서 론

유전자가위 기술이란 변형된 핵산분해효소(nuclease)를 사용하여 특정 부위의 DNA를 제거, 첨가 또는 수정하는 기술로, 2002년 1세대 유전자가위인 zinc finger nuclease (ZFN) 기술 개발 이후, 최근 효율성과 응용성이 높은 3세대 기술인 크리스퍼(CRISPR) 기술이 개발되면서, 임상적용 가능성에 대한 관심과 기대가 고조되고 있다. 즉, 상기 유전자가위 기술을 이용한 세포-유전자 치료를 통해 에이즈(AIDS) 및 지중해 빈혈(beta-thalassaemia) 등의 난치성 질환 치료에 대한 임상시험이 진행 중인 상태이다.

HIV/AIDS

University of Pennsylvania, Philadelphia, Albert Einstein College of Medicine 및 Sangamo BioSciences 사의 공동 연구를 통해 에이즈 환자에 대한 제 1상 임상시험을 진행하였다. 즉, CCR5 유전자가 변이된 사람들이 에이즈 바이러스에 대해 높은 저항성을 갖는다는 사실에 근거하여, 총 12명의 에이즈 환자 T 세포에 ZFN 유전자가위 기술을 이용하여 CCR5 유전자를 제거하는 방식을 통해 안정성을 검증하였다(Tebas P et al., N Engl J Med 2014). 또한, 본 임상시험에서는 자가 CD4 양성 T 세포에서 CCR5 유전자를 제거하고, 총 1×1010개 세포를 주입한 결과, 대부분의 환자에서 혈액내 HIV DNA 양이 감소하였다고 보고하였다.

Sangamo BioSciences 사에서는 에이즈 환자의 CD4 및 CD8 양성 T세포에 상기 ZFN 유전자가위 기술을 통한 세포-유전자 치료 임상시험을 시작하였고, 현재 제2상 임상시험을 통해 유효성 평가를 진행하고 있다(www.clinicaltrials.gov, SB-728). 또한 상기 ZFN 유전자가위로 교정된 조혈모세포(ZFN-modified hematopoietic stem cells, SB-728mR-HSC)를 이용한 제 1상 임상시험을 통해 안전성 평가를 시작하였다.

Beta-thalassemia 및 Sickle Cell Anemia

비정상적인 베타 글로빈(beta globin)에 의해서 발생하는 질환인 지중해 빈혈(beta thalassemia)와 겸상 적혈구 질환(sickle cell disease)은 전세계적으로 발생하는 유전 질환으로, 환자들은 평생 동안 수혈을 받아야 한다.

Sangamo BioSciences 사에서는 Biogene 사와의 공동연구로 ZFP 유전자가위 기술을 통해 지중해 빈혈 및 겸상 적혈구 질환과 같은 헤모글로린병증 (hemoglobinopathy)을 치료하려고 계획하였다. 즉, CD34 양성 조혈모세포 중 적혈구 전구세포에서 ZFN 유전자가위 기술을 통해 망가진 인간 헤모글로빈 베타(HBB) 유전자를 고치는 대신 전사조절 유전자인 Bcl11a 가 작용하는 조절 부위(Bcl11a Enhancer DNA sequence)를 제거(knockout)하여, HBG1/2 유전자의 발현을 유도하고, 변이 성체 헤모글로빈을 감소시키며, 기능성 태아 헤모글로빈 생산을 증가시켜, 심각한 빈혈증을 치료하고자 시도하였다.

Cancer

최근 미국 연방 생물안전성 및 윤리성 패널(Federal biosafety and ethics panel)에서는 암 환자에서 CRISPR/Cas9 유전자가위 기술을 이용한 면역세포 치료제의 임상시험 적용을 허가하였다. 즉, M.D. Anderson Cancer center, University of California, San Francisco 및 University of Pennsylvania 기관에서 총 15명의 multiple myeloma, melanoma 및 sarcoma와 같은 세가지 종류의 암 환자에 유전자 교정된 T 세포를 주입하여 암 세포를 치료하려고 계획하고 있다. 이와 같은 크리스퍼 유전자가위 기술을 통하여 환자 유래 T 세포에 chimeric antigen receptor (CAR)를 발현시키고, PD-1 및 T cell natural receptor (TCR)를 제거하여, 상기 암 세포를 치료하고자 하였다.

고찰 및 결론

이와 같이, 에이즈(AIDS) 및 지중해 빈혈(beta-thalassaemia) 등의 난치성 질환과 암 환자 치료에 유전자가위 기술을 이용한 세포치료제의 임상시험이 시작되었다. 헌팅톤 병 환자에서도 유전자가위 기술을 통해 mutant HD 유전자를 억제하여 mutant Huntingtin 단백질을 감소시키고, 질환 증상을 완화시키고자 계획하고 있다. 현재 Sangamo BioSciences 사에서는 Shire International GmbH 사와의 공동연구를 통해 상기 질환에 대한 전임상 연구를 진행하기 시작하였다. 또한, Sangamo BioSciences 사에서는 혈우병 환자 80명 이상을 대상으로 혈우병 유전자를 교정하는 임상시험을 진행한다고 보고되고 있다. 이와 같은 임상시험이 성공할 경우 크리스퍼 등 유전자 가위 기술의 상용화 및 본격적인 임상적용이 가능하게 될 것으로 보인다.

참고문헌

Tebas P, Stein D, Tang WW, Frank I, Wang SQ, Lee G, Spratt SK, Surosky RT, Giedlin MA, Nichol G, Holmes MC, Gregory PD, Ando DG, Kalos M, Collman RG, Binder-Scholl G, Plesa G, Hwang WT, Levine BL, June CH.
Gene editing of CCR5 in autologous CD4 T cells of persons infected with HIV. N Engl J Med. 2014;370(10):901-10.