정밀 유전자 교정, 초기 임상으로 이어지다

프라임 편집(prime editing·PE)의 첫 인체시험에서 만성육아종병 환자 2명의 면역세포 기능 회복이 보고됐다. 기능은 각각 6개월과 4개월의 추적 기간 동안 유지됐지만, 장기 효과나 완치를 판단하기에는 이르다. Molecular Therapy에 게재된 이번 논문은 새로운 임상 결과를 직접 발표한 원저가 아니라, 프라임 편집의 작동 원리와 기술 개선, 전임상 연구 및 초기 임상 결과를 종합한 리뷰다.

DNA 한 가닥의 절개와 RNA 주형으로 서열을 바꾼다

기존 CRISPR-Cas9은 DNA 두 가닥을 절단한 뒤 세포의 복구 경로를 이용한다. 이 과정에서 생기는 작은 삽입·결실은 유전자를 비활성화하는 데 유용하지만, 질병 변이를 원하는 서열로 정확히 교정하는 데는 제약이 있다.

기본적인 프라임 편집은 DNA 한 가닥을 자르는 Cas9 니케이스와 역전사효소를 결합한다. 프라임 편집 가이드 RNA(pegRNA)는 표적 위치를 안내하면서 교정 서열의 주형도 제공한다. 역전사효소가 이 RNA 주형을 바탕으로 새 DNA를 합성하고, 세포의 복구 과정을 거쳐 교정 서열이 자리 잡는다.

편집 위치의 유연성은 커졌지만, Cas 단백질이 인식하는 인접 서열인 PAM의 제약까지 사라진 것은 아니다. 반대쪽 가닥에 추가 절개를 넣는 PE3는 효율을 높이는 대신 원치 않는 삽입·결실을 늘릴 수 있다. 이중 가닥 절단을 사용하는 파생 기술도 있어, 모든 프라임 편집을 ‘이중 가닥 절단이 없는 기술’로 설명할 수는 없다.

첫 임상에서는 환자 세포를 체외에서 교정했다

리뷰가 소개한 임상 세포제품 PM359는 환자 자신의 CD34+ 조혈줄기·전구세포에서 NCF1 유전자의 delGT 변이를 체외 교정한 뒤 다시 주입하는 방식이다. 만성육아종병에서는 미생물 제거에 필요한 NADPH 산화효소 기능이 손상되는데, 이 시험은 관련 유전자 변이를 직접 교정해 기능 회복을 평가했다.

제조 과정에서는 전기천공으로 편집효소 mRNA와 화학적으로 변형한 가이드 RNA들을 세포에 전달했다. 환자에게 나노입자나 분할 바이러스 전달체를 투여한 시험은 아니다. 세포 주입 전에는 부설판 전처치도 시행됐다.

주입 후 30일째, 호중구의 산화 기능을 평가하는 디하이드로로다민(DHR) 검사에서 양성 세포 비율은 두 참여자에서 각각 69%와 83%였다. 호중구의 NADPH 산화효소 활성은 각각 6개월과 4개월 동안 유지됐으며, PM359에 기인한 중대한 이상반응은 보고되지 않았다. 이는 기능 회복의 초기 근거이며, 이상반응이 전혀 없었다거나 장기 안전성이 확립됐다는 의미는 아니다. 참여자가 2명이고 추적 기간이 짧다는 점도 해석의 한계다.

별도 질환 연구가 보여준 가능성과 조건

리뷰에 포함된 겸상적혈구병 연구에서는 환자 유래 조혈줄기·전구세포의 대립유전자 약 40%가 교정됐다. 이는 환자 치료 성적이 아니라 체외 세포 연구 결과다. 유전성 티로신혈증 1형 생쥐 연구에서는 교정된 간세포가 선택적으로 늘어나 낮은 초기 교정률로도 기능 개선이 나타났다. 그러나 같은 선택적 증식 이점을 신장이나 신경계에서 기대할 수는 없어, 간의 성과만으로 전신 치료 가능성을 판단하기 어렵다.

연구진은 편집효소 소형화, 가이드 RNA 안정화, 조직별 전달법 개선을 임상 확장의 주요 과제로 제시했다. 비분열 조직에서의 낮은 편집 효율도 해결해야 한다. 안전성 평가에는 표적 밖 편집뿐 아니라 표적 부위의 원치 않는 편집 산물, 큰 유전체 구조 변화, 면역반응이 포함돼야 한다. 적용 범위는 질환과 세포별 효율·전달·안전성 검증에 달려 있다.

자세한 내용은 Molecular Therapy 리뷰 「A primer on prime: A prime editing update from advances to first-in-human trial」의 공개 전문에서 확인할 수 있다.