합성 전사인자 설계해 CAR-T 항암 기능 강화

합성 전사인자를 대량 설계해 CAR-T 세포의 항암 기능을 끌어올리는 플랫폼이 개발됐다. 연구진은 자연 진화의 제약을 우회한 비자연적 유전자를 만들어 기존 전사인자보다 뛰어난 성능을 확인했다.

올리버 터커시-나기(Oliver Takacsi-Nagy) 등 연구진은 이 같은 내용의 연구 결과를 국제학술지 '셀(Cell)'에 발표했다고 27일 밝혔다.

연구진은 천연 유전자의 구조 도메인 조각을 조합해 수천 개의 바코드가 부착된 신규 유전자를 만드는 고속 조합 조립법 'DESynR'을 개발했다. 이를 통해 1만3824개의 DESynR AP-1 전사인자를 설계했다.

DESynR AP-1 전사인자는 인간 CAR-T 세포에서 체외·체내의 여러 기능에서 천연 전사인자보다 유의미하게 우수했다. 특히 상위 성능의 DESynR 전사인자에 활용된 일부 도메인은 T세포에서 발현량이 극히 적은 천연 전사인자에서 유래한 것으로 나타났다.

이들 합성 전사인자는 T세포의 핵심 유전자 발현 프로그램을 최적화했다. 구체적으로는 탈진·효과기능·세포독성·줄기성·지속성 관련 유전자를 조절했으며, 일부는 비(非)T세포 유형의 프로그램을 차용하기도 했다.

특히 JUN-FOS-BATF 조합을 발현하는 CAR-T 세포는 여러 체외·체내 모델에서 기능이 크게 강화됐다. 천연 전사인자를 과발현한 경우와 비교해도 우수했다. 전사 수준에서 탈진 관련 유전자는 낮추고 세포독성·줄기성 관련 유전자는 높이는 효과가 확인됐다.

메커니즘 측면에서 DESynR 전사인자는 천연 AP-1 전사인자와 결합하는 시스 조절 요소가 크게 다르지 않았다. 대부분 T세포 특이적 유전자에 공통으로 결합했다. 그럼에도 서로 다른 유전자 발현을 유도한 점에 대해 연구진은 AP-1 이합체화 조절 때문으로 추정했다.

연구진은 고전적 JUN:FOS AP-1 이합체가 세포독성을 강화하며, FOS의 가용성이 정상 상태에서 제한적일 수 있다고 분석했다. 반면 BATF 발현은 세포독성을 낮추는 것으로 나타났다.

이번 방법은 ETS와 FOX 전사인자 계열에서도 적용 가능성이 확인됐다. 연구진은 다른 단백질 계열이나 여러 계열의 조합, 합성 도메인과의 결합으로 확장할 수 있을 것으로 내다봤다.

다만 연구진은 전체 DESynR 라이브러리가 단일 기능(증식·지속성) 개선만을 기준으로 선별됐다는 점을 한계로 지적했다. 세포독성·줄기성 등 다른 기능 평가는 이 같은 단순화된 과정에 제약을 받았다.

연구진은 "기존 도메인 구성 요소로부터 비진화적 기능 유전자를 설계해 진화 제약을 우회하고, 임상적으로 관련된 원발성 인간 세포 모델에서 직접 선별했다"며 "기초 생물학 규명과 차세대 세포 치료제 개발을 가속할 강력한 프레임워크를 제공한다"고 밝혔다.