크리스퍼 유전자 치료로 인한 유전체 상실이 암을 유발할 수 있어
크리스퍼 유전자 치료는 DNA를 잘라 편집하는 노벨상을 수상한 혁신적인 방법으로 암이나 간질환이나 장 질환이나 유전 증후군 같은 질병을 치료하는 데 이미 사용되고 있다. 그런데 텔아비브 대학교가 실시한 최근의 연구는 크리스퍼 유전자 치료의 사용에 위험이 따르는 것을 확인했다. 즉 면역체계의 백혈구인 T-세포에 이 기술이 미치는 영향을 조사하고 있는 연구진은 상당한 비율로 유전 물질이 상실되는 것을 발견했다. 치료받은 세포에서 최고 10%에 달하는 유전 물질이 상실되는 것을 발견한 것이다. 연구진은 그런 상실이 유전체의 불안정을 유발하고 그로 인해 암이 생길는지도 모른다고 설명했다.

이 연구는 텔아비브 의료 센터와 텔아비브 대학교의 공동연구로 동대학교 생명공학부 신경생물학-생화학-생물리학과와 진보적 치료법 센터의 아디 바르젤 박사와 동대학교 의학부와 생물정보학 센터의 아사프 마디 박사와 우리 벤 데이비츠 박사가 주도했다.

연구진은 크리스퍼가 - 원하지 않는 부위를 삭제하거나 혹은 유익한 부위를 수리하거나 삽입하기 위해 특정한 지점의 DNA 염기서열을 잘라내는 - DNA를 편집하는 선구적인 기술이라고 설명했다. 약 10년 전에 개발된 이 기술은 이미 암, 간질환, 유전 증후군 등 많은 질병을 치료하는 데 놀라울 정도로 효과적인 것을 입증했다. 크리스퍼를 사용하도록 승인된 최초의 임상시험은 2020년에 펜실베이니아 대학교에서 실시되었고 연구진은 T-세포 즉 면역체계의 백혈구에 이 방법을 사용했다. 연구진은 기증자로부터 T-세포를 추출해서, 크리스퍼를 사용해서 원래 수용체의 유전자 코딩을 파괴하면서, 암세포를 표적으로 삼는, 조작한 수용체를 발현시켰다. 그렇게 하지 않으면 원래의 수용체가 수혜자의 몸속의 세포들을 공격하도록 할는지도 모르기 때문이었다.

이번 연구에서 연구진은 망가진 DNA가 항상 회복될 수 있는 것을 아니라고 가정해서, 크리스퍼 유전자 치료의 잠재적인 이득이 DNA 절단으로 생기는 위험으로 상쇄될는지도 모르는 것을 조사해보려고 했다. 벤-데이비드 박사와 그의 연구 조수인 엘리 류베리는 이렇게 설명했다. “우리 세포의 유전체는 자연적인 원인으로 흔히 파손되지만 아무런 해를 가하지 않고 항상 스스로 수리를 할 수가 있다. 그래도 때로는 어떤 염색체가 복구되지 못하고 큰 조각이나 심지어 전체 염색체가 상실되기도 한다. 그런 염색체 붕괴는 유전체를 불안정하게 만들고 우리는 그런 일을 암세포에서 흔히 목격한다. 따라서 암을 치료하기 위해 DNA를 인위적으로 절단하는 크리스퍼 유전자 치료는 극단적인 경우에는 실제로는 암을 조장할는지도 모른다.”

잠재적인 손상의 정도를 조사해보기 위해 연구진은 2020년도의 펜실베이니아 실험을 되풀이해서 정확하게 동일한 위치 즉 인간의 유전체에 있는 23쌍의 염색체 중에서 2번, 7번, 14번 염색체에 있는 T-세포의 유전체를 절단해보았다. 단일세포 RNA 시퀀싱이라는 최신 기술을 사용해서 연구진은 세포를 1개씩 별도로 분석해 모든 세포의 염색체 발현 수준을 측정했다. 이런 방법으로 일부 세포에서 유전 물질이 상당히 사라진 것이 발견되었다. 예를 들면 14번 염색체는 절단이 되었을 때 세포의 약 5%에서 이 염색체의 발현이 적거나 없었다. 모든 염색체가 동시에 절단이 되었을 때 손상이 증가해서 14번과 7번과 2번 염색체에서 각각 세포의 9%와 10%와 3%가 손상을 수리할 수 없었다. 그러나 이들 3개의 염색체는 손상을 입은 정도가 달랐다.

마디 박사와 그의 제자인 엘리아 골드슈미트는 이렇게 설명했다. “단세포 RNA 시퀀싱과 컴퓨터 분석은 우리가 아주 정확한 결과를 얻을 수 있도록 해주었다. 우리는 손상의 정도에 차이가 나는 이유가 3개의 염색체 각각에 있는 정확한 절단 부위인 것을 발견했다. 요컨대 우리 연구 결과는 크리스퍼 기술로 유전자를 편집한 T-세포의 9% 이상이 상당량의 유전 물질을 잃어버린 것을 보여준다. 그런 손실은 유전체의 불안정을 일으키고 그로 인해 암이 조장될 수가 있다.”

연구진은 자신들의 연구 결과에 기초해서 크리스퍼 유전자 치료를 사용할 때는 각별한 주의를 해야만 할 것이라고 경고했다. 그들은 또 특정한 의료 절차들에 대해 덜 위험한 대체적인 방법들도 제안했고 2가지 종류의 잠재적인 해결책 즉 손상된 세포의 생산을 줄이거나 혹은 손상된 세포를 확인해서 그런 물질을 환자에게 투여하기 전에 제거하는 것에 대한 추가적인 연구도 권유했다.

바르젤 박사와 그의 박사과정 학생인 알레시오 나마드는 다음과 같은 결론을 내렸다. “이 연구에서 우리의 의도는 크리스퍼 유전자 치료의 사용에 수반되는 잠재적인 위험을 규명하는 것이었다. 비록 이 기술의 상당한 장점을 우리가 알고 있음에도 불구하고 우리는 그렇게 했다. 실제로 다른 연구들에서 우리는 에이즈에 대한 유망한 치료법을 포함해서 크리스퍼에 기초한 치료법들을 개발했다. 우리는 심지어 회사도 2개 설립했다. 하나는 크리스퍼를 사용하는 회사이고 다른 하나는 의도적으로 그 기술을 피하는 회사이다. 다시 말하면 우리는 이 고도로 효과적인 기술을 발전시키면서 동시에 그 잠재적인 위험에 대해 주의를 환기시키는 것이다. 이는 모순처럼 보일 수도 있지만 우리는 과학자로서 우리의 접근법을 아주 자랑스러워한다. 그 이유는 우리는 이것이 바로 과학의 본질 즉 우리는 편을 가르지 않는다는 것을 믿고 있기 때문이다. 우리는 어떤 문제의 모든 측면 즉 긍정적이고 부정적인 측면을 조사하고 해답들을 찾고 있다.”

참조:
A. D. Nahmad et al., "Frequent aneuploidy in primary human T cells
after CRISPR–Cas9 cleavage" Nat Biotechnol. 2022 Jun 30. doi:
10.1038/s41587-022-01377-0.