스탠포드 연구원들이 CRISPR-Cas9 유전자 편집 기술을 사용하여서 루게릭병을 일으키는 유전자를 확인하였다.
이번 연구 결과는 루게릭병을 유발하는 분자 메커니즘을 이해하기 위한 새로운 정보를 제공할 뿐만 아니라 향후 치료기술의 잠재적 표적 물질로써 새롭게 확인된 유전자를 제시한다.
신경세포에 독성 단백질 덩어리가 축적되는 것은 루게릭병과 같은 심각한 신경퇴행성 질환의 근본적인 원인이다. 하지만 어떻게 이런 축적물이 신경세포를 죽게 만드는지는 여전히 연구되어야 할 과제이다.
스탠포드 의과대학의 유전학 교수이자 이번 연구의 공동연구자인 Gitler 박사는 “이러한 독성 단백질 덩어리는 질환에서 병적 증상을 일으키는 물질이지만, 아무도 왜 이로 인해 신경세포가 죽는지 그 이유를 알지 못한다. 이것이 우리가 연구를 통해 입증하고 싶었던 것이다.”라고 설명했다.
C9ORF72 유전자의 변이는 루게릭병의 가장 흔한 유전적 원인이라고 알려져 있다. 해당 변이는 유전자 내의 손상된 DNA 반복 수를 증가시켜서 질환을 유발한다.
임상 시험 연구자인 Haney 박사는 “건강한 사람에서 해당 DNA 반복 수는 10~20개이다. 하지만 루게릭병 환자에서 이것은 수백 개에서 수천 개까지 늘어나고, 독성 단백질을 만드는 주형이 된다.”라고 말했다.
스탠포드 의과대학 연구팀은 독성 단백질 덩어리에 대하여 유전자가 스스로 신경세포를 보호할 수 있는지를 밝혀내고, 단백질 축적물의 해로운 영향을 더욱 악화시키는 유전자가 있는지 밝혀내고자 연구를 계획하였다.
이를 위해서 그들은 CRISPR-Cas9 유전자 편집 기술을 사용하였고, 전체 인간 유전체를 구성하는 약 2만개의 유전자를 한번에 하나씩 제거하여 전장 유전체 분석(WGS)을 수행하였다.
이러한 방법을 통해 연구자들은 독성을 억제하거나 강화하는 것을 돕는 유전자를 확인할 수 있다. 만약 특정 유전자를 제거한 후에 변이된 C9ORF72 유전자가 암호화하는 단백질의 반복 수를 확인했을 때 더 이상 유해하지 않다면, 이것은 해당 유전자의 결핍이 치료제의 표적으로 설정할 수 있을 만큼 유익하다는 것을 의미한다.
인간 유전체의 각 유전자를 제거한 후에, 연구자들은 독성 단백질로부터 세포의 죽음을 막거나 촉진하는 200개의 유전자 목록을 작성했다.
다음의 일련의 실험에서 그들은 쥐에서 추출한 신경세포를 변형하여서, 루게릭병과 관련된 유전자 200개에 대해서만 WGS를 다시 진행하였다.
연구 결과로 독성 단백질에 대해서 강력한 보호역할을 하는 유전자 집단을 밝혀냈지만, 연구자들이 주목한 것은 Tmx2라는 특정한 유전자였다. 연구자들은 실험실에서 쥐 신경세포의 Tmx2 유전자를 제거한 후에도 거의 100%의 확률로 생존한다는 것을 관찰하였다. 보통 세포는 10%만 살아남는다.
Haney 박사는 “우리는 Tmx2 유전자가 약물 표적의 좋은 후보 물질이 될 수 있다고 생각한다. 만약 어떤 것이든지 Tmx2 유전자의 기능을 방해하는 작은 분자를 가진다면, 치료 유효 범위를 가지는 것이다.”라고 설명했다.
Tmx2 단백질은 소포체라는 세포 내 소기관에 존재하는데, 그 기능은 아직 밝혀지지 않았다. 하지만 몇몇의 연구는 이들이 세포 사멸을 촉진하는 다른 유전자와 함께 작용한다고 주장한다.
이번 연구의 또다른 연구자인 Kramer 박사는 “우리는 아직 초기 임상 단계에 있지만, Tmx2 유전자가 세포 내에서 하는 일을 정확히 알아내는 것은 좋은 시작점이 될 것이다. 이것은 독성 물질이 세포를 죽일 때 어떤 기능이 억제되는 지와 어떤 경로를 조사해야 하는지 알려줄 수 있다.”라고 말했다.
이것은 신경퇴행성 질환(이번에는 루게릭병)의 근본적인 분자적 메커니즘을 밝혀내는 것에 전장 인간 유전체 CRISPR 제거 분석 기술(genome-wide human CRISPR knockout screen)을 사용한 최초의 연구일 것이다.
연구팀은 현재 해당 기술을 루게릭병의 발병 기전을 더욱 밝혀내는 것에 사용하고 있고, 더 나아가서 헌팅턴병과 파킨슨병, 알츠하이머병 같은 독성 단백질 축적과 관련된 다른 신경 질환에 적용할 계획이다.
출처: ALS News Today
