유전자 절단없이 염기 교정가능 초소형 유전자가위 기술개발

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 DNA 절단없이 염기 교정이 가능하고 체내 다양한 장기에 전달할 수 있는 초소형 염기 교정 유전자가위를 개발했다.

한국생명공학연구원은 유전자교정연구센터 김용삼 박사팀과 연구원 창업기업인 ㈜진코어가 교정효율을 대폭 높인 초소형 유전자가위 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

유전자가위 기술은 유전정보가 들어있는 유전체에서 특정 염기서열을 인식해 해당 부위의 DNA를 제거 또는 삽입하거나 대체하는 기술로, 2020년 노벨화학상을 받은 크리스퍼(CRISPR) 기술이 가장 대표적이다.

크리스퍼 기반의 유전자가위는 크게 절단해야 할 부위를 알려주는 가이드 RNA와 실제 DNA를 절단하는 효소로 구성되며 이를 전달체에 실어 필요한 곳까지 운반해 유전자를 편집하게 된다. 전달체로는 아데노연관바이러스(AAV)나 지질 나노입자(LNP)를 사용한다.

아데노연관바이러스 전달체는 다양한 체내 장기에 유전물질을 전달할 수 있지만 현재까지 개발된 유전자가위의 크기가 큰 탓에 크리스퍼 유전자 편집도구 전달에 한계가 있다.

지질 나노입자는 크기가 큰 유전자의 전달체로 이용할 수 있으나 도달할 수 있는 체내 장기가 간 정도로 매우 한정적인 단점이 있다.

또 유전자가위 기술은 가파른 성장세에도 불구하고 교정 성공률과 안전성 등에서 한계를 보이고 있다.

이에 따라 기존 절단 기반의 유전자가위를 대신해 세계적으로 염기 교정 유전자가위(Base Editor) 연구가 활발히 진행 중이다.

이번에 생명연과 진코어 연구팀은 아데노연관바이러스를 전달체로 이용하면서도 염기 교정이 가능하도록 유전자 교정 효율을 대폭 높인 유전자가위 기술을 개발했다.

이 과정서 연구팀은 'TnpB'라는 단백질의 유전자 편집 도구로서의 적용 가능성을 발견하고 이를 DNA 절단효소로 활용, 기존에 개발한 가이드 RNA와 결합시켜 아데노연관바이러스에 실을 수 있는 유전자가위를 개발했다.

이를 통해 그동안 문제가 됐던 제한적인 전달 크기를 극복했으며 DNA 절단 없이도 유전자 교정이 가능하게 했다.

또한 두 개의 가이드 RNA를 사용할 수 있도록 해 다중 타깃을 동시에 염기 교정할 수 있게 했으며 동일한 타깃인 경우에는 교정효율을 대폭 향상시켰다.

개발된 기술은 실제 동물모델 결과, 아데노연관바이러스를 통한 전달이 확인됐고 원하는 부위에서 교정이 가능하다는 사실이 검증돼 기존 유전자가위로 접근할 수 없었던 염기변이에 의한 유전질환 치료에 대한 적용 가능성을 높였다.

연구 결과는 바이오 분야 세계적인 저널인 '네이처 케미컬 바이올러지(Nature Chemical Biology IF 16.174)' 온라인판에 지난 2일자로 게재됐다.(논문명:Hypercompact adenine base editors based on transposase B guided by engineered RNA/교신저자:생명공학연구원 김용삼 박사/제1저자:㈜진코어 김도연·정유희 박사)

이에 앞서 연구팀과 진코어는 지난해 DNA를 절단할 수 있는 초소형 유전자가위 기술인 'CRISPR-Cas12f GE 시스템'을 개발해 국제 저널인 '네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology, IF 54.908)'에 게재했었고 이번에 DNA 절단을 일으키지 않으면서도 교정을 할 수 있는 염기 교정 유전자가위 기술 개발에 성공, 고효율 크리스퍼 유전자가위 기술을 확보하게 됐다.

연구책임자인 김용삼 박사는 "이번에 개발한 초소형 염기 교정 유전자가위는 유전질환의 원인 중 50% 이상을 차지하는 단일 염기변이를 교정할 수 있는 기술"이라며 "유전자치료를 위한 다양한 유전자가위 기술 중 하나로 치료제 개발에 큰 기여가 기대된다"고 말했다.


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