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

  1. 1990년: 최초의 성공 사례 – SCID (중증 면역결핍증) 환아 완치
  2. 1999년: Jesse Gelsinger 사망 (면역 반응으로 인한 첫 사망 사고)
  3. 2003년: 세계 최초 상업적 유전자 치료제 승인 – Gendicine (p53), 중국 (암 치료용)
  4. 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

[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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