최신 유전자 가위 기술 CRISPR/Cas9, 뜻하지 않은 돌연변이 유발

웰컴 생거 연구소 과학자들은 CRISPR/Cas9 유전자 가위 기술이 지금까지 생각하던 것보다 세포의 유전자에 더 심한 손상을 일으킬 수 있는 것을 발견했다. 이런 연구결과는 예기치 않은 손상이 어떤 세포에서는 위험한 변화를 초래할 수도 있어서 미래에 CRISPR/Cas9을 사용하는 유전자 치료에 안전성과 관련된 문제를 야기한다.

최근에 발표된 이 연구는 또 DNA 변화를 찾아내는 표준검사가 그런 유전자 손상을 발견하지 못해서 놓쳐버리고, 어떤 유전자 치료법도 주의가 요구되고 구체적인 테스트가 필요할 것이란 것도 발견했다.

CRISPR/Cas9은 최신 유전자 가위 기술 중 하나이다. 이 기술은 세포의 DNA의 특정한 지점을 잘라내고 그곳에 다른 것을 갈아 끼워 DNA의 일부를 바꾸어버릴 수가 있다. CRISPR/Cas9은 과학 연구에 이미 널리 이용되고 있으며, 인체 면역결핍 바이러스나 암이나 혹은 겸형 적혈구 빈혈증 같은 질병을 치료할 수 있는 잠재적인 게놈 편집 치료법을 개발해낼 수 있는 유망한 방법으로 여겨지고 있다. 그런 치료법은 질병을 유발하는 유전자를 억눌러 버리거나 유전자 돌연변이를 바로잡을 수가 있을 것이다. 그러나 어떠한 잠재적인 치료법도 안전한 것을 입증해야만 할 것이다.

이전의 연구는 게놈을 편집하는 목표 지점의 DNA에서 CRISPR/Cas9으로 인해 생긴 뜻하지 않은 돌연변이가 많은 것을 밝히지 못했다. 이 문제를 더 깊이 조사해보기 위해서 연구진은 생쥐와 인간의 세포를 대상으로 체계적인 연구를 실시해서 CRISPR/Cas9이 빈번하게 광범한 돌연변이를 유발하지만 목표 지점에서 먼 곳에 그런 돌연변이를 유발하는 것을 발견했다.

연구진은 많은 세포에서 DNA 삭제나 삽입 같은 광범한 유전자 재배열이 야기된 것을 발견했다. 그런 유전자 재배열은 중요한 유전자들을 켜거나 꺼버릴 수가 있는데 이는 CRISPR/Cas9을 치료에 사용하는 데 주요한 영향을 미칠 수가 있다. 게다가 그런 변화 중 일부는 목표 지점에서 너무 멀리 떨어져 있어서 표준 유전형질 분석 방법으로는 파악할 수가 없다.

이번 연구의 교신 저자로 웰컴 생거 연구소의 앨런 브래들리 교수는 이렇게 설명했다.
“이번 연구가 치료에 관련된 세포들을 CRISPR/Cas9으로 편집한 결과로 생긴 예기치 않은 일들을 처음으로 체계적으로 평가했고 우리는 지금까지 DNA 조작을 너무 과소평가하고 있었던 것을 발견했다. 유전자 치료에 이 기술을 사용하려는 생각을 하고 있는 사람들은 신중을 기해야 하고 일어날 수 있는 해로운 영향을 면밀하게 살펴보아야 한다.”

CRISPR/Cas9 사용 전 추가 연구와 구체적인 테스트 필요해
제1 저자로 웰컴 생거 연구소의 마이클 코시키는 다음과 같이 말했다.
“나의 처음 실험은 CRISPR/Cas9을 유전자 활동을 연구하는 1가지 도구로 사용하는 것이었다. 그러나 무언가 예상치 못한 것이 일어나는 것이 갈수록 분명했었다. 일단 우리가 유전자 재배열의 정도를 깨닫게 되자 우리는 그것을 체계적으로 연구해보았다. 다른 유전자들과 치료와 관련된 다른 세포주들을 살펴보고 CRISPR/Cas9이 일으키는 영향이 사실인 것을 밝혀냈다.”

이번 연구는 CRISPR/Cas9을 어떻게 치료에 사용할지와 관계가 있고 연구가들이 유전자를 편집하는 표준적인 CRISPR/Cas9 방법의 대안을 찾아내려는 관심을 다시 일으킬 가능성이 있다.

이번 연구에 관여하지 않은 독립적인 연구가로 뉴욕의 메모리얼 슬로언 케터링 암 센터의 마리아 자신 교수는 이렇게 말했다.
“이번 연구는 CRISPR/Cas9 분절 부위에 일어난 유전체의 손상을 처음으로 평가한 연구이다. 다른 세포주의 유전체 부위들도 동일한 방법으로 영향을 받을는지는 밝혀지지 않았지만 이번 연구는 CRISPR/Cas9을 임상적으로 사용하기 전에 추가적인 연구와 구체적인 테스트가 필요한 것을 보여주고 있다.”

그동안 유전자 가위 기술을 사용하면 DNA를 마음대로 바꾸어서 유전질환을 손쉽게 고칠 것처럼 여겨졌지만 아직까지는 그런 일이 시기상조란 것이 드러났다.

참조:M. Kosicki et al., "Repair of double-strand breaks induced by CRISPR-Cas9 leads to large deletions and complex rearrangements" Nat Biotechnol. 2018 Jul 16. doi: 10.1038/nbt.4192.