초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
세계는 CRISPR/Cas9의 등장으로 연구 및 임상적 활용을 위한 knock-in (KI) 연구가 한창 진행되고 있음. 한편 바이오·의료 기술의 발달로 인해서 암을 비롯한 다양한 질환에서 병원성 돌연변이의 검출이 가능해지면서 특정 돌연변이를 동물모델로 제작하려는 요구도 꾸준히 증가하고 있음. 하지만 현재 KI 기술의 기술적 한계로 인해서 아직 생체 내 활용이 어렵거나 모델동물을 개발하지 못하는 경우가 많음. 따라서 연구 및 임상적으로 새로운 기전에 대한 부족한 이해와 낮은 효율을

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
세계는 CRISPR/Cas9의 등장으로 연구 및 임상적 활용을 위한 knock-in (KI) 연구가 한창 진행되고 있음. 한편 바이오·의료 기술의 발달로 인해서 암을 비롯한 다양한 질환에서 병원성 돌연변이의 검출이 가능해지면서 특정 돌연변이를 동물모델로 제작하려는 요구도 꾸준히 증가하고 있음. 하지만 현재 KI 기술의 기술적 한계로 인해서 아직 생체 내 활용이 어렵거나 모델동물을 개발하지 못하는 경우가 많음. 따라서 연구 및 임상적으로 새로운 기전에 대한 부족한 이해와 낮은 효율을 극복할 필요성이 부각되고 있으며, 세계적인 도전이 되고 있음. 본 과제는 기존의 핵심 문제를 해결하기 위해서 CRISPR/Cas9 매개의 DNA double-strand breaks (DSB)에서 유도되는 DNA repair 기반의 신규 knock-in (KI) 기전들을 이해하고, 이를 조절해서 마우스 수정란에서 in vivo 유전자 교정 효율을 높이는 방법을 연구하고자 함.

◼ 전체 내용
CRISPR/Cas9의 발달로 각종 동물에서 KI 성공에 대한 발표가 이뤄지고 있지만, 의·생명공학 분야에 가장 많이 활용되고 있는 마우스의 경우에 실제 생산 효율이 매우 낮거나 재현이 어려운 실정임. 따라서 KI 효율은 동물모델 개발 연구에서 세계적인 관심사이지만 아직 KI 기전과 효율이 명확하게 설명되고 있지 않음. 따라서 본 연구는 낮은 in vivo의 KI 효율을 극복할 수 있는 관련 기전을 이해하고, 세계 선진국과의 경쟁에서 도전적으로 해당 기술을 선점하고자 함. 이를 위해서 KI에 영향을 미치는 기전 및 구성요소를 세분화하여 활성 또는 억제함으로써, KI 효율을 조절할 수 있는 DNA repair 기전(HDR, SSTR, MMEJ, NHEJ 등)과 KI 향상에 필요한 요소를 in vivo 기반에서 분석하기 위해서 아래와 같은 연구를 수행함.
○ 마우스 KI에 영향을 미치는 CRISPR/Cas9 및 donor 연구
- 마우스 수정란에서 효과적으로 작동하는 KI donor 디자인 연구
- Cas9 및 guide RNA (gRNA) 형태, 변형 또는 적용방법에 따른 KI 효율 연구
○ DNA double-strand breaks (DSB) repair 기반의 KI 효율 연구
- 마우스 수정란에 도입 가능한 chemical 기반으로 각 DNA DSB repair 기전 조절 연구
- Single-Strand Template Repair (SSTR) 또는 Homology-Direct Repair (HDR) 기반의 KI 효율 연구
- Conditional KO 및 large construct donor의 KI을 위한 기전 및 방법 연구
- 최적의 in vivo KI 효율 도출을 위한 여러 DNA repair 기전 간의 상호 조절 연구

□ 연구개발성과
❍ DNA double-strand breaks (DSB) repair 기반의 KI에서 CRISPR/Cas9 인자 및 donor, repair 기전 등의 KI에 영향을 미치는 조건을 확인하고 KI 방법을 확립함.
❍ Knock-in (KI) 모델동물 개발에 필요한 다양한 KI 기법과 실험조건을 검증하여 in vivo genome editing 효율을 개선함으로써 고난이도 KI 동물모델 개발이 가능해짐.
❍ CRISPR/Cas9 기술을 이용한 유전자 적중 방법의 생체 내 side effect 및 관련 원인 등도 규명함.
❍ 본 CRISPR/Cas9 기술을 이용한 유전자교정 모델동물 제작 기술을 구축함으로써 관련 기술의 산업적 활용에 기여함.

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
❍ 본 과제를 통해서 개발된 CRISPR/Cas9 기술을 통해서 지금까지 제작이 어렵던 다양한 형태의 KI 모델 개발에 활용할 것임. 이는 생체 모델이 부재하던 연구 분야를 활성화하는 데 기여할 수 있음.
❍ 본 기술은 산업적 활용이 가능한 수준으로, 국내 유전자교정모델 시장환경의 개선 및 국가 경쟁력 확보에 기여할 수 있도록 사업화에 활용하고자 함.
❍ 이 기술은 마우스 모델에서 그치지 않고, 향후 지금까지 개발이 어렵던 돼지, 개, 원숭이 등 다양한 분야에도 적용 가능해 바이오 산업의 성장에 기여할 것으로 기대함.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 2
• 목차 ... 5
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 11
• 1) 연구수행 결과 ... 11
• 2) 목표 달성 수준 ... 11
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 12
• 5. 연구개발성과 및 활용 계획 ... 12
• 1) 연구성과 ... 12
• 2) 연구성과 활용계획 ... 14
• 6. 참고문헌 ... 15
• 끝페이지 ... 16