건국대 연구팀, 면역거부 크게 줄인 장기이식 복제돼지 생산 성공 > 웰빙 TOP뉴스

국내 연구팀이 환자에게 쓰이는 이종(異種)간 장기 이식을 위한 첫 번째 장벽이었던 ‘초급성 면역거부반응’을 없앤 복제돼지 ‘지노(Zeno)’에 이어, 두번째 장벽으로 알려진 ‘급성 면역거부반응’까지 완전히 제거한 미니 복제돼지의 생산에 성공했다.

1단계 장벽이었던 초급성 면역거부반응 극복에 이어 2단계 급성 면역거부반응을 일으키는 유전자까지 두 개의 유전자를 완전히 제거한 돼지유래 장기는 이론상 면역억제제의 사용만으로도 심장, 신장, 간 등 환자에게 이식이 가능해 돼지 장기의 실용화를 가능하게 하는 중요한 전기를 마련한 것으로 평가되고 있다.

건국대 동물생명공학과 권득남, 박찬규, 김진회 교수 팀은 전남대 강만종 교수, 차의과대 김재환 교수, 순천대 박광욱 교수와 미국 미주리대 이기호 박사, 프래더(Prather) 교수(알파갈 제거 최초 KO pig 생산) 연구팀과 공동으로 인간에게는 존재하지 않고 오직 동물에게만 존재해 이종간 장기 이식때 급성 이식 거부반응을 야기하는 물질인 Non-Gal antigen(비알파갈)의 주 원인 유전자인 Neu5Gc(글리콜뉴라민산)을 제거한 미니 복제돼지를 생산, 이종간 장기 이식을 위한 두 번째 장벽인 급성 면역거부반응 극복에 성공했다고 밝혔다.

연구팀은 미니 돼지의 체세포에서 급성 면역 거부반응을 일으키는 ‘CMAH 전이 효소’ 유전자 2개를 완전히 없앤 다음, 동물 복제기술로 유전형질을 바꾼 미니 돼지를 생산했다. 미니 돼지는 사람 체중에 맞춰 다 자라도 80㎏ 급이다. 급성 이식 거부반응을 야기하는 Non-Gal antigen(비알파갈)의 주 원인 유전자는 사람에게서는 비활성화 되어 있는 CMAH 효소에 의하여 생산된 Neu5Gc(글리콜뉴라민산)가 가장 대표적이다.

*CMAH(CMP-Neu5Ac hydroxylase): CMAH로 약기. Neu5Ac을 생체내에서 Neu5Gc로 전환하는데 필요한 효소로, 사람은 이 유전자에 돌연변이가 생겨 그 기능이 완전히 소실되었으나, 돼지와 같은 동물에서는 이 유전자가 활성화된 채 존재하여, 이종간 장기 이식시 돼지에 존재하는 비알파갈(non-gal: Neu5Gc)이 항원으로 작용하여 면역 거부반응을 야기함

돼지 장기는 사람의 장기와 비슷해 점점 늘고 있는 장기이식 수요자들을 위한 대체 장기로 주목받아 왔는데, 다른 동물 종(원숭이)에 이식한 직후에 치명적인 초급성과 급성 면역 거부를 일으켜 이를 극복하는 것이 급선무였다.

이번 연구프로젝트의 총괄 책임자인 김진회 건국대 교수는 “미국 연구팀이 알파갈 유전자 1개만을 없앤 복제돼지의 심장을 원숭이에 이식한 실험에서 6개월 생존 기록을 확인한 바 있어 알파갈이 제거된 돼지와 본 연구에서 생산된 돼지의 교미에 의하여 이들 두 개의 유전자를 제거한 돼지유래의 장기는 이론상 면역억제제의 사용만으로도 심장, 신장, 간 등 환자에게 이식 가능한 돼지 장기의 실용화가 가능할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

인간에게 장기를 이식하려면 면역거부반응을 조절해 이식된 장기가 괴사하지 않도록 해야 한다. 돼지의 경우 초급성, 급성 면역 거부반응을 억제하기 위해 최소한 3종류의 유전자를 조절해야 한다. 대표적인 것이 알파 갈(GAL)이라 불리는 유전자를 없애(녹아웃) 이 항원이 세포표면에 발현되지 않는 돼지를 만드는 것이다. 두 번째로 인간에게는 존재하지 않고 오직 동물에게만 존재하여 이종간 장기 이식시 지노앤티젠으로 작동하는 비알파갈 (Neu5Gc)의 제거이며, 마지막으로 혈액응고를 야기하는 폰빌레브란트인자 (von Willebrand factor, vWF)의 활성을 약화시킨 적어도 2종의 유전자가 결여되고 하나의 유전자 활성을 줄인 돼지의 생산이 필요하다.

이번 연구결과는 농촌진흥청 우장춘 프로젝트의 지원(연구책임자: 건국대 김진회 교수)으로 이뤄졌으며, 세계적 과학저널인 ‘네이처’(Nature)의 자매지인 사이언티픽 리포트 ‘Scientific Reports’ 온라인 판(6월 13일자)에 게재되었다.

최근, 이종장기이식분야의 최대 화두는 과연 몇 개의 유전자 조작으로 환자에게 이식 가능한 장기를 생산할 수 있느냐이다. 이종간 장기이식을 위하여 약 26종의 유전자가 조작된 돼지가 생산되었지만 현재까지는 오직 1개의 유전자 즉 초급성반응의 억제를 위한 알파갈만이 완전히 소실된 돼지가 생산되었으며, 나머지는 간접적으로 면역 기능을 억제하는 유전자를 과발현한 돼지 생산뿐이었다.

이들 과발현 유전자는 어느 정도의 면역 기능을 조절해주는 데는 의미가 있지만, 면역 기능을 완전히 불활성화 할 수 없어 인체 적용에는 한계점으로 대두되었다. 따라서, 급성 면역 거절반응을 야기하는 ‘CMAH’ 유전자의 완전 제거는 이종간 장기이식 분야를 한 단계 업그레이드했다는 분석이다.

연구팀은 CMAH 유전자가 소실된 돼지에서 이종항원으로 인식하여 나타나는 항원-항체반응이 현저히 줄어들어 급성면역거부반응이 줄어든 것을 확인했다. 또 이종장기 이식 때 야기되는 급성반응이 CMAH 유전자의 결손을 가진 돼지에서는 나타나지 않은 사실도 확인했다.

김진회 교수는 “사람에게 존재하지 않은 이종항원 합성에 결정적인 역할을 하는 CMAH 효소의 활성화에 의하여 유도된 Neu5Gc는 돼지에 존재하는 대표적인 Non-Gal antigen(비알파갈)이다. 따라서, CMAH 유전자가 제거된 돼지의 장기는 Neu5Gc가 결여되어 있어 급성 면역반응을 야기하지 못한다. 즉 알파갈 제거 돼지(지노) x CMAH 유전자 소실 돼지의 교잡에 의하여 알파갈과 비알파갈 두 개의 유전자가 제거된 돼지유래 장기는 초급성과 급성이 사라진 공여 장기를 생산할 것”이라고 말했다.

한편, 김진회 교수와 강만종 교수는 2009년 이종간 장기 이식시 초급성 면역 거절반응을 야기하는 알파갈 유전자를 적중한 돼지(지노)를 생산하여 그 결과를 2011년 Cellular Reprogramming과 JBB에 각각 게재한바 있으며, 국제공동의 일환으로 공동 교신저자로 참여한 미주리 대학의 Prather교수는 세계에서 처음으로 알파갈 유전자를 적중한 돼지를 Science(2002년)지에 보고한 바 있다. 유광식기자