크리스퍼의 기술은 조용한 발전을 하고있고
이러한 흐름을 추적하는것도
의학생명을 준비하는 학생의
좋은 콘텐츠가 될 수 있습니다.
이번 주제는 전문적인 보고서를 참고로 성장하고 있는 크리스퍼 기술에 대한 내용을 이해하는것을 목적으로 합니다.
따라서 개인적인 의견없이 생명공학정책연구센터 언론보고서를 그대로 올려드리니 참고하여서 이 보고서와 관련된 도서와 연결하여 세특을 작성하시면 됩니다.
단순히 보고서만 인용하는것은 의미없습니다. 그를 바탕으로 더 탐구하려는 모습과 과정을 꼭 담아주시기 바랍니다.
보고서만 단순히 가이드해주고 작성안내하는 컨설팅은 올바른 방법이 아니니 참고하시기 바랍니다.
첨부파일
BioINwatch24-2(1.4)●크리스퍼 유전자편집기술의 새로운 트렌드.pdf
최초의 크리스퍼 유전자편집 치료제인 카스게비*가 승인된 상황에서 1세대 크리스퍼 기술(CRISPR-Cas9, CRISPR 1.0)을 넘어 더 정밀하고 효율적인 차세대 크리스퍼 기술(CRISPR 2.0)을 주목
* 겸상적혈구병이라는 유전적 헤모글로빈병을 치료하는 CRISPR-Cas9 적용 세포치료제로, 영국에서 ‘카스게비(Casgevy)’를 세계 최초로 승인(2023.11.16.)한 이후 미국에서도 ‘엑사셀(카스게비의 미국 상품명)’을 허가(2023.12.8.)
○ CRISPR-Cas9은 높은 정확성과 효율성으로 유전자편집기술의 혁명을선도
– 미충족 수요가 높았던 희귀·유전· 난치질환, 감염병 등 다양한 질환에대한 CRISPR-Cas9 치료제가 임상시험 중에 있지만,
– 1세대 크리스퍼 기술(CRISPR-Cas9, CRISPR 1.0)은 단순히 표적 DNA의 이중가닥을 절단하여 타겟 유전자의 기능 상실(loss-of-function)만 유도할 뿐 원하는 염기를 치환·삽입하여 유전정보를 교체하는 데에는 한계
1 세대 크리스퍼 기술의 한계를 극복하기 위해 차세대 크리스퍼 기술 (CRISPR 2.0)로 진화, 치료제 개발에 활용 중
○ (Base editing) CRISPR-Cas9와 달리 DNA 이중가닥을 절단 없이 원하는 염기쌍 하나를 다른 염기로 바꾸는 단일염기편집 기술(Base editing)
– (구성) DNA 절단 기능이 결여된 Cas9(dCas9)*에 탈아미노 효소를 부착
* Cas9 핵산 분해 효소는 2군데 활성 부위(10번째 아스파트산(D), 840번째 알라닌(A))가 있어
DNA 두 가닥을 절단하는데, 이 2군데의 아미노산 돌연변이로 DNA 절삭 기능이 결여
– (작동 방식) 표적 DNA 절단 없이 아데닌(A)을 구아닌(G) 또는 사이토신(C)을 티민(T)으로 단 하나의 염기를 치환
– (장·단점) DNA 절단 없이 단 하나의 염기쌍만 치환하여 안전하나, 탈아미노효소를 기반으로 작동하기 때문에 DNA 단편을 추가 또는 삭제할 수 없으며 아데닌(A)과 사이토신(C) 2개 염기만 치환 가능한 점도 한계
– (치료제 개발) 낭포성 섬유증, 고콜레스테롤증, 백혈병 치료제 개발에 적용되어 초기 임상시험이 진행 중
○ (Prime editing) DNA 단일가닥만 자르고 RNA 주형에 있는 정보를 타겟 시퀀스에 삽입하는 기술(Prime editing)
– (구성) DNA 단일가닥만 절단하는 Cas9(nCas9)*에 역전사 효소가 부착. peg(prime editing guide) RNA는 표적 위치를 인식하는 서열과 새로운 DNA 단편의 삽입을 위한 주형 RNA로 구성
* Cas9 핵산 분해 효소의 1군데 활성 부위(D10A)가 돌연변이로 억제되어 DNA 이중나선 한 가닥만 절단
– (작동 방식) 표적 DNA 단일가닥 절단 후, 역전사 효소가 RNA 주형에 있는 유전정보를 DNA로 합성한 후 타겟 시퀀스에 삽입
– (장·단점) DNA 단일가닥만 절단하여 안전하며 원하는 유전정보를 정확히 삽입하나, 이전 기술 대비 설계와 교정법이 다소 복잡하고 최대 90개 이내의 염기만 삽입 가능한 점이 한계
※ 연구자들은 게놈의 표적 부위에 훨씬 더 큰 DNA 조각을 삽입하는 방법과 전체 유전자를 대체할 수 있는 방법을 고안 중
– (치료제 개발) 최근 미국 FDA는 유전성 면역질환, 만성 육아종증*에 대한 프라임편집 치료제의 임상시험을 승인
* 식균 작용을 하는 면역세포의 기능 저하로 지속적으로 심한 감염이 발생하는 면역결핍 유전질환
○ (Epigenome editing) DNA 염기서열 자체를 변화시키지 않고 화학적 변형으로 유전자 발현을 조절(on/off)하는 후성유전체 편집(Epigenomeediting) 기술로 발전 중
– (구성) DNA 절단 기능이 결여된 CRISPR-Cas9(dCas9)에 후성유전 조절 인자(KRAB/VPR)가 부착
※ KRAB은 프로모터 부근의 히스톤 H3의 9번째 라이신을 트리메틸화하는 효소로 dCas9과 융합은 450회 이상의 세포 분열 동안에도 유전자 침묵을 안정적으로 지속
※ VPR은 VP64, P65(NF-kb), Rta 3개의 전사 촉진제가 결합된 전사조절인자로 dCas9과 융합은 450회 이상의 세포 분열 동안에도 활발한 유전자 발현을 안정적으로 지속
– (작동 방식) 표적 DNA 절단 없이 DNA 메틸화나 히스톤 단백질 변형을 통해 유전자 발현을 지속적이고 정확하게 제어
– (장·단점) DNA 염기서열의 변화를 수반하지 않아 안전하나 돌연변이 유전자를 정상 유전자로 복구할 수 없고 유전자 발현만 조절 가능
– (치료제 개발) 영장류에서 DNA 염기서열을 변경하지 않고 콜레스테롤 조절 유전자 PCSK9를 비활성화한 연구결과 발표(Tune Therapuetics, 2023.5)더 정밀하고 안전하며 효율적인 교정 방식의 차세대 크리스퍼 기술 개발은 다양한 질환 치료에 활용될 수 있을 것으로 전망
○ DNA 돌연변이는 유전질환, 암, 노화 등 다양한 질환과 생명 현상의 주요 원인
– 10년 전 미생물에서 발견한 CRISPR-Cas9을 이용하여 DNA 돌연변이를 교정할 수 있게 되면서 치료제 개발이 어려웠던 유전질환 등 다양한 난치질환을 치료할 수 있을 것으로 기대
– 더 나아가 차세대 크리스퍼 기반 치료제로 질병 극복 가능성이 한 단계 높아질 것으로 전망
출처 : 바이오 분야의 국내외 이슈를 살펴보기 위해 작성한 BioINwatch는 국내외 다양한 분석 보고서, 언론 기사
등을 참고하여 작성되었으며, 생명공학정책연구센터의 공식 견해는 아닙니다. 본 자료는 국가생명공학정책
