바이러스는 유전자 치료에 어떻게 사용되는가

바이러스 유전자 치료

바이러스는 인간에게 대체로 문젯거리로 여겨왔지만, 바이러스가 유익하게 이용되는 분야가 하나 있습니다. 바이러스는 체세포에 변화를 주는 데 사용될 수 있습니다. 즉, 결실된 단백질의 유전자를 체세포 내에 집어넣음으로써 유전병을 치료할 수 있습니다. 이 방법을 유전자 치료라고 부릅니다. 현재 가장 성공적인 형태의 유전자 치료는 아데노신 탈아미노효소의 유전자에 관한 것입니다.

 

골수세포에서의 유전자 치료

이 효소가 없으면 dATP가 조직에 축적되어 라이보뉴클레오타이드 환원효소의 작용을 저해합니다. 이로 인해 다른 세 가지 디옥시라이보뉴클레오타이드 3인산이 결핍되게 됩니다. dATP와 기타 세 가지 dNTP는 DNA 합성의 전구체들입니다. 이러한 불균형은 특히 림프구의 DNA 합성에 영향을 주는데, 많은 면역반응들이 이 림프구에 좌우됩니다. 아데노신 탈아미노효소 결핍에 대해 동형접합인 사람은 '버블보이' 증후군인 중증합병면역결핍증이 생깁니다. 이런 사람들은 면역계가 몹시 손상되어 있어 감염되기 매우 쉽습니다. 계획된 유전자 치료의 궁극적 목표는 환자의 골수세포를 채취하여, 이 세포 내로 바이러스를 벡터로 사용하여 아데노신 탈아미노효소 유전자를 주입한 다음, 이 골수 세포를 체내에 다시 주입하여, 원하는 효소가 이 골수세포 내에서 생산되게 하는 것입니다.

 

인간 유전자 치료의 두가지 방법

첫 번째는 생체외 방법이라 불리며 SCID에 대항하는 데 사용된 유형입니다. 생체외 전달이란 환자에게서 체세포를 떼어낸 다음 이것을 유전자 치료로 변형시킨 후 다시 환자에 주입하는 것을 의미합니다. 이를 위한 가장 보편적 벡터는 말로니 쥐 백혈병 바이러스입니다. 바이러스에서 gag, pol, env 유전자 등을 제거하면 바이러스는 복제 능력을 잃어버립니다. 이 제거된 유전자들 대신 발현 카세트를 집어 넣는데, 이 발현 카세트에는 투입시킬 유전자가 적당한 프로모터와 함께 포함되어 있습니다. 이와 같이 돌연변이된 바이러스로 포장 세포주를 감염시켜서 이 바이러스를 포장 세포 내로 집어넣습니다. 이 포장 세포주 내로 정상 MMLV도 감염시켜 집어넣습니다. 이 포장 세포주는 MMLV에 의해서는 영향을 받지 않는 세포주입니다. 이 포장 세포주 내에서 정상 MMLV는 복제되지 않겠지만, 돌연변이된 바이러스의 복제능은, gag, pol, env 유전자에 의해 회복시킬 것입니다. 하지만 이런 작용은 이 세포주 내에서만 일어납니다. 

 

이와 같은 통제가 필요한 것은 돌연변이 바이러스가 다른 조직으로 빠져나가지 않도록 하는 데 필요합니다. 이 포장 세포주에서 돌연변이 바이러스 입자를 모아, SCID의 골수세포와 같은 표적세포를 감염시키는 데 사용합니다. MMLV는 레트로 바이러스이므로 표적세포를 감염시켜서 그 세포 내에서 자신의 RNA 유전체에서 DNA를 만들어냅니다. 그러면 이 DNA는 프로모터 및 ADA 유전자와 함께 숙주 유전체 내로 편입될 수 있게 됩니다. 수집된 표적세포들이 이러한 방법으로 형질전환되면, 이 세포들은 ADA를 생산할 것입니다. 그러면 이 세포들은 다시 환자에게 투여하면 됩니다.

싱체내 유전자 치료

두 번째 전달 방법은 생체내 방법이라 불리는데, 환자의 조직을 감염시키는 데에 바이러스를 직접 사용하는 것을 의미합니다. 이 전달 방법의 가장 보편적 벡터는 DNA 바이러스인 아데노 바이러스입니다. 표적조직에 있는 특이적 수용체에 근거하여 특정 벡터를 선택할 수 있습니다. 아데노 바이러스는 폐와 간의 세포에 수용체를 가지고 있으며, 낭포성 섬유증과 오르니틴 카바모일전달효소 결핍증에 대한 유전자 치료 임상시험에 사용되어 왔습니다. 

 

아데노 바이러스는 복제를 하려면 몇 가지 유전자가 필요한데, 여기에는 E1~E4와 L1~L5라 불리는 단백질들이 포함되어 있습니다. 복제를 못하는 아데노 바이러스는 E1과 E3 유전자를 제거 하면 만들어집니다. 

 

제거된 DNA 부위는 발현 카세트로 대체시킵니다. 야생형 아데노 바이러스에 미리 감염시킨 보완 세포주 내에서 이 혼성체를 키웁니다. 여기에서 벡터가 복제되면 모아서 환자의 조직을 감염시키는 데 사용합니다.

-출처- Biochemistry 라이프사이언스 생화학 편 발췌