동물실험에서의 AAV(아데노연관바이러스) 활용

AAV(Adeno-Associated Virus, 아데노연관바이러스)는 동물실험에서 널리 사용되는 in vivo 유전자 전달 벡터 중 하나입니다. 특히 유전자 과발현, 유전자 녹다운, 유전체 편집, 질환 동물모델 구축, 유전자치료 효능 평가 등 다양한 연구에 활용되고 있습니다.

AAV는 다양한 조직과 세포에 유전자를 전달할 수 있으며, AAV 혈청형 또는 캡시드, 프로모터, 투여 경로 등을 적절하게 선택함으로써 표적 조직과 유전자 발현 양상을 조절할 수 있다는 장점이 있습니다.

동물실험에서 AAV의 주요 활용 분야

1. 유전자 과발현

AAV의 대표적인 활용 분야 중 하나는 동물 체내에서 관심 유전자(GOI, Gene of Interest)를 과발현시키는 것입니다.

목적 유전자를 AAV 벡터에 탑재한 후 동물에 투여하면 특정 조직이나 세포에 해당 유전자를 전달하고, 해당 유전자의 생물학적 기능을 평가할 수 있습니다.

주요 연구 목적은 다음과 같습니다.

• 특정 유전자가 종양 발생 및 진행에 미치는 영향 연구
• 특정 단백질이 심장, 간, 신경계 등의 기능에 미치는 영향 분석
• 치료 후보 유전자의 in vivo 효능 평가
• 특정 유전자를 과발현하는 동물모델 구축

AAV는 다양한 조직에서 비교적 장기간 도입 유전자의 발현을 유도할 수 있기 때문에 장기간의 동물실험에도 활용됩니다.

2. 유전자 녹다운

AAV는 동물 체내에서 특정 유전자의 발현을 억제하는 목적으로도 사용할 수 있습니다.

대표적으로 다음과 같은 RNAi 관련 서열을 AAV를 통해 전달할 수 있습니다.

• shRNA
• miRNA
• 기타 RNAi 관련 서열

표적 유전자의 발현을 감소시킴으로써 해당 유전자가 질환 표현형이나 특정 생물학적 과정에 어떤 역할을 하는지 분석할 수 있습니다.

따라서 AAV를 이용한 유전자 녹다운은 종양, 대사질환, 신경계 질환, 심혈관 질환 등의 연구에서 활용되고 있습니다.

3. CRISPR/Cas를 이용한 유전체 편집

AAV는 CRISPR/Cas 시스템을 동물 체내에 전달하기 위한 벡터로도 활용됩니다.

주요 연구 목적에는 다음과 같은 것들이 있습니다.

• 유전자 녹아웃
• 유전자 발현 조절
• 특정 유전자 부위의 유전체 편집
• 유전자 변이 교정
• 유전자 기능 연구

다만 AAV는 탑재할 수 있는 유전물질의 크기에 제한이 있기 때문에 Cas 단백질, gRNA, 프로모터 등의 구성요소를 설계할 때 전체 벡터의 크기를 고려해야 합니다.

비교적 큰 유전체 편집 시스템을 전달해야 하는 경우에는 듀얼 AAV(dual AAV)와 같은 전략을 고려하기도 합니다.

4. 질환 동물모델 구축

AAV는 치료 연구뿐만 아니라 질환 동물모델을 구축하는 데에도 활용할 수 있습니다.

특정 조직에서 질환 관련 유전자, 변이 단백질 또는 특정 조절인자를 발현시킴으로써 질환과 관련된 분자적 또는 조직학적 표현형을 유도하고 질병의 발생 및 진행 기전을 연구할 수 있습니다.

기존의 형질전환 동물모델과 비교하면 AAV를 이용한 in vivo 유전자 전달은 연구 목적에 따라 표적 조직과 유전자 전달 조건을 비교적 유연하게 설정할 수 있다는 장점이 있습니다.

5. AAV 유전자치료 후보물질의 in vivo 효능 평가

AAV는 유전자치료 후보물질의 전임상 연구에서도 중요한 역할을 합니다.

동물실험에서는 후보 AAV 벡터에 대해 다음과 같은 항목을 평가할 수 있습니다.

• 표적 조직으로의 유전자 전달 효율
• 목적 유전자의 발현
• 생물학적 활성
• 질환 표현형의 개선
• 용량과 약효의 관계
• 유전자 발현의 지속성
• 안전성 및 내약성

연구 목적에 따라 마우스, 랫드, 토끼, 개, 비인간 영장류(NHP) 등의 동물모델이 사용될 수 있습니다.

6. AAV 혈청형 및 캡시드의 조직 친화성 평가

AAV 동물실험에서는 서로 다른 AAV 혈청형 또는 캡시드의 조직 친화성(tropism)을 비교하는 연구도 중요합니다.

주요 연구 대상 조직은 다음과 같습니다.