암세포의 돌연변이 서열을 인식하도록 설게한 CRISPR 유전자 가위를 활용하여 암세포에만 존재하는 표적 서열의 DNA 이중나선을 인식한 다음 DNA 이중나선의 한 가닥을 잘라내는 nickase를 사용하는 암치료용 유전자 가위 기술이 개발되었습니다.

UNIST 바이오메디컬공학과 (조승우 교수)와 기초과학연구원(IBS) 유전체 항상성연구단으로 구성된 연구진은 CRISPR-nickase와 함께, DNA 손상을 복구하는 PARP (Poly ADP-ribose polymerase) 단백질의 기능을 억제하는 표적항암제 (Olaparib)를 함께 사용하여 DNA 이중나선의 복구를 방해하는 방식을 활용했습니다. 이 방식에서 첫번째 요소는 CRIPSR-nickase이고, 두번째 요소는 synthetic guide RNA (sgRNA), 세번째 요소는 PARP 억제제 입니다. DNA 이중나선의 두 가닥에 모두 절단을 유도하는 CRISPR-Cas와는 달리 CRIPSR-nickase는 sgRNA에 결합된 표적 부위의 DNA 이중가닥 중 하나만 자르게 됩니다. 이 중, PARP는 단일 가닥 절단을 복구하는 단백질로, PARP가 작동하지 못하면 손상된 DNA가 정상 DNA 구조를 확보하지 못하게 됩니다. 특히, PARP 억제제는 부작용 적은 표적 항암제이기는 하지만 일부 유전자 변이가 있는 난소암, 유방암 (BRCA2 등의 유전자) 환자에게만 효과를 발휘하는데, 이번의 유전자 가위와 PARP 억제제를 함께 쓰면 이러한 돌연변이가 없는 암에 대해서도 PARP 억제제로 암세포의 사멸을 유도할 수 있게 됩니다. 이번 연구에서는 4개의 sgRNA와 PARP억제제 및 CRISPR-nickase 만으로도 대장암 오가노이드를 이용한 시험관에서의 항암실험과 동물 대장암 모델에서 종양의 성장 억제를 확인하였습니다. 이 방식의 장점은, CRISPR-nickase로는 돌연변이가 유발된 암세포의 DNA 손상을 유도하고, PARP 억제제로 DNA 복구를 차단하면서 추가적으로 PARP억제제는 돌연변이가 없는 암세포에도 항암 효능이 있어 이들의 병용을 통해 환자의 암세포들 대한 광범위한 사멸유도가 가능하게 된 것입니다.

이번 연구는 Combining Multiplexed CRISPR/Cas9-Nickase and PARP Inhibitors Efficiently and Precisely Targets Cancer Cells 라는 제목으로 미국암학회 공식 학술지인 Cancer Research에 8월 1일자로 게재되었습니다.

물론 이러한 방식이 임상적으로 환자의 치료까지 이어지기 위해서는 환자의 일차암과 전이암 부위로의 치료 유효성분의 안전하고 효과적인 전달 방식의 연구, 유전자 돌연변이 부위에 대한 정보 확보 등이 필수적이겠고, 방사선 요법이나 항암제 등 다른 치료방식 과의 병용치료에서 효능의 상쇄나 감소를 낮출 수 있는 전략이 필요할 것으로 보입니다.

25학년도 캠스톤디자인 논문 중 송민철, 이승채, 최혁준이 작성한 “CRISPR-Cas9 기술을 활용한 암치료 혁신”과 이 논문의 내용과 관련성이 높은 것으로 보입니다.

위 논문은 

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12314522/ 링크를 따라 가면 원문을 볼수 있습니다.