세포내에 자동으로 들어가는 RNA 유전자 가위를 이용한 유전체 교정 기법 소개
한양대학교 김형범 교수와 라마크리쉬나 연구 교수가 주도한 이번 연구는 미래창조과학부의 바이오·의료기술개발사업과 보건복지부의 공동 지원으로 수행되었으며, 유전체 분야 국제 저명 학술지인 지놈 리서치(Genome Research) 6월호에 미국시간으로 6월 1일에 표지로 게재되었다(온라인판은 4월 2일에 게재됨).
* (논문제목) Gene disruption by cell-penetrating peptide-mediated delivery of Cas9 protein and guide RNA
- (제1저자) 한양대학교 Ramakrishna 연구교수 (한양대학교 의생명공학전문대학원 연구조교수)
- (교신저자) 한양대학교 김형범 교수 (한양대학교 의생명공학전문대학원 조교수)
RNA 유전자가위는 유전자를 교정하는데 사용될 수 있지만 배양된 인간 세포 내로 전달하기 위해서 플라스미드를 이용하여 세포에 전달해 왔다. 하지만, 플라스미드 자체가 세포의 유전체에 삽입되어 원하지 않는 돌연변이를 생성하는 문제가 있었다.
* RNA 유전자가위(RNA-guided engineered nuclease, RGEN) : 유전자 가위 단백질 (Cas9)과 가이드RNA (guide RNA)로 구성되어 있는 제3세대 유전자가위. 미생물의 면역체계로 알려진 CRISPR 시스템을 이용해 연구자가 원하는 유전자 염기서열을 절단하도록 고안된 인공제한효소로 인간 및 동식물 유전자 교정에 사용.
연구팀은 세포투과 펩타이드를 유전자 가위 단백질 및 가이드 RNA*와 각각 결합시키는데 성공하였다. 이후 세포에 처리한 결과, 유전자 가위 및 가이드 RNA가 자동으로 세포 내에 들어가 결합하여 타겟 유전자를 선택적으로 바꾸는 것을 확인하였다.
* 가이드 RNA(guide RNA) : RNA 유전자가위의 DNA 특이성을 결정하는 작은 RNA 분자. 가이드 RNA는 세포내에서 유전자가위 단백질(Cas9)과 결합하여 RNA 유전자가위를 형성한다. 가이드 RNA만 교체하면 손쉽게 새로운 RNA 유전자가위를 만들 수 있어 생명과학 여러 분야에서 널리 사용되고 있다.
이번에 개발된 자동으로 전달되는 RNA 유전자 가위는, 향후 생체 내에서 사용될 수 있어서 차세대 유전자 치료법을 개발하는데 이용될 수 있다.
또한, 이렇게 개선된 전달 기술을 이용했을 경우 의도하지 않은 DNA 염기서열이 잘리는 것도 줄어들어 유전자 가위의 선택성이 증가되었다. 의도하지 않은 DNA 염기서열을 자르게 되면 세포독성을 일으키거나 원하지 않는 염색체 변이를 유발할 수 있어 유전자가위의 선택성은 유전자가위의 임상적 응용을 위한 핵심과제로 꼽힌다.
이 기술은 유전자 및 줄기세포 치료제 개발에 널리 활용할 수 있어 관련 연구에 활기를 불어넣을 것으로 기대된다.
이번 연구는 유전자 가위를 이용한 유전자 교정을 보다 용이하게 할 수 있고, 생체 내 유전자 가위를 사용하는 유전자 치료법 개발의 초석을 마련한데서 의의가 있다.
김형범 교수는 “이번 연구는 유전자 가위의 전달을 안전하고 용이하게 함으로써, 향후 임상 적용 가능한 유전자 가위를 이용한 유전자 치료제 개발의 기반을 마련하였다”라고 연구의의를 밝혔다.
최근 유전체 교정 기술은 유전자 기능 연구, 차세대 유전체 치료법의 개발, 고부가가치 농작물 및 가축 개발 등에 활용될 수 있어 다양한 분야의 연구자들로부터 큰 관심을 받고 있다.
한편, IBS 유전체교정 연구단(단장 김진수, 서울대 교수) 김진수 교수팀은 독자적으로 수행한 연구를 통해 단백질-RNA 형태의 RNA 유전자 가위를 전기 충격을 이용해서 인간배아 줄기세포를 포함한 다양한 인간세포에 전달하여 유전체 교정하는 방법을 개발하여, 한양대 김형범 교수 연구팀의 논문과 나란히, 동일한 국제 학술지 표지에 동시 게재하였다. 두 개의 국내 연구팀이 서로 독립적으로 연구하여 비슷한 결과를 세계적인 학술지에 나란히 표지로 게재하는 것은 매우 이례적인 일이다.
웹사이트: http://www.msit.go.kr/web/main/main.do
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