[일반생물학] 유전자 치료

어떤 세포에서 정상적인 산물을 암호화하는 대립유전자 하나 결핍되었을 경우에 그 대립유전자를 제공하는 것이 최적의 치료법일 것이다. 유전자 치료(gene therapy)의 목적은 새로운 유전자를 환자의 세포에 넣어서 발현시키는 것이다. 어떤 세포가 유전자 치료의 표적이 되는가? 여기에는 두 가지 접근법이 있다.

 

1. 생식계열 유전자 치료: 새로운 유전자를 배우자(보통 난자)나 수정란에 주입한다. 이 경우 성인의 모든 세포가 새로운 유전자를 가지고 있다. 윤리적인 고려가 사람을 대상으로 이 방법을 적용하는 것을 배제하고 있다.

 

2. 체세포 유전자 치료: 새로운 유전자를 이 질병에 관련된 체세포에 주입한다. 이 방법은 유전병에서부터 암에 이르기까지 수많은 질병에 대해 시도되고 있다. 체세포 유전자 치료에 두 가지 접근 방법이 있다.

 

1. 생체 외(ex vivo) 유전자 치료: 표적 세포를 환자에게서 분리해 낸 다음 새로운 유전자를 주입한 후 이 세포를 환자에게 다시 삽입한다. 이 접근법은 예를 들어 백혈구에서 발현되는 유전자의 결함으로 인한 질병에 사용된다.

 

2. 생체 내(in vivo) 유전자 치료: 특정 유전자를 환자에게 직접 주사되어 적절한 세포에 도입되도록 한다. 일례로 치료 유전자를 가진 용액을 종양에 발사하는 폐암 치료법이 있다. 유전자가 어떻게 발현되고, 조절되는지 아는 의사는 정상 단백질 암호화 서열뿐만 아니라 표적세포에서 유전자의 발현에 필요한 다른 서열 이를테면 프로모터와 같은 영역을 포함하는 치료 유전자를 설계할 수 있다.

 

유전자 치료에 있어서 주요 난제는 세포에 치료 유전자를 도입하는 것이다. 진핵세포는 DNA를 잘 받아들이지 않으며, DNA가 세포 안에 있다 하더라도 핵으로 진입해 발현되는 것은 더욱 드물다. 이러한 도입 문제를 해결하는 한 가지 해결책은 인간세포를 감염시키지만 바이러스 복제는 하지 않는 변형된 바이러스에 유전자를 삽입하는 것이다. 예를 들어, 아데노연관바이러스(adeno-associated virus)라는 DNA바이러스가 사람의 유전자 치료 임상시험에서 널리 사용되어 왔다. 이 바이러스는 사람 유전자를 포함할 수 있는 작은 크기의 유전체 DNA를 가지고 있다. 신경세포와 같이 분열하지 않는 세포를 포함해 대부분의 인간 세포를 감염시킨다. 인간에게는 무해하며 면역체계에 의한 거부반응을 일으키지 않는다. 그리고 새로운 유전자를 가진 DNA가 발현될 수 있도록 세포핵에 들어간다.

 

아데노연관바이러스는 파킨슨병을 표적으로 한 사람의 유전자 치료에 성공적으로 사용되었다. 파킨슨병은 60대에서 200명 중 1명, 80대에서 25명 중 1명에서 발생하는 신경질환이다. 이 병의 증상으로는 근육경직과 떨림이 나타나며, 환자의 약 절반 정도에서 치매가 생긴다. 파킨슨병 환자는 뇌의 특정 부분에 있는 신경전달물질인 감마-아미노부티르산(GABA)을 적절한 양으로 생산하지 못하는데 이것은 GABA를 합성하는 신경세포의 퇴행 때문이다. GABA 수준이 낮으면 운동이 제대로 조정되지 않으므로 GABA 수치를 높이는 것이 합리적인 치료법이 될 수 있다. GABA의 합성이 글루탐산탈카르복실화효소(glutamate decarboxylase)에 의해 촉매된다는 사실을 알게 된 뉴욕의 페인스타인 연구소의 페이긴(Andrew Feigin) 박사팀은 글루탐산 탈카르복실화효소 유전자를 아데노연관바이러스에 집어넣은 후 손상된 뇌에 주입했다. 6개월 후 유전자 치료를 받은 환자는 GABA 수치가 증가하고 증상이 크게 개선되었다. 바이러스를 사용한 유전자 치료 대상에는 파킨슨 병 이외에도 낭성섬유증, 혈우병 및 근위축증이 포함된다. 그러나 과학적 논문에서는 유전자 치료법이 대단한 것처럼 보이지만, 현재 이런 유형의 치료법은 매우 드물게 시술된다.