빛으로 심근세포에 프라임 에디팅 전달, 비바이러스 방식 성공
배경
프라임 에디팅(prime editing, PE) 리보핵단백질(ribonucleoprotein, RNP) 복합체를 인간 유도만능줄기세포 유래 심근세포(iPSC-CMs)에 비바이러스 방식으로 전달한 세포 연구가 보고됐다. 최적 조건에서 측정한 편집 빈도는 최대 8.46%였다.
PE는 DNA 이중가닥 절단을 유도하지 않고 정밀한 유전체 변형을 수행하는 기술이다. 심근세포에 적용하려면 편집 도구를 효율적으로 전달하면서 전달용 유전물질의 유전체 삽입을 피하는 전략이 과제로 남아 있었다.
핵심 발견
연구진은 빛을 이용하는 광천공(photoporation) 기반 전달법에 LumiSense 나노감응제를 사용했다. 먼저 HEK293T 세포에서 세포질 전달과 편집 가능성을 확인한 뒤, 전달이 어려운 iPSC-CMs에 적용했다. 전달한 물질은 PE 단백질만이 아니라 PE RNP 복합체다.
형광 영상으로 PE RNP의 세포 내 유입을 확인했고, 액적 디지털 중합효소연쇄반응(ddPCR)으로 프라임 에디팅 빈도를 측정했다. 최적화한 조건에서 얻은 최대값이 8.46%로, 모든 실험 조건의 평균이나 세포 내 유입률을 뜻하지 않는다. 확보된 초록에는 표적 유전자와 교정 변이, 반복 수, 비교군별 결과가 제시되지 않았다.
의미와 전망
이번 결과는 인간 iPSC 유래 심근세포에서 바이러스 없이 물리적 방식으로 PE RNP를 전달하고 편집을 수행할 가능성을 보여준다. 연구진은 이를 비통합적이고 제어 가능한 전달 전략으로 제시했다.
다만 세포에서의 전달·편집 결과가 심장 질환 치료 효과나 안전성 확립을 뜻하지는 않는다. 확보된 초록만으로는 세포 생존율과 기능, 표적 외 편집, 동물이나 환자에서의 효과를 확인할 수 없다. 기존 전달법보다 성능이 우수한지도 판단하기 어렵다.
출처: Biomedicine & Pharmacotherapy 논문 초록
Prime editing (PE) offers precise genome modification without inducing double-strand breaks; however, its application in cardiomyocytes remains constrained by the lack of efficient and non-integrative delivery strategies. Here, we report a tunable photoporation-based approach for the non-viral delivery of PE ribonucleoprotein (RNP) complexes into human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (iPSC-CMs), a clinically relevant model for cardiac disease. Using LumiSense nanosensitizers, we first validated cytosolic delivery and editing feasibility in HEK293T cells, and subsequently achieved efficient photoporation in hard-to-transfect iPSC-CMs. Fluorescence imaging confirmed intracellular uptake of PE RNPs, and droplet digital PCR revealed prime-editing frequencies of up to 8.46% under optimized conditions. This study demonstrates a non-integrative and controllable physical strategy for PE RNP delivery into human cardiomyocytes, providing a promising foundation for the development of genome editing-based therapeutic interventions for cardiac disorders.
심근세포 유전자 편집을 연구할 때는 편집 기술뿐 아니라 세포 안으로 도구를 넣는 방법도 검토해야 한다. 이번 연구는 인간 iPSC 유래 심근세포에 PE RNP를 전달하는 비바이러스 물리적 접근의 가능성을 제시했다. 후속 연구에서는 질환 관련 변이를 지닌 심근세포 모델에 이 접근을 적용할 수 있는지 검토할 수 있다. 다만 표적별 편집 재현성, 처리 후 세포 생존과 심근 기능, 표적 외 편집을 함께 평가해야 한다. 최대 8.46%라는 편집 빈도만으로 치료에 충분한 수준인지 판단할 수 없으며, 생체 내 심장 전달과 환자 치료 효과는 별도 검증 과제다.