국내 연구진이 유전성 난청을 유발하는 'MPZL2' 유전자의 대표적 돌연변이를 정확히 교정하는 유전자 치료법을 개발, 1회 주사로 청력 회복 효과를 입증하는 데 성공했다. 

이번 연구는 동아시아 인구에서 높은 빈도로 나타나는 유전성 난청 돌연변이에 아데닌 염기교정 유전자가위(ABE)를 정밀 적용해 전임상 수준에서 치료 가능성을 입증한 세계 최초 사례로, '원샷(one-and-done)' 유전자 치료의 가능성을 보여준다.

서울대병원 소아이비인후과 이상연 교수와 서울의대 생화학교실 배상수 교수팀(정소향 뇌과학 협동과정, 구한솔 종양생물학 협동과정)으로 구성된 공동연구팀은 유전성 난청 원인이 되는 MPZL2 유전자 돌연변이를 보유한 인간화 마우스 모델을 개발하고, 자체 제작한 유전자가위를 적용해 청력 회복 효과와 청각세포 회복을 확인했다고 25일 밝혔다.

MPZL2 유전자의 c.220C>T 변이는 DFNB111형 감각신경성 유전성난청 주요 원인 중 하나로, 특히 동아시아 인구에서 높은 빈도로 발생하며 전체 유전성 난청 환자의 10%에서 관찰된다. 

이 변이는 단백질을 만드는 글루타민 아미노산 신호(CAG)가 갑자기 종료 신호(TAG)로 바뀌어 단백질 합성이 중간에서 끊겨버리는 넌센스(nonsense) 변이, MPZL2 단백질 생성이 중단되면서 청소년기 이후 급격한 청력 저하를 유발해 점차 고도난청으로 진행된다. 그러나 현재까지 이를 근본적으로 치료할 수 있는 방법은 없었다.

연구팀은 국내외 1437가계로 구성된 유전성 난청 코호트를 분석해 c.220C>T 변이가 주요인임을 확인하고, 이를 모사한 인간화 마우스 모델을 제작했다. 

이어 교정 효율과 정확도를 높인 최신형 아데닌 염기교정 유전자가위를 자체 개발해 돌연변이 염기를 정상 염기서열로 정밀하게 교정하는 전략을 수립했다. 이 유전자가위는 DNA 이중가닥을 자르지 않고 아데닌(A)을 구아닌(G)으로 변환하는 방식으로 작동해서 세포 손상이 적고 표적 정확도가 높은 차세대 유전자 편집 기술이다.

연구팀은 이 유전자가위를 아데노-연관 바이러스(AAV)의 변형형 벡터(AAV-ie)에 탑재해 마우스의 달팽이관 정원창을 통해 귀 안으로 단 1회 주사하는 방식으로 전달했다. 

AAV-ie는 청각세포 전달 효율이 높고 안정적으로 작동하며, 유전자가위는 가이드 RN의 안내를 받아 돌연변이 부위에 정확히 도달해 병을 유발하는 아데닌 염기를 정상 구아닌으로 교정했다.

치료 효과는 청성뇌간유발반응 및 이음향방사 검사를 통해 객관적으로 측정됐다. 

그 결과, 치료군에서는 전 주파수 대역에서 20~30dB 수준 청력 향상이 확인됐고, 이 효과는 20주차 이상 지속됐다. 이는 내이 유전자 교정기술의 생체 내 적용 가능성과 치료 효율성을 뒷받침하는 중요한 결과로 평가된다.

조직 분석에서도 청각세포인 외유모세포와 이를 지지하는 지지세포 생존율이 유의미하게 증가했고, 달팽이관 조직 구조도 뚜렷하게 회복됐다. 이는 유전자 교정이 청각세포 기능뿐 아니라 조직학적 복원에도 실질적으로 기여한다는 점을 시사한다.

연구팀은 치료 정확성과 안전성을 평가하기 위해 DNA 수준에서 Cas-OFFinder 프로그램을 활용해 비표적(오프타깃) 교정 가능성을 예측하고, GUIDE-seq 분석을 통해 오프타깃이 없음을 검증했다. 실제 달팽이관 조직 시퀀싱 분석으로 표적 이외 부위에서의 교정 발생 여부를 분석한 결과, 표적 이탈 효과와 오프타깃이 없음을 확인했다. 

이상연 교수는 "기존 난청 치료는 보청기나 인공와우에 국한돼 있었지만 앞으로는 유전적 원인이 명확한 난청 환자에게 맞춤형 유전자 치료를 적용할 수 있는 새로운 길이 열릴 것으로 기대한다"며 "추가 전임상 및 임상 연구를 통해 실제 환자 치료로 이어질 수 있도록 노력하겠다"고 밝혔다.

한편, 이번 연구결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈' 최신호에 게재됐다.