특히, 유전자 가위 기술 중 3세대 크리스퍼 유전자 가위 기술은 MIT Technology Review가 발표한 2014년 10대 혁신 기술, 2015년 세계경제포럼(WEF)에서 가장 주목받는 10대 미래 기술로 선정돼 많은 주목을 받고 있다.

최근 국내 연구진이 유전자 절단 효소인 ‘Cas9’ 단백질을 개량해 유전체 서열 선택성을 부여하는 ‘sgRNA’와 자가 조립이 가능하고 외부의 전달체 없이 안전하게 암 생체 조직으로 전달 가능한 자가조립형 유전자 가위 시스템을 개발했다고 밝혔다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 의공학연구소 생체재료연구단 오승자 박사팀과 테라그노시스연구단 장미희 박사팀은 공동연구를 통해 유전자 가위를 체내에 직접 넣는 ‘인비보(In-vivo)’ 방식을 활용해 외부의 전달체 없이 자가조립이 가능하도록 유전자 교정 핵심 단백질(Cas9)을 개량, 안전성이 높고 생체 조직 내의 표적이 용이해 암을 치료할 수 있는 크리스퍼 유전자 가위 기술을 개발했다.

기존의 유전자 가위를 생체 조직으로 전달하는 기술은 인지질로 구성된 양이온 리포좀(Cationic liposome)을 통한 전하 복합체의 형성에 의해 전달이 가능했기 때문에, 의도치 않은 면역원성을 유발하고 세포 독성이 높아, 임상 연구로 진행되기엔 한계가 있었다.

뿐만 아니라 양이온 리포좀 내 유전자 가위를 캡슐화할 때 포착 효율이 좋지 않다는 단점을 갖고 있다.

그래서 이러한 유전자 가위를 통한 질병의 원인이 되는 DNA를 교정하는 기술이 유전자 치료제로 개발되기 위해서는 유전자 가위가 생체 조직 안으로 면역 부작용이 없이 정확하고 안전하게 표적하는 기술이 매우 중요하다고 여겨져 왔다.

KIST 오승자, 장미희 박사팀이 개발한 자가조립형 유전자 가위 기술은 외부의 전달체 없이 유전자 가위를 암 세포막 안으로 스스로 전달 가능하도록 하는 기술로, 핵까지 스스로 이동한 유전자 가위가 유전체를 교정하는 메커니즘을 가진다.

KIST 연구진은 ‘Cas9’ 단백질의 서열 ‘C’ 말단 부위(c-terminus)를 음전하를 띄고 있는 sgRNA와 자가조립이 가능하도록 양전하로 구성된 자연 유래의 펩타이드 서열(LMWP, Low molecular weight protamine)과 핵으로 이동이 가능한 서열(NLS, Nuclear localization signal)을 가지도록 설계했다.

특히, 양이온으로 구성된 자연 유래의 펩타이드 서열을 통해 음전하로 구성된 sgRNA와 자가 조립이 가능함과 동시에 암 세포막을 통과 가능하게 설계했다.

그 결과 외부의 전달체 없이 손쉽게 자가조립이 가능한 유전자 전달 기술을 개발, 폐암치료에 적용해 항암 효능 효과를 검증했다.

KIST 오승자 박사는 “이번 기술은 암을 포함한 난치성 유전 질환에 적용 가능한 플랫폼 기술로, 질병을 유발하는 유전자를 편집해 교정하는 기술에 활용이 가능하다”고 말했다.

KIST 장미희 박사는 “본 기술의 개발 이후에 지속적인 지원과 연구가 이어진다면, 동식물 개량 등 향후 유전자 조작이 필요한 전 분야에 응용 확장 가능한 기술로 발전될 수 있다”고 밝혔다.

연구진은 향후 자가조립형 유전자 가위 기술을 치료제로 개발하기 위해 개발된 플랫폼의 안전성, 안정성, 재현성 등에 대한 데이터를 축적할 것을 우선과제로 꼽고 있다.

이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업으로 수행됐으며, 연구결과는 ‘ACS Nano’(IF : 13.709, JCR 분야 상위 4.23%) 최신호에 논문명 ‘Simple in Vivo Gene Editing via Direct Self-Assembly of Cas9 Ribonucleoprotein Complexes For Cancer Treatment’, (제1저자)한국과학기술연구원 김승민 박사(박사후 연구원), (교신저자) 한국과학기술연구원 오승자 선임연구원, 장미희 선임연구원 등으로 게재됐다.