렌티 바이러스 벡터 시스템: 유전 치료를 제공하는 새로운 방법

렌티 바이러스 벡터 시스템: 유전 치료를 제공하는 새로운 방법

유전자 치료를 제공하는 새로운 방법이 의료계에 큰 파장을 일으키고 있습니다. 렌티 바이러스 벡터 시스템은 유전자 치료 전달의 전통적인 방법보다 더 효과적인 것으로 나타났습니다. 이 시스템은 바이러스를 사용하여 치료 유전자를 환자 신체의 세포로 운반합니다. 연구자들은 이 방법이 부작용이 적고 성공률이 더 높다는 것을 발견했습니다. 이번 블로그 게시물에서는 렌티 바이러스 벡터 시스템과 유전 질환 환자를 위한 이점에 대해 논의하겠습니다.

렌티바이러스

렌티바이러스 속에는 사람과 다른 포유동물 종에서 잠복기가 길어 지속적인 질병을 일으키는 레트로바이러스가 포함됩니다. 이 속에는 AIDS를 유발하는 인간 면역결핍 바이러스(HIV)가 포함됩니다. 렌티바이러스는 엄청난 양의 바이러스 상보적 DNA를 숙주 세포의 DNA에 통합하여 비분할 세포를 쉽게 감염시킬 수 있게 하여 가장 효율적인 유전자 전달체 중 하나가 됩니다. '내인성 레트로바이러스'라는 용어는 자신의 DNA가 숙주 생식계열 게놈에 통합되어 미래의 숙주 후손이 이를 상속받을 수 있도록 하는 바이러스를 의미합니다.

렌티바이러스 수명주기

렌티바이러스 수명 주기에는 바이러스가 표적 세포에 들어가 유전 물질을 전달하고 복제할 수 있도록 하는 일련의 단계가 포함됩니다. 다음은 렌티바이러스 수명 주기의 주요 단계에 대한 개요입니다.


1. 부착 및 진입: 이 과정은 렌티바이러스가 표적 세포 표면에 부착되는 것으로 시작됩니다. 바이러스 외피 당단백질(보통 VSV-G 또는 기타 변형된 단백질)은 세포막의 특정 수용체와 상호작용합니다. 이 부착은 외피 단백질의 구조적 변화를 유발하여 융합 펩타이드를 노출시킵니다. 이를 통해 바이러스는 세포막과 외피를 융합하여 바이러스 코어(RNA 게놈 및 필수 단백질 포함)를 표적 세포의 세포질로 방출할 수 있습니다.


2. 역전사: 세포 내부로 들어가면 바이러스 코어가 역전사를 수행합니다. 바이러스 효소 역전사효소는 바이러스의 단일 가닥 RNA 게놈을 이중 가닥 DNA 중간체로 변환합니다. 프로바이러스 DNA로 알려진 이 바이러스 DNA는 바이러스 효소 통합효소의 도움으로 숙주 세포의 염색체 DNA에 통합됩니다.


3. 통합: 프로바이러스 DNA는 반 무작위 부위에서 숙주 세포의 게놈에 통합됩니다. 이러한 통합은 통합효소에 의해 촉매되며 바이러스가 지속적인 감염을 확립하는 데 필수적입니다. 통합은 세포 유전자 근처에 바이러스 DNA를 삽입하여 잠재적으로 그 기능에 영향을 미칠 수 있습니다.


4. 전사 및 번역: 통합된 프로바이러스 DNA는 숙주 세포의 RNA 폴리머라제 II에 의한 전사를 위한 주형 역할을 합니다. 그런 다음 바이러스 RNA 전사물을 처리하고 번역하여 바이러스 구조 및 효소 단백질을 생성합니다. 이 단백질은 새로운 바이러스 입자를 조립하는 역할을 합니다.


5. 조립 및 발아: 새로 합성된 바이러스 RNA는 구조 및 효소 단백질과 함께 세포 표면으로 운반됩니다. 여기에서 그들은 원형질막에 모여 새로운 바이러스 입자를 형성합니다. 바이러스 코어는 숙주 세포막으로 둘러싸여 있으며, 세포 표면에서 싹이 트면서 바이러스 외피 단백질을 얻습니다. 이 과정을 통해 바이러스는 반드시 숙주 세포를 파괴하지 않고도 숙주 세포에서 빠져나올 수 있습니다.


6. 성숙 및 방출: 출아 중 또는 직후에 새로 형성된 바이러스 입자는 성숙을 거치며, 여기서 프로테아제 효소는 전구체 단백질을 성숙한 형태로 절단합니다. 이 단계는 방출된 바이러스의 감염성에 매우 중요합니다. 성숙한 렌티바이러스는 숙주 세포에서 방출되어 자유롭게 다른 세포를 감염시켜 주기를 새로 시작합니다.

렌티바이러스 벡터

렌티바이러스 벡터는 유전자 전달 분야의 강력한 도구로, 광범위한 분열 및 비분할 세포에 유전 물질을 효율적으로 도입하는 능력으로 널리 사용됩니다.


렌티바이러스 안전성을 높이기 위해 바이러스 생산에 필요한 구성 요소는 많은 플라스미드(2세대 시스템의 경우 3개, 3세대 시스템의 경우 4개)로 나누어집니다. 안전성을 향상시키기 위해 1세대 HIV-1 렌티바이러스 벡터는 벡터 구성 요소를 3개의 플라스미드로 나눕니다: (i) 포장 구조; (ii) 바이러스 당단백질을 함유하는 Env 플라스미드; 및 (iii) 전달 벡터 게놈 구축.


RCL(복제 가능 렌티바이러스)의 형성을 줄이기 위해 포장 및 봉입 플라스미드는 포장 신호 또는 LTR 없이 특별히 설계되었습니다. 3세대 시스템은 RCL 형성을 효과적으로 감소시키고 생체 안전성을 향상시켰습니다.
다음은 두 시스템의 구성 요소 목록입니다.


렌티바이러스 전달 플라스미드(관심 유전자 포함): 기증자 서열 옆에는 긴 말단 반복부(LTR)가 있는데, 이는 전달 플라스미드 DNA를 숙주 게놈으로 통합하는 데 도움이 됩니다. 일반적으로 바이러스 감염 후 숙주 게놈에 통합되는 LTR 사이의 서열입니다. 전달 플라스미드는 모두 복제 능력이 없으며 3'LTR에 추가 삭제가 포함될 수 있으므로 안전상의 이유로 통합 후 바이러스가 "자기 비활성화"(SIN)됩니다.


패키징 플라스미드: 이 특수 플라스미드는 렌티바이러스 게놈을 바이러스 입자로 패키징하고 캡슐화하는 데 필요한 주요 바이러스 유전자를 포함합니다. 일반적으로 패키징 플라스미드는 바이러스 코어 형성과 역전사 및 통합에 필요한 효소 과정에 중요한 구조 단백질 Gag 및 Pol을 코딩하는 유전자를 운반합니다. 또한, 패키징 플라스미드는 종종 바이러스 RNA 전사체의 핵 수출을 조절하는 Rev 유전자를 포함합니다. 이러한 유전자의 세심하게 조율된 상호 작용을 통해 패키징 플라스미드는 렌티바이러스 벡터의 유전 화물이 정확하고 효율적으로 새로운 바이러스 입자로 조립되도록 보장합니다.


엔벨로프 플라스미드(Envelope plasmid): 이 특수 플라스미드는 렌티바이러스의 숙주 세포 특이성과 진입 메커니즘을 결정하는 바이러스 엔벨로프 당단백질을 코딩하는 유전자를 포함합니다. 수포성 구내염 바이러스(VSV-G)와 같은 소스에서 종종 파생되는 필수 외피 단백질을 제공함으로써 외피 플라스미드는 렌티바이러스 입자의 유사형 분석을 가능하게 합니다. 유사형 분석에는 천연 외피 단백질을 외피 플라스미드에 의해 암호화된 단백질로 대체하여 렌티바이러스가 감염할 수 있는 세포 유형의 범위를 확장하는 작업이 포함됩니다. 이 과정은 원하는 표적 세포의 효율적이고 구체적인 형질도입을 달성하는 데 필수적입니다.


유전자 패키징 및 외피 플라스미드 추가는 일반화되었으며 다양한 세포 유형 및 시스템에 적합합니다. 실험을 계획할 때 고려하고 최적화해야 할 중요한 구성 요소는 전달 플라스미드입니다. 2세대 렌티바이러스 플라스미드는 유전자 발현을 위해 바이러스 LTR 프로모터를 활용하는 반면, 3세대 트랜스퍼 플라스미드는 하이브리드 LTR 프로모터를 활용합니다. 추가적인 또는 특화된 프로모터도 전달 플라스미드 내에 포함될 수 있습니다. 예를 들어, U6 프로모터는 shRNA 발현을 유도하기 위해 pSico 플라스미드에 포함됩니다. 형광 융합이나 리포터와 같은 다른 기능도 전달 플라스미드에 포함될 수 있습니다.


렌티바이러스 유전자 전달의 세 가지 변종을 사용하는 목적은 연구자들에게 시험관 내 또는 동물 모델에서 효율적인 생산을 위한 대체 방법을 제공하는 것입니다. 2012년 렌티바이러스의 발견으로 인간 유전체학 연구의 새로운 가능성이 열렸습니다. 연구자들은 높은 처리량 방법에서 RNA 간섭 기술을 사용하여 특정 유전자를 침묵시키기 위해 렌티바이러스를 활용하려고 시도하고 있으며 그 결과 효율성과 비용 효율성이 크게 향상됩니다.

렌티바이러스 유전자 치료

렌티 바이러스 벡터 시스템은 유전자 치료법을 전달하는 새로운 방법입니다. 이 시스템은 렌티바이러스를 사용하여 치료 유전자를 환자 신체의 세포로 운반합니다. 렌티바이러스는 광범위한 세포를 감염시키는 능력으로 알려져 있어 유전자 전달에 이상적인 선택입니다. 또한, 렌티바이러스는 안정성이 매우 높아 장기간 체내에 머무를 수 있습니다. 이는 만성 질환 환자에게 탁월한 선택이 됩니다. 시험관 내 및 생체 내 모두에서 분할 및 비분할 세포로의 강력한 형질도입 및 안정적인 발현을 중재하는 렌티바이러스 벡터의 이러한 특징은 매우 유익합니다.


렌티 바이러스를 벡터로 사용하는 이점 중 하나는 매우 안전하다는 것입니다. 또한 환자에게 부작용을 일으킬 위험이 낮습니다. 또한 필요한 경우 렌티바이러스를 신체에서 쉽게 제거할 수 있습니다.

렌티바이러스 시스템 - 응용

인간이나 동물 세포에 새로운 유전자를 도입하기 위해 렌티바이러스를 사용하는 것은 또 다른 인기 있는 기술입니다. 예를 들어, 인간의 결함 유전자인 야생형 혈소판 인자 VIII을 발현하는 마우스 혈우병 모델은 이 방법을 사용하여 교정될 수 있습니다. 렌티바이러스 감염은 분열 세포와 비분열 세포를 효율적으로 감염시킬 수 있기 때문에 이식유전자의 장기간 발현 및 낮은 면역원성과 같은 다른 유전자 치료 기술에 비해 몇 가지 장점을 제공합니다. 또한 렌티 바이러스는 신체의 특정 세포를 표적으로 삼아 치료 유전자가 의도한 목적지에 도달하도록 보장할 수 있습니다.


렌티바이러스는 또한 종양 항원에 대한 면역 반응을 유도하는데도 사용되었습니다. 감마레트로바이러스와 렌티바이러스는 다양한 질병에 대한 치료 옵션부터 백신에 이르기까지 다양한 용도로 이미 300개 이상의 임상 시험에서 사용되었습니다.
렌티바이러스 벡터 시스템은 유전적 질환으로 고통받는 사람들에게 여러 가지 장점을 가지고 있습니다. 이 방법은 안전하고 효과적입니다. 또한, 렌티바이러스는 다양한 치료 유전자를 전달하는 데 활용될 수 있습니다.


이러한 벡터는 많은 종에서 매우 효율적입니다. DNA 미세주입은 닭에서는 완전히 효과가 없었습니다. 이들 벡터의 외래 DNA는 8kB로 제한됩니다. 제한된 수의 고유한 통합 복사본을 사용하여 대량의 형질전환 동물을 생산하려면 사용되는 벡터의 양을 변경해야 합니다. 렌티바이러스 벡터와 도입유전자는 함께 침묵됩니다. 각 통합 사본은 서로 다릅니다. 절연체 5'HS4는 소음 효과를 감소시킵니다. 바이러스 프로모터는 일반적으로 렌티바이러스 벡터의 발현을 결정합니다. 렌티바이러스 벡터는 siRNA 생산에 이상적입니다. 이러한 벡터는 시중에서 구입할 수 있으며 은행에는 인간과 마우스 mRNA를 모두 표적으로 하는 siRNA 유전자가 포함된 벡터가 포함되어 있습니다.

CNS로의 유전자 전달 도구로서의 렌티 바이러스 벡터

렌티바이러스 벡터는 뇌의 대부분의 세포 유형을 변환하여 강력하고 오래 지속되는 유전자 발현을 가져오기 때문에 뇌의 유전자 전달 수단으로 활용되어 왔습니다.
감마-레트로바이러스에 비해 렌티바이러스 벡터는 덜 위험한 것으로 밝혀졌습니다.


여러 연구에 따르면 렌티바이러스 벡터는 생체 내에서 최종 분화 뉴런, 수지상 세포, 신경교 세포, 성상교세포 및 희소돌기아교세포를 포함하여 CNS의 대부분의 세포 유형을 효율적으로 변환할 수 있는 것으로 나타났습니다.


SIV, EIAV 및 FIV와 같은 다른 종류의 렌티바이러스 벡터가 이식유전자를 뇌로 보내는 것으로 나타났지만 HIV-1 기반 벡터가 가장 성공적이고 효율적인 것으로 입증되었습니다.

렌티바이러스 유전자 치료 - 잠재적 위험

렌티바이러스 벡터는 유전자 치료에 많은 이점을 제공하지만 사용과 관련된 특정 위험도 있습니다. 이러한 위험은 주로 벡터의 바이러스 기원과 숙주 유기체와의 잠재적인 상호 작용에서 비롯됩니다. 몇 가지 주요 위험은 다음과 같습니다.


1. 삽입 돌연변이 유발: 렌티바이러스 벡터는 유전적 화물을 숙주 세포의 게놈에 통합합니다. 어떤 경우에는 이러한 통합이 정상적인 세포 유전자 기능을 방해하여 잠재적으로 삽입 돌연변이를 일으키고 종양 유전자 활성화 또는 종양 형성과 같은 의도하지 않은 결과를 초래할 수 있습니다.


2. 면역원성: 렌티바이러스 벡터는 일반적으로 다른 바이러스 벡터보다 면역원성이 낮지만 여전히 숙주에서 면역 반응을 유발할 수 있습니다. 이러한 면역 반응은 유전자 치료의 효과를 제한하거나 부작용을 초래할 수 있습니다.


3. 발현의 제한된 제어: 렌티바이러스 벡터는 안정적이고 장기적인 유전자 발현을 제공하지만 발현 수준과 시기를 제어하는 ​​것은 어려울 수 있습니다. 치료 유전자의 과발현 또는 과소발현은 원치 않는 효과나 차선의 치료 결과를 초래할 수 있습니다.


4. 목표 외 효과: 렌티바이러스 벡터는 의도하지 않은 게놈 부위에 실수로 통합되어 인근 유전자의 기능에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있습니다. 이로 인해 예상치 못한 생물학적 결과나 안전 문제가 발생할 수 있습니다.


5. 벡터 동원의 위험: 어떤 경우에는 렌티바이러스 벡터 시스템의 잔류 바이러스 요소로 인해 복제 가능 렌티바이러스(RCL)가 생성될 수 있으며, 이는 복제되어 해를 끼칠 가능성이 있습니다. 이러한 위험을 완화하려면 엄격한 품질 관리와 안전 조치가 필요합니다.
6. 염증 반응: 렌티바이러스 벡터는 일반적으로 다른 바이러스 벡터보다 염증이 덜한 것으로 간주되지만 여전히 가벼운 면역 반응을 유발할 수 있습니다. 이러한 반응은 주사 부위나 주변 조직에 염증을 일으킬 수 있습니다.


7. 윤리적 고려사항: 유전자 치료에서 렌티바이러스 벡터의 사용은 윤리적 문제를 제기하며, 특히 생식계열 편집이나 미래 세대에 전달될 수 있는 영구적인 유전적 변화를 고려할 때 더욱 그렇습니다.


8. 방향성 한계: 렌티바이러스 벡터는 모든 세포 유형을 효율적으로 변환하지 못할 수 있으며, 이는 특정 세포 표적화가 필요한 특정 질병이나 치료법에 대한 적용 가능성을 제한할 수 있습니다.


9. 제조상의 과제: 임상용 고품질 렌티바이러스 벡터의 생산은 복잡하고 비용이 많이 들 수 있습니다. 일관된 벡터 생산 및 정제 과정을 보장하는 것은 안전성과 효능을 위해 매우 중요합니다.


10. 규제 고려 사항: 유전자 치료를 위한 렌티바이러스 벡터의 사용은 규제 감독의 대상이며 승인 절차는 엄격하고 시간이 많이 걸릴 수 있습니다. 규제 요구 사항을 탐색하는 것은 렌티바이러스 기반 치료법의 개발 및 구현에 있어 중요한 측면입니다.
이러한 위험을 완화하려면 철저한 전임상 연구, 강력한 안전성 평가 및 신중한 환자 모니터링이 필수적입니다. 연구자와 임상의는 렌티바이러스 기반 유전자 치료법의 안전성 프로필을 개선하고 잠재적인 위험을 최소화하면서 혜택을 극대화하기 위해 잠재적인 문제를 해결하기 위해 지속적으로 노력해야 합니다.
11th Sep 2024 Sana Riaz

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