당신이 매일 마시는 모닝 커피가 언젠가는 암과 싸우는 데 도움이 될 수도 있다.

새로운 유전자 편집 시스템은 카페인을 촉매제로 사용하여 과학자들이 유전자 조작 세포 내에서 CRISPR 활성을 활성화하고, 심지어 암과 싸우는 T세포의 기능을 강화할 수 있도록 합니다. (사진 제공: Shutterstock)

커피처럼 흔한 것이 암 치료에 도움이 될 수 있을까요? 텍사스 A&M 생명과학기술 연구소의 과학자들은 가능성이 있다고 믿습니다. 이들은 카페인과 CRISPR(클러스터형 규칙적으로 간격을 둔 짧은 회문 반복 서열)이라는 강력한 유전자 편집 기술을 결합하여 암이나 당뇨병과 같은 만성 질환을 치료하는 새로운 방법을 모색하고 있습니다. 이 접근법은 화학유전학이라는 전략에 기반을 두고 있는데, 이는 연구자들이 특정 화학 신호를 이용하여 세포를 제어할 수 있도록 합니다.

유빈 저우 교수는 생명과학기술연구소의 중개 암 연구 센터 소장으로, 세포, 유전적, 후성유전적 수준에서 질병을 연구하는 데 주력하고 있습니다. 180편이 넘는 논문을 발표하며 CRISPR 및 화학유전학 시스템을 비롯한 첨단 기술을 활용하여 복잡한 질병을 더 잘 이해하고 잠재적으로 치료할 수 있는 방법을 모색해 왔습니다.

화학유전학은 표적 세포 내부에 특별히 설계된 스위치를 활성화시키는 작은 외부 분자(주로 약물이나 식이 화합물)를 이용하여 세포의 행동을 조절하는 방법입니다. 신체 전반의 여러 조직에 영향을 미칠 수 있는 기존 약물과는 달리, 이 방법은 반응하도록 프로그램된 세포에서만 작용하도록 설계되었습니다.

카페인이 유전자 편집을 활성화하는 방법

저우의 최근 연구는 세포 내 유전자 스위치에 대한 이전 발견을 기반으로 합니다. 그의 연구팀은 CRISPR와 카페인을 결합하여 유전자 편집 시기를 제어하는 ​​새로운 화학유전학 시스템을 개발했습니다.

이 과정은 세포를 미리 준비하는 것부터 시작됩니다. 연구진은 확립된 유전자 전달 기술을 이용하여 나노항체, 해당 표적 단백질, 그리고 CRISPR 시스템이라는 세 가지 핵심 구성 요소를 생성하는 유전자를 삽입합니다. 세포 안으로 들어간 이 구성 요소들은 자연적으로 생성됩니다. 이렇게 준비가 완료되면 외부에서 시스템을 제어할 수 있습니다. 사람이 커피, 초콜릿, 탄산음료 등을 통해 약 20mg의 카페인을 섭취하면 나노항체와 그 표적 단백질이 결합합니다. 이 상호작용으로 CRISPR 시스템이 활성화되어 세포 내에서 특정 유전자 변형이 일어납니다.

이 전략은 다른 유전자 편집 방식으로는 불가능한 방식으로 T 세포를 활성화할 수 있게 해줍니다. T 세포는 면역 체계의 기억 역할을 하며, 과거 감염에 대한 정보를 저장하여 신체가 미래에 신속하게 반응할 수 있도록 합니다. 이러한 세포를 의도적으로 활성화할 수 있다면 과학자들은 특정 질병에 대한 면역 반응을 조절할 수 있는 새로운 도구를 얻게 될 것입니다.

가역적인 켜짐/꺼짐 유전자 스위치

연구진은 또한 특정 약물이 이 과정을 역전시킬 수 있다는 사실을 발견했습니다. 이 약물들은 쌍을 이룬 단백질들을 분리시켜 추가적인 유전자 편집을 중단시킵니다. 이러한 추가적인 제어 기능은 안전하고 조절 가능한 화학유전학적 치료법을 개발하는 데 중요합니다. 의료 현장에서 의사는 환자가 스트레스를 받거나 치료 부작용을 겪을 경우 유전자 활동을 일시적으로 중단했다가 상태가 호전되면 다시 시작할 수 있습니다. 이를 통해 유전자를 지속적으로 활성화시키는 대신 시간에 따라 미세하게 조절할 수 있습니다.

"이러한 항체 유사 분자를 라파마이신 유도 시스템과 연동되도록 설계할 수도 있습니다. 따라서 라파마이신과 같은 다른 약물을 첨가하면 정반대의 효과를 얻을 수 있습니다."라고 저우는 말했다. "예를 들어, 처음에는 단백질 A와 B가 분리되어 있다가 카페인을 첨가하면 서로 결합하게 됩니다. 반대로, 단백질 A와 B가 처음부터 함께 있다가 라파마이신과 같은 약물을 첨가하면 분리될 수 있습니다."

라파마이신은 널리 사용되는 면역억제제로, 전통적으로 장기 이식 환자의 거부 반응 억제 요법에 사용되어 왔습니다. 이 약물은 백혈구가 체내의 이물질을 공격하는 것을 막아 작용합니다. 이미 가격이 저렴하고 흔히 사용되고 있기 때문에, 라파마이신은 이 새로운 시스템에 적용될 강력한 후보 물질입니다.

카페인과 미래의 당뇨병 및 암 치료법

특별히 설계된 나노항체가 카페인에 반응할 때, 연구자들은 이를 "카페바디"라고 부릅니다. 저우는 이러한 카페바디가 궁극적으로 여러 질병 치료에 도움이 될 수 있을 것이라고 믿습니다. 장기적으로 과학자들은 당뇨병 환자가 커피 한 잔을 마시는 것만으로 인슐린 생산량을 늘릴 수 있도록 하는 세포를 설계할 수 있을지도 모릅니다.

이 플랫폼은 인슐린에만 국한되지 않습니다. T세포를 조절하는 분자를 포함하여 다른 중요한 분자들을 제어하는 ​​데에도 적용될 수 있습니다. 예를 들어 암 치료에서 카페바디를 T세포에 내장하면 의사가 면역 체계가 종양을 공격하는 시기, 장소 및 강도를 결정할 수 있습니다.

연구팀은 동물 실험을 통해 카페인과 초콜릿이나 코코아에 풍부하게 함유된 테오브로민과 같은 카페인 대사산물이 이러한 반응을 유발하고 CRISPR 기반 유전자 편집을 가능하게 한다는 사실을 발견했습니다. 저우 교수에 따르면, 이 접근법은 접근성이 좋고 관리하기 쉬우며 기존 치료법보다 부작용이 적을 수 있습니다.

유전자 및 세포 치료를 위한 정밀 제어

과학자들은 이전에도 소분자를 이용해 유전자 편집을 활성화하는 방법을 연구해 왔지만, 이 시스템은 훨씬 더 정밀한 제어를 가능하게 합니다. 카페인을 투여한 후, 연구자들은 카페인이 대사되는 시간인 몇 시간이라는 제한된 시간 내에 유전자 편집이나 관련 생리적 과정을 조절할 수 있습니다. 이후 라파마이신을 투여하여 정지 신호를 보내면 단백질들이 분리되어 유전자 편집이 종료됩니다. 현재 이처럼 세밀한 시작 및 정지 조절이 가능한 기술은 드물기 때문에, 이 방법은 연구 및 치료 분야 모두에서 특히 유망합니다.

"모듈식 구조가 상당히 잘 되어 있습니다."라고 저우는 말했다. "CRISPR 및 키메라 항원 수용체 T(CAR-T) 세포에 통합할 수 있고, 인슐린이나 다른 치료 유전자의 발현을 유도하고 싶다면 매우 정밀하게 제어되는 방식으로 완벽하게 조절할 수 있습니다."

저우 교수와 그의 동료들은 전임상 시험을 계속 진행하고 카페바디와 CRISPR의 추가적인 의학적 용도를 연구할 계획입니다. 그들의 목표는 친숙한 화합물이 첨단 정밀 의학을 이끌어가는 데 도움이 되는 미래에 한 걸음 더 다가가는 것입니다.

"저희를 흥분시키는 것은 잘 알려진 약물이나 카페인처럼 흔히 접할 수 있는 식품 성분을 재활용하여 완전히 새로운 기능을 수행하는 아이디어입니다."라고 저우는 말했습니다. "카페인이나 라파마이신 같은 분자는 치료제로 직접 작용하는 대신, 정교한 세포 및 유전자 치료를 위한 정확한 제어 신호 역할을 할 수 있습니다. 이러한 화합물은 이미 잘 알려져 있기 때문에, 이 접근 방식은 임상 적용으로 이어질 수 있는 실질적인 길을 열어줍니다. 저희는 언젠가 임상의들이 간단하고 친숙한 입력값을 사용하여 강력한 치료법을 안전하고 가역적인 방식으로 정밀하게 조절할 수 있기를 바랍니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/02/260227071940.htm