분자유전학실험실 (단국대학교 분자생물학과)



 이성욱 ( 2010-02-26 13:48:51 , Hit : 5266
 버키볼에 기반한 유전자 전달

  
KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2010-02-25

  
일본 과학자들이 탄소 버키볼들(buckyballs, 풀러린(fullerene)을 구성하는 공 모양의 분자)을 이용하여 쥐에서 효과적으로 유전자를 전달하는 것을 증명해보였다 (R Maeda-Mamiya et al, Proc. Natl. Acad. Sci., 2010, DOI: 10.1073/pnas.0909223107). 이 접근법은 다른 실험적인 유전자 전달제들(gene delivery agents)의 한계를 극복할 수 있어서 실행가능하고 안전한 유전자 치료들(gene therapies) 및 DNA 백신 접종(DNA vaccination)의 가능성을 키워주고 있다.

유전 물질을 세포 내로 전달하는 것은 질병에 대항하는 무기로서 큰 잠재력을 가진다. 그러나, 주요 장애물은 안전하고 효율적인 전달 보조제를 개발하는 것이었다. 이전에 유전자 전달 연구는 전달 수송체(delivery vehicle)로서 바이러스 벡터들(viral vectors)이나 지질에 기반한 비-바이러스성 벡터들을 사용하는데 촛점을 맞춰왔다. 그러나 바이러스를 사용하는 것은 바람직하지 않은 면역 반응의 위험을 가지고 있고, 지질-DNA와 같은 비-바이러스성 보조제들은 효율적이지 않고 또한 세포에 독성을 띠는 것으로 알려졌다.

이제, Eiichi Nakamura와 도쿄대학교(University of Tokyo)와 다른 일본 연구소들에 있는 동료들이 수용성 양이온 테트라아미노 풀러린 (water-soluble cationic tetraamino fullerene, C60)를 사용하여 성공적으로 증가된 녹색 형광 단백질 유전자(enhanced green fluorescent protein genes, EGFP)와 인슐린 2 유전자들(insulin 2 genes)을 쥐에 전달했다. Nakamura는 이것이 바이러스와 지질 DNA이 전달 보조제로서 작용할 수 있을 뿐만아니라, 풀러린도 또한 살아있는 세포에서 DNA를 전달하고 발현할 수 있다는 것을 첫번째로 증명해 보인 것이라고 말했다.

(별도의 실험들에서) 각각의 유전자를 암호화하는 플라스미드 DNA(plasmid DNA)를 테트라아미노 풀러린 매체(tetraamino fullerene vector)에 부착하는 것은 아민의 양성자 첨가(protonation)에 의해 발생하는 정전기 전하(electrostatic charge)를 통해 가능해졌다. 풀러린의 양이온적 성질은 체내에서 효소에 의한 분해에 대항하여 DNA를 보호하는 것을 돕는 플라스미드 DNA를 농축시킨다. 일단 세포 안에 들어가면 그것은 아실화(acylated)되어 그 전하를 잃고, 그 결과 DNA를 방출하게 된다.

그 연구진은 쥐를 가지고 실험했고, 그 버키볼들이 체내에서 유전자들을 전달할 수 있다는 것을 알아냈고, 리포펙틴(Lipofectin)이라고 불리는 지질기반 보조제와 비교할 때, 풀러린에 기반한 시스템이 간과 췌장에서 양이온성 리포좀 기반 시스템(cationic liposome-based system) 보다 효율적으로 유전자들을 전달하는 것에 주목했다. 풀러린은 아마도 풀러린의 수용성 덕분에, 리포펙틴에서 보여진 급성 간이나 신장 독성의 유의적인 징후를 보이지 않는 것 같다.

미국의 뉴욕(New York)에 있는 스토니브룩대학교 (Stony Brook University )에 있는 생물나노기술 (bionanotechnology) 전문가인 Balaji Sitharaman는 이 연구가 당뇨병 치료를 위해 혈당을 낮추기 위한 인슐린 유전자 전달과 같은 체내 응용을 위해 풀러린의 효과를 시험하는데 길을 열어준다고 말했다. 이 연구진의 연구는 유전자 치료 연구에서 사용되는 기존의 지질 기반 전달 벡터(vector)에 실현가능하고 합성하기 쉬운 대안을 제공해준다고 Nakamura는 덧붙였다.

미국 아이오와대학교(University of Iowa)에서 유전자 전달 체계를 연구하고 있는Aliasger Salem은 효과적인 새로운 시스템을 개발하려는 어떤 시도도 박수받을 만하다고 말했다. 그러나, 그는 유전자 치료 벡터로서 일반적으로 사용되는 아데노바이러스(adenoviruse)와의 비교가 이루어지지 않았기 때문에 풀러린이 바이러스성 벡터 보다 더 나은지 알 수 없다고 언급했다.

더 나아가, Salem은 풀러린의 사용을 위한 장기 안전성에 대한 우려가 아직 남아있다는 것을 지적했다. 이 시스템이 응용을 위해 고려될 수 있기 전에 청소율 검사들(clearance studies), 면역 반응들, 유전자 제품들의 장기 발현은 아직 더 많은 평가를 필요로 한다고 그는 말했다.

[그림] 테트라아미노 풀러린(tetra amino fullerene)의 구조  

100224_Buckyball.jpg  

출처 : http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2010/February/24021001.asp








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