유전질환 중 상당수는 DNA 염기 하나에 문제가 생겨 발생한다. 국내 연구팀이 잘못된 염기 하나만 선택적으로 교정할 수 있는 '정밀 DNA 아데닌 염기교정기'를 개발했다. 

서울대는 배상수 의대 의과학과 생화학교실 교수 연구팀이 리보핵산(RNA) 교정 효소인 ‘ADAR’를 이용해 단일 염기 수준의 정밀 DNA 아데닌 염기교정기를 개발하고 연구 결과를 국제학술지 ‘네이처 바이오테크놀로지’에 발표했다고 14일 밝혔다.

유전질환 중 상당수는 DNA 염기 하나에 문제가 생겨 발생한다. 국내 연구팀이 잘못된 염기 하나만 선택적으로 교정할 수 있는 '정밀 DNA 아데닌 염기교정기'를 개발했다. 

서울대는 배상수 의대 의과학과 생화학교실 교수 연구팀이 리보핵산(RNA) 교정 효소인 ‘ADAR’를 이용해 단일 염기 수준의 정밀 DNA 아데닌 염기교정기를 개발하고 연구 결과를 국제학술지 ‘네이처 바이오테크놀로지’에 발표했다고 14일 밝혔다.

기존 ABE는 타깃 염기 주변의 다른 아데닌을 동시에 교정할 수 있어 타깃 염기와 주변 염기를 함께 바꾸는 ‘주변 서열 치환’ 문제를 일으킬 수 있다. 연구팀은 목표 염기 하나만 선택적으로 교정할 수 있는 기술을 개발하기 위해 RNA 교정 효소인 ADAR의 독특한 작동 원리에 주목했다.

ADAR는 이중가닥 RNA 구조에서 두 가닥이 정상적인 짝을 이루지 못하고 '염기서열 불일치'가 일어날 때 결합이 약해져 구조 밖으로 드러난 아데닌을 인식한다. 인식한 아데닌은 이노신(I)으로 교정할 수 있다. 

ADAR의 높은 염기 선택성을 DNA 교정에 적용하면 타깃 염기 하나만 선택적으로 교정하는 새로운 형태의 ABE를 개발할 수 있다. 연구팀은 ADAR을 크리스퍼 단백질(nCas9)에 연결하고 타깃 아데닌 위치에서 염기서열 불일치를 유도할 수 있는 독창적인 가이드RNA(tagRNA)를 제작했다.

연구팀이 제작한 염기교정기 ‘snuABE’는 크리스퍼 단백질을 DNA 표적 부위에 결합시켜 'DNA:RNA 결합 구조'를 형성시켰다. 그 다음 타깃 아데닌만 구조적으로 노출되도록 만든 뒤 ADAR 효소를 이용해 타깃 아데닌만 선택적으로 교정되도록 만들었다. 

연구팀은 곤충인 ‘머릿니’ 유래 ADAR 효소가 효율이 높다는 것을 확인하고 인공지능(AI) 기반 단백질 진화 알고리즘(EvolvePro)을 통해 염기교정 효율을 극대화시켰다. snuABE를 신장 유래 세포(HEK293T 세포)에 적용한 결과, 타깃 아데닌을 구아닌으로 최대 50%까지 교정하는 데 성공했다. 환자 유래 섬유아세포, 줄기세포 등 다양한 인간 세포 및 생쥐 간 조직에서도 아데닌에서 구아닌으로의 교정 가능성이 확인됐다. 

연구팀은 세포·동물 모델에서  폰 히펠-린다우(VHL) 증후군, 콜레스테롤 조절 유전자(PCSK9), 혈액질환 표적 유전자(BCL11A) 등 다양한 질환 관련 유전자 변이에 snuABE를 적용해 세포 유전자 치료 플랫폼으로서의 확장 가능성을 확인했다. 연구팀의 기술은 정밀 유전자 교정 치료제를 개발하는 데 활용될 것으로 기대된다. 

<참고 자료> 
doi.org/10.1038/s41587-026-03223-z



출처: 동아사이언스(https://www.dongascience.com/ko/news/78931)