국내 연구진이 특정 유전자 내 DNA 염기를 하나만 정확하게 교체할 수 있는 ‘크리스퍼 염기교정 유전자가위’를 이용해 특정 질병을 가진 유전질환 모델 생쥐를 만드는 데 성공했다.
기초과학연구원(IBS) 유전체교정연구단 김진수 단장(서울대 화학부 교수) 연구팀은 28일 DNA 염기 하나만 바꾸는 유전체 교정법 ‘크리스퍼 염기교정 유전자가위(Base Editor)로 생쥐의 특정 유전자 염기를 바꾸는 데 성공했다고 밝혔다.
연구팀은 이는 염기교정 유전자가위를 동물에 적용, 질병 모델 동물을 만든 첫 사례라며 난치성 유전질환 치료제 개발을 위한 형질전환 실험동물을 만드는 데 기여할 것으로 기대한다고 말했다.
생명체 정보가 담긴 유전자는 아데닌(A), 티민(T), 시토신(C), 구아닌(G) 등 4가지 DNA 염기가 서로 쌍을 이뤄 염기순서를 만들고 3개의 염기를 조합된 코돈(Codon)으로 유전 정보를 저장한다. DNA 염기서열 중 염기 하나만 잘못돼도 심각한 병을 초래한다. 낭성 섬유증이나 겸상 적혈구 빈혈증 등은 특정 염기 하나가 잘못돼 발생하는 유전 질환이다.
현재 주목받고 있는 크리스퍼 유전자가위(CRISPR Cas9 또는 CRISPR Cpf1)는 표적 DNA 염기서열을 찾아 결합한 뒤 이 부분을 잘라내 제거하거나 새로운 염기서열로 교체하지만 특정 염기 한 개를 바꾸기는 어렵다.
연구팀은 크리스퍼 유전자가위에 염기 하나를 교체할 수 있는 염기교정 유전자가위를 결합해 특정 유전자를 찾아가 그 안의 특정 염기(시토신)를 티민으로 바꿀 수 있는 크리스퍼 염기교정 유전자가위를 만들었다.
염기교정 유전자가위는 지난해 처음 학계에 보고됐으나 동물 개체 수준에서 제대로 작동하는지는 확인되지 않은 상황이다.
크리스퍼 염기교정 유전자가위는 시토신을 분해하는 탈아미노효소와 DNA를 한 가닥 자르는 효소(nCas9)로 구성된다. 시토신 탈아미노효소가 DNA 서열에서 시토신을 찾아 우라실(U : RNA에서 티민에 해당)로 바꾸면 이후 복구 과정에서 우라실이 티민이 된다.
연구팀은 이 크리스퍼 염기교정 유전자가위를 생쥐 배아에 전달, 근육세포의 안정적 유지에 관여하는 디스트로핀(Dmd) 유전자와 멜라닌 색소 형성에 관여하는 티로시나제(Tyr) 유전자 내의 시토신을 티민으로 교체했다.
그 결과 Dmd 유전자의 시토신이 티민으로 바뀐 생쥐는 근육이 퇴행하는 질병을 가진 생쥐로, Tyr 유전자의 시토신이 티민으로 교체된 생쥐는 백색증(Albino)을 가진 생쥐로 각각 형질전환이 이뤄진 것으로 확인됐다.
김진수 단장은 “크리스퍼 염기교정 유전자가위는 일반적인 유전자가위와 달리 DNA 두 가닥을 자르지 않고 단일 염기를 치환해 정교한 유전자 교정 도구로 활용할 수 있다”며 “이 연구는 유전질환의 원인이 되는 돌연변이를 배아 수준에서 정밀하게 교정할 수 있는 가능성을 제시했다”고 말했다.
이 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 바이오테크놀로지’(Nature Biotechnology, 2월 28일자)에 게재됐다.