동국대 연구팀이 개발한 크리스퍼캐스9-나노복합체. 김종필 교수 제공

국내 연구팀이 유전자가위 기술인 '크리스퍼- cas 9( CRISPR - Cas 9)'을 이용해 뇌 질환을 치료하는 실험에 성공했다. 신경세포만 타깃으로 크리스퍼 유전자 가위 기술을 적용한 건 이번이 처음이다. 연구결과는 국제학술지 '네이처 뉴로사이언스' 11일자에 실렸다.

김종필 동국대 화학과 교수와 박한슬 박사과정 연구원팀은 알츠하이머 치매의 원인인 베타아밀로이드 단백질 생성에 관여하는 효소 유전자( Bace 1)에 주목했다. 이 유전자를 타깃으로 삼는 약물이 이미 개발됐지만 생체 내에서 심각한 부작용을 일으켜 상용화할 수가 없었다.

연구팀은 크리스퍼 유전자가위 기술을 이용해 이 유전자만을 잘라내는 방법을 떠올렸다. 지금까지 생체 조직에서 신경세포만 타깃으로 유전자가위 기술을 적용하는 실험에 성공한 사례가 없었다. 연구팀은 신경세포에만 작용할 수 있도록 크리스퍼 유전자가위를 지름 125나노미터( nm , 100만분의 1미터) 크기의 나노복합체로 만들었다.

연구팀이 고안한 나노복합체는 양친매성( amphiphilic ) 특성이 있다. 세포에 침입하기가 쉬운 데다, 바이러스가 아니기 때문에 세포 독성도 훨씬 낮다. 분석 결과 나노복합체는 다른 DNA 손상 없이 Bace 1 유전자 부분만 말끔하게 잘라냈다.

연구팀은 알츠하이머성 치매를 앓는 쥐의 해마에 이 나노복합체를 적용했다. 해마는 뇌에서 기억을 담당하는 부위다. 그 결과 베타아밀로이드 단백질의 양이 급격하게 감소했고, 치매의 직접적인 원인인 아밀로이드 플라크의 축적을 막는 것을 확인했다.

알츠하이머성 치매를 앓는 쥐(왼쪽)와 알츠하이머성 치매를 앓고 있지만 크리스퍼캐스9-나노복합체를 적용한 쥐(오른쪽)의 뇌를 관찰한 사진. 베타아밀로이드 단백질(초록색)이 급격히 감소한 것을 알 수 있다. 네이처 뉴로사이언스 제공

또한 쥐에게 특정 장소를 기억하게 해 계속 그곳으로만 가게 하는 행동실험을 했다. 그 결과 건강한 쥐와 달리 알츠하이머성 치매를 앓는 쥐는 장소를 기억하지 못하고 모든 곳을 맴돌았지만, '크리스퍼 cas 9-나노복합체'를 적용한 쥐는 건강한 쥐와 비슷하게 특정 장소를 기억했다. 알츠하이머성 치매를 치료할 수 있다는 효과를 입증한 셈이다.

김 교수는 "지금까지는 여러 기술적 한계에 부딪혀 크리스퍼를 이용해 뇌신경질환 치료를 시도하거나 성공한 바가 없었다"면서 "이번 연구 결과는 기술적 한계를 넘고 대표적인 퇴행성 뇌질환인 치매를 치료할 수 있다는 신기술을 개발했다는 데 의의가 있다"고 밝혔다.

김종필 동국대 화학과 교수와 박한슬 박사과정 연구원

[이정아 기자 zzunga @ donga . com ]