 있지만 앞으로는 암이나 특정 유전자 질환 치료 등에 응용될 수 있을 것으로 전망되고 있다.

-- 암 치료의 새로운 기술로 --
DNA는 무수의 염기가 연결되어 있고, 각각의 염기에 메틸기(CH3-) 등 여러 가지 분자가 붙어 있는 것을 에피게놈이라고 한다. ‘에피게놈 편집’은 이러한 분자를 자유자재로 붙이거나 제거해 특정 유전자의 기능을 조절할 수 있는 기술이다.

예를 들어, 어떤 유전자의 염기 배열에서 메틸기라고 하는 물질을 제거하면 기능은 발휘되고, 메틸기를 붙이면 기능은 차단된다. 에피게놈은 질병에 관련되어 있는 것으로, 암과 당뇨병, 비만, 알레르기, 동맥경화 등과 관계가 있을 것으로 알려져 있다.

군마(群馬)대학의 하타다(畑田) 교수팀과 규슈(九州)대학, 국립성육(國立成育)의료연구센터로 구성된 연구팀은 특정 유전자 스위치만을 효율적으로 ON으로 하는 기술을 개발했다. 게놈편집에서 DNA를 자르는 역할로 사용되는 효소 ‘캐스9’을 개량해 절단 기능을 없앤 것을 사용하는 것이 특징이다.

-- 원하는 유전자에만 반응 --
연구팀은 이 캐스9에 표적이 되는 아미노산을 복수 연결시켰다. 이 표적을 인식해 결합하는 항체에 TET라는 효소를 연결시킨 것도 함께 세포에 주입했다.

세포 실험에서는 TET가 DNA에서 메틸기를 효율적으로 제거하는 반응을 일으켰다. 모든 유전자 상태를 분석해보니 특정 유전자의 메틸기만이 제거되어 있어, 유전자 스위치가 켜진 것이 증명되었다고 한다. 실험쥐의 태아의 뇌에서도 특정 유전자 스위치를 ON으로 하는 것에 성공했다.

에피게놈 편집은 암 치료로의 응용이 기대되고 있는 기술이다. 암세포의 증식을 억제하는 유전자에 메틸기가 붙으면 스위치가 꺼져 정상적인 세포가 암세포로 변하는 것으로 알려져 있다. 기존 치료약 중에는 유전자 스위치를 ON으로 하는 것도 있지만, ON이 되면 안 되는 유전자에까지도 작용해 부작용을 일으킬 위험성이 있다. 이러한 점에서 에피게놈 편집은 원하는 유전자만을 ON으로 할 가능성이 있다. 하타다 교수는 “유전자의 기능 이상으로 발생되는 암이나 베타 탈라세미아(β-Thalassemia) 등의 질환 치료로 이어질 수 있도록 하고 싶다”라고 말한다.

긴키(近畿)대학과 기타자토(北里)대학, 도쿄공업대학 연구팀은 실험쥐의 수정란 DNA 중 원하는 곳에 메틸기를 붙이는 것에 성공했다. 절단 기능을 없앤 캐스9의 유전자와 DNA에 메틸기를 붙이는 기능을 가진 세포 유래 효소 유전자를 연결한 것과 DNA의 원하는 배열에 결합하는 염기 배열을 수정란에 주입하는 방법이다. 이와 같은 방법이 효율적으로 도입될 수 있게 된다면 생식세포 발생 및 분화 연구 발전에 도움이 될 것이다.

-- 안전성 기대 --
의료분야 응용 등이 추진되고 있는 게놈 편집은 이상이 있는 유전자를 잘라내 기능을 없애거나 그 곳에 정상 유전자를 도입해 치료하는 차세대 유전자 치료로 주목 받고 있다. 하지만 DNA 배열에서 목표 부분과 닮은 부분까지도 잘라내어 암이 될 위험성이 있다는 단점이 있다.

한편 에피게놈 편집은 DNA를 절단하지 않을 뿐만 아니라 유전자 정보도 바꾸지 않기 때문에 안전성이 높을 것으로 전망되고 있다. 하지만 게놈 편집과 같이 DNA의 원하는 유전자 옆 배열과 비슷한 곳에 메틸기를 붙이거나 제거할 위험성도 있다. 기타자토대학의 야마사키(山崎) 상급연구원은 “안전성에 대해서는 충분히 검토해야 할 필요성이 있다”라고 지적한다.

에피게놈 편집 외에도 유전자 정보를 바꾸지 않고 특정 유전자의 기능을 조절하는 기술이 있다. 히로시마대학의 사쿠(佐久) 강사와 야마사키(山崎)의료대학 연구팀은 특정 유전자 정보를 판독하는 기능을 억제한 유전자 연구를 추진하고 있다.

연구팀은 DNA를 잘라내는 기능을 없앤 캐스9의 유전자와 유전자 정보를 판독하는 능력을 억제한 유전자 ‘KRAB’를 연결시켜 세포에 도입하는 기술을 개발. 폐의 편평상피암 세포에 주입한 결과, 암세포 증식에 없어서는 안될 ‘Sox2’와 ‘p63’이라고 하는 유전자의 기능이 억제되어 대부분의 암세포가 사멸했다고 한다. 사쿠 강사는 “연구를 통해 유효성을 밝힐 수 있었다’라고 말한다.

게놈편집은 미국 등 해외에서 앞서있고 최근에는 암을 중심으로 임상시험이 시작되고 있다. 일본은 보다 안전한 차세대 유전자 치료에 대한 기초연구에서 뒤처져 있어서는 안될 것이다.

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