게놈 편집으로 급성 심장사(SCD)를 예방할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 크리스퍼(CRISPR)를 사용해 심장에 결함 있는 유전자를 수정하면 SCD 관련 심장질환이 있는 환자를 구할 수 있다는 것이다.
베일러의과대학은 심장의 RYR2 유전자에서 돌연변이를 발견했다. 이 돌연변이 유전자는 부정맥과 SCD를 유발할 수 있다. 연구팀은 실험쥐 모델을 대상으로 크리스퍼를 사용해 유전자를 편집하고 SCD 관련 심장 질환을 예방할 수 있었다.
게놈 편집으로 급성 심장사 정확하게 예방
급성 심장사란 심장 기능을 상실해 갑작스럽고 예기치 못하게 사망하는 것을 일컫는다. 심장질환 사망 원인 중 이 SCD가 50%를 차지하고 있다. SCD는 보통 중년층에서 유발되고 있지만 어린이에게도 발생할 수 있다.
베일러의대 연구진은 실험쥐 모델을 사용해 카테콜라민 다형성 심실성 빈맥(CPVT)라는 증상을 치료하다 SCD를 예방할 수 있는 새로운 기법을 개발했다.
유전성 CPVT 환자는 불규칙하고 빠른 심장박동이 반복되고 때로 기절도 한다. 연구팀은 환자의 병력을 검토하다 환자의 친척 대부분이 치명적인 부정맥을 앓고 있거나 SCD로 사망한 것을 확인할 수 있었다. 심장박동을 조절하는 치료제를 처방하고 이식 가능한 제세동기를 처치할 수 있지만 특정 환자에게는 최적의 방법이 될 수는 없다.
따라서 연구팀은 환자 심장의 유전적 결과를 조사했다. 그리고 결함 있는 RYR2 단백질이 심장의 칼슘 공급을 중단하고 있다는 것을 확인했다. RYR2 유전자의 돌연변이가 결함 단백질에서 발생했으며 칼슘 누출을 촉진하고 있었다. 심장 근육은 칼슘을 지속적으로 공급받지 못하면 불규칙하게 뛰게 된다.
CPVT를 위한 영구적인 솔루션
모든 CPVT 환자의 60%가량은 RYR2 유전자 돌연변이와 관련이 있고 COVT는 상당수의 SCD와 관련이 있다. 따라서 연구팀은 CPVT의 영구적인 치료법을 개발하기 위해 유전자 치료 전문가인 윌리엄 라거 박사와 협업을 진행했다. 이들은 게놈 편집을 심장으로 전달하는 바이러스성 매개체를 활용했다.
연구팀은 RYR2 돌연변이의 속성을 조사하고 질병 유발 유전자 복제본인 R176Q를 발견했다. 이 유전자 기형을 수정하자 RYR2 유전자로 적절하게 발현이 됐으며, 그 결과 심장으로 들어가는 칼슘 흐름이 회복됐다.
따라서 연구팀은 게놈 편집과 실험쥐 모델을 사용해 이 접근법을 테스트했다. 그리고 CPVT 실험쥐 RYR2의 R176Q 비정상 유전자에 AAV-크리스퍼를 적용했다.
그 과정은 다음과 같다. 먼저, R176Q 돌연변이가 있는 실험쥐가 태어난 후 열흘을 기다렸다. 다음으로, 돌연변이가 있는 실험쥐와 돌연변이가 없는 실험쥐 모두에게 AAV-크리스퍼 또는 위약을 단일 처치했다.
그 후 5~6주간의 변화를 관찰했다. 평가에 따르면, 치료를 받은 실험쥐 R176Q의 양에는 어떠한 변화도 없었다. 반면, 위약을 처치 받은 모든 실험쥐의 71%는 심박동수가 비정상적으로 변했다.
실험쥐의 유전자를 조사하자 AAV-크리스퍼는 문제가 있는 RYR2 단백질의 수를 상당히 줄였고 그 결과 심장근육 세포 칼슘을 적절하게 공급하게 만들었다. 그리고 게놈 편집 요법을 받은 모든 실험쥐에게서 어떠한 부작용도 발견하지 못했다.
"정확한 게놈 편집은 조직 유도 유전자 요법의 미래이며 중증의 심장질환은 이상적인 시작점"이라고 라거 박사는 말했다.
연구진은 현재 CPVT 환자의 줄기 세포로 AAV-크리스퍼를 테스트하고 있다. 이들은 사람의 세포를 대상으로 치료법의 유효성과 안전성을 확인할 필요가 있다고 밝혔다. 테스트의 성공으로 부정맥 질환 치료의 미래를 예측할 수 있을 것으로 본다.
급성 심장사와 심장마비의 차이
심장마비는 관상 동맥 내부의 차단으로 촉발되는 것으로 심장에 산소가 든 혈액 공급을 억제한다. 이로 인해 심장 근육 세포는 산소를 받지 못해 심장에 손상을 가하게 된다.
반면, 급성 심장사는 비정상적인 심장 리듬을 유도하는 비정상적인 전기 자극과 관련이 있다. 일반적으로 혈액은 정상적으로 전달되지만 심장의 전기 체계에 결함이 생기면 심장 박동이 빨라진다. 그 결과, 전신에 혈액이 공급되지 않아 잠재적으로 두뇌가 손상을 입는다.
SCD의 주요 원인은 부정맥으로, 빠른 심장 박동과 어지럼증 같은 임상 증상이 나타난 환자는 즉시 응급실에 가야 한다. 제때 병원에 가면, 의사는 CPR로 산소를 공급하고 심장 박동을 정상화하기 위해 제세동기를 사용할 것이다.
[메디컬리포트=김건우 기자]