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윌슨병 베이스 에디팅 “유전자는 바꿀 수 없다”는 말은 과거의 이야기다. 최근 생명과학 분야에서는 유전자 편집(gene editing) 기술이 눈부시게 발전하면서, 선천적 유전 질환에도 치료의 가능성이 열리고 있다. 그중에서도 가장 주목받는 기술이 바로 베이스 에디팅(Base Editing)이다. 윌슨병(Wilson’s disease)은 ATP7B 유전자에 결함이 생겨 구리 대사가 무너지고, 간과 뇌에 구리가 축적되는 희귀 유전 질환이다. 이 질환의 본질은 ‘잘못된 유전자 코드 하나’로 인해 발생하며, 현재의 치료는 주로 증상을 완화하거나 구리를 제거하는 방식에 그친다. 근본 원인을 제거하지 못한다는 한계가 존재하는 것이다. 그렇다면 유전자 자체를 정확하게 교정할 수 있다면? 특히 절단 없이 안전하게 염기 하나만을 바꿀 수 있다면? 이것이 바로 베이스 에디팅이 윌슨병에 적용되고 있는 이유다.
유전자 돌연변이
윌슨병은 상염색체 열성 유전 질환으로, ATP7B 유전자의 기능 상실이 핵심 원인이다. 이 유전자는 간세포에서 구리를 조절하는 펌프 단백질을 생성하며 이 단백질이 손상되면 구리가 배출되지 못하고 체내에 축적된다. 전 세계적으로 500종 이상의 ATP7B 유전자 변이가 보고되고 있으며, 이 중 다수는 단일 염기 치환(point mutation)으로 발생한다. 이러한 변이는 단백질의 구조와 기능을 결정적으로 바꾸어 질병을 유발한다.
| H1069Q | 엑손 14 | 단백질 접힘 이상 | 유럽에서 가장 흔함 |
| R778L | 엑손 8 | 구리 결합 부위 손상 | 동아시아에서 흔함 |
| C271* | 엑손 3 | 조기 종결코돈 생성 | 단백질 전체 결손 |
| G943S | 엑손 12 | ATP 결합부위 결함 | 기능 저하 유발 |
이러한 돌연변이들은 기존의 약물치료로는 회복이 불가능하다. 결국, 유전자 자체를 교정하는 방법만이 질병의 뿌리를 제거할 수 있는 열쇠다.
윌슨병 베이스 에디팅 비교
윌슨병 베이스 에디팅 베이스 에디팅(Base Editing)은 기존의 CRISPR-Cas9 유전자 가위보다 훨씬 정교하고 안전한 기술로 평가받는다. 이 기술은 DNA를 절단하지 않고, 특정 염기(A, T, C, G)를 다른 염기로 ‘변환’시켜주는 방식이다. 즉, DNA의 한 글자만 바꾸는 ‘정밀한 교정’이 가능하며 이로 인해 삽입이나 결실 없이 유전자를 복원할 수 있다.
| DNA 절단 | O | X |
| 교정 방식 | 이중가닥 절단 후 복구 | 단일 염기 직접 변환 |
| 정확도 | 낮음 (삽입·결실 발생 가능) | 매우 높음 |
| 세포 독성 | 있음 | 낮음 |
| 적용 가능성 | 제한적 | 광범위 |
이러한 특성 때문에 베이스 에디팅은 유전 질환, 암, 희귀병 등 다양한 분야에서 치료 전략의 핵심 기술로 부상하고 있다.
윌슨병 베이스 에디팅 적용 방식
윌슨병 베이스 에디팅 윌슨병 치료를 위한 베이스 에디팅 연구는 현재 ATP7B 유전자의 주요 돌연변이를 정밀하게 수정하는 방식으로 진행되고 있다. 특히 H1069Q와 R778L처럼 단일 염기 치환으로 발생하는 변이는 베이스 에디팅의 대표적 적용 대상이다. 연구진은 간세포 또는 간 오르가노이드(Organoid)를 대상으로 유전자 교정 실험을 진행하고 있으며, 특정 돌연변이 위치에 맞춰 설계된 베이스 에디터 단백질과 가이드 RNA(gRNA)를 주입해 정확한 위치에서 염기를 교환하는 방식이다.
| 1 | 변이 위치에 맞는 gRNA 설계 |
| 2 | 아데닌 또는 시토신 베이스 에디터(ABE/CBE) 선택 |
| 3 | 간세포에 전달 (LNP, 바이러스 등 활용) |
| 4 | 변이 염기 치환 (예: A→G, C→T) |
| 5 | 정상 ATP7B 단백질 회복 및 기능 복구 |
이러한 접근은 약물이 할 수 없었던 원인 자체의 제거를 가능하게 만든다.
윌슨병 베이스 에디팅 사례
윌슨병 베이스 에디팅 베이스 에디팅을 활용한 윌슨병 치료 연구는 전 세계 여러 연구기관에서 활발하게 진행 중이다. 일부 연구에서는 동물 모델을 통한 교정 효과가 입증되었으며 간세포 기능의 회복과 구리 수치 정상화까지 보고된 바 있다.
| Broad Institute (2021) | H1069Q 변이 마우스 모델에 ABE 투여 | 변이 58% 교정, 간 조직 손상 완화 |
| 중국 복단대 (2022) | R778L 돌연변이 오르가노이드 편집 | ATP7B 발현 3배 증가, 세포 내 구리 축소 |
| 일본 게이오대 (2023) | ABE + LNP 간 전달 방식 연구 | 72시간 내 교정 완료, 면역반응 없음 |
| 한국 KAIST (2024) | C271* 조기종결 교정 시도 | 번역 복구 성공, 생존률 증가 확인 |
이러한 연구는 베이스 에디팅이 단순한 개념을 넘어, 실제 치료 전략으로 진입하고 있음을 보여주는 신호탄이다.
기술적 장점 그리고 해결 전략
베이스 에디팅은 여러 면에서 기존 유전자 치료보다 안전하고 정밀하지만, 아직 극복해야 할 기술적 과제도 존재한다. 특히 표적 정확성, 오프타겟(off-target) 효과, 전달 메커니즘의 안전성 등은 임상 적용을 위해 해결이 필요한 부분이다.
| 정확성 | 특정 염기만 선택 교정 | 특정 염기 유형에만 적용 가능 |
| 안전성 | DNA 절단 없음 → 세포 독성 낮음 | 오프타겟 편집 가능성 존재 |
| 영속성 | 한 번 편집 시 영구적 효과 | 비가역적 → 오류 시 치명적 |
| 전달력 | 간세포 타깃 가능 (LNP 등 활용) | 효율적인 체내 전달 시스템 필요 |
이를 극복하기 위해서는 가이드 RNA 최적화, 개선된 에디터 설계, 표적 전달 플랫폼 개발이 병행되어야 한다.
맞춤형 편집
ATP7B 유전자의 특성과 윌슨병의 병태생리를 고려했을 때, 베이스 에디팅을 적용하기 위한 최적화 전략은 다음과 같다:
| 변이 타깃 | 빈도 높은 H1069Q, R778L 변이 우선 |
| 에디터 선택 | 아데닌(A) → 구아닌(G) 치환 가능한 ABE 활용 |
| 전달 방식 | LNP (Lipid Nanoparticle) 기반 간 표적 전달 |
| 교정 효율 | 30% 이상 시 임상 효과 기대 가능 |
| 안전성 확보 | 고정밀 오프타겟 필터링 알고리즘 적용 |
특히 간세포에 특화된 지질나노입자(LNP)는 이미 COVID-19 백신에서 안정성을 입증받은 기술로, 베이스 에디팅 전달체로 적합성이 크다.
치료 로드맵
베이스 에디팅은 이제 더 이상 실험실에서만 머무는 기술이 아니다. 일부 희귀 유전 질환에서는 임상시험 단계까지 진입했고, 미국 FDA와 유럽 EMA에서도 정밀한 유전자 교정 기술에 대한 허가 검토가 활발하게 진행 중이다. 윌슨병은 유전자 변이가 뚜렷하고, 주요 표적 장기가 간이라는 점에서 베이스 에디팅의 적용에 매우 유리한 질환이다. 향후에는 맞춤형 유전자 편집 플랫폼과 조기 진단 기술이 결합되어, ‘환자 맞춤형 교정 치료’가 가능해질 것이다.
| 2025년 | 동물 실험 통한 안정성 검증 확대 |
| 2026년 | 무증상 보인자 대상 ex vivo 교정 시도 |
| 2027년 | 1상 임상시험 개시 |
| 2030년 | 정밀 베이스 에디팅 치료제 출시 가능성 |
| 이후 | 가족력 보인자 대상 예방적 유전자 교정 시대 도래 |
윌슨병은 더 이상 회피해야 할 질병이 아니라, 정확하게 정복할 수 있는 유전 질환의 대표 사례로 자리매김할 날이 머지않았다.
윌슨병 베이스 에디팅 윌슨병은 지금까지 간 기능 보호, 구리 제거, 식이 조절 등 증상 중심의 치료에 머물러 있었다. 하지만 베이스 에디팅은 이 질환의 본질을 정조준하며, ‘한 글자만 바꿔도 병이 사라질 수 있다’는 혁신적 가능성을 제시하고 있다. ATP7B 유전자의 단일 염기 돌연변이, 그리고 이를 정밀하게 교정할 수 있는 베이스 에디팅 기술. 이 둘의 조우는 윌슨병 치료의 새로운 시작이며, 앞으로 모든 유전 질환 치료의 방향성을 제시하는 이정표가 될 것이다. 윌슨병을 완치하는 날, 그 시작은 아마도 작고 조용한 염기 하나의 교정에서 시작될지 모른다. 그리고 그 날은, 더 이상 먼 미래가 아니다.
