배경

기존 키메라 항원 수용체 T세포(Chimeric Antigen Receptor T cell, CAR-T) 치료제는 혈액암에서 효능을 증명했으나 고형암 극복에는 한계를 보였다. 고형암 세포가 형성한 종양 미세환경(Tumor Microenvironment, TME)은 면역세포 침투를 막고 면역 억제 신호를 방출해 T세포를 무력화한다. T세포 유전자를 유전자 가위(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, CRISPR) 기술로 조작해 내성을 갖추려는 연구가 활발히 진행되는 이유다.

생체 밖(in vitro) 검증 방식은 TME의 복잡한 면역 억제 기전을 모방하지 못한다. 생체 내(in vivo) 스크리닝이 암 조직 환경을 재현하는 대안으로 꼽히는 이유다. 하지만 고형암 내부로 침투한 종양 침윤 림프구(Tumor-Infiltrating Lymphocyte, TIL)의 회수율이 낮아 대규모 스크리닝은 난관에 봉착해 왔다. 생체 내 환경에서 면역세포 조절 인자를 전장 유전체 수준에서 규명하기가 어려웠던 셈이다.

핵심 발견

미국 샌프란시스코 캘리포니아대(University of California, San Francisco, UCSF) 줄리아 카네발레(Julia Carnevale) 교수팀은 고형암에서 T세포를 효율적으로 회수하는 생체 내 모델을 개발했다. 인간 흑색종 세포주인 A375가 T세포를 자극하는 항 CD3 단일사슬 가변 조각(single-chain variable fragment, scFv)을 발현하도록 조작하는 방식을 선보였다. 암세포 표면에 인공 면역 시냅스를 형성해 T세포의 종양 내 증식을 유도하는 전략이다. 이로써 고형암 내부의 종양 침윤 T세포를 분리 수집할 수 있게 됐다.

연구팀은 이 모델을 기반으로 전장 유전체 수준의 CRISPR 스크리닝을 시행했다. 침투도와 작동 기능이라는 두 갈래로 스크리닝이 이루어졌다. 침투 영역에서는 퓨린 수용체 P2RY8과 G단백질 알파13(Gα13) 축이 침투 저해 인자로 규명됐다. 작동 기능 영역에서는 GNAS 유전자가 주도적인 역할을 책임지는 것으로 드러났다. GNAS가 부호화하는 G단백질 알파 서브유닛(Gαs)은 여러 GPCR 하위 단계의 억제 신호를 전달하는 거점 역할을 한다. 실제로 GNAS를 제거한 CAR-T 세포는 아데노신(adenosine)이나 프로스타글란딘 E2(PGE2)가 가득한 억제 환경에서도 암세포 사멸 효과를 유지하는 중이다. 나아가 P2RY8과 GNAS를 동시에 편집한 T세포는 단일 편집보다 뛰어난 종양 제어 능력을 입증했다.

의미와 전망

이번 연구는 고형암 극복의 실마리가 되는 새로운 면역 조작 경로를 발굴했다는 호평을 받았다. 기존에는 규명하기 어려웠던 체내 면역 억제 환경에서의 유전자 기능 규명을 전장 유전체 수준에서 달성했기 때문이다. 특히 P2RY8과 GNAS의 차단이 T세포의 침투와 지속성을 동시에 향상한다는 사실은 향후 복합 편집 유전자 치료제 개발을 활성화할 것으로 보인다.

다만 이 기술을 환자에게 직접 적용하기까지는 보완점이 남았다. 마우스 모델에서 확인된 인공 면역 시냅스의 효과가 인체 내에서도 동일하게 재현되는지 추가 검증이 필수적이다. 유전자 다중 교정 과정에서 의도치 않은 변이를 유발하는 오프타깃(off-target) 효과를 통제하는 기술적 안정성 확보 역시 극복해야 할 난제로 꼽힌다.