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치매 잡는 유전자가위 최초 개발…동물실험 효과 입증

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2019년 03월 12일 13:28 프린트하기

 

동국대 연구팀이 개발한 크리스퍼캐스9-나노복합체. 김종필 교수 제공
동국대 연구팀이 개발한 크리스퍼캐스9-나노복합체를 전자현미경으로 관찰했다.
지름 125nm 짜리로 공처럼 둥근 모양이다. 김종필 교수 제공

국내 연구팀이 유전자가위 기술인 '크리스퍼-cas9(CRISPR-Cas9)'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(Bace1)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 Bace1 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
알츠하이머성 치매를 앓는 쥐(왼쪽)와, 알츠하이머성 치매를 앓고 있지만 크리스퍼캐스9-나노복합체를 적용한 쥐(오른쪽)의
뇌 조직을 관찰한 사진. 치매의 원인인 베타아밀로이드 단백질(초록색)이 급격히 감소했다. 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 cas9-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
김종필 동국대 화학과 교수와 박한슬 박사과정 연구원

 

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