유전자치료공학 대학 강의 정리

Reference :
- 건국대학교 유전자치료공학 강의 / 첨단바이오공학부 김나현 교수님

[1차시]

🧬 슬라이드 1: 강의 개요

과목명: 유전자치료공학 (Gene Therapy)
담당 교수: 김나현
장소: 동물생명과학관 309호
✏️ 강의 자료 및 공지사항: 이캠퍼스(ecampus.konkuk.ac.kr)
질문은 ‘질의응답 게시판’ 또는 ‘메시지’ 이용
✅ 핵심: 유전자 이상으로 발생하는 질병을 DNA 또는 RNA를 이용해 치료하는 응용학문

🧬 슬라이드 2: What is Gene Therapy?

✔️ 정의: 비정상 유전자를 정상 유전자로 대체하거나, 새로운 기능을 추가하는 획기적 치료법
핵심 목표: 유전자 발현 카세트(gene expression cassette) 전달
🧠 'gene expression cassette'은 유전자가 발현될 수 있도록 조절서열(promoter 등)이 포함된 DNA 조각을 의미

🧬 슬라이드 3: 예시 - 겸상적혈구병(Sickle Cell Disease)

겸상적혈구병 사례가 유전자치료의 타깃 예시로 등장
관련 링크: BBC 기사 보기
✅ 핵심: 단일 유전자 질환의 대표적 예로, 유전자 편집(예: CRISPR)을 활용한 치료 시도 활발

🧬 슬라이드 4: 유전자치료 역사

1990년: 최초의 성공 사례 – SCID (중증 면역결핍증) 환아 완치
1999년: Jesse Gelsinger 사망 (면역 반응으로 인한 첫 사망 사고)
2003년: 세계 최초 상업적 유전자 치료제 승인 – Gendicine (p53), 중국 (암 치료용)
2013년 이후: CRISPR/Cas9 등 뉴클레이즈 기반 DNA 직접 편집 기술 확산

🧬 슬라이드 5: 학점 및 시수

3학점 과목 (3학년 대상)
강의 시간:
- 월요일: 오전 10시 30분
- 수요일: 오후 3시
장소 동일: 동물생명과학관 309호

🧬 슬라이드 6: 교육 목표

이 과목은 고급과정
목표:
1. 유전자 치료 방법의 원리 이해
2. 새로운 유전자 치료제 디자인 능력 배양

🧬 슬라이드 7: 교재 및 참고문헌

📕 주교재:
Advanced Textbook on Gene Transfer, Gene Therapy and Genetic Pharmacology (Daniel Scherman, 2014)
📘 부교재 및 참고자료:
- 유전자치료 분자의학의 기초를 중심으로 – 김영곤
- 전달체를 중심으로 한 유전자치료 – 조종수 외
✅ 필요 시 학교 도서관에서 대출 가능

🧬 슬라이드 9: 동영상 시청 안내

주제: What is Gene Therapy?
제공: FDA 공식 영상
링크: https://youtu.be/GbJasFgJkLg

[2차시]

🧬 유전자 발현 억제 ✂️

1. 염기서열 조절 🔄

🧩 DNA는 염기들이 수소 결합으로 연결된 구조를 가지고 있어! 🧬
🛑 특정 분자가 염기서열과 결합하면 전사가 방해될 수 있어!
🔬 연구자들은 **화학적 변형(케미컬 모디피케이션)**을 통해 특정 염기서열을 타겟으로 연구 중이야.

💡 예시:
🍀 "올리브 인플레오 파이드" 같은 물질은 뉴클레오타이드 구조를 강화해서 특정 유전자 조절 가능!

2. DNA 절단 기법 ✂️

🔬 DNA를 **자르는 효소(엔도 뉴클레이즈)**가 있어!
🪓 하지만 그냥 막 자르는 게 아니라, 타겟을 정확히 인식하고 절단해야 해!
👉 징크핑거(ZFN)와 탈렌(TALEN) 같은 기술이 사용돼! 🏹

💡 특징:
✔️ **탈렌(TALEN)**은 박테리아에서 발견된 뉴클레이즈를 활용해 특정 DNA 가닥을 절단 가능! 🦠

3. 안티센스 몰레큘 🛑🧬

3-1. 안티센스 몰레큘이란? 🤔

🛑 **안티센스 몰레큘(Antisense molecule)**은 RNA를 타겟팅하는 분자야! 🎯
📌 어떻게 작용할까?

DNA와 RNA가 상보적으로 결합 → RNA만 선택적으로 절단 ✂️
리보솜이 RNA를 인식하지 못하도록 방해해서 단백질 생성 차단 🚫

📜 역사 이야기 📖
🔬 1970년대, 연구자들이 바이러스 억제를 위해 안티센스 몰레큘을 개발했어! 💊

3-2. 안티센스 몰레큘 개발 🏗️

🛠️ 연구자들은 더 효과적인 안티센스 몰레큘을 만들기 위해 개량 중!

📌 세대별 발전
✅ 1세대 – 합성 올리고뉴클레오타이드 (기본적인 DNA-RNA 결합 차단)
✅ 2세대 – RNA와 DNA의 당 구조 차이를 활용해 안정성 ↑
✅ 3세대 – 특정 뉴클레오타이드를 인식해 효율적인 억제 가능 🎯

3-3. 안티센스 몰레큘 활용 🏥

🏥 암 치료에도 활용 중!
🛑 특정 유전자의 단백질 합성을 차단해서 암세포 성장을 막을 수 있어!
💉 바이러스 감염 치료에도 적용 가능!

💡 핵심 포인트:
✔️ DNA 합성을 억제해서 질병 치료 가능 🏥
✔️ 다양한 변형을 통해 더 강력한 효과를 가진 약물 개발 중! 💊

4. 올리고뉴클레오타이드 🧬

4-1. 올리고뉴클레오타이드 작용 원리 🧩

🌱 올리고뉴클레오타이드는 DNA나 RNA에 결합하여 유전자 발현을 조절해!
🔬 3세대 올리고뉴클레오타이드는 타겟 바인딩을 더 쉽게 만들고, 안정성도 높여줌!

💡 예시:
✔️ 첫 번째 올리고뉴클레오타이드 치료제 ‘비트라빈’ 🏥 – 당막염 치료제로 개발됨!

4-2. 올리고뉴클레오타이드의 활용 🎯

💉 바이러스 감염 치료 가능!

특정 바이러스 RNA를 인식해 단백질 합성을 방해 🚫
바이러스 증식을 막아 감염 치료 🦠

🔬 폐 손상을 예방하는 연구도 진행 중! 🫁

💡 중요한 포인트:
✔️ 다양한 질병 치료제로 응용 가능! 🏥

4-3. 올리고뉴클레오타이드의 한계 ⚠️

🤔 모든 경우에 완벽하게 작용하지 않아!
🚨 원치 않는 곳에서 작용할 수도 있어 → "논탐 타겟 효과" ⚠️
🔬 해결 방법: 더 정밀한 타겟팅 기술 개발 중!

5. DNA & RNA 타겟팅 유전자 치료 💉

5-1. 유전자 치료 원리 🏗️

🧬 **유전자 치료(Genetic Therapy)**는 DNA를 조작해서 유전자 발현을 조절하는 기술!
✂️ DNA 절단 및 조작을 통해 특정 유전자의 기능을 조절할 수 있어!

💡 핵심 포인트:
✔️ 특정 유전자의 발현을 막아서 암 치료 가능 🎯
✔️ 타겟 DNA를 인식하고 결합하는 "아키즈 모형" 🏹

5-2. 다양한 화학적 변형을 이용한 타겟팅 🔬

🧪 연구자들은 화학적 변형을 통해 특정 DNA와 결합하는 물질을 개발 중!
🎯 정확한 타겟팅으로 원하는 DNA 부위에만 결합하도록 연구 중!

💡 핵심 포인트:
✔️ 더 정밀한 유전자 조절이 가능하도록 발전 중! 🏥

🌟 마무리 정리! 🌟

✔️ 유전자 발현을 조절하는 다양한 방법이 연구 중! 🧬
✔️ 안티센스 몰레큘 & 올리고뉴클레오타이드 – RNA 타겟팅 & 단백질 합성 차단! 🔬
✔️ DNA 절단 기술 – 특정 유전자만 제거하는 정밀 치료 가능! ✂️
✔️ 암 치료, 바이러스 치료, 유전자 치료 등 다양한 분야에서 활용 중! 💊

✨ 이렇게 복잡한 생명과학 기술도 쉽게 이해할 수 있어! 😊🧬

[3차시]

🧬 안티센스 몰레큘의 활용과 특징 🎯

1. 안티센스 몰레큘 🏹

1-1. 안티센스 몰레큘의 구조와 활용 🔬

🔹 **안티센스 몰레큘(ASO)**은 RNA와 결합하여 특이적으로 분해하는 역할을 해!
🔹 3세대 화학 변형을 거치면서 안정성이 증가함 📈
🔹 RNA-DNA 복합체를 인식하고 분해하여 유전자 발현을 억제함 ✂️
🔹 (🔥중요) 뉴클레오타이드의 안정성을 높여 원하는 RNA만 정확히 타겟팅 가능 🎯

1-2. 타겟 선정과 논타겟 효과 ⚠️

🔹 적절한 타겟 선정이 중요!
🔹 논타겟 효과(원하지 않는 부위에 작용)를 최소화해야 함 ⛔
🔹 실험적으로 적합한 타겟을 선택하기 위해 ‘비트로 실험’을 활용 🏥
🔹 (🔥중요) 논타겟 효과 최소화를 위해 적절한 올리고뉴클레오타이드 길이를 선택해야 함

1-3. 안티센스 몰레큘의 특징과 주요 종류 🌱

🔹 이중 가닥 RNA(sirRNA)와 단일 가닥 RNA를 대상으로 함
🔹 저농도에서도 강력한 효과를 보임 💪
🔹 각각의 뉴클레오타이드가 결합해 특정 타겟 RNA를 인식하고 분해 ✂️
🔹 (🔥중요) 유전자 발현 억제 기술로 다양한 질병 치료 가능!

2. RNA 면역 반응 🛡️

2-1. RNA 전달 기술 🚀

🔹 RNA는 세포 내에서 쉽게 분해됨 💔 → 안정적인 전달이 필요함!
🔹 소량으로도 강력한 효과를 보이지만, 세포 내로 효과적으로 전달하는 것이 중요 📌
🔹 오프타겟(비의도적 효과) 발생 가능 → DNA와 예상치 못한 상호작용을 할 수 있음 🚨

2-2. 마이크로 어레이를 통한 오프타겟 효과 확인 🖥️

🔹 마이크로 어레이: 유전자 발현을 측정하는 기술 📊
🔹 특정 RNA가 타겟 DNA에 잘 결합하는지 빛을 내면서 확인 가능 💡
🔹 (🔥중요) 마이크로 어레이 기술로 오프타겟 효과를 사전에 예측 가능!

2-3. 면역 반응 회피와 시너지 효과 💊

🔹 세포는 외부 RNA를 침입자로 인식하여 면역 반응을 일으킴 ⚠️
🔹 **톨라이크 리셉터(TLR7, TLR8)**가 외부 RNA를 감지하면 면역 반응이 활성화됨 🔥
🔹 (🔥중요) 이 면역 반응을 조절하는 기술도 연구 중!

3. 항체와 전략 🏥

3-1. 항체와 전략 소개 🎯

🔹 **항체(Antibody)**는 바이러스 표면 단백질과 결합하여 감염을 막는 역할을 함 🦠🚫
🔹 (🔥중요) 바이러스 감염 치료제 개발에 활용 중!

3-2. 항체의 작용 메커니즘 🛡️

🔹 항체는 바이러스의 특정 서열을 타겟팅해 분해 💥
🔹 가이드 스트레인드 & 패스엔저 스트레인드 역할을 활용해 면역 반응 강화 💪
🔹 면역 활성화와 유전자 치료를 함께 적용하는 전략이 연구 중 🏥

3-3. 새로운 전략 🚀

🔹 스트립블라커를 활용해 항체의 작용을 강화 💪
🔹 케미컬리 모디파이드 올리고뉴클레오타이드를 활용해 효과 향상 ⚡
🔹 (🔥중요) 암과 바이러스 감염 치료에 응용 가능!

4. 유전자 발현 억제 🧬

4-1. 유전자 발현 조절 🏗️

🔹 헌팅턴병 🧠: 유전자 변이로 인해 신경 퇴행성 질환을 유발함
🔹 스테릭 블라커를 이용해 단백질 번역을 억제 가능 🚫
🔹 (🔥중요) 마이크로RNA는 암 발생과도 관련 있음!

4-2. 안티센스 몰레큘과 리보자임 ⚙️

🔹 안티센스 몰레큘 = 효소 활성을 가진 RNA 🛠️
🔹 리보자임: 특정 RNA를 인식하여 절단하는 효소 ✂️
🔹 리보자임을 활용하면 유전자 변이로 인한 질병 예방 가능 🎯

4-3. 진세라피와 효소 활성화 🔄

🔹 리보자임은 질병을 유발하는 RNA를 절단 ✂️
🔹 진세라피(Gene Therapy): 원하는 유전자로 교체하여 질병 치료 가능 🏥
🔹 (🔥중요) 효소 기능 활성화를 위해 마그네슘과 칼슘이 필요함

5. RNA와 당 🍭

5-1. 올리고뉴클레오타이드와 당 ⚡

🔹 작은 올리고뉴클레오타이드는 핵공을 쉽게 통과 가능 🚀
🔹 플라스미드 DNA를 전달하기 위해 바이러스 벡터, 일렉트로포레이션 등 활용
🔹 (🔥중요) 아타머 컨주게이트(Aptamer Conjugate) → 단백질을 직접 타겟팅 가능!

5-2. 아타머 컨주게이트와 활용 🎯

🔹 **아타머(Aptamer)**는 특정 단백질과 결합해 기능 조절 가능 🔄
🔹 세포 표면 리셉터와 결합해 타겟 단백질 전달 가능 📦
🔹 (🔥중요) RNA-DNA가 아닌 단백질을 직접 타겟팅하는 방식!

5-3. 타겟 전달 전략 🚀

🔹 캐릭 블라커를 활용해 유전자 발현 조절 가능 🔄
🔹 효소 활성화 리보자임 & DNA 자임을 이용해 특정 타겟을 정확하게 절단 ✂️
🔹 (🔥중요) 압타머를 활용해 특정 단백질을 타겟으로 정밀 전달! 🎯

✨ 마무리 정리!

✔️ 안티센스 몰레큘은 RNA와 결합해 분해하는 기술! 🎯
✔️ 오프타겟 효과 최소화 & 면역 반응 조절이 중요! 🛡️
✔️ 항체 및 리보자임 기술과 결합해 치료 효과 강화! 💊
✔️ 유전자 치료, 암 치료, 감염 질환 치료에 활용 가능! 🏥

😊 생명공학이 이렇게나 신기하고 유용한 기술이 많아! 🔬🚀

[4차시]

🧬 유전자 치료법과 mRNA 조절 기저 🎯

1. 유전자 치료법과 RNA 조절 기저 🔬

1-1. RNA 조절 기저와 분류 🎭

🔹 유전자 발현을 억제하는 대표적인 RNA 조절 기법 → ‘RNAi (RNA 간섭)’
🔹 (🔥중요) RNA 조절 방법은 3가지로 분류됨:
✔️ ‘사니 (siRNA)’: 이중 가닥 RNA를 세포 내로 삽입 → 타겟 RNA 분해 ✂️
✔️ ‘숄프 (shRNA)’: 플라스미드 벡터를 이용해 체내에 삽입 → 장기적인 효과 🌱
✔️ ‘마이크로 (miRNA)’: 작은 비암호화 RNA를 이용해 유전자 조절

1-2. 사니(siRNA)와 숄프(shRNA)의 특징 🎯

🔹 사니(siRNA): 타겟 RNA와 결합하여 번역을 차단 🚫
🔹 숄프(shRNA): 플라스미드 벡터를 사용해 체내에서 지속적으로 작동 🔄
🔹 (🔥중요) 사니는 일회성 주입으로 효과 발생, 하지만 숄프는 지속적으로 작용 가능!

1-3. 마이크로 RNA(miRNA)와 부작용 ⚠️

🔹 마이크로 RNA (miRNA): 체내에 존재하는 비암호화 RNA로 유전자 발현을 조절함 🏗️
🔹 miRNA는 RNA 전구체를 형성해 번역을 저해 🚧
🔹 사니(siRNA) & 숄프(shRNA)는 예상보다 넓은 범위에서 작용할 가능성이 있음 (오프타겟 효과) 🎯
🔹 (🔥중요) miRNA는 예상치 못한 부작용(세포 독성 등)을 유발할 수 있음 ⚠️

2. 유전자의 돌연변이 🧬

2-1. 돌연변이와 대사 저해 🦠

🔹 세포 내 중요한 대사 과정이 방해되면 독성이 발생할 수 있음 ☠️
🔹 면역 반응이 과도하게 지속되면 세포 내 대사 교란 ⚠️
🔹 면역 반응이 일어나지 않도록 오프타겟 효과 최소화하는 전략 필요!

2-2. rRNA 기술의 적용 🏥

🔹 rRNA를 이용해 면역 반응을 활성화 🚀
🔹 하지만, 면역 반응이 과하면 세포 내 대사가 무너지고 독성이 발생할 수 있음 ☠️
🔹 **테트라사이클린(Tetracycline)**을 활용해 RNA 발현을 조절할 수 있음 🎯

2-3. 엑손 스키핑(Exon Skipping) ✂️

🔹 엑손 스키핑 = 불필요한 엑손(유전자 코드 일부)을 제거하고 단백질 기능 복구 💡
🔹 엑손을 건너뛰어 기능성 단백질을 만드는 과정 → 돌연변이로 인해 기능을 잃은 단백질을 복구 가능 🛠️
🔹 (🔥중요) 엑손 스키핑 기법은 유전자 치료에서 핵심적인 기술 중 하나!

3. 유전병 치료와 엑손 스키핑 🏥

3-1. 유전병과 엑손 스키핑 🎯

🔹 유전병 치료에서 엑손 스키핑이 중요한 역할을 함
🔹 (🔥중요) **디센 머스큘러 디스트로피(Duchenne Muscular Dystrophy, DMD)**가 대표적인 예시 💡
🔹 DMD는 디스트로핀 단백질이 부족하여 발생하는 근육질환 💪

3-2. 디스트로필(Dystrophin) 질병 치료 🚑

🔹 디스트로핀 단백질이 결핍되면 근육이 손상됨 😢
🔹 50번째 엑손이 결손된 경우, 엑손 스키핑을 활용해 디스트로핀 단백질이 부분적으로라도 기능하도록 유도 💊
🔹 케미컬리 모디파이드 올리고뉴클레오타이드가 핵심 🎯

3-3. 임상 실험과 치료제 개발 🔬

🔹 현재 디스트로핀 치료제 개발을 위한 임상 실험이 활발히 진행 중!
🔹 (🔥중요) 제약회사들이 ‘케미컬리 모디파이드 올리고뉴클레오타이드’를 활용한 치료제 개발 중

4. 올리고 뉴클레오타이드의 활용과 특성 🧪

4-1. 올리고 뉴클레오타이드의 효능과 모디피케이션 ⚙️

🔹 올리고 뉴클레오타이드는 면역 반응을 조절하는 역할을 함
🔹 (🔥중요) 특정 암 치료에도 활용 가능! 🎯
🔹 효능을 높이기 위해 산소 원자를 황(S)으로 치환해 안정성을 증가 📈

4-2. 올리고 뉴클레오타이드의 장단점 및 투여 방식 💊

🔹 (🔥중요) 치료제 사용 시 반복 투여 필요!
🔹 자연적으로 분해되므로 정기적으로 투여해야 효과 지속 🔄

4-3. 질병의 중증도와 엑손 딜레이션 패턴 🧩

🔹 특정 엑손이 결손되면 디스트로핀 단백질 합성이 불가능해질 수 있음 🚫
🔹 (🔥중요) 특정 엑손이 딜레이션된 경우, 이를 타겟으로 하는 치료제 개발이 중요!

5. 유전자의 발현과 복구 방법 ⚙️

5-1. 디스트로핀과 손스키핑(Exon Skipping) 이해 🎯

🔹 디스트로핀 치료제는 일부 환자에게만 적용 가능
🔹 비용이 비싸고 안전성 문제로 임상 연구가 활발함 📊

5-2. 트랜스플라이싱(Trans-Splicing)의 기능과 장점 🏗️

🔹 트랜스플라이싱 = 유전자 엑손을 교체하여 돌연변이 유전자를 수정하는 방법
🔹 엑손 스키핑과 달리 넓은 범위의 변이를 수정 가능 🎯
🔹 (🔥중요) 돌연변이 유전자 치료에 효과적!

5-3. 트랜스플라이싱의 과정과 활용 🔄

🔹 인트론 부위에서 상보적으로 결합하여 정상적인 엑손으로 교체
🔹 여러 개의 돌연변이를 한 번에 수정 가능 🚀
🔹 (🔥중요) 트랜스플라이싱 기술은 유전자 복구에 매우 효과적!

✨ 마무리 정리!

✔️ 유전자 치료법 중 RNA 조절 기법이 다양하게 연구 중! 🏥
✔️ siRNA, shRNA, miRNA 등 여러 가지 방식으로 유전자 발현을 조절 가능! 🎯
✔️ 엑손 스키핑과 트랜스플라이싱 기술을 활용해 돌연변이 유전자 치료 가능! ✂️
✔️ 디스트로핀 질병과 같은 희귀 유전병 치료제 개발이 활발! 💊
✔️ 케미컬리 모디파이드 올리고뉴클레오타이드가 치료제 개발의 핵심! 🔬

😊 유전자 치료 기술이 점점 발전하면서 희귀 질환 치료의 가능성이 커지고 있어! 🚀

[5차시]

🧬 1. 뉴클레이즈 메디에이티드 타겟팅

📌 1-1. 뉴클레이즈 기술의 소개

뉴클레이즈는 DNA를 타겟으로 절단, 염기 교정, 기능 회복을 위한 기술이야.
유전자 교정 기술은 돌연변이 유전자를 정상 유전자로 교체하여 질병의 원인을 제거해.
정상 유전자 보호를 통해 체내 기능을 유지해줘.
자가세포 활용으로 조직 복구 → 면역 거부 반응 최소화!
⚠️ 중요: 안전한 이식 시스템 구축, 독성이나 면역 반응이 없는 전달법 사용

🎯 1-2. 뉴클레이즈 기술의 치료 목표

돌연변이 제거 → 정상 유전자 교체
조직/기관 기능 유지
자가세포 활용 → 손상된 조직 복구
면역 반응 최소화 → 안전한 이식 가능
💡 핵심 목적: 질병 치료, 체내 기능 유지, 자가세포 활용, 안전한 시스템 구축

🔬 1-3. 뉴클레이즈 기술의 활용

다양한 유전자 타겟팅 기술을 개발
변이 위치에 따라 전략 수립 필요
트랜스플라이싱 유도 → 정상 엑손3 교체
부분 수정보다 전체 엑손 교체 전략도 가능
⚠️ 중요: 드문 스플라이싱 유도 과정이므로 연구 지속 필요

💊 2. 유전자 치료제

🎯 2-1. 유전자 치료제 개발 목표

빠르고 효율적인 치료 효과가 핵심
장기적·지속적 효능 유지
질병 유전자 교정 → 건강 회복
⚠️ 중요: 안전성, 효율성, 지속성 확보 필요

🛠️ 2-2. 유전자 교정 기술

⚠️ 중요: 뉴클레이즈는 DNA 이중 가닥 절단 및 복구 가능
이중 가닥 끊어지면 → 딜리션/인설션 발생
복구 시, 염기 교정 가능
템플릿 DNA 추가 → 정상 유전자 삽입 유도

🧰 2-3. 유전자 교정 도구

메가뉴클레이즈: 특정 DNA 서열 인식
징크핑거 뉴클레이즈: DNA 인식 도메인 가짐 (18개 이상 시퀀스 인식)
폴라논 엔도뉴클레이즈: 3개 DNA 서열 바인딩
⚠️ 중요: 징크핑거는 DNA 절단 기능

🔧 3. 유전자 교정 기술의 활용과 원리

📋 3-1. 도구 종류와 특징

진크핑거, 탈렌, 크리스퍼 등 비교
각각 작동 원리와 유전자 교정 방식 분석

🚨 3-2. 활용 시 문제점

⚠️ 중요: 이뮤온 리스폰스, 오프타겟 효과 주의!
홀지놈 시퀀싱으로 오프타겟 효과 검출 필요
크리스퍼의 발전도 언급

🚚 3-3. 전달 방법과 이슈

피지컬 방식 (세포에 직접 힘 가함)
⚠️ 중요: 마이크로 인젝션 → 핵 내 직접 전달
전달 방식에 따른 세포 반응/문제점 분석

🧪 4. 항암치료법

🧬 4-1. 세포 내 치료법

다양한 DNA 전달 방법 존재
⚠️ 중요: 화학적 매개체로 DNA 전달 촉진
바이러스 매개 전달법 존재 (지놈 전달)
바이러스 전달 팩터 활용 가능

🦠 4-2. 바이러스 매개 방식

감염 방식으로 세포 내 진입
전기 충격 활용 → 핵 진입 유도
전달 성공 세포 선별 후 배양
물리적 vs 화학적 장단점 비교

🧬 4-3. 주요 바이러스

아데노 바이러스: 선형 DNA, 4.7% 정도
AAV (아데노 어소시에이티드 바이러스): 단일 가닥, 4~45 kb
휴면 세포 타겟 → 장기 효과
⚠️ 중요: 아데노바이러스는 병원성 낮아 실험에 적합

💉 5. 유전자 치료제 (활용 사례)

🧬 5-1. 아데노 & 어소시에이티드

아데노: 에피좀 형태, 빠르게 발현
어소시에이티드: 10% 미만 통합, 장기적 발현
⚠️ 중요: 감염원 제거 후 면역원성 유발 가능성 있음

💡 5-2. 백신 전략

아데노: 백신 개발에 활용
어소시에이티드: 장기 치료제 개발
혈우병 치료에 아데노 벡터 사용 → 팩터 8, 9 발현
⚠️ 중요: 트랜스틴 디자인에 유전자 삽입

💊 5-3. 유전자 치료제 진화

HDV 벡터: 아데노 유전자 거의 제거
HDV는 안전성 높은 벡터로 발전 중

🚀 6. 유전자 교정 기술과 벡터 전달

🔄 6-1. 교정 기술 & 벡터

아데노 바이러스의 유전자 교정 기능
가스트리카 파이브 벡터 등 다양한 벡터 소개
각 벡터 특징, 장단점 분석 → 활용 방안 제시

⚠️ 6-2. 안전성 이슈

체내 주입 시 발생하는 면역 반응 문제
아데노 바이러스 복제/상호작용에 따른 이슈
⚠️ 중요: 해결 방안 제시 → 면역 회피 전략 필요

🧩 6-3. 활용과 전달 전략

유전자 교정 벡터 디자인 팁
벡터별 특징/장단점 → 적절한 치료법 선택
⚠️ 중요: 바이러스 기반 벡터 안전성 확보가 관건!

[6차시]

🧬 1. 스몰 레귤레토리 RNA 기반 유전자 치료법

1-1. 스몰 레귤레토리 RNA의 특징과 기능

🔹 20~25 bp의 짧은 이중가닥 RNA
🎯 전사 후 RNA를 타겟으로 유전자 발현 억제
⭐ 호스트 트랜스크립션을 억제하는 기능
🦠 질병 신호를 억제해 증상 완화에 도움

1-2. 치료제 개발과 응용

❌ 초기에는 불안정한 딜리버리로 임상 실패
⭐ 나노파티클 및 약화된 RNA 등 다양한 형태 개발
🚀 정확한 세포 전달을 위한 딜리버리 시스템 완성

1-3. 사례 연구

🌱 식물 바이러스 감염 억제 사례
🧬 호스트 트랜스크립션 억제 → 유전자 발현 억제 효과 입증
🧠 '반응 사이언싱' 기전으로 감염 방어

🧬 2. rRNA와 치료제

2-1. rRNA 기반 치료제 개발

🧤 식물의 면역 억제 시스템에서 착안
📜 1999년 Science誌에서 치료제 가능성 발표
⭐ 나노파티클로 딜리버리 문제 해결

2-2. 구조와 작동 원리

🔗 이중 가닥 RNA + 독특한 5’ 오버행 구조
🧬 효소 절단 방지 → 가이드/패신저 분리 X
⭐ 리스크(RISC) 복합체에 의해 타겟 RNA 절단

2-3. 면역 반응과의 관계

⚠️ rRNA는 체내 외래 물질로 인식 → 면역 반응 유발
⭐ 마이크로RNA 사용 → 자연 존재 → 면역 회피
유전자 억제 + 면역 반응 최소화 🎯

🧬 3. 사이너(siRNA) 제조 및 전달

3-1. 사이너 디자인

❗ 오프타겟 효과 최소화 필수
⭐ 전사체 분석 통해 안전성 검증
👁️ 국소 질환은 나노파티클 기반 전달이 필요

3-2. 트랜스펙션

🔬 세포막 통과 위해 양이온성 리포좀 사용
⭐ 인지질 이중층 통과 메커니즘 활용
☢️ 세포 종류에 따라 전달 효율 달라질 수 있음

3-3. 전기 자극

⚡ 전기 힘으로 세포막에 구멍 생성 → 전달
❗ 세포 손상 우려 있어 in vitro에서만 활용

🧬 4. 바이러스 기반 치료제

4-1. 재조합 바이러스 벡터

⭐ 바이러스로 DNA → RNA 변환 전달
🧬 레트로바이러스, 아데노바이러스, 렌티바이러스 사용
핵 내 유입 → 숙주 RNA 발현 유도

4-2. 안티센스 & 리보자임

🧲 상보적 결합 → 번역 저해
🔪 리보자임은 촉매 활성 RNA로 바이러스 RNA 절단
⭐ 바이러스 번역 억제에 효과적

4-3. 나노파티클 기반 치료

🧱 세포막, 혈관 장벽 통과 가능
🧠 뇌 질환 치료도 가능해짐
다양한 번역 억제 기전과 결합해 사용됨

🧬 5. 나노파티클과 치료제

5-1. 특징과 활용

⭐ 다양한 질병에 적용 가능
🧬 조직 특이적 전달 가능
구성: 리피드, 폴리머, 금속 등 💊

5-2. 적용 사례

🧠 알츠하이머: Base1 유전자 발현 억제
⭐ 뇌 신경세포 타겟 전달
특수 분자 달아 BBB 통과

5-3. 컨쥬게이티드 딜리버리

🔗 특정 세포에 특이적으로 결합
⭐ 안정적 전달 + 플랫폼 기술로 활용
바코이 단백질 등 활용해 효율 증가 📈

[7차시]

1. 마이크로 rRNA 🧬✨

1-1. 마이크로 rRNA의 개요 💡

🧠 마이크로 rRNA는 체내 유전 정보를 가지고 있음
📍 DNA 내에 존재하며, 유전자 발현 조절에 중요한 역할을 함
🦠 진핵 생물의 DNA, 일부 바이러스도 가지고 있음
💫 다른 rRNA와 달리, 유래가 체내 정보에 의존함
✂️ 마이크로 rRNA는 짧은 가닥의 rRNA로, 절단 가능함

1-2. 마이크로 rRNA의 조절 ⚙️

❗(중요) 마이크로 rRNA는 단백질을 만드는 것이 아니라, 다른 과정을 조절함
🔄 체내 여러 과정을 조절하기 위해, 마이크로 rRNA가 필요함
🗂️ 유전 정보가 저장된 데이터베이스 역할을 함
🌱 진핵 생물의 DNA, 일부 바이러스에만 존재함
🧩 필요한 과정에 따라, 마이크로 rRNA가 결합하여 조절함

1-3. 마이크로 rRNA의 특징과 중요성 🌟

⛔ 마이크로 rRNA는 단백질을 만드는 과정을 저해할 수 있음
🧭 DNA와 유전 정보가 다른 과정을 조절하는 조절자 역할을 함
🌐 체내 절반 이상의 유전자 발현에 영향을 미침
📊 인간 유전체의 60% 이상이 마이크로 rRNA에 의해 조절됨
🧵 정교하게 조절되는 유전자 발현 과정을 통해, DNA의 유전 정보가 저장됨

2. 마이크로 rRNA 🧩🔬

2-1. 마이크로 rRNA 결합 과정 🧷

🤝 마이크로 rRNA가 타겟 MRNA와 상보적으로 결합함
🪡 결합 시, 폴리A 테일을 가진 MRNA가 불안정해지고, 바인딩으로 인해 번역 과정 저해 가능성 있음
❗(중요) 마이크로 rRNA가 프로틴으로 전사되는 과정 저해함
🧬 체내 결합 시, 상보적으로 결합하여 2가닥으로 절단 가능함
🌿 식물은 3가지 과정 중 1번 과정으로 2가닥으로 절단 가능함

2-2. 마이크로 rRNA 조절 연구 🔍

📌 체내에 존재하는 마이크로 rRNA는 DNA 상의 엑손이나 인트론에도 존재함
🧠 마이크로 rRNA가 체내에서 조절되는 메커니즘에 대한 연구가 진행됨
🧪 백혈병 환자에서 마이크로 rRNA 발현이 낮게 나타나 백혈병 발생 가능성 있음이 발견됨
💡 백혈병 조절을 위한 마이크로 rRNA 활용과 질병 치료법 개발의 아이디어를 얻음
🧫 마이크로 rRNA 조절을 통해 질병을 진단하고 치료하는 마커를 개발하는 연구가 이어지고 있음

2-3. 마이크로 rRNA 발현 조절 🔧

🧵 DNA 상의 프라이머리 마이크로 rRNA가 체내에서 프라이머리 rRNA를 만듦
🏛️ 핵 내에서 이루어지는 과정에서, 만든 rRNA 폼이 평가받음
🏷️ 평가받은 결과에 따라 마이크로 콤플렉스 형성
🧊 마이크로 콤플렉스 형성 과정에서, 결합된 형태를 마이크로 콤플렉스라고 부름

3. 유전자 발현 조절 🧠💫

3-1. 유전자 발현 조절 과정 🧪

🧬 DNA에서 프라이에드 마이크로 rNA 생성됨
🚪 프라이에드 마이크로 rNA가 프리 마이크로 rNA로 변환되면서 핵 밖으로 나옴
✂️ 드로샤가 프라이에드 마이크로 rNA를 짧은 형태로 만들어줌
🧲 다이소라는 효소가 프리 마이크로 라디오를 이중 가닥 형태로 만듦
❗(중요) 이중 가닥의 rRNA가 리스크 복합체와 결합하여 유전자 발현 조절에 기여함

3-2. 마이크로 rRNA의 기능 🧷

📎 마이크로 rRNA가 단일 가닥으로 결합하며 리스크 프로틴과 상호작용함
🔗 리스크 복합체와 결합하여 마이크로 리스크, 마이크로 r 등의 형태를 띰
📐 마이크로 리스크 단일 가닥은 하지 도메인과 피위 도메인을 통해 바인딩함
🎯 하지 도메인은 마이크로 rRNA의 3' 말단에 인지하여 바인딩하고, 피위 도메인은 5' 말단에 인지하여 바인딩함
🛠️ 리스크 프로틴이 마이크로 rRNA를 고정하고, 이 마이크로 rRNA가 분해되는 기능을 가짐

3-3. 마이크로 rRNA의 역할과 중요성 🧬

🧠 마이크로 rRNA가 조절하는 유전자의 발현은 체내 질병과도 관련됨
⚠️ 과발현 또는 발현 부족 시, 다양한 질병을 유발함
🌀 체내에서 마이크로 rRNA의 발현과 감소가 유전자 발현에 영향을 미침
💊 마이크로 rRNA는 유전자 발현 조절을 위해 중요한 역할을 하지만, 과발현 시 인체에 해로울 수 있음
❗(중요) 유전자 발현 조절은 복잡한 과정이며, 세포질 내외 효소와 프로틴의 상호작용이 관여함

4. 마이크로 rNA와 질병 🚨

4-1. 마이크로 rNA 변이와 질병 🚑

🧬 마이크로 rNA 변이로 청각 소실이나 성장 발달 지연 등의 질병 유발 가능함
❗(중요) 클러스터 형성으로 유전자 조절이 어려워짐
🌱 마이크로 rNA 클러스터를 제거하면 성장이 지연되고 작은 형태가 됨
🧪 마이크로 rNA 변이가 캔서 발병에 영향을 미침
💉 캔서 테라피에서 마이크로 rNA 변이에 대한 치료제 개발이 진행 중임

4-2. 캔서와 마이크로 rNA 🧫

⚖️ 정상 세포는 균형을 유지하지만, 암세포는 균형이 깨지고 특정 세포가 과발현되면 캔서로 진행함
📈 캔서의 경우, 세포 사멸이 감소하고 세포가 과도하게 증식함
🔬 캔서 관련 연구에서 마이크로 rNA 변이에 대한 연구가 진행 중임
❗(중요) 마이크로 rNA 변이로 인한 캔서 발병 가능성에 대한 임상 연구가 진행 중임

4-3. 다른 질병과 마이크로 rNA 🫀🧠

❤️ 심장병, 🧠 신경계 발달, 🍔 지방 축적과 관련된 유전자에 마이크로 rNA 영향이 있음
🍷 알코올 섭취로 인한 브레인 마이크로 rNA 변화가 뇌 기능에 영향을 미침
❗(중요) 마이크로 rNA 변이가 발현되면 뇌 기능에 큰 영향을 줌
🔍 다양한 질병과 관련된 마이크로 rNA 변이 및 조절 방법에 대한 연구가 진행 중임

5. 마이크로 rRNA 발현 조절 🛠️

5-1. 마이크로 rRNA 조절 전략 🎯

🧬 마이크로 rRNA는 체내에 존재하며, 특정 유전자 발현을 조절함
❗(중요) 마이크로 rRNA 리믹은 마이크로 rRNA와 유사한 기능을 하면서, 특정 유전자 발현을 조절하는 아이디어임
💉 종양 억제 유전자를 타겟으로 하는 암 치료제 개발에 활용 가능함
🛡️ 마이크로 rRNA 억제제는 마이크로 rRNA가 특정 유전자와 결합하지 못하게 방해함
🔁 이 경우, 해당 유전자의 발현을 회복시켜 암을 치료함

5-2. 마이크로 rRNA 인히비터 활용 🧪

🧯 마이크로 rRNA 인히비터는 기존에 존재하는 마이크로 rRNA의 기능을 차단함
🧬 이 방법은 자가 면역 질환인 루퍼스의 치료에 활용됨
🐭 마우스 스플린에 나노 파티클을 탑재하여 마이크로 rRNA 인히비터를 넣음
🧷 마이크로 rRNA와 결합하여 해당 타겟 유전자의 발현을 조절함
❗(중요) 타겟 유전자는 세포 증식과 관련된 유전자로, 세포 증식을 저해하여 암을 치료함

5-3. 마이크로 rRNA 인히비터의 이점 💎

🧩 마이크로 rRNA 인히비터는 마이크로 rRNA의 기능을 저해하면서도, 타겟 유전자의 발현을 조절함
💊 이를 통해 암을 치료하는 데에 활용될 수 있음
🧬 이 방법은 면역 시스템이 공격하는 자가 면역 질환의 치료에 특히 효과적임
❗(중요) 면역 과발현 상태를 밸런스로 회복시킴으로써 암을 치료하는 데에 도움을 줌
🛡️ 마이크로 rRNA 인히비터는 면역 시스템이 암을 공격하는 것을 막아줌으로써 암을 치료하는 데 기여함

[8차시]

1. 세포 내 핵산 주입 메커니즘 🧬

1-1. 핵산 주입 메커니즘 개요

핵산 주입 과정을 엔도사이토시스(endocytosis) 라고 함 🛸
(중요) 이 과정에서 엔도솜(endosome) 과 라이소좀(lysosome) 이 중요한 역할을 함
라이소좀에서는 분해 효소가 작용하지만, 핵산이 분해되지 않으려면 빠르게 탈출해야 함 ❗
엔도좀 탈출(endosomal escape) 이 빠르게 일어나야 세포질로 유입 가능함 🌀
원하는 물질이 세포 내로 들어가는 메커니즘이 바로 엔도사이토시스임 🎯

1-2. 다양한 핵산 주입 기술

핵산 주입에는 여러 엔도좀 탈출 방법이 있음 🧪
(중요) 첫 번째는 산성 환경에서 삼투압 증가로 막을 파괴하는 방법 🌡️
두 번째는 고분자가 산성 환경에서 우산처럼 펼쳐지며 세포막에 압력 가해 탈출하는 방법 ☂️
세 번째는 광반응 또는 활성산소(ROS) 를 이용해 막에 물리적 손상을 주는 방법 💥

1-3. 세포 내로 핵산 주입

직접 핵산을 세포 내로 주입하는 것은 어려움이 있음 😣
(중요) 올리고뉴클레오타이드처럼 작은 핵산만 직접 주입이 가능함 🧬
세포막에 전기적 펄스를 가해 투과성을 증가시켜 핵산을 주입하는 일렉트로포레이션(electroporation) 기법 사용 ⚡
이는 세포막의 일시적 구멍을 생성해 유입을 돕는 방식임 🌀

2. 유전자 전달 🚚

2-1. 전기 자극을 통한 유전자 전달

세포막의 인지질 이중층 중 친수성(head) 부분에 전기 자극이 작용함 ⚡
일시적 전기 자극은 세포막 재배열을 유도하고 구멍 형성을 유발함
이 과정을 일렉트로포레이션이라고 하며, 일부 문헌에서 유레트로포레이션이라 언급되기도 함 🧠
전기 자극은 전달 효율이 높지만 통증과 조직 손상의 위험이 있음 🚨
(중요) 임상 적용에는 한계가 있음

2-2. 압력을 통한 유전자 전달

혈관 내 정수압(hydrostatic pressure) 을 이용해 DNA/RNA를 세포 내로 유입함 💧
해크포레이션(hydroporation) 이라 부르며, 고압으로 세포막 투과성을 일시적으로 증가시킴 🧬
주로 간(liver) 또는 마우스 모델에 적용됨 🐭

2-3. 혈관에 고압을 걸어주는 방법

동물 실험에서 고압 주사를 통해 간 조직으로 용액을 빠르게 전달 가능함 🩸
간세포로 10초 이내 용액 전달이 가능함이 입증됨 ⏱️

3. 유전자 치료 🧑‍⚕️

3-1. 고압 전달을 통한 유전자 치료

고압을 가해 세포막을 일시적으로 열어 유전자를 전달함 💥
간 조직 등 특정 장기 타겟 전달에 효과적임
(중요) 초음파 기반 유전자 전달은 손상이 적고, 질병 진단 및 치료에 유용함 🧠

3-2. 초음파를 이용한 유전자 치료

초음파 조사 시 마이크로버블(microbubble) 이 활성화되어 유전자 전달을 유도함 🫧
전달 물질을 마이크로버블에 탑재해 세포 내로 전달 가능 🎯
국소 적용 가능하지만 재현성과 일관성 확보가 어려운 단점 있음 🤔

3-3. 진건과 백신 전달

진건(gene gun) 은 금속 입자를 고속으로 발사해 DNA를 세포 내로 전달하는 방법 🔫
입자는 무겁고 밀도가 높아 세포막/핵막을 뚫고 들어갈 수 있음 🛡️
생체 적합성 좋고, DNA 백신 전달에 유용함 💉

4. 유전자 전달 방법 💡

4-1. 전달 방법과 특징

유전자 전달은 물리적, 화학적, 전기적 방법으로 나뉨 🧪
물리적 방법: 세포막을 기계적으로 변화시켜 전달 🧱
화학적 방법: 고분자로 DNA를 코팅해 세포막 융합 유도 🎨
전기적 방법: 전기 자극으로 세포막을 열어 전달 ⚡
(중요) 각 방법은 적용 방식과 사용 조건이 다르며, 목적에 맞게 선택해야 함

4-2. 전달 방법의 장점과 사례

물리적 방법: 직접 전달 가능, 세포막 손상 위험 있음
화학적 방법: 고분자 기반 안정성, 세포 선택성 가능 🎯
전기적 방법: 빠른 전달, 조직 손상 가능성 있음
다양한 암 치료, 백신 개발, 약물 전달에 활용됨 🧬

4-3. 리포펙션과 양이온성 고분자

리포펙션(lipofection) 은 지질 이중층을 가진 리포좀을 이용해 DNA를 세포 내로 전달함 🧴
리포좀은 양친매성(amphiphilic) 물질로, 수용성과 소수성 영역 모두 가짐
양이온성 고분자(cationic polymer) 는 음전하의 DNA와 결합하여 전달 복합체(polyplex) 를 형성함 ⚗️

5. 유전자 딜리버리 🧬

5-1. 리포펙션 원리 이해

양전하 가진 아민기를 활용해 DNA와 결합시키고 세포 내 전달함 ➕
리포컴플렉스 또는 폴리플렉스를 형성하여 세포 내 유입 유도
선형/이형/다형 고분자 등 다양한 형태의 고분자 사용 가능 🧵

5-2. 단백질 활용 딜리버리

바이러스 단백질의 세포 인식 능력을 모방해 비바이러스 전달 시스템에 적용함 🧠
SARS-CoV, MERS 등에서 구조를 차용해 세포 진입 효율 향상
캡시드는 보호막 역할을 하며 세포 내 안전한 전달을 유도함 🛡️
(중요) 단백질 특성을 활용해 딜리버리 효율을 높일 수 있음

5-3. 양전하성 프로틴의 활용

양전하 단백질은 DNA를 응축해 전달 복합체 형성 가능
이 복합체가 세포막과 상호작용하여 세포 내 진입 유도 🧲
반복 사용 시 엔도사이토시스 과정에서 분해 위험 있으므로 주의 필요 ⚠️
(중요) 단백질 기반 전달은 안정성과 효율성의 균형이 중요함

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