유전자 편집 기술 「CRISPR」을 사용하여 암세포를 건강한 세포로 바꾸는 실험에 성공

 
 
유전자 편집 기술인 CRISPR(CRISPR-Cas9) 을 이용하여 소아에서 볼 수 있는 횡문근육종의 암세포를 건강한 근육세포로 바꾸는 실험에 미국의 생물의학연구소인 콜드 스프링 · 하버 연구소 등의 연구팀이 성공했습니다.

Myo-differentiation reporter screen reveals NF-Y as an activator of PAX3–FOXO1 in rhabdomyosarcoma | PNAS
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2303859120

Once rhabdomyosarcoma, now muscle | Cold Spring Harbor Laboratory

Once rhabdomyosarcoma, now muscle | Cold Spring Harbor Laboratory

횡문근육종은 향후 골격근(횡문근)이 될 세포로부터 발생하는 암이며, 소아로부터 젊은 성인에 있어서 100만 명당 4~5명 정도의 비율로 발병한다는 것. 환자의 약 70%는 6세 미만의 소아이며, 고위험으로 간주된 사례의 생존율은 50% 미만이라는 위험한 암 중 하나입니다. 

그런 횡문근육종의 치료법을 개발하기 위해 콜드 스프링 하버 연구소의 분자 생물학자인 크리스토퍼 바콕(Christopher Vakoc) 교수 등의 연구팀은 암세포를 건강한 세포로 재프로그램하는 「differentiation therapy(분화요법)」이라는 치료법에 대해 연구했습니다. 분화요법은 약물 등을 이용하여 미성숙한 암세포를 성숙시켜 건강한 세포로 분화시킴으로써 암을 치료하는 수법입니다.

분화요법은 이미 뼈암이나 혈액암 등으로 테스트되고 있으며 미국 식품의약국(FDA)은 백혈병의 분화 요법을 위해 4종류의 약을 승인하고 있습니다. 이들 약은 일반적으로 암세포 내의 특정 단백질을 저해하여 기능한다는 것.

분화란 줄기세포가 체내에서 다양한 역할을 하는 근육세포나 지방세포 등으로 변화하는 과정이지만, 횡문근육종 환자에서는 유전자 변이에 의해 PAX3-FOXO1이라는 특수한 단백질이 생산되어 횡문근 세포에서의 분화가 정지된다는 것. 그 결과 세포가 횡문근이 되는 대신 암 조직이 형성되어 버리는 것입니다.

그래서 Vacock 교수의 연구팀은 CRISPR을 사용하여 다양한 유전자를 무효화하고 어떤 유전자가 PAX3-FOXO1과 연동하여 세포 분화를 정지시키는 단백질을 생산하는지를 조사했습니다. 그 결과 횡문근육종의 세포가 유전자 발현을 조절하는 NF-Y라는 단백질을 만드는 능력을 잃으면 암세포가 근육세포로 분화되는 것이 판명되었습니다.

Vakoc 교수는 성명에서 "세포는 말 그대로 근육으로 바뀌고 종양은 암으로서의 모든 속성을 잃습니다. 암세포는 단지 자신을 늘리려는 세포에서 수축에 전념하는 세포로 전환하고 있습니다."라고 댓글을 달고 있습니다.

또한 유전자 편집을 하지 않고 PAX3-FOXO1과 NF-Y를 불활성화해도 같은 효과가 있지만, 이들 단백질은 물리적으로 상호작용하고 있는 것이 아니라 NF-Y가 특정 DNA 서열에 결합함으로써 PAX3-FOXO1를 만드는 유전자 스위치를 켜고 있다는 것. 그 때문에, NF-Y를 만드는 유전자를 차단하는 것만으로, PAX3-FOXO1의 생산도 차단할 수 있다고 연구팀은 보고하고 있습니다.

이 연구 결과가 실제로 횡문근육종의 치료에 적용되기 전에는 다양한 문제를 해결해야 합니다. 극복해야 할 장애물 중 하나는 NF-Y가 신진대사와 세포주기와 같은 세포의 건강한 과정에도 관여한다는 것입니다. 그러나 횡문근육종의 세포는 PAX3-FOXO1 발현의 변화에 매우 민감하기 때문에 암세포가 근육세포로 분화하기에 충분하더라도 건강한 조직이 손상될 정도로 길지 않은 최적 기간이 존재한다고 연구팀은 생각하고 있다는 것.

Vakoc 교수는 "이 기술(CRISPR을 이용한 유전자 편집 기술)을 통해 어떤 암세포라도 분화시키는 방법을 찾을 수 있습니다. 이것은 분화 요법을 보다 활용하기 쉽게 할 수 있는 중요한 단계입니다."라고 말했습니다.